CN101004633A - 超低功率唤醒电路 - Google Patents

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Abstract

一种用于有选择地启用电力的设备，其包括：电源、以及具有控制器和由用户激活的输入端的装置。控制器由电源有选择地供电。当装置处于休眠状态时，检测电路检测用户对输入端的激活，并且响应于检测到用户对输入端的激活而启用电源，以向控制器供电。锁存电路使电源持续向控制器提供电力。控制器响应于检测到用户对输入端的激活来启用锁存电路，以及用于停用锁存电路，从而使装置重新进入休眠状态。

Description

超低功率唤醒电路
技术领域
本发明总体上涉及具有休眠模式的电子装置。具体地，本发明涉及一种用于将电子装置置于电力保留睡眠模式、并且一旦用户进行输入时就将其唤醒的方法和设备。
背景技术
靠电池运转的装置已经流行了很多年。在早期的装置中，要求用户关闭装置电源或者通过开关手动地将电池与装置断开，以便在不使用时装置不消耗电池。
现在已开发出很多以低功率运转的电子装置，使得不必经由用户操作的开关来使电池完全隔离。更近期的电子装置还被设计为具有休眠状态，在该休眠状态中，装置的微处理器会使用开关来切断对装置的非必要元件的供电，从而通过消除在那些元件中的漏电流而节约额外的能量。当用户按下按钮或者试图使用装置时，装置醒来并且处理器将电力恢复给未激活元件。即使在这些低功率装置的休眠状态下，其仍然具有漏电流。
即使小漏电流也可能严重影响电池寿命。以下的表1例示了9伏电池的一个闲置寿命模型和一组可比较的AA电池的一个闲置寿命模型。
表1
  总容量(微安)    自放电(每年2％)
9V   580微安    11.6微安/年
AA   2700微安    54微安/年
表1假设电池容量自放电率为每年2％。现在假设电池在装置中将持续一年，并且装置每天闲置16个小时，则该自放电率在AA电池的情况下相当于9.2微安的闲置电流消耗，在9V电池的情况下相当于1.99微安的闲置电流消耗。
新式的电子装置通常被设计为在闲置期间使用很少的电力。这一般通过使用休眠状态来实现，在休眠状态中，大部分部件被设计为不传导任何电流。然而，CMOS装置固有地允许某些称为漏电流的电流。漏电流严重地妨碍电池寿命和能量保留。以下的表2例示了被具有不同漏电流的装置浪费的电量，其中假设电池在装置中持续至少一年，并且装置每天16个小时处于休眠状态。
表2
    40uA漏电流     5uA漏电流     1uA漏电流
    电力损耗(微安/年)   总容量的百分比     电力损耗(微安/年)   总容量的百分比     电力损耗(微安/年)   总容量的百分比
  9V     233.6   40.28％     29.2   5.03％     5.84   1.01％
  AA     233.6   8.65％     29.2   1.08％     5.84   0.22％
如表2所示，在休眠状态下漏电流可以产生很大的能量消耗，并且影响电池寿命。对于上述的使用情形，9V电池的几乎一半的容量(40.28％)被在休眠状态下仅具有40微安漏电流的装置浪费。如果将漏电流减小到1微安，则意味着在年底，电池保留了大于39％的容量，否则该部分容量将消耗给漏电流。另外，因为电池容量的仅1％是在装置休眠状态期间消耗给了漏电流，所以在电池寿命方面，电池本身的自放电率(约每年2％)成为相对重要的因素。因此，非常希望降低这些装置的休眠状态电流消耗，以改善电池寿命和/或总体上保留能量。更具体地，希望在装置处于休眠状态的同时基本上消除装置内的漏电流，并且仍然能够方便且快速地将装置从休眠状态唤醒。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种用于有选择地启用电力的设备。该设备包括电源以及具有控制器和由用户激活的输入端的装置。由电源对该控制器有选择地供电。检测电路检测由用户激活的输入端的激活，并且响应于检测到用户对输入端的激活而启用电源以向装置的控制器供电。