一种实现SoC芯片低压实时检测的系统及其检测方法与流程

本发明属于片上系统设计领域，尤其涉及一种实现soc芯片低压实时检测的系统及其检测方法。

背景技术

在消费类片上系统(systemonchip，soc)芯片应用中，对于芯片电源管理，一般使用低压检测(lowvoltagedetect，lvd)模块进行低电检测，如图1所示。

其检测原理是：直流-直流转换器为soc芯片的外挂模块，用于将soc芯片的外部电池供电电压(vbat电压)转换成soc芯片的工作电压(vdd电压)。中央处理器通过操作内部的寄存器对模/数转换控制器进行控制，进而控制模/数转换器对vmid电压和vbg电压进行采样。lvd模块基于采样结果、通过计算得到当前的vbat供电电压。当lvd模块检测到当前的vbat供电电压降到设定的电压档位时，会产生信息通知中央处理器，中央处理器将复位整个系统。

由于lvd模块有固定的电压档位设置，在设计完流片后，soc芯片只能选择固定的电压档位进行检测，这样，在实际应用中，无法配置多个档位进行同时监控、预警，有很大的局限性。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种实现soc芯片低压实时检测的系统，旨在解决现有技术采用具有固定电压档位设置的lvd模块对soc芯片进行低压检测，无法配置多个档位进行同时监控、预警，有很大局限性的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种实现soc芯片低压实时检测的系统，包括soc芯片内部的模/数转换器和模/数转换控制器，所述系统还包括：

soc芯片内部的电阻分压采样电路，用于对vbat电压分压后输出vmid电压；

soc芯片内部的中央处理器，所述中央处理器包括寄存器组，所述寄存器组包括多个与vbat电压的不同电压档位分别一一对应的寄存器，所述中央处理器用于对各寄存器的值进行配置，还用于对所述模/数转换控制器进行控制，进而控制所述模/数转换器对vmid电压和vbg电压进行采集；

片内电源管理模块的处理器，用于保存所述模/数转换器的采集结果，实时得到vbat电压的电压值vbat，并根据各寄存器的值对vbat电压进行阶梯性监控。

本发明实施例的另一目的在于提供一种如上所述的实现soc芯片低压实时检测的系统的检测方法，所述方法包括以下步骤：

a1：中央处理器对寄存器组中、与vbat电压的不同电压档位分别一一对应的各寄存器的值进行配置；

a2：中央处理器对模/数转换控制器进行控制，进而控制模/数转换器对vbg电压和电阻分压采样电路分压输出的vmid电压进行采集；

a3：处理器保存模/数转换器的采集结果，实时得到vbat电压的电压值vbat，并根据各寄存器的值对vbat电压进行阶梯性监控。

本发明实施例提出的实现soc芯片低压实时检测的系统及其检测方法中，中央处理器内部的寄存器组包括多个与vbat电压的不同电压档位分别一一对应的寄存器，片内电源管理模块的处理器根据各寄存器的值对vbat电压进行阶梯性监控，产生相应的中断，中央处理器将根据中断类型快速响应进行低电流程。通过多个vbat电压档位的设置，可以对多个vbat电压档位同时进行监控、预警，丰富了低压检测功能，拓展了应用范围。

附图说明

图1是现有技术采用lvd模块对soc芯片进行低电检测的系统原理图；

图2是本发明实施例提供的实现soc芯片低压实时检测的系统的架构图；

图3是本发明实施例提供的实现soc芯片低压实时检测的系统的检测原理图；

图4是本发明实施例提供的实现soc芯片低压实时检测的系统的检测方法的流程图。

具体实施方式

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。

针对现有技术存在的问题，本发明实施例提出了一种实现soc芯片低压实时检测的系统。该系统中，中央处理器内部的寄存器组包括多个与vbat电压的不同电压档位分别一一对应的寄存器，片内电源管理模块的处理器根据各寄存器的值对vbat电压进行阶梯性监控。

以下结合图1所示，首先对vbat电压的检测原理进行推导说明：

定义soc芯片内部的参考电压bg的模拟电压值以vbg表示，该值为已知的固定值，vbg经模/数转换器转换得到的数字电压值以dbg表示，模/数转换器的设计精度为n位，则有：

