电源选择装置和方法

专利名称：电源选择装置和方法
技术领域：
本发明涉及电子技术领域，尤其涉及电源选择装置和方法。
背景技术：
电源选择装置(Power Supply Selector)能实现多电源间的选择和切换，被广泛 的应用于各类电池备电(Battery Backup)型的电源管理(PowerManagement)系统中，例 如，电池充电管理(Battery Charger Management)芯片、电池备电存储器芯片、电池备电 微处理器和网络处理器芯片等等。以锂电池充电管理芯片为例，在单节锂电池或多节锂电 池串联充电管理电路中，通常连接有两路电源，一路是外接电源，另一路是电池电源。外接 电源在位时，外接电源给负载提供能量；外接电源不在位时，电池给负载提供能量。在多 节锂电池并联充电管理电路中，通常连接有多路电源，一路是外接电源，另几路是各电池电 源。因此，在各类锂电池充电管理电路中，都需要利用电源选择电路从多路电源中选择一 路给电池充电管理电路供电。通常，电源选择电路选中的电源为各路电源中电压最高的一 路。这类电路可实现两个基本功能第一，比较多路电源电压，选出电源电压最高的一路电 源；第二，高效的传输被选电源，防止电流在各电源间流动。目前，业界实现电源选择电路的 方案大致有两种方案一、二极管结构的电源选择电路；方案二、开关管结构的电源选择电 路。图1为现有技术中的一种二极管结构的二路电源选择电路。在该电路中，两个二极管 的正端分接各路电源，负端接在一起输出。该电路能使电源电压最高的一路二极管导通，其 它支路二极管均不导通，实现电源的选择。同时，这种结构也能防止电流从电压高的电源流 向电压低的电源。除了采用普通二极管实现多电源选择电路，还有一些衍生结构。例如，可用肖特 基二极管代替普通二极管，或者利用晶体管连接成二极管来代替所述普通二极管。然而不 论采用何种二极管结构，导通的二极管都会产生一定导通压降。普通二极管和二极管连接 MOS(金属氧化物半导体)管的导通压降较大，为0. 5-0. 6V，肖特基二极管的导通压降较小， 但也有0. 2-0. 3V。特别是对于低压存储器系统这样的导通压降是不利的。现有技术提出的一种开关管结构的电源选择电路如图2所示。其可在低压应用 中，减小导通压降对电路的影响。这种结构的设计难点是防止电流在电源间的相互流动。其 次，还要考虑开关管类型的选择。分离开关可以选用Bipolar (双极)或者MOS管。其原理 是选择电路21对2路备选电源进行选择，选择电路21产生的信号用于控制各路NMOS开关 22的状态。可将选择电路输出的电源电压通过内部的电荷泵(CP，Charge Pump)23提升到 一定的电压值，再经过驱动电路24，将输出的信号作为NMOS开关的栅极的驱动信号。由于 NMOS开关传输高电平时会损失一个阈值电压，因此提升后的电压值至少要比最高的电源电 压高一个阈值电压。这种设计可以增大开关管的过驱动电压，降低其导通电阻，减小电压传 输损失。但是该系统中引入电荷泵，同时还需配备驱动电荷泵的时钟电路等，不但增加了电 路复杂性，也增加了系统的功耗。要实现电源选择并输出准确的电源电压，并兼顾系统的功耗等性能，这对电源选择 电路的设计提出了挑战。

发明内容
本发明实施例提供一种电源选择装置和方法，以从多路备选电源中选择电源。根据本发明的一实施例，提供一种电源选择装置，包括第一选择模块，用于接收多路备选电源并从所述多路备选电源中选择电源作为 内部电源；控制模块，接收所述多路备选电源并耦合至所述第一选择模块，利用所述内部电 源供电，并对所述多路备选电源电压进行比较生成所述多路备选电源中的各路备选电源的 控制信号；第二选择模块，接收所述多路备选电源并耦合至所述控制模块，由所述各路备选 电源的控制信号进行控制，以从所述多路备选电源中选择电源作为输出电源。根据本发明的另一实施例，提供一种电源选择方法，包括从多路备选电源中选择电源作为内部电源；利用内部电源为控制模块供电，并利用所述控制模块对所述多路备选电源电压进 行比较生成各路备选电源的控制信号；利用所述各路备选电源的控制信号对所述多路备选电源进行控制，以从所述多路 备选电源中选择电源作为输出电源。本发明实施例电源选择装置可初步选择电源为控制模块供电，并由控制模块通过 比较生成控制信号，以控制从多路备选电源中选择一路电源输出，减少了二极管导通压降 对电源选择的影响，输出的电源准确且功耗低。


为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可 以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有技术中的一种二极管结构的电源选择电路的示意图；图2为现有技术中的一种开关管结构的电源选择电路的示意图；图3为本发明实施例提供的一种电源选择装置的示意图；图4a为本发明实施例提供的另一种电源选择装置的示意图；图4b为本发明实施例提供的另一种电源选择装置的示意图；图4c为本发明实施例提供的另一种电源选择装置的示意图；图5为本发明提供的一种第二选择模块实施例的结构示意图；图6为本发明提供的一种第一选择模块实施例的结构示意图；图7为本发明提供的一种控制模块实施例的结构示意图；图8为本发明提供的一种偏置单元实施例的结构示意图；图9为本发明提供的一种包括电平移位模块和驱动模块的电路实施例的结构示 意图10为本发明提供的一种二路电源选择装置实施例的结构示意图；图11为本发明提供的一种四路电源选择装置实施例的结构示意图；图12为本发明实施例提供的一种电源选择装置的工作原理示意图；图13为本发明实施例提供的一种电源选择方法的简化流程示意图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围图3为本发明实施例提供的一种电源选择装置的示意图，所述电源选择装置包 括第一选择模块31，被配置为从多路备选电源中选择电源；控制模块32，被配置为耦合至所述第一选择模块31，利用所述第一选择模块31 所选择的电源作为供电，并对所述多路备选电源电压进行比较，生成各路备选电源的控制
