CN112649724A - 一种掉电检测电路、方法及mcu芯片 - Google Patents

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汤江逊
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Abstract

本申请提供了一种掉电检测电路、方法及MCU芯片，属于终端技术领域。所述掉电检测电路包括信息采集单元和比较器，所述比较器的第一输入引脚与目标芯片的外部电源的输出引脚连接，所述比较器的第二输入引脚与所述目标芯片的备用电池的输出引脚连接，用于对外部电源和备用电池的电压进行比较；所述信息采集单元分别与所述比较器的输出引脚和所述目标芯片的MCU连接，用于采集所述比较器的比较结果，根据所述比较结果确定所述外部电源的供电状态，并根据所述供电状态向所述MCU输出工作模式的切换信号。采用本申请可以降低MCU功耗。

Description

一种掉电检测电路、方法及MCU芯片
技术领域
本申请涉及终端技术领域，尤其涉及一种掉电检测电路、方法及MCU芯片。
背景技术
随着电子技术的发展，越来越多的设备开始追求芯片的低功耗设计，以节约设备的耗能。
相关技术中，电子设备通常可以采用两种方式给MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)芯片供电，一种是通过稳定的外部电源供电，一种是通过设备的电池供电。相应的，MCU芯片可以支持正常模式和低功耗模式，在有稳定的电源给MCU芯片供电，MCU芯片以正常模式工作，而在电池供电的情况下以低功耗模型工作。为了实现工作模式的切换，MCU芯片中的MCU需要持续的检测外部电源供电是否正常供电，并在检测到外部电源掉电时切换为低功耗模式。
然而，MCU持续检测外部电源是否正常供电也是会消耗不小的功耗的。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种掉电检测电路、方法及MCU芯片，以解决MCU持续检测外部电源是否正常供电，造成MCU功耗较高的问题。具体技术方案如下：
第一方面，提供了一种掉电检测电路，所述掉电检测电路包括信息采集单元和比较器，其中：
所述比较器的第一输入引脚与目标芯片的外部电源的输出引脚连接，所述比较器的第二输入引脚与所述目标芯片的备用电池的输出引脚连接，用于对外部电源和备用电池的电压进行比较；
所述信息采集单元分别与所述比较器的输出引脚和所述目标芯片的MCU连接，用于采集所述比较器的比较结果，根据所述比较结果确定所述外部电源的供电状态，并根据所述供电状态向所述MCU输出工作模式的切换信号。
可选的，所述MCU还用于输出低频时钟信号；
所述信息采集单元，还用于根据所述低频时钟信号的时钟周期采集所述比较器的比较结果。
可选的，所述掉电检测电路还包括供电控制器，所述供电控制器分别与所述外部电源、所述信息采集单元和所述比较器连接；
所述信息采集单元，还用于通过所述供电控制器控制所述比较器上电或断电。
可选的，所述供电控制器为金属氧化物半导体MOS管。
可选的，所述比较器的正输入引脚与所述外部电源连接，所述比较器的负输入引脚与所述备用电池连接。
第二方面，提供了一种掉电检测方法，应用于如第一方面任一项所述的掉电检测电路，所述方法包括：
比较器对外部电源和备用电池的电压进行比较，得到比较结果；
信息采集单元采集所述比较器的比较结果，根据所述比较结果确定所述外部电源的供电状态，并根据所述供电状态向MCU输出工作模式的切换信号。
可选的，所述信息采集单元采集所述比较器的比较结果，根据所述比较结果确定所述外部电源的供电状态，并根据所述供电状态向所述MCU输出工作模式的切换信号，包括：
如果所述比较结果为低电平，则所述信息采集单元确定所述外部电源的供电状态为掉电状态，输出第一切换信号，所述第一切换信号用于控制所述MCU切换至低功耗模式；
如果所述比较结果为高电平，则所述信息采集单元确定所述外部电源的供电状态为正常供电状态，输出第二切换信号，所述第二切换信号用于控制所述MCU切换至正常工作模式。
