CN104484029A - 电子装置及其省电管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电子装置，包括控制单元和连接所述控制单元的实时时钟模块，所述控制单元通过所述实时时钟模块提供中断。本发明通过外接超低功耗的实时时钟模块来提供中断，能够降低整个系统的待机功耗，增强有电池供电装置续航时间。

Description

电子装置及其省电管理方法

技术领域

本发明涉及一种电子装置，尤其涉及一种待机省电的电子装置及其省电管理方法。

背景技术

目前智能穿戴式电子产品因其外观尺寸狭小，不得不采用小尺寸小容量电池供电，针对智能穿戴式电子产品，其硬件系统还需选用一颗低功耗MCU作主控，否则续航时间会很短暂。

然而，即使选择了低功耗MCU作主控制器，也存在诸多缺陷。基于现有技术的MCU的待机最低省电模式要么是深度睡眠模式(sleep mode)，要么是深度休眠模式(power down mode)，其最低待机电流在微安(uA)级。尽管有时也可达到纳安(nA)级，然而此模式下，其监视时钟(Watchdog timer)功能已停止工作，需要依靠外部专用唤醒Pin才能唤醒MCU。如此一来，必然造成唤醒时间较长，给人“假死”状态。因此，续航待机时间不长一直困扰着穿戴式电子产品进一步发展。另外，现有技术中的智能穿戴式电子还存在由于要选择超低功耗MCU,因此成本单价不便宜等问题。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种电子装置，包括控制单元和连接所述控制单元的实时时钟模块以及一连接所述控制单元和所述实时时钟模块的供电模块，所述控制单元通过所述实时时钟模块提供中断，供电模块为电池，即所述电子装置为电池供电装置。

进一步的，所述实时时钟模块采用亚阈值超低功耗技术。亚阈值超低功耗技术是一种使内部电路可工作在亚阈值区(工作在0—0.5v范围，阈值为0.5v)，而传统的则工作在超阈值区(工作在0.5v—1.8v范围，阈值为0.9v)，亚阈值技术使工作电路的功耗降低约13倍。进一步的，所述电子装置还包括连接所述控制单元的周边电路，所述周边电路用于扩展所述控制单元的功能，所述实时时钟模块包括连接所述供电模块的电源管理模块，所述电源管理模块用以控制所述控制单元及所述周边电路的供电。

进一步的，所述电源管理模块还包括一电源控制端，所述电源管理模块通过所述电源控制端连接所述控制单元，所述电源控制端用以控制所述供电模块与所述控制单元的连接。

进一步的，所述电源管理模块还包括一电源控制端，所述电子装置还包括一电子开关，所述电源管理模块通过所述电源控制端连接所述电子开关，并通过所述电子开关连接所述控制单元和所述供电模块，所述电源管理模块通过所述电源控制端控制所述电子开关的通断。

进一步的，所述实时时钟模块还包括一存储单元，当所述供电模块中断供电时，所述存储单元存储所述控制单元在中断供电前的状态。

进一步的，所述实时时钟模块包括自校准RC振荡器，所述实时时钟模块通过所述自校准RC振荡器提供中断晶振。

进一步的，所述电子装置死机时通过所述实时时钟模块提供状态复位信号进行复位。

进一步的，所述电子装置为可穿戴设备。

本发明还提供一种电子装置的省电管理方法，包括

控制单元通电工作；

连接所述控制单元的实时时钟模块切断所述控制单元及其周边电路的供电，存储所述控制单元在中断供电前的数据，并启动监视时钟；

当所述实时时钟模块收到中断信号时，唤醒所述控制单元，并将中断供电前的数据发送给所述控制单元。

本发明提供的电子装置，包括控制单元和连接所述控制单元的实时时钟模块所述控制单元通过所述实时时钟模块提供中断。通过外接低功耗的实时时钟模块来提供中断，能够降低整个系统的功耗，增强有电池供电装置续航时间。

附图说明

图1为本发明一实施例所述电子装置的结构示意图。

图2为本发明另一实施例所述电子装置的结构示意图。

图3为可穿戴电子产品中采用亚阈值技术的多功能RTC与主控MCU通讯电路连接框图。

图4为本发明一实施例所述电子装置的省电管理方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

结合背景技术所述，针对电池供电产品，为了解决待机时间不长的问题，常规方法是使用外部电源管理芯片(含RTC时钟电路)或外部RTC时钟芯片控制系统周边。该方法通过定时中断唤醒系统的方式以求待机省电，但其仍受限于系统主控激活状态耗电及外部RTC本体工作模式耗电太大，致使系统平均待机电流仍处于1-8mA毫安级。智能手机因电池容量足够大，因此可考虑使用上述方法，然而智能穿戴式电子产品(可穿戴设备)一般使用低容量电池，若采用上述常规方法仍然不能保证长时间续航。

基于此，本发明提供一种电子装置，如图1所示，包括控制单元100和连接所述控制单元100的实时时钟模块(RTC)200；所述控制单元100通过所述实时时钟模块200提供中断。

