用于将电源切换为进行低电流待机操作的方法和设备与流程

本公开总体上涉及电源管理，更具体地说涉及使电源在高电流待机模式与低电流待机模式之间转变。

背景技术：

电子系统经常使用多个电压域来管理执行速度、模拟线性度和扩展待机操作的组合。对于具有多个电压域的系统，在活动模式与待机模式之间转变可能需要关闭某一电压域或与另一个电压域共享一个电压域。简单地停用一个电压域的电源并将其域或物理装置网络与另一个电源短接可能导致不希望的电压瞬变和电荷共享效应。依赖于复杂的多路复用器、控制器等的其它方法需要额外的区域、会产生额外的复杂性并且需要额外地关注其自身的电力需求。

技术实现要素：

根据本发明的第一方面，提供一种用于将电源切换为进行低电流待机操作的方法，所述方法包括：

响应于激活启用信号而停用连接到第一电源节点的第一电源；

响应于激活所述启用信号而将第二电源改变为低功率模式，其中所述第二电源连接到第二电源节点；

响应于所述第一电源节点的第一电压小于或等于正偏移加上所述第二电源节点的第二电压而将所述第一电源节点连接到所述第二电源节点；以及

响应于停用所述启用信号而将所述第一电源节点与所述第二电源节点断开连接，其中所述第一电源节点以防止所述第一电源节点放电到低于第一电源最小电压的速率断开连接。

在一个或多个实施例中，所述方法进一步包括基于优先级排序选择多个电源之一作为所述第一电源，其中所述多个电源包括降压转换器、升压转换器和电池。

在一个或多个实施例中，将所述第二电源改变为所述低功率模式包括将降压转换器从脉冲宽度调制模式切换为脉冲频率调制模式。

在一个或多个实施例中，将所述第一电源节点连接到所述第二电源节点包括激活串联连接在所述第一电源节点与所述第二电源节点之间的多个场效应晶体管(fet)，所述fet在所述fet的公共栅极上为低状态的情况下被激活。

在一个或多个实施例中，将所述第一电源节点与所述第二电源节点断开连接包括停用串联布置在所述第一电源节点与所述第二电源节点之间的一对fet，所述fet在所述fet的公共栅极上为高状态的情况下被停用，所述公共栅极连接到通过用反相电平移位器使锁存器的反相锁存器输出的幅度移位而产生的经过移位的锁存器输出，并且所述幅度被移位为包括所述第一电压和所述第二电压之一的最高电压。

在一个或多个实施例中，所述方法进一步包括用包括所述正偏移的模式控制器将所述第一电压与所述第二电压进行比较。

在一个或多个实施例中，所述正偏移大于连接到所述第二电源节点的装置的上电复位阈值并且小于所述装置的击穿电压。

在一个或多个实施例中，所述第一电源最小电压大于连接到所述第一电源节点的装置的最小操作电压。

根据本发明的第二方面，提供一种用于将电源切换为进行低电流待机操作的设备，所述设备包括：

第一电源，所述第一电源连接到第一电源节点；

第二电源，所述第二电源连接到第二电源节点；

模式控制器，所述模式控制器连接到启用信号、所述第一电源节点和所述第二电源节点，所述模式控制器被配置成当所述启用信号被设置为真状态时，响应于所述第一电源小于或等于正偏移加上所述第二电源而使锁存器置位；

开关控制器，所述开关控制器连接到所述锁存器的反相锁存器输出，所述开关控制器被配置成产生经过移位的锁存器输出，所述经过移位的锁存器输出包括幅度电压，所述幅度电压包括所述第一电源的第一电压和所述第二电源的第二电压之一的最高电压；以及

隔离开关，所述隔离开关连接到所述经过移位的锁存器输出、所述第一电源节点和所述第二电源节点，所述隔离开关被配置成响应于所述经过移位的锁存器输出上的低电压而将所述第一电源节点连接到所述第二电源节点。

在一个或多个实施例中，所述隔离开关被配置成响应于所述经过移位的锁存器输出上的高电压而以防止所述第一电源节点放电到低于第一电源最小电压的速率将所述第一电源节点与所述第二电源节点断开连接。

在一个或多个实施例中，所述第一电源是基于优先级排序从多个电源中选择的，其中所述多个电源包括降压转换器、升压转换器和电池。

在一个或多个实施例中，所述第二电源被配置成响应于所述启用信号被设置为所述真状态而进入低功率模式。

在一个或多个实施例中，所述模式控制包括连接到所述第一电源节点和所述第二电源节点的比较器，所述比较器被配置成将所述第一电源与所述正偏移加上所述第二电源进行比较、通过所述启用信号启用并且通过所述锁存器输出转变为真状态而禁用。

