CN102656541B - 在低电力睡眠模式中无须中央处理单元干预的外部装置电力控制 - Google Patents

在低电力睡眠模式中无须中央处理单元干预的外部装置电力控制 Download PDF

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Abstract

本发明揭示一种集成电路装置，其独立于所述集成电路装置是否在低电力睡眠模式中而控制用于感测过程变量的外部装置的电力开启。一旦所述外部装置变得操作，即使当所述集成电路装置仍在所述低电力睡眠模式中时，所述集成电路装置仍对所述外部装置的过程变量状态进行取样。在所述低电力睡眠模式期间操作的低电力时序电路控制所述外部装置的所述电力开启且对其所述过程变量状态进行取样。在取得所述过程变量状态的样本后，当依据所述经取样的过程变量状态确定适当时，可将所述集成电路装置从所述低电力睡眠模式带到操作模式。

Description

在低电力睡眠模式中无须中央处理单元干预的外部装置电力控制
相关专利申请案
本申请案主张由迈克尔·西蒙斯(MichaelSimmons)及迈克尔·卡瑟伍德(MichaelCatherwood)于2010年1月21日申请的名为“在低电力睡眠模式中无须中央处理单元干预的外部装置电力控制(ExternalDevicePowerControlDuringLowPowerSleepModeWithoutCentralProcessingUnitIntervention)”的第61/296,947号共同拥有美国临时专利申请案的优先权，且据此出于所有目的以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及集成电路装置，且更明确地说，涉及当在低电力睡眠模式中时集成电路装置的电力节省。
背景技术
在当前低电力模式(睡眠、深度睡眠等)中，存在使集成电路装置自低电力模式唤醒的各种方法。一个此方法是通过使用外部“唤醒”信号(通常是改变用途的中断输入)。然而，当所述集成电路装置在其低电力模式中时，这需要唤醒信号源处于开启状态，导致总系统电力消耗大于所需。
发明内容
解决上述问题，且无须主逻辑电路(例如，可在低电力、深度睡眠模式中的处理器)干预而通过周期性地使外部装置唤醒而达到其它及进一步的优点。此特征可用例如(但不限于)使用简化2通道脉宽调制(PWM)相同功能的现有低电力模式定时器(例如，实时时钟及日历(RTCC)、监视定时器(WDT)、深度睡眠WDT、通用定时器等)来完成。由此可为外部装置(例如，温度传感器)提供此周期性电力开启(唤醒)，等待其启动且变得稳定，取样其“唤醒”输出信号，且接着再关闭其电力，这些均不再需要在数字装置中的主电路逻辑保持低电力模式。
根据本发明的特定实例实施例，一种集成电路数字装置，其独立于何时所述数字装置在低电力睡眠模式中而确定外部装置的控制及状态确定，所述集成电路数字装置包括：数字处理器，其具有唤醒输入，当施加第一逻辑电平到所述唤醒输入时，所述唤醒输入使所述数字处理器从睡眠模式唤醒到操作模式，且当施加第二逻辑电平到所述唤醒输入时，所述唤醒输入不会使所述数字处理器唤醒；电力开启定时器，其耦合到外部装置，其中所述电力开启定时器引起所述外部装置在第一时段期间进入操作模式；取样定时器，其中所述取样定时器引起在第二时段期间来自所述外部装置的输出施加到所述处理器的所述唤醒输入，其中在所述第二时段期间如果所述外部装置的所述输出是在所述第一逻辑电平处，那么所述处理器唤醒到操作模式；及如果所述外部装置的所述输出是在所述第二逻辑电平处，那么所述处理器保留在睡眠模式中。