选择vbat电压的中间电压vmid连接到模/数转换器的另一输入通道，定义该电压的模拟电压值以vmid表示，vmid经模/数转换器转换得到的数字电压值以dmid表示，则有：

由公式(1)和(2)，得到：

进而得到需要检测的vbat电压的电压值vbat为：

为了尽可能地消除第一分压电阻r1和第二分压电阻r2的阻值不同带来的误差，要求第一分压电阻r1的阻值r1和第二分压电阻r2的阻值r2必须相同，阻值的偏差范围要在0.1％之内，即r1＝r2，这样，vbat电压的精度可以表示为：

若dmid约为2.5v，dbg约为0.8v，则δvbat≈2×3×δvbg＝6×δvbg。

由以上推导可见，为了实时检测电压值vbat，需要对模/数转换器转换后输出的数字电压值dmid和dbg进行实时检测，之后经公式(4)，得到电压值vbat。

图2示出了本发明实施例提供的实现soc芯片低压实时检测的系统的架构，图3示出了本发明实施例提供的实现soc芯片低压实时检测的系统的检测原理。

结合图2和图3所示，本发明实施例中，实现soc芯片低压实时检测的系统包括soc芯片内部的模/数转换器1和模/数转换控制器2，还包括：soc芯片内部的电阻分压采样电路5，用于对vbat电压分压后输出vmid电压；soc芯片内部的中央处理器3，中央处理器3包括寄存器组4，寄存器组4又包括多个与vbat电压的不同电压档位分别一一对应的寄存器，中央处理器3用于对各寄存器的值进行配置，还用于对模/数转换控制器2进行控制，进而控制模/数转换器1对vbg电压和vmid电压进行采集；片内电源管理模块4的处理器41，处理器41用于保存模/数转换器1的采集结果，利用公式(4)实时得到vbat电压的电压值vbat，并根据各寄存器的值对vbat电压进行阶梯性监控。之后，处理器41会实时产生相应的中断信息告知中央处理器3，中央处理器3快速响应中断并处理。

其中，多个与vbat电压的不同电压档位分别一一对应的寄存器可以是：vbat电压过高值寄存器pmubathw，当处理器41根据模/数转换器1的采集结果，依据公式(4)监控到电压值vbat大于该寄存器的配置值时，向中央处理器3发起可屏蔽/不可屏蔽中断；vbat电压过低值寄存器pmubatlw，当处理器41根据模/数转换器1的采集结果，依据公式(4)监控到电压值vbat小于该寄存器的配置值时，向中央处理器3发起不可屏蔽中断；vbat电压保护值寄存器pmubtprot，当处理器41根据模/数转换器1的采集结果，依据公式(4)监控到电压值vbat小于该寄存器的配置值时，处于预警状态，向中央处理器3发起普通中断。

进一步地，本发明实施例中，为了优化阶梯性监控，丰富监控功能，处理器41除了可以对vbat电压进行监控外，还可以对vdd电压进行阶梯性监控。此时，寄存器组4还可包括多个与vdd电压的不同电压档位分别一一对应的寄存器，处理器41还用于根据各寄存器的值对vdd电压进行阶梯性监控。

其中，多个与vdd电压的不同电压档位分别一一对应的寄存器可以是：vdd电压过高值寄存器pmudbghw，当处理器41根据模/数转换器1的采集结果，依据公式(4)及vdd电压与vbat电压的转换关系监控到电压值vdd大于该寄存器的配置值时，向中央处理器3发起可屏蔽/不可屏蔽中断；vdd电压过低值寄存器pmudbglw，当处理器41根据模/数转换器1的采集结果，依据公式(4)及vdd电压与vbat电压的转换关系监控到电压值vdd小于该寄存器的配置值时，向中央处理器3发起不可屏蔽中断；vdd电压保护值寄存器pmudbgprot，当处理器41根据模/数转换器1的采集结果，依据公式(4)及vdd电压与vbat电压的转换关系监控到电压值vdd小于该寄存器的配置值时，向中央处理器3发起普通中断。

