一种供电电路及电子设备的制作方法

本发明涉及电子技术领域，具体地涉及一种供电电路及电子设备。

背景技术：

近年来，窄带物联网(narrowbandinternetofthings，简称nb-iot)技术发展极为迅速，使得nb-iot应用产品的种类越来越丰富，典型的应用产品包括智能家居设备、物联网智能穿戴设备(也称为可穿戴设备)。典型的nb-iot产品应用中，用于维持nb-iot运行所需的供电电路的电压很小，约在0.9v；而且，所述供电电路的电流也非常小，量级大概是微安(μa)级别。

现有技术中主要有两种用于nb-iot的供电电路。一种是由基准电源、比较器、分压电路以及开关管组成的电压维持电路，然而，上述各个部分均会在一定程度上消耗静态电流，且基准电源中的带隙(bandgap)基准电源属于常开模块，使得nb-iot的供电电路的功耗较大。另一种是由基准电源、比较器、参考电压模块、电源控制模块组成的电压维持电路，其中，带隙基准电源为常开模块以保持参考电压模块的稳定，功耗消耗仍然较大。

如何降低供电电路的功耗已成为nb-iot应用产品的关键问题之一。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是如何尽可能降低供电电路的能量消耗，以减小功耗。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种供电电路，所述供电电路包括：供电模块，适于在控制信号的控制下产生供电电压；频率生成模块，连接所述供电模块的输出端，并根据所述供电电压产生时钟信号，所述时钟信号的频率随所述供电电压的电压值而改变；频率比较模块，适于比较所述时钟信号的频率与参考时钟信号的频率，以根据比较结果产生所述控制信号。

可选的，当所述时钟信号的频率与所述参考时钟信号的频率差值小于预设阈值时，所述控制信号控制所述供电模块停止产生所述供电电压；当所述频率差值大于等于所述预设阈值时，所述控制信号控制所述供电模块重新产生所述供电电压。

可选的，所述供电模块包括：基准电源；电源控制模块，接收所述控制信号，并根据所述控制信号控制所述基准电源工作以产生基准电压，或者控制所述基准电源停止工作；稳压器，连接所述基准电源的输出端，适于根据所述基准电压产生所述供电电压。

可选的，所述基准电源为带隙基准电源。

可选的，所述稳压器为低压差线性稳压器。

可选的，所述供电模块还包括：第一电容，其第一端连接所述基准电源的输出端，其第二端接地。

可选的，所述供电电路还包括：第二电容，其第一端连接所述供电模块的输出端，其第二端接地。

可选的，所述供电电路还包括：参考时钟生成模块，适于产生所述参考时钟信号。

可选的，所述参考时钟生成模块为负载中的实时时钟模块，所述负载接收所述供电电压。

可选的，所述频率生成模块为环形振荡器。

可选的，所述时钟信号的频率随所述供电电压的电压值而改变包括：所述时钟信号的频率随所述供电电压的电压值的增大而增大。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种电子设备，包括上述供电电路。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

相比于现有技术中用于nb-iot设备的供电电路，本发明实施例改变了所述供电电路的电路架构，本发明实施例提供的供电电路可以包括：供电模块，适于在控制信号的控制下产生供电电压；频率生成模块，连接所述供电模块的输出端，并根据所述供电电压产生时钟信号，所述时钟信号的频率随所述供电电压的电压值而改变；频率比较模块，适于比较所述时钟信号的频率与参考时钟信号的频率，以根据比较结果产生所述控制信号。本发明实施例通过频率生成模块产生随所述供电电压变化而动态变化的时钟信号的频率，当所述供电电压变化较大时，将引起所述时钟信号的频率严重变化，所述频率比较模块比较所述时钟信号的频率与频率稳定的参考时钟信号的频率，根据比较结果产生所述控制信号，以得到稳定的供电电压，有利于物联网设备中的电子系统稳定工作。所述控制信号使得所述供电电路在所述供电电压满足负载的供电需求时停止产生供电电压，停止消耗所述供电模块的功耗；在所述供电电压不满足负载的供电需求时产生供电电压，可以尽可能降低供电电路的功耗。

