包括信号保护电路的电力管理单元的制作方法与工艺

包括信号保护电路的电力管理单元相关专利的交叉引用本申请主张享有于2012年5月16日提交的美国非临时申请第13/472,842号的优先权，其内容通过对其引用结合于此。技术领域本发明涉及电力管理单元，尤其涉及适于移动设备的电力管理单元。

背景技术：
移动通信设备（或“移动设备”）被广泛使用并支持商务、个人和应急通信。随着移动设备变得更强大、复杂，用户愈发关注电池寿命，例如，一些新式智能手机可能需要一天多次充电。移动设备用户可能宁愿移除并替换用完或耗尽的电池，而不是忍受需要频繁充电所带来的不便。为适应电池替换作进行的尝试包括通过在预定的时间间隔期间转换为低功率待机模式来保持移动设备的寄存器值。在允许电池替换的时间窗期间，期望保持移动设备的寄存器值以及内部时钟。

技术实现要素：
本公开涉及一种包括信号保护电路的电力管理单元，如结合至少一幅附图示出和/或描述，以及如权利要求中更详尽的陈述。（1）一种电力管理单元（PMU），包括：增益控制块，被配置为控制耦接至所述电力管理单元的振荡器；所述增益控制块被配置为控制时钟输出级；信号保护电路，耦接至所述增益控制块的输入端；所述信号保护电路被配置为在向待机模式转换期间保持所述时钟输出级产生的时钟信号。（2）根据（1）所述的电力管理单元，其中，所述振荡器是晶体振荡器。（3）根据（1）所述的电力管理单元，其中，所述增益控制块包括自动增益控制（AGC）块。（4）根据（1）所述的电力管理单元，其中，所述信号保护电路包括耦接在所述增益控制块的所述输入端和地之间的数控可变电容器。（5）根据（1）所述的电力管理单元，其中，所述信号保护电路被配置为在向所述待机模式的所述转换期间，限制所述增益控制块的所述输入端接收的增益控制块输入信号的变化率。（6）根据（5）所述的电力管理单元，其中，所述增益控制块输入信号的所述变化率是根据所述振荡器的时间常量而限制的。（7）一种移动设备，包括：电池；增益控制块，被配置为控制振荡器；所述增益控制块被配置为控制时钟输出级；信号保护电路，耦接至所述增益控制块的输入端；所述信号保护电路被配置为在针对替换所述电池的预定时间间隔期间保持所述时钟输出级产生的时钟信号。（8）根据（7）所述的移动设备，其中，所述信号保护电路被实现为所述移动设备的电力管理单元（PUM）的一部分。（9）根据（7）所述的移动设备，其中，所述移动设备包括移动电话。（10）根据（7）所述的移动设备，其中，所述振荡器是晶体振荡器。（11）根据（7）所述的移动设备，其中，所述增益控制块包括自动增益控制（AGC）块。（12）根据（7）所述的移动设备，其中，所述信号保护电路包括耦接在所述增益控制块的所述输入端和地之间的数控可变电容器。（13）根据（7）所述的移动设备，其中，所述信号保护电路被配置为在向所述待机模式的所述转换期间限制所述增益控制块的所述输入端接收的增益控制块输入信号的变化率。（14）根据（13）所述的移动设备，其中，所述增益控制块输入信号的变化率是根据所述振荡器的时间常量而限制的。（15）一种电力管理单元（PMU），包括：自动增益控制（AGC）块，被配置为控制耦接至所述电力管理单元的振荡器；所述自动增益控制块被配置为控制时钟输出级；信号保护电路被配置为在向待机模式转换期间限制所述自动增益控制块的输入端接收的自动增益控制块输入信号的变化率。（16）根据（15）所述的电力管理单元，其中，所述振荡器是晶体振荡器。（17）根据（15）所述的电力管理单元，其中，所述信号保护电路包括耦接在所述自动增益控制块的所述输入端和地之间的数控可变电容器。（18）根据（15）所述的电力管理单元，其中，所述自动增益控制块输入信号的变化率是根据所述振荡器的时间常量而限制的。（19）根据（15）所述的电力管理单元，其中，所述电力管理单元被实现为无线收发器的一部分。附图说明图1示出根据一个实施方式的包括示意性电力管理单元（PMU）的移动设备的方块图。图2示出包括信号保护电路的示意性实施方式的PMU一部分的更详细示图。图3示出PMU中使用的信号保护电路的示意性实施方式。图4示出在向待机模式转换期间，对应于保持时钟信号的示意性时序图。具体实施方式以下描述包括关于本公开中实施方式的具体信息。本申请中的附图及其相关详细描述仅针对示意性实施方式。除非特别注明，否则图中相似或相应的元件可由相似或相应参考标号表示。