信号；第二选择模块33，被配置为耦合至所述控制模块32，由所述各路备选电源的控 制信号进行控制，从所述多路备选电源中选择电源输出。本实施例的电源选择装置可生成控制信号，以控制从多路备选电源中选择一路电 源输出，减少了二极管导通压降对电源选择的影响，输出电源更加准确。此外，该电路无需 采用电荷泵或系统时钟，还可节省功耗。其中第一选择模块对多路备选电源进行初选为后 续控制模块供电，因此无需实现精确的选择，在设计中不必考虑二极管导通压降对电源传 输的影响，因此可用栅极与漏极连接的PMOS 二极管或其它二极管实现选择。控制模块以第 一选择模块31选择出的电源作为供电生成，通过简单的比较功能即可生成控制信号，无需 电荷泵等复杂电路，可降低功耗。第二选择模块经过控制信号控制来实现选择电源，可不必 采用源极连接的二极管结构的选择电路，减少二极管导通压降对电源传输的影响，输出的 电源准确。在一种实现中，该电源选择装置输出的一路电源为所述多路备选电源中电压最高 的一路。当然，如果有必要，也可使本装置输出多路备选电源中电压最低的一路，本实施例 对此不做限定。进一步地，所述装置可被进一步改进，包括驱动模块34，如图4a所示，所述控制模 块32通过所述驱动模块34耦合至所述第二选择模块33，所述驱动模块34通过输出的所述 各路备选电源的控制信号驱动所述第二选择模块33，以提高所述各路备选电源的控制信号 的驱动能力。本领域技术人员通常使用反相器链作为驱动电路来提高信号的驱动能力。进一步地，所述装置可被进一步改进，包括电平移位模块35，如图4b所示，所述第 二选择模块33通过所述电平移位模块35耦合至所述控制模块32 ；所述电平移位模块35用 于获取所述第二选择模块33的输出电源作为该电平移位模块35的反馈供电，将所述各路 备选电源的控制信号的高电平转移至所述输出电源的电平。当然，所述装置可同时包括驱动模块34和电平移位模块35，如图4c所示，所述电平移位模块35接收控制模块32输出的控制信号，并对所述控制信号进行电平移位，并且该 电平移位模块35经过驱动模块34耦合至第二选择模块33，以提高电平移位之后控制信号 的驱动能力，使得第二选择模块33能利用经过电平移位和提高驱动能力后的控制信号来 控制电源的选择。为便 于对上述各模块的功能进行介绍，下面给出其中部分模块的具体结构。需要 说明的是，在一个模块的具体实现中往往可能存在各种结构连接关系来实现所述模块的功 能，除本发明实施例列举的结构外，现有技术中还可能存在其它多种实现方式，本发明实施 例对此不进行限定。在一种示例中，所述第二选择模块33可包括多个开关，分别连接所述各路备选 电源，每个开关的控制端接收一路备选电源的控制信号控制，决定是否将该路电源输出。进 一步地，所述驱动模块34还可用于设置所述第二选择模块33中多个开关的初始状态。对所 述多个开关的形态本实施例不做限定，例如可以为PMOS开关管。为了提高性能，在PMOS开 关管基础上，引入开关性的能优化单元对PMOS开关性能进行优化。所述单元可被配置为 将与该单元耦合的开关的衬底电位调整至所述与该单元耦合的开关的输入端电位和输出 端电位中的高电位。一种示例性的性能优化单元结构可以如图5中虚线框内的结构所示，可引入两个 额外的PMOS管，所述额外的PMOS管可根据PMOS开关管的源和漏的电位大小，将PMOS开关 管的衬底电位调整到其源电位和漏电位较高的一端。在基于普通的CMOS工艺的情况下，该 方法可以避免PMOS开关管中衬底二极管的导通，减小衬底漏电流。当然，对于其它类型的 开关，如NMOS开关、或三极管开关等也可采用类似的电平调整方式来进行调整。本示例为 便于描述，以从2路信号中选择电源为例进行描述，但这种描述只是示例，不用于限定本发 明。在图5的示例中，第二选择模块33需要从2路备选电源中进行选择，则包括2个 开关，分别为PMOS管M51和M52。PMOS管Ml的性能优化单元包括PMOS管M53和M54，PMOS 管M51、M53、M54的衬底与PMOS管M53、M54的漏极相连，PMOS管M51的源极、PMOS管M53的 源极与PMOS管M54的栅极相连并连接至一路备选电源VII，PMOS管M51漏极、PMOS管M54 的源极与PMOS管M53的栅极相连并作为输出V0。PMOS管M2的性能优化单元包括PMOS管 M55禾口 M56，PMOS管M52、M55、M56的衬底与PMOS管M55、M56的漏极相连，PMOS管M52的 源极、PMOS管M55的源极与PMOS管M56的栅极相连并连接至另一路备选电源VI2，PMOS管 M52漏极、PMOS管M56的源极与PMOS管M55的栅极相连并作为输出V0。