进一步，当所述时钟信号的频率与所述参考时钟信号的频率差值小于预设阈值时，所述控制信号控制所述供电模块停止产生所述供电电压；当所述频率差值大于等于所述预设阈值时，所述控制信号控制所述供电模块重新产生所述供电电压。本发明实施例可以根据所述频率差值产生所述控制信号，以控制所述供电模块产生或停止产生所述供电电压，有效地改善了所述供电模块的电源消耗。

进一步，所述供电模块包括：基准电源；电源控制模块，接收所述控制信号，并根据所述控制信号控制所述基准电源工作以产生基准电压，或者控制所述基准电源停止工作；稳压器，连接所述基准电源的输出端，适于根据所述基准电压产生所述供电电压。通过本发明实施例提供的技术方案，所述供电模块不再属于常开模块，进一步降低了供电电路的功耗。

进一步，所述供电模块还包括：第一电容，其第一端连接所述基准电源的输出端，其第二端接地，基于电容的充放电原理，所述供电模块可以在所述供电模块恢复供电时快速回复电压；所述供电模块通过连接第一电容可以防止电压掉电过快，从而减小所述频率生成模块重新产生时钟信号所需的时间。

进一步，所述供电电路还包括：第二电容，其第一端连接所述供电模块的输出端，其第二端接地。所述供电电路连接第二电容可以储存电荷，防止压降变化过快，以避免所述供电电路掉电过快影响振荡器产生的频率状况。

附图说明

图1是现有的一种用于nb-iot设备的供电电路的电路图；

图2是现有的另一种用于nb-iot设备的供电电路的电路图；

图3是本发明实施例的一种供电电路的示意性结构框图；

图4是本发明实施例的又一种供电电路的示意性结构框图；

图5是本发明实施例的供电电路的仿真波形示意图；

图6是本发明实施例的供电电路与现有技术中的供电电路的电压仿真结果比较示意图。

具体实施方式

如背景技术部分所述，现有技术中的供电电路包含常开模块，难以降低功耗。

本申请发明人对现有技术进行了深入分析。图1是一种现有的用于nb-iot的供电电路的电路图。如图1所示，用于nb-iot的供电电路100可以包括带隙基准源101、电压比较器102、由电阻r1和电阻r2组成的分压电路以及p沟道金属氧化物半导体(p-channelmetaloxidesemiconductor，简称pmos)开关管p1，其中，所述分压电路具有分压节点a，用于nb-iot的供电电路100的输出电压vo，它为负载电阻rl提供并维持一定的电压。电压比较器102对所述带隙基准源101输出的电压v1与所述分压电路的分压节点a输出的电压v2进行比较，若电压v1大于电压v2，则电压比较器102输出的电压开启所述pmos开关管p1，使得模拟电压avdd通过pmos开关管p1、电阻r1和电阻r2后，在pmos开关管p1与电阻r1的连接端得到输出电压vo，若电压v1小于等于电压v2，则电压比较器102输出的电压无法开启所述pmos开关管p1，输出电压vo保持不变。在用于nb-iot的供电电路100中，电压比较器102一般采用运算放大器，将消耗一定的静态电流。而且，带隙基准源101(属于常开模块)以及所述分压电路均将消耗静态电流，因此，用于nb-iot的供电电路100的功耗较大。

图2是另一种现有的用于nb-iot设备的供电电路的电路图。

参考图2，所述用于nb-iot设备的供电电路200可以包括供电模块20、参考电压模块21、比较计数器22，其中，供电模块20包括带隙基准电源201、低压差线性稳压器202和电源控制模块203。供电模块20为负载模块23提供并维持一定的电压。在供电电路200中，带隙基准电源201保持常开状态(属于常开模块)为参考电压模块21供电。由于参考电压模块21具有稳定的电压值，而负载模块23的电压值随供电模块20的电压值的改变而变化，因而，比较计数器22可以通过比较负载模块23和参考电压21的电压得到电压差值。若所述电压差值大于等于预设阈值，则开启电源控制模块203为低压差线性稳压器202通电，否则断电。在供电电路200中，带隙基准电源201保持常开状态(属于常开模块)，将一直消耗能量，因而，用于nb-iot的供电电路200的功耗仍然较大。

