一種具有系統(tǒng)及電池電量仲裁的低功率實時時鐘電路的制作方法
【專利摘要】一種具有系統(tǒng)及電池電量仲裁的低功率實時時鐘電路，提供一種功率仲裁，低電池電壓檢測電路，及電池支持電路的操作，在該系統(tǒng)中，系統(tǒng)的電源電壓范圍與一個電池源的范圍重疊。調(diào)壓器被用來調(diào)節(jié)電池電壓，這樣，電池源的電壓范圍就低于系統(tǒng)供給的范圍。
【專利說明】—種具有系統(tǒng)及電池電量仲裁的低功率實時時鐘電路
【技術領域】:
[0001]本發(fā)明涉及到工作在低功率水平并使用電池作為備份電源的系統(tǒng)，更具體地，有關一個實時時鐘電路，該電路包括功率仲裁電路，用于在系統(tǒng)電源和電池電源之間轉(zhuǎn)換，在系統(tǒng)電源的電壓范圍與電池的電壓范圍重疊的情況下。
【背景技術】:
[0002]便攜式和連續(xù)工作的電子系統(tǒng)，通常包括工作在低功率水平的電路。通常包含電池作為備份電源，來補充系統(tǒng)電源。這些系統(tǒng)還包括在兩個電源之間仲裁的電路，選擇激勵由系統(tǒng)電源提供還是由電池提供，并提供一個開關裝置用于選擇合適的電源。
[0003]這些系統(tǒng)通常還包括一個監(jiān)測電池電壓的電路，如果電池電壓降低于臨界水平它將會發(fā)出警報，還包括一個低功率，低電壓振蕩器，允許低功率狀態(tài)機操作使用電池作為電源。系統(tǒng)電源典型的電壓范圍是5V (±10%)，電池的典型電壓范圍為3V(±20%)。
[0004]圖1 (a)到(C)是框圖，顯示了先前技術中便攜式或連續(xù)工作的系統(tǒng)的(Ia)功率仲裁，(Ib)電池電壓檢測，(Ic)低功率振蕩器電路。如圖1 (a)所示，功率仲裁電路20輸入為系統(tǒng)電源(Vsys) 22和電池電源電壓(VBatt)24。電源22和24輸入到比較器26，比較器26產(chǎn)生一個輸出信號,表明哪個輸入更高。比較器26的輸出信號提供到反相器28,并作為一個控制信號提供到晶體管32的柵極。反相器32的輸出作為一個控制信號提供給晶體管30的柵極。仲裁電路20功能為選擇Vsys和乂_24中更高的作為系統(tǒng)內(nèi)部電源總線(VPP)34的電源電壓。當系統(tǒng)被驅(qū)動時，系統(tǒng)電源22被選擇，當系統(tǒng)處于斷電狀態(tài)時，電池電源24被選擇。內(nèi)部總線34連接到更高的電源，在另一個電源低于更高的電壓幾毫伏。以這種方式，內(nèi)部總線上保持恒定的功率。
[0005]當電池電壓VBatt24低于一個預定的水平VMf40時，圖1 (b)低電池電壓檢測電路36提供一個警報信號38。在圖1 (b)的例子中，V&40被設置約等于比較器42中包含的MOS晶體管導通電壓Vt的兩倍。如圖所示，VBatt24和VMf作為比較器42的輸入，當VBatt24低于Vtef時,輸出低電池電壓檢測報警信號38。
[0006]圖1 (c)的低功率振蕩電路44功能為提供一個實時時鐘信號，以振蕩器46的形式，對于狀態(tài)機或計數(shù)器48這些裝置的操作。這種情況下，內(nèi)部總線VPP34上的電壓(該電壓等于系統(tǒng)電壓或電池電壓中的)充當振蕩器46及其他電池支持電路的電源。
[0007]圖1 (a)的功率仲裁電路提供一個可靠的電源，當系統(tǒng)電源電壓不與電池電源電壓重疊時。這是因為仲裁電路可以明確識別較高的電源電壓。但是，當系統(tǒng)電源電壓范圍和電池電源電壓范圍重疊時，這“較高的電源”是不可靠的，例如，一個系統(tǒng)的系統(tǒng)電壓為
3.3V± 10 %，電池電壓為3V± 20 %，這種情況就可能發(fā)生。這樣類型的較低電壓系統(tǒng)變得越來越普通，電壓仲裁和低電量檢測的其他方法必須被開發(fā)。