可选的，所述比较器对外部电源和备用电池的电压进行比较之前，还包括：
当所述信息采集单元接收MCU发送的低频时钟信号时，开始对所述低频时钟信号进行计数；
所述信息采集单元在计数值达到预设阈值后的第一时钟周期内，控制供电控制器对所述比较器进行供电。
可选的，所述信息采集单元采集所述比较器的比较结果，包括：
所述信息采集单元在计数值达到预设阈值后的第二时钟周期内，采集所述比较器的比较结果。
可选的，所述信息采集单元采集所述比较器的比较结果之后，还包括：
所述信息采集单元控制供电控制器对所述比较器断电。
第三方面，提供了一种MCU芯片，其特征在于，所述MCU芯片包括如第一方面任一项所述的掉电检测电路。
本申请实施例有益效果：
本申请实施例提供了一种掉电检测电路、方法及MCU芯片，其中，掉电检测电路包括信息采集单元和比较器。比较器的第一输入引脚与目标芯片的外部电源的输出引脚连接，比较器的第二输入引脚与目标芯片的备用电池的输出引脚连接，用于对外部电源和备用电池的电压进行比较；信息采集单元分别与比较器的输出引脚和目标芯片的MCU连接，用于采集比较器的比较结果，根据比较结果确定外部电源的供电状态，并根据供电状态向MCU输出工作模式的切换信号。本方案中，通过比较器和信息采集单元实现外部电源的掉电检测，无需MCU持续检测，降低了MCU的功耗。
当然，实施本申请的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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，对于本领域普通技术人员而言，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为本申请实施例提供的一种MCU芯片的供电***的示意图；
图2为本申请实施例提供的一种掉电检测电路的电路图；
图3为本申请实施例提供的一种掉电检测方法的流程图；
图4为本申请实施例提供的另一种掉电检测方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例提供了一种掉电检测电路，该掉电检测电路可以用于检测MCU芯片的外部电源是否正常供电。目前，电子设备通常可以采用两种方式给MCU芯片供电，一种是通过稳定的外部电源供电，一种是通过设备的电池供电。为了便于说明，本申请实施例首先提供了一种MCU芯片的供电***的示意图。如图1所示，该供电***包含外部电源(VCC)和备用电池(VBB)，外部电源可以通过稳压器提供稳压供电，可以提供给MCU芯片充足稳定的电能：备用电池可以在外部电源停止供电(比如停电、或外部电源故障)时，为MCU芯片提供备用电能。在一种实现方式中，本申请实施例提供的MCU芯片可以应用于可能存在断电可能的应用坏境中的电子设备，比如家用空调、家用洗衣机、智能电饭煲等。如果市电突然停掉，则电子设备会启动备用电池供电，相应的，MCU芯片立即从正常模式切换到低功耗模式进行工作，以降低功耗，提高备用电池的使用时间。这样，当市电恢复时再切换回市电(市电经过降压、整流、滤波、稳压的稳压器)供电时，MCU芯片中的数据不丢失，可以继续完成工作。
图1中，备用电池的供电引脚与MCU芯片的供电输入引脚a1连接，外部电源的供电引脚与MCU芯片的供电输入引脚a2连接。备用电池的供电输出端设置有二极管D1，该二极管D1可以用于保护备用电池灌电。另外，由于外部电源的供电电压通常高于备用电池的供电电压，因此，备用电池的供电引脚与外部电源的供电引脚之间也设置有二极管D2，用于在外部电源供电时节省备用电池供电消耗。MCU芯片内部可划分为模块A和模块B，其中，模块A是电能消耗比较大的部分、在低功耗模式下需要关闭的部分，模块B是低功耗模式下需要保持工作的部分。在有市电供电时，MCU的整体功耗由稳压器供电模块A和模块B同时工作，当备用电池供电时，关闭与模块A相关联的电源门控，以节省电能消耗。
