一种数字无线终端的rtc时钟电源电路的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种数字无线终端的RTC时钟电源电路，包括：主电源、备份电池、主电源回路、备份电池充电回路、备份电池放电回路以及隔离电路；所述主电源的输出端经过主电源回路连接至隔离电路的输入端，同时依次经过备份电池充电回路、备份电池、备份电池放电回路连接至隔离电路的输入端；所述隔离电路的输出端连接至RTC模块的电源引脚。本发明简单独特、成本低、容易实施，可以延长终端设备内置的备份电池的使用寿命，提高系统实时时钟RTC电路在各种电源条件下的稳定可靠性。
【专利说明】一种数字无线终端的RTC时钟电源电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及专业无线通信领域，尤其涉及一种数字无线终端的RTC时钟电源电路。
【背景技术】
[0002]随着专业无线通信设备的数字化转型，大量的数字通信终端设备在市场上出现。但是各种终端设备鱼龙混杂，性能参差不齐，尤其一些细节功能做的不尽人意。
[0003]新型的专业数字无线通信终端设备大多采用嵌入式操作系统平台，使用大型高速多核处理器，配置彩色显示屏，所以基本上都支持RTC(实时时钟)功能。尤其对手持终端设备来说，对显示界面的实时时间有较高的要求，包括时钟精度，主电池断电后的RTC时钟维持时间等。
[0004]终端设备采用的嵌入式处理器一般都有内置独立的RTC模块，提供独立的备份电源接口。在电路设计中，一般采用小容量的纽扣电池给RTC模块的电源端供电，以维持RTC时钟正常运行以及保持其它一些帮助处理器启动的重要数据。
[0005]电路设计要求在终端设备的主电源正常存在的情况下能给RTC模块提供稳定的工作电压使设备能正常启动，同时要给备份电池补充能量，还要在主电源断开的情况下，能够单独依靠备份电池放电，尽可能长时间地维持RTC模块的工作。
[0006]在终端设备的电路设计中，实时时钟(RTC)的备份电源电路设计容易被忽视，一般简单的设计方法是把小型纽扣电池正负极直接挂接在处理器的RTC电源接口和地之间，或者连接电路过于简单。简单化的RTC时钟电路设计会给终端的品质带来一些问题隐患。
[0007]嵌入式处理器内部一般都有独立的RTC模块电路，独立的备份电源端口，独立的参考时钟，不受处理器复位影响。RTC模块电路对备份电源有一定的要求，当电压过高或过低都可能影响RTC内部时钟运行。RTC模块的备份电源还要给处理器的启动数据备份内存电路提供电源，终端设备开机、关机、带电池，不带电池等不同负载条件下RTC模块的电源端口的负载电流会有较大波动，如果没有控制好电压适应范围，很容易导致终端设备在某些极端条件下失效，导致显示时钟异常，甚至导致终端设备启动失败。
[0008]由于手持终端设备的内部空间一般等候比较紧凑，对元件封装尺寸有严格限制，大多选用小型纽扣电池作为RTC模块的备份电池。对这种小容量的备份电池，不正确或不合理的充电放电电路设计，会严重影响电池的使用效果，缩短电池放电时间，导致设备长时间关机放置或者更换电池的时候很容易丢失实时时钟数据，或者导致显示走时精度低误差大。还会缩短备份电池的使用寿命，导致备份电池快速失效，最后使终端设备完全无法保持正确时间显示，每次关机或者每次更换主电池时间立即归零。极端情况下，终端设备开机时，如果备份电源电压异常可能会引起处理器无法启动的严重后果。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提供一种数字无线终端的RTC时钟电源电路，延长备份电池的放电时间，延长备份电池的使用寿命，提高系统实时时钟RTC电路在各种电源条件下的稳定可靠性。
[0010]本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
[0011]一种数字无线终端的RTC时钟电源电路，包括:主电源、备份电池、主电源回路、备份电池充电回路、备份电池放电回路以及隔离电路；
[0012]所述主电源的输出端经过主电源回路连接至隔离电路的输入端，同时依次经过备份电池充电回路、备份电池、备份电池放电回路连接至隔离电路的输入端；所述隔离电路的输出端连接至RTC模块的电源引脚；
[0013]所述主电源回路，用于对主电源的输出电压进行降压变换，提供一路稳定的电压经过隔离电路给RTC模块供电；
