專利名稱：具有自動(dòng)數(shù)字校正功能的喚醒電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集成電路設(shè)計(jì)，具體地說，是關(guān)于無線通信系統(tǒng)中 的電源管理，是一種喚醒電路結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
喚醒電路是電源管理電路中的一種，它在便攜式電子設(shè)備和無線通 信系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。圖1說明了喚醒電路在無線通信系統(tǒng)中所起的
作用，它是連接電池2和系統(tǒng)負(fù)載3之間的橋梁，它根據(jù)輸入信號(hào)來啟動(dòng) 導(dǎo)通或者關(guān)斷由電池到系統(tǒng)負(fù)載之間的供電通路，當(dāng)外部存在輸入激勵(lì) 時(shí)，供電通路被導(dǎo)通，系統(tǒng)正常工作，而當(dāng)外部不存在輸入激勵(lì)時(shí)，喚醒 電路將電池2到系統(tǒng)負(fù)載3間的供電通路切斷，使系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)，從 而減小電池2的負(fù)載能耗，起到了延長(zhǎng)電池2使用壽命的作用。近年來， 隨著無線傳感網(wǎng)絡(luò)、無線局域網(wǎng)，以及射頻識(shí)別技術(shù)的快速發(fā)展，系統(tǒng)復(fù) 雜度越來越高，喚醒電路在這些低功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(tǒng)的其它負(fù)載3不同，是一 個(gè)始終在工作，并需要電池2對(duì)其進(jìn)行供電的電路。因此，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電 池2有限能量的保護(hù)，喚醒電路1的功耗應(yīng)遠(yuǎn)小于系統(tǒng)負(fù)載3的功耗。在 無線傳感網(wǎng)絡(luò)和射頻識(shí)別卡這樣的低成本應(yīng)用中，對(duì)于喚醒電路1功耗的 要求更為苛刻。另一方面，考慮到系統(tǒng)喚醒的有效性及頻譜規(guī)范的要求， 喚醒電路1對(duì)于輸入信號(hào)的檢測(cè)需要具備高精度和高靈敏度的特性。由此 可見，現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)對(duì)于喚醒電路1的要求是在低功耗條件下實(shí)現(xiàn)高 精度的檢測(cè)。
目前通用的喚醒電路1有能量檢測(cè)喚醒和信號(hào)序列檢測(cè)喚醒兩種。其中，能量檢測(cè)喚醒是通過對(duì)系統(tǒng)輸入信號(hào)能量的強(qiáng)度進(jìn)行判斷，當(dāng)信號(hào) 強(qiáng)度達(dá)到穩(wěn)定通信的需求時(shí)，喚醒整個(gè)系統(tǒng)。而信號(hào)序列檢測(cè)喚醒的方法 是通過對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)單的調(diào)制序列進(jìn)行判斷，當(dāng)該序列滿足預(yù)先設(shè)定好的內(nèi)容 時(shí)，喚醒整個(gè)系統(tǒng)。相比而言，信號(hào)序列檢測(cè)的方式對(duì)電路復(fù)雜度的要求 較高，功耗也較大，不適合大批量低成本的應(yīng)用?；谀芰繖z測(cè)的方式， 電路結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，但是，低功耗的能量檢測(cè)電路往往對(duì)應(yīng)用環(huán)境的溫度 和系統(tǒng)電壓比較敏感，其電路性能也會(huì)隨著工藝制造中的隨機(jī)性而發(fā)生較 大的改變，難以實(shí)現(xiàn)高精度的要求。

發(fā)明內(nèi)容
綜上所述，如何實(shí)現(xiàn)低功耗條件下的高精度喚醒檢測(cè)，乃是本發(fā)明 所要解決的技術(shù)問題，為此，本發(fā)明的目的在于提供一種喚醒電路結(jié)構(gòu)。 它在能量檢測(cè)電路中加入自動(dòng)數(shù)字校正的功能，通過一定的電源開關(guān)控 制，實(shí)現(xiàn)零功耗條件下高精度的喚醒檢測(cè)。
本發(fā)明技術(shù)方案如下
根據(jù)本發(fā)明的一種喚醒電路，包括電池和系統(tǒng)負(fù)載，其特點(diǎn)是，還有
a. 由依次以電路聯(lián)結(jié)的整流器、分圧比可變的分壓器和簡(jiǎn)單的電壓采集 裝置，以及與一控制該分壓比可變的分壓器的分壓比的數(shù)字校正邏輯電路而 構(gòu)成的電源開關(guān)K,的控制結(jié)構(gòu)；
