CN102650904B - 低功耗电路以及降低功率消耗的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低功耗电路，包括一微处理器、一电源开关模块及一主电路模块。微处理器电性耦接至电源电压并输出一电源控制信号，并由一第一工作模式切换至一第二工作模式时改变电源控制信号的脉冲频率。电源开关模块输出一电源信号，电源开关模块电性耦接至微处理器和电源电压以接收电源控制信号，并依据电源控制信号的脉冲频率的改变而调制电源信号的工作周期，其中，电源信号的电压幅值是由电源电压决定。主电路模块电性耦接至电源开关模块以接收电源信号并以电源信号所传送的能量进行运作；其中，所述电源开关模块为电源开关晶体管。本发明还涉及一种降低功率消耗的方法。本发明的低功耗电路及降低功率消耗的方法可降低功耗、减少能源浪费。

Description

低功耗电路以及降低功率消耗的方法
技术领域
本发明涉及一种低功耗电路以及降低功率消耗的方法。
背景技术
随着电子技术的蓬勃发展，电子装置例如计算机、手机已成为现代人们生活中不可或缺的部分。计算机的各个部件例如计算机的光驱、显示适配器、显示器、声卡、耳机等在待机过程中也会消耗较大的功率，如此一来，就会产生能源浪费的问题。因此如何降低电子装置的功耗成为亟待解决的重要课题。
近年来，电子装置省电技术的发展已经逐渐地萌芽。目前，电子装置大都利用省电模式以降低功耗，即电子装置在省电模式中会设定微处理器提供的缓存器进入空闲模式(idle mode)，如此可降低电子装置各电路上的电源消耗。在现今环保意识高涨的趋势及相关法规的要求下，尤其当电子装置省电规范中对电源消耗的要求标准高时，即使微处理器进入空闲模式也无法达到上述省电规范的要求。
发明内容
因此，为降低功耗、减少能源浪费，本发明提供一种低功耗电路以及一种降低功率消耗的方法。
为达上述优点，本发明提出一种低功耗电路包括微处理器、电源开关模块及主电路模块。微处理器电性耦接至电源电压并输出电源控制信号，并由第一工作模式切换至第二工作模式时改变电源控制信号的脉冲频率。电源开关模块输出电源信号，电性耦接至微处理器和电源电压以接收电源控制信号，并依据电源控制信号的脉冲频率的改变而调制电源信号的工作周期，其中，电源信号的电压幅值是由电源电压决定。主电路模块电性耦接至电源开关模块以接收电源信号，并以电源信号所传送的能量进行运作；其中，所述电源开关模块为电源开关晶体管。
在本发明的一实施例中，上述的第一模式与第二工作模式可分别为正常模式、开启模式与空闲模式中的两个不同者。
在本发明的一实施例中，上述的微处理器可包括通用输入输出接口，从而电源开关电路电性耦接至微处理器的通用输入输出接口以接收电源控制信号。
本发明还提出一种降低功率消耗的方法，包括步骤：自微处理器输出电源控制信号；当微处理器由第一工作模式切换至第二工作模式时，改变电源控制信号的脉冲频率；自电源开关模块输出电源信号，依据电源控制信号的脉冲频率的改变来调制电源信号的工作周期，其中，电源信号的电压幅值是由电源电压决定；以及由主电路模块接收电源信号，并以电源信号所传送的能量进行运作；其中，所述电源开关模块为电源开关晶体管。
在本发明的一实施例中，上述的降低功率消耗的方法中的第二工作模式可为空闲模式；以及微处理器可通过通用输入输出接口来输出电源控制信号。
本发明实施例的低功耗电路以及降低功率消耗的方法，通过微处理器在改变工作模式时改变电源控制信号的脉冲特性，以此来调制电源开关模块输出的电源信号的工作周期并使主电路模块以电源信号所传送的能量进行运作，电源信号的不同的工作周期可代表不同的传送能量；因此通过对电源信号的工作周期的调制(例如减小)，可有效达成降低功耗、减少能源浪费的目的，从而符合电路高标准要求的省电规范。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是根据本发明所提供的一实施例的低功耗电路方块图。
图2示出图1的微处理器工作在第一模式与第二模式下的电源控制信号的脉冲宽度调制波形图。
图3示出图1的微处理器工作在第一模式与第二模式下的电源控制信号的脉冲频率调制波形图。
图4是根据本发明所提供的一实施例的降低功率消耗的方法的流程图。
【主要元件符号说明】
10：微处理器
20：电源开关模块
30：主电路模块
101：电源控制信号
Vcc1：电源电压
Vcc2：电源信号
S300～S306：本发明一实施例的施行步骤
具体实施方式
为更进一步阐述本发明以达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的低功耗电路以及降低功率消耗的方法其具体实施方式、方法、步骤、结构、特征及功效，详细说明如后。
