CN102834786B - 低功率基准 - Google Patents

Abstract

公开了一种低功率基准装置。该低功率基准装置包括精确基准模块、低功率基准模块、校准模块、输出模块以及一个或多个序列发生器。精确基准模块被构造为输出第一基准信号，而低功率基准模块被构造为输出第二基准信号。校准模块被构造为接收第一基准信号和第二基准信号并且将校正信号输出到低功率基准模块。输出模块被构造为接收第一基准信号和第二基准信号并且输出最终的基准信号。所述一个或多个序列发生器被构造为根据预定定时序列驱动精确基准模块、低功率基准模块、校准模块和输出模块中的每一个。

Description

低功率基准

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年10月14日提交的美国临时申请No.61/251613的优先权。

技术领域

本公开涉及一种低功率电子装置，并且更具体地，涉及一种提供节能模式的电子装置的低功率基准模块及其实施方法。

背景技术

在本领域中通常使用固态集成电路来提供电子装置等等的至少某种自动化操作或控制。集成电路通常包括被互连以执行操作的一个或多个电路、或者数字和/或模拟模块。这样的集成电路通常包括诸如电池组等等的电源和诸如整流器等等的基准电路或模块，该基准电路或模块用于对来自电源的电压和/或电流进行整流以传递到集成电路的各个组件或模块。更具体地，基准模块稳定由电源产生的电压和/或电流信号，并且进一步地将电压和/或电流基准信号输出到集成电路的各个电路组件或模块。

传统的集成基准模块可以采用单个电路来产生精确基准电压或电流。该基准信号可以被局部地施加在特定模块内并且用作局部偏压模块，或者，该基准信号可以被输出到其它模块并且用作全局偏压模块。通常的基准模块可以包括用于产生电压和/或电流基准信号的装置，该装置在特定装置启用时始终启用并且始终消耗功率。在便携式装置中，这可以被理解为消耗了显著量的电池电力。当这样的装置的电源被耗尽时，这些电源被替换为新电池组或者进行再充电。处置用过的电池以及制造新的电池来替换耗尽的电池消耗了大量的资源并且能够增加环境问题。电池的频繁再充电也消耗能量。随着世界越来越重视环境问题，付出了越来越多的努力来优化电池组的能量密度和/或最小化将通过电池组供电的装置的功耗。然而，由于电池领域中的开发已经饱和，因此更多地要求高能量效率且低功率的装置，或者说“绿色”装置。

因此，需要对电子装置进行改进以使其能够提供未因该改进而劣化的性能同时消耗更少的电力，从而为每个使用的电池提供更长的寿命。此外，需要低功率基准模块设计或方法，该设计或方法能够提供基本上不受温度或供电电压波动的影响的稳定的基准电压和/或电流信号。此外，需要能够在节能操作模式下操作的低功率电子装置，其中非必要模块或子组件可以在整个系统操作的大部分时间自主地停用或操作。

发明内容

为了满足前述需要，公开了一种能够产生稳定的基准信号的低功率基准装置。

公开了一种低功率基准装置。该低功率基准装置包括一个或多个精确基准模块、一个或多个低功率基准模块、一个或多个校准模块、一个或多个输出模块以及一个或多个序列发生器。精确基准模块被构造为输出第一基准信号。低功率基准模块被构造为输出接近第一基准信号的第二基准信号。校准模块被构造为接收第一基准信号和第二基准信号并且将校正信号输出到低功率基准模块。输出模块被构造为接收第一基准信号和第二基准信号并且输出最终的基准信号。所述一个或多个序列发生器被构造为操作精确基准模块、低功率基准模块、校准模块和输出模块。