其中，电阻分压采样电路5可包括：第一分压电阻r1、第二分压电阻r2、第一开关s1和第二开关s2。第一分压电阻r1的第一端连接soc芯片的外部电源检测端口vbat，第一分压电阻r1的第二端顺次通过第一开关s1、第二开关s2和第二分压电阻r2接地，第一开关s1与第二开关s2连接的一端作为电阻分压采样电路5的输出端连接模/数转换器1。

本发明实施例中，在公式(4)中，模拟电压值vbg需要为一准确的电压值，而实际中，由于存在生产工艺、温度、和电压等偏差不同，每个芯片的模/数转换器1存在差异性，为了得到更高精度的模拟电压值vbg，去除模/数转换器1的差异性带来的影响，可在cp阶段对模拟电压值vbg进行校准。以下对cp阶段模拟电压值vbg的校正原理进行推导说明：

首先在soc芯片四周的一个vpad引脚灌入一个1v的标准模拟电压v1，以v1表示，v1经模/数转换器转换得到的数字电压值以d1表示，模/数转换器的设计精度为n位，则有：

之后从vpad引脚灌入一个2v的标准模拟电压v2，以v2表示，v2经模/数转换器转换得到的数字电压值以d2表示，则有：

由公式(6)和(7)，可得到：

结合公式(8)和(1)，可得到经校准后的实际的模拟电压值vbg为：

可见，在cp阶段，通过对模/数转换器1输出的数字电压值dbg、d2和d1的采集，即可利用公式(9)，计算得到实际的准确的模拟电压值vbg。

由此，本发明实施例中，寄存器组4还可包括模拟电压值vbg实际值寄存器pmurefvol，模/数转换器1的一个输入引脚还连接soc芯片的vpad引脚，用于在cp阶段，对经vpad引脚输入的1v模拟电压值和2v模拟电压值进行采集，并对vbg电压进行采集；处理器41还用于根据模/数转换器1的采集结果，利用公式(9)，得到实际的模拟电压值vbg，之后中央处理器3将模拟电压值vbg实际值寄存器pmurefvol的值配置为该实际的模拟电压值vbg。

本发明实施例中，寄存器组4还可包括电源管理模块采集模式寄存器、模/数转换器波特率寄存器、模/数转换器使能寄存器、电源管理模块采样频率寄存器。中央处理器3通过对电源管理模块采集模式寄存器的值的配置，实现对片内电源管理模块4采集模式为手动采集模式或自动采集模式的控制；中央处理器3通过对模/数转换器波特率寄存器的值的配置，实现对模/数转换器1的采样频率的控制；中央处理器3通过对模/数转换器使能寄存器的值的配置，实现对模/数转换器1的工作与否的控制；中央处理器3通过对电源管理模块采样频率寄存器的配置，实现对片内电源管理模块4的采样频率的控制，片内电源管理模块4的采样频率即片内电源管理模块4控制采集模/数转换器1的次数。

以下将对上述实现soc芯片低压实时检测的系统的工作原理进行举例说明：

首先，中央处理器3对电源管理模块采集模式寄存器的值进行配置，当该值为0时，片内电源管理模块4进入手动采集模式，当该值为1时，片内电源管理模块4进入自动采集模式。

在手动采集模式下，中央处理器3对模/数转换器波特率寄存器的值进行配置，对模拟电压值vbg实际值寄存器pmurefvol的值进行配置，使得其值为cp阶段校准后的实际的模拟电压值vbg，对vbat电压过高值寄存器pmubathw、vbat电压过低值寄存器pmubatlw、vbat电压保护值寄存器pmubtprot、vdd电压过高值寄存器pmudbghw、vdd电压过低值寄存器pmudbglw、vdd电压保护值寄存器pmudbgprot的值进行配置。之后对模/数转换器使能寄存器的值进行配置，以启动模/数转换器1，控制模/数转换器1开始进行模/数转换过程。之后，片内电源管理模块4将监控模/数转换器1的完成信号，当模/数转换器1转换完成后，片内电源管理模块4的处理器41读取模/数转换器1对vmid电压和vbg电压的采集结果并保存，同时发起中断通知中央处理器3模/数转换器1采集一次电压完成。之后，处理器41利用公式(4)实时得到vbat电压的电压值vbat和vdd电压的电压值vdd，并根据各寄存器的值对vbat电压和vdd电压进行阶梯性监控。之后，处理器41会实时产生相应的中断信息告知中央处理器3，中央处理器3快速响应相应的中断并处理。