有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例详细说明中将可清楚的呈现。通过具体实施方式的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效有一更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。
请参考图1，图1是根据本发明所提供的一实施例的低功耗电路方块图。在此实施例中，低功耗电路包括微处理器10、电源开关模块20以及主电路模块30。
如图1所示，微处理器10电性耦接至电源电压Vcc1。微处理器10包括通用输入输出(General Purpose Input/output)接口GPIO，其电性耦接至电源开关模块20以输出电源控制信号101；微处理器10在不同的工作模式下通用输入输出接口GPIO输出的电源控制信号101的脉冲特性会有所不同，例如脉冲宽度不同或者脉冲频率不同。
电源开关模块20电性耦接至电源电压Vcc1。电源开关模块20进一步电性耦接至微处理器10的通用输入输出接口GPIO以接收电源控制信号101，并依据电源控制信号101产生电源信号Vcc2。在此，电源信号Vcc2的电压幅值是由电源电压Vcc1决定，而电源信号Vcc2的工作周期则是由电源控制信号101来决定。在本实施方式中，电源开关模块20可为电源开关晶体管(Power MOS)，例如PMOS(p-channel Metal Oxide Semiconductor)、NMOS(n-channel Metal Oxide Semiconductor)或其它类型的电源开关模块。
主电路模块30电性耦接至电源开关模块20以接收电源信号Vcc2并以电源信号Vcc2所传送的能量进行运作。在此，主电路模块30例如是包括南桥芯片及/或北桥芯片的负载电路模块。由于电源信号Vcc2的不同的工作周期可代表不同的传送能量，因此通过电源控制信号101对电源信号Vcc2的工作周期的调制(例如减小)，可达到改变(例如降低)主电路模块30的耗电量的目的。
请一并参考图1及图2，其中图2示出图1所示微处理器10工作在第一工作模式与第二工作模式下的电源控制信号101的脉冲宽度调制(PWM,pulse width modulation)波形图。在此，第一工作模式与第二工作模式分别可为正常模式(Normal mode)、开启模式(Pen on mode)、空闲模式(Idle mode)等工作模式之一；换而言之，微处理器10可在任意两个不同工作模式之间进行切换。图2示出第一模式为正常模式及第二模式为空闲模式时电源控制信号101的PWM波形作为举例说明，但本发明并不以此为限。如图1及图2所示，当微处理器10工作在正常模式时，电源控制信号101的频率周期为T，工作周期为(D1/T)且大于50％例如90％；D1为高电位在单个频率周期T内的时间长度，也即致能期间。假设在本实施方式中电源开关模块20为NMOS型晶体管，则在电源控制信号101的致能期间D1内，电源开关模块20导通，电源信号Vcc2传送能量至主电路模块30；相反地，在电源控制信号101的禁能期间(在此，对应电源控制信号101为低电位)内，电源开关模块20截止，电源信号Vcc2停止传送能量至主电路模块30。如此，由于电源信号Vcc2所传送的能量在电源电压Vcc1保持不变的前提下是由其工作周期的大小决定，因此通过电源控制信号101对电源开关模块20的控制可决定电源信号Vcc2传送至主电路模块30的能量大小。
当微处理器10由正常模式切换至空闲模式时，电源控制信号101的频率周期仍保持为T，而其工作周期则由正常模式下的(D1/T)改变为空闲模式下的(D2/T)，D2为高电位在单个频率周期T内的时间长度，也即致能期间；在此工作周期(D2/T)小于正常模式下的(D1/T)且例如是等于50％。由于电源控制信号101的工作周期由(D1/T)改变至(D2/T)，亦即工作周期变小，受电源控制信号101调制控制的电源信号Vcc2的工作周期会相应变小，使得电源信号Vcc2传送至主电路模块30的能量也会相应的减少；如此，主电路模块30工作在空闲模式下会具有相对较低的功耗。
另外，需要说明的是，工作周期(D1/T)及(D2/T)的取值并不限于上述举例，不同的工作模式下会有不同的取值，并且即使是同一工作模式下，也可能会随不同的设计需求而改变。
