具有自動數字校正功能的喚醒電路的製作方法

2023-08-11 17:27:21 1

專利名稱：具有自動數字校正功能的喚醒電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種集成電路設計，具體地說，是關於無線通信系統中 的電源管理，是一種喚醒電路結構。
背景技術：
喚醒電路是電源管理電路中的一種，它在可攜式電子設備和無線通 信系統中有著廣泛的應用。圖1說明了喚醒電路在無線通信系統中所起的
作用，它是連接電池2和系統負載3之間的橋梁，它根據輸入信號來啟動 導通或者關斷由電池到系統負載之間的供電通路，當外部存在輸入激勵 時，供電通路被導通，系統正常工作，而當外部不存在輸入激勵時，喚醒 電路將電池2到系統負載3間的供電通路切斷，使系統處於休眠狀態，從 而減小電池2的負載能耗，起到了延長電池2使用壽命的作用。近年來， 隨著無線傳感網絡、無線區域網，以及射頻識別技術的快速發展，系統復 雜度越來越高，喚醒電路在這些低功耗系統設計中的重要性變得越來越突 出。
一方面，由圖1可知，喚醒電路1與系統的其它負載3不同，是一 個始終在工作，並需要電池2對其進行供電的電路。因此，為了實現對電 池2有限能量的保護，喚醒電路1的功耗應遠小於系統負載3的功耗。在 無線傳感網絡和射頻識別卡這樣的低成本應用中，對於喚醒電路1功耗的 要求更為苛刻。另一方面，考慮到系統喚醒的有效性及頻譜規範的要求， 喚醒電路1對於輸入信號的檢測需要具備高精度和高靈敏度的特性。由此 可見，現代無線通信系統對於喚醒電路1的要求是在低功耗條件下實現高 精度的檢測。
目前通用的喚醒電路1有能量檢測喚醒和信號序列檢測喚醒兩種。其中，能量檢測喚醒是通過對系統輸入信號能量的強度進行判斷，當信號 強度達到穩定通信的需求時，喚醒整個系統。而信號序列檢測喚醒的方法 是通過對一個簡單的調製序列進行判斷，當該序列滿足預先設定好的內容 時，喚醒整個系統。相比而言，信號序列檢測的方式對電路複雜度的要求 較高，功耗也較大，不適合大批量低成本的應用。基於能量檢測的方式， 電路結構相對簡單，但是，低功耗的能量檢測電路往往對應用環境的溫度 和系統電壓比較敏感，其電路性能也會隨著工藝製造中的隨機性而發生較 大的改變，難以實現高精度的要求。

發明內容
綜上所述，如何實現低功耗條件下的高精度喚醒檢測，乃是本發明 所要解決的技術問題，為此，本發明的目的在於提供一種喚醒電路結構。 它在能量檢測電路中加入自動數字校正的功能，通過一定的電源開關控 制，實現零功耗條件下高精度的喚醒檢測。
本發明技術方案如下
根據本發明的一種喚醒電路，包括電池和系統負載，其特點是，還有
a. 由依次以電路聯結的整流器、分圧比可變的分壓器和簡單的電壓採集 裝置，以及與一控制該分壓比可變的分壓器的分壓比的數字校正邏輯電路而 構成的電源開關K,的控制結構；
b. 由該整流器的輸出端和與溫度和電源無關的電壓基準源的輸出端分別 與其兩個輸入端聯結的電壓比較器構成的另一電源開關K2的控制結構；
C.其中所述整流器將輸入信號能量轉變成直流電壓信號，並通過其信 號大小，改變控制所述的電源開關Id， K2的導通與關斷狀態，用以控制所述 電池對電壓比較器與所述溫度和電源無關的電壓基準源和所述系統負載的供 電通路，從而控制系統處於喚醒與睡眠狀態；所述數字校正邏輯電路的二個 輸入端分別連接該簡單的電壓檢測裝置和電壓比較器的輸出端，並結合與所 述溫度和電源無關的電壓基準源的特性，使對輸入信號檢測具有穩定的高精 度。
進一步，所述的喚醒電路中，其整流器可採用橋式整流器和倍壓整流器;其分壓比可變的分壓器可以是可變電阻器，也可以是由開關改變分壓系 數的變阻結構或分壓器級聯數據選擇器；
其簡單的電壓檢測裝置，可以是基於電晶體的開啟電壓或閾值的控制電 路，也可以是基於倒向器翻轉電平的檢測電路。
