一種實現低功耗模式的晶片的製作方法

2023-07-20 00:46:26 1

專利名稱：一種實現低功耗模式的晶片的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於晶片領域，尤其涉及一種實現低功耗模式的晶片。
背景技術：
晶片通常要求供電電源在一個確定的電壓範圍內才能正常工作。對於電池VBAT應用場合，通常要求晶片的電源電壓在1.8V到3. 6V之間。當電池VBAT電壓低於1. 8V時，雖然系統不能正常工作，但是用戶往往期望晶片運行過程中保存在內部RAM的重要數據不丟失，當重新更換電池以後還能繼續使用原先存儲在內部RAM中的數據。雖然晶片完全掉電時會丟失存儲在內部RAM的數據，但只要晶片的電源電壓高於O. 7V，RAM還是能夠保持其內部的數據的。另外，更換電池VBAT的時候，晶片電源電壓會完全沒有，為了保證在更換電池VBAT的這段時間內晶片依然有供電電源，在外部電源VDD和地VSS之間通常會並聯一個大電容Cl以作為備份電源使用，如圖1所示。為了延長電池電壓從1. 8V降低到O. 7V的時間，這要求晶片在這段期間內消耗儘量小的電流，如圖2所示的目前通用的電池應用晶片內部結構示意圖，通常由以下幾個部分組成電源電壓低壓檢測電路1，用於檢測電源電壓，當晶片電源電壓下降到指定電平以後，晶片即發出報警或者執行復位操作；基準參考源電路2，用於為電源電壓低壓檢測電路I提供精準的偏置，使得低壓復位電路能夠正常工作；程序存儲器3，用於存儲執行程序的非易失性存儲器單元，可以是快閃記憶體存儲器，也可以是單次編程存儲器單元；隨機存儲器4，用於存儲晶片在運行過程中的一些重要信息，隨機存儲器4是易失性存儲器單元，當晶片完全掉電時，隨機存儲器4中的存儲單元會丟失，在晶片不完全掉電時，隨機存儲器4能夠在一定電壓範圍內保持存儲器中的內容，這個電壓通常在O. 7V以上；數字邏輯單元5，用於控制低壓復位電路對電源電壓低壓檢測電路I和基準參考源電路2執行復位操作，數字邏輯單元5包括低壓復位電路、中央處理器單元(CPU)、定時器、脈衝發生器等單元。現有技術中，往往提供多種工作模式來控制如圖2所示的晶片的工作電流，如待機模式，停機模式等。雖然這些工作模式能減小晶片從1. 8V降低到O. 7V的這段時間內的工作電流，但是在實際應用中，用戶往往不知道供電電源何時會突然掉電，可能在正常工作模式下掉電，也可能在停機模式下，因此，供電電源突然掉電具有一定的不確定性。當供電電源在正常工作模式下掉電，此時晶片耗電電流往往較大，會有百微安級甚至是毫安級的耗電電流，使得電池VBAT內的剩餘電量或者電容Cl內存儲的電量迅速放光。當供電電源在停機模式下掉電時，耗電電流會非常小，電池VBAT內的剩餘電量或者電容Cl存儲的電量能夠維持相當長一段時間，但是由於停機模式通常易被外部按鍵喚醒，如果實際操作的時候意外碰到這些按鍵，晶片很快從停機模式轉入到正常模式，瞬間會消耗大量的電流，同樣會使電池VBAT內的剩餘電量或者電容Cl內存儲的電量迅速放光。特別是在MCU(微處理器)晶片中，供電電源突然掉電導致RAM數據出現不確定性的情況尤為突出。因此，需要提出一種晶片，所述晶片可以判斷晶片電源電壓何時掉電，以便使晶片發生電源電壓掉電後，晶片立刻切換到低功耗工作模式，減小晶片的工作電流，從而延長內部RAM數據的掉電保持時間，解決現有技術中因掉電時間不確定而導致內部RAM在某些情 況下保持數據時間短的問題，以及所述晶片還可以有效減小因誤觸發導致的晶片電流瞬間 增大，從而降低RAM數據保持時間的概率問題。實用新型內容[0006]本實用新型的目的在於提供一種實現低功耗模式的晶片，以便能夠判斷晶片電源 電壓何時掉電，進而解決因掉電時間不確定而導致內部RAM可能不能保持數據的問題，以 及有效地減小了誤觸發導致的晶片電流瞬間增大的概率問題。