请一并参考图1及3，其中图3示出图1所示微处理器10工作在第一工作模式与第二工作模式下的电源控制信号101的脉冲频率调制(PFM,pulse frequency modulation)波形图。具体地，图3示出第一模式为正常模式及第二模式为空闲模式时电源控制信号101的PFM波形，但本发明并不以此为限。如图1及图3所示，微处理器10工作在正常模式时，电源控制信号101的频率周期为T1，工作周期为(D3/T1)且例如是等于60％；D3为高电位在单个频率周期T1内的时间长度，也即致能期间。同样地，假设电源开关模块20为NMOS型晶体管，则在电源控制信号101的致能期间内，电源开关模块20导通，电源信号Vcc2传送能量至主电路模块30；在电源控制信号101的禁能期间(在此，对应电源控制信号101为低电位)内，电源开关模块20截止，电源信号Vcc2停止传送能量至主电路模块30。如此，由于电源信号Vcc2所传送的能量在电源电压Vcc1保持不变的前提下是由其工作周期的大小决定，因此通过电源控制信号101对电源开关模块20的控制可决定电源信号Vcc2传送至主电路模块30的能量大小。
当微处理器10由正常模式切换至空闲模式时，电源控制信号101的频率周期由T1改变至T2，工作周期相应地为(D3/T2)且例如是12％；由此可见，虽然单个频率周期T1及T2内高电位的时间长度D3不变，但由于频率周期增大而使得工作周期变小；因此，受电源控制信号101调制控制的电源信号Vcc2的工作周期会相应变小，使得电源信号Vcc2传送至主电路模块30的能量也会相应的减少，以致于主电路模块30工作在空闲模式下会具有相对较低的功耗。
另外，需要说明的是，工作周期(D3/T1)及(D3/T2)的取值并不限于上述举例，不同的工作模式下会有不同的取值，并且即使是同一工作模式下，也可能会随不同的设计需求而改变。
另外，还需说明的是，上述实施例仅以从正常模式切换至空闲模式作为举例说明，但本发明并不以此为限，微处理器10可在任意两个不同的工作模式之间进行切换，以达到改变主电路模块30的功率消耗的目的。
请一并参考图1及图4，图4是根据本发明所提供的一实施例的降低功率消耗的方法的流程图。本实施例提出的降低功率消耗的方法主要可包括下列步骤S300、S302、S304及S306。
步骤S300，自微处理器10输出电源控制信号101。例如当微处理器10工作在正常模式下输出的电源控制信号101的PWM波形及PFM波形可分别如图2及图3所示。
步骤S302，当微处理器10由第一工作模式(例如正常模式)切换至第二工作模式(如空闲模式)时，改变电源控制信号101的脉冲特性。在此，脉冲特性为脉冲宽度或脉冲频率。当微处理器10工作在空闲模式时，电源控制信号101改变其脉冲宽度与脉冲频率后的波形可分别如图2及图3所示。
步骤S304，依据电源控制信号101的脉冲特性的改变来调制电源信号Vcc2的工作周期。从图2及3所示的电源控制信号101的PWM及PFM波形可以看出，当微处理器10工作在空闲模式时，电源控制信号101的工作周期减小，而受电源控制信号101调制的电源信号Vcc2会相应的减小。
步骤S306，由主电路模块30接收电源信号Vcc2，主电路模块30以电源信号Vcc2所传送的能量进行运作。具体地，由于具有不同工作周期的电源信号Vcc2代表不同的传送能量大小，因此主电路模块30所接收的电源信号Vcc2的工作周期不同会使得主电路模块30运作在不同的功耗模式下。
在本实施例中，通过试验将本发明低功耗电路及其降低功率消耗的方法与现有技术采用微处理器10本身的空闲技术进行比较：得出采用现有技术微处理器10在正常模式时流经主电路模块30的电流例如为18.45mA时，微处理器10在空闲模式时流经主电路模块30的电流为13.97mA，计算出现有技术中从正常模式切换至空闲模式共节省电流4.48mA(18.45mA-13.97mA＝4.48mA)，这样节省的电流数值并不符合高标准省电规范的要求。
本发明实施例是在空闲模式时控制电源控制信号101的脉冲特性(如图2及3所示)，进而调制电源信号Vcc2的工作周期，微处理器10在空闲模式时流经主电路模块30的电流可为9.79mA(对应正常模式时流经主电路模块30的电流为18.45mA的情形)，计算出从正常模式切换至空闲模式采用本发明的技术方案共节省电流8.66mA(18.45mA-9.79mA＝8.66mA)。如此可以获得较大幅度的耗电改善，满足高标准的省电规范的要求。
总结来说，相对于现有技术，本发明实施例的低功耗电路及降低功率消耗的方法通过微处理器10由第一工作模式切换至第二工作模式时调制电源控制信号101的工作周期，再通过对电源开关模块20输出的电源信号Vcc2的工作周期的调制(例如减小)，并根据电源信号Vcc2所传送的能量使主电路模块30进行运作，不同工作周期的电源信号Vcc2会代表不同的传送能量，因此可改变主电路模块30的功率消耗。