[0008]電路圖1 (a) — (C)的另一個方面，對于大多數(shù)應用，電路圖必須與高速邏輯裝置結(jié)合，電路的部件被限制于高速數(shù)字處理可得到的部件。這對可用的結(jié)構和方法是一個約束，這些結(jié)構和方法可被用來形成電路圖，并影響電路的設計。[0009]所需的是功率仲裁，低電池電量檢測電路，系統(tǒng)的電池支持電路的操作，這個系統(tǒng)中系統(tǒng)電源電壓范圍與電池電源重疊。對于那些在該領域熟悉的人，只要閱讀了本發(fā)明的詳細說明以及附圖，本發(fā)明的這些及其他優(yōu)點將會是顯而易見的。

【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0010]本發(fā)明針對功率仲裁，低電池電壓檢測電路，及電池支持電路的操作，系統(tǒng)電源電壓范圍與電池電源電壓范圍重疊。本發(fā)明根據(jù)實時時鐘的應用描述，但它的原理也可應用到其他工作在低功率的系統(tǒng)，包括一個備份電池電源。
[0011]本發(fā)明的技術解決方案:
[0012]本發(fā)明使用一個調(diào)壓器，用來調(diào)節(jié)電池電壓，所以電池電源的電壓范圍低于系統(tǒng)電源的電壓范圍。該調(diào)壓器基于硅帶隙參考方法，且消耗很少的電流量，所以電池壽命不會被明顯地影響。該調(diào)壓器輸出電壓比電池有更小的變化。溫度及電源電壓補償電壓，由閾下電流源，寄生的雙極裝置及電壓緩沖的組合產(chǎn)生，被用來提供電壓源給系統(tǒng)的電池支持電路。調(diào)節(jié)后的電壓，被設置為一個低于系統(tǒng)電源的值，并充當功率仲裁電路的電池電源輸入。調(diào)節(jié)過的電壓，使本發(fā)明的內(nèi)部功率仲裁方案，等同于現(xiàn)有仲裁電路，即使電池和系統(tǒng)電源電壓范圍重疊。
[0013]對比專利文獻:CN201262720Y實時時鐘電路 200820153394.4，CN202748694U—種實時時鐘電路201220284661.8
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0014]通過以下詳細描述和附圖，本發(fā)明進一步地目的和優(yōu)點將會變得明顯。
[0015]圖1 (a) —(C)是顯示了先前技術中的便攜式或連續(xù)工作系統(tǒng)的框圖，(Ia)功率仲裁電路，(Ib)低電池電壓檢測電路，(Ic)低功率振蕩器電路。
[0016]圖2 (a) —(d)是本發(fā)明低功率實時時鐘形式體現(xiàn)的框圖，(2a)功率仲裁電路，(2b)低電池電壓檢測，(2c)低功率振蕩器，(2d)電源監(jiān)控電路。
[0017]圖3的框圖顯示了本發(fā)明實時時鐘電路的主要成分。
[0018]圖4是本發(fā)明實時時鐘電路調(diào)壓器的原理圖。
[0019]圖5是圖4調(diào)壓器包含的啟動電路的原理圖。
[0020]圖6是本發(fā)明實時時鐘電路功率比較器模塊的原理圖。
[0021]圖7是圖6功率開關電路的原理圖。
[0022]圖8是本發(fā)明實時時鐘電路閾下電流源的原理圖。
[0023]圖9是圖8電流源中包含的啟動電路的原理圖。
[0024]圖10是本發(fā)明實時時鐘電路低功率振蕩器的原理圖。
[0025]圖11是本發(fā)明實時時鐘電路低電量檢測電路的原理圖。
[0026]圖12是本發(fā)明實時時鐘電路的有效RAM和時間(VRT)控制電路的原理圖。
【具體實施方式】:
[0027]雖然本發(fā)明將會在低功率實時時鐘的背景下描述，但是，本發(fā)明的原理和方法可被應用到其他類型的系統(tǒng)，當系統(tǒng)和電池電壓范圍重疊時，這些系統(tǒng)需要一個區(qū)別系統(tǒng)電源和電池電源的裝置。