[0014]所述备份电池充电回路，用于对主电源的输出电压进行降压变换，提供一路稳定的电压给备份电池补充电能，使备份电池始终保持接近满电压状态；还用于在主电源断开时对备份电池反向隔离；
[0015]所述备份电池放电回路，用于对备份电池的输出进行限流和降压后，提供一路电压经过隔离电路给RTC模块供电；
[0016]所述隔离电路，用于在所述主电源回路有电压输出且备份电池充满电时，切断备份电池放电回路，导通主电源回路，由主电源为RTC模块供电；在所述主电源回路没有输出时，控制由备份电池放电回路为RTC模块供电，同时隔离切断备份电池向主电源回路的反向泄漏电流。
[0017]优选地，所述主电源包括:主电池和第一级电源LDO ；
[0018]所述第一级电源LDO的一端连接与主电池连接，另一端同时与主电源回路和备份电池充电回路连接；
[0019]所述第一级电源LD0,用于将主电池的额定电压7.5V降为3.6V后作为主电源的输出电压。
[0020]优选地，所述主电源回路包括第二级电源LD0，其输入端连接所述主电源的输出端、输出端连接隔离电路的输入端，用于将主电源的输出电压由3.6V降为1.2V后经隔离电路供给RTC模块。
[0021]优选地，所述备份电池充电回路包括串联的第一隔离二极管和充电限流电阻，所述第一隔离二极管的正极与主电源的输出端连接，充电限流电阻同时与备份电池连接。
[0022]优选地所述第一隔离二极管具体为肖特基管。
[0023]优选地，所述备份电池放电回路包括:放电限流降压电阻，其两端分别与备份电池和隔离电路连接。
[0024]优选地，所述隔离电路包括:第二隔离二极管和第三隔离二极管；
[0025]所述第二隔离二极管的正极与主电源回路的输出端连接、负极与RTC模块的电源引脚连接，所述第三隔离二极管的正极与备份电池放电回路连接、负极与RTC模块的电源引脚连接。
[0026]优选地，所述隔离电路包括:第二隔离二极管、N沟道型MOSFET以及第三电阻；
[0027]所述第二隔离二极管的正极与备份电池放电回路连接、负极与RTC模块的电源引脚连接；所述N沟道型MOSFET的源极与主电源回路连接、漏极与RTC模块的电源引脚连接、栅极与第三电阻的一端连接；所述第三电阻的另一端与主电源的输出端连接。
[0028]本发明与现有技术相比，有益效果在于:
[0029]本发明简单独特、成本低、容易实施，可以延长终端设备内置的备份电池的使用寿命，提闻系统实时时钟RTC电路在各种电源条件下的稳定可罪性。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1为本发明的RTC时钟电源电路原理图；
[0031]图2为本发明实施例一提供的RTC时钟电源电路图；
[0032]图3为本发明实施例二提供的RTC时钟电源电路图。
【具体实施方式】
[0033]本发明核心思想:给终端设备内RTC模块设计一个外部的备份电源电路，按照RTC模块电路硬件对电源的要求，选择合理电路形式和电路参数，控制电压变化范围，控制主电源和备份电源的分配切换，控制合理的充电放电电流，保持备份电池的最佳工作状态，延长备份电池的放电时间，延长备份电池的使用寿命，使终端设备的实时时间显示功能更加稳定可靠。
[0034]请参阅图1，以一种采用TI的OMAP处理器的终端设备为例，处理器内嵌实时时钟(RTC)电路模块，RTC模块对外提供一个独立的电源引脚，用于备份电源的接入。RTC模块的电源端标称的电压是1.2V，RTC电路实际工作允许的电压变化范围在0.5V-1.3V。如果电压超出1.3V，RTC时钟将停止工作；电压过低，RTC时钟的误差将加大，影响走时精度。
[0035]案例中，手持终端设备主电源使用千毫安时级别的大容量充电电池，称为主电源。备份电池使用纽扣电池，容量大约在0.1mAh到1.0mAh范围。
[0036]方案中终端设备的主电池直接提供主电源电压，不受设备的电源开关控制，只要终端设备安装了主电池，即使设备关机，仍然可以保持主电源回路的输出，维持RTC模块独立工作。终端设备不安装主电池时，也要求能维持RTC模块独立工作。
[0037]图1中实线框内的电路框图，电路分成两条大的电流路径:
[0038]路径(一):主电源回路，主电池电压经过降压变换，提供一路稳定的电压经过隔离电路直接给RTC模块供。
[0039]路径(二):备份电池回路，包括备份电池的充电和放电，经过限流电阻和隔离电路给RTC模块供电。
[0040]其中路径(二)备份电池回路又分成充电回路和放电回路前后两段:
[0041]A.前半段是充电回路，主电池电压经过降压变换，提供一路稳定电压持续地缓慢地给备份电池补充电能，使备份电池始终保持接近满电压状态；这个回路控要制充电电流，同时要避免主电源断开时备份电池反向漏电。
[0042]B.后半段是放电回路，备份电池放电通过限流电阻和降压后，给RTC模块电路供电。这个回路要控制放电电流，控制合理的压降，同时要能够对主电源进行隔离和切换。
[0043]路径(二)的输出电压与上述路径(一)中主电源直接输出的电压，同时经过隔离电路切换，选择其中一路给RTC模块供电。
[0044]主电源回路和备份电池回路是相互独立的两个电流路径。
[0045]当终端设备安装了主电池即主电源回路有输出且备份电池充满电的情况下，通过隔离电路的选择，要切断备份电池放电回路，优先使用主电源回路，由主电池给RTC模块供电。
[0046]当终端设备没有安装主电池即主电源没有输出时，由备份电池放电回路给RTC模块供电。同时要隔离切断备份电池向主电源回路的反向泄漏电流。
[0047]主电池给备份电池充电电流根据电池容量通过调整限流电阻参数要控制在5uA左右。
[0048]备份电池放电电流根据电池容量通过调整限流电阻参数要控制在5uA左右。
[0049]终端设备关机或没有安装主电池即没有主电源的状态下，备份电池放电时间要求达到24小时以上。
[0050]时间显示部分是为了辅助说明一种应用形式，与本方法原理无关，后面不再详述。
[0051]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
[0052]实施例一
[0053]详细电路如图2，其中，U3是终端设备的嵌入式处理器，内置RTC模块单元，有独立的电源接口。Xl为RTC模块的独立时钟，一般为32.768KHZ。主电源包括主电池BATT和第一级电源LDO(Ul)。
[0054]Ul是第一级降压稳压器，低压差电源转换芯片LD0，把主电池的额定电压7.5V降为3.6V，作为主电源的输出电压，一路给后级LDO再降为1.2V电压后，直接供给RTC模块；同时另一路用于给备份电池充电。
[0055]U2是第二级降压稳压器，低压差电源转换芯片LD0，把主电源输出的3.6V再降为1.2V，供给RTC模块，确保RTC VDD端的最大电压不超过1.3V。
[0056]Dl是隔离二极管,使用结电压较低的肖特基管(Shottky barrier d1de),正向压差较小，根据电流不同大约为0.1-0.2V。用于备份电池充电回路的反向隔离，当终端没有安装电池即没有主电源时，可以隔离备份电池BTl的放电电流返回到Ul和U2，避免产生电流泄漏。
[0057]Rl是备份电池BTl的充电限流电阻，选取合适的参数控制充电电流在IuA-1OuA范围。
[0058]R2是备份电池BTl的放电限流降压电阻，选取合适的参数控制放电电流在IuA-1OuA范围，同时控制最大电压降为1.8V，使D2正极端的最大电压约为1.2V。
[0059]D2, D3是隔离二极管,使用正向压差较小的肖特基管(Shottky barrier d1de)。
[0060]D2的作用是切换备份电池回路，当终端设备安装了主电池即主电源有输出时优先使用主电源，断开备份电池放电回路，避免备份电池BTl放电。
[0061]D3的作用是，在终端设备没有安装主电池即主电源没有输出的时候，断开主电源回路，使RTC VDD端的电流不会返回U2，避免产生电流泄漏。
[0062]主电源回路第二级LDO(U2)输出的1.2V经过D3后，电压降低约0.2V，到达RTCVDD端的电压大约为1.0V。
[0063]备份电池BTl充满电压(3.0V)时，放电回路经过电阻R2限流降压，调整合适的R2参数，控制到达D2正极端的最大电压约为1.2V。实际使用中，备份电池的放电电压是逐渐降低的。
[0064]备份电池放电回路有三种工作状态:
[0065]A.如果终端设备正常开机，主电源回路有输出，因为处理器启动，RTC电路的电源负载电流会大一些，二极管D3的压降约0.2V，到达RTC VDD的电压为1.0V,则二极管D2正极负极两端电压相同，处于截止状态，备份电池放电回路断开，电池不会放电。此时RTC模块由主电源回路供电。
[0066]B.如果终端设备关机状态，主电源回路仍然有输出，但是处理器处于休眠状态，RTC电路的电源会降低到最小的维持电流，二极管D3的压降约0.1V，到达RTC VDD的电压约为1.1V。二极管D2正极电压低于负极电压，处于截止状态，备份电池放电回路断开，电池不会放电。此时RTC模块由主电源回路供电。
