CN102799844B - 用于控制电子装置的功耗的控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种用于控制电子装置(300)的功耗的控制系统(100)和控制方法，以及包括该控制系统(110)的电子装置(200)、通信系统，以及包含该控制方法的计算机可读介质和程序元件。电子装置适于经由无线通信接口与读出装置通信。控制系统包括：测量单元(102)，该测量单元适于测量由读出装置提供至控制系统的电磁场的实际场强度；功率输送单元(101)，该功率输送单元适于将经由电磁场接收的功率输送至电子装置；和控制单元(103)，该控制单元连接至测量单元并适于提供控制信号至电子装置，用于控制输送至电子装置的功耗，其中控制信号基于电磁场的实际场强度。

Description

用于控制电子装置的功耗的控制系统

技术领域

本发明涉及用于控制电子装置的功耗的控制系统。

除此之外，本发明涉及电子装置。

而且，本发明涉及通信系统。

而且，本发明涉及用于控制电子装置的功耗的方法。

而且，本发明涉及计算机可读介质。

除此之外，本发明涉及程序元件。

背景技术

将能量供给至电子装置的传统方法要求在物理上将该装置连接至能量源。能量源可以像干线一样的非活动源或像电池一样的活动源。在这些装置的正常操作期间，能量源被认为是静态能量源，这意味着能量源的特性存在不明显的变化。如今，使用越来越多的应用，其中能量被无线地供给至电子装置。常用的非接触式智能卡、无线传感器或体域网是通常采用无线能量传输原理的应用中的一些。可以预想，在不久的将来，越来越多的应用将由某些形式的能量包供电，这些能量包被无线地输送至这些应用。

无线能量传输可以通过用于无线地传输能量的磁耦合进行。采用磁耦合传输无线能量的一般装置包括建立磁场的发射机线圈，该磁场在接收器线圈中感生电流以对电池进行充电。功率发射部包括功率源和用于建立电磁场的发射线圈。接收器分成接收线圈、整流电路和存储和使用接收到的能量的电子系统。从无线装置接收到的能量存储在能量存储装置中。这种能量可以用于提供能量至多种系统元件，其可以包括模拟、数字电子元件、传感器、换能器等。

在正常应用，接收器系统由数字和模拟子系统构成。模拟子系统主要用于传输和接收信息信号，而数字部主要处理信息。计算策略依赖于能量可用时的计算并且在能量不可用时的停止。

由于无线能量传输的特性，能量源可以具有如由接收器看到的变化的特性。问题有点类似于在无线数据通信中观察到的问题。因此，能量传输率(rate)根据运行环境变化，并且系统应当意识到这种变化。

考虑稳定电源设计常见电子系统。对于被供给无线功率的系统，可用的能量在操作期间连续地变化。考虑到应用的活动特性，这种变化会变得更坏。在类似功耗模式中操作系统的通常实践不考虑前述变化。因此，可以从这种系统中预期到的最大性能受到限制。例如，要求在弱能量场中工作的装置将被设计用于低功耗并且因此用于低总处理能力。这可以通过选择数字系统的低时钟频率和该系统的其他子部件中的对应的设计参数的调整而实现。因此，即使能量场变得较强，这种系统的最大总处理能力在最大时钟速率处饱和并且不再改善。另一方面，计算平台也被设计为通过采用高时钟速率和其他设计参数进行非常快的计算，结果引起功耗高。然而，弱能量环境将带来这种系统的非常频繁的启动和停止。根据应用要求，这可能是不希望的，因为它会导致不可靠的计算时间并且会引起到附近的其他装置的不可控的EMI。在极限情况中，弱能量场可能不能支持高时钟速率所需要的切换电流，并且该装置不能运行。总结起来，常见系统可能具有下述限制：