本發明的優點是具有低功耗和高穩定、高精度的特點，特別是對於輸 入信號的能量強度進行檢測，檢測是零功耗和高精度的，檢測結果對溫度、 製造工藝以及電源電壓不敏感。


圖1是一個介紹喚醒電路在無線通信系統中作用的示意圖； 圖2是本發明提出的喚醒電路設計實現的電路原理圖； 圖3是本發明提出的喚醒電路的一種具體實施方式
具體實施例方式
下面結合圖2和圖3，詳細描述本發明的具體實例。 如圖2所示，本發明提出的喚醒電路包括數字校正邏輯電路4、整流 器5、分壓比可變的分壓器6、簡單的電壓檢測裝置7、電源開關K的控 制結構8、電源開關K2的控制結構9、電壓比較器IO、以及與溫度和電源 無關的電壓基準源11。其中，整流器5將接收到的輸入信號轉換為電壓 信號K，實現將能量強度轉化為直流的電壓幅度的功能。K是K經過分壓 器6分壓之後輸出一路信號，分壓器6的分壓係數6;由數字校正邏輯電路 4給出，然後，電壓K輸入到簡單的電壓檢測裝置7中進行電壓檢測，當 其一旦幅度超過了電壓檢測裝置7的閾值，電壓檢測裝置7的輸出K將打 開電源開關K,的控制結構8。電源開關K,的控制結構8導通後，電壓比較 器10和電壓基準源11 一同上電。電壓比較器10將比較整流器5的輸出 電壓K同電壓基準源的輸出L/的大小，其比較結果K用來控制電源開關 K2的控制結構9，控制系統負載3的供電通路。
本實施例的一方面，提供了高精度能量檢測。從給出的電路結構可知，最終決定系統負載3的電源開關K2的控制結構9導通和關斷的控制信
號是K同Lf進行比較的結果。由於K^是與溫度和電源無關的電壓基準源11的輸出，是一個穩定並不隨工作環境變化而變化的電平，因此，本實施例中所述喚醒電路的喚醒檢測是精確並且穩定的。
本實施例的另一方面，實現了數字自動校正功能的功能。在實際的
電路設計中，簡單的電壓檢測裝置7可以使用電晶體的閾值電壓或者倒向
器的翻轉電壓作為電壓檢測的基準。由於電晶體的閾值電壓和倒向器的翻轉電壓會隨半導體製造工藝和電路工作時的溫度發生改變，該級電壓檢測
裝置的檢測電壓不精確。然而，分壓器6的分壓係數是自動數字校正電路4根據精準的電壓比較結果K4在簡單的電壓檢測裝置7的判斷結果K的基礎上進行修正後輸出的，這樣便自動地抵消了簡單的電壓檢測裝置7可能存在的誤差。
本實施例的另一方面，提供了一種低功耗喚醒電路的實現方式。對於喚醒電路而言，低功耗分為兩個部分。從輸入信號的負載來看，由於整流器5的輸出負載僅僅只有一個分壓器5，功耗可以限制在nW的數量級。從電池的負載來看，由於提出的喚醒電路中，存在靜態功耗的電壓比較器IO和電壓基準源11的供電通路由電源開關&的控制結構8控制，僅僅在簡單電壓檢測裝置7檢測到輸入信號幅度超過其閾值時電源開關Id的控制結構8才導通，而在絕大多數情況下，電壓比較器IO和電壓基準源11處於休眠狀態，因此，在休眠狀態下，電池的負載為零。
如圖3所示，在圖3中， 一個32等分分壓器12和一個電平選擇器13 —起構成了一個可變分壓比的分壓器6，分壓係數由電平選擇器的輸入5\—5這5比特的信號來決定。倒向器14起到了簡單電壓檢測裝置7的作用。PM0S管Msl15和Ms216起到了電源開關&， K2以及它們的控制結構8-9的作用。帶隙基準源18是一個與溫度和電源電壓都無關的電壓基準源11，它提供了一個參考電平給遲滯比較器17。遲滯比較器17起到了電壓比較器10的作用，引入遲滯功能是為了抵禦噪聲和信號波動的影響。
