一种开关机电路的制作方法

本发明涉及软开关技术领域，特别涉及一种开关机电路。

背景技术：

手持可穿戴设备指的是以手腕为支撑的或是整合进用户的衣服或配件的一种便携式设备，例如手持可穿戴设备可以为智能手环、智能手表、以及其他可穿戴的东西，目的是给人们提供方便的科技生活。它可以把多媒体、传感器和无线通信等技术嵌入人们的衣着中，通过软件支持以及数据的交互、云端的交互实现手持可穿戴设备的功能。

现有技术中手持可穿戴设备常用的开关机电路的方案如图1所示，该电路方案主要在芯片内部实现。将r6、r7的分压线连接比较器的负极，将on/offpin连接比较器的正极，比较器输出的连接q4(pmos)的栅极，进而控制内部电路的启动，从而实现手持可穿戴设备的开关机电路能够被唤醒至开机正常使用状态。但是由于存在的比较器，以及在关机时无法切断r6和r7组成的对地的耗电通路，导致在关机的状态下，比较器、r6和r7会存在明显的漏电的现象，从而增加关机的功耗。

综上所述，现有技术中常用的手持可穿戴设备的开关机电路存在关机的功耗较大的问题。

技术实现要素：

本发明提供一种开关机电路，用以解决现有技术中常用的手持可穿戴设备的开关机电路存在关机功耗较大的问题。

本发明通过一种开关机电路，包括：第一mos管、第二mos管、第一开关单元、第二开关单元、脉冲拾取单元和电源管理单元；

所述第一mos管的源极与外部电源连接，漏极与包含所述开关机电路的系统连接；

所述第一开关单元与所述第一mos管的源极和栅极连接，通过所述第二mos管的漏极与所述第二开关单元连接；所述第二开关单元分别与第二mos管的源极、所述脉冲拾取单元和所述电源管理单元连接；所述脉冲拾取单元与第二mos管连接的栅极连接；

所述脉冲拾取单元用于在输入外部的脉冲信号后，将所述脉冲信号转换电压信号，并输出给所述电源管理单元；

所述电源管理单元用于在输入所述电压信号后产生开启控制信号控制所述第二mos管导通，在关机信号输入后产生关闭控制信号控制所述第二mos管截止；

当所述第二mos管导通时，所述第二开关单元与所述第一开关单元连接，当所述第二mos管截止时，所述第二开关单元与所述第一开关单元断开连接；

所述第一开关单元用于在所述第二开关单元与所述第一开关单元连接后，向所述第一mos管输入导通信号，使所述第一mos管处于导通状态，以及在所述第二开关单元与所述第一开关单元断开连接后，向所述第一mos管输入截止信号，使所述第一mos管处于截止状态。

本发明实施例提供一种开关机电路，包括第一mos管m1、第二mos管m2、第一开关单元、第二开关单元、脉冲拾取单元和电源管理单元。第一开关单元通过所述第一mos管m1控制所述开关机电路的系统上电或断电，所述脉冲拾取单元将所述脉冲信号转换电压信号，并输出给电源管理单元，电源管理单元为所述第二开关单元供电并产生控制信号输入到所述第二开关单元，第二开关单元驱动所述第一开关单元。由于通过所述电源管理单元产生控制信号输入到所述第二开关单元，通过所述第二开关单元令第一mos管m1截止，切断给系统的上电，令整个系统处于接近零耗电状态，减小在关机状态下的功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，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，对于本领域的普通技术人员来讲，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开关机电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种开关机电路的模块的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种开关机电路的第一开关单元的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种开关机电路的第二开关单元的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种开关机电路的脉冲拾取单元的结构示意图；

图6为第一种产生信号的电路示意图；

图7为第二种产生信号的电路示意图；

图8为第三种产生信号的电路示意图；

图9为本发明实施例提供的一种开关机电路的电源管理单元的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的一种开关机电路的防误开机模块的结构示意图；

图11为本发明实施例提供的一种开关机电路完整的电路示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种开关机电路，下面一种开关机电路的具体实施方式进行说明。