根据本发明的另一特定实例实施例，一种集成电路混合信号装置，其独立于何时所述混合信号装置在低电力睡眠模式中而确定外部装置的控制及状态，所述集成电路混合信号装置包括：数字处理器，其具有唤醒输入，当施加第一逻辑电平到所述唤醒输入时，所述唤醒输入使所述数字处理器从睡眠模式唤醒到操作模式，且当施加第二逻辑电平到所述唤醒输入时，所述唤醒输入不会使所述数字处理器唤醒；比较器，其具有耦合到外部装置的模拟输出的第一输入；电压参考，其具有连接到所述比较器的第二输入的参考电压输出；电力开启定时器，其耦合到所述外部装置，其中所述电力开启定时器引起所述外部装置在第一时段期间进入操作模式；取样定时器，其中所述取样定时器引起在第二时段期间来自所述比较器的输出施加到所述处理器的所述唤醒输入，其中在所述第二时段期间如果所述外部装置的所述模拟输出大于所述参考电压输出，那么所述处理器唤醒到操作模式；及如果所述外部装置的所述模拟输出等于或小于所述参考电压输出，那么所述处理器保留在睡眠模式中。
根据本发明的又一特定实例实施例，一种无须使集成电路装置的数字电路从低电力睡眠模式唤醒而节约外部装置电力且监视所述外部装置的状态的方法，其包括下列步骤：在第一时段期间从电力开启定时器施加电力到外部装置；在第二时段期间比较来自所述外部装置的输出与来自取样定时器的参考值，所述第二时段在所述第一时段已开始后开始；其中在所述第二时段期间如果所述外部装置的所述输出大于所述参考值，那么集成电路装置的数字电路唤醒到操作模式；及如果所述外部装置的所述输出等于或小于所述参考值，那么集成电路的所述数字电路保留在睡眠模式中。
附图说明
本发明的更完整理解可通过参考结合附图的以下描述而获取，其中：
图1说明具有睡眠模式的现有技术数字装置及耦合到所述数字装置且经调适用于使所述数字装置唤醒的外部装置的示意性框图及外部装置操作的时序图；
图2说明根据本发明的特定实例实施例的具有睡眠模式、电力开启及取样定时器的集成电路数字装置及外部装置的示意性框图及其操作的时序图，所述外部装置的操作接通时间及事件监视是在所述数字装置上受控；
图3说明根据本发明的另一特定实例实施例的具有睡眠模式、电力开启及取样定时器的集成电路混合信号装置及外部装置的示意性框图及其操作的时序图，所述外部装置的操作接通时间及事件监视是在所述混合信号装置上受控；及
图4说明根据本发明的特定实例实施例的图2及3的电路的示意性框图，所述电路具有由所述集成电路装置控制且将电力供应到所述外部装置的电力中继继电器。
虽然本发明易于以多种修改及替换形式呈现，但其特定实例实施例已在图中展示且在本文中详细描述。然而应了解，本文的特定实例实施例的描述并非意在将本发明限制于本文所揭示的特定形式，而是相反，本发明将涵盖所附权利要求书所界定的全部修改及其等效物。
具体实施方式
现在参考图式，其示意性说明实例实施例的细节。在所述图式中相同元件将由相同数字代表，且相似元件将由具有不同小写字母后缀的相同数字代表。
参考图1，其描绘具有睡眠模式的现有技术数字装置及耦合到所述数字装置且经调适用于唤醒所述数字装置的外部装置的示意性框图及外部装置操作的时序图。数字装置102包括处理器104、耦合到处理器104的存储器106及低电力定时器108，例如，监视定时器(WDT)、实时时钟及日历(RTCC)等。外部装置112通过集成电路封装(未图示)上的外部输入节点110耦合到数字装置102。
数字装置102可通过低电力定时器108及/或输入节点110处来自外部装置112的逻辑电平变化而从睡眠模式返回到操作模式。不论使用任一方法，数字装置102均将回到较高电力使用操作模式。当使用低电力定时器108来唤醒处理器104及其它必要逻辑(例如，存储器106)时，处理器104将对节点110的逻辑状态进行取样以从外部装置输出逻辑状态(例如，温度、压力、湿度、pH、电流、电压等传感器)判断是否已检测到或发生事件。或者，处理器104等仍可保留在低电力睡眠模式中直到由节点110处来自外部装置112的输出的逻辑状态变化直接唤醒，如在图1的时序图(b)中所示。
然而，使用唤醒处理器104的任一方法仍要求外部装置112持续保持在操作电力消耗状态中。可用作传感器的一些外部装置112仅需要周期性地(例如，一分钟一次或更久等)指示所监视的数据及/或状态。因此，持续地维持外部装置112的操作状态在电力消耗上最为浪费。在电池供电应用中，电力消耗很关键。
