一种具有系统及电池电量仲裁的低功率实时时钟电路的制作方法
【专利摘要】一种具有系统及电池电量仲裁的低功率实时时钟电路，提供一种功率仲裁，低电池电压检测电路，具体的，功率仲裁电路包括：一个电流源，提供一个大小正比于温度的电流，该电流源进一步包括：电流发生阶段，包含一个晶体管，它工作在晶体管的亚阈值区；一个调压器，用于接收第一电压信号作为输入，产生一个参考电压信号作为输出，在该系统中，系统的电源电压范围与一个电池源的范围重叠。调压器被用来调节电池电压，这样，电池源的电压范围就低于系统供给的范围。
【专利说明】—种具有系统及电池电量仲裁的低功率实时时钟电路
【技术领域】:
[0001]本发明涉及到工作在低功率水平并使用电池作为备份电源的系统，更具体地，有关一个实时时钟电路，该电路包括功率仲裁电路，用于在系统电源和电池电源之间转换，在系统电源的电压范围与电池的电压范围重叠的情况下。
【背景技术】:
[0002]便携式和连续工作的电子系统，通常包括工作在低功率水平的电路。通常包含电池作为备份电源，来补充系统电源。这些系统还包括在两个电源之间仲裁的电路，选择激励由系统电源提供还是由电池提供，并提供一个开关装置用于选择合适的电源。
[0003]这些系统通常还包括一个监测电池电压的电路，如果电池电压降低于临界水平它将会发出警报，还包括一个低功率，低电压振荡器，允许低功率状态机操作使用电池作为电源。系统电源典型的电压范围是5V(± 10% )，电池的典型电压范围为3V(±20% ) ο
[0004]图1(a)到(C)是框图，显示了先前技术中便携式或连续工作的系统的(Ia)功率仲裁，(Ib)电池电压检测，(Ic)低功率振荡器电路。如图1(a)所示,功率仲裁电路20输入为系统电源(Vsys) 22和电池电源电压(VBatt)24。电源22和24输入到比较器26，比较器26产生一个输出信号，表明哪个输入更高。比较器26的输出信号提供到反相器28,并作为一个控制信号提供到晶 体管32的栅极。反相器32的输出作为一个控制信号提供给晶体管30的栅极。仲裁电路20功能为选择Vsys和^?24中更高的作为系统内部电源总线(Vpp) 34的电源电压。当系统被驱动时，系统电源22被选择，当系统处于断电状态时，电池电源24被选择。内部总线34连接到更高的电源，在另一个电源低于更高的电压几毫伏。以这种方式，内部总线上保持恒定的功率。
[0005]当电池电压VBatt24低于一个预定的水平VMf40时，图1 (b)低电池电压检测电路36提供一个警报信号38。在图1(b)的例子中，V&40被设置约等于比较器42中包含的MOS晶体管导通电压Vt的两倍。如图所示，VBatt24和Vref作为比较器42的输入，当VBatt24低于Vref时，输出低电池电压检测报警信号38。
[0006]图1 (C)的低功率振荡电路44功能为提供一个实时时钟信号，以振荡器46的形式，对于状态机或计数器48这些装置的操作。这种情况下，内部总线VPP34上的电压(该电压等于系统电压或电池电压中的)充当振荡器46及其他电池支持电路的电源。
[0007]图1(a)的功率仲裁电路提供一个可靠的电源，当系统电源电压不与电池电源电压重叠时。这是因为仲裁电路可以明确识别较高的电源电压。但是，当系统电源电压范围和电池电源电压范围重叠时，这“较高的电源”是不可靠的，例如，一个系统的系统电压为
3.3V± 10%，电池电压为3V± 20%，这种情况时可能发生。这样类型的较低电压系统变得越来越普通，电压仲裁和低电量检测的其他方法必须被开发。
[0008]电路图1(a) —(C)的另一个方面，对于大多数应用，电路图必须与高速逻辑装置结合，电路的部件被限制于高速数字处理可得到的部件。这对可用的结构和方法是一个约束，这些结构和方法可被用来形成电路图，并影响电路的设计。[0009]所需的是功率仲裁，低电池电量检测电路，系统的电池支持电路的操作，这个系统中系统电源电压范围与电池电源重叠。