如图2所示，本发明实施例提供的一种开关机电路，包括第一mos管m1、第二mos管m2、第一开关单元11、第二开关单元12、脉冲拾取单元13和电源管理单元14。

所述第一mos管m1的源极与外部电源连接，漏极与包含所述开关机电路的系统连接；

所述第一开关单元与所述第一mos管m1的源极和栅极连接，通过所述第二mos管m2的漏极与所述第二开关单元连接；所述第二开关单元分别与第二mos管m2的源极、所述脉冲拾取单元和所述电源管理单元连接；所述脉冲拾取单元与第二mos管m2连接的栅极连接；

所述脉冲拾取单元用于在输入外部的脉冲信号后，将所述脉冲信号转换电压信号，并输出给所述电源管理单元；

所述电源管理单元用于在输入所述电压信号后产生开启控制信号控制所述第二mos管m2导通，在关机信号输入后产生关闭控制信号控制所述第二mos管截止；

当所述第二mos管导通m2时，所述第二开关单元与所述第一开关单元连接，当所述第二mos管截止时，所述第二开关单元与所述第一开关单元断开连接；

所述第一开关单元用于在所述第二开关单元与所述第一开关单元连接后，向所述第一mos管m1输入导通信号，使所述第一mos管m1处于导通状态，以及在所述第二开关单元与所述第一开关单元断开连接后，向所述第一mos管m1输入截止信号，使所述第一mos管m1处于截止状态。

这里需要说明的是所述第二mos管m2、第一开关单元11、第二开关单元12和脉冲拾取单元13可以在芯片内部中集成，将会节省外围电路的成本，更加节约资源。

本发明实施例提供一种开关机电路，包括第一mos管m1、第二mos管m2、第一开关单元、第二开关单元、脉冲拾取单元和电源管理单元。在输入外部的脉冲信号后，第一开关单元通过所述第一mos管m1控制所述开关机电路的系统上电或断电，所述脉冲拾取单元将所述脉冲信号转换电压信号，并输出给电源管理单元，所述电源管理单元为所述第二开关单元供电并产生控制信号输入到所述第二开关单元，所述第二开关单元驱动所述第一开关单元。由于通过所述电源管理单元产生控制信号输入到所述第二开关单元，通过所述第二开关单元令第一mos管m1截止，切断给系统的上电，令整个系统处于接近零耗电状态，减小在关机状态下的功耗。

可选的，如图3所示，所述第一开关单元11包括：第一电阻r1和第三mos管m3。

所述第一电阻r1一端与第一mos管m1的源极连接，另一端与第三mos管m3的漏极连接；所述第三mos管m3的漏极与第一mos管m1的栅极连接，所述第三mos管m3的源极连接地，所述第三mos管m3的栅极与所述第二开关单元连接。

当所述第三mos管m3的栅极接收到电平信号后，所述第三mos管m3将会产生电平信号传输至所述第一mos管m1的栅极，驱动所述第一mos管m1导通或截止，从而外部电源可以通过所述第一mos管m1给所述开关机电路的系统上电或断电。

可选的，如图4所示，所述第二开关单元12包括：第二电阻r2、第三电阻r3和第四mos管m4；

所述第二电阻r2的一端与所述脉冲拾取单元连接，另一端与所述第三电阻r3的一端与连接；所述第三电阻r3的另一端与地连接；所述：第二电阻r2与所述第三电阻r3的连接点分别与所述第三mos管m3的栅极、所述第二mos管m2的源极连接；所述第四mos管m4的源极和栅极与所述电源管理单元连接，所述第四mos管m4的漏极与所述第二mos管m2的源极连接。

所述第二电阻r2和所述第三电阻r3在所述开关机接收到脉冲信号后，将所述脉冲信号转换为电压信号传输至所述第三mos管m3的栅极，驱动所述第一mos管m1导通或截止，从而控制所述第一mos管m1导通；

当所述第四mos管m4接收到所述电源管理单元发送的控制信号后，将会处于导通或截止状态，并产生不同电平信号传输至所述第三mos管m3的栅极，驱动所述第一mos管m1导通或截止，从而控制系统上电或短电。

