CN114397957A - 用于mcu芯片的低功耗电源管理电路、mcu芯片 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于MCU芯片的低功耗电源管理电路、MCU芯片。该电路包括电源切换模块，用于接收电源检测模块输出的控制信号，所述控制信号用于指示所述电源切换模块将主电源在预设主供电电源Vdd或者预设电池副供电电源Vbat之间进行切换；Vdd电源检测模块，用于检测所述主电源是否存在且是否供电稳定，并输出所述控制信号至所述电源切换模块对主副电源进行切换；LDO组合电路模块至少包括：低功耗LDO电路以及正常LDO电路，所述低功耗LDO电路用于向对应的备份域低压器件供电电压，所述正常LDO电路用于向对应的数字域供电电压。本申请解决了低功耗电源管理方案效果不佳的技术问题。

Description

用于MCU芯片的低功耗电源管理电路、MCU芯片

技术领域

本申请涉及微控制器领域，具体而言，涉及一种用于MCU芯片的低功耗电源管理电路、MCU芯片。

背景技术

当前物联网应用，智能交通，智慧城市以及智能家居等应用中无处不在都会应用到MCU芯片，而且降低能源损耗也是当前首要关心问题。

相关技术中，MCU芯片***中的低功耗电源管理方案可以充分利用外界电源提高MCU芯片供电选择以及提高芯片的供电效率，使芯片在不同供电应用场景下，都能够正常高效工作。然而，低功耗电源管理方案并无法保证在电源掉电后芯片内部存储器仍然保持数据的有效性，也没有基于低功耗的电源高效管理方案。

针对相关技术中低功耗电源管理方案效果不佳的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种用于MCU芯片的低功耗电源管理电路、MCU芯片，以解决低功耗电源管理方案效果不佳的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种用于MCU芯片的低功耗电源管理电路。

根据本申请的用于MCU芯片的低功耗电源管理电路包括：电源切换模块，用于接收电源检测模块输出的控制信号，所述控制信号用于指示所述电源切换模块将主电源在预设主供电电源Vdd或者预设电池副供电电源Vbat之间进行切换；Vdd电源检测模块，用于检测所述主电源是否存在且是否供电稳定，并输出所述控制信号至所述电源切换模块对主副电源进行切换；LDO组合电路模块至少包括：低功耗LDO电路以及正常LDO电路，所述低功耗LDO电路用于向对应的备份域低压器件供电电压，所述正常LDO电路用于向对应的数字域供电电压。

进一步地，所述电源切换模块用于接收所述Vdd电源切换模块中输出的开关控制信号，当所述开关控制信号为低电平的情况下，所述电源切换模块输出Vddsw并通过开关连接到所述预设电池副供电电源Vbat；当所述开关控制信号为高电平的情况下，所述电源切换模块输出Vddsw并通过开关连接到所述预设主供电电源Vdd。

进一步地，所述低功耗LDO电路输出Dvddlp用于向对应的备份域低压器件供电电压，所述正常LDO电路输出Dvdd用于向对应的数字域供电电压。

进一步地，在所述MCU芯片工作在低功耗状态的情况下，将所述正常LDO电路关闭。

进一步地，在所述MCU芯片工作在低功耗状态的情况下，控制连接所述Dvddlp与所述Dvdd之间的开关，以使通过所述Dvddlp为所述Dvdd电压域供电。

进一步地，所述低功耗LDO电路用于向对应的备份域低压器件供电电压，还包括：向时钟晶振、RTC功能电路进行供电。

进一步地，所述正常LDO电路用于向对应的数字域供电电压，还包括：向所述MCU芯片的内存单元、低压***电路进行供电。

进一步地，所述Vdd电源检测模块，还用于在检测所述主电源不存在或者无法供电稳定的情况下，将所述MCU芯片通过预设电池副供电电源Vbat供电，并通过所述电源切换模块流通所述低功耗LDO电路为对应的低压电路进行供电。

进一步地，电源切换模块，用于接收电源检测模块输出的控制信号，将所述MCU芯片通过在预设主供电电源Vdd供电，同时关闭所述预设电池副供电电源Vbat。

为了实现上述目的，根据本申请的另一方面，提供了一种MCU芯片，包括所述的低功耗电源管理电路。

在本申请实施例中用于MCU芯片的低功耗电源管理电路、MCU芯片，采用电源切换模块、Vdd电源检测模块、LDO组合电路模块组合的方式，通过检测主电源Vdd上的电压特性作为控制电源切换模块的开关，以此来更好的优化电源功耗分配，达到了降低自身电路消耗功耗的同时，更好的对进入到MCU芯片中电源进行管理从而使其更加高效工作的目的，从而实现了降低功耗提高电源工作效率的技术效果，进而解决了低功耗电源管理方案效果不佳的技术问题。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例的用于MCU芯片的低功耗电源管理电路的结构示意图；

