一种超低功耗驱动电路

技术领域

本发明涉及集成电路，特别是涉及一种超低功耗驱动电路。

背景技术

晶体驱动器自上世纪20年代问世以来，其理论研究与制造水平都得到了飞速发展，各项性能指标显著提升。作为时钟频率源，与其他类型的振荡器相比，晶体振荡器以其优异的Q值、频率精度、稳定度等，广泛应用于军工以及民用消费电子领域。而在集成电路领域，为了使晶体频率信号能有效、合理地传输至芯片核心，IO接口集成电路的作用至关重要。随着对晶体驱动电路性能要求越来越高，低功耗甚至极低功耗的32.768K晶体驱动电路一直是IO设计人员努力的方向。

在现有技术中，低功耗的晶体驱动电路有两种：

一是，在电路需要工作时，通过接通一个大电流让32.768K晶体振荡器稳定工作；但是大电流会使得电路的功耗增加，无法达到低功耗的目的；

二是，在电路需要工作时，通过接通大电流让32.768K晶体振荡器工作起来后，利用负反馈电路调节工作电流，以降低电路中的工作电流；但是这样调节的工作电流降低较少，无法满足电路极低功耗的要求，且增加了电路启动时间。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种超低功耗驱动电路，旨在减小32.768K晶体驱动电路的功耗。

为实现上述目的，本发明提供一种超低功耗驱动电路，包括启动模块、振荡器模块和输出模块，所述驱动电路还包括供电模块和电流切换模块；所述启动模块和所述供电模块通过于所述电流切换模块连接于所述振荡器模块，所述振荡器模块连接于所述输出模块；所述电流切换模块接通所述启动模块，以为所述振荡器模块提供启动电流，使所述振荡器模块开始工作、输出振荡信号；所述电流切换模块在所述振荡器模块开始工作后，接通所述供电模块为所述振荡器模块提供工作电流，并切断所述启动模块；所述输出模块用于将振荡信号放大并输出。

优选地，所述启动模块为所述振荡器模块提供的启动电流的大小为200nA~5μA。

优选地，所述启动电流的大小为300nA。

优选地，所述供电模块为所述振荡器模块提供的工作电流的大小为50nA~80 nA。

优选地，所述工作电流的大小为60 nA。

优选地，所述电流切换模块包括连接于所述启动模块的第一传输门和连接于所述供电模块的第二传输门，所述第一传输门连接于切换信号输入端，所述第二传输门通过第一反相器连接于切换信号输入端；所述第一传输门和所述第二传输门分别接收切换信号、以分别接通/断开启动电流和工作电流。

优选地，所述启动模块包括第二反相器、第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第五PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管和第一电阻；所述第一PMOS管、所述第一NMOS管和所述第二反相器的输入端连接于启动信号输入端；所述第二PMOS管连接于所述第二反相器的输出端，所述第三PMOS管、所述第四PMOS管和所述第五PMOS管连接于所述第二PMOS管；所述第二NMOS管连接于所述第一PMOS管；所述第三NMOS管连接于第三PMOS管、第四NMOS管和所述第五NMOS管；所述第六NMOS管连接于所述第一PMOS管和所述第一NMOS管；所述第一电阻连接于所述第五NMOS管。

优选地，所述第一PMOS管的栅极和所述第一NMOS管的栅极连接于所述启动信号输入端；所述第一PMOS管的源极连接于电源，所述第一PMOS管的漏极连接于所述第一NMOS管的漏极、所述第二NMOS管的栅极和所述第六NMOS管的漏极；所述第一NMOS管和所述第六NMOS管的源极接地；所述第二PMOS管、所述第三PMOS管、所述第四PMOS管和所述第五PMOS管的源极连接于电源；所述第二PMOS管的栅极连接于所述第二反相器的输出端、漏极连接于所述第二NMOS管的漏极；所述第三PMOS管、所述第四PMOS管和所述第五PMOS管的栅极相互连接，并连接于所述第二PMOS管的漏极；所述第五PMOS管漏极连接于所述电流切换模块，为所述电流切换模块输出启动电流；所述第二NMOS管、所述第三NMOS管和所述第四NMOS管的源极接地；所述第三NMOS管漏极和栅极相互连接，并连接于所述第三PMOS管的漏极；所述第四NMOS管的栅极连接于所述第一NMOS管的栅极和所述启动信号输入端，漏极连接于所述第三NMOS管、所述第五NMOS管和所述第六NMOS管的栅极；所述第五NMOS管的漏极连接于所述第四PMOS管的漏极，源极连接于所述第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端连接于所述第一NMOS管的栅极和所述启动信号输入端。