可选的，如图5所示，所述脉冲拾取单元13包括：第四电阻r4和第五电阻r5；

所述第四电阻r4的一端与所述第二电阻r2连接，另一端与所述第五电阻r5连接，所述第五电阻r5的另一端与地连接；所述第四电阻r4和第五电阻r5的连接点分别与所述电源管理单元、第二mos管m2连接的栅极连接。

所述第四电阻r4和第五电阻r5组成的脉冲拾取单元对所述脉冲信号进行分压，将所述脉冲信号转换为电压信号vdet并传输至所述电源管理单元，从而所述电源管理单元产生相应的控制信号所述第四mos管m4。

其中，所述脉冲信号包含但不局限于以下几种产生形式：

如图6所示，所述脉冲信号按键产生高低电平信号：

其中，power(电源)可以是本发明实施例中的本发明中外部电源，也可以为其它外部电源，本发明实施例在此不做限定。on连接本发明实施例中onpin(即本发明实施例中脉冲信号处)。

当按下key1时，on会产生高电平脉冲，当高电平脉冲幅度和时间满足本发明实施例中vh和th参数，便可促发系统处于开机的工作过程，当系统处于开机状态下，按下key1或key2，所述信号检测器都可以检测到是高电平脉冲或低电平脉冲，根据检测的结果通知系统进行相关动作。

如图7所示，所述脉冲信号由电源拨动开关与rc电路组合产生高低电平信号：

其中，power可以是本发明实施例中的本发明中外部电源，也可以为其它外部电源，本发明实施例在此不做限定，on连接本发明实施例中onpin(即本发明实施例中脉冲信号处)。

当按下switch(开关)时，由于电阻r和电容c的存在，power给电容c充电的过程on上会产生高电平脉冲次信号，所述高电平幅度取决于power，充电时间取决于电阻r和电容c的数值，当高电平脉冲幅度和时间满足本发明实施例中vh和th参数，便可促发系统处于开机状态下的工作过程。

如图8所示，所述脉冲信号由单片机输出或定时器产生高低电平信号：

其中，外部单片机或者定时器产生的高电平脉冲信号直接接到本发明中的onpin(即本发明实施例中脉冲信号处)上。当高电平脉冲幅度和时间满足本发明实施例中vh和th参数，便可促发系统处于开机的工作过程。当系统处于开机状态下，所述信号检测器都可以检测到是高电平脉冲或低电平脉冲，根据检测的结果通知系统进行相关动作。

可选的，如图9所示，所述电源管理单元14包括：时钟发生器、电源稳压器、信号检测器、基准电压电路和使能控制器；

所述电源稳压器与所述第四mos管m4的源极连接；所述信号检测器的分别与所述基准电压电路、所述时钟发生器、第四电阻r4和第五电阻r5的连接点、第二mos管m2的栅极连接；所述使能控制器分别与所述信号检测器、所述第四mos管m4的栅极连接；

其中，所述电源稳压器用于为所述电源管理单元与所述第二开关单提供电能；所述基准电压电路用于为所述信号检测器输入基准电压；所述时钟发生器用于为所述信号检测器提供延时滤波；

由于脉冲信号可由外部可能各种多种形式产生，所以不可避免会存在毛刺、短脉冲等干扰信号，如果采用时钟发生器所述信号检测器提供延时滤波，可以把这些干扰信号滤除，避免误检测从而导致所述开关电路处于开机的状态。

当脉冲信号高电平持续的时间小于预设的延时时间tdelay时，所述时钟发生器不会对脉冲信号进行滤波，从而避免干扰信号接入致所述开关电路处于开机的状态。

例如，假设脉冲信号高电平持续时间t为20秒，预设的延时时间tdelay为30秒，脉冲信号高电平持续时间小于预设的延时时间tdelay，时钟发生器不会对脉冲信号进行滤波。

