一种具有系统及电池电量仲裁的低功率实时时钟电路技术方案

一种具有系统及电池电量仲裁的低功率实时时钟电路，提供一种功率仲裁，低电池电压检测电路，及电池支持电路的操作，在该系统中，系统的电源电压范围与一个电池源的范围重叠。调压器被用来调节电池电压，这样，电池源的电压范围就低于系统供给的范围。

【技术实现步骤摘要】
—种具有系统及电池电量仲裁的低功率实时时钟电路
:本专利技术涉及到工作在低功率水平并使用电池作为备份电源的系统，更具体地，有关一个实时时钟电路，该电路包括功率仲裁电路，用于在系统电源和电池电源之间转换，在系统电源的电压范围与电池的电压范围重叠的情况下。
技术介绍
:便携式和连续工作的电子系统，通常包括工作在低功率水平的电路。通常包含电池作为备份电源，来补充系统电源。这些系统还包括在两个电源之间仲裁的电路，选择激励由系统电源提供还是由电池提供，并提供一个开关装置用于选择合适的电源。这些系统通常还包括一个监测电池电压的电路，如果电池电压降低于临界水平它将会发出警报，还包括一个低功率，低电压振荡器，允许低功率状态机操作使用电池作为电源。系统电源典型的电压范围是5V (±10%)，电池的典型电压范围为3V(±20%)。图1 (a)到(C)是框图，显示了先前技术中便携式或连续工作的系统的(Ia)功率仲裁，(Ib)电池电压检测，(Ic)低功率振荡器电路。如图1 (a)所示，功率仲裁电路20输入为系统电源(Vsys) 22和电池电源电压(VBatt)24。电源22和24输入到比较器26，比较器26产生一个输出信号,表明哪个输入更高。比较器26的输出信号提供到反相器28,并作为一个控制信号提供到晶体管32的栅极。反相器32的输出作为一个控制信号提供给晶体管30的栅极。仲裁电路20功能为选择Vsys和乂_24中更高的作为系统内部电源总线(VPP)34的电源电压。当系统被驱动时，系统电源22被选择，当系统处于断电状态时，电池电源24被选择。内部总线34连接到更高的电源，在另一个电源低于更高的电压几毫伏。以这种方式，内部总线上保持恒定的功率。当电池电压VBatt24低于一个预定的水平VMf40时，图1 (b)低电池电压检测电路36提供一个警报信号38。在图1 (b)的例子中，V&40被设置约等于比较器42中包含的MOS晶体管导通电压Vt的两倍。如图所示，VBatt24和VMf作为比较器42的输入，当VBatt24低于Vtef时,输出低电池电压检测报警信号38。图1 (c)的低功率振荡电路44功能为提供一个实时时钟信号，以振荡器46的形式，对于状态机或计数器48这些装置的操作。这种情况下，内部总线VPP34上的电压(该电压等于系统电压或电池电压中的)充当振荡器46及其他电池支持电路的电源。图1 (a)的功率仲裁电路提供一个可靠的电源，当系统电源电压不与电池电源电压重叠时。这是因为仲裁电路可以明确识别较高的电源电压。但是，当系统电源电压范围和电池电源电压范围重叠时，这“较高的电源”是不可靠的，例如，一个系统的系统电压为3.3V± 10 %，电池电压为3V± 20 %，这种情况就可能发生。这样类型的较低电压系统变得越来越普通，电压仲裁和低电量检测的其他方法必须被开发。电路图1 (a) — (C)的另一个方面，对于大多数应用，电路图必须与高速逻辑装置结合，电路的部件被限制于高速数字处理可得到的部件。这对可用的结构和方法是一个约束，这些结构和方法可被用来形成电路图，并影响电路的设计。所需的是功率仲裁，低电池电量检测电路，系统的电池支持电路的操作，这个系统中系统电源电压范围与电池电源重叠。对于那些在该领域熟悉的人，只要阅读了本专利技术的详细说明以及附图，本专利技术的这些及其他优点将会是显而易见的。
技术实现思路
