CN100484318C - 用以减少系统的电力消耗的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用以减少系统的电力消耗的装置及方法，其中该装置适用于运作在省电模式的系统中，该装置包括：控制器，提供第一控制信号及第二控制信号；振荡器电路，耦接于控制器，其中控制器依据第二控制信号控制振荡器电路；及稳压器，耦接于控制器，为振荡器电路提供电力，其中控制器依据第一控制信号控制稳压器。由于本发明使用独立的控制信号来分别控制稳压器与振荡器电路，使其可以依照不同的睡眠期间时间长度，对稳压器与振荡器电路的关闭模式做不同的设定，可以达到最大的省电目的。

Description

用以减少系统的电力消耗的装置及方法

技术领域

本发明有关于无线局域网络(wireless local area network，以下简称WLAN)，尤其是有关于无线网络省电模式在无线网络中无线装置的应用，具体地讲是用以减少系统的电力消耗的装置及方法。

背景技术

对一个运作于省电模式中的WLAN无线装置而言，当不需要接收或传送信息包(packet)时(以下称此状态为睡眠期间)，WLAN无线装置的组件则被关闭以减少电力消耗。为了接收预定送达的信息包，WLAN无线装置的组件会在预定送达的信息包送达之前被唤醒。例如，在睡眠期间，WLAN无线装置中，除了控制芯片之外的大部分组件均被关闭，以减少电力消耗。为了接收预定送达的信息包，WLAN无线装置的稳压器及振荡器电路会在预定送达的信息包送达之前被唤醒。

图1显示一现有的WLAN无线装置的一部分的方块示意图。如图1所示，在WLAN无线装置中，控制芯片10包含单一的使能接脚(enable pin)101，以同时控制低压差线性稳压器(low dropout regulator，LDO)15及振荡器电路(oscillator circuit，OSC)17，其中低压差线性稳压器15为振荡器电路17提供电力。为了增加能量效率，在WLAN无线装置没有传送信息包时，WLAN无线装置会关闭其中大部分的组件，并切换到省电模式。当WLAN无线装置运作于省电模式时，控制芯片10关闭(disable)低压差线性稳压器15及振荡器电路17，且控制芯片10本身闲置(idle)于睡眠模式(sleepmode)中。另一方面，当要开始传送信息包时，控制芯片10使能(enable)低压差线性稳压器15及振荡器电路17，且控制芯片10本身回到活动模式(active mode)。在省电模式中，通过关闭低压差线性稳压器15，可以防止漏电流的发生，而使得电力耗损减少。但是，在省电模式中关闭振荡器电路17却可能增加电力消耗。这是因为当切换回活动模式时，由于在低压差线性稳压器15被使能并提供电力给振荡器电路17之后，振荡器电路17才被使能，而振荡器电路17需要较长时间来达到稳定运作，而在稳定运作之前可能会产生不正常的高电流消耗。而达到稳定运作所需的时间越长，消耗的电流和电力越多。除此之外，射频电路(radio frequency circuit，RFcircuit)可能需要重新程序化，而使得额外的电流消耗产生。因此，如图1所示的现有电路设计有改善的必要。

图2显示一现有WLAN无线装置的一部分的方块示意图。和图1所示的电路类似，控制芯片20包含单一的使能接脚201。在此，低压差线性稳压器25并非由控制芯片20所控制，相反地，低压差线性稳压器25始终是处于使能状态的。当WLAN无线装置运作于省电模式时，控制芯片20关闭振荡器电路27，且控制芯片20本身闲置于睡眠模式中。当要开始传送数据时，控制芯片20使能振荡器电路27，且控制芯片20本身回到活动模式。在此设计中，由于低压差线性稳压器25在睡眠期间也是处于使能状态中，因此可能有漏电流发生。但是，因为低压差线性稳压器25不中断其对振荡器电路27的电力供应，因此，振荡器电路27达到稳定运作所需的时间较短，因此，可以避免不正常的高电流消耗发生。

当睡眠期间较长时，图1所示的机制具有较低的漏电流，因此比图2所示的机制要好。但是，当睡眠期间较短时，图2所示的机制到达稳定运作的时间较短，因此比图1所示的机制要好。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种可以解决上述问题的用以减少系统的电力消耗的装置及方法。

本发明提供一种用以减少系统的电力消耗的装置，其适用于运作于省电模式的一系统，该装置包括：一控制器，依据一稳压器的漏电流、一振荡器电路的稳定期间、所述系统的睡眠期间，提供一第一控制信号以及一第二控制信号；所述振荡器电路，耦接于控制器，其中控制器依据第二控制信号控制振荡器；及所述稳压器，耦接于控制器，为振荡器提供电力，其中控制器依据第一控制信号控制稳压器。