【发明内容】
:
[0010]本发明针对功率仲裁，低电池电压检测电路，及电池支持电路的操作，系统电源电压范围与电池电源电压范围重叠。本发明根据实时时钟的应用描述，但它的原理也可应用到其他工作在低功率的系统，包括一个备份电池电源。
[0011]本发明的技术解决方案:
[0012]本发明使用一个调压器，用来调节电池电压，所以电池电源的电压范围低于系统电源的电压范围。该调压器基于硅带隙参考方法，且消耗很少的电流量，所以电池寿命不会被明显地影响。该调压器输出电压比电池有更小的变化。温度及电源电压补偿电压，由阈下电流源，寄生的双极装置及电压缓冲的组合产生，被用来提供电压源给系统的电池支持电路。调节后的电压，被设置为一个低于系统电源的值，并充当功率仲裁电路的电池电源输入。调节过的电压，使本发明的内部功率仲裁方案，等同于现有仲裁电路，即使电池和系统电源电压范围重叠。
[0013]本发明提出一种具有系统及电池电量仲裁的低功率实时时钟电路，其功率仲裁电路，用于决定第一和第二电压源中的哪个作为输出电压源提供，其中第一和第二电压源分别产生第一和第二电压信号，电压范围重叠，功率仲裁电路包括:一个电流源，提供一个大小正比于温度的电流，该电流源进一步包括:电流发生阶段，包含一个晶体管，它工作在晶体管的亚阈值区；一个调压器，用于接收第一电压信号作为输入，产生一个参考电压信号作为输出，其中参考电压信号与第二电压信号电压范围不重叠，该调压器进一步包括:第一电压降元件，电流源产生的电流作为输入，并产生一个具有正温度系数的电压作为输出；第二电压降兀件，输入为电流源产生的电流，并产生一个具有负温度系数的电压作为输出；一个比较器，输入为调压器输出的参考电压信号和第二电压信号，并产生一个输出作为控制信号，该控制信号指出两个输入中较大的一个；开关，把控制信号作为输入，该开关通过把比较器指不的一个输入作为输出电压源，来响应控制信号。
[0014]进一步，第一电压信号由电池提供；调压器进一步包括:启动电路，它提供第一电压信号作为调压器的输出，这种情况下，电流源没有输出。
[0015]进一步，第一电压降元件有第一大小，第二电压降元件有第二大小，第一大小和第二大小被选择，所以第一和第二电压降元件输出的总和近似的不依赖于温度；参考电压信号低于第二电压信号的范围。
[0016]进一步，低功率时钟电路，包括:一个功率仲裁电路，用于决定第一电压源和第二电压源中的哪一个作为输出电压源提供，其中，第一和第二电压源分别提供第一和第二电压信号，电压范围重叠，功率仲裁电路提供一个大于第二电压信号的输出，以及一个来源于第一电压信号的参考电压信号，进一步地，参考电压信号不在第二电压信号的范围内；一个振荡器，把功率仲裁电路的输出作为输入，并产生一个时钟信号作为输出；一个电源检测电路，参考电压信号和第一电压信号作为输入，并在第一电压信号小于参考电压信号时，产生一个低电源检测信号作为输出。
[0017]进一步，低功率时钟电路，包括:一个功率仲裁电路，用于决定第一电压源和第二电压源中的哪一个作为输出电压源提供，其中，第一和第二电压源分别提供第一和第二电压信号，电压范围重叠，功率仲裁电路提供一个大于第二电压信号的输出，以及一个来源于第一电压信号的参考电压信号，进一步地，参考电压信号不在第二电压信号的范围内；一个振荡器，把功率仲裁电路的输出作为输入，并产生一个时钟信号作为输出；一个电源检测电路，参考电压信号和第二电压信号作为输入，并在第二电压信号小于参考电压信号时，产生一个低电源检测信号作为输出。