[0007]為解決上述問題，提供一種實現低功耗模式的晶片，包括[0008]基準參考源電路，所述基準參考源電路輸出一指定電平和偏置；[0009]與所述基準參考源電路連接的電源電壓低壓檢測電路，所述電源電壓低壓檢測電 路接收所述指定電平和偏置以及採樣晶片電源電壓，所述電源電壓低壓檢測電路根據採樣 到的所述晶片電源電壓高於指定電平輸出一高電平的標誌信號，或根據採樣到的所述晶片 電源電壓低於指定電平輸出一低電平的標誌信號；[0010]分別與所述電源電壓低壓檢測電路和基準參考源電路連接的低功耗邏輯控制電 路，所述低功耗邏輯控制電路根據所述標誌信號輸出一高電平的控制信號或低電平的控制 信號，並將一基準參考源電路的使能位和電源電壓低壓檢測電路的使能位分別輸出至所述 基準參考源電路和電源電壓低壓檢測電路；[0011]與所述低功耗邏輯控制電路連接的數字邏輯單元，所述數字邏輯單元接收到高電 平的所述控制信號，所述基準參考源電路的使能位使能基準參考源電路，所述電源電壓低 壓檢測電路的使能位使能電源電壓低壓檢測電路，晶片進入低功耗模式，在一時鐘信號的 控制下，所述電源電壓低壓檢測電路定時採樣晶片電源電壓的變化；所述數字邏輯單元接 收到低電平的所述控制信號，晶片退出低功耗模式。[0012]進一步的，所述低功耗邏輯控制電路包括[0013]狀態機電路，所述狀態機電路接收到高電平跳變到低電平的所述標誌信號，輸出 一第一使能信號、一電壓採樣狀態、一第二使能信號以及高電平的所述控制信號；當晶片在 所述低功耗模式下，所述狀態機電路接收到低電平跳變到高電平的所述標誌信號，輸出所 述數字邏輯電路的第三使能信號、第四使能信號以及所述電源電壓低壓檢測電路的標誌信 號和低電平的所述控制信號；[0014]第一選擇器，所述第一選擇器接收到高電平的所述控制信號，輸出所述第一使能 信號至基準參考源電路；所述第一選擇器接收低電平的所述控制信號，輸出所述第三使能 信號至基準參考源電路；[0015]第二選擇器，所述第二選擇器接收到高電平的所述控制信號，輸出所述電壓檢測 狀態至所述數字邏輯單元；所述第二選擇器接收到低電平的所述控制信號，輸出所述標誌 信號至所述數字邏輯單元；[0016]第三選擇器，所述第三選擇器接收到高電平的所述控制信號，輸出所述第二使能 信號至電源電壓低壓檢測電路；，所述第三選擇器接收到低電平的所述控制信號，輸出所 述第四使能信號至電源電壓低壓檢測電路。[0017]進一步的，在上述所述的實現低功耗模式的晶片中，還包括分別與所述數字邏輯單元連接的隨機存儲器。[0018]進一步的，在上述所述的實現低功耗模式的晶片中，還包括分別與所述數字邏輯 單元連接的程序存儲器。[0019]進一步的，在上述所述的實現低功耗模式的晶片中，還包括與所述低功耗邏輯控 制電路和數字邏輯單元連接的低壓低功耗振蕩器，所述低功耗邏輯控制電路輸出所述時鐘信號。[0020]進一步的，所述數字邏輯單元或所述晶片的外部單元輸出所述時鐘信號。[0021]進一步的，在上述所述的實現低功耗模式的晶片中，所述晶片為MCU晶片。[0022]與現有技術相比，本實用新型通過在電源電壓低壓採樣電路、基準參考源電路與 數字邏輯單元之間增加一低功耗邏輯控制電路，實現一低功耗模式的晶片，當所述低功耗 模式的晶片進入一低功耗模式時，在一時鐘信號的控制下，所述低功耗邏輯控制電路使能 電源電壓低壓採樣電路和基準參考源電路定時採樣晶片電源電壓的變化，以減少晶片的動 作電流。因此，當晶片處於正常工作模式，突然發生晶片電源電壓掉電時，晶片立刻切換到 低功耗模式下工作，延長了內部RAM的數據掉電保持時間，解決了現有技術中因掉電時間 不確定而導致RAM在某些情況下可能不能保持數據的問題。此外，由於所述低功耗模式在 採樣的晶片電源電壓升至才能喚醒，有效地減小了誤觸發導致晶片電流瞬間增大的概率， 增強了系統的可靠性。[0023]另外，當晶片進入低功耗模式下工作時，可以通過配置所述數字邏輯單元，以便控 制所述數字邏輯單元的數字邏輯及相關模塊狀態，如控制與其連接的程序存儲器和隨機存 儲器的工作狀態，使所述程序存儲器和隨機存儲器復位，以進一步減少晶片可能產生的漏 電流。


[0024]圖1為現有技術中保持晶片內部RAM數據外接電容的示意圖；[0025]圖2為現有技術中電池應用晶片內部的結構示意圖；[0026]圖3為本實用新型實施例中電池應用晶片內部的結構示意圖；[0027]圖4為本實用新型實施例中低功耗邏輯控制電路內部的結構示意圖；[0028]圖5為本實用新型實施例中實現低功耗模式的方法中的低功耗邏輯控制電路的 工作流程示意圖；[0029]圖6為圖5中的低功耗邏輯控制電路定時檢測晶片電源電壓的信號波形示意圖。
