CN214380648U - 一种直流启动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种直流启动电路，属于集成电路技术领域，提出以下方案：直流启动电路，应用于上升电源中的电流/电压产生电路，包括自偏置端，直流启动电路包括启动检测电路、启动辅助电路、启动自关闭电路和启动电路；启动检测电路，用于检测电流/电压产生电路是否启动，以判断自偏置端的电压信号；启动辅助电路，用于将电流/电压产生电路的直流启动端的电压放大并反向，以输出启动控制信号至启动电路；启动自关闭电路，用于在控制电流/电压产生电路启动后，关断其全局复位端的全局复位信号；启动电路，用于根据启动辅助电路的启动控制信号，控制自偏置端输出的电压信号。本实用新型技术方案降低了电流/电压产生电路的功耗。

Description

一种直流启动电路

技术领域

本实用新型涉及集成电路技术领域，具体涉及一种直流启动电路。

背景技术

随着物联网设备的大量普及，无线终端节点可以广泛收集各种物理信息，也可通过智能手机或者其他网络节点进行数据传输，数据传输时需要消耗较多的电能，而物联网设备从电池或外界环境(比如太阳能)获得的能量非常有限，同时人们对芯片和***的功耗要求也越来越严格。

目前，在绝大部分应用场景中，各种设备处于休眠模式的时间是***占比最高的，检测和计算的时间则相对较少，而设备休眠模式的功耗直接决定其生命周期。参考电流产生电路是休眠模式为数不多所必需的模块，其启动电路的功耗直接影响参考电流产生电路中休眠模式的功耗。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题在于提供一种直流启动电路，旨在降低电流/电压产生电路的功耗。

本实用新型提供的基础方案：

一种直流启动电路，应用于上升电源中的电流/电压产生电路，包括自偏置端，所述直流启动电路包括启动检测电路、启动辅助电路、启动自关闭电路和启动电路；

所述启动检测电路的受控端与所述启动电路的第一连接端的公共端为所述自偏置端，所述启动检测电路的第一连接端与所述启动辅助电路的第一连接端均连接至电源端，所述启动检测电路的第二连接端与所述启动辅助电路的受控端的公共端为所述电流/电压产生电路的直流启动端，所述启动自关闭电路的受控端为所述电流/电压产生电路的全局复位端；

所述启动检测电路，用于检测所述电流/电压产生电路是否启动，以判断所述自偏置端的电压信号；

所述启动辅助电路，用于将所述电流/电压产生电路的直流启动端的电压放大并反向，以输出启动控制信号至所述启动电路；

所述启动自关闭电路，用于在控制所述电流/电压产生电路启动后，关断其所述全局复位端的全局复位信号；

所述启动电路，用于根据所述启动辅助电路的启动控制信号，控制所述自偏置端输出的电压信号。

本实用新型基础方案的原理为：

本方案中，直流启动电路包括启动检测电路、启动辅助电路、启动自关闭电路和启动电路，启动检测电路的受控端和启动电路的第一连接端公共连接，且为上升电源中电流/电压产生电路的自偏置端，启动检测电路的第一连接端与启动辅助电路的第一连接端公共连接，且连接至电源端，启动检测电路的第二连接端与启动辅助电路的受控端连接，且为电流/电压产生电路的直流启动端，启动检测电路的第二连接端还与启动自关闭电路的第一连接端连接，启动自关闭电路的受控端为电流/电压产生电路的全局复位端，启动辅助电路的第二连接端与启动电路的受控端连接，启动辅助电路的第三连接端、启动自关闭电路的第二连接端和启动电路的第二连接端均接地。