[0018]进一步，低功率时钟电路，包括:一个功率仲裁电路，用于决定第一电压源和第二电压源中的哪一个作为输出电压源提供，其中，第一和第二电压源分别提供第一和第二电压信号，电压范围重叠，功率仲裁电路提供一个大于第二电压信号的输出，以及一个来源于第一电压信号的参考电压信号，进一步地，参考电压信号不在第二电压信号的范围内；一个振荡器，把功率仲裁电路的输出作为输入，并产生一个时钟信号作为输出；一个调压器，用于接收第一电压信号作为输入，并产生参考电压信号作为输出；一个比较器，输入为调压器输出的参考电压信号和第二电压信号，并产生一个输出作为控制信号，指出两个输入中较大的一个；开关，把控制信号作为输入，该开关通过把比较器指示的一个输入作为输出电压源，来响应控制信号；其中功率仲裁电路进一步包括一个电流源，它产生一个大小正比于温度的电流，该电流源进一步包括一个电流调节阶段，包含一个工作在亚阈值区的晶体管。
[0019]进一步，调压器进一步包括:第一电压降元件，电流源产生的电流作为输入，并产生一个具有正温度系数的电压作为输出；第二电压降兀件，输入为电流源产生的电流，并产生一个具有负温度系数的电压作为输出；调压器进一步包括:一个启动电路，它把第一电压信号作为调压器的输出，这种情况下，电流源没有输出。
[0020]进一步，第一电压降元件有第一大小而第二电压降元件有第二大小，第一大小和第二大小被选择，所以第一和第二电压降元件输出的总和近似的不依赖于温度。
[0021]对比专利文献:CN201262720Y实时时钟电路 200820153394.4，CN202748694U—种实时时钟电路201220284661.8
【专利附图】
【附图说明】:
[0022]通过以下详细描述和附图，本发明进一步地目的和优点将会变得明显。
[0023]图1 (a) — (C)是显示了先前技术中的便携式或连续工作系统的框图，(Ia)功率仲裁电路，(Ib)低电池电压检测电路，(Ic)低功率振荡器电路。
[0024]图2(a) —(d)是本发明低功率实时时钟形式体现的框图，(2a)功率仲裁电路，(2b)低电池电压检测，(2c)低功率振荡器，(2d)电源监控电路。
[0025]图3的框图显示了本发明实时时钟电路的主要成分。
[0026]图4是本发明实时时钟电路调压器的原理图。
[0027]图5是图4调压器包含的启动电路的原理图。
[0028]图6是本发明实时时钟电路功率比较器模块的原理图。
[0029]图7是图6功率开关电路的原理图。
[0030]图8是本发明实时时钟电路阈下电流源的原理图。
[0031]图9是图8电流源中包含的启动电路的原理图。
[0032]图10是本发明实时时钟电路低功率振荡器的原理图。[0033]图11是本发明实时时钟电路低电量检测电路的原理图。
[0034]图12是本发明实时时钟电路的有效RAM和时间(VRT)控制电路的原理图。
【具体实施方式】:
[0035]虽然本发明将会在低功率实时时钟的背景下描述，但是，本发明的原理和方法可被应用到其他类型的系统，当系统和电池电压范围重叠时，这些系统需要一个区别系统电源和电池电源的装置。
[0036]本发明的实时时钟电路被设计工作在系统电源和电池电源的电压范围重叠的环境下。这种情况下，平常的“较高电源”仲裁方法不能适当地工作。这潜在的问题通过调节电池电压来克服，所以电池电源的电压范围低于系统电源的电压范围。标准调节器率耗散电流，速率比本发明应用所需的速率快的多，因此它不合适。这是因为使用标准调节器对减小电池寿命有很大的影响，不符合本发明的目的。克服这个问题需要设计一个调压器，它以正常速率的小部分(约1/1000)耗散电流。另外，调压器需要能够与高速数字电路结合在一个基片上，以一种兼容核心CMOS工艺的方式，本发明实现了该需求。