具體實施方式
[0030]為使本實用新型的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，
以下結合附圖對本 實用新型的具體實施方式
做詳細的說明。[0031]在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本實用新型。但是本實用新 型能夠以很多不同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本實用新 型內涵的情況下做類似推廣，因此本實用新型不受下面公開的具體實施的限制。[0032]如圖3所示，結合4，對本實用新型提供一種實現低功耗模式的晶片進行詳細說 明。所述的實現低功耗模式的晶片包括基準參考源電路100、電源電壓低壓採樣電路102、低功耗邏輯控制電路104和數字邏輯單元106。具體的，所述基準參考源電路100用於輸出一指定電平和偏置。所述基準參考源電路100的輸出電壓隨溫度和晶片電源電壓VDD的變化非常小。具體的，所述電源電壓低壓檢測電路102與所述基準參考源電路100連接，所述電源電壓低壓檢測電路102用於接收所述指定電平和偏置以及採樣晶片電流電壓VDD，並根據當採樣到的所述晶片電流電壓VDD高於指定電平時，清除標誌信號EXT_DET，重新輸出標誌信號EXT_DET為高電平；當採樣到的所述晶片電流電壓VDD小於指定電平時，清除標誌信號EXT_DET，重新輸出標誌信號EXT_DET為低電平。在常用的晶片中，優選的，所述電源電壓低壓採樣電路102為低電壓復位電路或者低電壓採樣電路。由於所述基準參考源電路100的輸出電壓隨溫度和晶片電源電壓VDD的變化非常小，所述基準參考源電路100向電源電壓低壓採樣電路102提供準確的指定電平和偏置。 具體的，所述低功耗邏輯控制電路104與所述基準參考源電路100和電源電壓低壓採樣電路102連接，即所述電源電壓低壓檢測電路102使能位VBGEN和基準參考源電路100使能位DETEN由低功耗邏輯控制電路104提供，且所述電源電壓低壓檢測電路102向低功耗邏輯控制電路104輸出標誌信號。所述低功耗邏輯控制電路104用於根據當所述標誌信號EXT_DET由高電平跳變為低電平時輸出一控制信號MODE為高電平；當所述標誌信號EXT_DET為低電平跳變為高電平時輸出所述控制信號MODE為低電平。具體的，所述數字邏輯單元106與低功耗邏輯控制電路連接，所述數字邏輯單元106用於根據當接收到所述控制信號MODE為高電平時，使晶片進入低功耗模式，在一時鐘信號CLK的控制下，並通過控制所述低功耗邏輯控制電路104控制基準參考源電路100和電源電壓低壓採樣電路102定時採樣晶片電源電壓VDD的變化；當晶片在所述低功耗模式下，用於根據當接收到所述控制信號MODE為低電平時，使晶片退出所述低功耗模式。所述數字邏輯單元106是晶片的數字邏輯核心，主要包括中央處理單元(CPU)模塊和其他模塊等，所述其他模塊包括如定時器、脈衝發生器、串口通信邏輯、輸入輸出埠控制和時鐘產生等1 塊。具體的，參見圖4，所述低功耗邏輯控制電路102包括狀態機電路202、第一選擇器204、第二選擇器206和第三選擇器208，其具體分析如下所述狀態機電路202，用於根據當接收到的所述標誌信號EXT_DET為高電平跳變到低電平時，輸出第一使能信號INT_VBGEN、第二使能信號INT_DETEN、電壓檢測狀態INT_DET以及將所述控制信號MODE置為高電平(即低功耗模式使能)輸出；當晶片在所述低功耗模式下，用於根據當接收到的所述標誌信號EXT_DET為低電平跳變為高電平時，將所述數字邏輯電路106的第三使能信號EXT_VBGEN、第四使能信號EXT_DETEN輸出以及將所述電源電壓低壓檢測電路103的標誌信號EXT_DET輸出和將所述控制信號MODE置為低電平(即低功耗模式未使能)輸出。所述第一選擇器204，用於根據當接收到的所述控制信號MODE為高電平時，選擇輸出所述第一使能信號INT_VBGEN為基準參考源電路的使能位至基準參考源電路100 ;當接收到的所述控制信號MODE為低電平時，選擇輸出所述第三使能信號EXT_VBGEN為基準參考源電路的使能位至基準參考源電路。