所述电源稳压器用于为所述电源管理单元与所述第二开关单提供电能；所述基准电压电路用于为所述信号检测器输入基准电压；

所述时钟发生器用于为所述信号检测器提供延时滤波；

所述信号检测器用于在输入基准电压后，检测所述脉冲信号转换的电压信号和脉冲高电平持续时间，并将所述检测结果输出给所述使能控制器；

所述使能控制器用于根据预先设置的高电平电压信号阈值和滤波时间阈值以及输入的检测结果，在确定满足开机条件后产生开启控制信号输入到第二mos管导通，使所述第二开关单元与所述第一开关单元连接，比如产生一个低电平信号；或

在关机信号输入后产生关闭控制信号输入到第二mos管导通，使所述第二开关单元与所述第一开关单元断开连接，比如产生一个高电平信号。

其中，所述使能控制器具体用于：

根据预先设置的高电平电压信号阈值和滤波时间阈值以及输入的检测结果，在确定满足开机条件后产生开启控制信号输入到第二mos管导通，使所述第二mos管导通；或在关机信号输入后产生关闭控制信号输入到第二mos管导通，使所述第二mos管截止。

上述中的开关机电路在外部电源初次接入vsupply的瞬间时，还未通过外部电路提供或按键按下产生脉冲信号之前，系统处于未上电的状态，第一mos管m1的栅极对地存在较大的寄生电容c，导致第一mos管m1的栅极处于低电平状态，并且第一电阻r1是数值较大的电阻，vsupply处经过且第一电阻r1给寄生电容c充电需要较长时间才能使第一mos管m1的栅极为高电平，而在这期间第一mos管m1很容易导通，从而给所述开关机电路的系统上电。

其中，所述vsupply处为外部电源与所述第一mos管m1的源极连接处。

为了防止在初次外部电源供应接入时第一mos管m1很容易导通，从而给所述开关机电路的系统上电。

如图10所示，本发明实施例的开关机电路还包括与所述第一mos管m1的栅极相连的防误开机模块15，用于产生输入到将所述第一mos管m1的栅极的高电平信号。

所述防误开机模块15包括：第六电阻r6，第一电容c1和第五mos管m5；

所述第六电阻r6的一端与第一mos管m1的源极连接，另一端与所述第一电容c1连接；所述第一电容c1的另一端与地连接；所述第五mos管m5的栅极与第六电阻r6阻和第一电容的连接点连接，所述第五mos管m5的源极与第一mos管m1的源极连接，所述第五mos管m5的漏极与所述第一mos管m1的栅极连接。

所述防误开机模块中的第六电阻r6和第一电容c1组成rc缓冲电路，当在初次电源接入vsupply的瞬间时，还未通过外部电路提供或按键按下产生脉冲信号之前，所述缓冲电路迅速吸收电流，驱动第二mos管m2导通，从而另第一mos管m1的栅极处于高电平状态，在这期间所述第一mos管处于截止的状态，从而不会给所述开关机电路的系统上电。

其中，所述第一mos管m1、第二mos管m2和第四mos管m4为p沟道mos管，所述第三mos管m3为n沟道mos管。

如图11所示，下面对包含第一mos管m1、第二mos管m2、第一开关单元、第二开关单元、脉冲拾取单元和电源管理单元的开关机电路的工作方式进行详细说明。

1、所述开关机电路的开机工作过程。

当外部电源通过vsupply接入所述开关机电路时，通过外部电路或外部按键产生一个高电平的脉冲信号vonoff，其中所述高电平的脉冲信号vonoff的电压幅度可以小于等于vsupply处的电压幅度。

在接入所述高电平的脉冲信号vonoff后，vctl＝r3/(r2+r3)*vonoff，满足第三mos管的导通阈值，此时所述第三mos管导通并将会产生一个低电平信号传输至第一mos管m1的栅极，迅速驱动第一mos管m1导通，此时外部电源将会通过vsupply处给所述开关机电路的系统供电。

当所述开关机电路的系统供电后，所述电源管理单元内的电源稳压器将会快速启动为所述电源管理单元内的时钟发生器、信号检测器、基准电压电路和使能控制器供电。时钟发生器开始为信号检测电路提供延时滤波，所述基准电压电路为检测电路提供基准电压，所述信号检测电路开始检测vdet处的电平信号和高电平脉冲持续时间th，第四电阻r4和第五电阻r5组成的脉冲拾取单元将所述脉冲信号转换为电压信号，即vdet＝r5/(r4+r5)*vonoff，所述信号检测电路将所述高电平脉冲持续时间th和vdet处的电平状态输出至所述使能控制器。