b. 由該整流器的輸出端和與溫度和電源無關(guān)的電壓基準(zhǔn)源的輸出端分別 與其兩個(gè)輸入端聯(lián)結(jié)的電壓比較器構(gòu)成的另一電源開關(guān)K2的控制結(jié)構(gòu)；
C.其中所述整流器將輸入信號(hào)能量轉(zhuǎn)變成直流電壓信號(hào)，并通過其信 號(hào)大小，改變控制所述的電源開關(guān)Id， K2的導(dǎo)通與關(guān)斷狀態(tài)，用以控制所述 電池對(duì)電壓比較器與所述溫度和電源無關(guān)的電壓基準(zhǔn)源和所述系統(tǒng)負(fù)載的供 電通路，從而控制系統(tǒng)處于喚醒與睡眠狀態(tài)；所述數(shù)字校正邏輯電路的二個(gè) 輸入端分別連接該簡(jiǎn)單的電壓檢測(cè)裝置和電壓比較器的輸出端，并結(jié)合與所 述溫度和電源無關(guān)的電壓基準(zhǔn)源的特性，使對(duì)輸入信號(hào)檢測(cè)具有穩(wěn)定的高精 度。
進(jìn)一步，所述的喚醒電路中，其整流器可采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(guān)改變分壓系 數(shù)的變阻結(jié)構(gòu)或分壓器級(jí)聯(lián)數(shù)據(jù)選擇器；
其簡(jiǎn)單的電壓檢測(cè)裝置，可以是基于晶體管的開啟電壓或閾值的控制電 路，也可以是基于倒向器翻轉(zhuǎn)電平的檢測(cè)電路。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是具有低功耗和高穩(wěn)定、高精度的特點(diǎn)，特別是對(duì)于輸 入信號(hào)的能量強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)是零功耗和高精度的，檢測(cè)結(jié)果對(duì)溫度、 制造工藝以及電源電壓不敏感。


圖1是一個(gè)介紹喚醒電路在無線通信系統(tǒng)中作用的示意圖； 圖2是本發(fā)明提出的喚醒電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的電路原理圖； 圖3是本發(fā)明提出的喚醒電路的一種具體實(shí)施方式
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合圖2和圖3，詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)例。 如圖2所示，本發(fā)明提出的喚醒電路包括數(shù)字校正邏輯電路4、整流 器5、分壓比可變的分壓器6、簡(jiǎn)單的電壓檢測(cè)裝置7、電源開關(guān)K的控 制結(jié)構(gòu)8、電源開關(guān)K2的控制結(jié)構(gòu)9、電壓比較器IO、以及與溫度和電源 無關(guān)的電壓基準(zhǔn)源11。其中，整流器5將接收到的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓 信號(hào)K，實(shí)現(xiàn)將能量強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為直流的電壓幅度的功能。K是K經(jīng)過分壓 器6分壓之后輸出一路信號(hào)，分壓器6的分壓系數(shù)6;由數(shù)字校正邏輯電路 4給出，然后，電壓K輸入到簡(jiǎn)單的電壓檢測(cè)裝置7中進(jìn)行電壓檢測(cè)，當(dāng) 其一旦幅度超過了電壓檢測(cè)裝置7的閾值，電壓檢測(cè)裝置7的輸出K將打 開電源開關(guān)K,的控制結(jié)構(gòu)8。電源開關(guān)K,的控制結(jié)構(gòu)8導(dǎo)通后，電壓比較 器10和電壓基準(zhǔn)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(zhǔn)源的輸出L/的大小，其比較結(jié)果K用來控制電源開關(guān) K2的控制結(jié)構(gòu)9，控制系統(tǒng)負(fù)載3的供電通路。
本實(shí)施例的一方面，提供了高精度能量檢測(cè)。從給出的電路結(jié)構(gòu)可知，最終決定系統(tǒng)負(fù)載3的電源開關(guān)K2的控制結(jié)構(gòu)9導(dǎo)通和關(guān)斷的控制信
號(hào)是K同Lf進(jìn)行比較的結(jié)果。由于K^是與溫度和電源無關(guān)的電壓基準(zhǔn)源11的輸出，是一個(gè)穩(wěn)定并不隨工作環(huán)境變化而變化的電平，因此，本實(shí)施例中所述喚醒電路的喚醒檢測(cè)是精確并且穩(wěn)定的。
本實(shí)施例的另一方面，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字自動(dòng)校正功能的功能。在實(shí)際的