基于弱场的设计不能利用强场的优点，浪费能量且具有有限的总处理能力；

基于强场的装置限制由无线供电的发送器和接收器之间的最大距离。

由于系统的频繁启动和停止，像不想要的启动-停止次数、向邻近装置的EMI问题、不可预测的计算时间等之类的其他副效应也会出现。

US2003121985公开了例如位于非接触式智能卡中的转发器。转发器经由天线从高频交变场接收能量。用整流器形成的电压作为控制量供给至具有时钟频率调整装置的时钟发生器。在天线上的高场强度处，通过增加用于数字电路的时钟频率，向下调整该电压。如果不可能进一步增加时钟信号的时钟频率，电荷泵被连接用于EPROM以增加其写入速度。任选地，也可以连接常规分路调节器。接口电路不受调整的时钟频率影响，但在与读出器通信期间以固定频率工作。

US2002097144公开了具有功率控制器、时钟发生器和数字电路的便携式数据装置。功率控制器具有输出信号。输出信号表示可用功率。时钟发生器耦合至功率控制器的输出信号，用于产生对应于输出信号的可变时钟速率。数字电路连接至时钟发生器，并且数字电路由可变时钟速率控制。

发明内容

本发明的目标是提供用于提供控制电子装置内的功耗的有效方式的控制系统或方法。

为了实现上述目标，提供了根据独立权利要求的控制系统、电子装置、通信系统、控制方法、计算机可读介质和程序元件。

根据本发明的示例性实施例，提供了一种用于控制电子装置的功耗的控制系统。电子装置适于经由无线通信接口与读出装置通信。控制系统包括：测量单元，该测量单元适于测量由读出装置提供至控制系统的电磁场的实际场强度；功率输送单元，该功率输送单元适于将经由电磁场接收的功率输送至电子装置；和控制单元，该控制单元连接至测量单元并适于提供控制信号至电子装置，用于控制输送至电子装置的功耗，其中控制信号基于电磁场的实际场强度。

根据另一个示例性实施例，提供了用于经由无线通信接口与读出装置通信的电子装置。电子装置包括具有上述特征的控制系统。

根据另一个示例性实施例，提供了通信系统。通信系统包括读出装置和具有上述特征的电子装置，其中读出装置和电子装置适于经由无线通信接口通信。

根据另一个示例性实施例，提供了一种控制电子装置的功耗的方法，其中电子装置适于经由无线通信接口与读出装置通信。该方法包括下述步骤：通过测量单元测量由读出装置提供至控制系统的电磁场的实际场强度；通过功率输送单元将经由电磁场接收到的功率输送至电子装置；以及通过连接至测量单元的控制单元提供控制信号至电子装置，用于控制输送至电子装置的功率的消耗，其中控制信号基于电磁场的实际场强度。

根据另一个示例性实施例，提供了一种计算机可读介质，其中存储控制电子装置的功耗的计算机程序，该计算机程序在由处理器执行时适于执行或控制具有上述特征的方法。

根据又一个示例性实施例，提供了一种控制电子装置的功耗的程序元件(例如源代码或可执行代码形式的软件程序)，该程序元件在由处理器执行时适于执行或控制具有上述特征的方法。

可以根据本发明的实施例进行的控制电子装置的功耗可以由计算机程序(即，通过软件)，或者通过采用一个或多个专用电子优化电路，以硬件形式、或以混合形式(即，通过软件元件和硬件元件)实现。

术语“功耗”可以表示由电子装置使用的功率或能量。

术语“电子装置”例如可以表示智能卡、转发器或RFID标签。电子装置例如可以作为近场通信装置与读出装置进行通信。

术语“功率”(其可以输送至电子装置)可以表示例如由用于进行操作(如同计算操作)的电子装置使用的电能。

术语“测量单元”可以表示能够例如通过电子装置的接收线圈测量电磁场的实际场强度的任何种类的装置或元件。

术语“功率输送单元”可以表示适于将接收到的功率输送至电子装置的一个或多个部分的任何种类的元件。

术语“控制单元”可以表示适于例如通过将包括关于实际可用能量或功率的信息的信号发送至电子装置而控制电子装置的功耗的任何装置。

在下文中，将说明控制系统的其它示例性实施例。然而，这些实施例同样适用于电子装置、通信系统、控制方法、程序元件和计算机可读介质。

功率输送单元可以包括适于转换功率的功率转换器。可以根据由电子装置的将被供给功率的部件所需要的功率，由功率转换器转换例如经由电子装置的接收线圈接收到的功率。

功率输送单元可以适于将功率输送至电子装置的多个部分，并且功率转换器可以适于根据电子装置的向其输送功率的部分转换功率。功率输送单元可以包括例如适于进行主动或被动分压的装置。