在一方面，所述一个或多个序列发生器被构造为根据预定定时序列操作精确基准模块、低功率基准模块、校准模块和输出模块。

在另一方面，精确基准模块包括带隙单元(cell)。

在又一方面，低功率基准模块包括跨导单元。

在又一方面，低功率基准模块被构造为根据校正信号来调整第二基准信号以接近第一基准信号。

在又一方面，低功率基准模块被构造为基于接收到的校正信号增加或减小第二基准信号的幅值。

在又一方面，校准模块被集成到低功率基准模块中。

在又一方面，校准模块包括比较器，该比较器被构造为比较第一基准信号和第二基准信号的幅值。

在又一方面，输出模块包括第一开关和第二开关，该第一开关被构造为在第一基准信号和第二基准信号之间进行选择，并且该第二开关被构造为在采样保持模式与跟踪模式之间进行选择。

在又一方面，预定定时序列可由用户进行配置。

在又一方面，预定定时序列包括一个或多个可选择模式。

在该方面的相关方面，该模式至少包括默认模式和节能模式。

在该方面的相关方面，精确基准模块在默认模式期间始终启用。

在该方面的相关方面，低功率基准模块在节能模式期间进行工作循环。

在该方面的相关方面，在节能模式期间，所述一个或多个序列发生器被构造为：参考时钟信号；将该时钟信号指定到多个重复序列中，从而每个序列包括其后跟随有一个或多个次循环的主循环；使得能够在主循环仅选择第一基准信号；使得能够在主循环对第二基准信号进行校准以接近第一基准信号；在次循环期间至少禁用第一基准信号；以及使得能够在次循环仅选择第二基准信号。

在该方面的相关方面，所述模式包括高准确性模式和低准确性模式。

在又一方面，所述一个或多个序列发生器被进一步构造为输出时钟刷新基准信号，该时钟刷新基准信号包括与最终的基准信号更新相关的信息。

在又一方面，精确基准模块、低功率基准模块、校准模块、输出模块以及一个或多个序列发生器中的每一个是自主的。

公开了一种从在节能模式中运行的基准装置生成低功率基准信号的方法。该方法包括下述步骤：参考时钟信号；生成精确基准信号；生成低功率基准信号；对低功率基准信号进行校准以接近精确基准信号；至少禁用精确基准信号；以及仅将低功率基准信号选择为从基准装置输出。

在一方面，该方法进一步包括下述步骤：将时钟信号指定到多个重复序列中，其中每个序列具有其后跟随有一个或多个次循环的主循环。在主循环生成精确基准信号并且在主循环仅将精确基准信号选择为从基准装置输出。在主循环生成低功率基准信号，并且进一步在主循环对该低功率基准信号进行校准。在次循环期间禁用精确基准信号。在次循环将低功率基准信号选择为输出或者更新输出。

在又一方面，使用带隙单元生成精确基准信号。

当结合附图进行阅读时，根据下面的详细描述，其它优点和特征将更加明显。

附图说明

在附图中或多或少地示意性地描述所公开的低功率基准方案，在附图中：

图1是根据本公开构造的低功率基准装置的示意图；

图2是示例性低功率基准装置的可用操作模式的图；

图3是另一低功率基准装置的可用操作模式的另一图；

图4A是在节能模式中操作的低功率基准装置的流程图；

图4B是在节能模式中操作的另一低功率基准装置的另一流程图；

图4C是示出低功率基准装置的序列发生器的操作的时序图；

图5A是低功率基准装置的校准模块的示意图；以及

图5B是示出低功率基准装置的校准模块的操作的另一时序图。

应理解的是，附图不必按比例绘制并且实施方式有时通过图形符号、假想线、图示和部分视图来示出。在某些情况下，可以省略对于理解本公开来说不必要的或者使得其它细节难以体现的细节。当然，应理解的是，本公开不限于这里示出的具体实施方式和方法。