電路設(shè)計(jì)中，簡(jiǎn)單的電壓檢測(cè)裝置7可以使用晶體管的閾值電壓或者倒向
器的翻轉(zhuǎn)電壓作為電壓檢測(cè)的基準(zhǔn)。由于晶體管的閾值電壓和倒向器的翻轉(zhuǎn)電壓會(huì)隨半導(dǎo)體制造工藝和電路工作時(shí)的溫度發(fā)生改變，該級(jí)電壓檢測(cè)
裝置的檢測(cè)電壓不精確。然而，分壓器6的分壓系數(shù)是自動(dòng)數(shù)字校正電路4根據(jù)精準(zhǔn)的電壓比較結(jié)果K4在簡(jiǎn)單的電壓檢測(cè)裝置7的判斷結(jié)果K的基礎(chǔ)上進(jìn)行修正后輸出的，這樣便自動(dòng)地抵消了簡(jiǎn)單的電壓檢測(cè)裝置7可能存在的誤差。
本實(shí)施例的另一方面，提供了一種低功耗喚醒電路的實(shí)現(xiàn)方式。對(duì)于喚醒電路而言，低功耗分為兩個(gè)部分。從輸入信號(hào)的負(fù)載來看，由于整流器5的輸出負(fù)載僅僅只有一個(gè)分壓器5，功耗可以限制在nW的數(shù)量級(jí)。從電池的負(fù)載來看，由于提出的喚醒電路中，存在靜態(tài)功耗的電壓比較器IO和電壓基準(zhǔn)源11的供電通路由電源開關(guān)&的控制結(jié)構(gòu)8控制，僅僅在簡(jiǎn)單電壓檢測(cè)裝置7檢測(cè)到輸入信號(hào)幅度超過其閾值時(shí)電源開關(guān)Id的控制結(jié)構(gòu)8才導(dǎo)通，而在絕大多數(shù)情況下，電壓比較器IO和電壓基準(zhǔn)源11處于休眠狀態(tài)，因此，在休眠狀態(tài)下，電池的負(fù)載為零。
如圖3所示，在圖3中， 一個(gè)32等分分壓器12和一個(gè)電平選擇器13 —起構(gòu)成了一個(gè)可變分壓比的分壓器6，分壓系數(shù)由電平選擇器的輸入5\—5這5比特的信號(hào)來決定。倒向器14起到了簡(jiǎn)單電壓檢測(cè)裝置7的作用。PM0S管Msl15和Ms216起到了電源開關(guān)&， K2以及它們的控制結(jié)構(gòu)8-9的作用。帶隙基準(zhǔn)源18是一個(gè)與溫度和電源電壓都無關(guān)的電壓基準(zhǔn)源11，它提供了一個(gè)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御噪聲和信號(hào)波動(dòng)的影響。
當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，整流器5輸出電壓K為"0"，其任意比例分壓后的電壓幅度也為"0"，倒向器14的輸出為高，電源開關(guān)MJ5關(guān)斷，帶隙基準(zhǔn)源18和遲滯比較器17均不工作，同時(shí)，電源開關(guān)Ms2l6也關(guān)斷，系統(tǒng)負(fù)載3的電源通路被切斷，系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)，沒有靜態(tài)功耗。當(dāng)存在輸入信號(hào)時(shí)，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(guān)，能量越大，K的幅值越高。在初始狀態(tài)下，數(shù)字校正邏輯電路4輸出的選通信號(hào)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(shí)，倒向器14將根據(jù)K同其翻轉(zhuǎn)電平K間的大小關(guān)系，若K < K，倒向器14的輸出為低，PM0S管MJ5關(guān)斷，系統(tǒng)負(fù)載3仍然處于休眠狀態(tài)。若K2 〉 K，倒向器14的輸出為低，從而使得PM0S管Msl15導(dǎo)通，打開帶隙基準(zhǔn)源18和遲滯比較器17的電源通路。當(dāng)帶隙基準(zhǔn)源18上電后，將生成一個(gè)與電源電壓和電路工作溫度無關(guān)的參考電平L"遲滯比較器17比較K和L/之間的大小關(guān)系，若K 〉 K^，則導(dǎo)通電源開關(guān)Mwl6，打開電源2到系統(tǒng)負(fù)載3的電源通路，整個(gè)系統(tǒng)被喚醒。若K<L,，數(shù)字校正邏輯電路4將改變選通信號(hào)&5，依次由^至K^選通K的分壓值，直至「2 〈 K，關(guān)斷MJ5為止，從而切斷帶隙基準(zhǔn)源18和遲滯比較器17的電源通路，使得電源2不存在靜態(tài)功耗。同時(shí)，由于數(shù)字校正邏輯電路4根據(jù)遲滯比較器的比較結(jié)果更正了分壓器的分壓系數(shù)，所以，當(dāng)輸入信號(hào)的強(qiáng)度發(fā)生改變，整流器5輸出K的幅度發(fā)生改變時(shí)，使用倒向器14進(jìn)行的電壓比較的結(jié)果將與使用精確的帶隙基準(zhǔn)源18和遲滯比較器17進(jìn)行電壓比較的結(jié)果一致，從而在不增加靜態(tài)電流功耗的情況下，解決了單獨(dú)的簡(jiǎn)單電壓檢測(cè)裝置7無法實(shí)現(xiàn)精確電壓檢測(cè)的問題。