图2是根据本申请实施例的用于MCU芯片的低功耗电源管理电路的原理示意图；

图3是根据本申请实施例的用于MCU芯片的低功耗电源管理电路中电源检测电路工作原理；

图4是根据本申请实施例的用于MCU芯片的低功耗电源管理电路中电源开关切换电路；

图5是根据本申请实施例的用于MCU芯片的低功耗电源管理电路中LDO原理框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1所示，是根据本申请实施例的用于MCU芯片的低功耗电源管理电路的结构示意图，包括：电源切换模块101，用于接收电源检测模块输出的控制信号，所述控制信号用于指示所述电源切换模块将主电源在预设主供电电源Vdd或者预设电池副供电电源Vbat之间进行切换；Vdd电源检测模块102，用于检测所述主电源是否存在且是否供电稳定，并输出所述控制信号至所述电源切换模块对主副电源进行切换；LDO组合电路模块103至少包括：低功耗LDO电路以及正常LDO电路，所述低功耗LDO电路用于向对应的备份域低压器件供电电压，所述正常LDO电路用于向对应的数字域供电电压。

从以上的描述中，可以看出，本申请实现了如下技术效果：

采用电源切换模块、Vdd电源检测模块、LDO组合电路模块组合的方式，通过检测主电源Vdd上的电压特性作为控制电源切换模块的开关，以此来更好的优化电源功耗分配，达到了降低自身电路消耗功耗的同时，更好的对进入到MCU芯片中电源进行管理从而使其更加高效工作的目的，从而实现了降低功耗提高电源工作效率的技术效果，进而解决了低功耗电源管理方案效果不佳的技术问题。

除了对MCU芯片内电源进行管理控制，实现***低功耗状态优化，电源管理单元自身的功耗也会尽可能低，。在整个电源管理方案模块中，所述电源切换模块101由于为低功耗状态供电，消耗功耗和自身开关导通电阻与流过电流有关，只要低功耗状态电流低则本身消耗功耗有限。对于Vdd电源检测模块102整体消耗功耗在1uA量级左右。对于LDO组合电路模块103，主要考虑低功耗LDO静态功耗，由于低功耗LDO负载为备份域以及内部工作最快时钟为32KHz,消耗功耗低，自身功耗大约在0.5uA量级即可满足负载要求。所以整体电源管理部分消耗功耗能够满足***低功耗应用需求。

在所述电源切换模块101中接收电源检测模块输出的控制信号，所述控制信号用于指示所述电源切换模块将主电源在预设主供电电源Vdd或者预设电池副供电电源Vbat之间进行切换。也就是说，通过连接主负电源的电源切换模块101，通过切换可在MCU芯片主电源上电以及稳定之前给MCU芯片提供一个稳定可靠的电源。可以理解，所述电源切换模块101中通过切换电源开关实现电源切换。

作为本实施例中的优选，所述电源切换模块101，用于接收电源检测模块输出的控制信号，将所述MCU芯片通过在预设主供电电源Vdd供电，同时关闭所述预设电池副供电电源Vbat。

在所述Vdd电源检测模块102中检测所述主电源是否存在且是否供电稳定，并输出所述控制信号至所述电源切换模块对主副电源进行切换。也就是说，Vdd电源检测模块102测主电源是否存在以及是否供电稳定，并输出信号控制电源切换模块101对主负电源进行切换。

作为本实施例中的优选，所述Vdd电源检测模块102，还用于在检测所述主电源不存在或者无法供电稳定的情况下，将所述MCU芯片通过预设电池副供电电源Vbat供电，并通过所述电源切换模块流通所述低功耗LDO电路为对应的低压电路进行供电。

在所述LDO组合电路模块103至少包括：低功耗LDO电路以及正常LDO电路，所述低功耗LDO电路用于向对应的备份域低压器件供电电压，所述正常LDO电路用于向对应的数字域供电电压。其作为所述MCU芯片提供低压电路供电的LDO模块。一部分为低功耗LDO电路，该部分电路主要为芯片中备份域寄存器，32K时钟晶振以及RTC等功能供电，另一部分为正常模式LDO电路，主要为核心数字部分，Memories以及一些低压***电路等功能供电。其中为两个LDO电路供电电源分别为来自电源切换模块输出和主电源Vdd。