此外，本申请中的附图及图解通常未按比例绘制，且旨不在于对应实际相对尺寸。图1示出根据一个实施方式的包括示意性电力管理单元（PMU）120的移动设备100的方块图。该PMU120被实现为移动设备100的无线收发器102的一部分。无线收发器102除了PMU120之外还包括接收器105、发送器106、以及振荡器110。该移动设备100也包括天线101、将天线101耦接至接收器105的低噪音放大器（LNA）块103、以及将天线101耦接至发送器106的功率放大器（PA）块104。接收器105和发送器106利用双工器107可选择性地耦接至天线101，如图1中示出。移动设备100由电池108供电，该电池可以是用作移动设备100的主电源的可充电和可拆卸/替换电池。值得注意，虽然未在图1中明确示出，接收器105通常包括混频器电路，以及一个或多个滤波级和数字信号处理（DSP）块。还值得注意，发送器106将通常包括DSP块及发送链处理级（chainprocessingstages），其被配置为提供发送信号的预放大增益控制。此外，在其他实施方式中，移动设备100除了（或替代）双工器107，可利用发送/接收（T/R）开关（图1未示出）。该移动设备100可实现为智能手机、蜂窝电话、平板计算机、或电子书阅读器。移动设备100的其他示意性实施方式包括数字媒体播放器、无线游戏机、或在最新电子应用中利用无线收发器的任何其他类型的系统。图2示出包括信号保护电路260的示意性实施方式的一部分PMU220的更详细示图。如芯片边界212表示，PMU220被实现为在PMU输入端221a和221b耦接至片外振荡器210的集成电路（IC）。振荡器210和PMU220分别对应于图1中的振荡器110和PMU120。换句话说，振荡器210和PMU220可实现为对应于移动设备100的移动设备的一部分。值得注意，图2中未表现的PMU220的部分耦接至移动设备电池，对应于PMU120和电池108的耦接，如图1中示出。振荡器210可以是晶体振荡器，如基频约为32768赫兹（Hz）或更高或更低频率的晶体振荡器。例如，振荡器210可以是产生较高频率信号 （诸如，约为1MHz、10MHz、或100MHz信号）的晶体振荡器。在另一实施方式中，振荡器210可以是能够产生高达约10GHz或更高的较高频率信号的非晶体振荡器。非晶体振荡器的实例包括LC振荡器、同轴谐振式振荡器、以及介质谐振式振荡器。此外，当实现为非晶体振荡器时，振荡器210可由包括PMU220的IC采取片上形式。PMU220包括被实现为驱动振荡器210的晶体管202和224、电阻器223、电容器226和228。作为响应，振荡器210产生大致纯的振荡器信号，该振荡器信号通过输入端221b被片上提取至PMU220。PMU220也包括增益控制块230、时钟输出级250、以及耦接至增益控制块230的输入端231的信号保护电路260。值得注意，增益控制块230、时钟输出级250、以及信号保护电路260中的每个也耦接至输入端221b，接收振荡器信号。增益控制块230包括晶体管232a和232b，晶体管234a和234b，电阻器235、236a和236b，以及电容器238a和238b。如上所述，增益控制块230的输入端231耦接至信号保护电路260。此外，输入端231耦接至增益控制块230的电阻器235、耦接至增益控制块230的晶体管234a的栅极、以及通过电容器222耦接至输入端221b。时钟输出级250包括晶体管252和254、电容器258和时钟输出259。如图2示出，对于PMU220的输入端221b通过电容器258驱动晶体管254的栅极，以产生时钟输出259。值得注意，流过每个晶体管202、232a、和252的电流镜像（mirror，反射）流过晶体管232b的电流。因此，流过晶体管232b的电流可控制流过晶体管202和252的镜像电流。因而，增益控制块230被配置为控制振荡器210。增益控制块230，在图2中描述为自动增益控制（AGC）块，也被配置为控制时钟输出级250。信号保护电路260耦接至增益控制块230的输入端231并被配置为数字地控制增益控制块230。因此，信号保护电路260被配置为在向待机模式转换期间，保持时钟输出级250产生的时钟信号。如本申请中使用， 向待机模式转换可对应于从正常操作模式转换为低功率模式的任何转换。