在本實施例中，為分別配合進入低功耗模式下的使能工作以及未進入低功耗模式下的使能工作，所述基準參考源電路100的使能位VBGEN分別根據接收到的所述第一使能信號INT_VBGEN或第三使能信號EXT_VBGEN使能。[0040]所述第二選擇器206，用於根據當接收到的所述控制信號MODE為高電平時，選擇 輸出電壓檢測狀態INT_DET作為復位信號VDET至所述數字邏輯單元106 ;當接收到的所述 控制信號MODE為低電平時，選擇輸出所述標誌信號EXT_DET作為復位信號VDET至所述數 字邏輯單元106。在本實施例中，為分別配合進入低功耗模式下的使能工作以及未進入低功 耗模式下的使能工作，所述數字邏輯單元分別根據接收到的所述電壓檢測狀態INT_DET或 標誌信號EXT_DET復位其所包括的各數字邏輯模塊及相關模塊狀態。[0041]所述第三選擇器208，用於根據當接收到的所述控制信號MODE為高電平時，選擇 輸出所述第二使能信號INT_DETEN為電源電壓低壓檢測電路的使能位至電源電壓低壓檢 測電路102 ;當接收到的所述控制信號MODE為低電平時，選擇輸出所述第四使能信號EXT_ DETEN為電源電壓低壓檢測電路的使能位至電源電壓低壓檢測電路。在本實施例中，為分別 配合進入低功耗模式下的使能工作以及未進入低功耗模式下的使能工作，所述電源電壓低 壓檢測電路102的使能位DETEN分別根據接收到的所述第二使能信號INT_DETEN或第四使 能信號EXT_DETEN使能。[0042]此外，所述低功耗模式的晶片中，還包括與所述數字邏輯單元106連接的程序存 儲器108。其中，所述程序存儲器108用於存儲晶片運行的程序代碼，且可以是電可擦除只 讀存儲器(EEPROM)、單次可編程存儲器(OTP)或者是快閃記憶體(FLASH)。當所述數字邏輯單元 106接收所述控制信號MODE為高電平時，通過所述數字邏輯單元106控制所述程序存儲器 108進入所述低功耗模式；當所述數字邏輯單元106接收到所述控制信號MODE為低電平 時，通過所述數字邏輯單元106控制所述程序存儲器108退出所述低功耗模式。並且，所述 數字邏輯單元106可通過復位信號VDET控制所述程序存儲器108工作狀態。[0043]另外，所述低功耗模式的晶片中，還可以包括與所述數字邏輯單元106連接的隨 機存儲器110。其中，所述隨機存儲器110用於存儲晶片運行時產生的重要數據結果或者 晶片的工作狀態。當所述數字邏輯單元106接收所述控制信號MODE為高電平時，通過所 述數字邏輯單元106控制所述隨機存儲器110進入所述低功耗模式；當所述數字邏輯單元 106接收到所述控制信號MODE為低電平時，通過所述數字邏輯單元106控制所述隨機存儲 器110退出所述低功耗模式。並且，所述數字邏輯單元106可通過復位信號VDET控制所述 隨機存儲器110工作狀態。[0044]此外，所述低功耗模式的晶片中，還包括分別與所述數字邏輯單元106連接的程 序存儲器108和隨機存儲器110。其中，所述程序存儲器108用於存儲晶片運行的程序代碼， 且可以是電可擦除只讀存儲器(EEPROM)、單次可編程存儲器(OTP)或者是快閃記憶體(FLASH);所 述隨機存儲器110用於存儲晶片運行時產生的重要數據結果或者晶片的工作狀態。當所述 數字邏輯單元106接收所述控制信號MODE為高電平時，通過所述數字邏輯單元106控制所 述程序存儲器108和隨機存儲器110進入所述低功耗模式；當所述數字邏輯單元106接收 到所述控制信號MODE為低電平時，通過所述數字邏輯單元106控制所述程序存儲器108和 隨機存儲器110退出所述低功耗模式。並且，所述數字邏輯單元106可通過復位信號VDET 控制所述程序存儲器108和隨機存儲器110工作狀態。[0045]進一步的，晶片進入低功耗模式，所述時鐘信號由所述數字邏輯單元向所述低功 耗邏輯控制電路104輸出或由所述晶片外部向所述低功耗邏輯控制電路104提供，通過所述低功耗邏輯控制電路104向所述電源電壓低壓檢測電路102輸出所述時鐘信號CLK，所述電源電壓低壓檢測電路102在所述時鐘信號CLK的控制下，定時採樣晶片電源電壓的變化。