如图2所示，为本申请实施例提供的掉电检测电路，该掉电检测电路包括信息采集单元和比较器。其中，比较器的第一输入引脚与目标芯片的外部电源的输出引脚连接，比较器的第二输入引脚与目标芯片的备用电池的输出引脚连接，用于对外部电源和备用电池的电压进行比较。
信息采集单元分别与比较器的输出引脚和目标芯片的MCU连接，用于采集比较器的比较结果，根据比较结果确定外部电源的供电状态，并根据供电状态向MCU输出工作模式的切换信号。
可选的，MCU还用于输出低频时钟信号，信息采集单元，还用于根据低频时钟信号的时钟周期采集比较器的比较结果。
其中，低频时钟信号可以为32k低频时钟信号。
可选的，掉电检测电路还包括供电控制器，供电控制器分别与外部电源、信息采集单元和比较器连接；
信息采集单元，还用于通过供电控制器控制比较器上电或断电。
具体的，供电控制器可以为MOS管，参照图2，MOS管的第一输入端与信息采集单元连接，用于接收信息采集单元发送的控制信号，MOS管的第二输入端与外部电源连接，MOS管的输出端与比较器的电源输入点连接，以便为比较器进行供电。
可选的，比较器的正输入引脚与外部电源连接，比较器的负输入引脚与备用电池连接。
基于该连接方式，当VCC正常供电时，比较器的输出为正(即高电平的电信号)，当VCC停止供电、由VBB供电时，比较器的输出为负(即低电平的电信号)。基于该特性，信息采集单元可以根据比较器输出的比较结果，判断VCC是否正常供电，实现对VCC的掉电检测。并且，可以在检测到VCC掉电时，控制MCU芯片进入低功耗模式，并可以在检测到VCC重新供电时，控制MCU芯片进入正常模式。
可选的，在另一种实现方式中，也可以将比较器的负输入引脚与外部电源连接，比较器的正输入引脚与备用电池连接。具体的比较过程与上述相反，本申请实施例不再赘述。
如图3所示，本申请实施例还提供了一种掉电检测方法，可以应用于上述掉电检测电路，该方法具体包括以下步骤。
步骤301，比较器对外部电源和备用电池的电压进行比较，得到比较结果。
本申请实施例中，由于比较器的第一输入引脚与目标芯片的外部电源的输出引脚连接，比较器的第二输入引脚与目标芯片的备用电池的输出引脚连接，因此，比较器可以获取外部电源和备用电池的电压，然后可以对这两个电压进行比较，得到比较结果。
参照图2，比较器的正输入引脚与外部电源连接，比较器的负输入引脚与备用电池连接。基于该连接方式，当VCC正常供电时，VCC>VBB则比较器的比较结果为正，比较器输出高电平的电信号。当VCC停止供电、由VBB供电时，VCC<VBB则比较器的比较结果为负，比较器输出低电平的电信号。
步骤302，信息采集单元采集比较器的比较结果，根据比较结果确定外部电源的供电状态，并根据供电状态向MCU输出工作模式的切换信号。
本申请实施例中，信息采集单元可以根据比较器输出的比较结果，判断VCC是否正常供电，实现对VCC的掉电检测。并且，可以在检测到VCC掉电时，控制MCU芯片进入低功耗模式，并可以在检测到VCC重新供电时，控制MCU芯片进入正常模式。
可选的，基于图2所示的掉电检测电流，信息采集单元采集比较器的比较结果，根据比较结果确定外部电源的供电状态，并根据供电状态向MCU输出工作模式的切换信号的具体处理过程为：如果比较结果为低电平，则信息采集单元确定外部电源的供电状态为掉电状态，输出第一切换信号，第一切换信号用于控制MCU切换至低功耗模式；如果比较结果为高电平，则信息采集单元确定外部电源的供电状态为正常供电状态，输出第二切换信号，第二切换信号用于控制MCU切换至正常工作模式。
本申请实施例中，如果比较结果为低电平，则说明VCC>VBB，信息采集单元可以确定外部电源的供电状态为掉电状态，然后输出第一切换信号，第一切换信号用于控制MCU切换至低功耗模式。MCU接收到第一切换信号后，可以关闭与模块A相关联的电源门控，以关闭模块A中的所有部件，仅保留模块B处于工作状态，从而节省电能消耗。