在一个或多个实施例中，所述开关控制器通过相应的开关连接到所述第一电源和所述第二电源中具有所述最高电压的一个电源。

在一个或多个实施例中，所述隔离开关包括串联连接在所述第一电源节点与所述第二电源节点之间的两个晶体管，所述两个晶体管具有连接到所述经过移位的锁存器输出的公共栅极。

在一个或多个实施例中，所述两个晶体管中的每一个晶体管是p型场效应晶体管。

在一个或多个实施例中，所述隔离开关进一步包括所述公共栅极与所述反相移位的锁存器输出之间的电阻器，所述电阻器被配置成在所述经过移位的锁存器输出处于高状态时使所述两个晶体管中的每一个晶体管保持处于关断状态。

根据本发明的第三方面，提供一种用于将电源切换为进行低电流待机操作的设备，所述设备包括：

第一电源，所述第一电源连接到第一电源节点；

第二电源，所述第二电源连接到第二电源节点；

比较器，所述比较器连接到所述第一电源，所述比较器被配置成当启用信号被设置为真状态时，响应于所述第一电源的第一电压小于或等于正偏移加上所述第二电源的第二电压而使锁存器置位；

反相电平移位器，所述反相电平移位器被配置成通过所述第一电压和所述第二电压中的较大电压将所述锁存器的反相锁存器输出的幅度移位以产生经过移位的锁存器输出；以及

隔离开关，所述隔离开关被配置成响应于所述经过移位的锁存器输出处于低状态而将所述第一电源节点连接到所述第二电源节点。

在一个或多个实施例中，所述第一电源是基于优先级排序从多个电源中选择的，其中所述多个电源包括降压转换器、升压转换器和电池。

在一个或多个实施例中，所述第二电源被配置成响应于所述启用信号被设置为所述真状态而进入低功率模式。

本发明的这些和其它方面将根据下文中所描述的实施例显而易见，且参考这些实施例予以阐明。

附图说明

本发明是通过举例进行说明的并且不受附图限制，在附图中，类似的附图标记表示类似的要素。附图中的要素是为了简单和清楚起见而示出的并且不一定按比例绘制。

图1是用于使电源在高电流待机模式与低电流待机模式之间切换的系统的实施例的示意图。

图2是根据图1的实施例的定时波形的图形视图。

图3是根据本公开的示例实施例的用于使电源在高电流待机模式与低电流待机模式之间切换的设备的示意图。

图4是根据图3的实施例的定时波形的图形视图。

图5是根据本公开的示例实施例的用于将电源切换为进行低电流待机操作的方法的流程图表示。

具体实施方式

本文描述的实施例通过电源停用和电源节点重新连接使电源从高功率模式平滑转变为低功率模式。停用一个电源节点上的电源。随后，将所述电源节点连接到另一电源节点，所述另一电源节点具有将转变为低功率模式的电源。由于电源节点之间的电压和电容不平衡，需要一种新的方法来避免不期望的电容性电荷共享效应和随之发生的过度电压转变。在一个例子中，对电源进行“热切换”或将其从系统中移除，而剩余的系统部件继续运行。

在示例实施例中，使用模式控制和开关控制来控制隔离开关的激活和停用。直到停用的电源已经衰减到可接受的范围内，模式控制才允许隔离开关将电源节点连接在一起。因此，系统在没有过度电压偏移且没有额外的多路复用器或控制器的复杂性的情况下实现电源节点的短接。此外，所公开的方法和设备确保电源节点在先前停用的电源被重新激活时快速断开连接，由此防止由重新激活的电源服务的节点上的过度电源下降。

图1示出了用于将电源切换为低电流(或功率)模式的系统的实施例10。实施例10包括连接到第一电源节点14的第一电源12(vbos)。第一电容性负载16连接在第一电源节点14与接地18之间。第二电源22(vpre)连接到第二电源节点24。第二电容性负载26连接在第二电源节点24与接地18之间。开关30被配置成响应于开关栅极32而将第一电源节点14连接到第二电源节点24。开关栅极32通过控制电路34控制，所述控制电路34通过启用(enable)信号36启用。

参照图1和图2，在一个示例实施例中，第一电源12供应5v，第二电源22供应3v，第一电容性负载为40uf，并且第二电容性负载为10uf。在时间38处断言启用信号36使控制电路34在时间40处激活开关栅极32。断言启用信号36还在时间42处禁用第一电源12并且在时间44处将第二电源22改变为进入低功率模式。第二电源22的低功率模式使由第二电源22供应的电压最终下降为较低的电压46。在一个示例实施例中，第二电源22是降压转换器，并且从高功率模式切换为低功率模式包括使降压转换器操作从脉冲宽度调制(pwm)模式改变为脉冲频率调制(pfm)模式。