其中PMOS管M51 和M52的栅极可分别接收前级驱动模块34输出的增强驱动能力后的2路控制信号VDI和 VD2。VDl和VD2中只有一路为高电平，使得二路PMOS开关管中的一路导通另一路关闭，导 通的开关将其对应的那路输入信号输出到输出端V0，这路信号通常是2路备选电源中电压 更高者。对于开关的性能优化单元，现有技术中还有其它方案而不限于本实施例提供的结 构，本领域技术人员可以采用现有技术的其它电路实现将PMOS开关管的衬底电位调整到 其源电位和漏电位较高的一端，本实施例对此不做限定。当然如果不存在驱动模块34时，这2个开关也可直接接受控制模块32输出的控 制信号VSl和VS2，本实施例不作限定。当然，具体的第二选择模块33可以有多种结构，只 要从多路信号中实现选择一路的功能即可。本实施例给出的该结构中，开关采用了复合管结构，可避免PMOS开关管中衬底二极管的导通，减小衬底漏电流。本实施例采用PMOS管作 为开关，虽然和NMOS管开关相比，要获得等值导通电阻所消耗的开关面积更大。但PMOS管 开关传输高电平无损失，因此使用PMOS管开关可以摒弃电荷泵和时钟电路等，降低系统功 耗。PMOS管还有利于使用常压工艺的器件实现，从而降低成本。 第一选择模块31的一种实现结构可以如图6所示，其结构也与图5所示的结构类 似，包括6个？]\ )3管1161、]\162、]\163、]\164、]\165和M66，与图5的示例不同之处在于，本实施例 的开关管M61和M62的各自栅极不是接收前级输出的控制信号，而是分别与自身的漏极相 连，形成2个PMOS 二极管，因此无需使用控制信号，其使得2路备选电源信号VIl和VI2中 电压更高的一路电源输出，所述输出可用VI_AUX表示。输出的VI_AUX与输入电源之间会 存在一定的压降。PMOS管M63和M64用于对PMOS 二极管M61进行性能优化，将PMOS 二极 管的源和漏的电位中电位较高的一端连至其衬底；PMOS管M65和M66的功能类似，具体各 晶体管的工作原理可参见之前图5所示的实施例，此处不做重复描述。在图5和6所示的示例中，采用PMOS管形成开关或二极管，当然NMOS管也能达到 类似的功能，NMOS开关或NMOS 二极管也可用性能优化单元来进行优化，与图5和6示例的 区别在于，NMOS 二极管的性能优化单元用于将NMOS 二级管的衬底电位调整至该NMOS 二级 管正负极电位中的低电位而不再是高电位。NMOS开关的性能优化单元用于将该NMOS开关 的衬底电位调整至该NMOS开关的输入端电位和输出端电位中的低电位。本实施例中，第一选择模块31利用二极管连接的PMOS管结构的电源选择电路进 行初选，易于集成实现，且可以防止电流在电源间的相互流动。控制模块32可将第一选择模块31初步选定的电源VI_AUX作为供电来实现比较 选择，其结构可以包括多种，为便于理解，本发明实施例给出一种控制模块32的结构示意 图，如图7所示，控制模块32包括PM0S管M81和M82，二者的栅极相连，二者源极分别接收 2路备选电源输入VIl和VI2。其中M81的栅极和漏极相连，形成PMOS 二极管的形态。PMOS 管M81和M82可从电流源接收电流。在图7中，NMOS管M83和M84被作为电流源供电。所 述NMOS管M83和M84漏极分别与M81和M82的漏极相连，NMOS管M83和M84的栅极接偏 置电压VB，即M81、M82、M83、M84形成比较器的第一级产生一个初步的比较结果，实现初步 的比较功能。当然，电流源可能有其它形态，如共源共栅结构等，本实施例对此不做限定。在控制模块32内，M81、M82、M83、M84形成的比较结果被输入到后面的电平移位 电路，该电平移位电路作为所述比较器的第2级，接收该比较结果，并用于接收第一选择模 块31选择的电源作为供电，将所述比较结果中的高电平移位至第一选择模块31选择的电 源的电压，以得到一路备选电源的控制信号。本实施例提出了一种可能的电平移位电路的 结构，如图7中虚线框内部分所示，该电平移位电路经过了优化，不但实现电平移位的功能 还可实现整形和抗噪。其中，在图7虚线框的电平移位电路中，NMOS管M85和PMOS管M86 形成反相器结构，用于实现电平移位的功能，其接收前级比较器的输入，将比较结果中的高 电平移位至第一选择模块31选择的电源的电压VI_AUX。其中NMOS管M85的栅极连接M84 的漏极，NMOS管M85的漏极连接PMOS管M86的漏极，M85源极、M86栅极接地。在经过电平 移位之后，所述控制模块32可被进一步优化，比如可在控制模块32中加入用于抗噪和整形 的电路。在图7的控制模块32内，二个匪OS管M87、M88，以及二个PMOS管M89、M810形成 反相器结构，该反相器的输入连接M85漏极。M87、M88、M89、M810组成的反相器的输出连接另一反相器，所述另一反相器由NMOS管M813和PMOS管M814组成。M813和M814组成的 CMOS反相器的输入和输出分别作为后续第二选择模块33的2路控制信号VSl和VS2。该 电路结构中可进一步包括NM0S管M811和PMOS管M812，如图7所示。M811漏极连接VI_ AUX，源极接M87漏极；M812漏极连接地，源极接M810漏极；M811和M812的栅极相连并连接 输入控制信号VS2的输出端。由此，晶体管M87至M12构成施密特触发器。施密特触发器 用于实现整形和抗噪。