参考图2，其描绘根据本发明的特定实例实施例的具有睡眠模式、电力开启及取样定时器的集成电路数字装置及外部装置的示意性框图及其操作的时序图，所述外部装置的操作接通时间及事件监视是在所述数字装置上受控。节约外部装置112电力的更好方法是使其进入睡眠模式或完全关闭其操作，例如，将其电力移除，接着仅适时周期性地启动外部装置112，且其后确定外部装置112所监视的事件是否已发生。此特别方法是通过显示在图2中的数字装置202完成的。
数字装置202包括数字处理器204、耦合到数字处理器204的存储器206、电力开启定时器224、取样定时器214及“与(AND)”门220。在操作上，电力开启定时器224将通过将节点216拉到逻辑低(VSS)来启动(接通)外部装置112使得电力被施加到外部装置112。从节点216直接施加电力(VDD)到外部装置112的VDD节点将是同等有效的。
一旦已给外部装置112供电，则其将做其既定做的任何事，例如，测量过程变量：温度、压力、振动等。接着一旦外部装置112已变得完全操作(例如，在稳定、自我校准等后)，则可用取样定时器214取得外部装置112的输出状态的样本。当取得此样本时，如果外部装置112的输出需要将数字处理器204带回到操作模式，那么将施加来自“与(AND)”门220的唤醒信号212到处理器唤醒输入，例如，中断输入。电力开启定时器224、取样定时器214及“与(AND)”门220可独立于在睡眠模式中的数字装置202的任意其它电路而操作。此外，电力开启定时器224、取样定时器214及“与(AND)”门220可为经调适而以最小电力量操作的极低电力电路。数字装置202可为微控制器、微处理器、数字信号处理器、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑或门阵列等。
在图2中展示的时序图(b)描绘用于节约外部装置112的电力且适时引起数字装置202的唤醒的前述事件序列。施加电力216到外部装置112。接着如果事件210在取样214的时间期间发生，那么施加唤醒信号212到数字处理器204的输入，且根据存储器206中的软件/固件程序来处理如此检测到的事件。
考虑且在本发明的范围内，取样定时器214可与将施加到外部装置112的电力216同时变为作用中。如果不存在外部装置112所需的安定或稳定时间，例如，干接触开关(限度、压力等)，那么取样定时器214可不必延迟。同样，也可存在由该处理器204取得的整体或多个样本以使得取样定时器214不必在外部装置112的初始启动后延迟断言。
参考图3，其描绘根据本发明的另一特定实例实施例的具有睡眠模式、电力开启及取样定时器的集成电路混合信号装置及外部装置的示意性框图及其操作的时序图，所述外部装置的操作接通时间及事件监视是在所述混合信号装置上受控。外部装置312节约电力的更好方法是使其进入睡眠模式或完全关闭其的操作，例如，将其电力移除，接着仅适时周期性地启动外部装置312，且其后确定由外部装置312监视的事件是否已发生。此方法是通过在图3中展示的混合信号装置302完成。
混合信号装置302包括数字处理器204、耦合到数字处理器204的存储器206、电力开启控制定时器224、取样定时器214、比较器320及电压参考322。在操作上，电力开启定时器224将通过将节点216拉到逻辑低(VSS)来启动(接通)外部装置312使得电力被施加到外部装置312。从节点216直接施加电力(VDD)到外部装置312的Vdd节点将是同等有效的。任选地，电力开启定时器224可施加操作电压到比较器320及/或电压参考322以进一步节省电力使用。外部装置312的模拟输出可具有任意数目的模拟值，其代表被测量值。比较器320将比较来自外部装置312的模拟值(例如，电压)与来自电压参考322的电压。来自电压参考322的参考电压可通过数字处理器204可编程(未图示)。