[0067]C.如果终端设备没有安装电池，主电源回路没有电压输出，此时D2因为正向偏置保持导通。此时只有备份电池放电回路在独立维持工作。备份电池缓慢放电经过R2限流降压，再经过二极管D2后，到达RTC VDD端供给RTC模块。在这个状态下，经过一段时间放电后备份电池BTl的电压会逐渐降低，放电电流也在逐渐减小，RTC VDD端电压也会跟随相应降低。RTC VDD端电压降到0.5V之前，可以一直维持RTC模块的正常工作。
[0068]实施二
[0069]详细电路如图3，其中，U3是终端设备的嵌入式处理器，内置RTC模块单元，有独立的电源接口。Xl为RTC模块的独立时钟，一般为32.768KHZ。主电源包括主电池BATT和第一级电源LDO(Ul)。
[0070]Ul是第一级降压稳压器，低压差电源转换芯片LD0，把主电池的额定电压7.5V降为3.6V，作为主电源的输出电压，一路给后级LDO再降为1.2V电压后，直接供给RTC模块；同时另一路用于给备份电池充电。
[0071]电源转换芯片U2是第二级低压差降压稳压器LD0，把主电源输出的3.6V再降为
1.2V，供给RTC模块，确保RTC VDD端的最大电压不超过1.3V。
[0072]Dl是隔离二极管,使用结电压较低的肖特基管(Shottky barrier d1de),正向压差较小，根据电流不同大约为0.1-0.2V。用于备份电池充电回路的反向隔离，当终端没有安装电池即没有主电源时，可以隔离备份电池BTl的放电电流返回到Ul和U2，避免产生电流泄漏。
[0073]Rl是备份电池BTl充电限流电阻，选取合适的参数控制充电电流在IuA-1OuA范围。
[0074]R2是备份电池BTl放电限流降压电阻，选取合适的参数控制放电电流在IuA-1OuA范围，同时控制最大电压降约为1.8￥，使02正极端的最大电压约为1.2V。
[0075]D2，Ql，R3属于隔离电路部分。
[0076]D2是隔离二极管,使用结电压较低的肖特基管(Shottky barrier d1de),正向压差约0.1-0.2V。D2的作用是切换备份电池回路，当终端安装了主电池即主电源有输出时优先使用主电源，断开备份电池放电回路，避免备份电池BTI放电。
[0077]Ql是N沟道型M0SFET，用于主电源回路的隔离开关，MOS管具有比肖特基管更优异的导通性能，电压降接近为0，属于电压驱动型器件，高电平导通。当终端安装了电池即主电源有输出的时候，通过R3给MOS管Ql的栅极提供一个高电平，使Ql导通，LDO (U2)的稳定输出电压到达RTC VDD端的电压大约仍为1.2V。
[0078]Ql作为主电源回路的开关，替代案例(一)图2中D3的功能，其作用在于终端没有安装电池即没有主电源的时候，可以让RTC VDD端的电流不会返回U2，避免产生电流泄漏。
[0079]备份电池BTl充满电压(3.0V)时放电经过电阻R2限流降压，调整合适的R2参数，控制到达D2正极端的最大电压约为1.2V。实际使用中，备份电池的放电电压是逐渐降低的。
[0080]备份电池放电回路有三种工作状态:
[0081]A.如果终端设备正常开机，主电源回路有输出，因为处理器启动，RTC电路的电源负载电流会大一些，二极管D3的压降约0.2V，到达RTC VDD的电压为1.0V,则二极管D2正极负极两端电压相同，处于截止状态，备份电池放电回路断开，电池不会放电。此时RTC模块由主电源回路供电。
[0082]B.如果终端设备关机状态，主电源回路仍然有输出，但是处理器处于休眠状态，RTC电路的电源会降低到最小的维持电流，二极管D3的压降约0.1V，到达RTC VDD的电压约为1.1V。二极管D2正极电压低于负极电压，处于截止状态，备份电池放电回路断开，电池不会放电。此时RTC模块由主电源回路供电。
[0083]C.如果终端设备没有安装电池，主电源回路没有电压输出，此时D2因为正向偏置保持导通。此时只有备份电池放电回路在独立维持工作。备份电池缓慢放电经过R2限流降压，再经过二极管D2后，到达RTC VDD端供给RTC模块。在这个状态下，经过一段时间放电后备份电池BTl的电压会逐渐降低，放电电流也在逐渐减小，RTC VDD端电压也会跟随相应降低。RTC VDD端降到0.5V之前，可以一直维持RTC模块的正常工作。
