CN102692948A - 片上***实现的实时时钟低功耗控制电路 - Google Patents

片上***实现的实时时钟低功耗控制电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种片上***实现的低功耗实时时钟控制电路,该实时时钟控制电路包括与CPU位于同一片上***且与CPU通过串行接口连接的一RTC,以及分别连接CPU和RTC的电源模块,相比CPU和单独搭配一颗RTC,极大的降低了功耗。进一步的,本发明实时时钟控制电路还包括一开机模块、RTC的唤醒引脚和与连接在片上***、开机模块和***电源间的PMOS管,控制整个片上***的定时运行和在需要的时候运行,进一步降低了***功耗。

Description

片上***实现的实时时钟低功耗控制电路
技术领域
本发明涉及一种实时时钟控制电路,尤其涉及一种片上***实现的实时时钟低功耗控制电路。
背景技术
当前实现实时时钟控制的***,是以微控制器(MCU)搭配一颗单独的实时时钟(RTC)芯片实现的。这类单独的实时时钟芯片,多数内置有晶体振荡器、多位定时计数器,少数还内置通用目的存储器(RAM)、中断输出引脚、电池供电引脚等功能,通过串行接口与微控制器通信。单独的实时时钟芯片在非通信模式下运行的时候,只消耗非常小的能量,所以小容量的电池就可以让芯片保持运行很长时间。在和微控制器通信的时候,会消耗比较大的能量,此时就要设计通过微控制器的供电***补充一定的能量过来,以延长电池寿命。这类***的连接方式如图1和图2所示。在图1、图2中,主***电源VDD和独立RTC芯片电源RTCVDD通过二极管隔离。
低功耗的片上***(SOC)是目前芯片设计的方向。随着半导体特征尺寸的缩小,芯片晶体管数目的增多,晶体管在关断状态下的漏电所消耗的功率所占的比例越来越大,已经成为必须解决的问题。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术中的缺点,提供一种片上***实现的实时时钟控制电路。
该实时时钟控制电路包括与CPU位于同一片上***且与CPU通过串行接口连接的一RTC,以及分别连接CPU和RTC的电源模块。
其中,连接CPU和RTC的电源模块可以为同一模块,连接RTC的电源模块也可以为一RTC电池。
进一步的,当连接RTC的电源模块为一RTC电池时,连接RTC电池和CPU的电源模块为一单向开关,所述单向开关由第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、限流电阻RS1及限流电阻RS2组成,限流电阻RS1和限流电阻RS2分别连接第一PMOS管的源极和漏极,限流电阻RS1和限流电阻RS2的另一端分别连接所述CPU和RTC的电源模块,第一PMOS管的栅极连接限流电阻RS2和所述RTC的电源模块,第二PMOS管的源极连接限流电阻RS1,第二PMOS管的漏极连接第三PMOS管的源极,第二PMOS管的栅极连接所述RTC的电源模块和限流电阻RS2,第三PMOS管的漏极连接限流电阻RS2,第三PMOS管的栅极连接所述CPU的电源模块和限流电阻RS1。
实时时钟控制电路进一步包括所述RTC上的一唤醒引脚,一开机模块和第四PMOS管,所述开机模块包括一开机按键,一NPN管和两个电阻R1、R2,所述开机按键与所述连接CPU和所述RTC的电源模块和电阻R2相连,电阻R2还与所述NPN管的基极相连,电阻R1与所述NPN管的集电极和所述连接CPU和所述RTC的电源模块相连,所述第四PMOS管的栅极与所述NPN管的集电极连接,第四PMOS管还与所述连接CPU和所述RTC的电源模块和片上***连接。
实时时钟控制电路还可以进一步包括所述RTC上的一唤醒引脚、一开机模块和第五PMOS管,所述开机模块包括一开机按键、一NPN管和两个电阻R3、R4,所述开机按键一端接地,另一端与电阻R4连接,电阻R3与所述连接CPU和所述RTC的电源模块相连,电阻R3、R4与所述NPN管的集电极相连,所述NPN管发射极接地,所述NPN管基极与所述唤醒引脚相连,所述第五PMOS管栅极与所述NPN管的集电极连接,所述PMOS管还与所述连接CPU和所述RTC的电源模块和片上***连接。