本领域技术人员可对图示的施密特触发器进行一定的改进，对于可 能出现的其它有抗噪功能的电路，本实施例不做列举。本实施例的控制模块32实现的是一种比较功能，后续的电平移位电路将电压域 统一到VI_AUX上，用于实现2路备选电源的选择，当备选电源VIl的电压高于备选电源VI2 时，输出VSl为高电平VI_AUX，输出VS2为低电平，实现对后续第二选择模块33的控制。本 实施例对两个输入电压进行比较，比较的结果可作为后续的控制信号。当然，通过比较器结 构实现的控制模块32可有其它结构，本实施例不做进一步介绍。上述控制模块32结构可由偏置电路提供偏置VB，图8为本实施例进一步提供的 一种偏置单元的示意图。其同样以VI_AUX为供电，生成控制模块32的偏置电压VB。其中 匪OS管M91和PMOS管M92形成反相器结构，该反相器的输出接PMOS管M93的栅极。M93的 源极接VI_AUX，其漏极接NMOS管M96漏极。M96与另一 NMOS管M97栅极相连，M96自身形 成NMOS 二极管连接。M97源极通过电阻R9接地。M96与M97的漏极分别连接PMOS管M94 和M95漏极，M95形成PMOS 二极管连接，其漏极作为由M91和M92形成的反相器的输入。本 实施例中用于向控制模块32提供偏置电压VB的偏置单元也可存在其它多种类型，现有技 术对此已有介绍，本实施例不做展开。在一种应用中，该偏置单元可集成在第一选择模块31 内，即第一选择模块31通过初步选择一路电源给控制模块32供电，此外第一选择模块31 还可通过其内部集成的电路生成控制模块32的偏置电压VB，为后续控制模块提供偏置。当 然偏置单元可以自成一体而非集成于第一选择模块31内，本实施例不做限定。

为了使本发明实施例的功能得到进一步改进，控制模块32后续可如图4a所示连 接用于实现驱动的驱动模块34，也可连接如图4b所示的电平移位模块35。当然，驱动模块 34在提高控制信号驱动能力的同时也可提供电平移位的功能，即可将电平移位功能和驱动 功能在同一个模块中实现。无论将电平移位功能和驱动功能在两个模块中分别实现还是集 成在同一模块中，本实施例的技术方案都未发生实质改变。图9提供了一种包括电平移位 模块35和驱动模块34的电路实施例的结构示意图，其中电平移位模块35和驱动模块34 分别用于实现对控制信号的电平移位和提高驱动能力的功能，以对应图4c中的电平移位 模块35和驱动模块34。参见图9，电平移位模块35包括晶体管M101、102、107和108，其中 PMOS管MlOl与NMOS管M102构成一个反相器，用于对一路控制信号的电平进行移位，具体 结构如下，M102的栅极作为输入，源极接地，漏极连接MlOl的漏极；MlOl栅极接地，源极接 电源；而晶体管107和108用于移位另一路控制信号的电平，这2个晶体管的连接关系可参 照晶体管101和102间的连接。该电平移位模块35的电源供给可以是第二选择模块33的 输出VOjP 通过电平移位将高电平从VI_AUX移到VO上从而实现电平移位，在各路电源上 电过程中给第二选择模块33内的开关提供初态，使得所述开关的输出和控制信号均为V0， 从而使这些开关处于准二极管连接，可防止上电过程中电流在开关间的相互流动。晶体管 M103、104、105、106、109、110、111和112则组成两路反相器链，从而形成驱动模块34，用于实现提高2路控制信 号的驱动能力。其中，M103和M104构成反相器，M105和M106构成反 相器，这2组反相器构成反相器链。本实施例采用2个反相器作为反相器链来提高驱动能 力，当然反相器链中用于驱动的反相器的级数可以为任意偶数级。在控制模块32和第二选择模块33之间也可不包括驱动模块，而仅包括电平移位 电路，如图4b所示，用于移位电平的电路，即图4b中的电平移位模块35可将所述各路备选 电源的控制信号的高电平转移至所述输出电源的电平，以实现第二选择模块33的初始化， 可防止上电时不同开关间的电荷流动，进一步优化性能。电平移位模块35可由晶体管MlOl 和M102组成，获取第二选择模块33的输出作为供电，从而将控制信号的高电平从初选出的 电源电压VI_AUX转移至输出VO的电压，从而在上电时为第二选择模块33的开关提供初 态，使得第二选择模块33内的PMOS管开关近似于栅极和漏极连接的PMOS 二极管，这样该 PMOS管开关就不会出现反向导通，从而在上电时刻不会出现不同开关间的电荷流动。当然， 如何为一个开关提供初态在现有技术中可能还有其它方法，本发明实施例对此不做一一列 举，对于其它为开关提供初态的现有手段，只要能够达到与电平移位模块35类似的功能， 都应被视为是本发明的一部分或对本发明做出的简单变形。本领域技术人员还可对本实施 例的电路结构做出各种改进而不脱离本发明的实质。为了便于理解，对本实施例的一种具体结构进行总体介绍，如图10所示，包括第 一选择模块31、控制模块32、第二选择模块33、驱动模块34和电平移位模块35。每一部分 模块的具体结构和功能可参见之前的描述。第一选择模块31可实现对2路电源的初选，但 其采用二极管结构的开关，输出的电源会受导通压降的影响，其输出用于给控制模块32供 电，第一选择模块31内部还集成了控制模块32的偏置电路，具体也可参见之前的描述。