在常见系统，电子装置的几个部分，例如调制解调器和数字部分被供给相同的电源电压，这导致对系统的数字部分的电压降的限制。通过如上所述采用功率输送系统，如可以用来以调整方式将不同的电源供给至系统的不同部分的基于功率转换器的LDO或开关电容器，可以实现解耦，允许例如使数字系统在亚阈值电压处或附近运行。因此，大多数缺乏功率的模块(计算系统)可以被供给多于其它部分的功率。这意味着数字计算(其可以为主要能耗消耗的贡献者)可以以更有效的方式操作。同时，低电压还意味着较低的泄漏。

在常见系统中，能量捕获电路的电压积累通常直接供给至计算电路。这种系统被设计用于最小工作磁场/电压。如果磁场变得较强，则相应地调整时钟。然而，时钟调整总是存在等待时间。这意味着计算系统和调制解调器将看到电压变化并且应被有余量地设计以进行补偿。

与此相反，根据本发明的实施例，通过采用如上所述的隔离或解耦，可以允许具有相对固定的电压至计算系统。因此，总体系统设计可以变得较简单。当功耗优化要求所有的部件以最低可能的功率供给工作时，这是特别重要的。

测量单元可以包括适于将实际场强度与参考值进行比较的比较器。

参考值可以与足以启动操作电子装置的具体部分的可用功率的量相关联。根据另一个实施例，实际测量的场强度可以与多个参考值进行比较，其中每个参考值可以与电子装置的具体部分相关联。

测量单元可以包括用于检测电子装置的存储电容器上的电压的检测电路，其中检测到的电压的值与实际场强度的值相关联，并且参考值为参考电压值。

电子装置可以包括用于存储接收到的功率的存储电容器。这种功率对应于可用于电子装置的功率。测量单元可以适于基于电容器中存储的功率测量或确定实际场强度。测量单元还可以适于将存储的功率，即电压，与参考电压进行比较。

控制信号可以表示由电压调制和频率调制构成的组中的至少一种。同样，可以采用二者的组合。

通过采用电压调制和/或频率调制，电子装置可以调整实际功耗。例如通过采用频率调制，用于操作的时钟可以根据可用功率增加或减少。

控制单元可以适于提供控制信号至电子装置的多个部分。

例如，可以实现不同模式的能量或功率调制。例如，电压和/或频率调整可以被允许用于数字部分。同样，通过允许整个功率转换器模块的电压可测量，系统的其它部分也可以被调整以具有不同的能量分布。

常见系统被设计为在最高频率处运行，且因此相应地被综合。在近亚阈值设计中，这会对设计面积和功耗具有主要影响(高电容开关)。为了克服该问题，人们可以设计处于额定场强度的系统。如果磁场变得较弱，则人们可以降低时钟频率。如果磁场变得较强，则人们可以同时增加电源电压和时钟频率。这种方法将导致较低的面积和较低的电容。最终，这导致工作距离的增加和较低的成本(面积)。这些观测结果是这种应用中的主要区别因素(非常高的容量)。这种方法根据本发明的实施例是可行的，但在常见系统中不可行，因为它们仅采用频率调整而不采用电压调制。

控制单元可以适于提供不同的控制信号至电子装置的所述多个部分的每一个。

进一步，在数字系统中，主要在时钟脉冲边沿的峰值附近消耗能量。因此，能量在短的时间周期内被消耗，同时在时钟周期范围内的能量方面涉及功率。这种能量消耗的效果可能导致电压源的电压波动。这意味着，由于不连续的电源电压，由模拟模块构成的调制解调器部分将被有余量地设计。采用具有上述特征中的一个的系统可以避免这种有余量的设计。通过提供不同的控制信号至电子装置的不同部分，可以考虑电子装置的多个部件或部分的多种要求。