[0037]本发明重要创造力方面有关它的可制造性。本发明解决的一个约束，是将具有高性能的低功率实时时钟电路与高功率数字电路整合在一个基片上，以一种不需要额外处理步骤的方式整合，除了在核心高速数字CMOS工艺中发现的方式。该方面是非凡的，因为大多数高性能数字处理被设计来适应装置，这些装置单元跨导很大，具有非常低的电阻材料以及只有寄生的，优化的双极设备。这种处理优先考虑速度而不是功耗。
[0038]相反，为了起作用的，本发明的低功率实时时钟电路需要并使用了减小功耗的技术，通过四个或五个数量级与根据高性能数字处理方法的等效电路相比。该设计技术完成这个目标，体现在描述了低功率实时时钟电路的图中，包括:布局匹配单元装置(即图4中的电阻RGB)，图8中的电阻网络，图8的P沟道电流分布网络。该设计方法产生低偏压电路，它以一种更可预测的方式工作。本发明使用的另一个设计技术是匹配晶体管的技术(即图9中的P沟道电路)。这通过更好的控制寄生电阻来协助扩展高性能操作的范围。
[0039]图2(a) — (d)的框图显示了本发明作为低实时时钟电路的一个体现，(2a)功率仲裁，(2b)低电池电压检测，(2c)低功率振荡器，(2d)电源监控电路。如图(2a)所示，功率仲裁电路100输入为系统电源电压VSys22和参考电压(VKef) 104，VKef是电压调节器102的输出。调节器102被构造，这样VKef低于系统电源电压范围的下限。调节器102的输入是电池电源电压VBatt24。电压22和104输入到比较器26,产生一个表明哪个输入更高的输出信号。该输出信号提供到反相器28，并作为一个控制信号提供到晶体管32的栅极。反相器30的输出作为控制信号提供给晶体管30的栅极。仲裁电路100功能为，在Vsys和VKef之间选择一个更高的作为系统内部总线Vpp34的电源电压。
[0040]图2 (b)低电池电压检测电路110，当电源电压112低于参考电压Vltef时，提供一个报警信号38。电源电压VPOTel112代表电池电压VBatt24或系统电源电压VSys22中的一个，图2(b)所示类型的电路110执行每一个Vpotot输入。如图所示，VpowerI 12和VKef104作为比较器42的输入，当Vpotot低于VKef时,输出低电量检测报警信号38。电压源114提供Vtjffset,通过在VP。.输入上产生一个电压降来提供下降电源的早期检测。
[0041]图2(c)低功率振荡器电路120功能为提供一个实时时钟信号，以振荡器46的形式，为了状态机或计数器48的操作。这种情况下内部总线VPP34上的电压(等于系统电压或参考电压中的一个)充当振荡器46及其他电池支持电路的电源。
[0042]图2(d)的连续恒定电源监控电路130，在一个恒定电源故障检测方案中使用图2(b)的低电量检测电路。存储元件132监控低电池和低系统电源检测电路的输出。升高复位电路记录了系统电源和电池电源的总损耗，在这种情况下产生信号134。这提供对电源系统的连续监控，与大多数先前技术中的系统形成对比，那些系统只是在系统工作期间采样电池电源的状态。对恒定电源连续的监控，在系统或电池工作期间确保了数据的完整性，并在总功率损耗期间警告使用者数据损坏的可能性。该类型电路的可能应用包括便携式安全装置，它的数据完整性是要紧的。
[0043]在图2(d)的电源监控电路130，恒定升高复位信号134提供一个输入给或门136。或门136的第二输入由与门138的输出提供，与门138的输入为低电池电压检测信号140和低系统电压检测信号142。信号140和142作为图2(b)所示低电池电压检测和低系统电源检测电路110的输出。当或门136输出为高，这表明低电池和低系统电源电压或系统和电池电源的总损失两种情况之一。这造成存储元件132被重置。存储元件132的一般输出是个状态信号，表明了有效RAM和时间条件。