一旦已供电到外部装置312，则其将做其既定做的任何事，例如，测量过程变量：温度、压力、振动等。接着可在比较器320中将外部装置312的模拟输出的样本与来自电压参考322的参考电压进行比较。接着一旦外部装置312已变得完全操作(例如，在稳定、自我校准等后)，则通过取样定时器214启用比较器320的输出。当取得此样本时，如果来自外部装置312的输出的所取样的模拟值大于来自电压参考322的参考电压，那么数字处理器204可被带回到操作模式。将施加来自比较器320的唤醒信号212到处理器唤醒输入，例如，中断输入。电力开启定时器224及取样定时器214可独立于在睡眠模式中的混合信号装置302的任意其它电路而操作。此外，电力开启定时器224、取样定时器214、电压参考322及/或比较器320可为经调适以最小电力量操作的极低电力电路。
混合信号装置302可为具有数字电路及模拟电路的微控制器、微处理器、数字信号处理器、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑或门阵列、数字信号处理器(DSP)等。
在图3中展示的时序图(b)描绘用于节约外部装置的电力且适时引起数字装置的唤醒的前述事件序列。首先施加电力216到外部装置312。接着，事件210可在样本214的时间期间在外部装置312的输出处发生。如果事件210在样本214的时间期间发生，那么施加唤醒信号212到数字处理器204的输入，且经检测的事件是根据在存储器206中的软件/固件程序来处理。
考虑且在本发明的范围内，取样定时器214可与将施加到外部装置312的电力316同时变为作用中。举例而言，由处理器204取得的整体或多个样本将不需要取样定时器214在外部装置312启动后的延迟断言。
参考图4，其描绘根据本发明的特定实例实施例的图2及3的电路的示意性框图，所述电路具有由集成电路装置控制且将电力供应到外部装置的电力中继继电器。当外部装置312需要超过装置302(202)的电力处理能力的电力损耗时，那么可使用电力中继继电器422以供应电力VDD到外部装置312。电力中继继电器422可为电动机械开关或电子开关，例如，电力晶体管。
虽然已参考本发明的实例实施例而描绘、描述及界定本发明的实施例，但是此参考不意味着是对本发明的限制，且未推断出此限制。如所属领域及获益于本发明者的技术人员所了解，所揭示的标的物可在形式及功能上存在大量修改、替代及等效物。所描绘及描述的本发明的实施例仅为实例，且并非是本发明的范围的详尽内容。

Claims (28)

1.一种集成电路数字装置，其用于独立于当所述数字装置在低电力睡眠模式时而确定外部装置的控制及状态，所述集成电路数字装置包括：
数字处理器，其具有唤醒输入，当施加第一逻辑电平到所述唤醒输入时，所述唤醒输入使所述数字处理器从睡眠模式唤醒到操作模式，且当施加第二逻辑电平到所述唤醒输入时，所述唤醒输入不唤醒所述数字处理器；
电力开启定时器，其与节点相耦合，其中所述电力开启定时器在第一时段期间，在所述节点处提供外部装置电力开启信号；
取样定时器，其中所述取样定时器引起在第二时段期间在事件处接收的外部装置输出信号被施加到所述数字处理器的所述唤醒输入，其中在所述第二时段期间，所述外部装置输出信号定义所述数字处理器是唤醒到所述操作模式，还是保留在所述睡眠模式中。
2.根据权利要求1所述的集成电路数字装置，其中所述第二时段与所述第一时段的开始同时开始。
3.根据权利要求1所述的集成电路数字装置，其中所述第二时段在所述第一时段已开始后开始。
4.根据权利要求1所述的集成电路数字装置，其中所述第一逻辑电平是逻辑高，且所述第二逻辑电平是逻辑低。
5.根据权利要求1所述的集成电路数字装置，其中所述第一逻辑电平是逻辑低，且所述第二逻辑电平是逻辑高。
6.根据权利要求1所述的集成电路数字装置，其中，在所述事件处接收的外部装置输出信号与来自所述取样定时器的输出经一起逻辑“与运算”接着被施加到所述数字处理器的所述唤醒输入。
7.根据权利要求1所述的集成电路数字装置，还包括：
比较器，所述比较器具有耦合到所述事件的第一输入以及耦合到所述唤醒输入的输出，其中，所述输出是由所述取样定时器启动的；