根据不同实施例的控制系统将功率转换器的使用与一些调整，例如时钟频率调整结合在一起。而且，功率转换器的输入电压在例如为最大功率效率转换换算的整个时钟频率期间可以保持固定在理想位置。

在下文中，将说明电子元件的其它示例性实施例。然而，这些实施例同样适用于控制系统、通信系统、控制方法、程序元件和计算机可读介质。

电子装置还可以包括多个部分，其中控制系统适于提供控制信号至电子装置的所述多个部分的每一个，并且其中每个部分适于基于控制信号调制其运行。

所述调制可以由时钟频率调制或电压调制或二者的组合构成。

根据以下将描述的实施例的示例，本发明的上述方法和其他是明显的，并且参照实施例的这些示例进行说明。

附图说明

以下将参考实施例的示例更详细地描述本发明，但本发明不限于这些实施例。

图1图示根据本发明的示例性实施例的控制系统。

图2图示根据本发明的另一个示例性实施例的控制系统。

图3图示根据本发明的示例性实施例的电子装置。

图4图示示出系统在变磁场中的行为的示意图。

图5图示示出用于多种测试情况的性能比较的示意图。

图6图示示出不同系统的性能比较的示意图。

图7图示采用磁耦合用于能量传输的常见装置。

图8图示采用磁耦合用于能量传输的另一常见装置。

图9图示无线功率接收器系统。

图10图示无线功率接收器系统的另一个示例。

图11图示存储电容器的充电-放电循环。

图12图示频率时钟的周期信号。

具体实施方式

附图中的图示是示意性的。在不同的附图中，相似或相同的元件被提供相同的附图标记。

图7图示采用磁耦合传输无线能量的常见装置700。基本原理是，发射机线圈建立磁场，该磁场在接收器线圈中感生电流以对电池(770)进行充电。功率发射部包括功率源750和用于建立电磁场的发射线圈。接收器分成接收线圈、整流电路和存储和使用接收到的能量的电子系统760。从无线装置接收到的能量存储在能量存储装置(例如电容器)中。该能量用于提供能量至多种系统元件，其可以包括模拟、数字电子元件、传感器、换能器等。

图8图示另一种常见装置800。在正常应用中，接收器系统由数字和模拟子系统863构成。发送器系统包括用于产生能量的谐振电路851。

模拟子系统主要用于传输和接收信息信号，而数字部主要处理信息。计算策略依赖于能量可用时的计算并且在能量不可用时停止(参见框862)。通常，某些形式的能量传感器用来检测能量的可用性。例如，能量存储装置864(例如电容器)的电压电平的测量可以用于能量检测。

由于无线能量传输的特性，能量源可以具有如由接收器看到的变化的特性。问题有点类似于在无线数据通信中观察到的问题。因此，能量传输率(rate)根据运行环境变化，并且系统应当意识到这种变化。

考虑稳定电源供给设计常见电子系统。对于被供给无线功率的系统，可用的能量在操作期间连续地变化。考虑到应用的活动特性，这种变化会变得更坏。在类似功耗模式(如前所述)中操作系统的通常实践不考虑前述变化。因此，可以从这种系统中预期到的最大性能受到限制。例如，要求在弱能量场中工作的装置将被设计用于低功耗(且因此用于低总处理能力)。这可以通过选择数字系统的低时钟频率和该系统的其他子部件中的对应的设计参数的调整而实现。因此，即使能量场变得较强，这种系统的最大总处理能力在最大时钟速率处饱和并且不再改善。另一方面，计算平台也被设计为通过采用高时钟速率和其他设计参数进行非常快的计算((因此，高功耗)。然而，弱能量环境将带来这种系统的非常频繁的启动和停止。根据应用要求，这可能是不希望的，因为它会导致不可靠的计算时间并且会引起到附近的其他装置的不可控的EMI。在极限情况中，弱能量场可能不能支持高时钟速率所需要的切换电流，并且该装置不能运行。总结起来，常见系统可能具有下述限制：