如果比较结果为高电平，则说明VCC<VBB，信息采集单元确定外部电源的供电状态为正常供电状态，输出第二切换信号，第二切换信号用于控制MCU切换至正常工作模式。MCU接收到第一切换信号后，可以关闭与模块A相关联的电源门控，以关闭模块A中的所有部件，仅保留模块B处于工作状态，从而节省电能消耗。其中，信息采集单元输出切换信号后，MCU可以判断当前状态是否需要切换，如果需要切换，则根据切换进行切换，如果不需要切换，则可以忽略该信号。例如，如果MCU当前为正常工作状态，则在接收到第一切换信号后，切换为低功耗模式，如果MCU当前已经为低功耗模式，则无需切换。MCU接收到第二切换信号的情况与之类似，不再赘述。
可选的，当信息采集单元接收MCU发送的低频时钟信号时，开始对低频时钟信号进行计数，在计数值达到预设阈值后的第一时钟周期内，控制供电控制器对比较器进行供电，以使比较器工作，即对外部电源和备用电池的电压进行比较。
本申请实施例中，MCU可以持续的发送的低频时钟信号，即MCU工作在低频状态，耗电量很少。其中，低频时钟信号可以为32k低频时钟信号。信息采集单元中可以设置有时序控制模块和定时器。该时序控制电路可以控制供电控制器给比较器供电。具体的，时序控制模块在接收到MCU发送的低频时钟信号后，可以利用低频时钟信号驱动定时器进行计数，当计数器记满(即达到预设阈值)时，可以在下一个低频时钟信号的时钟周期(即第一时钟周期)内将供电控制器打开，从而给比较器供电。
可选的，信息采集单元可以在计数值达到预设阈值后的第二时钟周期内，采集比较器的比较结果。
本申请实施例中，第二时钟周期和第一时钟周期可以相同，也可以不同。在一种实现方式中，在第一时钟周期给比较器供电后，信息采集单元可以在下一个时钟周期(即第二时钟周期)内采样比较器的数据。也即，第二时钟周期为第一时钟周期的下一个时钟周期。这样，先给比较器供电一定时间后，再采集比较器的输出结果，可以避开比较器的上电不稳定时间，提高采集的输出结果的有效性，从而提高信息采集单元的判断准确度。
可选的，信息采集单元采集比较器的比较结果之后，还可以控制供电控制器对比较器断电，并在达到预设时间间隔后，重新控制供电控制器对比较器进行供电。
本申请实施例中，第三个时钟周期可以为第二时钟周期之后的时钟周期。信息采集单元在对比较器断电后，可以在达到预设时间间隔后，重新控制供电控制器对比较器进行供电，以重新采集比较器的比较结果，从而实现周期性的判断外部电源是否掉电。例如，信息采集单元通过供电控制器在T1内给比较器供电，然后在T2采集单元采集比较器的比较结果，然后供电控制器停止给比较器供电。当达到预设时间间隔后，重新控制供电控制器对比较器进行供电，以重新检测外部电源的供电情况。
本申请实施例还提供了一种掉电检测方法的示例，如图4所示，具体包括以下步骤。
步骤401，信息采集单元接收MCU发送的低频时钟信号。
步骤402，信息采集单元利用低频时钟信号驱动定时器进行计数。
步骤403，当计数值达到预设阈值时，信息采集单元将MOS管打开，以在第一时钟周期内给比较器供电。
步骤404，比较器对外部电源和备用电池的电压进行比较，得到比较结果。
步骤405，信息采集单元在第一时钟周期之后的第二时钟周期内采样比较器的比较结果。
步骤406，信息采集单元判断比较结果是否为低电平。
如果比较结果为低电平，则执行步骤407～408；
如果比较结果为高电平，则执行步骤409～410。
步骤407，信息采集单元输出第一切换信号
步骤408，MCU切换至低功耗模式
步骤409，信息采集单元输出第二切换信号。
步骤410，MCU切换至正常工作模式。
本申请实施例中，掉电检测电路包括信息采集单元和比较器。比较器的第一输入引脚与目标芯片的外部电源的输出引脚连接，比较器的第二输入引脚与目标芯片的备用电池的输出引脚连接，用于对外部电源和备用电池的电压进行比较；信息采集单元分别与比较器的输出引脚和目标芯片的MCU连接，用于采集比较器的比较结果，根据比较结果确定外部电源的供电状态，并根据供电状态向MCU输出工作模式的切换信号。本方案中，通过比较器和信息采集单元实现外部电源的掉电检测，无需MCU持续检测，降低了MCU的功耗。