根据以上分析可以得出：常开模块功耗大，而现有nb-iot设备的供电电路因包含常开模块，功耗降低有限。

相比于现有技术中用于nb-iot设备的供电电路，本发明实施例改变了所述供电电路的电路架构，本发明实施例提供的供电电路可以包括：供电模块，适于在控制信号的控制下产生供电电压；频率生成模块，连接所述供电模块的输出端，并根据所述供电电压产生时钟信号，所述时钟信号的频率随所述供电电压的电压值而改变；频率比较模块，适于比较所述时钟信号的频率与参考时钟信号的频率，以根据比较结果产生所述控制信号。本发明实施例通过频率生成模块产生随所述供电电压变化而动态变化的时钟信号的频率，当所述供电电压变化较大时，将引起所述时钟信号的频率严重变化，所述频率比较模块比较所述时钟信号的频率与频率稳定的参考时钟信号的频率，根据比较结果产生所述控制信号，以得到稳定的供电电压，有利于物联网设备中的电子系统稳定工作。所述控制信号使得所述供电电路在所述供电电压满足负载的供电需求时停止产生供电电压，停止消耗所述供电模块的功耗；在所述供电电压不满足负载的供电需求时，产生供电电压，可以尽可能降低供电电路的功耗。为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

图3是本发明实施例的一种供电电路的示意性结构框图。参考图3，所述供电电路300可以包括：供电模块31、频率生成模块32和频率比较模块33。

具体地，所述供电模块31适于在控制信号cs的控制下产生供电电压vout；所述频率生成模块32可以连接所述供电模块31的输出端，并根据所述供电电压vout产生时钟信号clk1，其中，所述时钟信号clk1的频率随所述供电电压vout的电压值而改变；所述频率比较模块33适于比较所述时钟信号clk1的频率与参考时钟信号clkr的频率，以根据clk1与clkr的比较结果产生所述控制信号cs。

具体实施中，所述频率生成模块32可以为环形振荡器。环形振荡器的振荡频率受电源电压变化的影响很大，当电源电压降低50％时，频率可以下降50％以上，而且，还具有结构简单，功耗低等优点。因而，本发明实施例的频率生成模块可以为环形振荡器。

需要说明的是，本发明实施例在确定频率差值的预设阈值之后，可以根据所述供电电路的应用场景以及所述参考时钟信号的频率，选择合适的环形振荡器。

作为一个优选实施例，所述时钟信号clk1的频率可以与所述供电电压vout成正比，例如，所述时钟信号clk1的频率可以随所述供电电压vout的电压值的增大而增大，随所述供电电压vout的电压值的减小而减小。

进一步地，当所述时钟信号clk1的频率与所述参考时钟信号clkr的频率的频率差值小于预设阈值时，所述控制信号cs可以控制所述供电模块31停止产生所述供电电压vout。在实际应用中，所述预设阈值可以根据所述供电电路的具体应用环境设置，也可以根据所述供电电路的试验统计结果设置。

进一步地，当所述频率差值大于等于所述预设阈值时，所述控制信号cs可以控制所述供电模块31重新产生所述供电电压vout。

作为一个非限制性实施例，参考图3，所述供电电路300提供了一种低压低功耗的电压维持电路。具体地，当供电电路300中有电流流通时，供电模块31输出供电电压vout，为频率生成模块32提供供电电压vout。其中，频率生成模块32(如环形振荡器)产生时钟信号clk1并输入至频率比较模块33。负载(图未示)的参考时钟信号clkr也输入至频率比较模块33。频率比较模块33对时钟信号clk1的频率与参考时钟信号clkr的频率进行比较，并根据比较结果产生控制信号cs。