當輸入信號為零時，整流器5輸出電壓K為"0"，其任意比例分壓後的電壓幅度也為"0"，倒向器14的輸出為高，電源開關MJ5關斷，帶隙基準源18和遲滯比較器17均不工作，同時，電源開關Ms2l6也關斷，系統負載3的電源通路被切斷，系統處於休眠狀態，沒有靜態功耗。當存在輸入信號時，整流器5的輸出不再為"0"，其輸出電壓K與輸入能量大小相關，能量越大，K的幅值越高。在初始狀態下，數字校正邏輯電路4輸出的選通信號6;—5選通32等分分壓器輸出分壓值最高的一路電壓^，使「2= ^。此時，倒向器14將根據K同其翻轉電平K間的大小關係，若K < K，倒向器14的輸出為低，PM0S管MJ5關斷，系統負載3仍然處於休眠狀態。若K2 〉 K，倒向器14的輸出為低，從而使得PM0S管Msl15導通，打開帶隙基準源18和遲滯比較器17的電源通路。當帶隙基準源18上電後，將生成一個與電源電壓和電路工作溫度無關的參考電平L"遲滯比較器17比較K和L/之間的大小關係，若K 〉 K^，則導通電源開關Mwl6，打開電源2到系統負載3的電源通路，整個系統被喚醒。若K<L,，數字校正邏輯電路4將改變選通信號&5，依次由^至K^選通K的分壓值，直至「2 〈 K，關斷MJ5為止，從而切斷帶隙基準源18和遲滯比較器17的電源通路，使得電源2不存在靜態功耗。同時，由於數字校正邏輯電路4根據遲滯比較器的比較結果更正了分壓器的分壓係數，所以，當輸入信號的強度發生改變，整流器5輸出K的幅度發生改變時，使用倒向器14進行的電壓比較的結果將與使用精確的帶隙基準源18和遲滯比較器17進行電壓比較的結果一致，從而在不增加靜態電流功耗的情況下，解決了單獨的簡單電壓檢測裝置7無法實現精確電壓檢測的問題。
最後所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍，其均應涵蓋在本發明的技術方案範圍當中。
權利要求
1.一種喚醒電路，包括電池(2)和系統負載(3)，其特徵在於，還有a.由依次以電路聯結的整流器(5)、分壓比可變的分壓器(6)和簡單的電壓採集裝置(7)，以及與一控制該分壓比可變的分壓器(6)的分壓比的數字校正邏輯電路(4)而構成的電源開關K1的控制結構(8)；b.由該整流器(5)的輸出端和與溫度和電源無關的電壓基準源(11)的輸出端分別與其兩個輸入端聯結的電壓比較器(10)構成的電源開關K2的控制結構(9)；c.其中整流器(5)將輸入信號能量轉變成直流電壓信號，並通過其信號大小，改變控制電源開關K1，K2的導通與關斷狀態，用以控制電池(2)對電壓比較器(10)與溫度和電源無關的電壓基準源(11)和系統負載(3)的供電通路，從而控制系統處於喚醒或睡眠狀態；數字校正邏輯電路(4)的二個輸入端分別連接簡單的電壓檢測裝置(7)和電壓比較器(10)的輸出端，並結合與溫度和電源無關的電壓基準源(11)的特性，使對輸入信號檢測具有穩定的高精度。
2. 根據權利要求1所述的喚醒電路，其特徵在於，整流器(5)可採用橋 式整流器和倍壓整流器。
3. 根據權利要求1所述的喚醒電路，其特徵在於，分壓比可變的分壓器(6) 可以是可變電阻器，也可以是由開關改變分壓係數的變阻結構或分壓器 級聯數據選擇器。
4. 根據權利要求1所述的喚醒電路，其特徵在於，簡單的電壓檢測裝置(7) ，可以是基於電晶體的開啟電壓或閾值的控制電路，也可以是基於倒向 器翻轉電平的檢測電路。
全文摘要
一種喚醒電路包括數字校正電路、整流器、分壓比可變的分壓器、簡單的電壓檢測裝置、與溫度和電源無關的電壓基準源、電壓比較器和電源開關。本發明中的喚醒電路通過電壓檢測實現了能量檢測的功能，並根據輸入信號能量的強弱實現對系統負載的喚醒與休眠控制。喚醒電路的輸入信號經整流器整流後，輸出一個與輸入信號強度相關的電壓，該電壓經一個分壓比可變的分壓器分壓後，輸出一路信號進入簡單的電壓檢測裝置進行電壓檢測，檢測的結果控制了一個與溫度和電源無關的電壓基準源以及一個電壓比較器的電源通路，當此電源通路打開後，電壓比較器將再次對整流器輸出的電壓信號進行檢測，並通過改變數字校正邏輯電路的輸出自動實現對簡單的電壓檢測裝置的檢測結果的校正。由於在喚醒電路內部，引入了數字校正邏輯電路，本發明實現了低功耗條件下的精確電壓檢測。
文檔編號H02J13/00GK101527467SQ20091004879
公開日2009年9月9日 申請日期2009年4月3日 優先權日2009年4月3日
發明者奚經天, 車文毅, 娜 閆, 昊 閔, 偉 陳 申請人:復旦大學