在一些实施例中，所述低功耗LDO电路用于向对应的备份域低压器件供电电压，还包括：向时钟晶振、RTC功能电路进行供电。

在一些实施例中，所述正常LDO电路用于向对应的数字域供电电压，还包括：向所述MCU芯片的内存单元、低压***电路进行供电。

如图2所示，是根据本申请实施例的用于MCU芯片的低功耗电源管理电路的原理示意图，其中主要包括电源切换模块、电源检测模块以及LDO组合电路。

所述电源开关切换模块的主负电源输入分别为Vdd与Vbat。同时这两个电源切换受来自Vdd电源检测模块的输出信号Swctrl控制，当该信号为低电平,电源切换模块输出Vddsw通过开关连接到vbat,为高电平时输出Vddsw通过开关连接到Vdd。其中，Vddsw作为LDO电路内部低功耗LDO的电源，正常模式LDO电源为Vdd；低功耗LDO输出Dvddlp作为备份域低压器件供电电压，正常LDO输出Dvdd作为核心数字域供电电压。

需要注意的是，当整个MCU芯片工作在低功耗状态下，正常LDO关闭，可以根据实际应用的需求通过来自备份域Lpctrl控制信号控制连接Dvddlp与Dvdd之间的开关，使其导通，应用Dvddlp为Dvdd电压域供电，使其内部数据得以保持。

作为本实施例中的优选，所述低功耗LDO电路输出Dvddlp用于向对应的备份域低压器件供电电压，所述正常LDO电路输出Dvdd用于向对应的数字域供电电压。

作为本实施例中的优选，在所述MCU芯片工作在低功耗状态的情况下，将所述正常LDO电路关闭。

作为本实施例中的优选，在所述MCU芯片工作在低功耗状态的情况下，控制连接所述Dvddlp与所述Dvdd之间的开关，以使通过所述Dvddlp为所述Dvdd电压域供电。

作为本实施例中的优选，所述电源切换模块用于接收所述Vdd电源切换模块中输出的开关控制信号，当所述开关控制信号为低电平的情况下，所述电源切换模块输出Vddsw并通过开关连接到所述预设电池副供电电源Vbat；当所述开关控制信号为高电平的情况下，所述电源切换模块输出Vddsw并通过开关连接到所述预设主供电电源Vdd。

如图3所示，是根据本申请实施例的用于MCU芯片的低功耗电源管理电路中电源检测电路工作原理。其中，该图横坐标表示时间，纵坐标为Vdd电源电压。图3中显示了整个电源电压Vdd从上电到掉电过程模块输出信号Swctrl变化过程。图3中POR表示电源电压上电切换阈值，PDR为掉电切换阈值，两个电压差值为Vhys，这个迟滞电压防止电源电压出现干扰波动时，Swctrl信号不会高低电平来回切换。Tdly为Swctrl信号到达POR上电阈值后延迟时间，目的为当电源电压Vdd输出稳定后Swctrl信号再进行变高切换。

进一步地，如图4所示，是根据本申请实施例的用于MCU芯片的低功耗电源管理电路中电源开关切换电路，具体而言，作为对于电源开关切换电路的电路结构。该设计主体部分为Msp1管至Msp12构成的开关电路。具体工作原理如下：

当开关控制信号Swctrl为低电平，控制Vdd至Vddsw的PMOS开关管栅端控制信号c1_vdd/c2_vdd/c3_vdd，c1_sw/c2_sw/c3_sw为高电平，开关Msp1～Msp6关断，而控制Vbat至Vddsw的PMOS开关管栅端控制信号c1b_vbat/c2b_vbat/c3b_vbat以及c1b_sw/c2b_sw/c3b_sw为低电平，开关Msp7～Msp12导通，vddsw连接vbat电源。

进一步，当开关控制信号swctrl变为高电平,控制开关Msp1～Msp6栅端信号为低电平，Msp7～Msp12栅端信号为高电平，Vddsw连接Vdd电源。而设计中不管是Vdd至Vddsw通路，还是Vbat至Vddsw通路，都采用开关管并联的方式接入，目的为了使Vdd或者Vbat接入或者断开与Vddsw之间关系是循序渐进慢慢关联,

比如，当Vddsw连接Vdd的开关管导通时，首先是Msp1/Msp2导通，经过几十ns之后Msp3/Msp4导通，再次是Msp5/Msp6导通。这样对后续供电电路的电源线性特性有个更好的保障作用。