本发明还提供用以减少系统的电力消耗的方法，其适用于运作于省电模式的系统，其中该系统包含一振荡器电路及一稳压器。该方法首先提供稳压器的一漏电流，并提供振荡器电路的一稳定期间时间长度，且提供系统的一睡眠期间时间长度。依据稳压器的漏电流、振荡器电路的稳定期间时间长度、及系统的睡眠期间时间长度，决定一第一控制信号及一第二控制信号。并依据决定的第一控制信号及第二控制信号控制振荡器电路及稳压器。

由于本发明使用独立的控制信号分别控制稳压器与振荡器电路，使其可以依照不同的睡眠期间时间长度，对稳压器与振荡器电路的关闭模式做不同的设定，可以达到最大的省电目的。

附图说明

图1显示一现有的WLAN无线装置的一部分的方块示意图；

图2显示一现有的WLAN无线装置的一部分的方块示意图；

图3显示依据本发明实施例的用以减少系统的电力消耗的装置的方块示意图；

图4显示依据本发明实施例的用以减少系统的电力消耗的方法流程图；

图5显示依据IEEE 802.11标准操作的无线局域网络的省电模式运作示意图；以及

图6显示依据IEEE 802.11标准操作的无线局域网络的省电模式运作示意图。

具体实施方式

本发明可适用于具有省电机制的无线通讯系统，例如依据IEEE 802.11标准操作的无线局域网络的省电模式。

无线局域网络主要目的之一是用于提供便携式装置网络服务，而便携式装置通常倚赖电池作为其电力来源，因此，有效利用电源成为便携式装置的重要课题。IEEE 802.11标准界定了无线装置的省电模式。在省电模式中运作的无线装置，定期接收由接入点(access point)传送的信标帧(beaconframe)。当无线装置通过信标帧得知有数据信息包暂存在接入点等候下载，则无线装置可以传送触发帧(trigger frame)到接入点以下载暂存的数据信息包。无线装置可以是一GSM/WiFi双模手机、无线掌上型装置、或其它可以在具有可变动睡眠期间的省电模式的系统中运作的装置。

图3显示依据本发明实施例的用以减少系统的电力消耗的装置的方块示意图，其适用于运作于省电模式的系统。如图3所示，在WLAN无线装置中，控制芯片30包含两个使能接脚305及301，以同时控制低压差线性稳压器35及振荡器电路37，其中低压差线性稳压器35为振荡器电路37提供电力。为了提高能量效率，在WLAN无线装置没有传送数据信息包时，WLAN无线装置关闭其中大部分的组件，并切换到省电模式。依据本实施例，当WLAN无线装置运作于省电模式时，控制芯片30所控制的至少一个组件保持苏醒。在省电模式中，两次苏醒之间的期间称为睡眠期间。在本实施例中，在睡眠期间，低压差线性稳压器35可以通过使能接脚305关闭；或者，低压差线性稳压器35可以在睡眠期间保持使能状态。同样地，振荡器电路37可以由使能接脚301使能或关闭。在另一实施例中，交换调整器(switchingregulator)可以代替低压差线性稳压器。

依据本实施例，控制芯片30依据对于使能接脚301和305的不同设定所对应的总电流消耗估计，以决定是否要使使能接脚301及305使能/关闭。可能的设定方式包括：使使能接脚301及305同时关闭；先使使能接脚305使能，在低压差线性稳压器35提供给振荡器电路37的电力稳定后，再使使能接脚301使能；以及使使能接脚305维持在使能状态，并只有在离开睡眠模式时，才使使能接脚301使能。上述估计的总电流消耗可以依据下列因素计算：低压差线性稳压器35的漏电流、振荡器电路37需要的稳定期间时间长度、系统的睡眠期间时间长度、及其它相关因素。

例如，控制芯片30依据对于使能接脚301和305的不同设定所对应的估计的电流消耗，选取对应于最低的估计总消耗电流的设定。其中上述计算可以依据下式执行：

估计总消耗电流＝A×x+B×y+C×z        (式1)

其中A为系统处于省电模式的时间长度，B为振荡器电路37稳定期间的时间长度，C为系统中其它组件的稳定期间的时间长度，x为系统在省电模式中的消耗电流，若低压差线性稳压器35被使能，x包括低压差线性稳压器35的消耗电流，y为振荡器电路37及低压差线性稳压器35在稳定期间的消耗电流，z为系统中其它组件的稳定期间的消耗电流。