基于弱场的设计不能利用强场的优点，浪费能量且具有有限的总处理能力；

基于强场的装置限制由无线供电的发送器和接收器之间的最大距离

由于系统的频繁启动和停止，像不想要的启动-停止时间、向邻近装置的EMI问题、不可预测的计算时间等之类的其他副效应也会出现。

另一个方面是功率转换和输送时钟的设计和效率。通常，如果输入和输出端口的电压范围受到限制，则功率转换器可以被设计用于高效率。通常，输出电压为固定电压，输入电压根据设计变化。在无线供电系统中，如果用于启动和停止的阈值电平彼此非常接近，则通过将阈值带集中在最佳功耗转换点附近，可以实现较高的功率转换。但是，这将导致频繁的充电和放电，并且将限制弱能量场中的操作。如果阈值电平隔开得很宽，则功率转换器模块的设计将变得复杂且可能导致较低的效率。

因此，如在此描述的控制系统和控制方法提出了装置的操作响应于无线功率接收变化的自适应性。这意味着系统的行为(总处理能力、功耗等)随着系统周围的能量供给环境变化而变化。系统行为的这种自适应可以确保来自强能量场中的系统高性能和在弱能量场中的连续操作(处于较低的总处理能力)。后者将导致较大的工作范围，这可以是这些应用的主要区别因子。同时，该系统和方法以确保稳定的功耗(且因此，总处理能力)，这意味着在不同的能量场中的确定的计算时间。为了实现这个目标，所提出的设计以模拟方式连续地检测无线场强度。这种能量场测量供给至控制器子系统。该控制器的输出用来调制电子系统中的功耗且因此调制总处理能力。

根据一些实施例，模拟电子检测电路用来检测存储电容器上的电压并将它与参考电压进行比较。传感器输出供给至PID控制器，PID控制器控制系统的功耗。随后动态频标用来调制系统的功耗。其中，所描述的系统和方法可以提供下述特征：

磁场弹性操作，且甚至比具体地被设计用于窄磁场分布的那些系统做的好。

比传统系统高的性能(如，总处理能力)，且采用本发明系统可以在较长的距离范围内运行；

更容易/有效的功率转换器设计且因此更好的能量效率；

可预测的计算时间且因此更可靠的操作；

变磁场中的更低的EMI问题和更容易的频率覆盖区控制。

无线功率接收器系统可以被认为是三个主级。第一级捕获电磁功率，将电磁功率转换和存储成电能。第二级采用这种存储的能量提供功率(电压和电流)至系统的第三级。第三级通常由计算平台构成，该计算平台由模拟和数字模块构成。图9图示整个系统900。该系统的源功率P_s(x)取决于发送器的接近度x和环境条件。可以供给至计算系统930的能量的量取决于能量存储模块E_c910中存储的能量。并不是所有的能量都可以输送至数字系统。仅输送取决于功率输送模块920的功率转换效率η的部分。同时，存在并行机构940，其保持跟踪可用的能量并在能量不可用于操作时使系统停止。

如在此描述的控制系统和方法可以应用在多种系统中。为了容易图示，被无线地供电的一般电子装置1000的顶层示意图在图10中示出。

存储电容器C_s910可以用来存储引入的能量(经由线圈1020接收)。该能量与电容C_s成正比，且与Cs的电压电平成二次方比例。能量监测由电压比较器940描绘。然而，也可以应用其它能量比较原理。

在常见系统中，能量监测对应于启动/停止方法。为了容易说明，能量监测由以V1、V2电压电平工作的电压比较器模块描绘。如果电压高于电平V2，则控制器模块让系统运行直到电压下降至电平V1。此时，控制器使系统停止并等待，直到电压再次升高至电平V2。在这种系统中，‘启动周期’的持续时间可以被显现为电容器的从V2→V1的放电时间(T_dis)。类似地，‘停止周期’的持续时间可以被显现为电容器的从V1→V2的充电时间(T_ch)。这种电容器的充电-放电循环在图11中示出。