或者，所述時鐘信號CLK也可以由一低壓低功耗振蕩器112提供。所述低壓低功耗振蕩器112分別與所述低功耗邏輯控制電路104和數字邏輯單元106連接，當所述數字邏輯單元106接收到所述控制信號MODE為高電平時，提供時鐘啟動使能信號CLKEN給低壓低功耗振蕩器112使能。所述低壓低功耗振蕩器112是晶片內部集成的CMOS振蕩電路，當使能所述低壓低功耗振蕩器112後，用於向所述低功耗邏輯控制電路104提供時鐘信號CLK，且結合所述第一使能信號INT_VBGEN和第二使能信號INT_DETEN可以定時開啟所述基準參考源電路100和的電源電壓低壓檢測電路102定時邏輯。本實施例中，通過所述狀態機電路202接收時鐘信號CLK ;所述低壓低功耗振蕩器112也可以在所述低功耗模式的晶片外部，所述低壓低功耗振蕩器112的振蕩頻率約為20KHZ(千赫茲)，功耗電流小於I微安。當低功耗模式的晶片進入低功耗模式後，所述低壓低功耗振蕩器112會一直工作,直至退出低功耗模式為止。在本實施例中，所述實現低功耗模式的晶片為MCU晶片。所述低功耗邏輯控制電路104用於根據所述標誌信號EXT_DET的高低電平變化控制低功耗模式的晶片進入低功耗模式和退出低功耗模式，所述低功耗邏輯控制電路104有內部使能位或禁止位，熟悉本領域的技術人員應該知道，所述使能位或禁止位可通過程序配置內部寄存器實現。而所述數字邏輯單元106根據接收到的所述控制信號MODE或復位信號VDET控制所述數字邏輯單元106的數字邏輯及相關模塊狀態，如控制所述程序存儲器108和隨機存儲器110的工作狀態；如禁止時鐘產生模塊使得整個所述數字邏輯單元106都不再動作，以減少晶片的動態電流；如配置輸入輸出埠控制模塊為輸入通道和輸出通道完全關閉以減小因輸入信號浮空而可能導致的漏電流問題等，即在本實施例中，當低功耗模式的晶片進入低功耗模式後，除所述低功耗邏輯控制電路104 —直工作，且所述基準參考源電路100和電源電壓低壓檢測電路102定時開啟外，配置所述數字邏輯單元106的輸入輸出埠控制模塊為輸入輸出都不使能狀態以減小晶片可能產生的漏電流。參見圖3，結合圖5和圖6，對本實用新型提供的一種實現低功耗模式的方法進行詳細分析。所述實現低功耗模式的方法包括如圖3所示，提供一實現低功耗模式的晶片，為了描述簡便，將所述實現低功耗模式的晶片簡稱晶片。請參見圖5，當所述低功耗邏輯控制電路104的內部使能位未使能時，所述低功耗邏輯控制電路104輸出的控制信號MODE置為低電平，所述晶片處於低功耗模式禁止狀態301，所述晶片不會進入低功耗模式。數字邏輯單元106接收到的所述控制信號MODE為低電平後，所述數字邏輯單元106分別向電源電壓低壓檢測電路102的使能位DETEN和基準參考源電路100的使能位VBGEN輸出第三使能信號EXT_VBGEN和第四使能信號 EXT_DETEN。當所述數字邏輯單元106配置所述第三使能信號EXT_VBGEN和第四使能信號EXT_DETEN輸出為高電平，同時使能所述低功耗邏輯控制電路102時，在上述狀態下，所述電源電壓低壓檢測電路102將一直採樣晶片電源電壓VDD，所述晶片進入低功耗模式使能狀態302。當所述電源電壓低壓檢測電路102採樣到晶片電源電壓VDD低於指定電平時，所述控制信號MODE置為高電平，當所述電源電壓低壓檢測電路102未採樣到晶片電源電壓VDD低於指定電平時，所述控制信號MODE —直保持為低電平。如所述低功耗邏輯控制電路102輸 出的所述控制信號MODE為高電平時，所述晶片將進入低功耗模式，在所述低功耗模式下， 所述基準參考源電路100向電源電壓低壓檢測電路102提供指定電平和偏置，而所述電源 電壓低壓檢測電路102定時採樣晶片電源電壓VDD的變化。[0051]在所述低功耗模式使能狀態302下，所述第三使能信號EXT_VBGEN和第四使能信 號EXT_DETEN分別使能所述基準參考源電路100和電源電壓低壓檢測電路102 —直監測 晶片電源電壓VDD的變化。