由 此第一选择模块31不但实现多路备选电源的初选，还可输出偏置电压VB给控制模块32，控 制模块32利用初选出的电源作为供电生成控制信号，控制信号可经过驱动模块34以增强 驱动能力，并输入后级的第二选择模块33，用于实现电源的终选，电平移位模块35可位于 驱动模块34之前使得控制信号的高电平移位到输出VO上，以在上电时为第二选择模块33 中的PMOS开关提供初态。通过所述实施例选择出的电源不受导通压降的影响，无需采用电 荷泵，可节省功耗。实际应用中，本实施例可进行多种扩展，形成多种不同的实现方式。所述装置不仅 可实现2路电源的选择，也可实现更多路电源的选择。第一选择模块31的二极管和第二选 择模块33的开关结构可以有替代实现方式，如，第一选择模块31中的二极管可采用普通二 极管、或基极和集电极连接的PNP管；第二选择模块33可采用NMOS管开关、CMOS开关、传 输门、三极管开关等，当采用NMOS管开关时，传输高电平会有一些损失，传输效果略差于使 用PMOS开关。本实施例中的驱动模块34通过反相器链实现增强驱动能力，对驱动模块34 可能存在的其它结构本实施例不作限定。该装置中的控制模块32用于实现接收前级初选 出的电源作为供电无需额外电源，并通过比较各路备选电源电压来生成控制信号，用于实 现电源电压比较的比较器可以有多种形态。本实施例给出的仅是一种实例，具体的比较器 结构可采用现有技术中的其它结构，如差分对结构等实现，本实施例对此不做限制。以上实施例描述的是从2路信号中选择一路的情况，但这种描述不用于限定本发 明，因为本领域技术人员可根据实际应用需要增加备选电源数量，即对电源做扩展。图11 为本发明提供的一种四路电源选择装置实施例的结构示意图。在图11中显示了另一种第一选择模块31的结构，用于从4路备选电源中选择一路，其工作原理与图6相同，只是在备 选电源数量上进行了扩展，本实施例对此不做重复描述。与图11中实现4路电源选择的第 一选择模块31相应，图11还展示了用于实现四路电源选择的电平移位模块35、驱动模块 34和第二选择模块33的结构示意图，驱动模块34接收4路控制信号，通过驱动电路增强驱 动能力后的控制信号被用于控制复合开关管来选择电源。电平移位模块35将输出高电平 从VI_AUX移到VO上，在各路电源上电过程中给第二选择模块33中的开关初态，防止不同 开关间电荷流动。第二选择模块33中的反相器链提高控制信号的驱动能力，驱动的级数为 偶数级。另外，图11中对每一路开关都单独设计电平移位和驱动电路，虽然增大了电路开 销，但是在任意一个电源上电的过程中都能保证不会发生电流倒流。其具体的工作原理在 之前已有描述，此处不再展开。 对于图7的控制模块32，由于实现2路电源选择，因此，比较器的输出结果被作为 控制信号。如果实现3路以上信号的比较，可采用在多个比较器后增加逻辑单元，逻辑单元 用于对比较器的比较结果进行逻辑处理得到所述各路备选电源的控制信号。相应地，图11 为展示了另一种控制模块32的实现结构，在图11的控制模块32中，该控制模块32的电 路结构中包含六个比较器，用于对四路电源电压进行两两比较，产生6路比较信号，并将生 成的信号输入逻辑控制电路生成控制信号。其中，6个比较器分别为比较器121、122、123、 124、125和126，用于实现对4路备选电源电压VIl至VI4的两两比较；逻辑控制电路则由 或非门127、或非门128、或非门129、或非门1210组成。例如，VIl被输入比较器121、122、 123 ；VI2被输入比较器121、124、125 ；VI3被输入比较器122、125、126 ；VI4被输入比较器 123、124、126。6个比较器之后是4个或非门127、128、129、1210，这4个或非门组成的逻 辑单元对比较结果进行处理以得到控制信号；其中，或非门127以比较器121、122、123为 输入；或非门128以比较器124、125、以及或非门127的输出为输入；或非门129以比较器 126、或非门127的输出、以及或非门128的输出作为输入；或非门1210以或非门127的输 出、或非门128的输出、或非门129的输出作为3路输入。图11所示的控制模块32用于生 成4路控制信号来对4路备选电源进行选择，生成的每一路控制信号可被输入偶数个反相 器来增强驱动能力，即可在或非门127、或非门128、或非门129、或非门1210之后分别连接 一个反相器链以增强驱动能力，如图11所示，本实施例对此不做限定。比较器在设计时可 将输入电压接近的情况设计成逻辑1，所以逻辑0表示的信息是确定的，而逻辑1可能包括 了 2路输入非常接近的情况。因此在设计组合逻辑电路中，可将优先级高的电压从比较器 的负端输入，保证高优先级电源的控制信号的准确性。在具体实现中，可将六路比较信号通 过带有优先级的逻辑电路进行组合输出四路控制信号。这样的逻辑控制能保证在任意条件 下仅有一路电源被选择。本实施例的四路备选电源的优先级的顺序可以是VIl > VI2 > VI3 > VI4。当四路电源电压非常接近时，比较器可能难以分辨，则可优先输出VIl这路电 源。该控制模块32的供电可以是由前级的第一选择模块31所产生的VI_AUX提供。在图 11的控制模块32中，每个比较器均可采用与图7所示比较器相类似的结构，以实现对2路 电源电压的比较。上述示例介绍了 4路电源的逻辑控制，在实际应用中该结构可推广到任意3路以 上备选电源的情况，本实施例对此不做限定。 所述控制模块32可实现多路电源电压之间的两两比较，将比较信号通过组合逻辑电路，从而输出对各路电源的控制信号，用于控制第二选择模块33中开关的状态，使得 第二选择模块33中只有一路开关导通。驱动模块34提高前述控制信号的驱动能力，同时 可进一步给定第二选择模块33中的开关初始状态。从而第二选择模块33可高效的传输被 选电源。本发明实施例提供的一种电源选择装置的工作原理示意图如图12所示。以装置