具体的，所述实时时钟模块200采用亚阈值超低功耗技术，使其支持超低功耗，并且通过自校准RC振荡器工作模式为控制模块100提供中断晶振。亚阈值超低功耗技术是一种使内部电路可工作在亚阈值区(工作在0—0.5v范围，阈值为0.5v)，而传统的则工作在超阈值区(工作在0.5v—1.8v范围，阈值为0.9v)，亚阈值技术使工作电路的功耗降低约13倍。如此即用外部实时时钟即实时时钟模块(RTC)200取代了控制模块100内部的自带时钟模块，通过外部更低功耗的RTC来提供中断，降低了整个电子装置的功耗。

所述电子装置还包括连接于电子装置的控制单元100的周边电路500，可以据此增加电子装置的功能。进一步的，所述电子装置还包括供电模块300，供电模块300为电池，所述实时时钟模块200还包括连接所述供电模块300的电源管理模块210，所述电源管理模块210用以控制所述控制单元100及其周边电路500的供电。

在本发明一实施例中，如图1所示，所述电源管理模块210具有电源控制端211，电源管理模块210直接通过电源控制端211连接控制单元100，以控制供电模块300与控制单元100的连接。电源管理模块210通过电源控制端211发出控制信号，以控制供电模块300为控制单元100与其周边电路500供电。

在本发明另一实施例中，如图2所示，电子装置还包括电子开关400，所述电源管理模块210通过电源控制端211连接所述电子开关400，并通过电子开关400连接所述控制单元100和所述供电模块300。此时，电源管理模块210通过所述电源控制端211控制所述电子开关的通断。具体的，所述电源管理模块210通过电源控制端211发出控制信号控制电子开关400的通断，以控制供电模块300为控制单元100与其周边电路500供电。其中，所述电子开关400为MOS管，其栅极连接电源控制端211，其源漏极分别连接供电模块300与控制单元100。但本发明不以此为限，所述电子开关400还可以是其他器件。

如图1和图2所示，实时时钟模块200还包括存储单元220，当所述供电模块300中断供电时，所述存储单元220存储所述控制单元100在中断供电前的状态。如此可以记忆控制单元100断电前的状态，以实现快速唤醒控制单元100。当电子装置死机时，所述实时时钟模块200还能提供状态复位信号给所述控制单元100以进行复位。

其中，电子装置可以是可穿戴设备，本发明所示的方法应用于可穿戴设备，可以解决可穿戴设备电池容量小，不能保证长时间续航的缺陷。可穿戴设备例如为手环，此时周边电路500可以根据需要实现智能睡眠提醒、智能跑步和智能提醒等功能。

下面以图2所示电子装置为例对本发明进行具体说明。其中可穿戴设备为智能手环。该智能手环结合智能手机主要功能包括：智能识别跑步和走路，并分开记步、自动计算卡路里消耗；智能睡眠监测；智能提醒；运动地图轨迹记录，自由发起或回应各项运动比赛等功能。当然上述功能仅为举例，并非用以限定该智能手环。

图3为可穿戴设备中采用亚阈值技术的RTC与主控MCU通讯电路连接框图。选用Microchip的MCU作为控制单元100，比如可以是PIC16LF1947；选用Ambiq Micro的AM1805作为外接实时时钟模块(RTC)200；周边电路500包括蓝牙收发器、3轴加速度传感器以及线性驱动模块，所述蓝牙收发器选用AMICCOM的A8105，所述3轴加速度传感器选用ADI的ADXL362。所述智能手环使用锂电池(VBAT)3.7v/41mAH作为供电模块300以供电。电子开关400为PMOSFET开关，切换控制电路，此电路受控于RTC内部的PSW pin(电源控制端211)，可对除RTC芯片外系统周边供电实施开与关动作。另外，当智能手环出现死机时，用此RTC向MCU提供/RESET和中断唤醒信号，还可以用此RTC提供所需的32.768KHZ的时钟。存储单元220为RTC中的RAM。

其中，AM1805为基于亚阈值功耗技术设计的自带电源管理功能的RTC，该RTC电源供电要求比其他工业级RTC低，AM1805内建RC振荡模式3v供电时，当使用内部RC振荡器其耗电为14nA；当使用内部RC振荡器并自校准时其耗电为22nA；当使用外部晶体振荡器其耗电为55nA；其电源管理将支持可编程计数器，定时闹钟，Watchdog功能，并内建电源供电开关，及支持带有计数，闹钟和中断功能的睡眠管理功能。它以I2C或SPI接口与主控CPU进行通讯，其有效的供电电压工作电压范围为1.5—3.6v。

整个MCU供电回路中外加P-MOSFET控制电源正极开/关，该VSS pin受控于来自RTC的PSW pin，RTC的nIRQ Pin则可作为MCU的外部中断输入，当MCU需要唤醒时，允许MCU利用RTC中断功能，而RTC的Reset输出则连到MCU的nRST输入，可以激活RTC进行Power on reset，同时支持外部Reset键复位。MCU可上电初始化时，通过SPI或I2C通道对RTC内部寄存器进行设置。