具体实施方式

图1示出了根据本公开构造的示例性低功率基准装置10。如所示的，低功率基准装置10可以包括：一个或多个输入端子12，该一个或多个输入端子12被构造为接收时钟信号等等；以及一个或多个输出端子14、16，该一个或多个输出端子14、16被构造为输出基准信号(例如，电压和/或电流基准信号、时钟刷新基准信号等等)。或者，低功率基准装置10可以提供内部时钟信号，从而可以省略图1的输入端子12。基准装置10可以额外地包括精确基准模块18、低功率基准模块20、校准模块22、输出网络或模块24和序列发生器26。精确基准模块18可以被构造为生成精确且稳定的第一基准信号。低功率基准模块20与校准模块22一起生成接近第一基准信号的第二基准信号。因此，校准模块22也可以被布置在并且集成到低功率基准模块20和/或任何其它模块中。第一基准信号和第二基准信号都可以被发送到输出模块24，该输出模块24可以被构造为选择要输出的基准信号并且基于想要的操作模式确定选择的基准信号被输出到输出端子14的方式。序列发生器26可以被构造为管理基准装置10的各个组件或模块18、20、22、24的时序和操作。

更具体地，精确基准模块18可以包括本领域中通常使用的带隙单元或者任何其它适合于输出实质上不受温度变化影响的基本上稳定的低功率基准信号的电路。精确基准模块18可以被构造为将第一或精确基准信号输出到校准模块22。低功率基准模块20可以包括跨导电路或者任何其它适合于低功率操作的电路。校准模块22可以与低功率基准模块20关联，从而第二基准信号接近由精确基准模块18生成的第一基准信号。此外，校准模块22可以采用比较器等等来比较第二基准信号和第一基准信号并且将校正信号输出到低功率基准模块20。基于校正信号，低功率基准模块20可以将其输出调整为更接近由精确基准模块18提供的第一基准信号。或者，校准模块22可以被集成到低功率基准模块20中。

获得的第一基准信号和第二基准信号中的每一个可以被发送到输出模块24以用于进一步的处理。在一个实施方式中，输出模块24可以包括开关28、30的网络等等，该网络等等被构造为对第一基准信号和第二基准信号中的一个进行采样和/或将其朝向基准装置10的输出端子14路由。或者，输出模块24可以被构造为永久地仅接收第二基准信号，在该情况下可以省略图1的第一开关28。在又一实施方式中，可以在低功率基准装置10的外部且不在其内部提供采样保持装置。输出模块24也可以包括被构造为存储采样的基准信号的值以用作基准的存储装置或电容器32。此外，根据选择的操作模式，开关28、30和电容器32的序列可以根据需要采样第一基准信号和第二基准信号中的一个；存储或保持信号的值；以及经由输出端子14输出选择的信号。例如，在低功率或节能操作模式中，输出模块24可以将第一开关28耦合到低功率基准模块20的输出；闭合第二开关30以经由电容器32存储第二基准信号的值；以及经由基准装置10的输出端子14输出该值作为最终的基准信号。序列发生器26可以被构造为根据预先确定的、预先定义的和/或预先编程的定时序列以及选择的操作模式来管理输出模块24的开关28、30以及精确基准模块18、低功率基准模块20和校准模块22的操作时序。图1的序列发生器26也可以实施为分布在各个模块处并且被构造为管理其间的交互的多个序列发生器。

现在参考图2，公开了示例性操作模式。特别地，序列发生器26可以被构造为基于可以由用户配置的预先确定的、预先定义的和/或预先编程的定时序列管理两个或更多模式之间的基准装置10的操作。如图2中所示，模式可以主要包括默认或始终启用模式34以及节能或工作循环模式36。此外，默认模式34可以表示其中基准装置10的所有组件始终工作或者始终启用以从精确基准模块18直接提供基准信号的操作模式。虽然默认模式34中的功耗可以不是最小的，但是在默认模式34中提供的基准信号可以是更稳定和可靠的。节能模式36可以表示其中只有低功率基准模块20进行工作循环或者周期性地采样同时禁用其它所有非必要组件的操作模式。在相关实施方式中，节能模式36可以仅工作循环或采样精确基准模块18。在节能模式36期间生成的基准信号可以用作精确基准信号的近似并且被校准到相当的质量。因此，功能性没有由于节能模式36而劣化同时显著地减少了功耗。