本方案中的上升电源是包含于物理网设备芯片中，在芯片上电之后，电源电压缓慢上升，上升电源中的电流/电压产生电路未启动，即是启动检测电路检测到电流/电压产生电路未启动时，电流/电压产生电路中自偏置端的电压为电源电压，启动检测电路处于关断状态，没有电流流过；此时电流/电压产生电路的全局复位端的电压为电源电压，启动自关闭电路导通，电流/电压产生电路的直流启动端的电压为地电压0；因此，启动辅助电路在对电流/电压产生电路的直流启动端的电压放大并反向后，输出的启动控制信号为高电平信号，启动电路产生到地电流，将电流/电压产生电路的自偏置端的电压拉低，电流/电压产生电路成功启动工作。此时，启动检测电路到启动自关闭电路之间存在电源到地的通路，在电流/电压产生电路的全局复位端在全局复位信号释放之后，变为地电压0，启动自关闭电路关断，启动检测电路到启动辅助电路之间的电流变为启动自关闭电路漏电。

需要说明的是，电流/电压产生电路的全局复位端为芯片的全局复位信号，该全局复位信号在上电复位阶段、欠压保护生效阶段以及全局复位生效阶段都为电源电压。

基础方案的有益效果为：

(1)本方案中，由于直流启动电路的启动检测电路到启动自关闭电路之间存在电源到地的通路，在电流/电压产生电路的全局复位端在全局复位信号释放之后，变为地电压0，启动自关闭电路关断，启动检测电路到启动辅助电路之间的电流变为启动自关闭电路漏电，可以极大降低电流，从而降低电流/电压产生电路的功耗。

(2)本方案中，由于在控制电流/电压产生电路启动，使得物理网设备芯片正常工作后，通过启动自关闭电路关断其全局复位端的全局复位信号，以此关断直流启动电路，从而降低直流启动电路的功耗。

(3)本方案中，由于物联网设备处于休眠模式的时间是占比最高的，检测和计算的时间则相对较少，而设备休眠模式的功耗直接决定其生命周期，电流/电压产生电路中的直流启动电路的功耗直接影响设备休眠模式的功耗，而本方案在物联网设备正常启动工作后，通过启动自关闭电路控制关断直流启动电路，也实现了延长应用场景中设备的使用寿命。

进一步，所述启动检测电路包括第一P型MOS管，所述第一P型MOS管的栅极为所述启动检测电路的受控端，所述第一P型MOS管的源极为所述启动检测电路的第一连接端，所述第一P型MOS管的漏极为所述启动检测电路的第二连接端。

由于在直流启动电路中，启动检测电路包括P型MOS管，使得启动检测电路的受控端与第一连接端之间的电压值小于一定的值就会导通，以便于本方案中启动检测电路对电流/电压产生电路是否启动进行检测。

进一步，所述启动自关闭电路包括第一N型MOS管，所述第一N型MOS管的栅极为所述启动自关闭电路的受控端，所述第一N型MOS管的源极为所述启动自关闭电路的第一连接端，所述第一N型MOS管的漏极为所述启动自关闭电路的第二连接端。

由于在直流启动电路中，启动自关闭电路采用N型MOS管，具有输入电阻高、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象，使得直流启动电路可靠性更高；同时便于关断其全局复位端的全局复位信号，以此关断直流启动电路，从而降低直流启动电路的功耗。

进一步，所述启动辅助电路包括第二P型MOS管和第二N型MOS管，所述第二P型MOS管的栅极和所述第二N型MOS管的栅极连接，且为所述启动辅助电路的受控端，所述第二P型MOS管的源极为所述启动辅助电路的第一连接端，所述第二P型MOS管的漏极与所述第二N型MOS管的源极连接，且为所述启动辅助电路的第二连接端，所述第二N型MOS管的漏极为所述启动辅助电路的第三连接端。

启动辅助电路通过第二P型MOS管和第二N型MOS管，基于电流/电压产生电路中直流启动端输出控制信号的控制，使得第二P型MOS管导通，第二N型MOS管关断，启动辅助电路就输出高电平的启动控制信号，以便于驱动直流启动电路正常启动工作。