从m路备选电源(分别为VI1、VI2........Vim)中选择一路输出为例来说明，第一选择模
块31进行初选，得到一路电源VI_AUX，并将该 电源VI_AUX提供给控制模块32，如前所述， 第一选择模块31还可内部集成控制模块32的偏置电路，为控制模块32提供偏置电压VB。 控制模块32利用VI_AUX作为供电，对m路电源电压进行比较生成各路控制信号(分别为
VSl、VS2、.......VSm)。多路信号VSl、VS2、.......VSm经过驱动模块34增强驱动能力
后输出控制信号VD1、VD2........VDm。第二选择模块33利用控制信号VD1、VD2........
VDm对多路备选电源进行最终选择，得到输出电压V0，VO可被反馈到驱动模块34，使得驱动 模块34可利用VO作为自身的供电。本发明实施例可利用二极管连接的PMOS管结构的电源选择电路进行初选，易于 集成实现，还可以防止电流在电源间的相互流动并为后续控制电路提供电源和偏置。控制 电路可实现多路电源电压之间的两两比较，比较信号通过组合逻辑电路输出各路电源的控 制信号，用于控制后续选择电路中开关的状态，做到同一时刻有且只有一路开关导通。驱动 电路用于提高前述控制信号的驱动能力，同时给定后续的选择电路中的开关初始状态。选 择电路可由多个MOS开关构成，高效的传输被选电源，也给输出驱动电路供电。在现有技术中，传统的驱动电路通常由输入电压供电，这种供电方式可能会在上 电过程中出现电流在电源间的相互流动。本发明的一个示例中对驱动反相器链被进行了改 进，在反相器链的前级引入一级电平移位电路。这种设计使得电源上电过程中开关管处于 准二极管连接的状态，以确保每一路电源在上电过程中不会出现电流在电源间的流动。另 夕卜，传统的驱动电路是各路开关公用的，本实施例将各路开关的驱动电路分开设计。在现有技术中，当采用普通二极管进行电源选择时，除了二极管导通压降问题， 系统集成性也是一个考虑因素。肖特基二极管因其较低的导通电压，通常会成为二极管 结构电源选择电路的首选器件。但是常用的肖特基二极管都是分离器件，较难采用标准 CMOS(互补金属氧化物半导体)工艺制作，不利于集成。另外，标准CMOS工艺中的普通二极 管主要是用来实现ESD (静电释放)保护，其性能没有分离普通二极管的好，因此标准CMOS 工艺中的普通二极管不适于用来进行电源选择。但是如果使用分离普通二极管又会增加工 艺复杂度，因此设计不使用分离二极管的CMOS工艺电路成为了主流。本实施例的一个示例 可以使用CMOS集成电路工艺实现，集成度较高。作为电池备电系统中的关键模块，多电源 选择电路性能的好坏可能直接决定了整个系统的性能。且由于SOC(片上系统)设计需求 的增加，客户要求基于标准CMOS工艺设计全集成的多电源选择电路成为主流。同时，低压 低功耗的要求给多电源电路各方面性能提出了更高的要求。而本发明实施例提出的多电源 选择电路可基于普通CMOS工艺实现，通用性强。本发明实施例中的全部装置、单元、模块等 均可全部或部分用CMOS工艺实现。传统的电源选择电路主要是针对一路备电电池和一路主电源进行二选一，本实施 例提出的一种结构可以推广到任意多路输入电源的情况，易于拓展，应用面更广。为每路开关分别设立驱动模块使得扩展变得更加容易。而且传统的基于开关管的电源选择电路，对输入电源的电压差值有最小值要求， 这主要受制于比较器存在着失调电压。本发明实施例的一个示例通过改进和优化比较器， 实现在待比 较电压无限接近的情况下，输出一个固定电平，再通过后续基于优先顺序的组 合逻辑电路控制，实现在同一时刻有唯一一路电源输出，简化了对输入电源的要求，增加了 该装置可能的应用范围。此外现有技术中二极管的漏电流可能会成为一个问题。基于标准CMOS工艺实现 的普通二极管和二极管连接的MOS管，都会有较大的衬底漏电流，这会降低电源选择电路 的电流传输效率。本实施例中的一个示例对开关衬底进行优化例如第一选择模块31和第 二选择模块33中的开关均可采用复合管结构，引入优化性能的电路结构，使得PMOS开关管 的衬底电位与其源极和漏极之中电位较高的一端相同，从而避免衬底二极管的导通，减小 衬底漏电流。本实施例的方案设计还可实现功耗和成本的降低，虽然采用PMOS管作为开关时 消耗的开关面积比NMOS管更大。但PMOS管开关传输高电平无损失，从而不必采用电荷泵 和时钟电路，降低系统功耗。该方案还可以采用常压工艺的器件实现，降低了成本。本发明实施例还提供一种电源选择的方法，其简要流程可如图13所示，包括S151 从多路备选电源中选择电源作为初选电源；S152:利用初选电源作为控制模块的供电，并利用所述控制模块对所述多路备选 电源电压进行比较，并生成各路备选电源的控制信号；S153 利用所述各路备选电源的控制信号进行控制，以从所述多路备选电源中选 择电源输出。本实施例通过对多路备选电源初选为后续控制模块供电，并通过控制模块生成控 制信号以选择适合的电源，实现简单，由于初选出的电源是为控制模块供电而不作为最终 输出，因此无需初选出的电源非常精确，控制模块通过简单的比较功能即可生成控制信号， 无需电荷泵等复杂电路，可降低功耗，从而通过控制信号控制选择电源，可最终实现电源的 准确选择。