开关30通过低电平有效开关栅极32激活，从而产生第一电源节点14与第二电源节点24之间的短接。通过将第一电源节点14短接到第二电源节点24，同时使两者之间具有相当大的电压和电容不平衡，导致从第二电源(vpre)22的先前值到电压电平48的不期望的电压瞬变阶跃。电压电平48高到足以潜在地引起由较低电压的第二电源22供电的电路系统(例如，微处理器)的损坏。在各个实施例中，vbos电源12是“最佳电源”来源，其基于电源效率使用优先级排序来确定使用多个电源中的哪个电源。在一个例子中，vbos电源12优先使用降压转换器，然后是升压转换器，然后是电池电源。在一个实施例中，vpre电源22是预调节器电源。

现在参考图3，同时继续参考图1，描述了用于将电源切换为低电流待机模式的设备的实施例50，以克服由第一电源节点14与第二电源节点24之间的电荷共享产生的前述瞬变电压问题并且具有其它优点。具体地说，图3的隔离开关58代替图1的开关30，并且图3的模式控制器54和开关控制器56代替图1的控制电路34。实施例50在部件边界52处连接到第一电源节点14和第二电源节点24。第一电容性负载16和第二电容性负载26各自位于部件边界52的外部(例如，“芯片外”)并且以接地18为参考。在各个实施例中，部件边界52是到单片集成电路(ic)、多芯片模块或包括一个或多个离散部件或ic部件的印刷电路板的边缘的外部接口。

实施例50包括模式控制器54、开关控制器56和隔离开关58。模式控制器54包括比较器70，所述比较器70通过连接74连接到双稳态装置76(例如，置位-复位触发器或锁存器)的置位(set)输入。当启用信号36转变为真(true)状态(例如，高电平或逻辑“1”)时，第一电源12断电或与第一电源节点14断开连接，并且第二电源22转变为低功率模式。此外，当比较器70接收到具有真状态的启用信号36时，比较器70将在第一电源节点14衰减到等于正偏移(未示出)加上第二电源节点24的电平时使双稳态装置76置位。在示例实施例中，比较器70和双稳态装置76通过恒定的电源电压(未示出)供电。在各个示例实施例中，比较器70和双稳态装置76以5v电源运行，所述电源由在12v与60v之间运行的电池调节。

在一个实施例中，比较器70包括70mv的正偏移。在另一个实施例中，比较器70是滞后等于正偏移的比较器。在示例实施例中，正偏移被设计为大到足以确保第一电源节点14不会放电到将触发连接到第二电源节点24的装置上的上电复位(por)事件的电平。正偏移还很小，足以确保第二电源节点24上的装置不会受到将引起电压击穿或其它可靠性故障的过电压影响。

在比较器70使双稳态装置76置位之后，锁存器输出80转变为高状态，并且反相锁存器输出82转变为低状态。锁存器输出80然后在禁用输入84处禁用比较器70以减少或消除比较器70中的偏置电流传导，由此减少第二电源22的低功率状态期间的功耗。当启用信号36转变为假(false)状态时，反相启用信号86(“enb”)将转变为高状态并快速重置双稳态装置76。

开关控制器56包括反相电平移位器90，所述反相电平移位器90用于使双稳态装置76的输出的幅度移位以对接隔离开关58的可变电压需求。反相电平移位器90包括一对n沟道场效应晶体管(fet)92和94，所述fet92和94分别接收由反相锁存器输出82和锁存器输出80形成的差分输入。所述一对n沟道fet(nfet)92和94与一对交叉耦接的p沟道fet(pfet)96和98共享相应的漏极连接102和32。漏极连接向隔离开关58提供经过移位的锁存器输出(或经过切换栅极)。因此，经过移位的锁存器输出32是锁存器输出80的经过放大和反相的版本。

反相电平移位器90连接在连接100与接地18之间。最高电压电路110确保第一电源12或第二电源22的最高电压用于确保在存在来自第一电源12和第二电源22的变化电压的情况下正确停用隔离开关。最高电压电路110基于第一电源12或第二电源22中哪个电源具有最高电压用相应的开关112和114将第一电源12或第二电源22连接到连接100。在一个实施例中，单独的电压比较器(未示出)确定最高电压。