[0028]本發(fā)明的實時時鐘電路被設計工作在系統(tǒng)電源和電池電源的電壓范圍重疊的環(huán)境下。這種情況下，平常的“較高電源”仲裁方法不能適當?shù)毓ぷ?。這潛在的問題通過調(diào)節(jié)電池電壓來克服，所以電池電源的電壓范圍低于系統(tǒng)電源的電壓范圍。標準調(diào)節(jié)器率耗散電流，速率比本發(fā)明應用所需的速率快的多，因此它不合適。這是因為使用標準調(diào)節(jié)器對減小電池壽命有很大的影響，不符合本發(fā)明的目的?？朔@個問題需要設計一個調(diào)壓器，它以正常速率的小部分(約1/1000)耗散電流。另外，調(diào)壓器需要能夠與高速數(shù)字電路結(jié)合在一個基片上，以一種兼容核心CMOS工藝的方式，本發(fā)明實現(xiàn)了該需求。
[0029]本發(fā)明重要創(chuàng)造力方面有關它的可制造性。本發(fā)明解決的一個約束，是將具有高性能的低功率實時時鐘電路與高功率數(shù)字電路整合在一個基片上，以一種不需要額外處理步驟的方式整合，除了在核心高速數(shù)字CMOS工藝中發(fā)現(xiàn)的方式。該方面是非凡的，因為大多數(shù)高性能數(shù)字處理被設計來適應裝置，這些裝置單元跨導很大，具有非常低的電阻材料以及只有寄生的，優(yōu)化的雙極設備。這種處理優(yōu)先考慮速度而不是功耗。
[0030]相反，為了起作用的，本發(fā)明的低功率實時時鐘電路需要并使用了減小功耗的技術，通過四個或五個數(shù)量級與根據(jù)高性能數(shù)字處理方法的等效電路相比。該設計技術完成這個目標，體現(xiàn)在描述了低功率實時時鐘電路的圖中，包括:布局匹配單元裝置(即圖4中的電阻RGB)，圖8中的電阻網(wǎng)絡，圖8的P溝道電流分布網(wǎng)絡。該設計方法產(chǎn)生低偏壓電路，它以一種更可預測的方式工作。本發(fā)明使用的另一個設計技術是匹配晶體管的技術(即圖9中的P溝道電路)。這通過更好的控制寄生電阻來協(xié)助擴展高性能操作的范圍。
[0031]圖2 (a) — Cd)的框圖顯示了本發(fā)明作為低實時時鐘電路的一個體現(xiàn)，(2a)功率仲裁，(2b)低電池電壓檢測，(2c)低功率振蕩器，(2d)電源監(jiān)控電路。如圖(2a)所示，功率仲裁電路100輸入為系統(tǒng)電源電壓VSys22和參考電壓(VKef)104，VKrf是電壓調(diào)節(jié)器102的輸出。調(diào)節(jié)器102被構造，這樣VKef低于系統(tǒng)電源電壓范圍的下限。調(diào)節(jié)器102的輸入是電池電源電壓VBatt24。電壓22和104輸入到比較器26,產(chǎn)生一個表明哪個輸入更高的輸出信號。該輸出信號提供到反相器28，并作為一個控制信號提供到晶體管32的柵極。反相器30的輸出作為控制信號提供給晶體管30的柵極。仲裁電路100功能為，在Vsys和VKef之間選擇一個更高的作為系統(tǒng)內(nèi)部總線VPP34的電源電壓。
[0032]圖2 (b)低電池電壓檢測電路110，當電源電壓112低于參考電壓Vltef時，提供一個報警信號38。電源電壓VPOTel112代表電池電壓VBatt24或系統(tǒng)電源電壓VSys22中的一個，圖2 (b)所示類型的電路110執(zhí)行每一個Vpotot輸入。如圖所示，VpototI 12和VKef104作為比較器42的輸入，當Vpotot低于VKef時,輸出低電量檢測報警信號38。電壓源114提供Vtjffset,通過在VP。.輸入上產(chǎn)生一個電壓降來提供下降電源的早期檢測。
[0033]圖2 (C)低功率振蕩器電路120功能為提供一個實時時鐘信號，以振蕩器46的形式，為了狀態(tài)機或計數(shù)器48的操作。這種情況下內(nèi)部總線VPP34上的電壓(等于系統(tǒng)電壓或參考電壓中的一個)充當振蕩器46及其他電池支持電路的電源。