在自动采集模式下，中央处理器3对模/数转换器波特率寄存器的值进行配置，对电源管理模块采样频率寄存器进行配置，以控制片内电源管理模块4控制采集模/数转换器1的次数，对模拟电压值vbg实际值寄存器pmurefvol的值进行配置，使得其值为cp阶段校准后的实际的模拟电压值vbg，对vbat电压过高值寄存器pmubathw、vbat电压过低值寄存器pmubatlw、vbat电压保护值寄存器pmubtprot、vdd电压过高值寄存器pmudbghw、vdd电压过低值寄存器pmudbglw、vdd电压保护值寄存器pmudbgprot的值进行配置。之后对模/数转换器使能寄存器的值进行配置，以启动模/数转换器1，控制模/数转换器1开始进行模/数转换过程。之后，片内电源管理模块4将监控模/数转换器1的完成信号，当模/数转换器1转换完成后，片内电源管理模块4的处理器41读取模/数转换器1对vmid电压和vbg电压的多次采集结果并进行平均后保存，同时发起中断通知中央处理器3模/数转换器1采集多次电压完成。之后，处理器41利用公式(4)实时得到vbat电压的电压值vbat和vdd电压的电压值vdd，并根据各寄存器的值对vbat电压和vdd电压进行阶梯性监控。之后，处理器41会实时产生相应的中断信息告知中央处理器3，中央处理器3快速响应相应的中断并处理。

本发明实施例还提供了一种如上所述的实现soc芯片低压实时检测的系统的检测方法，如图4所示，包括以下步骤：

s1：中央处理器3对寄存器组4中、与vbat电压的不同电压档位分别一一对应的各寄存器的值进行配置。

s2：中央处理器3对模/数转换控制器2进行控制，进而控制模/数转换器1对vbg电压和电阻分压采样电路5分压输出的vmid电压进行采集。

s3：处理器41保存模/数转换器1的采集结果，利用公式(4)实时得到vbat电压的电压值vbat，并根据各寄存器的值对vbat电压进行阶梯性监控。

本发明实施例中，若多个与vbat电压的不同电压档位分别一一对应的寄存器是vbat电压过高值寄存器pmubathw、vbat电压过低值寄存器pmubatlw和vbat电压保护值寄存器pmubtprot，则步骤s3中，根据各寄存器的值对vbat电压进行阶梯性监控的步骤可以是：当电压值vbat大于vbat电压过高值寄存器pmubathw的配置值时，处理器41向中央处理器3发起可屏蔽/不可屏蔽中断；当电压值vbat小于vbat电压过低值寄存器pmubatlw的配置值时，处理器41向中央处理器3发起不可屏蔽中断；，当电压值vbat小于vbat电压保护值寄存器pmubtprot的配置值时，处于预警状态，处理器41向中央处理器3发起普通中断。

进一步地，为了优化阶梯性监控，丰富监控功能，本发明实施例中，在步骤s1之前或之后，还可包括以下步骤：

s4：中央处理器3对寄存器组4中、与vdd电压的不同电压档位分别一一对应的各寄存器的值进行配置。

则在步骤s2之后、步骤s3之前或之后，还可包括以下步骤：

s5：处理器41保存模/数转换器1的采集结果，利用公式(4)和vdd电压与vbat电压的转换关系实时得到vdd电压的电压值vdd，并根据各寄存器的值对vdd电压进行阶梯性监控。

本发明实施例中，若多个与vdd电压的不同电压档位分别一一对应的寄存器是vdd电压过高值寄存器pmudbghw、vdd电压过低值寄存器pmudbglw和vdd电压保护值寄存器pmudbgprot，则步骤s5中，根据各寄存器的值对vdd电压进行阶梯性监控的步骤可以是：当电压值vdd大于vdd电压过高值寄存器pmudbghw的配置值时，处理器41向中央处理器3发起可屏蔽/不可屏蔽中断；当电压值vdd小于vdd电压过低值寄存器pmudbglw的配置值时，处理器41向中央处理器3发起不可屏蔽中断；当电压值vdd小于vdd电压保护值寄存器pmudbgprot的配置值时，处理器41向中央处理器3发起普通中断。