最终选择出的电源可以是多路备选电源中的最大者或最小者，或者是本领域技 术人员可依照实际需要从多路备选电源中选择具备某种特性的电源，本实施例不做展开。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流程，是可以 通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质 中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁 碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory, ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory, RAM)等。以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的可以 对本发明进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。本领域普通技术人员可以理 解所述实施例间或不同实施例的特征间在不发生冲突的情况下可以互相结合形成新的实 施例。
权利要求
1.一种电源选择装置，其特征在于，包括第一选择模块，用于接收多路备选电源并从所述多路备选电源中选择电源作为内部 电源；控制模块，用于接收所述多路备选电源，并耦合至所述第一选择模块，利用所述内部电 源供电，并对所述多路备选电源电压进行比较生成所述多路备选电源中的各路备选电源的 控制信号；第二选择模块，用于接收所述多路备选电源并耦合至所述控制模块，由所述各路备选 电源的控制信号进行控制，以从所述多路备选电源中选择电源作为输出电源。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括电平移位模块，所述第二选择模块 通过所述电平移位模块耦合至所述控制模块；所述电平移位模块用于获取所述第二选择 模块的输出电源作为该电平移位模块的反馈供电，将所述各路备选电源的控制信号的高电 平转移至所述输出电源的电平。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括驱动模块，用于获取所述电平移位 模块输出的所述各路备选电源的控制信号，提高所述输出的各路备选电源的控制信号的驱 动能力，并将提高驱动能力后的各路备选电源的控制信号输出到所述第二选择模块。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述驱动模块包括至少一个反相器链；所述每个反相器链，用于提高一路备选电源的控制信号的驱动能力并输出到所述第二选择模块。
5.如权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一选择模块包括多个二 极管，所述多个二极管的负极相耦合，作为所述第一选择模块的输出；每个二极管的正极用 于接收多路备选电源中的一路电源。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述多个二极管中的至少一个二极管为栅 极与漏极相连的PMOS 二极管。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一选择模块还包括至少一个第一性 能优化单元，与所述至少一个PMOS 二极管的衬底、正极和负极相耦合；所述第一性能优化 单元用于将所述PMOS 二极管的衬底电位调整至所述PMOS 二极管的正极电位和负极电 位中的高电位。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一性能优化单元包括第三PMOS管 和第四PMOS管；第三PMOS管的源极耦合至第四PMOS管的栅极；第四PMOS管的源极耦合至 第三PMOS管的栅极；第三PMOS管的源极耦合至所述PMOS 二极管的正极；第四PMOS管的源 极耦合至所述PMOS 二极管的负极；所述第三PMOS管的衬底、第四PMOS管的衬底、第三PMOS管的漏极、第四PMOS管的漏 极、以及所述PMOS 二极管的衬底均相连。
9.如权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于，所述控制模块包括比较器，用 于对多路备选电源中的两路电源电压进行比较，得到该两路电源中一路电源的控制信号。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述比较器包括第五PMOS管、第六PMOS 管和电平移位电路；所述第五PMOS管与第六PMOS管的栅极相连，所述第五PMOS管与第六PMOS管的漏极 分别连接两路电流源，且第五PMOS管的漏极与栅极相连，所述第五PMOS管与第六PMOS管的源极分别接收所述两路电源，以对所述两路电源电压进行比较，所述第六PMOS管的漏极 输出所述比较结果；所述电平移位电路用于接收第一选择模块选择的电源作为供电，将所述比较结果中 的高电平移位至第一选择模块选择的电源的电压，以得到所述两路电源中的一路电源的控 制信号。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述控制模块中与第五PMOS管和第六PMOS管的漏极分别连接的两路电流源均为NMOS 管电流源；所述第一选择模块中集成有偏置单元，用于从所述第一选择模块内向所述NMOS 管电流源的栅极提供偏置电压。