[0034]圖2 (d)的連續(xù)恒定電源監(jiān)控電路130，在一個恒定電源故障檢測方案中使用圖2(b)的低電量檢測電路。存儲元件132監(jiān)控低電池和低系統(tǒng)電源檢測電路的輸出。升高復位電路記錄了系統(tǒng)電源和電池電源的總損耗，在這種情況下產(chǎn)生信號134。這提供對電源系統(tǒng)的連續(xù)監(jiān)控，與大多數(shù)先前技術中的系統(tǒng)形成對比，那些系統(tǒng)只是在系統(tǒng)工作期間采樣電池電源的狀態(tài)。對恒定電源連續(xù)的監(jiān)控，在系統(tǒng)或電池工作期間確保了數(shù)據(jù)的完整性，并在總功率損耗期間警告使用者數(shù)據(jù)損壞的可能性。該類型電路的可能應用包括便攜式安全裝置，它的數(shù)據(jù)完整性是要緊的。
[0035]在圖2(d)的電源監(jiān)控電路130，恒定升高復位信號134提供一個輸入給或門136?；蜷T136的第二輸入由與門138的輸出提供，與門138的輸入為低電池電壓檢測信號140和低系統(tǒng)電壓檢測信號142。信號140和142作為圖2 (b)所示低電池電壓檢測和低系統(tǒng)電源檢測電路110的輸出。當或門136輸出為高，這表明低電池和低系統(tǒng)電源電壓或系統(tǒng)和電池電源的總損失兩種情況之一。這造成存儲元件132被重置。存儲元件132的一般輸出是個狀態(tài)信號，表明了有效RAM和時間條件。
[0036]圖3的框圖顯示了本發(fā)明實時時鐘電路的主要部分。如圖所示，功率比較器模塊152有兩個主輸入，系統(tǒng)電源電壓22 (圖中標志為“SYSVDD”，輸入到比較器152的結(jié)點“RTCVDD”)和一個參考電壓104 (圖中標志“RTCVREF”，并輸入到比較器152的結(jié)點“VBATT”)。參考電壓104產(chǎn)生在電壓調(diào)節(jié)器150的輸出，它的輸入電壓VBATINT，那個信號來自調(diào)節(jié)電池電源電壓24，借助于電阻162 (圖中標志為“RBAT”)。RBAT162提供電池電源24和電路其他部分之間的限制。調(diào)壓器150有另一個輸入電流，由閾下電流源154提供，該電流源提供一個正比于絕對溫度的電流。該電流與調(diào)壓器150的部件相互作用，產(chǎn)生一個溫度和電源電壓補償電壓，該電壓隨后被緩沖，來提供足夠的功率給系統(tǒng)的電池支持電路。
[0037]調(diào)壓器150的使用提供一個方便的方式來報警系統(tǒng)到達低電池電壓狀況。低電池電壓檢測由低電池電壓檢測電路158完成。電路158的輸入是參考電壓104，由調(diào)壓器150產(chǎn)生(圖中標志為“RTCVREF”并輸入到低電池電壓檢測電路158的結(jié)點“VREFIN”)，及條件電池電壓24 (圖中標志為“VBATINT”并輸入到結(jié)點“VBATT”)。當電池電壓低于參考電壓時，低電池電壓檢測電路158檢測，并輸出一個報警信號(圖中標志為“LBD”)。
[0038]低功率振蕩器156—個輸入為振蕩器電壓信號，由閾下電流源154提供(圖中標志為“V0SC”，輸入到振蕩器156的結(jié)點“VDDLP0”)。振蕩器156的輸出是一個實時時鐘信號(標志為“RTCCLK”)，該信號被用來控制其他電路的操作，比如狀態(tài)機或計數(shù)器。
[0039]有效RAM和時間(VRT)控制電路160被用于檢測，當系統(tǒng)電源電壓降到規(guī)定參考電壓的預定值內(nèi)。低電池電壓檢測信號(來自電路158)和低系統(tǒng)電源電壓的組合，造成VRT控制電路160的存儲元件指示可靠電池電源的減少。來自閾下電流源154的信號(標志為“ RUNNING”)作為存儲元件的上電初始化。