所述使能控制器根据预设的vdet为高电平的阈值vh，时间滤波阈值tf和所述vdet处的电平状态进行比较，当vdet>＝vh，且th-tr>＝tf时，此时满足所述开关机电路的开机条件，则使能控制器产生低电平信号ven传输至第四mos管m4的栅极，则所述第四mos管m4将会导通，产生低电平信号传输至第三mos管m3的栅极，驱动所述第三mos管m3导通，进而使第一mos管m1满足导通阈值，使其处于导通状态。

其中，所述的vdet为高电平的阈值vh，时间滤波阈值tf的数值大小可由本领域人员根据实际需要自行设定。

本发明实施例提供的开关机电路因存在两条通路控制所述第一mos管m1，即使在电平脉冲信号vonoff跌落至低电平时，所述控制器将会产生低平信号ven传输至第四mos管m4的栅极，使所述第四mos管m4导通驱动第三mos管m3导通，进而使第一mos管m1满足导通阈值，使其处于导通状态，保证包含所述开关机电路的系统处于持续供电的状态。

2、包含所述开关机电路系统的正常工作过程：

所述信号检测电路持续检测vdet处的电平状态，即使没有通过外部按键或外部电路提供的脉冲信号，由于所述电源管理单元处于工作状态，所述信号检测单元会保证vdet处于中间电平的状态，即vl<vdet<vh。

其中，vl为信号检测电路检测vdet处高电平的最小阈值，其中vh为信号检测电路检测vdet处高电平的最高阈值。

当检测电路持续检测到vdet处的高电平或低电平的时间超过所述的滤波时间时，所述电源管理单元内的存储器将会按照预定的指示，产生相应的标志位供系统查询，令所述系统执行相应的操作。

3、包含所述开关机电路系统的关机工作过程：

当系统处于关机的工作过程中时，当关机信号器输入至所述使能控制后，所述使能控制产生一个高电平信号ven传输至第四mos管m4的栅极，则所述第四mos管m4将会截止。此时所述第二mos管m2的栅极处的电压处于高电平的状态，从而所述第三mos管m3不再满足导通阈值，将会截止，其中，所述关机信号可采用软件操作或按键操作输出至所述使能控制器。

因第三mos管m3的漏极与所述第一mos管m1的栅极连接，当第三mos管m3截止时将会产生一个高电平信号传输至所述第一mos管m1的栅极，所述第一mos管m1不再满足导通阈值，将会截止，从而外部电源无法通过所述第一mos管m1给系统供电。

所述开关机电路在进入完全断后，除了第一mos管m1、第二mos管m2、第三mos管m3和第一电阻r1和外部电源与所述第一mos管m1的连接处vsupply处有轻微的漏电，所述开关机电路中的其他元器件基本处于断电零耗电的状态，大大节省了功耗。

以上参照示出根据本申请实施例的方法、装置(系统)和/或计算机程序产品的框图和/或流程图描述本申请。应理解，可以通过计算机程序指令来实现框图和/或流程图示图的一个块以及框图和/或流程图示图的块的组合。可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专用计算机的处理器和/或其它可编程数据处理装置，以产生机器，使得经由计算机处理器和/或其它可编程数据处理装置执行的指令创建用于实现框图和/或流程图块中所指定的功能/动作的方法。

相应地，还可以用硬件和/或软件(包括固件、驻留软件、微码等)来实施本申请。更进一步地，本申请可以采取计算机可使用或计算机可读存储介质上的计算机程序产品的形式，其具有在介质中实现的计算机可使用或计算机可读程序代码，以由指令执行系统来使用或结合指令执行系统而使用。在本申请上下文中，计算机可使用或计算机可读介质可以是任意介质，其可以包含、存储、通信、传输、或传送程序，以由指令执行系统、装置或设备使用，或结合指令执行系统、装置或设备使用。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。