本发明实施例中，在步骤s2之前，还可包括在cp阶段对模拟电压值vbg进行校准的步骤，具体为：

s6：在cp阶段，在soc芯片四周的一个vpad引脚灌入1v的标准模拟电压v1，模/数转换器1对该标准模拟电压v1进行采集。

s7：在vpad引脚灌入2v的标准模拟电压v2，模/数转换器1对该标准模拟电压v2进行采集。

s8：处理器41还用于根据模/数转换器1的采集结果，利用公式(9)，得到实际的模拟电压值vbg。

s9：中央处理器3将寄存器组31中、模拟电压值vbg实际值寄存器pmurefvol的值配置为该实际的模拟电压值vbg。

本发明实施例中，还可以对片内电源管理模块4采集模式为手动采集模式或自动采集模式进行设置，此时，在步骤s2之前，还可包括以下步骤：

s10：中央处理器3对寄存器组31中的电源管理模块采集模式寄存器的值进行配置，当该值为0时，片内电源管理模块4进入手动采集模式，当该值为1时，片内电源管理模块4进入自动采集模式。

在手动采集模式下，步骤s2又可进一步包括以下步骤：

s21：中央处理器3对寄存器组31中、模/数转换器波特率寄存器的值进行配置。

s22：中央处理器3对寄存器组31中、模/数转换器使能寄存器的值进行配置，模/数转换控制器2根据模/数转换器使能寄存器的值启动模/数转换器1，控制模/数转换器1开始进行模/数转换过程，以对vbg电压和电阻分压采样电路5分压输出的vmid电压进行采集。

在手动采集模式下，当模/数转换器1转换完成后，片内电源管理模块4的处理器41读取模/数转换器1对vmid电压和vbg电压的采集结果并保存，同时发起中断通知中央处理器3模/数转换器1采集一次电压完成。

在自动采集模式下，步骤s2又可进一步包括以下步骤：

s23：中央处理器3对寄存器组31中、模/数转换器波特率寄存器的值进行配置。

s24：中央处理器3对寄存器组31中、电源管理模块采样频率寄存器进行配置，以控制片内电源管理模块4控制采集模/数转换器1的次数，

s25：中央处理器3对寄存器组31中、模/数转换器使能寄存器的值进行配置，模/数转换控制器2根据模/数转换器使能寄存器的值启动模/数转换器1，控制模/数转换器1开始进行模/数转换过程，以对vbg电压和电阻分压采样电路5分压输出的vmid电压进行采集。

在自动采集模式下，当模/数转换器1转换完成后，片内电源管理模块4的处理器41读取模/数转换器1对vmid电压和vbg电压的多次采集结果并进行平均后保存，同时发起中断通知中央处理器3模/数转换器1采集多次电压完成。

综上所述，本发明实施例提出的实现soc芯片低压实时检测的系统及其检测方法中，中央处理器3内部的寄存器组31包括多个与vbat电压的不同电压档位分别一一对应的寄存器，片内电源管理模块4的处理器41根据各寄存器的值对vbat电压进行阶梯性监控，当vbat电压在正常范围内时，将不会产生中断标志位，当vbat电压在保护(预警)电压下时，将产生普通中断，当vbat电压在严重低压下时，将产生不可屏蔽中断，中央处理器3将根据中断类型快速响应进行低电流程。通过多个vbat电压档位的设置，可以对多个vbat电压档位同时进行监控、预警，丰富了低压检测功能，拓展了应用范围。再有，中央处理器3内部的寄存器组31还可包括多个与vdd电压的不同电压档位分别一一对应的寄存器，处理器41还可根据各寄存器的值对vdd电压进行阶梯性监控，进一步丰富了监控功能。再有，可在cp阶段，对模拟电压值vbg进行校准，以提高模拟电压值vbg的精度，去除模/数转换器1的差异性对检测结果带来的影响。最后，通过对寄存器组31中的电源管理模块采集模式寄存器的值的配置，可实现对片内电源管理模块4的采集模式为手动采集模式或自动采集模式的控制。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来控制相关的硬件完成，所述的程序可以在存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如rom/ram、磁盘、光盘等。

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。