待机模式的实例包括低或超低功率模式、应急电力保存模式、以及实时时钟（RTC）模式。作为本发明原理的具体实例，待机模式可以是由移走用于为移动设备供电的主电池所触发的电力保存模式。参考图1，待机模式可对应于由PMU120响应于电池108的移除而启动的低功率或超低功率模式。可能由于电池108的大量消耗而导致电池108的移除，并且可预示插入充分充电的替换电池来取代电池108。在一个实施方式中，PMU120可配置为将移动设备100转换为低功率或超低功率待机模式，以在电池108移除时，保持寄存器值和/或时钟功能。可实现待机模式从而在替换电池108的预定时间间隔期间（如约六十（60）秒的时间间隔）保持寄存器值。此外，信号保护电路被配置为在替换电池108的预定时间间隔期间，保持时钟输出级（诸如图2中的时钟输出级250）产生的时钟信号。如图2中示出，信号保护电路260可包括耦接在增益控制块230的输入端231和地之间的可变电容器（例如，数控可变电容器）。如以下将更详细地说明，信号保护电路260配置为在向待机模式转换期间，限制输入端231接收的增益控制块输入信号的变化率。在一个实施方式中，施加在增益控制块输入信号的变化率的限制是基于振荡器110/210的时间常量。如本领域公知，振荡器时间常量是未驱动振荡器产生的振荡振幅大致衰减至其初始值的1/e（即，约为其初始值的37%）所需的时间。现将参考图3和图4进一步描述振荡器110/210和PMU120/220的操作。图3示出PMU120/220中使用的信号保护电路360的示意性实施方式。图4示出在向待机模式转换期间，对应于保持时钟信号的示意性时序图460。图3示出信号保护电路360的方块图，该电路被实现为包括并行布置的可切换单元电容器分支361的网络的数控可变电容器。信号保护电路360对应于图2的信号保护电路260。根据图3示出的示意性实施方式，信号保护电路360包括数量为“N”的并联可切换单元电容器分支361。每个分支361包括各自的单元电容器364(0)、364(1)、...、364(N-2)、364(N-1)（以下称为“单元电容器364(0)-364(N-1)”）。此外，每个分支361包括各自的开关366(0)、366(1)、...、366(N-2)、366(N-1)（以下称为“开关366(0)-366(N-1)”）。开关366(0)-366(N-1)可用于将各自单元电容器364(0)-364(N-1)接入至或切换出分支361网络产生的集体电容。信号保护电路360也包括计数器362，该计数器被配置为提供控制信号ctrl<0>、ctrl<1>、...、ctrl<N-2>、ctrl<N-1>（以下称为“控制信号ctrl<0>-ctrl<N-1>”），用于选择性地开启或关闭各个开关366(0)-366(N-1)。图3也示出输入端331，对应于图2中的增益控制块230的输入端231。图4示出时序图460，对应于图3中由计数器362对开关366(0)-366(N-1)的控制。如图4示出，在一个实施方式中，计数器362可被配置为利用每个连续控制信号ctrl<0>-ctrl<N-1>之间的时延468，逐步关闭开关366(0)-366(N-1)。此外，在一个实施方式中，选择的时延468大于振荡器110/210的时间常量。因此，图3中示出的示意性信号保护电路360可实现对分支361网络的电容的数字控制和阶段式转换。这种转换可对应于由PMU120/220向待机模式的转换。使用被选定为大于振荡器110/220时间常量的时延468，在向待机模式转换期间保持时钟输出级250产生的时钟信号。通过示例方式，在正常操作模式（与待机模式相反）期间，PMU120/220可被配置为使用相对较高的电流确保良好的抖动性能，以保持移动设备100可操作。在这种正常操作模式下，增益控制块输入信号的振幅通常对于PMU输入端221b接收的振荡器信号而减弱。输入端231处的信号减弱是由电容器222形成的分压器和信号保护电路260提供的电容产生 的。例如，如果电容器222的电容是C且信号保护电路260的正常操作模式电容是9C，则在输入端221b的振荡器信号在输入端231减少约10倍（1/10）。在低功率待机模式下，期望使用降低的电流操作PMU，以基本最小化功耗。通过增加在输入端231接收的增益控制块输入信号的振幅，可实现从正常操作模式至待机模式的转换。