控制器响应于所检测到的用户对输入端的激活而启用锁存电路，并随后停用该锁存电路。锁存电路在被启用期间使电源向控制器持续供电。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于有选择地启用装置的电源的方法，该装置具有由电源有选择地供电的控制器。检测该装置的用户对输入端的激活。响应于检测到用户对输入端的激活而启用电源以向控制器供电。对启用的电源进行锁存以在装置操作期间向控制器供电。停用电源以中止向控制器供电。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于有选择地启用电力的设备。该设备包括电源以及具有控制器和由用户激活的输入端的装置。所述控制器由电源有选择地供电。该设备还包括检测电路，用于检测用户对输入端的激活，并且响应于检测到用户对输入端的激活而启用电源，以向控制器提供电力。所述控制器响应于检测到用户对输入端的激活，在所述装置操作期间使检测电路持续启用电源以向控制器提供电力，并且用于使检测电路禁止电源向控制器提供电力。
另选地，本发明可以包括各种其他方法和设备。
其他目的和特征将在下文中部分地明了并部分地指出。
提供此概述是为了以简化的形式引入概念的选择，这些概念在下面的具体说明中会作进一步说明。该概述并不旨在确定要求保护的主题的关键特征或主要特征，也不是旨在用于帮助确定要求保护的主题的范围。
附图说明
图1是例示了根据本发明一个实施例的唤醒电路的框图，该唤醒电路使用无源开关检测电路和锁存电路；
图2是例示了根据本发明一个实施例的唤醒电路的框图，该唤醒电路使用有源开关检测电路，取消了单独的锁存电路；
图3是例示了根据本发明一个实施例的瞬时开关和无源开关检测电路的示意图；
图4是例示了根据本发明一个实施例的单极开关(single poleswitch)和无源开关检测电路的示意图；
图5是例示了根据本发明一个实施例的锁存电路的示意图。
在全部附图中，相应的附图标记表示相应的部件。
具体实施方式
在一个实施例中，本发明是一种在等待用户输入的同时基本上不耗电的超低功率唤醒电路。从电源直接向唤醒电路的部件供电，而通过负载开关有选择地向装置部件供电。唤醒电路适于响应于很多事件来唤醒装置，这些事件诸如是用户按下装置的用户接口上的任何输入键、从装置上的对接位置(docking position)移除或更换部件、从另一装置接收信号、或者打开或关闭装置的盖部。例如，在诸如预测温度计(predictive thermometer)或红外温度计之类的体温计的情况下，该装置应该具有在以下情况下醒来的能力，即只要温度探头被移除或更换、只要探头盖部被移除或更换、只要装置上的按钮被按压、或者只要装置盖被打开或关闭。该温度计具有对来自按钮或探头的输入进行响应的微处理器，并响应于这些输入而执行功能。在某些实施例中，在温度计执行完其功能之后，微处理器等待预定时间，并指示唤醒电路将装置置于休眠状态。通常，装置的功能、唤醒装置的事件、使装置返回休眠状态的事件是基于系统定义的需求，并且这些行为可以是硬连线的(hardwired)或是手动的。本领域的技术人员应该承认，本发明也可应用于脉搏计、血压监测器、预测温度计、血糖监测器、以及其他电子装置。
以下的讨论将集中于减小电池供电装置的耗电，以便它们的电池具有更长的寿命。本领域的技术人员应该注意，本发明同样可应用于具有其他类型电源的装置以减小功耗，这些电源诸如AC到DC转换器、AC电源以及其他电源。
参照图1，例示了使用无源开关检测电路和单独锁存电路的本发明的实施例。电源102向锁存电路104、开关106、无源开关检测电路110、以及负载开关108持续供电，所有这些部件都可被可选地配置为在等待用户输入期间基本上没有漏电流。
在一个实施例中，这可以通过将电路和开关设计为基本上不用CMOS部件，而是仅依赖于NMOS装置来实现。电源102可以是电池或者诸如AC/DC转换器的任何其他供电装置。另外，开关106可以是用户输入开关的阵列(见图3)。