转向图3，序列发生器26可以可选地被构造为进一步在诸如不同级别的精确性、噪声等等的其它性能特性之间是不同的。例如，图2的默认和节能模式34、36中的每一个可以进一步在诸如由图3的高准确性模式34、36和低准确性模式35、37所示的任何数目的相对准确性级别之间是不同的。如前所述，默认模式34、35可以一般性地对应于其中基准装置10的所有组件始终工作以从精确基准模块18直接提供基准信号的操作模式。高准确性默认模式34和低准确性默认模式35之间的区分因素可以涉及指定的稳定时间、电流量、想要的电路构造或者其组合。而且，如前所述，节能模式36、37可以对应于其中只有低功率基准模块20被参考同时所有其它非必要组件都禁用的操作模式。高准确性节能模式36和低准确性节能模式37之间的区分因素可以类似地对应于指定的稳定时间、电流量、想要的噪声构成或者其组成。高准确性模式34、36可以提供具有更少的噪声和更小的基准波动的更可靠的信号的优点而低准确性模式35、37可以提供显著减少功耗的优点。

现在参考图4A，公开了用于提供低功率基准信号的一个示例性方法的流程图。如图1中所示的低功率基准装置10例如可以根据在节能模式36等等期间所示的步骤S1-S6来进行操作。更具体地，在步骤S1，可以参考内部或外部生成的时钟信号。在步骤S2和S3，可以生成精确基准信号和低功率基准信号。此外，在步骤S4，低功率基准信号可以被校准以接近精确基准信号。一旦低功率基准信号非常接近精确基准信号，则在步骤S5可以禁用精确基准信号，而在可选的步骤S6可以参考该低功率基准信号。在接下来的处理中，该低功率基准信号可以被持续地提供而没有进行额外的校准。或者，可以重新启用精确基准信号以用作基准，或者在接下来的校准中使用，下面将对此进行更详细的描述。

现在转向图4B，公开了用于提供低功率基准信号的一个特定方法的流程图。更具体地，示出的步骤S10-S80可以涉及在一个序列的持续时间内或者给定时钟信号的一个预定片段内在节能模式36期间执行的基准装置10的操作。在第一步骤S10，基准装置10或序列发生器26可以参考振荡器或者例如经由输入端子12等等提供的时钟信号。或者，可以内部地提供时钟信号。时钟信号可以被提供为如图4C中所示的波形W1。在步骤S20，序列发生器26可以指定一个或多个序列，或者更具体地，将时钟信号W1划分为例如时段D1的相等部分。时段D1的每个序列可以包括多个循环C1、C2。更具体地，一个序列可以包括主循环C1和后面的次循环C2。在步骤S30，序列发生器26可以使得基准装置10的精确基准模块18能够在主循环C1期间的某时间点生成精确基准信号。例如，图4C的波形W2示出了在序列的主循环C1内的时间点P1启用精确基准信号。在步骤S40，序列发生器26可以操作输出模块24的开关28、30以在主循环C1期间的某时间点将精确基准信号提供到输出端子14。在步骤S50，序列发生器26也可以在主循环C1期间的时间点P2生成低功率基准信号，如图4C的波形W3所示。在步骤S60，序列发生器26可以启用校准模块22以对低功率基准信号进行校准以使其非常接近精确基准信号。可以由图4C中所示的波形W4来表示启用校准信号。一旦校准步骤S60完成，则低功率基准信号可以用于接下来的基准。因此，序列发生器26可以在次循环C2的时段内在步骤S70禁用精确基准模块18和任何其它非必要组件。在步骤S80，序列发生器26可以操作输出模块的开关28、30以在次循环C2的时段内的每个时间点P3仅将低功率基准信号提供到输出端子14。序列发生器26可以进一步在每个时钟循环经由基准装置10的输出端子16输出时钟刷新基准信号，如图4C的波形W5所示。时钟刷新基准信号可以给特定装置的其它组件提供与何时更新最终的基准信号相关的信息。例如，时钟刷新基准信号可以指示应更新基准电压和/或电流的最佳时间。此外，序列发生器26可以被构造为在每个序列的主循环C1期间对低功率基准信号进行重校准，如图4C的波形W6所示。