进一步，所述启动电路包括第三N型MOS管，所述第三N型MOS管的栅极为所述启动电路的受控端，所述第三N型MOS管的源极为所述启动电路的第一连接端，所述第三N型MOS管的漏极为所述启动电路的第二连接端。

通过启动辅助电路的高电平信号的控制，使得启动第三N型MOS管产生到地电流将电流/电压产生电路自偏置端的电压拉低，从而使得直流启动电路完成启动。

进一步，还包括第四N型MOS管和第五N型MOS管，所述第四N型MOS管的栅极与源极连接，且与所述启动检测电路的第二连接端和所述启动辅助电路的受控端的公共端连接，所述第四N型MOS管的漏极与所述第五N型MOS管的源极连接，所述第五N型MOS管的栅极与源极连接，所述第五N型MOS管的漏极与所述启动自关闭电路的第一连接端连接。

由于电流/电压产生电路中还包括第四N型MOS管和第五N型MOS管，使得启动检测电路和启动自关闭电路之间经第四N型MOS管和第五N型MOS管连接，而启动检测电路到启动自关闭电路之间存在电源到地的通路，配合启动自关闭电路的全局复位信号释放，实现电流启动电路的自关闭，从而降低电流启动电路的功耗。

进一步，还包括第三P型MOS管，所述第三P型MOS管的源极连接电源端，所述第三P型MOS管的栅极与漏极连接，且连接于所述启动辅助电路的第一连接端。

通过直流启动电路包括的第三P型MOS管将电源端与启动辅助电路连通，便于启动辅助电路的导通控制，使得启动辅助电路可以正常工作，以输出启动控制信号。

附图说明

图1为本实用新型直流启动电路一实施例的模块示意图；

图2为本实用新型直流启动电路中一实施例的电路结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：启动检测电路10、启动辅助电路20、启动电路30、启动自关闭电路40、第一N型MOS管NM1、第二N型MOS管NM2、第三N型MOS管NM3、第四N型MOS管NM4、第五N型MOS管NM5、第一P型MOS管PM1、第二P型MOS管PM2、第三P型MOS管PM3。

在一实施例中，参照如图1所示，直流启动电路，应用于上升电源中的电流/电压产生电路，包括自偏置端VP，所述直流启动电路包括启动检测电路10、启动辅助电路20、启动自关闭电路30和启动电路40；

所述启动检测电路10的受控端与所述启动电路40的第一连接端的公共端为所述自偏置端VP，所述启动检测电路10的第一连接端与所述启动辅助电路20的第一连接端均连接至电源端，所述启动检测电路10的第二连接端与所述启动辅助电路20的受控端的公共端为所述电流/电压产生电路的直流启动端Start_DC，所述启动自关闭电路30的受控端为所述电流/电压产生电路的全局复位端Aon_rst；