[0044]图3的框图显示了本发明实时时钟电路的主要部分。如图所示，功率比较器模块152有两个主输入，系统电源电压22(图中标志为“SYSVDD”，输入到比较器152的结点“RTCVDD”)和一个参考电压104(图中标志“RTCVREF”，并输入到比较器152的结点“VBATT”)。参考电压104产生在电压调节器150的输出，它的输入电压VBATINT，那个信号来自调节电池电源电压24，借助于电阻162 (图中标志为“RBAT”)。RBAT162提供电池电源24和电路其他部分之间的限制。调压器150有另一个输入电流，由阈下电流源154提供，该电流源提供一个正比于绝对温度的电流。该电流与调压器150的部件相互作用，产生一个温度和电源电压补偿电压，该电压随后被缓冲，来提供足够的功率给系统的电池支持电路。
[0045]调压器150的使用提供一个方便的方式来报警系统到达低电池电压状况。低电池电压检测由低电池电压检测电路158完成。电路158的输入是参考电压104，由调压器150产生(图中标志为“RTCVREF”并输入到低电池电压检测电路158的结点“VREFIN”)，及条件电池电压24 (图中标志为“VBATINT”并输入到结点“VBATT”)。当电池电压低于参考电压时，低电池电压检测电路158检测，并输出一个报警信号(图中标志为“LBD”)。
[0046]低功率振荡器156 —个输入为振荡器电压信号，由阈下电流源154提供(图中标志为“V0SC”，输入到振荡器156的结点“VDDLP0”)。振荡器156的输出是一个实时时钟信号(标志为“RTCCLK” )，该信号被用来控制其他电路的操作，比如状态机或计数器。
[0047]有效RAM和时间(VRT)控制电路160被用于检测，当系统电源电压降到规定参考电压的预定值内。低电池电压检测信号(来自电路158)和低系统电源电压的组合，造成VRT控制电路160的存储元件指示可靠电池电源的减少。来自阈下电流源154的信号(标志为“RUNNING”)作为存储元件的上电初始化。
[0048]图4是本发明实时时钟电路的电压调节器150的原理图。调压器150包括一个阶段，该阶段有一个输入(在标志为“IBIASBG”的结点上)，一个正比于绝对温度，由图3的阈下电流源154产生。调压器150的这个阶段产生两个电压成分:(I)第一电压成分，具有正温度系数；(2)第二电压成分，具有负温度系数。如果这两个电压成分以适当的比例求和，它们各自的温度变化可以近似地抵消。由于电流源对电源电压不敏感，结点IBIASBG上产生的电压基本上不依赖系统和温度。
[0049]调压器150还包括一个电压跟随器阶段，它将这两个电压成分的总和，缓冲扩展到一个所需的工作范围，并防止输入到调压器的电压被电路装载。调压器150使用硅带隙参考技术来调节电池电压，使它低于系统电源电压范围。调压器150消耗很少的电流量(通常小于I毫安)，所以电池寿命没有被明显地影响。参考电压104中的变化小于电池自身的变化，参考电压104由调压器150产生。由阈下电流源154(图5中显示更详细)产生的电流(图中标志为“IBIASBG”)，与电阻RBG200和横向PNP晶体管204相互作用，提供温度和电源电压补偿电压。相应的电压随后被一个电阻分压器缓冲和扩展，以提供足够的功率给电池支持电路。
[0050]如上所述，调压器根据硅带隙参考技术。该带隙调节电池电压变化到一个电压范围，该电压范围比未调节的电池中存在的电压范围窄的多。这还用来把电池电压转化为一个范围，使电池电源区别于系统电源(例子中的3.3V±10%)。输出参考电压104通常为
2.3V。
[0051]包含在调压器150中的带隙提供一个电压，该电压包括一个具有正温度系数的成分和具有负温度系数的成分。这些成分以适当的比例加在一起，获得一个几乎不依赖于温度的电压。