参考图5A，公开了示例性校准模块22的示意图。如前所示，校准模块22可以被构造为相对于精确基准信号比较和调整低功率基准信号以接近精确基准信号。此外，校准模块22可以是完全自主的，从而不需要任何外部控制或时钟来相对于精确基准信号校准低功率基准信号。可以使用精确和低功率基准信号的各自的值的二进制编码来执行比较和调整。因此，校准模块22可以包括串行布置的多个校准位元件38，从而每个位元件38对应于属于一系列位或词的位。每个词可以对应于将被校准的低功率基准信号的值或幅值。此外，校准位元件38可以被构造为最左位元件38对应于特定值的最高有效位(MSB)而最右位元件38对应于值的最低有效位(LSB)。

在MSB开始，可以在校准模块22的最左位元件38处引入校准开始信号W7的上升沿，如图5B中以图形方式进一步示出的。在预先定义的延迟之后，校准模块22可以被构造为如果低功率基准信号W8的值小于精确基准信号W9则断言并且存储逻辑高(HIGH)或“1”作为校准的结果W10的MSB。或者，如果低功率基准信号W8的值大于精确基准信号W9，则对应的位元件38可以断言并且存储逻辑低(LOW)或“0”作为校准的结果W10的MSB。在完成一个比较时，校准模块22可以继续比较下一MSB。校准模块22可以被构造为以该方式重复直到LSB以及所有中间位都已经进行了比较，从而输出校准后的低功率基准信号W10，如图5B中所示。

工业实用性

为了满足上述需要，公开了一种用于与电子装置一起使用的改进的基准模块10。除了其它的之外，基准模块10组合了自主操作和优化的顺序定时技术以利用显著更低的功耗速率提供具有未劣化的可靠性的电压和/或电流基准。更具体地，基准模块10包括主要参考精确基准信号并且使用低功率基准模块20来接近精确基准信号的自主校准模块22。校准后的低功率基准模块20然后进行工作循环、采样并且存储用于接下来的循环的基准信号直到其被自主校准模块22再次校准。由于低功率基准模块20足以定义电压和/或电流基准，因此可以禁用精确基准模块18以及任何其它非必要的组件以节省大量的电力。由于显著地减少了功耗，因此保存了由电池组和类似的能源提供的能量。

虽然已经仅阐述了一些实施方式，但是对于本领域技术人员来说，根据上述描述，替代和修改将是显而易见的。这些和其它替代将被视为等价的并且处于本公开及所附权利要求的精神和范围内。

Claims (21)

1.一种低功率基准装置，该低功率基准装置包括：

一个或多个精确基准模块，所述一个或多个精确基准模块被构造为输出第一基准信号；

一个或多个低功率基准模块，所述一个或多个低功率基准模块被构造为输出接近所述第一基准信号的第二基准信号；

一个或多个校准模块，所述一个或多个校准模块被构造为接收所述第一基准信号和所述第二基准信号并且将一个或多个校正信号输出到所述低功率基准模块；

一个或多个输出模块，所述一个或多个输出模块被构造为接收所述第一基准信号和所述第二基准信号并且输出最终的基准信号；以及

一个或多个序列发生器，所述一个或多个序列发生器被构造为操作所述精确基准模块、所述低功率基准模块、所述校准模块和所述输出模块。

2.如权利要求1所述的低功率基准装置，其中，所述一个或多个序列发生器被构造为根据预定定时序列操作所述精确基准模块、所述低功率基准模块、所述校准模块和所述输出模块。