根據所述電源電壓低壓檢測電路102採樣的晶片電源電壓VDD 與所述指定電壓的相比結果，來判定所述電源電壓低壓檢測電路102輸出的標誌信號EXT_ DET是高電平還是低電平，即若所述電源電壓低壓檢測電路102採樣到的所述晶片電源 電壓VDD從高於指定電平掉落到低於指定電平時，所述電源電壓低壓檢測電路102輸出標 志信號為低電平；若所述電源電壓低壓檢測電路102採樣到的所述晶片電源電壓VDD從低 於指定電平上升到高於指定電平時，所述電源電壓低壓檢測電路102輸出標誌信號為高電 平。[0052]並且，根據所述標誌信號EXT_DET的高低電平的變化303來判定所述實現低功耗 模式的晶片是否進入所述低功耗模式，即如果所述電源電壓低壓檢測電路102輸出的標 志信號EXT_DET —直維持高電平，所述晶片始終停留在所述低功耗模式使能狀態302下； 當所述低功耗邏輯控制電路104檢測到所述標誌信號EXT_DET由高電平跳變到低電平(即 EXT_DET= 1』bO)時，所述數字邏輯單元106根據所述低功耗邏輯控制電路104輸出的控制 信號MODE為高電平，使所述晶片進入所述低功耗模式304 ;在所述低功耗模式304中，當所 述低功耗邏輯控制電路104檢測到所述標誌信號MODE為由低電平跳變到高電平(即EXT_ DET = I』 bl)時，所述數字邏輯單元106根據所述低功耗邏輯控制電路104輸出的控制信 號MODE為低電平，使所述晶片退出所述低功耗模式。[0053]具體的，在一時鐘信號CLK的控制下，所述低功耗邏輯控制電路102中的狀態機 電路202根據所述標誌信號EXT_DET的高低電平變化303，控制所述基準參考源電路100 的使能位VBGEN和電源電壓低壓檢測電路102的使能位DETEN以實現定時採樣晶片電源 電壓VDD ;根據所述標誌信號EXT_DET的高低電平變化303，所述低功耗控制邏輯104輸出 相應的控制信號M0DE，根據所述控制信號MODE的高低，所述低功耗控制邏輯102中的第一 選擇器204選擇第一使能信號INT_VBGEN(即進入低功耗模式之後的基準參考源電路100 的使能位VBGEN)或第三使能信號EXT_VBGEN(即進入低功耗模式之前的基準參考源電路 100使能位VBGEN);所述低功耗控制邏輯102中的第二選擇器206選擇電壓檢測狀態INT_ DET(即進入低功耗模式之後的復位信號)或標誌信號EXT_DET(即進入低功耗模式之前的 復位信號作為復位信號VDET ;所述低功耗控制邏輯102中的第三選擇器208選擇第二使能 信號INT_DETEN(即進入低功耗模式之後的電源電壓低壓檢測電路102的使能位DETEN)或 第四使能信號EXT_DETEN(即進入低功耗模式之前的電源電壓低壓檢測電路102的使能位 DETEN)。[0054]在本實例中，也就是說，當所述狀態機電路202檢測到所述標誌信號EXT_DET由高 電平跳變到低電平(即EXT_DET= 1』bO)時，則進入低功耗模式，此時，所述第一選擇器、第 二選擇器和第三選擇器在所述控制信號MODE為高電平的控制下，分別將所述狀態機電路 202產生的第一使能信號INT_VBGEN、電壓檢測狀態INT_DET，以及第二使能信號INT_DETEN選擇輸出。在使能進入低功耗模式後，如果所述狀態機電路202檢測到所述標誌信號EXT_DET從低電平跳變到高電平時，則使能退出低功耗模式，則所述第一選擇器、第二選擇器和第三選擇器在所述控制信號MODE為低電平的控制下，分別通過所述狀態機電路202將所述數字邏輯單元106輸出的第三使能信號EXT_VBGEN、標誌信號EXT_DET，以及第四使能信號EXT_DETEN選擇輸出。在本實施例中，所述數字邏輯單元106從一程序存儲器114中讀取程序代碼進行程序運行，所述實現低功耗模式的方法還包括當所述數字邏輯單元106接收到的所述控制信號MODE為高電平時，所述數字邏輯單元106通過所述電壓採樣狀態INT_DET控制所述程序存儲器108進入所述低功耗模式；當所所述數字邏輯單元106接收到的所述控制信號MODE為低電平時，所述數字邏輯單元106通過所述標誌信號EXT_DET控制所述程序存儲器108退出所述低功耗模式。