图1图示根据本发明的实施例的控制系统100。该控制系统包括测量单元102，其适于用于测量由读出装置提供至控制系统的电磁场的实际场强度。功率输送单元或功率转换器101适于将经由电磁场接收到的功率输送至电子装置。控制单元103连接至测量单元，并且适于将控制信号提供电子装置，用于控制输送至电子装置的功率消耗，其中控制信号基于电磁场的实际场强度。控制系统可以为电子装置的一部分。调制单元104可以被设置用于调制电压信号。

在如图2所示的另一个示例性实施例中，控制系统200可以包括用于将功率输送至电子装置的多个部分的多个功率输送单元201，或者可以包括用于将功率输送至多个部分的一个功率输送单元201。功率输送单元的功率转换器适于根据电子装置的向其输送功率的部分转换功率。

控制单元203可以适于提供控制信号到电子装置的多个部分。这例如可以经由多个调制单元204进行。

图3示出控制系统300的另一个示例性实施例。根据引入功率Ps控制计算平台的功耗。功率经由线圈207接收。为了该图示，数字系统的频率被改变(304)以调制计算平台305的功耗，但也可以应用其它措施，像电压降低等。而且，类似的方法也可以应用于系统的其它部分(如，模拟模块)。

存储电容器C_s306上的电压与参考电压(V_ref)进行比较(302)。如果该电容器的电压由于场强度变化而改变，则通用控制器将该变化转换成系统的数字频率的频率。在这里，基于PID原理的控制器303用于该图示，但也可以应用其它形式的控制器配置。明显的是，较强的磁场导致较高的数字频率，而较弱的磁场导致较低的频率。以这种方式，可以根据操作磁场调整系统的功耗。值得注意的是，这种拓扑将导致几乎恒定的V_c～V_ref。

假设处于稳态条件且忽略模拟部件中的功耗，则该系统的数字频率将由下述等式给出：

$F_{\mathrm{clk}}=\frac{\mathrm{\ηPs}}{{\mathrm{\αC}}_D{V}_{\mathrm{DD}}^2}$

其中αC_D为数字系统的有效开关电容。系统在变磁场中的行为的简单图示在图4中示出。在这里，输入功率以正弦曲线方式变化，并产生数字系统的频率调制。

多种测试情况的性能比较在图5中示出。情况-i 530图示50MhZ的频率时钟、3.3V的启动电压和1.2V的停止电压。情况-ii 532图示50MhZ的频率时钟、1.55V的启动电压和1.5V的停止电压。情况-iii 532图示10MhZ的频率时钟、1.55V的启动电压和1.5V的停止电压。根据本发明的系统533采用磁场意识自适应操作。

可以看到，对于当前系统：

由于功率转换器的较低效率，较宽的滞环导致较低的总处理能力。然而，它产生相对长的T_ch和T_dis时间。这帮助系统在较宽范围的场强度内运行，但具有较低的能量效率。

窄的滞环可以充分利用较高的功率转换器效率，并且因此当其运行时产生较高的总处理能力。然而，它还导致降低充电和放电的时间周期。这限制了系统在弱能量场中的性能。总体上，可以推断出，启动-停止系统中的较高的时钟频率对于较强的磁场将产生更好的性能，同时较低的时钟频率将允许在较弱的磁场中运行。

窄的滞环和/或高数字时钟频率导致系统的频繁启动和停止。通过考虑图12中图示的周期信号，可以分析频繁充电和放电的另一种效果。该信号乘以数字时钟并将因此引起系统的频谱的修改。效果是该信号与时钟信号在频域中的卷积。当磁滞电压环变窄时，T_ch/T_dis也变短并导致整个系统的较宽的带宽，并且可能引起对邻近环境的干扰。采用所提出的控制系统不存在任何这种限制。与非常短的区域不同，所提出的控制系统在多种磁场中始终如一地优于当前设计。还可以看到，工作范围在弱场中增强。因此，总体效果是采用这种控制系统，新设计可以以较长的范围、较高的总处理能力并以较简单的功率转换器设计进行工作。