针对现有技术中当主电路模块的电源消耗要求标准高，微处理器进入空闲模式(idle mode)也无法达到省电规范要求的问题，本发明通过在微处理器10工作在空闲模式下控制电源控制信号101的工作周期减小到某一设定值，使得电源信号Vcc2的工作周期相应减小至设定值，因此可以降低主电路模块30的电源消耗以符合高标准要求的省电规范。
为便于理解本发明实施例提出的低功耗电路及降低功率消耗的方法，下面将以电磁式触控模块作为图1中的主电路模块30的实例对本发明实施例作进一步说明。
具体地，电磁式触控模块可对用户利用电磁式触控笔输入的指令及/或资料进行处理并产生对应的触控结果。本实施例中，电磁式控制模块电性耦接至电源开关模块20以接收电源信号Vcc2并以电源信号Vcc2所传送的能量进行触控操作以接收用户输入并产生对应的触控结果；而电源信号Vcc2所传送的能量大小则由微处理器的通用输入输出接口GPIO输出的电源控制信号101所决定。如前所述，微处理器10在不同的工作模式下，其通用输入输出接口GPIO输出的电源控制信号101的脉冲特性会有所不同，例如脉冲宽度或者脉冲频率不同，从而导致其工作周期(也即占空比)发生改变。优选地，本实施例中的电源控制信号101的工作周期选自30％～70％，以达到较好的触控效果，如果工作周期过大则省电效果不佳，如果工作周期太小则会造成系统供电无法正常。
当微处理器10由当前模式(例如前述的正常模式或开启模式)切换至空闲模式后，其通用输入输出接口GPIO输出的电源控制信号101的工作周期将会减小，电源开关模块20接受电源控制信号101的控制而相应减小电源信号Vcc2传送至电磁式触控模块的能量大小，电磁式触控模块进入休眠状态。本实施例中，处于休眠状态的电磁式触控模块仍可接受用户输入以改善现有技术中微处理器10处于空闲模式下对电磁式触控笔的输入无响应之缺陷，从而用户可利用电磁式触控笔将电磁式控制模块从休眠状态唤醒，如此则可提升用户的操作便利性。在此，当电磁式触控模块从休眠状态唤醒后，微处理器10例如会切换至正常模式，而电源开关模块20则会根据电源控制信号101相应地调整电源信号Vcc2所传送的能量大小，以满足处于非休眠状态下的电磁式控制模块工作所需能量。
简言之，本实施例通过微处理器10在改变工作模式时改变电源控制信号101的脉冲特性，以此来调制电源开关模块20输出的电源信号Vcc2的工作周期并使电磁式触控模块以电源信号Vcc2所传送的能量进行触控操作，电源信号Vcc2的不同的工作周期可代表不同的传送能量；因此通过对电源信号Vcc2的工作周期的调制(例如减小)，可进行间歇性开关电源开关模块20以节省电源的损耗，从而可达成克服现有技术中微处理器本身省电模式功耗不符需求之缺陷的目的。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种低功耗电路，其特征是，包括：
一微处理器，电性耦接至电源电压并输出一电源控制信号，该微处理器由一第一工作模式切换至一第二工作模式时改变该电源控制信号的脉冲频率；
一电源开关模块，输出一电源信号，该电源开关模块电性耦接至该微处理器和该电源电压以接收该电源控制信号，并依据该电源控制信号的该脉冲频率的改变而调制该电源信号的工作周期，其中，该电源信号的电压幅值是由该电源电压决定；以及
一主电路模块，电性耦接至该电源开关模块以接收该电源信号并以该电源信号所传送的能量进行运作；
其中，所述电源开关模块为电源开关晶体管。
2.根据权利要求1所述的低功耗电路，其特征是：该第一工作模式与该第二工作模式分别为正常模式、开启模式与空闲模式中的两个不同者。
3.根据权利要求1所述的低功耗电路，其特征是：该微处理器包括一通用输入输出接口，该电源开关电路电性耦接至该微处理器的该通用输入输出接口以接收该电源控制信号。
4.一种降低功率消耗的方法，其特征是，包括步骤：
自一微处理器输出一电源控制信号；
当该微处理器由一第一工作模式切换至一第二工作模式时，改变该电源控制信号的脉冲频率；
自电源开关模块输出电源信号，依据该电源控制信号的该脉冲频率的改变来调制该电源信号的工作周期，其中，该电源信号的电压幅值是由该电源电压决定；以及
由一主电路模块接收该电源信号并以该电源信号所传送的能量进行运作；
其中，所述电源开关模块为电源开关晶体管。
5.根据权利要求4所述的降低功率消耗的方法，其特征是：该第二工作模式为一空闲模式。
6.根据权利要求4所述的降低功率消耗的方法，其特征是：该微处理器是通过一通用输入输出接口输出该电源控制信号。
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