其中,所述RTC进一步包括接口寄存器,内部寄存器,通用RAM,RTC状态机,32位定时器和4位分频器,当CPU处理完任务,设定所述RTC的定时闹钟,将需要保存的数据保存在所述通用RAM内;当设定的时间到达,所述RTC产生闹钟信号,通过所述唤醒引脚输出高电平打开所述NPN管,所述NPN管打开所述PMOS管,***上电。
其中,所述唤醒引脚由第六PMOS管,一弱下拉电阻和一串联电阻组成的唤醒引脚驱动器驱动。
本发明实现了整合实时时钟芯片和微控制器芯片功能的一种片上***,降低了功耗,且通过低功耗运行的实时时钟模块,控制整个片上***的定时运行和在需要的时候运行,进一步降低了***功耗,同时也降低了方案成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术的一实时时钟控制电路。
图2为现有技术的又一实时时钟控制电路。
图3为本发明的RTC电池单独供电的一实时时钟控制电路。
图4为本发明的由片上***的电源供电给RTC的一实时时钟控制电路。
图5为本发明一实施例采用的开机模块的实时时钟控制电路。
图6为本发明又一实施例采用的开机模块的实时时钟控制电路。
图7为RTC内部结构及与CPU的连接示例图。
图8为RTC唤醒引脚驱动器结构图。
图9为片上***电源和RTC电源间的单向开关结构图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
本发明的实时时钟控制电路包括与CPU位于同一片上***且与CPU通过串行接口连接的一RTC,以及分别连接CPU和RTC的电源模块。通过将CPU和RTC置于同一片上***,大大降低了功耗。
其中,连接CPU和RTC的电源模块可以为同一模块,连接RTC的电源模块也可以为一RTC电池。如图3和图4所示。
在图3和图4中,片上***芯片包含RTC和CPU、稳压器等模块。图3和图4是面对不同的主电源而采用不一样的RTC模块供电方式,但实现方式是一样的。图3中,RTC模块拥有单独的RTC电池,主电源可以移除而不会影响RTC模块的运行。图4中,主电源是不可移除的大容量电池,通过电阻R5、R6和电容C1实现对RTC模块的不间断供电,这样可以省略单独的RTC电池,节省方案成本。
图3和图4所示的***,还需一个开机启动过程,可用图5和图6所示的方式实现。
图5和图6中,开机信号通过按下按键,加在NPN三极管的基极或者PMOS管的栅极,让***上电。主CPU上电运行后,控制RTC模块的唤醒引脚输出高电平信号,驱动NPN管输出低电平,从而完成开机信号的锁定。此时,可以释放按键。
开机成功后,主CPU处理完既定任务后,设定RTC的定时闹钟等功能,把需要保存的数据保存在RTC模块的通用RAM里面,然后控制唤醒引脚输出低电平关断NPN管,从而关断PMOS管,让主***断电。在到达设定的时间时,RTC模块产生一个闹钟信号,通过唤醒引脚输出高电平打开NPN三极管,从而打开PMOS管,使得主CPU***重新上电,查询各种输入信息,完成既定任务,然后又进入断电状态。
通过这种方式,让整个SOC***工作的时间很短,大部分时间处于功耗非常小(RTC模块的运行消耗)的状态,从而大幅降低了整个***的功耗。当主电源也是由电池供电的时候,大大延长了电池寿命。
本发明的RTC模块的功能设计如图7所示。
图7中,RTC模块和CPU***通过串行接口连接,此外,RTC模块还向CPU***提供32.768K赫兹和1赫兹的时钟信号。
RTC模块的接口寄存器、内部寄存器,通用RAM、RTC状态机、32位定时器、4位分频器,组合实现了RTC模块的定时、计数、闹钟、数据存储等功能。
通用RAM的大小按***需要设定。因为RTC模块是不间断供电,所以通用RAM里保存的数据也不会因主CPU***的断电而丢失,因此可以当作非易失性存储器使用。
RTC振荡器搭配相应晶振产生32.768K赫兹的时钟供给定时器和其他部分。
上电复位部分在RTC模块初始上电的时候产生复位信号给RTC状态机,使其处于正确的起始状态。
RTC状态机产生的唤醒信号通过唤醒引脚输出,驱动芯片外部NPN三极管,从而控制图3和图4中的PMOS电源开关。电路如图8所示。
图8中,唤醒引脚驱动器由一个PMOS管和1个弱下拉电阻、1个串联电阻组成,以此可靠驱动外部NPN三极管。
另外,电源处理部分电路如图9所示。