[0040]圖4是本發(fā)明實時時鐘電路的電壓調(diào)節(jié)器150的原理圖。調(diào)壓器150包括一個階段，該階段有一個輸入(在標志為“IBIASBG”的結(jié)點上)，一個正比于絕對溫度，由圖3的閾下電流源154產(chǎn)生。調(diào)壓器150的這個階段產(chǎn)生兩個電壓成分:(1)第一電壓成分，具有正溫度系數(shù)；(2)第二電壓成分，具有負溫度系數(shù)。如果這兩個電壓成分以適當?shù)谋壤蠛?，它們各自的溫度變化可以近似地抵消。由于電流源對電源電壓不敏感，結(jié)點IBIASBG上產(chǎn)生的電壓基本上不依賴系統(tǒng)和溫度。
[0041]調(diào)壓器150還包括一個電壓跟隨器階段，它將這兩個電壓成分的總和，緩沖擴展到一個所需的工作范圍，并防止輸入到調(diào)壓器的電壓被電路裝載。調(diào)壓器150使用硅帶隙參考技術來調(diào)節(jié)電池電壓，使它低于系統(tǒng)電源電壓范圍。調(diào)壓器150消耗很少的電流量(通常小于I毫安)，所以電池壽命沒有被明顯地影響。參考電壓104中的變化小于電池自身的變化，參考電壓104由調(diào)壓器150產(chǎn)生。由閾下電流源154 (圖5中顯示更詳細)產(chǎn)生的電流(圖中標志為“ IBIASBG"),與電阻RBG200和橫向PNP晶體管204相互作用，提供溫度和電源電壓補償電壓。相應的電壓隨后被一個電阻分壓器緩沖和擴展，以提供足夠的功率給電池支持電路。
[0042]如上所述，調(diào)壓器根據(jù)硅帶隙參考技術。該帶隙調(diào)節(jié)電池電壓變化到一個電壓范圍，該電壓范圍比未調(diào)節(jié)的電池中存在的電壓范圍窄的多。這還用來把電池電壓轉(zhuǎn)化為一個范圍，使電池電源區(qū)別于系統(tǒng)電源(例子中的3.3V± 10%)。輸出參考電壓104通常為
2.3V。
[0043]包含在調(diào)壓器150中的帶隙提供一個電壓，該電壓包括一個具有正溫度系數(shù)的成分和具有負溫度系數(shù)的成分。這些成分以適當?shù)谋壤釉谝黄穑@得一個幾乎不依賴于溫度的電壓。
[0044]在調(diào)壓器150中，寄生橫向PNP晶體管204的基極發(fā)射極電壓，提供負溫度系數(shù)成分。之前討論的閾下電流源，在結(jié)點IBIASBG提供一個正比于絕對溫度(PTAT)的電流給晶體管204和帶隙電阻200。閾下電流源電阻和帶隙電阻200之比，在某種程度上以適當?shù)谋壤砑觾蓚€電壓成分，來最小化溫度變化對參考電壓的影響。由閾下電流源，電阻200和晶體管204的工作而產(chǎn)生的電壓，決定了參考電壓104的值，它大約是結(jié)點IBIASBG上1.1一
1.2V電壓的兩倍。
[0045]調(diào)壓器150中包含的電壓跟隨器階段，作用為緩沖和擴展結(jié)點IBIASBG上的電壓。該電壓跟隨器階段是一個限流運算放大器，它輸出一個驅(qū)動電壓，該電壓約是結(jié)點IBIASBG上輸入?yún)⒖茧妷旱膬杀?產(chǎn)生于這個例子中，大約2.3V作為參考電壓104)。兩倍電壓增加通過一組匹配的P溝道晶體管實現(xiàn)，每一對晶體管的Vbs等于O。這使得電壓感測不具有典型電阻材料的電流負載。
[0046]電壓跟隨器階段采用的擴展方法，使用圖4顯示的RDIV裝置206。在高性能核心CMOS工藝中，非常大的電阻(阻值超過IOMeg)難以以一種經(jīng)濟或可靠的方式制造。為了擴展參考電壓，電阻需要感測輸出電壓并提供一個反饋控制機構，來穩(wěn)定輸出電壓。對于電池參考，需要非常大的電阻來防止禁止性功耗，并延長電池壽命。在圖4的電路，電壓擴展由一組匹配的P溝道晶體管來執(zhí)行，每一對晶體管的Vdg=O而Vbs=0。由于該裝置串聯(lián)連接，流過它們的電流相同。匹配的布局使用交叉耦合匹配單元裝置，每一對都有一個相配的電壓降。這提供一個方便的二分電壓功能。圖4所示的概念當然可以延伸到η分電壓功能(其中η是一個整數(shù))。
[0047]調(diào)壓器150還包括啟動電路210，它被用來防止零伏輸出，零安培輸入的引導條件，這可能在缺少系統(tǒng)電源時發(fā)生。這樣做是因為閾下電流源電源在某些狀況下可以是帶隙的輸出。