图4显示依据本发明实施例的用以减少系统的电力消耗的方法流程图，该方法适用于运作于省电模式的系统。图4所示的方法可以用于图3所示的无线装置中。在步骤S401中，提供无线装置中的组件在睡眠模式中的电流消耗的相关信息。在步骤S402中，提供无线装置中的组件(如振荡器电路37及其它组件)在稳定状态期间的电流消耗的相关信息。在此，组件离开睡眠状态到达稳定运作所需要的时间，称为稳定期间。通常，在稳定期间当中，某一特定组件的电流消耗会大于其在睡眠期间的电流消耗。而且，被关闭的低压差线性稳压器到达稳定状态时的电流消耗会大于已使能的低压差线性稳压器。在步骤S403中，提供系统的一睡眠期间时间长度。在步骤S404中，提供无线装置中振荡器电路及其它组件的稳定期间的时间长度的相关数据。

在步骤S405中，对应于低压差线性稳压器在睡眠期间的不同设定，计算其对应的估计总消耗电流。换言之，分别计算下列设定对应的估计总消耗电流：在睡眠状态中低压差线性稳压器被使能；在睡眠状态中低压差线性稳压器被关闭。计算依据下式执行：

估计总消耗电流＝A×x+B×y+C×z        (式1)

其中A为系统处于省电模式的时间长度，B为振荡器稳定期间的时间长度，C为正常模式期间的时间长度，x为系统在省电模式中的消耗电流，若低压差线性稳压器被使能，x包括低压差线性稳压器消耗电流，y为振荡器电路及低压差线性稳压器在稳定期间的消耗电流，z为在正常模式期间的消耗电流。

若在睡眠状态中低压差线性稳压器被关闭的设定，所对应的估计总电流消耗较低，则可以进一步提供低压差线性稳压器和振荡器电路两者被唤醒时间之间的时间差异。例如，可以在低压差线性稳压器到达稳定运作状态之后，再唤醒振荡器电路。

在步骤S406中，依据在步骤S405的计算结果，决定使能接脚301及305的设定方式，并分别依据使能接脚301及305的设定来控制振荡器电路及低压差线性稳压器。

在此，提供两个范例，以说明在睡眠期间对于低压差线性稳压器和振荡器电路的动态控制，以尽量减少运作于省电模式中的无线装置的电流消耗。图5显示在睡眠期间相对较短时的动态控制方式；图6显示在睡眠期间相对较长时的动态控制方式。

图5显示依据IEEE 802.11标准操作的无线局域网络的省电模式运作示意图。方块500中显示接入点的运作。在省电模式中，接入点定期产生信标帧。两次传送信标帧之间的时间间隔称的为信标间隔(beacon interval)。

接入点传送的每一个信标帧包含一业务指示图(traffic indication map，以下简称TIM)。每隔一个发送业务指示图(Delivery Traffic Indication Map，以下简称DTIM)间隔，会产生一个信标帧夹带着DTIM而不是一般的TIM。当接入点暂存广播帧(broadcast frame)或多播帧(multicast frame)时，接入点会将这些暂存的帧随同DTIM传送。因此，无线装置必须苏醒以接收这些随同DTIM送达的广播帧或多播帧。在此，DTIM间隔和信标间隔相同，如图5所示的期间D。

方块530显示和接入点联机的无线装置的电流消耗状况。在期间A，没有信标帧传入，无线装置进入睡眠模式。在睡眠模式期间，无线装置关闭几乎所有的组件，因而在睡眠期间其消耗电力最小。无线装置定期醒来(标示为正常模式的部分)以接收从接入点定期传送的信标帧。在无线装置进入正常模式监听信标帧之前，必须先打开一振荡器电路。在期间B，打开振荡器电路。在期间C，无线装置进入正常模式。对应于期间A、B、C的方块分别显示对应的特定期间的电流消耗。

参见图5，接入点的信标间隔为100ms，DTIM间隔为1，而无线装置在每个DTIM都会醒来。在此实施例中，期间A为95ms，期间C为5ms，而振荡器电路的稳定期间为3ms。例如，用以控制振荡器电路的低压差线性稳压器的电流消耗为0.04mA，而无线装置的其它组件的电流消耗也是0.04mA。另外，若低压差线性稳压器在睡眠期间被关闭的话，则无线装置的射频电路需要重新启动(re-initiation)。射频电路的稳定期间为700us，而其平均电流消耗为13mA。在此，计算在睡眠期间低压差线性稳压器不同设定所对应的估计总消耗电流。例如，分别计算下列设定对应的估计总消耗电流：在睡眠期间中低压差线性稳压器被使能；在睡眠期间中低压差线性稳压器被关闭。计算依据(式1)执行。例如，当在睡眠期间中低压差线性稳压器被关闭，则估计的总电流消耗为：