优选地，所述输出模块包括依次连接的第一电容、第三反相器、第四反相器和第五反相器，所述第一电容还连接于所述振荡器模块；所述第三反相器的输出端还连接于其输入端；所述第五反相器输出放大后的振荡信号至后续电路。

本发明技术方案通过电流切换模块在振荡器模块开始工作后，接通供电模块为振荡器模块提供工作电流，同时切断启动模块，以提供极低功耗的晶体驱动电路。

附图说明

图1为本发明实施例的超低功耗驱动电路的电路结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明进一步说明。

本发明实施例提供一种超低功耗驱动电路，用以驱动32.768K晶振，使其在极低功耗的情况下稳定工作。

如图1所示，本发明实施例的超低功耗驱动电路包括启动模块、振荡器模块和输出模块，所述驱动电路还包括供电模块和电流切换模块；所述启动模块和所述供电模块通过于所述电流切换模块连接于所述振荡器模块，所述振荡器模块连接于所述输出模块；所述电流切换模块接通所述启动模块，以为所述振荡器模块提供启动电流I1，使所述振荡器模块开始工作、输出振荡信号；所述电流切换模块在所述振荡器模块开始工作后，接通所述供电模块为所述振荡器模块提供工作电流I2，并切断所述启动模块；所述输出模块用于将振荡信号放大并输出。

优选地，如图1所示，所述电流切换模块包括连接于所述启动模块的第一传输门和连接于所述供电模块的第二传输门，所述第一传输门连接于切换信号输入端I_sel，所述第二传输门通过第一反相器N1连接于切换信号输入端I_sel；所述第一传输门和所述第二传输门分别接收切换信号、以分别接通/断开启动电流I1和工作电流I2。

在具体实施例中，切换信号输入端I_sel连接有寄存器，通过寄存器为电流切换模块配置切换信号。第一传输门连接于切换信号输入端I_sel，第二传输门通过第一反相器N1连接于切换信号输入端I_sel，使得当第一传输门接通时，第二传输门关断，当第一传输门关断时，第二传输门接通。

具体地，当需要启动振荡器模块时，接通第一传输门、断开第二传输门，以使启动电流I1为振荡器模块供电；当振荡器模块启动1S后，断开第一传输门、接通第二传输门，以使工作电流I2为振荡器模块供电。

在具体实施例中，供电模块可以为外接电流源。供电模块为所述振荡器模块提供的工作电流I2的大小为50nA~80nA。工作电流I2的优选大小为60nA，也可以为50nA、55nA或者65nA、70nA。较小的工作电流可以使得电路中的功耗大大的降低，以实现电路的极低功耗。

优选地，如图1所示，所述启动模块包括第二反相器N2、第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2、第三PMOS管PM3、第四PMOS管PM4、第五PMOS管PM5、第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2、第三NMOS管NM3、第四NMOS管NM4、第五NMOS管NM5、第六NMOS管NM6和第一电阻R1；所述第一PMOS管PM1、所述第一NMOS管NM1和所述第二反相器N2的输入端连接于启动信号输入端PD_HV；所述第二PMOS管PM2连接于所述第二反相器N2的输出端，所述第三PMOS管PM3、所述第四PMOS管PM4和所述第五PMOS管PM5连接于所述第二PMOS管PM2；所述第二NMOS管NM2连接于所述第一PMOS管PM1；所述第三NMOS管NM3连接于第三PMOS管PM3、第四NMOS管NM4和所述第五NMOS管NM5；所述第六NMOS管NM6连接于所述第一PMOS管PM1和所述第一NMOS管NM1；所述第一电阻R1连接于所述第五NMOS管NM5。