[0084]上述实施例二和实施例一的差别在于隔离电路部分。其中，
[0085]实施例一中D3采用肖特基二极管作为隔离元件，电路简单，缺点是自身有一定电压降。
[0086]实施例二中采用MOS管Ql作为隔离元件，Ql的作用等效于实施例一中的D3，也是作为主电源回路的隔离和开关。
[0087]当终端设备安装了电池时，通过R3给MOS管Ql的栅极提供一个高电平开启电压，Ql导通。主电源向RTC模块供电；
[0088]当终端设备没有安装电池即没有主电源的时候，通过R3可以让MOS管Ql迅速关断，使RTC VDD端的电流不会返回U2，其作用在于避免产生电流泄漏，更加有利于延长备份电池的维持时间。
[0089]实施例二的优点是MOS管比肖特基二极管有更低的导通压降，几乎为0，可以确保在终端设备安装了电池开机正常运行状态下，RTC VDD端的电压可以稳定地保持在1.2V左右，给RTC模块提供更加可靠的电压。
[0090]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种数字无线终端的RTC时钟电源电路，其特征在于，包括:主电源、备份电池、主电源回路、备份电池充电回路、备份电池放电回路以及隔离电路； 所述主电源的输出端经过主电源回路连接至隔离电路的输入端，同时依次经过备份电池充电回路、备份电池、备份电池放电回路连接至隔离电路的输入端；所述隔离电路的输出端连接至RTC模块的电源引脚； 所述主电源回路，用于对主电源的输出电压进行降压变换，提供一路稳定的电压经过隔离电路给RTC模块供电； 所述备份电池充电回路，用于对主电源的输出电压进行降压变换，提供一路稳定的电压给备份电池补充电能，使备份电池始终保持接近满电压状态；还用于在主电源断开时对备份电池反向隔离； 所述备份电池放电回路，用于对备份电池的输出进行限流和降压后，提供一路电压经过隔离电路给RTC模块供电； 所述隔离电路，用于在所述主电源回路有电压输出且备份电池充满电时，切断备份电池放电回路，导通主电源回路，由主电源为RTC模块供电；在所述主电源回路没有输出时，控制由备份电池放电回路为RTC模块供电，同时隔离切断备份电池向主电源回路的反向泄漏电流。
2.如权利要求1所述的数字无线终端的RTC时钟电源电路，其特征在于，所述主电源包括:主电池和第一级电源LDO ； 所述第一级电源LDO的一端连接与主电池连接，另一端同时与主电源回路和备份电池充电回路连接； 所述第一级电源LD0,用于将主电池的额定电压7.5V降为3.6V后作为主电源的输出电压。
3.如权利要求1所述的数字无线终端的RTC时钟电源电路，其特征在于，所述主电源回路包括第二级电源LD0，其输入端连接所述主电源的输出端、输出端连接隔离电路的输入端，用于将主电源的输出电压由3.6V降为1.2V后经隔离电路供给RTC模块。
4.如权利要求1所述的数字无线终端的RTC时钟电源电路，其特征在于，所述备份电池充电回路包括串联的第一隔离二极管和充电限流电阻，所述第一隔离二极管的正极与主电源的输出端连接，充电限流电阻同时与备份电池连接。
5.如权利要求4所述的数字无线终端的RTC时钟电源电路，其特征在于，所述第一隔离二极管具体为肖特基管。
6.如权利要求1所述的数字无线终端的RTC时钟电源电路，其特征在于，所述备份电池放电回路包括:放电限流降压电阻，其两端分别与备份电池和隔离电路连接。
7.如权利要求1至6任一所述的数字无线终端的RTC时钟电源电路，其特征在于，所述隔离电路包括:第二隔离二极管和第三隔离二极管； 所述第二隔离二极管的正极与主电源回路的输出端连接、负极与RTC模块的电源引脚连接，所述第三隔离二极管的正极与备份电池放电回路连接、负极与RTC模块的电源引脚连接。
8.如权利要求1至6任一所述的数字无线终端的RTC时钟电源电路，其特征在于，所述隔离电路包括:第二隔离二极管、N沟道型MOSFET以及第三电阻； 所述第二隔离二极管的正极与备份电池放电回路连接、负极与RTC模块的电源引脚连接；所述N沟道型MOSFET的源极与主电源回路连接、漏极与RTC模块的电源引脚连接、栅极与第三电阻的一端连接；所述第三电阻的另一端与主电源的输出端连接。
【文档编号】H02J9/04GK104167807SQ201410375319
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年8月1日 优先权日:2014年8月1日
【发明者】童奉群, 付文良 申请人:科立讯通信股份有限公司