:本专利技术针对功率仲裁，低电池电压检测电路，及电池支持电路的操作，系统电源电压范围与电池电源电压范围重叠。本专利技术根据实时时钟的应用描述，但它的原理也可应用到其他工作在低功率的系统，包括一个备份电池电源。本专利技术的技术解决方案:本专利技术使用一个调压器，用来调节电池电压，所以电池电源的电压范围低于系统电源的电压范围。该调压器基于硅带隙参考方法，且消耗很少的电流量，所以电池寿命不会被明显地影响。该调压器输出电压比电池有更小的变化。温度及电源电压补偿电压，由阈下电流源，寄生的双极装置及电压缓冲的组合产生，被用来提供电压源给系统的电池支持电路。调节后的电压，被设置为一个低于系统电源的值，并充当功率仲裁电路的电池电源输入。调节过的电压，使本专利技术的内部功率仲裁方案，等同于现有仲裁电路，即使电池和系统电源电压范围重叠。对比专利文献:CN201262720Y实时时钟电路 200820153394.4，CN202748694U—种实时时钟电路201220284661.8【附图说明】:通过以下详细描述和附图，本专利技术进一步地目的和优点将会变得明显。图1 (a) —(C)是显示了先前技术中的便携式或连续工作系统的框图，(Ia)功率仲裁电路，(Ib)低电池电压检测电路，(Ic)低功率振荡器电路。图2 (a) —(d)是本专利技术低功率实时时钟形式体现的框图，(2a)功率仲裁电路，(2b)低电池电压检测，(2c)低功率振荡器，(2d)电源监控电路。图3的框图显示了本专利技术实时时钟电路的主要成分。图4是本专利技术实时时钟电路调压器的原理图。图5是图4调压器包含的启动电路的原理图。图6是本专利技术实时时钟电路功率比较器模块的原理图。图7是图6功率开关电路的原理图。图8是本专利技术实时时钟电路阈下电流源的原理图。图9是图8电流源中包含的启动电路的原理图。图10是本专利技术实时时钟电路低功率振荡器的原理图。图11是本专利技术实时时钟电路低电量检测电路的原理图。图12是本专利技术实时时钟电路的有效RAM和时间(VRT)控制电路的原理图。【具体实施方式】:虽然本专利技术将会在低功率实时时钟的背景下描述，但是，本专利技术的原理和方法可被应用到其他类型的系统，当系统和电池电压范围重叠时，这些系统需要一个区别系统电源和电池电源的装置。本专利技术的实时时钟电路被设计工作在系统电源和电池电源的电压范围重叠的环境下。这种情况下，平常的“较高电源”仲裁方法不能适当地工作。这潜在的问题通过调节电池电压来克服，所以电池电源的电压范围低于系统电源的电压范围。标准调节器率耗散电流，速率比本专利技术应用所需的速率快的多，因此它不合适。这是因为使用标准调节器对减小电池寿命有很大的影响，不符合本专利技术的目的。克服这个问题需要设计一个调压器，它以正常速率的小部分(约1/1000)耗散电流。另外，调压器需要能够与高速数字电路结合在一个基片上，以一种兼容核心CMOS工艺的方式，本专利技术实现了该需求。本专利技术重要创造力方面有关它的可制造性。本专利技术解决的一个约束，是将具有高性能的低功率实时时钟电路与高功率数字电路整合在一个基片上，以一种不需要额外处理步骤的方式整合，除了在核心高速数字CMOS工艺中发现的方式。该方面是非凡的，因为大多数高性能数字处理被设计来适应装置，这些装置单元跨导很大，具有非常低的电阻材料以及只有寄生的，优化的双极设备。这种处理优先考虑速度而不是功耗。相反，为了起作用的，本专利技术的低功率实时时钟电路需要并使用了减小功耗的技术，通过四个或五个数量级与根据高性能数字处理方法的等效电路相比。该设计技术完成这个目标，体现在描述了低功率实时时钟电路的图中，包括:布局匹配单元装置(即图4中的电阻RGB)，图8中的电阻网络，图8的P沟道电流分布网络。该设计方法产生低偏压电路，它以一种更可预测的方式工作。