所述启动检测电路10，用于检测所述电流/电压产生电路是否启动，以判断所述自偏置端VP的电压信号；

所述启动辅助电路20，用于将所述电流/电压产生电路的直流启动端Start_DC的电压放大并反向，以输出启动控制信号Vst至所述启动电路40；

所述启动自关闭电路30，用于在控制所述电流/电压产生电路启动后，关断其所述全局复位端Aon_rst的全局复位信号；

所述启动电路40，用于根据所述启动辅助电路20的启动控制信号Vst，控制所述自偏置端VP输出的电压信号。

本实施例中，参照如图2所示，直流启动电路40包括的启动检测电路10、启动辅助电路20、启动电路40、启动自关闭电路30、第三P型MOS管PM3、第四N型MOS管NM4和第五N型MOS管NM5，启动检测电路10包括第一P型MOS管PM1、启动辅助电路20包括第二P型MOS管PM2和第二N型MOS管NM2，启动电路40包括第三N型MOS管NM3，启动自关闭电路30包括第一N型MOS管NM1；第一P型MOS管PM1的栅极与第三N型MOS管NM3的源极连接，且为电流/电压产生电路的自偏置端VP，第一P型MOS管PM1的源极连接电源端，第一P型MOS管PM1的漏极分别与第四N型MOS管NM4的源极、第二P型MOS管PM2的栅极、第二N型MOS管NM2的栅极连接；第四N型MOS管NM4的栅极与源极连接，第四N型MOS管NM4的漏极与第五N型MOS管NM5的源极连接，且连接第五N型MOS管NM5的栅极，第五N型MOS管NM5的漏极与第一N型MOS管NM1的源极连接，第一N型MOS管NM1的漏极接地，第一N型MOS管NM1的栅极为直流启动电路40的全局复位端Aon_rst，也即电流/电压产生电路的全局复位端Aon_rst；第三P型MOS管PM3的源极连接电源端，第三P型MOS管PM3的栅极与漏极连接，且连接至第二P型MOS管PM2的源极；第二P型MOS管PM2的漏极与第二N型MOS管NM2的源极的公共端连接至第三N型MOS管NM3的栅极，第二N型MOS管NM2的漏极和第三N型MOS管NM3的漏极均接地。

进一步地，图2中的VP点为电流/电压产生电路中的自偏置端VP，如若电流/电压产生电路没有启动，自偏置端VP点电压为电源电压VDD。全局复位端Aon_rst为物联网设备芯片的全局复位信号，该全局复位信号在上电复位阶段、电路欠压保护生效阶段以及全局复位生效阶段的均为电源电压VDD。物联网设备芯片启动时，全局复位端Aon_rst的全局复位信号为高电平，第一N型MOS管NM1处于导通状态；第一P型MOS管PM1为启动检测MOS管，如若电路没有启动，自偏置端VP点的电压为电源电压VDD，第一P型MOS管PM1没有电流流过，电路中直流启动端Start_DC的电压为地电压GND＝0；启动辅助电路20中第二P型MOS管PM2和第二N型MOS管NM2将直流启动端Start_DC的电压放大并反向，即第二N型MOS管NM2关闭，第二P型MOS管PM2导通，启动辅助电路20第二连接端输出的启动控制信号Vst为第三P型MOS管PM3栅极和源极之间的电压；此时启动电路40中的第三N型MOS管NM3开启，下拉自偏置端VP点的电压，电路开始启动；此时，直流启动端Start_DC处的电压为第一N型MOS管NM1栅极与源极的电压Vgs_NM1、第四N型MOS管NM4栅极与源极的电压Vgs_NM4和第五N型MOS管NM5栅极与源极的电压Vds_NM5之和，第二N型MOS管NM2导通，启动辅助电路20第二连接端的电压变低，启动电路40中第三N型MOS管NM3的电流减小。当全局复位端Aon_rst的全局复位信号释放时，第一N型MOS管NM1关闭，此时电路已启动，第一P型MOS管PM1有电流流过，直流启动端Start_DC的直流启动信号为高电平，启动辅助电路20第二连接端启动控制信号Vst为低电平，第三N型MOS管NM3关断，完成启动自关闭功能。

上述实施例中，对于N型MOS管，是n沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，N型MOS管集成电路的输入阻抗很高，基本上不需要吸收电流，因此，CMOS与N型MOS管集成电路连接时不必考虑电流的负载问题。N型MOS管集成电路大多采用单组正电源供电，且以5V为多。CMOS集成电路只要选用与NMOS集成电路相同的电源，就可与N型MOS管集成电路直接连接。需要说明的是，N型MOS管中栅极与源极之间的电压Vgs大于一定的值就会导通，适用于源极接地时的情况(低端驱动)，只要栅极电压达到4V或者10V就可实现导通。