[0052]在调压器150中，寄生横向PNP晶体管204的基极发射极电压，提供负温度系数成分。之前讨论的阈下电流源，在结点IBIASBG提供一个正比于绝对温度(PTAT)的电流给晶体管204和带隙电阻200。阈下电流源电阻和带隙电阻200之比，在某种程度上以适当的比例添加两个电压成分，来最小化温度变化对参考电压的影响。由阈下电流源，电阻200和晶体管204的工作而产生的电压，决定了参考电压104的值，它大约是结点IBIASBG上1.1一1.2V电压的两倍。
[0053]调压器150中包含的电压跟随器阶段，作用为缓冲和扩展结点IBIASBG上的电压。该电压跟随器阶段是一个限流运算放大器，它输出一个驱动电压，该电压约是结点IBIASBG上输入参考电压的两倍(产生于这个例子中，大约2.3V作为参考电压104)。两倍电压增加通过一组匹配的P沟道晶体管实现，每一对晶体管的Vbs等于O。这使得电压感测不具有典型电阻材料的电流负载。
[0054]电压跟随器阶段采用的扩展方法，使用图4显示的RDIV装置206。在高性能核心CMOS工艺中，非常大的电阻(阻值超过IOMeg)难以以一种经济或可靠的方式制造。为了扩展参考电压，电阻需要感测输出电压并提供一个反馈控制机构，来稳定输出电压。对于电池参考，需要非常大的电阻来防止禁止性功耗，并延长电池寿命。在图4的电路，电压扩展由一组匹配的P沟道晶体管来执行，每一对晶体管的Vdg = O而Vbs = O。由于该装置串联连接，流过它们的电流相同。匹配的布局使用交叉耦合匹配单元装置，每一对都有一个相配的电压降。这提供一个方便的二分电压功能。图4所示的概念当然可以延伸到η分电压功能(其中η是一个整数)。
[0055]调压器150还包括启动电路210，它被用来防止零伏输出，零安培输入的引导条件，这可能在缺少系统电源时发生。这样做是因为阈下电流源电源在某些状况下可以是带隙的输出。[0056]图5是调压器150包含的启动电路210的原理图。如果阈下电流源启动，则启动电路210感测。这是重要的，因为如果带隙没有初始化，那么该电流源可能没有启动。如果启动电路210检测到电流源没有启动，则带隙输出被直接驱动到电池电压水平。当电流源初始化，带隙输出为调整过的信号。
[0057]图6是本发明实时时钟电路的功率比较器模块152的原理图。功率比较器152在系统电源电压(标志为“RTCVDD”)和调节过的电池电源电压(标志为“VBATT”)之间仲裁，调节过的电池电源电压由调压器150产生作为参考电压104。
[0058]功率比较器152使用限流比较器，来把内部电源轨道(标志为“VPP”)连接到系统电源电压或调节过的电池电压。当RTCVDD = VBATT时，该比较器把VPP连接到RTCVDD和VBATT中更高的电压。一个额外的比较器使用一个电阻分压器来提供下降电源的早期检测(标志为“CE”代表芯片启动)。当RTCVDD大约为调节后的电池电压的1.2倍时，这个CE信号转换为低。功率比较器152包括功率开关电路220, —旦收到一个控制信号(标志为“RHBL”)，该电路把VPP连接到系统电源或调节后的电池电源，控制信号来自功率比较器152的比较器阶段。
[0059]图7是图6功率开关电路220的原理图。
[0060]图8是本发明实时时钟电路的阈下电流源154的原理图。正如先前讨论的，电流源154产生一个正比于绝对温度(PTAT)的电流(标志为“10DTBG”)。电流源154还提供一个控制良好，低幅值的偏置电流(标志为“10DT”)，该电流被分配给实时时钟电路的许多模拟部分。这促进了低功率电路模块的设计。