电压参考，所述电压参考具有连接到所述比较器的第二输入的参考电压输出。
8.根据权利要求7所述的集成电路数字装置，其中，所述电力开启定时器用于启动所述电压参考和/或所述比较器。
9.根据权利要求7所述的集成电路数字装置，其中所述电力开启定时器、所述取样定时器以及可选的所述比较器和/或电压参考以最小电力量操作，其中，所述电力开启定时器和/或所述取样定时器可以是通用定时器、实时时钟及日历、监视定时器或深度睡眠监视定时器。
10.根据权利要求1所述的集成电路数字装置，其中所述取样定时器是选自由实时时钟及日历、监视定时器及深度睡眠监视定时器组成的群组。
11.根据权利要求1所述的集成电路数字装置，其中，所述外部装置输出信号可以是模拟信号。
12.根据权利要求11所述的集成电路数字装置，其中，所述外部装置输出信号可以是由温度传感器、压力传感器、湿度传感器、pH传感器、电流传感器或电压传感器产生的输出信号。
13.根据权利要求1所述的集成电路数字装置，其中所述数字装置是选自由微控制器、微处理器及数字信号处理器组成的群组。
14.根据权利要求1所述的集成电路数字装置，其中所述数字装置是选自由专用集成电路、可编程逻辑阵列及可编程门阵列组成的群组。
15.一种包括根据前述权利要求中任一项的集成电路数字装置的系统，所述系统还包括：
外部装置，所述外部装置可以是温度传感器、压力传感器、湿度传感器、PH传感器、电流传感器或电压传感器，所述外部装置具有与所述节点相耦合的功率输入以及与所述事件相耦合的模拟输出。
16.根据权利要求15所述的系统，其进一步包括由所述电力开启定时器控制且向所述外部装置供应电力的介入电力继电器。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述介入电力继电器是电力晶体管。
18.一种无须使集成电路装置的数字电路从低电力睡眠模式唤醒而节约外部装置电力且监视所述外部装置的状态的方法，所述方法包括下列步骤：
将所述集成电路装置的数字处理器设置进入睡眠模式；
在第一时段期间通过所述集成电路装置的电力开启定时器施加电力到外部装置；
在由所述集成电路装置的取样定时器定义的第二时段期间，将来自所述外部装置的输出信号与参考值比较以馈送唤醒信号至到所述集成电路装置的数字处理器；
其中，所述唤醒信号定义所述数字处理器是唤醒到操作模式，还是保留在所述睡眠模式中。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述第二时段期间与所述第一时段期间起始点同时开始。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述第二时段期间在所述第一时段期间开始后开始。
21.根据权利要求19所述的方法，还包括：
将所述输出信号与来自所述取样定时器的输出一起逻辑“与运算”，并将所产生的信号应用到所述数字处理器的唤醒输入。
22.根据权利要求18所述的方法，其中所述外部装置的输出信号是模拟值，且所述参考值是可编程的。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述参考值是在第一模拟值处，所述第一模拟值大于所述外部装置模拟输出值。
24.根据权利要求22所述的方法，其中所述参考值是在第二模拟值处，所述第二模拟值等于或小于所述外部装置模拟输出值。
25.根据权利要求18所述的方法，其中所述电力开启定时器是选自由通用定时器、实时时钟及日历、监视定时器及深度睡眠监视定时器组成的群组。
26.根据权利要求18所述的方法，其中所述取样定时器是选自由通用定时器、实时时钟及日历、监视定时器及深度睡眠监视定时器组成的群组。
27.根据权利要求18所述的方法，其中所述外部装置是选自由温度传感器、压力传感器、湿度传感器、pH传感器、电流传感器及电压传感器组成的群组。
28.根据权利要求18所述的方法，其中所述参考值是可编程的。
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