通过对RTC的内部寄存器值进行配置，可设置MCU进入关机状态，并可提供不同触发方式从关机状态去唤醒MCU，主要有以下几种触发方式：

闹钟(Alarm)：系统要求MCU以特殊的时序次数唤醒起来时，需要完整配置RTC的Alarm闹钟中断功能。

倒数计时(Countdown Timer)：系统要求MCU以周期性的间隔唤醒起来时，RTC将会提供弹性的时间间隔配置支持这个功能。

唤醒按键/开关(Wake Button/Switch)：可支持外部手动按键或开关唤醒系统。

外部装置输入：RTC可支持输入外部WDI(WatchDog timer Input)中断，去唤醒MCU。

模拟输入：RTC内建模拟电压比较器，可支持外部模拟电压信号，允许输入在RTC的VBAT pin，通过其内部的比较器比较后，产生中断去唤醒MCU。

电池低压侦测：模拟电压比较器可提供外部电池低压侦测，此时RTC的VCCpin需要与VBAT pin连接，(即图2中的供电模块600连接至RTC的VCC pin，供电模块600为电池模块)内部比较器动作阈值也可调整，以确保电压低压中断产生。

如果MCU在sleep mode下的掉电，一些省电参数数据必需先在MCU重新上电前预存于RTC内部的RAM，则可很容易在MCU进入Sleep mode前，先存储所需省电参数，并当MCU唤醒时，再读出来。

RTC的PSW pin上内部有一内阻为1OHM电源开关，允许50mA电流通过，可控制外部芯片供电，如果不使用此PSW pin则最大漏电为250PA。

综上所述，系统改由MCU+RTC(AM1805)整合使用，该RTC芯片将提供在自校准RC模式下的RTC功能(该RTC连续工作耗电电流为<20nA)，并设置MCU进入Sleep mode，RTC可设置以一定的时间间隔定时唤醒MCU,则系统平均电流会被动态地降低。

使用该自带电源管理的RTC能够设置系统进入最省电模式，该RTC最大的优点在于，允许系统开发者可以忽略其他系统元件的睡眠模式电流，并允许从其他性能方面，优化这些系统元件，如工作的功耗，成本或者功能。

如图4所示，本发明还提供一种电子装置的省电管理方法，包括

控制单元通电工作；

连接所述控制单元的实时时钟模块切断所述控制单元及其周边电路的供电，存储所述控制单元在中断供电前的数据，并启动监视时钟；

当所述实时时钟模块收到中断信号时，唤醒所述控制单元，并将中断供电前的数据发送给所述控制单元。

综上所述，本发明提供的电子装置及其省电管理方法，通过控制单元和连接所述控制单元的实时时钟模块；所述控制单元通过所述实时时钟模块提供中断。通过外接低功耗的实时时钟模块来提供中断，能够降低整个系统的待机功耗，增强有电池供电装置续航时间。

需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于与实施例公开的系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见系统部分说明即可。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种电子装置，其特征在于，包括控制单元和连接所述控制单元的实时时钟模块以及一连接所述控制单元和所述实时时钟模块的供电模块，所述控制单元通过所述实时时钟模块提供中断，所述供电模块为一电池供电模块。

2.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述实时时钟模块采用亚阈值超低功耗技术。

3.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于，还包括连接所述控制单元的周边电路，所述周边电路用于扩展所述控制单元的功能，所述实时时钟模块包括连接所述供电模块的电源管理模块，所述电源管理模块用以控制所述控制单元及所述周边电路的供电。

4.如权利要求3所述的电子装置，其特征在于，所述电源管理模块还包括一电源控制端，所述电源管理模块通过所述电源控制端连接所述控制单元，所述电源控制端用以控制所述供电模块与所述控制单元的连接。

5.如权利要求3所述的电子装置，其特征在于，所述电源管理模块还包括一电源控制端，所述电子装置还包括一电子开关，所述电源管理模块通过所述电源控制端连接所述电子开关，并通过所述电子开关连接所述控制单元和所述供电模块，所述电源管理模块通过所述电源控制端控制所述电子开关的通断。

6.如权利要求3所述的电子装置，其特征在于，所述实时时钟模块还包括一存储单元，当所述供电模块中断供电时，所述存储单元存储所述控制单元在中断供电前的状态。

7.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述实时时钟模块包括自校准RC振荡器，所述实时时钟模块通过所述自校准RC振荡器提供中断晶振。

8.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述电子装置死机时通过所述实时时钟模块提供状态复位信号进行复位。

9.如权利要求1-8任意一项所述电子装置，其特征在于，所述电子装置为可穿戴设备。

10.一种电子装置的省电管理方法，所述电子装置是如权利要求1至9中任一项所述的电子装置，其特征在于，包括

控制单元通电工作；

连接所述控制单元的实时时钟模块切断所述控制单元及其周边电路的供电，存储所述控制单元在中断供电前的数据，并启动监视时钟；

当所述实时时钟模块收到中断信号时，唤醒所述控制单元，并将中断供电前的数据发送给所述控制单元。