[0061]在图8所示的电路中，输出电流(Itjut)流过结点“RDT”，该电流可被描述为:1_ =kT/q*ln((100/4)/(25/4))/1.1Meg，其中，k =玻尔兹曼常数；q =电子电荷；T =对温度。在室温下，1ut约等于36毫安。出现1.1Meg除数术语，是因为图8的电阻网络具有与那个值接近的值。电流源154还包含电流镜和旁路电容器，旁路电容器被用来适应和分配输出电流。电流产生阶段的N沟道装置(标志为元件232和234)工作在亚阈值区。电流镜中其余的P沟道装置，将产生的电流以各种比例分配给电路的剩余部分。P沟道装置没有工作在亚阈值区。这被用来更精确地扩展及匹配产生的参考电流。电流源154还包括启动电路230，该电路可以在自举电路中找到。阈下电流源电路154被仲裁电源(图3中标志为“VPP”)激励，且不依赖于VPP值的变化。
[0062]图9是图8电流源包含的启动电路的原理图。该电路与图5中描述的启动电路的工作类似，也产生一个数字信号(标志为“RUNNING”)。
[0063]图10是本发明实时时钟电路的低功率振荡器电路156的原理图。振荡器156被应用作为一个限流，三级振荡器。该电路被并联电容器240补充。
[0064]由于振荡器156的低功率方面，限制了振荡器放大器带宽(目前体现中约为32KHz)，数据选择器250提供一条平行的路径用于测试目的。检测器可被用来驱动更快的外部时钟通过结点Xl (约为5MHz)，来切换振荡器时钟信号输出(标志为“RTCCLK” )，并证明实时时钟计数器的功能性。
[0065]图11是本发明实时时钟电路的低电池电压检测电路158的原理图。众所周知地，电池电压水平监控是个电池支持系统的重要特性。低电池电压检测电路158包含两个比较器。当电池电压(标志为“VBATT”)低于调节后的电池电压(标志为“VREFIN”)大约100毫伏时，第一比较器检测。在正常工作期间，这被用来通知使用者低电池状态，使用系统电源作为电压源。当系统电压(标志为“VSYSS”)低于调节后的电池电压(VREFIN)大约100毫伏时，第二比较器检测。当比较器检测低电池和系统电压，有效RAM和时间(VRT)控制电路(如图12所示)中的存储元件，反应该状态，随着可靠电池支持电路电源的损耗。
[0066]图12是本发明实时时钟电路的有效RAM和时间(VRT)控制电路160的原理图。当图11的比较器检测到低电池电压和低系统电压时，VRT控制电路160的存储元件260反应该状态。来自图8中电流源154的信号(标志为“RUNNING”)，作为存储元件260的上电初始化。
[0067]本发明的低功率实时时钟电路被设计工作条件为，系统电源和电池电源具有重叠的电压范围。这通过调节电池电压到一个低于系统电源电压范围的水平来实现，使用一个特别设计的电压调节器，它以一种大大减小的速率消耗电流，相比于使用了高速高功率CMOS设计方法的标准调压器。低功耗和兼容标准CMOS工艺的组合，使本发明适合在低功率电池支持装置中使用，这些装置包括高性能数字电路。
【权利要求】
1.一种具有系统及电池电量仲裁的低功率实时时钟电路，其特征是:功率仲裁电路，用于决定第一和第二电压源中的哪个作为输出电压源提供，其中第一和第二电压源分别产生第一和第二电压信号，电压范围重叠，功率仲裁电路包括:一个电流源，提供一个大小正比于温度的电流，该电流源进一步包括:电流发生阶段，包含一个晶体管，它工作在晶体管的亚阈值区；一个调压器，用于接收第一电压信号作为输入，产生一个参考电压信号作为输出，其中参考电压信号与第二电压信号电压范围不重叠，该调压器进一步包括:第一电压降元件，电流源产生的电流作为输入，并产生一个具有正温度系数的电压作为输出；第二电压降元件，输入为电流源产生的电流，并产生一个具有负温度系数的电压作为输出；一个比较器，输入为调压器输出的参考电压信号和第二电压信号，并产生一个输出作为控制信号，该控制信号指出两个输入中较大的一个；开关，把控制信号作为输入，该开关通过把比较器指示的一个输入作为输出电压源，来响应控制信号。
2.根据权利要求1所述的一种具有系统及电池电量仲裁的低功率实时时钟电路，其特征是:第一电压信号由电池提供；调压器进一步包括:启动电路，它提供第一电压信号作为调压器的输出，这种情况下，电流源没有输出。
