CN109691030A - 传感器系统和用于运行传感器系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种传感器系统(1，11)，该传感器系统具有检测装置(2，12)和通信接口(5，15)，所述检测装置构造用于检测至少一个物理参量(3，13)并且输出相应的测量值(4，14)；所述通信接口具有通信装置(6，16)并且构造用于至少在正常运行模式中输出所检测的测量值(4，14)，并且所述通信接口构造用于接收数据信号(7，17)，所述数据信号具有时钟信号(8，18)，其中，所述通信装置(6，16)构造用于在节能运行模式中使用所述时钟信号(8，18)作为运行时钟(22)。此外，本发明公开一种相应的方法。

Description

传感器系统和用于运行传感器系统的方法

技术领域

本发明涉及一种传感器系统和一种用于运行根据本发明的传感器系统的相应的方法。

背景技术

传感器用于多种应用。在移动应用中尤其重要的是使传感器的功耗最小化。

通常可以由中央控制装置关断传感器，以便降低其能耗。然而，在运行准备就绪之前，传感器需要必须经历完整的启动阶段(也称为起动运行)。为了快速访问传感器数据，取决于应用情况，所述阶段可能持续很长时间。

因此，传感器也可以具有节能模式，在该节能模式中，传感器部件中的一些被关断或仅周期性地接通。在此，存储有传感器数据的存储器保持接通，其中，该存储器消耗电能。因此，可以随时读取传感器数据。

发明内容

本发明公开一种具有权利要求1的特征的传感器系统以及一种具有权利要求8的特征的方法。

因此设置：

一种传感器系统，该传感器系统具有检测装置和通信接口，该检测装置构造用于检测至少一个物理参量并且输出相应的测量值，所述通信接口具有通信装置并且构造用于至少在正常运行模式中输出所检测的测量值，并且所述通信接口构造用于接收具有时钟信号的数据信号，其中，通信装置构造用于在节能运行模式中使用时钟信号作为运行时钟。

此外设置：

一种用于运行传感器系统的方法，该方法具有以下步骤：检测至少一个物理参量的测量值，至少在传感器系统的正常运行模式中通过具有通信装置的通信接口输出所检测的测量值，通过通信接口接收具有时钟信号的数据信号，并且在节能模式中以所述时钟信号作为运行时钟运行通信装置。

检测装置可以是任意的测量元件。例如可以使用基于MEMS的测量元件、光学测量元件或电磁测量元件。

传统的传感器通常具有内部时钟供给装置，该时钟供给装置给相应传感器的所有元件提供运行时钟。在此，“运行时钟”应理解为如下信号：传感器的各个数字元件将该信号用作各个过程周期的基础或基础时钟。

相反地，本发明使用施加在通信接口上的外部时钟信号，以便当传感器系统处于节能运行模式中时至少运行通信装置。在此，通信装置在通信接口中尤其形成数字逻辑，该通信装置基于相应的协议或总线系统实施通信。

可能的通信接口例如是SPI接口、I2C接口、I3C接口。但是，也任何其他类型的数字接口也是可能的。

如果在节能运行模式中通过外部时钟信号馈给通信装置，则可以激活或使用该通信装置，而无须激活传感器系统中的能量消耗装置(例如振荡器)。

因此，即使在节能运行模式中，传感器系统也可以通过通信接口进行通信并且接收或发送数据。因此例如能够实现：在系统启动时使传感器系统初始化，然后激活节能模式，在该节能模式中，例如禁用内部时钟产生装置。于是，也禁用传感器系统的所有部件，并且使这些部件的能耗最小化。

通过关断内部时钟或根据需要地接通内部时钟产生装置，传感器系统的能耗可以以因子10-100降低。

有利的实施方式和扩展方案由从属权利要求以及参照附图的描述中得出。

在一种实施方式中，传感器系统可以具有振荡器，该振荡器构造用于在预给定的时间内启动并且输出时钟信号，其中，通信装置构造用于在节能模式中接收到数据信号时启动振荡器。因此，通信装置可以基于外部时钟信号工作并且仅在需要时激活传感器系统的振荡器。因此，通信装置总是能够在识别到通信接口上的活动(例如通过相应的数据总线传输数据)时自动地启动传感器系统。

振荡器例如可以构造成如下环形振荡器：该环形振荡器在小于100μs的预给定时间内启动。环形振荡器尤其在非常短的时间内启动并且因此适用于根据本发明的传感器系统。通过使用快速启动的环形振荡器，可以使直至传感器系统完全运行准备就绪的等待时间最小化。

在一种实施方式中，通信装置可以具有数据解码器，该数据解码器构造用于在节能模式中对数据信号进行解码并且仅当数据信号要访问(Zugriff)传感器系统时才激活振荡器。因此，该通信装置可以基于外部时钟信号工作并且因此运行数据解码器。该数据解码器分析在振荡器启动之前通过通信接口获得的数据信号。仅当数据解码器确定数据信号的内容(例如参与者识别符)指示对传感器系统的访问时，通信装置才启动振荡器，该振荡器能够运行传感器系统的其他部件。