无源开关检测电路110检测用户何时启动装置的开关106，并提供预设持续时间的检测启用(SENSE ENABLE)信号，以启用负载开关108，使得电源102经由负载开关108与微处理器112相连，并使得诸如存储器和/或通信部件(未示出)的其他任何装置部件与电源102相连。响应于接收到电力，微处理器112通过锁存(LATCH)信号激活锁存电路104，并且根据来自启动后开关106的用户输入IN来执行功能。激活后的锁存电路104向负载开关108提供锁存启用(LATCHENABLE)信号，以持续向包括微处理器112在内的装置部件供电。当装置执行完其操作时，微处理器112对更多用户输入等待预设时间(例如用户设置的超时时间段)，然后经由锁存信号，通过信号来通知锁存电路104，以将装置设置回休眠状态。例如，微处理器112可以中止向锁存电路104提供锁存信号。锁存电路104可以通过信号来通知负载开关108(例如，中止提供锁存启用信号)，以停止向装置供电。然后负载开关108改变状态，以中止向微处理器112提供电力VSW。因此装置返回其休眠状态，在该状态中，仅向用户输入开关106、无源开关检测电路110、锁存电路104、以及负载开关108提供电力VPS。在该休眠状态中，装置保持等待经由开关106的用户输入。
在操作中，用户按下装置上的开关106，以开始使用装置。无源开关检测电路110检测到开关106的状态变化，并临时产生检测启用信号，使得负载开关向微处理器112提供电力VSW。响应于该电力，微处理器112启动并向锁存电路提供锁存信号。响应于锁存信号，锁存电路向负载开关提供持续使负载开关保持在使能状态的锁存启用信号，以使负载开关持续将来自电源102的电力提供给微处理器112。然后用户就可以为其目的而使用该装置了。当该装置完成其操作时，微处理器112对进一步的用户输入等待预设时间。如果在超时时间段内未接收到这种输入，则微处理器112就终止锁存信号，这使锁存电路终止锁存启用信号，并且负载开关停止向微处理器112提供电力VSW。
现在参照图2，示出了使用有源开关检测电路的本发明的实施例。在该实施例中，电源202向用户输入开关206、有源开关检测电路210、以及负载开关208持续提供电力VPS，所有这些都可选地可被配置为在等待用户输入的同时基本上没有漏电流。
在一个实施例中，有源开关检测电路210主要是来自MicrochipCorporation的微处理器PIC 10F202，其在等待开关206输入的同时以低于1微安的电流进行工作。可能会需要某一公共辅助电路，利用该特殊部件来缓存开关206的输入。用在有源开关检测电路210中的微处理器具有有限的能力(capability)，这些能力使该微处理器被设计为具有低漏电流。有源开关检测电路210与图1的无源开关检测电路110的区别在于大多数检测电路的功能都被置于一个装置中而不是多个分散的部件中。这就允许得到总体上更小的产品并且可能降低制造成本。
当用户启动输入开关206时，有源开关检测电路210临时启用负载开关208，以向装置的微处理器212提供电力VSW。微处理器212启动并指示有源开关检测电路210持续使负载开关208供电(例如，提供锁存信号)。然后装置根据开关206的用户输入来执行操作。当装置执行完其操作时，微处理器212对用户的进一步输入等待预设时间段，然后指示有源开关检测电路210将装置置于休眠状态。作为响应，有源开关检测电路210经由启用(ENABLE)信号来用信号通知负载开关208，以断开到微处理器212的电力VSW。因此，该装置返回到其休眠状态，在该状态中，电力VPS仅提供给用户输入开关206、有源开关检测电路210以及负载开关208。在该实施例中，通过使用并入了锁存电路104功能的有源开关检测电路210，去除了对单独锁存电路104的需求。
认为超时功能(例如一时间段，其间微处理器对进一步的用户输入等待预设时间段，然后指示唤醒电路将装置置于休眠状态)可以在装置的微处理器中、装置的单独电路中、通过唤醒电路本身或通过与其的组合来实现。
该装置可以并且通常都会具有多个用户输入开关。本领域的技术人员应该明了，本发明可利用装置的所有、选出的几个、或者甚至仅一个用户输入开关来工作。例如，在图3的模型(phantom)中示出了另外的开关。