[0048]圖5是調(diào)壓器150包含的啟動電路210的原理圖。如果閾下電流源啟動，則啟動電路210感測。這是重要的，因為如果帶隙沒有初始化，那么該電流源可能沒有啟動。如果啟動電路210檢測到電流源沒有啟動，則帶隙輸出被直接驅(qū)動到電池電壓水平。當電流源初始化，帶隙輸出為調(diào)整過的信號。
[0049]圖6是本發(fā)明實時時鐘電路的功率比較器模塊152的原理圖。功率比較器152在系統(tǒng)電源電壓(標志為“RTCVDD，，)和調(diào)節(jié)過的電池電源電壓(標志為“VBATT，，)之間仲裁，調(diào)節(jié)過的電池電源電壓由調(diào)壓器150產(chǎn)生作為參考電壓104。
[0050]功率比較器152使用限流比較器，來把內(nèi)部電源軌道(標志為“VPP”)連接到系統(tǒng)電源電壓或調(diào)節(jié)過的電池電壓。當RTCVDD=VBATT時，該比較器把VPP連接到RTCVDD和VBATT中更高的電壓。一個額外的比較器使用一個電阻分壓器來提供下降電源的早期檢測(標志為“CE”代表芯片啟動)。當RTCVDD大約為調(diào)節(jié)后的電池電壓的1.2倍時，這個CE信號轉(zhuǎn)換為低。功率比較器152包括功率開關電路220, —旦收到一個控制信號(標志為“RHBL”)，該電路把VPP連接到系統(tǒng)電源或調(diào)節(jié)后的電池電源，控制信號來自功率比較器152的比較器階段。
[0051]圖7是圖6功率開關電路220的原理圖。
[0052]圖8是本發(fā)明實時時鐘電路的閾下電流源154的原理圖。正如先前討論的，電流源154產(chǎn)生一個正比于絕對溫度(PTAT)的電流(標志為“10DTBG”)。電流源154還提供一個控制良好，低幅值的偏置電流(標志為“10DT”)，該電流被分配給實時時鐘電路的許多模擬部分。這促進了低功率電路模塊的設計。
[0053]在圖8所示的電路中，輸出電流(Irat)流過結(jié)點“RDT”，該電流可被描述為:10Ut=kT/q*ln ((100/4)/ (25/4))/1.1Meg，其中，k=玻爾茲曼常數(shù)；q=電子電荷；T=絕對溫度。
[0054]在室溫下，1ut約等于36毫安。出現(xiàn)1.1Meg除數(shù)術語，是因為圖8的電阻網(wǎng)絡具有與那個值接近的值。電流源154還包含電流鏡和旁路電容器，旁路電容器被用來適應和分配輸出電流。電流產(chǎn)生階段的N溝道裝置(標志為元件232和234)工作在亞閾值區(qū)。電流鏡中其余的P溝道裝置，將產(chǎn)生的電流以各種比例分配給電路的剩余部分。P溝道裝置沒有工作在亞閾值區(qū)。這被用來更精確地擴展及匹配產(chǎn)生的參考電流。電流源154還包括啟動電路230，該電路可以在自舉電路中找到。閾下電流源電路154被仲裁電源(圖3中標志為“VPP”)激勵，且不依賴于VPP值的變化。
[0055]圖9是圖8電流源包含的啟動電路的原理圖。該電路與圖5中描述的啟動電路的工作類似，也產(chǎn)生一個數(shù)字信號(標志為“RUNNING”)。
[0056]圖10是本發(fā)明實時時鐘電路的低功率振蕩器電路156的原理圖。振蕩器156被應用作為一個限流，三級振蕩器。該電路被并聯(lián)電容器240補充，方法類似于美國專利N0.5528201，題為“具有可靠集成電路啟動的皮爾斯晶體振蕩器”中描述的，那篇文章的內(nèi)容再次引入作為參考。
[0057]由于振蕩器156的低功率方面，限制了振蕩器放大器帶寬(目前體現(xiàn)中約為32KHZ)，數(shù)據(jù)選擇器250提供一條平行的路徑用于測試目的。檢測器可被用來驅(qū)動更快的外部時鐘通過結(jié)點Xl (約為5MHZ)，來切換振蕩器時鐘信號輸出(標志為“RTCCLK”)，并證明實時時鐘計數(shù)器的功能性。