估计总消耗电流＝

95ms×0.04mA+3ms×(0.04mA+0.04mA)+0.7ms×13mA

＝13.14mAms

当在睡眠期间中低压差线性稳压器被使能，则估计的总电流消耗为：

估计总消耗电流＝

(95ms+3ms)×(0.04mA+0.04mA)

＝7.84mAms

依据上述计算的结果可知，较具能量效率的作法是，在睡眠期间将低压差线性稳压器维持在使能状态，在睡眠期间关闭振荡器电路，并在睡眠期间过后，再使振荡器电路使能以接收信标帧。

图6显示依据IEEE 802.11标准操作的无线局域网络的省电模式运作示意图。方块600中显示接入点的运作。在省电模式中，接入点定期产生信标帧。两次传送信标帧之间的时间间隔称的为信标间隔。

接入点传送的每一个信标帧包含一TIM。每隔一个DTIM间隔，会产生一个信标帧，其夹带着DTIM而不是一般的TIM。当接入点暂存广播帧或多播帧时，接入点会将这些暂存的帧随同DTIM传送。因此，无线装置必须苏醒以接收这些随同DTIM送达的广播帧或多播帧。

方块630显示和接入点联机的一无线装置的电流消耗状况。在期间A，无线装置进入睡眠模式。在睡眠模式期间，无线装置关闭几乎所有的组件，因而在睡眠期间其消耗电力最小。无线装置定期醒来(标示为正常模式的部分)接收从接入点定期传送的信标帧。在无线装置进入正常模式监听信标帧之前，必须先打开一振荡器电路。在期间B，打开振荡器电路。在期间C，无线装置进入正常模式。对应于期间A、B、C的方块分别显示对应的特定期间的电流消耗。

参见图6，该接入点的信标间隔为100ms，DTIM间隔为8，而该无线装置于每个DTIM都会醒来。在此，期间A为795ms，期间C为5ms，而振荡器电路的稳定期间为3ms。例如，用以控制振荡器电路的低压差线性稳压器的电流消耗为0.07mA，而无线装置的其它组件的电流消耗也是0.07mA。再者，低压差线性稳压器在睡眠期间被关闭，并在睡眠期间过后再被使能的状况下，通过使振荡器电路被使能的时间点落在低压差线性稳压器运作稳定时，可以进一步减少振荡器电路的电流消耗。换言之，低压差线性稳压器和振荡器电路两者被使能时间之间的时间差异，可以是低压差线性稳压器的稳定期间。在此，计算在睡眠期间低压差线性稳压器不同设定所对应的估计总消耗电流。例如，分别计算下列设定对应的估计总消耗电流：在睡眠期间中低压差线性稳压器被使能；在睡眠期间中低压差线性稳压器被关闭。计算依据(式1)执行。

当在睡眠期间中低压差线性稳压器被关闭，则估计的总电流消耗为：

估计总消耗电流＝

795ms×0.07mA+3ms×(0.07mA+0.07mA)

＝56.07mAms

当在睡眠期间中低压差线性稳压器被使能，则估计的总电流消耗为：

估计总消耗电流＝

(795ms+3ms)×(0.07mA+0.07mA)

＝111.72mAms

依据上述计算的结果可知，较具能量效率的作法是，在睡眠期间关闭低压差线性稳压器及振荡器电路。而且，在低压差线性稳压器在睡眠期间被关闭，并于睡眠期间过后再被使能的状况下，通过使振荡器电路被使能的时间点落在低压差线性稳压器运作稳定时，可以进一步减少振荡器电路的电流消耗。换言的，低压差线性稳压器和振荡器电路两者被使能时间之间的时间差异，可以是低压差线性稳压器的稳定期间。

虽然本发明已用较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求所界定者为准。

Claims (11)