负载开关也具有多个实施例。在一优选实施例中，其是单个p沟道FET。负载开关也可以是多个p沟道FET的阵列，这对在使用中要消耗较大量电流的装置可能是需要的。在另一实施例中，负载开关可以是有源负载开关。一种这样的有源负载开关是FairchildSemiconductor制造的FDC6323。也可以为了额外的电流容量(currentcapacity)而布置多个有源负载开关。
本领域的技术人员应该明了，在不偏离本发明的情况下，可以对检测电路、负载电路、以及用户输入开关进行多种组合。
现在参照图3，与无源开关检测电路110一起示出了用户输入开关106的一个实施例。输入VPS是从电源102提供的持续电力(例如，在3个AAA电池串连的情况下的额定4.5伏)。当用户激活瞬时开关302时，检测启用信号被限制为低电平。当开关302被释放时，检测启用信号在由电阻R1和电容C1的值确定的时间段内临时保持低。检测启用信号激活负载开关108，并因此在该信号存在期间使得向装置的微处理器112供电。对无源开关检测电路106的电阻R1和电容C1进行选择，使得微处理器112具有足够的时间来启动和提供锁存信号。为了提供足够长的检测启用信号同时保持用电量低，电阻R1和电容C1的示例值分别是1兆欧(megaohm)和0.1微法拉。然后微处理器112读取输入信号IN并根据该输入和任何其他输入来执行操作。如模型中所示，另外的检测电路可用于监控另外的输入。
参照图4，与无源开关检测电路110(图1)一起示出了用户输入开关106的另选实施例。尽管图3中的开关是瞬时开关，但本实施例中的开关402是单闸单极开关。输入VSW是直接从负载开关108或调节器提供的开关电力，该调节器可由来自负载开关108的开关电力来供电或启用，而输入VPS是从电源102或者相关联的调节器提供的持续电力。开关402适于连接为装置的部件或盖部状态的指示器；例如，该部件是否在支架中，探头上是否有盖部，以及盖部是打开还是关闭。输出脉冲PR指示装置的微处理器112，电路被通过启动相关联的部件而唤醒。输出信号——探头(PROBE)——告诉微处理器112开关402是断开还是闭合，因此表明了该部件或盖部的状态。开关402从断开到闭合的状态变化将装置从其休眠状态唤醒。应该对电阻R2和电容C2进行选择，使得检测启用信号被提供足够量的时间，以启动装置的微处理器112。为了提供足够长的检测启用信号同时保持用电量低，电阻R2和电容C2的示例值分别是1兆欧和0.1微法拉。然后微处理器112向锁存电路104提供锁存信号，继而，锁存电路104使负载开关108向微处理器112持续供电。因此装置被从休眠状态唤醒，并且微处理器112可以进行分析，以通过使用开关402和无源开关检测电路110来确定状态，例如，是否盖部已经被置于探头上。
现在参照图5，示出了锁存电路104的一个实施例。当锁存电路104处于休眠状态时，FET 502和504两者都是开路。因此锁存电路104在装置等待用户输入的同时基本上不传导电流，并且锁存启用信号为高电平(例如，与VPS相同的电压)。
当唤醒电路检测到用户输入时，微处理器112向锁存电路104提供输入信号——锁存。该锁存信号使FET502导电。这继而增大了FET504的栅极处的电压，引起FET504导电，并且锁存启用信号被限制为低电平，这引起负载开关108向微处理器112持续供电。在装置完成其操作之后，微处理器112等待超时时间段，然后中止锁存信号。锁存电路104中止锁存启用信号，这引起负载开关108中止向微处理器112供电，从而装置被设置为休眠状态。
图3-5中的实施例被认为可被构建成装置的电路，或者被实现为现有装置电路的附加物，诸如以子板(daughterboard)配置。
已经对本发明进行了详细说明，应该明白，在不脱离由所附权利要求限定的本发明范围的情况下，可以进行修改和变型。
在此例示和说明的方法的执行或进行顺序并不重要，除非另有说明。即，发明人认为，可以以任何顺序来执行这些方法的要素，除非另有说明，并且这些方法可以包括比在此公开的要素更多或更少的要素。例如，可以认为一特定要素在另一要素之前、同时或之后执行或进行，这是落在本发明的各实施例范围之内的。