图9的电路实现的是单向开关功能。电路中,第一PMOS管M1连接成一个单向开关,两个限流电阻RS1、RS2和上面的第二PMOS管M2、第三PMOS管M3实现衬底B点电位对VDD和RTCVDD的跟踪,让衬底B点处于合适的高电位,确保第一PMOS管M1的功能正常。
图9的单向开关,在VDD电位低于RTCVDD的时候,处于关断状态,实现了RTC模块电源RTCVDD和主CPU电源VDD之间的隔离。在VDD电位高出RTCVDD引脚的电压一定值(阈值电压)的时候,单向开关导通,由VDD供电给RTC模块。并且当***如图3所示,RTCVDD引脚连接的是RTC电池时,还可以对RTC电池补充电量。由于串联限流电阻RS1、RS2的存在,使得对RTC电池的充电只能是微弱的涓流充电,所以不会伤害到电池。
以上对本发明的优选实施方案进行了详细描述,但本发明并不局限于上述实施方案,对本领域技术人员来说各种显而易见的修改和变换,仍属于本发明所要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种片上***实现的实时时钟低功耗控制电路,其特征在于:包括与CPU位于同一片上***且与所述CPU通过串行接口连接的一RTC,以及分别连接CPU和所述RTC的电源模块。
2.根据权利要求1所述的片上***实现的实时时钟低功耗控制电路,其特征在于:所述连接CPU和RTC的电源模块为同一模块。
3.根据权利要求1所述的片上***实现的实时时钟低功耗控制电路,其特征在于:所述连接RTC的电源模块为一RTC电池。
4.根据权利要求3所述的片上***实现的实时时钟低功耗控制电路,其特征在于:连接所述RTC和CPU之间的电源模块为一单向开关,所述单向开关由第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、限流电阻RS1及限流电阻RS2组成,限流电阻RS1和限流电阻RS2分别连接第一PMOS管的源极和漏极,限流电阻RS1和限流电阻RS2的另一端分别连接所述CPU和RTC的电源模块,第一PMOS管的栅极连接限流电阻RS2和所述RTC的电源模块,第二PMOS管的源极连接限流电阻RS1,第二PMOS管的漏极连接第三PMOS管的源极,第二PMOS管的栅极连接所述RTC的电源模块和限流电阻RS2,第三PMOS管的漏极连接限流电阻RS2,第三PMOS管的栅极连接所述CPU的电源模块和限流电阻RS1。
5.根据权利要求1所述的片上***实现的实时时钟低功耗控制电路,其特征在于:进一步包括所述RTC上的一唤醒引脚,一开机模块和第四PMOS管,所述开机模块包括一开机按键,一NPN管和两个电阻R1、R2,所述开机按键与所述连接CPU和所述RTC的电源模块和电阻R2相连,电阻R2还与所述NPN管的基极相连,电阻R1与所述NPN管的集电极和所述连接CPU和所述RTC的电源模块相连,所述第四PMOS管的栅极与所述NPN管的集电极连接,第四PMOS管还与所述连接CPU和所述RTC的电源模块和片上***连接。
6.根据权利要求1所述的片上***实现的实时时钟低功耗控制电路,其特征在于:进一步包括所述RTC上的一唤醒引脚、一开机模块和第五PMOS管,所述开机模块包括一开机按键、一NPN管和两个电阻R3、R4,所述开机按键一端接地,另一端与电阻R4连接,电阻R3与所述连接CPU和所述RTC的电源模块相连,电阻R3、R4与所述NPN管的集电极相连,所述NPN管发射极接地,所述NPN管基极与所述唤醒引脚相连,所述第五PMOS管栅极与所述NPN管的集电极连接,所述PMOS管还与所述连接CPU和所述RTC的电源模块和片上***连接。
7.根据权利要求5或6所述的片上***实现的实时时钟低功耗控制电路,其特征在于:所述RTC进一步包括接口寄存器、内部寄存器、通用RAM、RTC状态机、32位定时器和4位分频器,当CPU处理完任务,设定所述RTC的定时闹钟,将需要保存的数据保存在所述通用RAM内;当设定的时间到达,所述RTC产生闹钟信号,通过所述唤醒引脚输出高电平打开所述NPN管,所述NPN管打开所述PMOS管,***上电。
8.根据权利要求5或6所述的片上***实现的实时时钟低功耗控制电路,其特征在于:所述唤醒引脚由第六PMOS管、一弱下拉电阻和一串联电阻组成的唤醒引脚驱动器驱动。
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