在本實施例中，所述數字邏輯單元106還可以對一隨機存儲器116進行操作以保存工作過程中的重要數據，所述實現低功耗模式的方法還可以包括當所述數字邏輯單元106接收到的所述控制信號MODE為高電平時，所述數字邏輯單元106通過所述電壓採樣狀態INT_DET控制所述隨機存儲器110進入所述低功耗模式；當所所述數字邏輯單元106接收到的所述控制信號MODE為低電平時，所述數字邏輯單元106通過所述標誌信號EXT_DET控制所述隨機存儲器110退出所述低功耗模式。在本實施例中，所述實現低功耗模式的方法中還包括通過所述數字邏輯單元106向所述低功耗邏輯控制電路輸出所述時鐘信號CLK，或由所述晶片外部向所述低功耗邏輯控制電路提供所述時鐘信號CLK。或者，所述實現低功耗模式的方法中，可通過所述數字邏輯單元106使能一低壓低功耗振蕩器112以使所述低壓低功耗振蕩器112向低功耗邏輯控制電路輸出時鐘信號CLK。具體，請參見圖6，所述低壓低功耗振蕩器112內部進行設置，可以使所述低壓低功耗振蕩器在128個時鐘周期中採樣一次所述標誌信號EXT_DET，在採樣時間內，如在第124個時鐘周期時，使能基準參考源電路(即基準參考源電路100的使能位VBGEN為高電平)；在第126個時鐘周期時，使能電源電壓低壓檢測電路(即電源電壓低壓檢測電路102的使能位DETEN為高電平)；此時，所述晶片進入了低功耗模式使能狀態302，在第127個時鐘周期時採樣所述標誌信號EXT_DET的結果，如果電源電壓低壓檢測電路102輸出的標誌信號EXT_DET為高電平，表示晶片電源電壓VDD高於指定電平，則所述晶片退出低功耗工作模式重新進入到低功耗模式使能狀態302，如果電源電壓低壓檢測電路輸出的標誌信號EXT_DET為低電平，表示晶片電源電壓VDD依然低於指定電平，則所述晶片依然保持在低功耗模式304下；第128個時鐘周期清除基準參考源電路100的使能位VBGEN和電源電壓低壓檢測電路102的使能位DETEN(只有4個時鐘周期使能電源電壓低壓檢測電路和基準參考源電路)。而在所述晶片處於低功耗模式禁止狀態301時，所述電源電壓低壓檢測電路102實時採樣晶片電源電壓VDD。在所述低功耗模式304下，所述晶片進入低功耗模式下工作，通過所述控制信號MODE對所述數字邏輯電路106中的各數字邏輯及相關模塊狀態，如控制所述程序存儲器108和隨機存儲器110的工作狀態；如禁止時鐘產生模塊使得整個所述數字邏輯單元106都不再動作，以減少所述晶片的動態電流；如配置輸入輸出埠控制模塊為輸入通道和輸出通道完全關閉以減少因輸入信號浮空而可能導致的漏電流問題等，即通過所述低壓低功耗振蕩器112定時使能所述基準參考源電路100和電源電壓低壓檢測電路102以減小系 統的平均功耗。這是因為以所述低功耗模式禁止狀態301下的所述基準參考源電路100和 電源電壓低壓檢測電路102的總靜態電流為例，如所述基準參考源電路100工作時消耗電 流16微安，所述電源電壓低壓檢測電路102工作時消耗電流32微安，則工作時所述總靜態 電流為48微安，而本實用新型的晶片在128個時鐘周期內，所述基準參考源電路100隻有 4個時鐘周期使能，所述電源電壓低壓檢測電路102隻有2個時鐘周期使能，其長時間的平 均電流為I微安(32/128*2+16/128*4)，大大降低了系統功耗。[0059]與現有技術相比，本實用新型通過在電源電壓低壓採樣電路、基準參考源電路與 數字邏輯單元之間增加一低功耗邏輯控制電路，實現一低功耗模式的晶片，當所述低功耗 模式的晶片進入一低功耗模式時，在一時鐘信號CLK的控制下，所述低功耗邏輯控制電路 使能電源電壓低壓採樣電路和基準參考源電路定時採樣晶片電源電壓的變化，以減少晶片 的動作電流。因此，當晶片處於正常工作模式，突然發生晶片電源電壓掉電時，晶片立刻切 換到低功耗模式下工作，延長了內部RAM的數據掉電保持時間，解決了現有技術中因掉電 時間不確定而導致RAM在某些情況下可能不能保持數據的問題。此外，由於所述低功耗模 式在採樣的晶片電源電壓升至才能喚醒，有效地減小了誤觸發導致晶片電流瞬間增大的概 率，增強了系統的可靠性。[0060]另外，當晶片進入低功耗模式下工作時，可以通過配置所述數字邏輯單元，以便控 制所述數字邏輯單元的數字邏輯及相關模塊狀態，如控制與其連接的程序存儲器和隨機存 儲器的工作狀態，使所述程序存儲器和隨機存儲器復位，以進一步減少晶片可能產生的漏 電流。[0061]本實用新型雖然以較佳實施例公開如上，但其並不是用來限定權利要求，任何本 領域技術人員在不脫離本實用新型的精神和範圍內，都可以做出可能的變動和修改，因此 本實用新型的保護範圍應當以本實用新型權利要求所界定的範圍為準。