用于如图10所示的系统的计算原理总结如下。让我们研究电容器，C_s的近似充电和放电时间(相应地，系统的等待和运行模式)。在充电时间(T_ch)期间，电容器中存储的能量为E_c，其中。

$E_c=\frac{C_s\mathrm{\Δ}\left(V^2\right)}{2}=\frac{C_s(V_2^2-V_1^2)}{2}---\left(1\right)$

在这里，V₂为C_s充电的上限电压，V₁为其初始下限电压。该能量应当与在时间T_ch期间从功率源(P_s)输送的能量相同。随后接着的是

$T_{\mathrm{ch}}=\frac{E_c}{P_s}=\frac{C_s(V_2^2-V_1^2)}{{2P}_s}---\left(2\right)$

一旦电容器电压达到V₂电平，则数字系统开始以固定时钟频率运行。现在，系统接收来自功率源的能量，并且同时在数字平台中消耗该能量。如果能量消耗的速率大于引入的功率，则电容器电压降低。在某个放电时间(Tdis)之后，该电压降低至V1电平。此时，数字系统停止且电容器电压再次开始积累。根据能量守恒定律

(V_DDI_DD-ηP_s)ΔT_dis＝-ηC_sV_tΔV_t          (3)

其中，Vt为瞬时电容器电压放电间隔；V_DD和I_DD为以固定工作频率运行的数字系统中的电压和电流；η为功率转换器在周期ΔT_dis(＝t，t+Δt)期间的瞬时效率。从(3)可以看出，如果

V_DDI_DD≥ηPs                   (4)，

则在系统中出现启动和停止。

假设，LDO基功率转换器，

$\mathrm{\η}=\frac{V_{\mathrm{DD}}}{V_t}---\left(5\right)$

可以采用(4)并对等式(3)求积分计算T_dis。这给出了，

$T_{\mathrm{dis}}=\frac{C_s}{I_{\mathrm{DD}}}((V_2-V_1)+\frac{P_s}{I_{\mathrm{DD}}}\ln [\frac{V_2-\frac{P_s}{I_{\mathrm{DD}}}}{V_1-\frac{P_s}{I_{\mathrm{DD}}}}\left]\right)---\left(6\right)$

在之前的描述中，分析了传统系统设计的性能。对性能的主要限制因素中的一种是在功率转换器的输入端处允许的有限电压范围。这种限制的结果是缩短输入电容器处的可允许放电时间。这种影响对于具有窄滞环(V_start-V_stop)的系统更加占据主流，并且对于系统可以运行的磁场范围来说变为严重的瓶颈。总体上，窄的滞环允许较高的功率转换器效率但有限的工作距离。克服这种限制的一种方式可以是通过允许功率转换器上的电压超过用于最后一个时钟循环的磁滞电压。这可以改善磁场范围且同时提供比通常宽滞环系统高的功率转换器效率。然而，这将要求有余量地设计用于输入电压范围和由于频繁开关未解决而引起其它问题的功率转换器。在下文中，将针对较早考虑的系统参数为这种情况进行总处理能力计算，即，

V_DD＝1.2V，I_DD＝14mA，功率转换效率(η～80％)，C_s＝2.5nF。

在该情况中，多种系统配置的总处理能力在图6中示出。A具有1.2V的Vdd、5MHz的频率时钟、3.3V的启动电压和1.2V的停止电压。B具有1.2V的Vdd、5MHz的频率时钟、1.55V的启动电压和1.5V的停止电压。C具有1.2V的Vdd、10MHz的频率时钟、1.55V的启动电压和1.5V的停止电压。对应于根据本发明的控制系统的实施例的D具有1.2V的Vdd和PID基频率控制。

根据总处理能力观点，看起来当滞环→0(所提出的控制系统)时窄带系统对应此是一种限制情况。让我们还考虑这种操作还需要的扩展输入电压范围：

最坏的情况将假设在该时钟周期期间不存在从磁场捕获的能量。因此，所有的能量将由存储电容器供给。

$E_c=\frac{C_s\mathrm{\Δ}\left(V^2\right)}{2}=\frac{C_s(V_f^2-V_i^2)}{2}---\left(7\right)$