由于时钟信号clk1的频率随供电电压vout的增大而增大，而参考时钟信号clkr的频率不受供电电压vout影响，因而供电电路300初始上电时，时钟信号clk1的频率较小，二者的频率差较大。当所述频率差值大于等于所述预设阈值时，频率比较模块33产生的控制信号cs控制所述供电模块31，以使供电模块31继续产生供电电压vout。

随着供电电路300持续上电，时钟信号clk1的频率继续增大，时钟信号clk1和参考时钟信号clkr的频率差将逐渐减小。当所述频率差值小于所述预设阈值时，控制信号cs将控制所述供电模块31停止产生供电电压vout。

一旦供电模块31停止供电，频率生成模块32产生的时钟信号clk1的频率随供电电压vout的减小而减小，时钟信号clk1与参考时钟信号clkr的频率差反而逐渐增大。当所述频率差值大于等于所述预设阈值时，频率比较模块33产生的控制信号cs控制所述供电模块31重新产生供电电压vout。由上，供电电路300基于频率差在上电、断电之间往复，可以减小功耗。

图4是本发明实施例的又一种供电电路的示意性结构框图。

参考图4，所述供电电路400可以包括供电模块41、频率生成模块42和频率比较模块43。其中，所述频率生成模块42和所述频率比较模块43的工作原理、工作方式的更多内容，可以参照上述图3中的相关描述，这里不再赘述。

作为一个优选实施例，所述供电模块41可以包括：基准电源411、电源控制模块412和稳压器413。

具体实施中，所述电源控制模块412可以接收所述控制信号cs，并根据所述控制信号cs控制所述基准电源411工作以产生基准电压v1，或者控制所述基准电源411停止工作；所述稳压器413可以连接所述基准电源411的输出端，适于根据所述基准电压v1产生所述供电电压vout。

作为一个非限制性实施例，所述基准电源411可以为带隙基准电源。

作为又一个非限制性实施例，所述稳压器413可以为低压差线性稳压器。

作为一个优选实施例，所述供电模块41还可以包括第一电容c1。

具体地，所述第一电容c1的第一端可以连接所述基准电源411的输出端，所述第一电容c1的第二端接地。利用电容的充放电原理，可以使得所述供电电路400在恢复供电时快速回复电压。通过与所述第一电容c1连接，所述供电模块400可以防止所述基准电源411的电压掉电过快，从而减小所述频率生成模块重新产生时钟信号所需的时间。

优选地，所述供电电路400还可以包括第二电容c2。具体实施中，所述第二电容c2的第一端可以连接所述供电模块41的输出端，所述第二电容c2的第二端接地。

进一步地，所述供电电路400还可以包括参考时钟生成模块44。所述参考时钟生成模块44适于产生所述参考时钟信号clkr。

进一步地，所述参考时钟生成模块44为负载50中的实时时钟模块(图未示)，所述负载50可以从所述供电模块41接收所述供电电压vout，也即，所述供电电压vout也为所述负载50内的负载单元501供电。

进一步地，所述频率比较模块43可以比较所述参考时钟生成模块产生的时钟信号clkr的频率和所述频率生成模块42产生的时钟信号clk1的频率，进而实现所述控制信号cs控制所述供电模块41停止产生或重新产生所述供电电压。

作为一个非限制性实施例，参考图4，所述供电电路400实现了一种低压低功耗的电压维持电路。具体地，供电电路400刚上电时，供电模块41中的基准电源411(如带隙基准电源)的输出端连接第一电容c1的第一端和稳压器413的一端。当供电电路400中有电流流通时，基准电源411为第一电容c1充电，基准电源411的输出电压v1为稳压器413(如低压差线性稳压器)提供电压。稳压器413的输出端连接第二电容c2的第一端，为第二电容c2充电，第二电容c2的第二端接地。此外，稳压器413的输出端输出供电电压vout，为与稳压器413连接的负载50和频率生成模块42提供电压。