權利要求1.一種實現低功耗模式的晶片，包括基準參考源電路，所述基準參考源電路輸出一指定電平和偏置；與所述基準參考源電路連接的電源電壓低壓檢測電路，所述電源電壓低壓檢測電路接收所述指定電平和偏置以及採樣晶片電源電壓，所述電源電壓低壓檢測電路根據採樣到的所述晶片電源電壓高於指定電平輸出一高電平的標誌信號，或根據採樣到的所述晶片電源電壓低於指定電平輸出一低電平的標誌信號；分別與所述電源電壓低壓檢測電路和基準參考源電路連接的低功耗邏輯控制電路，所述低功耗邏輯控制電路根據所述標誌信號輸出一高電平的控制信號或低電平的控制信號， 並將一基準參考源電路的使能位和電源電壓低壓檢測電路的使能位分別輸出至所述基準參考源電路和電源電壓低壓檢測電路；與所述低功耗邏輯控制電路連接的數字邏輯單元，所述數字邏輯單元接收到高電平的所述控制信號，所述基準參考源電路的使能位使能基準參考源電路，所述電源電壓低壓檢測電路的使能位使能電源電壓低壓檢測電路，晶片進入低功耗模式，在一時鐘信號的控制下，所述電源電壓低壓檢測電路定時採樣晶片電源電壓的變化；所述數字邏輯單元接收到低電平的所述控制信號，晶片退出低功耗模式。
2.如權利要求1所述的實現低功耗模式的晶片，其特徵在於，所述低功耗邏輯控制電路包括狀態機電路，所述狀態機電路接收到高電平跳變到低電平的所述標誌信號，輸出一第一使能信號、一電壓採樣狀態、一第二使能信號以及高電平的所述控制信號；當晶片在所述低功耗模式下，所述狀態機電路接收到低電平跳變到高電平的所述標誌信號，輸出所述數字邏輯電路的第三使能信號、第四使能信號以及所述電源電壓低壓檢測電路的標誌信號和低電平的所述控制信號；第一選擇器，所述第一選擇器接收到高電平的所述控制信號，輸出所述第一使能信號至基準參考源電路；所述第一選擇器接收低電平的所述控制信號，輸出所述第三使能信號至基準參考源電路；第二選擇器，所述第二選擇器接收到高電平的所述控制信號，輸出所述電壓檢測狀態至所述數字邏輯單元；所述第二選擇器接收到低電平的所述控制信號，輸出所述標誌信號至所述數字邏輯單元；第三選擇器，所述第三選擇器接收到高電平的所述控制信號，輸出所述第二使能信號至電源電壓低壓檢測電路；，所述第三選擇器接收到低電平的所述控制信號，輸出所述第四使能信號至電源電壓低壓檢測電路。
3.如權利要求1所述的實現低功耗模式的晶片，其特徵在於，還包括分別與所述數字邏輯單元連接的隨機存儲器。
4.如權利要求1所述的實現低功耗模式的晶片，其特徵在於，還包括分別與所述數字邏輯單元連接的程序存儲器。
5.如權利要求1所述的實現低功耗模式的晶片，其特徵在於，還包括與所述低功耗邏輯控制電路和數字邏輯單元連接的低壓低功耗振蕩器，所述低功耗邏輯控制電路輸出所述時鐘信號。
6.如權利要求1所述的實現低功耗模式的晶片，其特徵在於，所述數字邏輯單元或所述晶片的外部單元輸出所述時鐘信號。
7.如權利要求1至6中任意一項所述的實現低功耗模式的晶片，其特徵在於，所述晶片為MCU晶片。
專利摘要本實用新型提供一種實現低功耗模式的晶片，包括輸出一指定電平和偏置的基準參考源電路；將採樣的晶片電流電壓同指定電平進行比較輸出一標誌信號的電源電壓低壓檢測電路；根據標誌信號的高低電平的變化相應輸出一高電平的控制信號或低電平的控制信號的低功耗邏輯控制電路；數字邏輯單元，數字邏輯單元接收到高電平的控制信號，晶片進入低功耗模式，在一時鐘信號的控制下，使能基準參考源電路和電源電壓低壓檢測電路定時採樣晶片電源電壓的變化，當晶片在低功耗模式下，數字邏輯單元接收到低電平的控制信號，晶片退出低功耗模式。本實用新型可以解決突然掉電時延遲保持數據時間的問題以及減小了觸發導致的晶片電流瞬間增大的概率問題。
文檔編號G11C11/413GK202886907SQ20122062381
公開日2013年4月17日 申請日期2012年11月21日 優先權日2012年11月21日
發明者馮兵, 陳國棟 申請人:杭州士蘭微電子股份有限公司