隔离开关58包括串联连接的pfet120和122，所述pfet120和122具有连接到经过移位的锁存器输出32的公共栅极和公共漏极连接124。pfet120和122连接在第一电源节点12与第二电源节点24之间。pfet120和122被布置为背靠背开关以防止不需要的反向电源电流。例如，如果第一电源12在第二电源22之前激活，则背靠背开关隔离对于防止第一电源12上拉第二电源节点24来说是必要的。具体地说，如果第一电源12斜变为5v并且第二电源将斜变为3v，则缺少背靠背开关隔离可能在连接到第二电源节点24的微处理器上引起过电压应力。在各个实施例中，高值电阻器126连接在经过移位的锁存器输出32与公共漏极124之间以确保在经过移位的锁存器输出32被最高电压电路110拉到最高电压时，pfet120和122完全停用。

现在参考图4，同时继续参考图3并且对照图2，进一步解释了图3的实施例50的操作。响应于启用信号36在时间130处被激活，第一电源12被停用，从而使第一电源节点14在时间134处开始放电。此外，激活启用信号36使第二电源22切换为低功率模式，从而使第二电源节点24在时间137处开始放电，直到电压136处的稳定值。与图2中描述的实施例不同，开关栅极信号32延迟到时间132，直到如比较器70确定的，第一电源节点14放电到第二电源节点24的正偏移内。

相应地，比较器70被激活，从而使第一电源节点14短接到第二电源节点24。因此，与图2中的瞬变电压48相比，所产生的瞬变电压138得到显著减弱。正偏移电压被选择为防止电压瞬变138超过连接到第二电源节点24的任何装置(例如，微处理器)的最大电压，同时还确保第二电源节点24上的所产生的电压不会下降到低于将激活por电路的电压。

图5示出了用于将电源切换为进行低电流待机操作的方法140。在142处，响应于启用信号36在时间130处激活而停用第一电源12。在144处，响应于启用信号36在时间130处激活而使第二电源22改变为低功率模式。在146处，当第一电源节点14小于或等于正偏移加上第二电源节点24时，将第一电源节点14连接到第二电源节点24。在148处，以防止第一电源节点14放电到低于第一电源最小电压的速率将第一电源节点14与第二电源节点24断开连接。

如将了解的，所公开的实施例包括至少以下各项。在一个实施例中，一种用于将电源切换为进行低电流待机操作的方法包括响应于激活启用信号而停用连接到第一电源节点的第一电源。响应于激活所述启用信号而将第二电源改变为低功率模式，其中所述第二电源连接到第二电源节点。响应于所述第一电源节点的第一电压小于或等于正偏移加上所述第二电源节点的第二电压而将所述第一电源节点连接到所述第二电源节点。响应于停用所述启用信号而将所述第一电源节点与所述第二电源节点断开连接，其中所述第一电源节点以防止所述第一电源节点放电到低于第一电源最小电压的速率断开连接。

在另一个实施例中，一种用于将电源切换为进行低电流待机操作的设备包括连接到第一电源节点的第一电源。第二电源连接到第二电源节点。模式控制器连接到启用信号、所述第一电源节点和所述第二电源节点。所述模式控制器被配置成当所述启用信号被设置为真状态时响应于所述第一电源小于或等于正偏移加上所述第二电源而使锁存器置位。开关控制器连接到所述锁存器的反相锁存器输出。所述开关控制器被配置成产生经过移位的锁存器输出，所述经过移位的锁存器输出包括幅度电压，所述幅度电压包括所述第一电源的第一电压和所述第二电源的第二电压之一的最高电压。隔离开关连接到所述经过移位的锁存器输出、所述第一电源节点和所述第二电源节点。所述隔离开关被配置成响应于所述经过移位的锁存器输出上的低电压而将所述第一电源节点连接到所述第二电源节点。

在另一个实施例中，一种用于将电源切换为进行低电流待机操作的设备包括连接到第一电源节点的第一电源。第二电源连接到第二电源节点。比较器连接到所述第一电源并且被配置成当启用信号被设置为真状态时响应于所述第一电源的第一电压小于或等于正偏移加上所述第二电源的第二电压而使锁存器置位。反相电平移位器被配置成通过所述第一电压和所述第二电压中的较大电压将所述锁存器的反相锁存器输出的幅度移位以产生经过移位的锁存器输出。隔离开关被配置成响应于所述经过移位的锁存器输出处于低状态而将所述第一电源节点连接到所述第二电源节点。

尽管本文参考特定实施例描述了本发明，但是在不脱离如下面的权利要求中所阐述的本发明的范围的情况下，可以进行各种修改和改变。因此，说明书和附图应被视为具有说明性而非限制性意义，并且所有这种修改旨在包括在本发明的范围内。本文关于特定实施例描述的任何益处、优点或问题解决方案不旨在被解释为任何或所有权利要求的关键、必需或必要的特征或要素。

除非另有说明，否则如“第一”和“第二”等术语用于任意区分这种术语描述的要素。因此，这些术语不一定旨在指示这种要素的时间优先次序或其它优先次序。