最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種喚醒電路，包括電池(2)和系統(tǒng)負(fù)載(3)，其特征在于，還有a.由依次以電路聯(lián)結(jié)的整流器(5)、分壓比可變的分壓器(6)和簡(jiǎn)單的電壓采集裝置(7)，以及與一控制該分壓比可變的分壓器(6)的分壓比的數(shù)字校正邏輯電路(4)而構(gòu)成的電源開關(guān)K1的控制結(jié)構(gòu)(8)；b.由該整流器(5)的輸出端和與溫度和電源無關(guān)的電壓基準(zhǔn)源(11)的輸出端分別與其兩個(gè)輸入端聯(lián)結(jié)的電壓比較器(10)構(gòu)成的電源開關(guān)K2的控制結(jié)構(gòu)(9)；c.其中整流器(5)將輸入信號(hào)能量轉(zhuǎn)變成直流電壓信號(hào)，并通過其信號(hào)大小，改變控制電源開關(guān)K1，K2的導(dǎo)通與關(guān)斷狀態(tài)，用以控制電池(2)對(duì)電壓比較器(10)與溫度和電源無關(guān)的電壓基準(zhǔn)源(11)和系統(tǒng)負(fù)載(3)的供電通路，從而控制系統(tǒng)處于喚醒或睡眠狀態(tài)；數(shù)字校正邏輯電路(4)的二個(gè)輸入端分別連接簡(jiǎn)單的電壓檢測(cè)裝置(7)和電壓比較器(10)的輸出端，并結(jié)合與溫度和電源無關(guān)的電壓基準(zhǔn)源(11)的特性，使對(duì)輸入信號(hào)檢測(cè)具有穩(wěn)定的高精度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的喚醒電路，其特征在于，整流器(5)可采用橋 式整流器和倍壓整流器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的喚醒電路，其特征在于，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(guān)改變分壓系數(shù)的變阻結(jié)構(gòu)或分壓器 級(jí)聯(lián)數(shù)據(jù)選擇器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的喚醒電路，其特征在于，簡(jiǎn)單的電壓檢測(cè)裝置(7) ，可以是基于晶體管的開啟電壓或閾值的控制電路，也可以是基于倒向 器翻轉(zhuǎn)電平的檢測(cè)電路。
全文摘要
一種喚醒電路包括數(shù)字校正電路、整流器、分壓比可變的分壓器、簡(jiǎn)單的電壓檢測(cè)裝置、與溫度和電源無關(guān)的電壓基準(zhǔn)源、電壓比較器和電源開關(guān)。本發(fā)明中的喚醒電路通過電壓檢測(cè)實(shí)現(xiàn)了能量檢測(cè)的功能，并根據(jù)輸入信號(hào)能量的強(qiáng)弱實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)負(fù)載的喚醒與休眠控制。喚醒電路的輸入信號(hào)經(jīng)整流器整流后，輸出一個(gè)與輸入信號(hào)強(qiáng)度相關(guān)的電壓，該電壓經(jīng)一個(gè)分壓比可變的分壓器分壓后，輸出一路信號(hào)進(jìn)入簡(jiǎn)單的電壓檢測(cè)裝置進(jìn)行電壓檢測(cè)，檢測(cè)的結(jié)果控制了一個(gè)與溫度和電源無關(guān)的電壓基準(zhǔn)源以及一個(gè)電壓比較器的電源通路，當(dāng)此電源通路打開后，電壓比較器將再次對(duì)整流器輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，并通過改變數(shù)字校正邏輯電路的輸出自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)簡(jiǎn)單的電壓檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果的校正。由于在喚醒電路內(nèi)部，引入了數(shù)字校正邏輯電路，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了低功耗條件下的精確電壓檢測(cè)。
文檔編號(hào)H02J13/00GK101527467SQ20091004879
公開日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2009年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月3日
發(fā)明者奚經(jīng)天, 車文毅, 娜 閆, 昊 閔, 偉 陳 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)