[0058]圖11是本發(fā)明實時時鐘電路的低電池電壓檢測電路158的原理圖。眾所周知地，電池電壓水平監(jiān)控是個電池支持系統(tǒng)的重要特性。低電池電壓檢測電路158包含兩個比較器。當電池電壓(標志為“VBATT”)低于調(diào)節(jié)后的電池電壓(標志為“VREFIN”)大約100毫伏時，第一比較器檢測。在正常工作期間，這被用來通知使用者低電池狀態(tài)，使用系統(tǒng)電源作為電壓源。當系統(tǒng)電壓(標志為“VSYSS”)低于調(diào)節(jié)后的電池電壓(VREFIN)大約100毫伏時，第二比較器檢測。當比較器檢測低電池和系統(tǒng)電壓，有效RAM和時間(VRT)控制電路(如圖12所示)中的存儲元件，反應該狀態(tài)，隨著可靠電池支持電路電源的損耗。
[0059]圖12是本發(fā)明實時時鐘電路的有效RAM和時間(VRT)控制電路160的原理圖。當圖11的比較器檢測到低電池電壓和低系統(tǒng)電壓時，VRT控制電路160的存儲元件260反應該狀態(tài)。來自圖8中電流源154的信號(標志為“RUNNING”)，作為存儲元件260的上電初始化。
[0060]本發(fā)明的低功率實時時鐘電路被設計工作條件為，系統(tǒng)電源和電池電源具有重疊的電壓范圍。這通過調(diào)節(jié)電池電壓到一個低于系統(tǒng)電源電壓范圍的水平來實現(xiàn)，使用一個特別設計的電壓調(diào)節(jié)器，它以一種大大減小的速率消耗電流，相比于使用了高速高功率CMOS設計方法的標準調(diào)壓器。低功耗和兼容標準CMOS工藝的組合，使本發(fā)明適合在低功率電池支持裝置中使用，這些裝置包括高性能數(shù)字電路。
[0061]這里采用的條款和表達式，被用作描述性的術語，而不是限制性的，并沒有意圖使用這些不包含等價物或它的一部分的條款和表達式，這些等價物具有顯示和描述的特性，公認的是，在本發(fā)明聲稱的范圍內(nèi)，可以有各種各樣的修改。
【權利要求】
1.一種具有系統(tǒng)及電池電量仲裁的低功率實時時鐘電路，其特征是:功率仲裁電路，用于決定第一和第二電壓源中的哪個作為輸出電壓源提供，其中第一和第二電壓源分別產(chǎn)生第一和第二電壓信號，電壓范圍重疊，功率仲裁電路包括:一個電流源，提供一個大小正比于溫度的電流，該電流源進一步包括:電流發(fā)生階段，包含一個晶體管，它工作在晶體管的亞閾值區(qū)；一個調(diào)壓器，用于接收第一電壓信號作為輸入，產(chǎn)生一個參考電壓信號作為輸出，其中參考電壓信號與第二電壓信號電壓范圍不重疊，該調(diào)壓器進一步包括:第一電壓降元件，電流源產(chǎn)生的電流作為輸入，并產(chǎn)生一個具有正溫度系數(shù)的電壓作為輸出；第二電壓降元件，輸入為電流源產(chǎn)生的電流，并產(chǎn)生一個具有負溫度系數(shù)的電壓作為輸出；一個比較器，輸入為調(diào)壓器輸出的參考電壓信號和第二電壓信號，并產(chǎn)生一個輸出作為控制信號，該控制信號指出兩個輸入中較大的一個；開關，把控制信號作為輸入，該開關通過把比較器指示的一個輸入作為輸出電壓源，來響應控制信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種具有系統(tǒng)及電池電量仲裁的低功率實時時鐘電路，其特征是:第一電壓信號由電池提供；調(diào)壓器進一步包括:啟動電路，它提供第一電壓信號作為調(diào)壓器的輸出，這種情況下，電流源沒有輸出。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種具有系統(tǒng)及電池電量仲裁的低功率實時時鐘電路，其特征是:第一電壓降元件有第一大小，第二電壓降元件有第二大小，第一大小和第二大小被選擇，所以第一和第二電壓降元件輸出的總和近似的不依賴于溫度；參考電壓信號低于第二電壓信號的范圍。