12.如权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于，所述控制模块包括多个比较 器和逻辑单元；所述每个比较器分别用于对多路备选电源中的两路电源电压进行比较，得 到比较结果；所述逻辑单元，耦合至所述多个比较器，用于获取所述多个比较器的比较结 果，并对所述多个比较器的比较结果进行逻辑处理得到所述各路备选电源的控制信号。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述多路备选电源包括第一电源、第二电 源、第三电源和第四电源；所述多个比较器包括第一比较器，用于通过负输入端接收所述第一电源，通过正输 入端接收所述第二电源；第二比较器，用于通过负输入端接收所述第一电源，通过正输入 端接收所述第三电源；第三比较器，用于通过负输入端接收所述第一电源，通过正输入端 接收所述第四电源；第四比较器，用于通过负输入端接收所述第二电源，通过正输入端接 收所述第四电源；第五比较器，用于通过负输入端接收所述第二电源，通过正输入端接收 所述第三电源；第六比较器，用于通过负输入端接收所述第三电源，通过正输入端接收所 述第四电源；所述逻辑单元包括第一或非门，用于将第一比较器的输出、第二比较器的输出和第三 比较器的输出作为输入，并输出第一电源的控制信号；第二或非门，用于将第一或非门的输 出、第四比较器的输出和第五比较器的输出作为输入，并输出第二电源的控制信号；第三或 非门，用于将第一或非门的输出、第二或非门的输出和第六比较器的输出作为输入，并输出 第三电源的控制信号；第四或非门，用于将第一或非门的输出、第二或非门的输出和第三或 非门的输出作为输入，并输出第四电源的控制信号；所述每个比较器用于当进行比较的两路电源电压之差小于一定值时，输出逻辑高电 平；所述第一电源、第二电源、第三电源和第四电源的输出优先级由高至低递减。
14.如权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于，所述第二选择模块包括多个开 关；所述每个开关用于接收一路备选电源、以及该路备选电源的控制信号，通过该路备选 电源的控制信号决定是否将该路备选电源输出。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述多个开关中的至少一个开关为PMOS 管开关。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述第二选择模块还包括至少一个第二性能优化单元，与所述至少一个PMOS管开关 的衬底、输入端和输出端相耦合；所述第二性能优化单元用于将所述PMOS管开关的衬底电位调整至所述PMOS管开关的输入端电位和输出端电位中的高电位。
17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述第二性能优化单元包括第一PMOS 管与第二 PMOS管；第一 PMOS管的源极耦合至第二 PMOS管的栅极； 第二 PMOS管的源极耦合至第一 PMOS管的栅极； 第一 PMOS管的源极耦合至所述PMOS管开关的输入端； 第二 PMOS管的源极耦合至所述PMOS管开关的输出端；所述第一 PMOS管的衬底、第二 PMOS管的衬底、第一 PMOS管的漏极、第二 PMOS管的漏 极、以及所述PMOS管开关的衬底均相连。
18.如权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述第二选择模块选择输出 的电源为多路备选电源中电压最高的电源。
19.一种电源选择方法，其特征在于，包括 从多路备选电源中选择电源作为内部电源；利用内部电源为控制模块供电，并利用所述控制模块对所述多路备选电源电压进行比 较生成各路备选电源的控制信号；利用所述各路备选电源的控制信号对所述多路备选电源进行控制，以从所述多路备选 电源中选择电源作为输出电源。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述输出电源的选择通过多路PMOS开关 实现，所述方法还包括通过电平移位将所述各路备选电源的控制信号的高电平转移至所 述输出电源的电平，以为所述多路PMOS开关提供初始态。
全文摘要
本发明实施例公开了一种电源选择装置和方法，属于电子技术领域。所述装置包括第一选择模块，被配置为从多路备选电源中选择电源；控制模块，耦合至所述第一选择模块，被配置为利用所述第一选择模块所选择的电源作为供电，并对所述多路备选电源电压进行比较，并生成各路备选电源的控制信号；第二选择模块，耦合至所述控制模块，被配置为由所述各路备选电源的控制信号进行控制，以选择所述多路备选电源中的一路电源输出。上述技术方案用于从多路备选电源中选择电源。
文档编号H02J9/00GK102130492SQ20101024488
公开日2011年7月20日 申请日期2010年7月31日 优先权日2010年7月31日
发明者余凯, 谢旺生 申请人:华为技术有限公司