1.一种用以减少系统的电力消耗的装置，其适用于一运作于省电模式的系统，其特征在于，所述装置包括：

一控制器，依据一稳压器的漏电流、一振荡器电路的稳定期间、所述系统的睡眠期间，提供一第一控制信号及一第二控制信号；

所述振荡器电路，耦接于所述控制器，其中所述控制器依据所述第二控制信号控制所述振荡器电路；以及

所述稳压器，耦接于所述控制器，为所述振荡器电路提供电力，其中所述控制器依据所述第一控制信号控制所述稳压器。

2.根据权利要求1所述的用以减少系统的电力消耗的装置，其特征在于，所述稳压器为一低压差线性稳压器或一交换调整器。

3.根据权利要求1所述的用以减少系统的电力消耗的装置，其特征在于，所述用以减少系统的电力消耗的装置适用的系统为一GSM/WiFi双模手机或一手持式装置。

4.根据权利要求1所述的用以减少系统的电力消耗的装置，其特征在于，所述控制器还计算所述系统对应于多个不同设定的估计总消耗电流，其中所述计算依据下式执行：

估计总消耗电流＝A×x+B×y+C×z；

其中A为所述系统处于所述省电模式的时间长度，B为所述振荡器电路稳定期间的时间长度，C为正常模式期间的时间长度，x为所述系统在省电模式中的消耗电流，若所述稳压器被使能，x包括所述稳压器的消耗电流，y为所述振荡器电路及稳压器在稳定期间的消耗电流，z为在正常模式期间的消耗电流。

5.根据权利要求4所述的用以减少系统的电力消耗的装置，其特征在于，所述控制器进一步比较对应于每一不同设定的估计总消耗电流，以决定其中最低的估计总消耗电流，并选取对应于所述最低的估计总消耗电流的设定，所述控制器依据所述选取的设定决定所述第一控制信号及所述第二控制信号。

6.根据权利要求4所述的用以减少系统的电力消耗的装置，其特征在于，所述设定界定下列任一个：

(1)以所述第一控制信号使能所述稳压器，并同时以所述第二控制信号使能所述振荡器电路；

(2)以所述第一控制信号逐渐使所述稳压器使能，并当从所述省电模式切换至所述正常模式时，才以所述第二控制信号使能所述振荡器电路；及

(3)以所述第一控制信号使能所述稳压器，然后，在所述稳定期间之后，以所述第二控制信号使能所述振荡器电路。

7.根据权利要求1所述的用以减少系统的电力消耗的装置，其特征在于，所述控制器依据所述稳压器的一漏电流、所述振荡器电路的一稳定期间时间长度、及所述系统的一睡眠期间时间长度，以提供所述第一控制信号及所述第二控制信号。

8.一种用以减少系统的电力消耗的方法，其适用于运作于省电模式的系统，其中所述系统包含一振荡器电路及一稳压器，其特征在于，所述方法包括：

提供所述稳压器的一漏电流；

提供所述振荡器电路的一稳定期间时间长度；

提供所述系统的一睡眠期间时间长度；

依据所述稳压器的所述漏电流、所述振荡器电路的所述稳定期间、及所述系统的所述睡眠期间，决定一第一控制信号及一第二控制信号；以及

依据决定的所述第一控制信号及所述第二控制信号控制所述振荡器电路及所述稳压器。

9.根据权利要求8所述的用以减少系统的电力消耗的方法，其特征在于，所述依据稳压器的漏电流、振荡器电路的稳定期间、及系统的睡眠期间，决定第一控制信号及第二控制信号之步骤还包括：

计算所述系统对应于不同设定的估计总消耗电流，其中所述计算依据下式执行：

估计总消耗电流＝A×x+B×y+C×z；

其中A为所述系统处于所述省电模式期间的时间长度，B为所述振荡器稳定期间的时间长度，C为正常模式期间的时间长度，x为所述系统于省电模式中的消耗电流，若所述稳压器被使能，x包括所述稳压器的消耗电流，y为所述振荡器电路及稳压器于稳定期间的消耗电流，z为在正常模式期间的消耗电流。

10.根据权利要求9所述的用以减少系统的电力消耗的方法，其特征在于，所述方法还包含：

比较对应于每一不同设定的估计总消耗电流，以决定其中最低的估计总消耗电流；以及

选取对应于所述最低的估计总消耗电流的设定，所述控制器依据所述选取的设定决定所述第一控制信号及所述第二控制信号。

11.根据权利要求9所述的用以减少系统的电力消耗的方法，其特征在于，所述设定界定下列任一者：

(1)以所述第一控制信号使能所述稳压器，并同时以所述第二控制信号使能所述振荡器电路；

(2)以所述第一控制信号逐渐使所述稳压器使能，并当从所述省电模式切换至所述正常模式时，才以所述第二控制信号使能所述振荡器电路；及

(3)以所述第一控制信号使能所述稳压器，然后，在所述稳定期间之后，以所述第二控制信号使能所述振荡器电路。

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