然而，增益控制块230被配置为响应增益控制块输入信号的变化，从而稳定振荡器210的性能。因此，预计增益控制块输入信号较大和/或突然增加，从而触发由增益控制块230的显著纠正响应。如果该纠正响应未适当减轻，则增益控制块230的纠正响应可能对时钟输出级250的性能具有潜在的非期望影响。继续以上引入的示例电容，电容器222的电容为C且信号保护电路260的正常操作模式电容为9C。突然切换掉信号保护电路260提供的电容，将导致输入端231的增益控制块输入信号增加约十倍。如图2示出，在输入端231处接收的增益控制块输入信号驱动晶体管234a的栅极。针对晶体管234a的驱动信号振幅的突然增加将拉低晶体管234b的栅极，关断晶体管234b。其转而致使晶体管232b（被实现为PMOS晶体管）也关断。此外，由于晶体管202、232a、和252也实现为镜像晶体管232b的PMOS晶体管，因此晶体管202、232a和252也关断。结果，作为输入端231处接收的增益控制块输入信号突然增加的结果，导致时钟输出级250可被暂时禁用。虽然暂时禁用时钟输出级250，可导致时钟输出级250产生的且PMU220以及移动设备100的其他子系统所依赖的一个或多个时钟信号丢失。为了在向待机模式转换期间保持时钟输出级250产生的时钟信号，信号保护电路260限制增益块输入信号的变化率。可通过多种方式实现此类效果。在一个实施方式中，通过逐渐减少信号保护电路360的集体电容，可限制增益控制输入信号的变化率，并保持时钟输出级250产生的时钟信号。如图3和图4示出，当启动向待机模式的转换时，关机控制信号ctrl<0>使单元电容器364(0)利用其相应的开关366(0)来切换出信号保护电路360的电容器网络。因此，控制信号ctrl<0>导致信号保护电路360提供的电容递减。信号保护电路360电容的递减致使输入端231/331的增益控制块输入信号的相应递增。第一时延468之后，关机控制信号ctrl<1>使单元电容器也切换出信号保护电路360的电容器网络。之后，剩余的单元电容器在附加的各个时延468之后逐个被切换出。在“N”个这种时延468之后，所有单元电容器364(0)-364(N-1)被切换出进而完成向待机模式的转换。通过适当的选择单元电容器364(0)-364(N-1)以及时延468的值，可优化向待机模式的转换，以便在保持时钟输出级250产生的时钟信号同时尽快地实现转换。对于这些参数的一个可能约束由振荡器110/210的时间常量引入。因此，在一个实施方式中，选择时延468使得其大于振荡器110/210的时间常量。值得注意，虽然本概念关注于向待机模式的转换，如果必要的话，也可利用信号保护电路260/360来产生从待机模式向正常操作模式的逐步转换。例如，在向正常操作模式转换期间，一个或多个单元电容器364(0)-364(N-1)可同时切换入图3示出的电容器网络。这种转换可由时延468控制，或由被优化用于返回至较高电流操作的其他时延间隔控制。此外，在一个实施方式中，可期望在没有利用时延（诸如时延468）的情况下返回正常操作模式。在该实施方式中，所有或几乎所有单元电容器364(0)-364(N-1)可同时切换入信号保护电路360。借助本申请中公开的有利概念和设计，用户无需频繁对诸如智能手机的移动设备充电，可简单地移除和替换用完或耗尽的电池。这种替换可在没有擦除寄存器值（诸如闹钟或定时器设定）的情况下完成。此外，在向低功率待机模式转换期间，移动设备内部时钟产生的时钟信号不会丢失。即，本申请公开了一种被配置为在向待机模式转换期间保持时钟信号的信号保护电路。通过配置这种信号保护电路来数控增益控制回路，本解决方案的实施方式允许了从正常操作模式向待机模式的逐步转换。此外，通过限制增益控制回路输入信号的变化率，本解决方案的实施方式防止了在向待机模式转换期间增益控制回路控制的时钟输出级禁用。因此，本申请公开的信号保护回路允许了在向待机模式转换期间可靠和连续的时钟功能。根据以上的描述显示了在不背离这些概念范围的情况下可使用各种技术来实现本申请中描述的概念。此外，虽然利用对于特定实施方式的具体参考描述了本概念，但本领域技术人员应当理解，在不背离这些概念的情况下，可在形式或细节上进行更改。由此，描述的实施方式在各个方面应被视为说明性的而不是限制性的。应当理解，本申请不限于以上描述的具体实施方式，而是在不背离本公开范围的情况下，可进行各种调整、修改和替换。