[发明专利]一种具有超低功率定时器的集成电路

说明书

技术领域

本发明一般地涉及低功率电池运行的装置，尤其是涉及超低功率可编程定时器和低电压检测电路。

背景技术

低功率消耗在使用电池作为能源的数字电子应用中绝对关键，而在这些应用的多数中在睡眠模式期间汲取的电流决定了应用的电池寿命。因此，关键的是在睡眠模式期间具有非常低的电流汲取，并且按照定时的方式以低功率的途径从睡眠模式中唤醒。在传统振荡器基础上的现有唤醒定时器对于多数锂电池应用来说消耗过多的功率，并可以消耗数毫安电流。一种解决方案是采用根据“基于变化唤醒(wake-up on change)”事件唤醒数字电路(即数字处理器)的电阻电容(RC)定时器，然而，现存数字输入结构对于缓慢变化的输入信号消耗高的消弧电流(crowbar current)。

对于某些应用希望得到可以利用数字处理器控制的可变的唤醒周期。

在电池运行的应用中低功率可编程低电压检测(programmable low voltage detection，PLVD)电路是高度期待的，但是经常由于价格和功率的考虑而被忽略。

低功率唤醒定时器使用无源电阻电容定时电路，后者具有趋于VDD的缓慢上升的电压电平。这些类型的定时电路的问题是，当使用在低功率模式(高电阻值)时，如果进入到装置连接的输入泄漏和电容的漏电流超过电阻的驱动能力的话，漏电容可能永远唤醒不了装置。在高温下该问题可能加重，从而使得这类定时器的操作不可预知。

因此，需要的是消耗极小功率并在装置的整个有用温度范围上精确和可靠的超低功率可编程定时器和低电压检测电路。

发明内容

本发明通过提供一种超低功率电路克服了现存技术的上述问题以及其它缺点和不足，该超低功率电路可以被用来利用在数字集成电路装置上的单个连接(如，插脚、滚珠、垫板、接头、表面安装的叶片等等)以及在该数字集成电路装置外部的无源部件在数字集成电路中实现基本定时器、可编程定时器和可编程低电压检测(PLVD)。可以使能内部的低电流源以便使耦合到该连接上的外部电容放电，从而消除了对外部电阻的需求。不过，通过增加外部放电电阻可以增强定时精度，因为内部电流源可能比外部放电电阻更依赖于过程和温度。该连接可以被配置成三态输出，并且可以被驱动为高来使电容充电。当数字集成电路装置被置于睡眠模式时，可以使能模拟电压电平检测电路以及可选择地使能电流源。在睡眠模式期间，外部电容通过电压电平检测电路和/或电流源(和/或外部电阻)缓慢放电，并且当到达低电压阈值时在电压电平检测电路中的电压电平比较电路引起逻辑电平改变，该改变将数字集成电路装置从其睡眠模式中激活(“唤醒”)。数字集成电路装置可以是数字处理器，例如，微处理器、微控制器、可编程逻辑阵列(PLA)、可编程门阵列(PGA)、专用集成电路(ASIC)，等等。

优选地，为了实现基本定时器、可编程定时器和PLVD功能仅仅需要一个单一的输出连接和外部电容。因此，本发明很好地适合于对造价敏感的应用。本发明的电路相对于某个阈值或触发电压检测模拟信号电平。这使得可以在没有伴随着数字输入信号缓慢地从一个电源电压干线(rail)向另一个变化的高消弧电流的条件下，实现超低功率定时器和PLVD功能。

通过增加一个单一的放电电阻来代替使用内部电流源，可以提高这些功能的定时精度。对于可编程定时，可以增加额外的充电电阻，用于在预定的时间周期上将电容更精确地充电至一定的电压。许多锂电池应用要求大约一毫安的定时睡眠电流，而即使基于最低供电的时钟振荡器的定时器电路也最低消耗数毫安。优选地，本发明具有大约350纳安或更小的最大电流消耗，因此在处于睡眠模式时为数字装置留有可得的几百纳安的待机(standby)电流。

从电压基准和内部电流源之间的关系可以确定温度。对于电压基准和内部电流源参数依赖于在本发明制造期间的温度和加工偏差。当在受控制的条件下首次接通本发明的电路时，可以对加工偏差进行测量。可以确定测量到的对应于温度偏差的值，并将其存储在存储器中，例如电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪速存储器等等中，以便随后用于判断本发明的温度。电压基准的温度依赖性基本上是线性的，不过，内部电流源可以具有显著的二次项，但是如果温度偏移相对小，则该二次项可以被忽略。

本发明的技术优点是超低功率运行。还有一个技术优点是需要最小数量的外部器件。另一个技术优点是低造价。再一个技术优点是定时电路极低的电流放电。另一个技术优点是使用集成电路封装的现有输出连接。再一个优点提供使用基准电压和内部电流源温度依赖关系的温度检测。