本专利技术使用的另一个设计技术是匹配晶体管的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有系统及电池电量仲裁的低功率实时时钟电路，其特征是：功率仲裁电路，用于决定第一和第二电压源中的哪个作为输出电压源提供，其中第一和第二电压源分别产生第一和第二电压信号，电压范围重叠，功率仲裁电路包括：一个电流源，提供一个大小正比于温度的电流，该电流源进一步包括：电流发生阶段，包含一个晶体管，它工作在晶体管的亚阈值区；一个调压器，用于接收第一电压信号作为输入，产生一个参考电压信号作为输出，其中参考电压信号与第二电压信号电压范围不重叠，该调压器进一步包括：第一电压降元件，电流源产生的电流作为输入，并产生一个具有正温度系数的电压作为输出；第二电压降元件，输入为电流源产生的电流，并产生一个具有负温度系数的电压作为输出；一个比较器，输入为调压器输出的参考电压信号和第二电压信号，并产生一个输出作为控制信号，该控制信号指出两个输入中较大的一个；开关，把控制信号作为输入，该开关通过把比较器指示的一个输入作为输出电压源，来响应控制信号。

【技术特征摘要】
1.一种具有系统及电池电量仲裁的低功率实时时钟电路，其特征是:功率仲裁电路，用于决定第一和第二电压源中的哪个作为输出电压源提供，其中第一和第二电压源分别产生第一和第二电压信号，电压范围重叠，功率仲裁电路包括:一个电流源，提供一个大小正比于温度的电流，该电流源进一步包括:电流发生阶段，包含一个晶体管，它工作在晶体管的亚阈值区；一个调压器，用于接收第一电压信号作为输入，产生一个参考电压信号作为输出，其中参考电压信号与第二电压信号电压范围不重叠，该调压器进一步包括:第一电压降元件，电流源产生的电流作为输入，并产生一个具有正温度系数的电压作为输出；第二电压降元件，输入为电流源产生的电流，并产生一个具有负温度系数的电压作为输出；一个比较器，输入为调压器输出的参考电压信号和第二电压信号，并产生一个输出作为控制信号，该控制信号指出两个输入中较大的一个；开关，把控制信号作为输入，该开关通过把比较器指示的一个输入作为输出电压源，来响应控制信号。2.根据权利要求1所述的一种具有系统及电池电量仲裁的低功率实时时钟电路，其特征是:第一电压信号由电池提供；调压器进一步包括:启动电路，它提供第一电压信号作为调压器的输出，这种情况下，电流源没有输出。3.根据权利要求1所述的一种具有系统及电池电量仲裁的低功率实时时钟电路，其特征是:第一电压降元件有第一大小，第二电压降元件有第二大小，第一大小和第二大小被选择，所以第一和第二电压降元件输出的总和近似的不依赖于温度；参考电压信号低于第二电压信号的范围。4.根据权利要求1所述的一种具有系统及电池电量仲裁的低功率实时时钟电路，其特征是:低功率时钟电路，包括:一个功率仲裁电路，用于决定第一电压源和第二电压源中的哪一个作为输出电压源提供，其中，第一和第二电压源分别提供第一和第二电压信号，电压范围重叠，功率仲裁电路提供一个大于第二电压信号的输出，以及一个来源于第一电压信号的参考电压信号，进一步地，参考电压信号不在第二电压信号的范围内；一个振荡器，把功率仲裁电路的输出作为输入，并产生一个时钟信号作为输出；一个电源检测电路，参考电压信号和第一电压信号作为输入，并在第一电压信号小于参考电压信号时，产生一个低电源检测信号作为输出。`5.根据权利要求1所述的一种具有系统及电池电量仲裁的低功率实时时钟电路，...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：苏州贝克微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：