上述实施例中，对于P型MOS管，是P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，P沟道MOS晶体管的空穴迁移率低，因而在MOS晶体管的几何尺寸和工作电压绝对值相等的情况下，P型MOS晶体管的跨导小于N沟道MOS晶体管。此外，P沟道MOS晶体管阈值电压的绝对值一般偏高，要求有较高的工作电压。它的供电电源的电压大小和极性,与双极型晶体管逻辑电路不兼容。P沟道MOS晶体管因逻辑摆幅大，充电放电过程长，器件跨导小，从而工作速度更低，工艺简单,价格便宜，在一些中规模和小规模数字控制电路仍采用P沟道MOS晶体管电路技术。需要说明的是，P沟道MOS管中栅极与源极之间的电压Vgs小于一定的值就会导通，适用于源极接电源VCC的情况(高端驱动)。

以上的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前实用新型所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.一种直流启动电路，应用于上升电源中的电流/电压产生电路，包括自偏置端，其特征在于，所述直流启动电路包括启动检测电路、启动辅助电路、启动自关闭电路和启动电路；

所述启动检测电路的受控端与所述启动电路的第一连接端的公共端为所述自偏置端，所述启动检测电路的第一连接端与所述启动辅助电路的第一连接端均连接至电源端，所述启动检测电路的第二连接端与所述启动辅助电路的受控端的公共端为所述电流/电压产生电路的直流启动端，所述启动自关闭电路的受控端为所述电流/电压产生电路的全局复位端；

所述启动检测电路，用于检测所述电流/电压产生电路是否启动，以判断所述自偏置端的电压信号；

所述启动辅助电路，用于将所述电流/电压产生电路的直流启动端的电压放大并反向，以输出启动控制信号至所述启动电路；

所述启动自关闭电路，用于在控制所述电流/电压产生电路启动后，关断其所述全局复位端的全局复位信号；

所述启动电路，用于根据所述启动辅助电路的启动控制信号，控制所述自偏置端输出的电压信号。

2.根据权利要求1所述的直流启动电路，其特征在于，所述启动检测电路包括第一P型MOS管，所述第一P型MOS管的栅极为所述启动检测电路的受控端，所述第一P型MOS管的源极为所述启动检测电路的第一连接端，所述第一P型MOS管的漏极为所述启动检测电路的第二连接端。

3.根据权利要求1所述的直流启动电路，其特征在于，所述启动自关闭电路包括第一N型MOS管，所述第一N型MOS管的栅极为所述启动自关闭电路的受控端，所述第一N型MOS管的源极为所述启动自关闭电路的第一连接端，所述第一N型MOS管的漏极为所述启动自关闭电路的第二连接端。

4.根据权利要求1所述的直流启动电路，其特征在于，所述启动辅助电路包括第二P型MOS管和第二N型MOS管，所述第二P型MOS管的栅极和所述第二N型MOS管的栅极连接，且为所述启动辅助电路的受控端，所述第二P型MOS管的源极为所述启动辅助电路的第一连接端，所述第二P型MOS管的漏极与所述第二N型MOS管的源极连接，且为所述启动辅助电路的第二连接端，所述第二N型MOS管的漏极为所述启动辅助电路的第三连接端。

5.根据权利要求1所述的直流启动电路，其特征在于，所述启动电路包括第三N型MOS管，所述第三N型MOS管的栅极为所述启动电路的受控端，所述第三N型MOS管的源极为所述启动电路的第一连接端，所述第三N型MOS管的漏极为所述启动电路的第二连接端。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的直流启动电路，其特征在于，还包括第四N型MOS管和第五N型MOS管，所述第四N型MOS管的栅极与源极连接，且与所述启动检测电路的第二连接端和所述启动辅助电路的受控端的公共端连接，所述第四N型MOS管的漏极与所述第五N型MOS管的源极连接，所述第五N型MOS管的栅极与源极连接，所述第五N型MOS管的漏极与所述启动自关闭电路的第一连接端连接。

7.根据权利要求1至5任意一项所述的直流启动电路，其特征在于，还包括第三P型MOS管，所述第三P型MOS管的源极连接电源端，所述第三P型MOS管的栅极与漏极连接，且连接于所述启动辅助电路的第一连接端。

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