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種具有系統(tǒng)及電池電量仲裁的低功率實時時鐘電路，其特征是:低功率時鐘電路，包括:一個功率仲裁電路，用于決定第一電壓源和第二電壓源中的哪一個作為輸出電壓源提供，其中，第一和第二電壓源分別提供第一和第二電壓信號，電壓范圍重疊，功率仲裁電路提供一個大于第二電壓信號的輸出，以及一個來源于第一電壓信號的參考電壓信號，進一步地，參考電壓信號不在第二電壓信號的范圍內(nèi)；一個振蕩器，把功率仲裁電路的輸出作為輸入，并產(chǎn)生一個時鐘信號作為輸出；一個電源檢測電路，參考電壓信號和第一電壓信號作為輸入，并在第一電壓信號小于參考電壓信號時，產(chǎn)生一個低電源檢測信號作為輸出。`
5.根據(jù)權利要求1所述的一種具有系統(tǒng)及電池電量仲裁的低功率實時時鐘電路，其特征是:低功率時鐘電路，包括:一個功率仲裁電路，用于決定第一電壓源和第二電壓源中的哪一個作為輸出電壓源提供，其中，第一和第二電壓源分別提供第一和第二電壓信號，電壓范圍重疊，功率仲裁電路提供一個大于第二電壓信號的輸出，以及一個來源于第一電壓信號的參考電壓信號，進一步地，參考電壓信號不在第二電壓信號的范圍內(nèi)；一個振蕩器，把功率仲裁電路的輸出作為輸入，并產(chǎn)生一個時鐘信號作為輸出；一個電源檢測電路，參考電壓信號和第二電壓信號作為輸入，并在第二電壓信號小于參考電壓信號時，產(chǎn)生一個低電源檢測信號作為輸出。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種具有系統(tǒng)及電池電量仲裁的低功率實時時鐘電路，其特征是:低功率時鐘電路，包括:一個功率仲裁電路，用于決定第一電壓源和第二電壓源中的哪一個作為輸出電壓源提供，其中，第一和第二電壓源分別提供第一和第二電壓信號，電壓范圍重疊，功率仲裁電路提供一個大于第二電壓信號的輸出，以及一個來源于第一電壓信號的參考電壓信號，進一步地，參考電壓信號不在第二電壓信號的范圍內(nèi)；一個振蕩器，把功率仲裁電路的輸出作為輸入，并產(chǎn)生一個時鐘信號作為輸出；一個調(diào)壓器，用于接收第一電壓信號作為輸入，并產(chǎn)生參考電壓信號作為輸出；一個比較器，輸入為調(diào)壓器輸出的參考電壓信號和第二電壓信號，并產(chǎn)生一個輸出作為控制信號，指出兩個輸入中較大的一個；開關，把控制信號作為輸入，該開關通過把比較器指示的一個輸入作為輸出電壓源，來響應控制信號；其中功率仲裁電路進一步包括一個電流源，它產(chǎn)生一個大小正比于溫度的電流，該電流源進一步包括一個電流調(diào)節(jié)階段，包含一個工作在亞閾值區(qū)的晶體管。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種具有系統(tǒng)及電池電量仲裁的低功率實時時鐘電路，其特征是:調(diào)壓器進一步包括:第一電壓降元件，電流源產(chǎn)生的電流作為輸入，并產(chǎn)生一個具有正溫度系數(shù)的電壓作為輸出；第二電壓降兀件，輸入為電流源產(chǎn)生的電流，并產(chǎn)生一個具有負溫度系數(shù)的電壓作為輸出；調(diào)壓器進一步包括:一個啟動電路，它把第一電壓信號作為調(diào)壓器的輸出，這種情況下，電流源沒有輸出。
8.根據(jù)權利要求6所述的一種具有系統(tǒng)及電池電量仲裁的低功率實時時鐘電路，其特征是:第一電壓降元件有第一大小而第二電壓降元件有第二大小，第一大小和第二大小被選擇，所以第一和第二 電壓降元件輸出的總和近似的不依賴于溫度。
【文檔編號】H02J7/00GK103631319SQ201310617693
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月28日 優(yōu)先權日:2013年11月28日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請人:蘇州貝克微電子有限公司