当引入本发明或其优选实施例的要素时，冠词“一个”、“该”、“所述”旨在意指存在一个或多个元素。术语“包含”、“包括”、“具有”旨在表示包括在内，并且意指可能有除所列元素之外的附加元素。
鉴于上述内容，可以看出实现了本发明的若干目标，并且获得了有益的结果。
在不脱离本发明范围的情况下，可以对以上的产品和方法作出各种改变，在上述说明中所包含的以及附图中所示出的所有主题应该被解释为是例示性的而不是限制意义的。

Claims (20)

1、一种用于有选择地启用电力的设备，其包括：
电源；
具有控制器和由用户激活的输入端的装置，所述控制器由电源有选择地供电；
检测电路，用于检测用户对输入端的激活，并且响应于检测到用户对输入端的激活而启用电源，以向控制器提供电力；
锁存电路，用于使电源持续向控制器提供电力；并且
所述控制器响应于检测到用户对输入端的激活来启用锁存电路，以及用于停用锁存电路。
2、根据权利要求1所述的设备，还包括：
负载开关，响应于电源启用信号，以向控制器提供电力；
其中所述检测电路响应于检测到用户对输入端的激活，首先向负载开关提供电源启用信号；并且
其中，当锁存电路被控制器启用时，锁存电路向负载开关提供电源启用信号，当锁存电路被控制器停用时，锁存电路中止提供电源启用信号。
3、根据权利要求2所述的设备，其中所述负载开关是负载开关的阵列。
4、根据权利要求2所述的设备，其中电源不依赖于负载开关而向被用户激活的输入端、检测电路、以及锁存电路持续提供电力。
5、根据权利要求1所述的设备，其中被用户激活的输入端是与用于向控制器提供输入的探头相关联的开关。
6、根据权利要求1所述的设备，其中被用户激活的输入端是与用于所述装置的盖部相关联的开关。
7、根据权利要求1所述的设备，其中所述装置是体温计、脉搏计、血压监测器、预测温度计、或血糖监测器。
8、一种有选择地启用装置电源的方法，该装置具有由电源有选择地供电的控制器，该方法包括：
检测所述装置的用户对输入端的激活；
响应于检测到用户对输入端的激活而启用电源，以向控制器提供电力；
锁存已启用的电源，以在装置操作期间向控制器提供电力；并且
停用电源以中止向控制器提供电力。
9、根据权利要求8所述的方法，其中检测所述装置的用户对输入端的激活包括检测所述装置的开关的位置。
10、根据权利要求9所述的方法，响应于检测到用户对输入端的激活而启用电源以向控制器提供电力的步骤包括首先启用电源。
11、根据权利要求10所述的方法，其中锁存已启用的电源以在装置操作期间向控制器提供电力的步骤包括在控制器操作期间提供启用信号。
12、根据权利要求11所述的方法，其中在装置的操作结束之后停用电源以中止向控制器提供电力的步骤包括中止提供启用信号。
13、一种用于有选择地启用电力的设备，其包括：
电源；
具有控制器和由用户激活的输入端的装置，所述控制器由电源有选择地供电；
检测电路，用于检测用户对输入端的激活，并且响应于检测到用户对输入端的激活而启用电源，以向控制器提供电力；以及
所述控制器响应于检测到用户对输入端的激活，在所述装置操作期间使检测电路持续启用电源以向控制器提供电力，并且用于使检测电路禁止电源向控制器提供电力。
14、根据权利要求13所述的设备，其中所述检测电路包括检测微处理器。
15、根据权利要求13所述的设备，还包括：
负载开关，响应于电源启用信号，向控制器提供电力；并且
其中所述检测电路响应于检测到用户的输入和/或响应于来自控制器的输入而向负载开关提供电源启用信号。
16、根据权利要求15所述的设备，其中所述负载开关是负载开关的阵列。
17、根据权利要求15所述的设备，其中电源不依赖于负载开关而向检测电路和被用户激活的输入端持续提供电力。
18、根据权利要求13所述的设备，其中被用户激活的输入端是与用于向控制器提供输入的探头相关联的开关。
19、根据权利要求13所述的设备，其中被用户激活的输入端是与用于所述装置的盖部相关联的开关。
20、根据权利要求13所述的设备，其中所述装置是体温计、脉搏计、血压监测器、预测温度计、或血糖监测器。
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