基于相同的技术构思，本发明实施例还提供了一种MCU芯片，该MUC芯片可以包含上述掉电检测电路和MCU，该MCU芯片可以通过外部电源供电，也可以通过备用电池供电。其中，掉电检测电路包括信息采集单元和比较器。比较器的第一输入引脚与目标芯片的外部电源的输出引脚连接，比较器的第二输入引脚与目标芯片的备用电池的输出引脚连接，用于对外部电源和备用电池的电压进行比较；信息采集单元分别与比较器的输出引脚和目标芯片的MCU连接，用于采集比较器的比较结果，根据比较结果确定外部电源的供电状态，并根据供电状态向MCU输出工作模式的切换信号。本方案中，通过比较器和信息采集单元实现外部电源的掉电检测，无需MCU持续检测，降低了MCU的功耗。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种掉电检测电路，其特征在于，所述掉电检测电路包括信息采集单元和比较器，其中：
所述比较器的第一输入引脚与目标芯片的外部电源的输出引脚连接，所述比较器的第二输入引脚与所述目标芯片的备用电池的输出引脚连接，用于对外部电源和备用电池的电压进行比较；
所述信息采集单元分别与所述比较器的输出引脚和所述目标芯片的MCU连接，用于采集所述比较器的比较结果，根据所述比较结果确定所述外部电源的供电状态，并根据所述供电状态向所述MCU输出工作模式的切换信号。
2.根据权利要求1所述的掉电检测电路，其特征在于，所述MCU还用于输出低频时钟信号；
所述信息采集单元，还用于根据所述低频时钟信号的时钟周期采集所述比较器的比较结果。
3.根据权利要求1所述的掉电检测电路，其特征在于，所述掉电检测电路还包括供电控制器，所述供电控制器分别与所述外部电源、所述信息采集单元和所述比较器连接；
所述信息采集单元，还用于通过所述供电控制器控制所述比较器上电或断电。
4.根据权利要求3所述的掉电检测电路，其特征在于，所述供电控制器为金属氧化物半导体MOS管。
5.根据权利要求1所述的掉电检测电路，其特征在于，所述比较器的正输入引脚与所述外部电源连接，所述比较器的负输入引脚与所述备用电池连接。
6.一种掉电检测方法，其特征在于，应用于如权利要求1至5任一项所述的掉电检测电路，所述方法包括：
比较器对外部电源和备用电池的电压进行比较，得到比较结果；
信息采集单元采集所述比较器的比较结果，根据所述比较结果确定所述外部电源的供电状态，并根据所述供电状态向MCU输出工作模式的切换信号。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述信息采集单元采集所述比较器的比较结果，根据所述比较结果确定所述外部电源的供电状态，并根据所述供电状态向所述MCU输出工作模式的切换信号，包括：
如果所述比较结果为低电平，则所述信息采集单元确定所述外部电源的供电状态为掉电状态，输出第一切换信号，所述第一切换信号用于控制所述MCU切换至低功耗模式；
如果所述比较结果为高电平，则所述信息采集单元确定所述外部电源的供电状态为正常供电状态，输出第二切换信号，所述第二切换信号用于控制所述MCU切换至正常工作模式。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述比较器对外部电源和备用电池的电压进行比较之前，还包括：
当所述信息采集单元接收MCU发送的低频时钟信号时，开始对所述低频时钟信号进行计数；
所述信息采集单元在计数值达到预设阈值后的第一时钟周期内，控制供电控制器对所述比较器进行供电。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述信息采集单元采集所述比较器的比较结果，包括：
所述信息采集单元在计数值达到预设阈值后的第二时钟周期内，采集所述比较器的比较结果。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述信息采集单元采集所述比较器的比较结果之后，还包括：
所述信息采集单元控制供电控制器对所述比较器断电。
11.一种MCU芯片，其特征在于，所述MCU芯片包括如权利要求1至5任一项所述的掉电检测电路。
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