上电后，频率生成模块42(如环形振荡器)产生时钟信号clk1并输入至频率比较模块43。负载50中的实时时钟模块(图未示)产生稳定的参考时钟信号clkr输入至频率比较模块43。频率比较模块43对时钟信号clk1的频率与参考时钟信号clkr的频率进行比较，并根据比较结果产生控制信号cs。

由于时钟信号clk1的频率随供电电压vout的增大而增大，而参考时钟信号clkr的频率不受供电电压vout影响，因而供电电路400初始上电时，时钟信号clk1的频率较小，二者的频率差较大。当所述频率差值大于等于所述预设阈值时，频率比较模块43产生的控制信号cs控制所述供电模块41中的电源控制模块412，以使基准电源411继续产生电压v1。

随着供电电路400持续上电，时钟信号clk1的频率继续增大，时钟信号clk1和参考时钟信号clkr的频率差将逐渐减小。当所述频率差值小于所述预设阈值时，控制信号cs将控制所述供电模块41中的电源控制模块412，以使基准电源411停止产生电压v1。

当基准电源411停止供电时，第一电容c1将放电为稳压器413提供电压，同时第二电容c2也将放电为频率生成模块42和负载50提供电压。随着时间的增加，第一电容c1和第二电容c2的电量逐渐降低，供电电压vout逐渐减小，时钟信号clk1的频率也将随供电电压vout的减小而减小。因而，时钟信号clk1的频率与参考时钟信号clkr的频率差将逐渐增大。当所述频率差值大于等于所述预设阈值时，频率比较模块43产生的控制信号cs控制所述供电模块41中的电源控制模块412，以使基准电源411重新产生电压v1。由上，供电电路400基于频率差在电路上电、断电之间往复，可以减小供电电路400的功耗。

图5是本发明实施例的供电电路的仿真波形示意图。结合图4和图5，仿真时，设置所述时钟信号clk1的频率高于参考时钟信号clkr的频率。在此仿真条件下，由于现有技术中，基准电源411持续供电，现有技术中的供电电路的电压avdd0的电压值保持恒定不变，其仿真波形也保持不变。然而，本发明实施例中的供电电路的电压avdd1的电压值受控于控制信号cs，随着所述供电电路400逐渐稳定，基准电源411时而通电，时而断电，其电压值无法保持恒定，所述时钟信号clk1的频率也随所述供电电压vout的电压值而改变。当所述时钟信号clk1的频率高于所述参考时钟信号clkr的频率时，所述时钟信号clk1的频率变化更显著。通过比较结果可以控制所述电源控制模块412为所述供电电路400中的供电模块41上电或断电，从而节省功耗。

图6是本发明实施例的供电电路与现有技术中的供电电路的电压仿真结果示意图。

参考图6的仿真结果，现有技术的供电电路的电压(也即图示中的电压：avdd0)保持不变，这是因为现有技术中的供电电路中的带隙基准电源为常开模块，在供电电路工作过程中，电压avdd0的电压值保持恒定不变。而本发明实施例的供电电路的电压(也即图示中的电压：avdd1)随着电路逐渐稳定，供电电路通电与断电的开关比例逐渐增大，稳定后，电源的通电与断电比例接近1:11，也即，可以节省近90％的功耗。而且，在本发明实施例中，参考时钟生成模块为负载中自带的实时时钟模块，并不会额外增加功耗。本领域技术人员理解，新增的频率生成模块(例如，环形振荡器)的耗电量比较小，一般为纳安级，在负载功耗对比下，所述频率生成模块的功耗可以忽略不计。

本发明实施例还公开了一种电子设备，包括以上所述的供电电路。其中，所述电子设备可以是智能家居设备、可穿戴设备等nb-iot设备，也可以是其它物联网设备。采用本发明实施例提供的供电电路，可以延长电子设备的工作时间。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。