3.如权利要求1所述的低功率基准装置，其中，所述精确基准模块包括带隙单元。

4.如权利要求1所述的低功率基准装置，其中，所述低功率基准模块包括跨导单元。

5.如权利要求1所述的低功率基准装置，其中，所述低功率基准模块被构造为根据所述校正信号来调整所述第二基准信号以接近所述第一基准信号。

6.如权利要求1所述的低功率基准装置，其中，所述低功率基准模块被构造为基于接收到的所述校正信号增大或减小所述第二基准信号的幅值。

7.如权利要求1所述的低功率基准装置，其中，所述校准模块被集成到所述低功率基准模块中。

8.如权利要求1所述的低功率基准装置，其中，所述校准模块包括比较器，所述比较器被构造为比较所述第一基准信号的幅值和所述第二基准信号的幅值。

9.如权利要求1所述的低功率基准装置，其中，所述输出模块包括第一开关和第二开关，所述第一开关被构造为在所述第一基准信号和所述第二基准信号之间进行选择，并且所述第二开关被构造为在采样保持模式与跟踪模式之间进行选择。

10.如权利要求2所述的低功率基准装置，其中，所述预定定时序列能够由用户进行配置。

11.如权利要求2所述的低功率基准装置，其中，所述预定定时序列包括一个或多个可选择模式。

12.如权利要求11所述的低功率基准装置，其中，所述模式至少包括默认模式和节能模式。

13.如权利要求12所述的低功率基准装置，其中，所述精确基准模块在所述默认模式期间始终启用。

14.如权利要求12所述的低功率基准装置，其中，所述低功率基准模块在所述节能模式期间进行工作循环。

15.如权利要求12所述的低功率基准装置，其中，在所述节能模式期间，所述一个或多个序列发生器被构造为：参考时钟信号；将所述时钟信号指定到多个重复序列中，使得每个序列包括其后跟随有一个或多个次循环的主循环；使得能够在所述主循环仅选择所述第一基准信号；使得能够在所述主循环对所述第二基准信号进行校准以接近所述第一基准信号；在所述次循环期间至少禁用所述第一基准信号；以及使得能够在所述次循环仅选择所述第二基准信号。

16.如权利要求11所述的低功率基准装置，其中，所述模式包括高准确性模式和低准确性模式。

17.如权利要求1所述的低功率基准装置，其中，所述一个或多个序列发生器被进一步构造为输出时钟刷新基准信号，所述时钟刷新基准信号包括与最终的基准信号更新相关的信息。

18.如权利要求1所述的低功率基准装置，其中，所述精确基准模块、所述低功率基准模块、所述校准模块、所述输出模块以及所述一个或多个序列发生器中的每一个是自主的。

19.一种从在节能模式中运行的基准装置生成低功率基准信号的方法，所述方法包括下述步骤：

参考时钟信号；

生成精确基准信号；

生成低功率基准信号；

对所述低功率基准信号进行校准以接近所述精确基准信号；

至少禁用所述精确基准信号；以及

仅将所述低功率基准信号选择为从所述基准装置输出。

20.如权利要求19所述的方法，所述方法进一步包括将所述时钟信号指定到多个重复序列中的步骤，每个序列具有其后跟随有一个或多个次循环的主循环，其中在所述主循环生成所述精确基准信号并且在所述主循环仅将所述精确基准信号选择为从所述基准装置输出，其中在所述主循环生成所述低功率基准信号，其中在所述主循环对所述低功率基准信号进行校准，其中在所述次循环期间禁用所述精确基准信号，并且其中所述低功率基准信号被选择为在所述次循环输出。

21.如权利要求19所述的方法，其中使用带隙单元生成所述精确基准信号。