在具体实施例中，启动信号输入端PD_HV可以连接寄存器进行配置启动信号，也可以通过外接pad配置启动信号。当需要启动振荡器模块时，输入启动信号，以使电路产生启动电流I1供振荡器模块启动。

当振荡器模块稳定工作后，切换模块将供电模块与振荡器模块接通，以使供电模块为振荡器模块提供稳定的工作电流I2，此时，启动信号输入端PD_HV输入关断信号，以将启动模块关断。具体地，在需要关断启动模块时，拉高启动信号，以使第五PMOS管PM5关断，达到关断启动模块的目的。

在一些实施例中，启动模块为所述振荡器模块提供的启动电流I1的大小为200nA~5μA。启动电流I1优选的大小为300nA，也可以为200nA、500nA、700nA或者1μA、2μA、3μA。启动电流I1也可以由芯片系统中其它模块产生的偏置电流提供，只需大于启动振荡器模块的电流即可。

在具体实施例中，如图1所示，所述第一PMOS管PM1的栅极和所述第一NMOS管NM1的栅极连接于所述启动信号输入端PD_HV；所述第一PMOS管PM1的源极连接于电源，所述第一PMOS管PM1的漏极连接于所述第一NMOS管NM1的漏极、所述第二NMOS管NM2的栅极和所述第六NMOS管NM6的漏极；所述第一NMOS管NM1和所述第六NMOS管NM6的源极接地；所述第二PMOS管PM2、所述第三PMOS管PM3、所述第四PMOS管PM4和所述第五PMOS管PM5的源极连接于电源；所述第二PMOS管PM2的栅极连接于所述第二反相器N2的输出端、漏极连接于所述第二NMOS管NM2的漏极；所述第三PMOS管PM3、所述第四PMOS管PM4和所述第五PMOS管PM5的栅极相互连接，并连接于所述第二PMOS管PM2的漏极；所述第五PMOS管PM5漏极连接于所述电流切换模块，为所述电流切换模块输出启动电流I1；所述第二NMOS管NM2、所述第三NMOS管NM3和所述第四NMOS管NM4的源极接地；所述第三NMOS管NM3漏极和栅极相互连接，并连接于所述第三PMOS管PM3的漏极；所述第四NMOS管NM4的栅极连接于所述第一NMOS管NM1的栅极和所述启动信号输入端PD_HV，漏极连接于所述第三NMOS管NM3、所述第五NMOS管NM5和所述第六NMOS管NM6的栅极；所述第五NMOS管NM5的漏极连接于所述第四PMOS管PM4的漏极，源极连接于所述第一电阻R1的一端，所述第一电阻R1的另一端连接于所述第一NMOS管NM1的栅极和所述启动信号输入端PD_HV。

在具体实施例中，如图1所示，振荡器模块为皮尔斯振荡器，包括NMOS管Mn、32.768K晶体、第二电容C2和第三电容C3；32.768K晶体的一端连接于第二电容C2和第一负载X1、另一端连接于第二负载X2和第三电容C3，第二电容C2和第三电容C3另一端接地；第一负载X1和第二负载X2之间还连接有第二电阻R2；NMOS管Mn的栅极连接于输出模块，源极接地，漏极连接于切换模块。当电流流过NMOS管Mn的漏极时，皮尔斯振荡器与32.768K晶体共振，在32.768K晶体两端产生振荡正弦波。在共振时，晶体表现为一个很小的电阻。在一些实施例中，第二电阻为10Mohm的电阻。

优选地，如图1所示，所述输出模块包括依次连接的第一电容C1、第三反相器N3、第四反相器N4和第五反相器N5，所述第一电容C1还连接于所述振荡器模块；所述第三反相器N3的输出端还连接于其输入端；所述第五反相器N5输出放大后的振荡信号至后续电路。

具体的，输出模块用于对振荡器模块输出的振荡信号的幅值进行放大、并增加驱动能力，输出模块采用运放结构，以输出稳定的32.768k时钟信号。

应当理解的是，以上仅为本发明的优选实施例，不能因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。