在一些实施例中，电路结构的设计并不约束于图4中的三条支路并联，更多条支路设计也在本申请的保护范围之内。

如图5所示，是根据本申请实施例的用于MCU芯片的低功耗电源管理电路中LDO原理框图，其中主要包含两个LDO模块，一个为低功耗LDO，另一个为正常模式LDO。

具体而言，对于低功耗LDO供电电源来自于开关切换模块，由于LDO组合电路模块103供电来自于Vbat或者vdd，所以只要MCU芯片存在电源则低功耗LDO就一直处于工作状态。比如，在一些场景应用中vbat供电来自于电池，即使Vdd电源掉电vddsw仍然存在电压输出。对于正常模式LDO其工作状态受其使能信号ldoen控制，该信号来自于受低功耗ldo输出电源dvddlp供电的备份寄存器区域，高电平正常模式LDO工作。

进一步地，在低功耗模式状态下，为了降低数字核心区域漏电电流，可以把正常模式LDO输出电压dvdd拉到零，但是如果为了保存数据但是又想把LDO内部电路关闭掉，Lpctrl信号变高，连接Lpdvdd与Dvdd传输门导通，通过Lpdvdd为Dvdd供电低压区域供电，此时Dvdd供电低压区域只存在器件的漏电电流。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机***中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本申请的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本申请不限制于任何特定的硬件和软件结合。

在本申请的实施例中还提供了一种MCU芯片，包括所述的低功耗电源管理电路。在MCU芯片中通过电源检测模块检测主电源Vdd上的电压特性作为控制电源切换模块的开关，以此来更好的优化电源功耗分配，当主电源vdd不存在或者达不到阈值要求，而此时芯片处于电池供电，其消耗电流主要通过电源切换模块流通低功耗LDO为对应的低压电路进行供电，随着vdd电源供电正常，不管是低功耗控制的支路还是正常LDO消耗支路，其供电电压都来自于vdd电源，此时关闭电池供电支路节省电池能量。当vdd供电正常而此时却处于低功耗状态时，可以控制低功耗LDO输出和dvdd相互配合更好的实现低压器件部分供电，提高了***供电的效率。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于MCU芯片的低功耗电源管理电路，其特征在于，包括：

电源切换模块，用于接收电源检测模块输出的控制信号，所述控制信号用于指示所述电源切换模块将主电源在预设主供电电源Vdd或者预设电池副供电电源Vbat之间进行切换；

Vdd电源检测模块，用于检测所述主电源是否存在且是否供电稳定，并输出所述控制信号至所述电源切换模块对主副电源进行切换；

LDO组合电路模块至少包括：低功耗LDO电路以及正常LDO电路，所述低功耗LDO电路用于向对应的备份域低压器件供电电压，所述正常LDO电路用于向对应的数字域供电电压。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电源切换模块用于接收所述Vdd电源切换模块中输出的开关控制信号，

当所述开关控制信号为低电平的情况下，所述电源切换模块输出Vddsw并通过开关连接到所述预设电池副供电电源Vbat；

当所述开关控制信号为高电平的情况下，所述电源切换模块输出Vddsw并通过开关连接到所述预设主供电电源Vdd。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述低功耗LDO电路输出Dvddlp用于向对应的备份域低压器件供电电压，所述正常LDO电路输出Dvdd用于向对应的数字域供电电压。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，在所述MCU芯片工作在低功耗状态的情况下，将所述正常LDO电路关闭。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，在所述MCU芯片工作在低功耗状态的情况下，控制连接所述Dvddlp与所述Dvdd之间的开关，以使通过所述Dvddlp为所述Dvdd电压域供电。

6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述低功耗LDO电路用于向对应的备份域低压器件供电电压，还包括：向时钟晶振、RTC功能电路进行供电。

7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述正常LDO电路用于向对应的数字域供电电压，还包括：向所述MCU芯片的内存单元、低压***电路进行供电。

8.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述Vdd电源检测模块，还用于在检测所述主电源不存在或者无法供电稳定的情况下，将所述MCU芯片通过预设电池副供电电源Vbat供电，并通过所述电源切换模块流通所述低功耗LDO电路为对应的低压电路进行供电。

9.根据权利要求8所述的电路，其特征在于，电源切换模块，用于接收电源检测模块输出的控制信号，将所述MCU芯片通过在预设主供电电源Vdd供电，同时关闭所述预设电池副供电电源Vbat。

10.一种MCU芯片，其特征在于，包括如权利要求1只9任一项所述的低功耗电源管理电路。

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