其中，C_s＝2.5nF，V_f＝1.5V且将计算V_i。

E_digital＝V_DDI_DDT_clk                (8)

其中，V_DD＝1.2V，I_DD＝14mA，

考虑功率转换效率(η～80％)，

E_digital＝ηE_c                      (9)

基于等式(7-9)

$V_i=\sqrt{V_f^2-\frac{{2V}_{\mathrm{DD}}{I}_{\mathrm{DD}}{T}_{\mathrm{clk}}}{{\mathrm{\ηC}}_s}}---\left(10\right)$

对于在计算中考虑的参数，即，

#Vf＝1.5V；V_DD＝1.2V；I_DD＝14mA；T_clk＝20ns；η＝0.8；Cs＝2.5nF→V_i  ＝1.3835V

这意味着对于这种扩展范围需要有余量地设计系统，同时还将存在如之前强调的其它处罚。但是，可以采用这种方法使所提出的系统和传统设计的系统总处理能力匹配。

应当注意到，术语“包括”不排除其它元件或特征，“一个”不排除多个。同样，结合不同实施例描述的元件可以组合。

还应当注意到，权利要求中的附图标记不应当解释为限制权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于控制电子装置(300)的功耗的控制系统(100)，其中电子装置适于经由无线通信接口与读出装置通信，

控制系统包括

测量单元(102)，该测量单元适于测量由读出装置提供至控制系统的电磁场的实际场强度，

功率输送单元(101)，该功率输送单元适于将经由电磁场接收的功率输送至电子装置，和

控制单元(103)，该控制单元连接至测量单元并适于提供控制信号至电子装置，用于控制输送至电子装置的功耗，其中控制信号基于电磁场的实际场强度，控制单元(103)将基于电磁场的实际场强度得到的不同的控制信号提供至电子装置的功耗与电磁场的实际场强度相适应的一个或多个部分。

2.根据权利要求1所述的控制系统(100)，

其中功率输送单元(101)包括适于转换功率的功率转换器。

3.根据权利要求2所述的控制系统(100)，

其中功率输送单元(101)适于将功率输送至电子装置的多个部分，并且其中功率转换器适于根据电子装置的向其输送功率的部分转换功率。

4.根据权利要求1所述的控制系统(100)，

其中测量单元(102)包括适于将实际场强度与参考值进行比较的比较器。

5.根据权利要求4所述的控制系统(100)，

其中测量单元(102)包括用于检测电子装置的存储电容器上的电压的检测电路，其中检测到的电压的值与实际场强度的值相关联，并且其中参考值为参考电压值。

6.根据权利要求1所述的控制系统(100)，

其中控制信号表示由电压调制和频率调制构成的组中的至少一种。

7.一种用于经由无线通信接口与读出装置通信的电子装置(300)，

所述电子装置包括根据权利要求1所述的控制系统(100)。

8.根据权利要求7所述的电子装置(300)，

还包括多个部分，

其中控制系统适于提供控制信号至电子装置的所述多个部分的每一个，并且

其中每个部分适于基于控制信号调制其运行。

9.一种通信系统，

包括读出装置和根据权利要求7所述的电子装置，

所述读出装置和所述电子装置适于经由无线通信接口通信。

10.一种控制电子装置的功耗的方法，其中电子装置适于经由无线通信接口与读出装置通信，

该方法包括下述步骤

通过测量单元测量由读出装置提供至控制系统的电磁场的实际场强度，

通过功率输送单元将经由电磁场接收到的功率输送至电子装置，以及

通过连接至测量单元的控制单元提供控制信号至电子装置，用于控制输送至电子装置的功率的消耗，其中控制信号基于电磁场的实际场强度，控制单元将基于电磁场的实际场强度得到的不同的控制信号提供至电子装置的功耗与电磁场的实际场强度相适应的一个或多个部分。