3.根据权利要求1所述的一种具有系统及电池电量仲裁的低功率实时时钟电路，其特征是:第一电压降元件有第一大小，第二电压降元件有第二大小，第一大小和第二大小被选择，所以第一和第二电压降元件输出的总和近似的不依赖于温度；参考电压信号低于第二电压信号的范围。
4.根据权利要求1所述的一种具有系统及电池电量仲裁的低功率实时时钟电路，其特征是:低功率时钟电路，包括:一个功率仲裁电路，用于决定第一电压源和第二电压源中的哪一个作为输出电压 源提供，其中，第一和第二电压源分别提供第一和第二电压信号，电压范围重叠，功率仲裁电路提供一个大于第二电压信号的输出，以及一个来源于第一电压信号的参考电压信号，进一步地，参考电压信号不在第二电压信号的范围内；一个振荡器，把功率仲裁电路的输出作为输入，并产生一个时钟信号作为输出；一个电源检测电路，参考电压信号和第一电压信号作为输入，并在第一电压信号小于参考电压信号时，产生一个低电源检测信号作为输出。
5.根据权利要求1所述的一种具有系统及电池电量仲裁的低功率实时时钟电路，其特征是:低功率时钟电路，包括:一个功率仲裁电路，用于决定第一电压源和第二电压源中的哪一个作为输出电压源提供，其中，第一和第二电压源分别提供第一和第二电压信号，电压范围重叠，功率仲裁电路提供一个大于第二电压信号的输出，以及一个来源于第一电压信号的参考电压信号，进一步地，参考电压信号不在第二电压信号的范围内；一个振荡器，把功率仲裁电路的输出作为输入，并产生一个时钟信号作为输出；一个电源检测电路，参考电压信号和第二电压信号作为输入，并在第二电压信号小于参考电压信号时，产生一个低电源检测信号作为输出。
6.根据权利要求1所述的一种具有系统及电池电量仲裁的低功率实时时钟电路，其特征是:低功率时钟电路，包括:一个功率仲裁电路，用于决定第一电压源和第二电压源中的哪一个作为输出电压源提供，其中，第一和第二电压源分别提供第一和第二电压信号，电压范围重叠，功率仲裁电路提供一个大于第二电压信号的输出，以及一个来源于第一电压信号的参考电压信号，进一步地，参考电压信号不在第二电压信号的范围内；一个振荡器，把功率仲裁电路的输出作为输入，并产生一个时钟信号作为输出；一个调压器，用于接收第一电压信号作为输入，并产生参考电压信号作为输出；一个比较器，输入为调压器输出的参考电压信号和第二电压信号，并产生一个输出作为控制信号，指出两个输入中较大的一个；开关，把控制信号作为输入，该开关通过把比较器指示的一个输入作为输出电压源，来响应控制信号；其中功率仲裁电路进一步包括一个电流源，它产生一个大小正比于温度的电流，该电流源进一步包括一个电流调节阶段，包含一个工作在亚阈值区的晶体管。
7.根据权利要求6所述的一种具有系统及电池电量仲裁的低功率实时时钟电路，其特征是:调压器进一步包括:第一电压降元件，电流源产生的电流作为输入，并产生一个具有正温度系数的电压作为输出；第二电压降兀件，输入为电流源产生的电流，并产生一个具有负温度系数的电压作为输出；调压器进一步包括:一个启动电路，它把第一电压信号作为调压器的输出，这种情况下，电流源没有输出。
8.根据权利要求6所述的一种具有系统及电池电量仲裁的低功率实时时钟电路，其特征是:第一电压降元件有第一大小而第二电压降元件有第二大小，第一大小和第二大小被选择，所以第一和第 二电压降元件输出的总和近似的不依赖于温度。
【文档编号】H02J7/00GK203812136SQ201320773216
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2013年11月28日 优先权日:2013年11月28日
【发明者】不公告发明人 申请人:苏州贝克微电子有限公司