[发明专利]一种MCU中的电源快速唤醒电路和方法

说明书

本发明为一种快速电源唤醒方案，可以应用于MCU的电源系统中，在超低功耗MCU中，一般会有两个电压域，外部电源VCC电压域，内部电源VCORE电压域。在正常工作模式，MCU功耗较大，VCC通过内部稳压源VR_MAIN形成内部电源VCORE，VR_MAIN的驱动能力强，但是自身功耗也会较大。在超低功耗应用中，为了节省功耗，MCU会进入低功耗模式，MCU中的时钟以及绝大部分外设都会关闭，只留下极少部分电路工作，此时MCU的功耗电流已经远小于VR_MAIN的自身功耗，所以系统会关闭VR_MAIN，改用自身功耗极低的超低功耗稳压电源VR_ULP模块为这部分电路供电。

技术领域

本发明涉及模拟电路设计领域，特别应适用于MCU的电源系统的快速电源唤醒。

背景技术

在超低功耗MCU中，一般会有两个电压域，外部电源VCC电压域，内部电源VCORE电压域。在正常工作模式，MCU功耗变化范围大，VCC通过内部稳压源VR_MAIN形成内部电源VCORE，VR_MAIN的驱动能力强(几至几百mA)，自身功耗大(几十uA)。在超低功耗应用中，为了节省功耗，MCU会进入低功耗模式，MCU中的时钟以及绝大部分外设都会关闭，只留下极少部分电路工作，此时MCU的功耗电流在1uA以内，已经远小于VR_MAIN的自身功耗，所以系统会关闭VR_MAIN，改用自身功耗极低(几百nA)的超低功耗稳压电源VR_ULP模块为这部分电路供电。

当唤醒信号到来，MCU需要从超低功耗模式恢复正常工作状态，此时MCU就会再次打开VR_MAIN模块来为VCORE供电。但VR_MAIN的电路启动时间通常会较长，如果采用常规方式不可能达到MCU应用中要求的3us左右唤醒时间的要求。

本设计发明了一种，不需要对VR_MAIN电路结构进行大的修改，但能大大减少唤醒时间的系统方案。

发明内容

(1)发明目的

解决MCU中大功耗稳压电源VR_MAIN启动时间慢的问题，应用本发明所用的方法能大大增加VR_MAIN在唤醒时的启动速度。

(2)技术方案

如图1所示，电源系统由超低功耗电源模块VR_ULP，主电源VR_MAIN，以及开关S1，S2，S6共同构成。VR_MAIN的输出(VMAIN_OUT)与S2一端相连，S2的另一端与数字电路模块Digital的电源相连，VR_ULP的输出与S1的一端相连，S1的另一端也与数字电路模块Digital的电源相连，此电源为VCORE。

VR_ULP自身功耗极低，但是其驱动能力有限。

VR_MAIN自身功耗较高，驱动能力强，但是启动时间较长。VR_MAIN内部存在局部电路V_C。

在VR_MAIN中有可能会存在多个局部电路V_C。

局部电路V_C中由电容C，开关S3，S4，S5组成，其中电容C一端接地，另一端(A)分别接开关S3，S4，S5的一端，开关S3，S4的另一端接内部其他电路，开关S5的另一端接V_keep，V_keep的值等于A点电压。

其工作原理如下：

为了节省功耗，一般在超低功耗状态下VCC电压域的稳压源VR_MAIN的电源会被关断，如图1中的S6所示。唤醒信号到来后，系统重新将S6闭合，此时VR_MAIN相当于重新上电，启动速度肯定无法达到要求。

通过分析，我们可以发现，VR_MAIN启动速度慢的主要原因是由于内部会有电容等需要充电的内部节点。电路首次上电后需要将这些内部节点充电，这些内部节点达到正常的工作电压后VR_MAIN才能正常工作。

如果我们能在VR_MAIN的电源断开时，将这些需要充电的内部节点的电压保持住，那在下次开关S6闭合时，VR_MAIN的启动时间就能大大减少。