尤其在具有多个参与者的总线系统中，仅当传感器系统被直接寻址时，才唤醒或激活传感器系统。

在一种实施方式中，该传感器系统可以具有存储器，该存储器与振荡器以及检测装置耦合，并且该存储器构造用于使用振荡器的时钟信号作为运行时钟并且存储和/或输出检测装置的测量值和/或传感器系统的配置数据。此外，数据解码器可以构造用于仅当传感器系统中的存储器的使用被激活时，才激活振荡器。关于是否使用存储器的信息例如可以存储在配置数据中，所述配置数据存储在数据解码器或通信装置中。例如可以在如下确定的运行模式中激活该存储器的使用：在所述确定的运行模式中，检测装置周期性地检测测量值，但仅偶尔地读取这些测量值。然后，传感器系统可以在这些测量之间激活节能模式并且因此降低能耗。仅当要通过通信接口从存储器中读取数据时，才可以与振荡器一起激活该存储器。

与这种运行模式相反的例如是如下运行模式：在该运行模式中，传感器系统持续地进行读取，即传感器系统例如运行在所谓的轮询(Polling)模式中。

在一种实施方式中，存储器可以构造成RAM存储器，并且该存储器为了在节能模式中保持数据而与能量供给装置耦合。显然，RAM存储器也可以在正常运行中与能量供给装置耦合——即被提供电能。RAM存储器的特征在于非常快速的访问时间。然而为了运行，RAM存储器需要运行时钟。此外，RAM存储器需要能量供给装置，在没有该能量供给装置的情况下，RAM存储器(例如与EEPROM存储器不同)丢失其内容。因此，能量供给装置确保RAM存储器不会丢失其数据。然而，在没有运行时钟的情况下，RAM存储器的能耗非常低并且仅用于保持存储器内容。

在一种实施方式中，数据解码器可以构造用于检查数据信号是否指示对存储器的访问(例如读取或写入)，并且仅当数据信号指示对存储器的访问时才接通振荡器。能够在不访问存储器的情况下传输给传感器系统的数据例如是可以由通信装置处理的配置数据。这种数据例如可以涉及数据总线上的通信并且例如具有参与者识别符、数据速率等。当通过通信接口寻址(angesprochen)传感器系统时，并不总是需要激活振荡器。

在一种实施方式中，数据解码器可以构造用于从数据信号提取控制指令并且在传感器系统中实施所述控制指令。这些控制指令例如可以包括对通信装置中的确定配置的调整。这些控制指令例如不仅可以涉及通过通信接口的数据通信，而且也可以涉及传感器系统(例如检测装置)的配置。借助这种控制指令例如可以选择传感器系统的运行模式或者可以激活节能模式。

在一种实施方式中，通信装置可以具有缓冲存储器，该缓冲存储器构造用于存储分别最后检测的测量值。当通过通信接口调用最后的测量值时，则不再需要从存储器读取最后的测量值。由此能够实现：在不接通振荡器的情况下，通过通信接口输出这些分别最后检测的测量值。如果要从存储器读取或写入其他数据，则可以接通振荡器并且激活存储器。数据解码器尤其还可以检查数据信号是否指示对存储有最后测量值的存储空间的访问，如果这种情况成立，则输出存储在缓存器中的值。

只要有意义，上述构型和扩展方案可以以任意方式彼此组合。本发明的其他可能的构型、扩展方案和实施方案也包括在上文中或下文中关于实施例所描述的本发明的特征的未明确提及的组合。在此，本领域技术人员尤其还将添加各个方面作为对本发明的相应基本形式的改进或补充。

附图说明

以下根据在附图的示意图中说明的实施例进一步阐述本发明。在此示出：

图1示出根据本发明的传感器系统的一种实施方式的方框图；

图2示出根据本发明的方法的一种实施方式的流程图；

图3示出根据本发明的传感器系统的一种实施方式的方框图。

在所有附图中，只要未另外说明，则相同的或功能相同的元件和设备设有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出根据本发明的传感器系统1的一种实施方式的方框图。传感器系统1可以是任何类型的传感器系统1。传感器系统1例如可以用于检测加速度和转速。这种传感器系统1例如可以用于移动应用——例如智能手机等。

传感器系统1具有检测装置2。该检测装置是真正的传感器元件并且检测至少一个物理参量3——例如转速和加速度。检测装置2输出相应的测量值4，这些测量值例如通过通信接口5输出给中央控制装置30。在传感器系统1中还设置有振荡器9，当传感器系统工作在正常运行模式中时，该振荡器为传感器系统1的各个元件产生运行时钟。在正常运行模式中，传感器系统1能够完全不受限制地正常工作，并且该传感器系统不激活特殊的节能措施。另一可能的运行模式是所谓的节能模式，在该节能模式中，激活传感器系统1中的节能功能并且例如关断或循环地激活各个元件。

通信接口5包括用于传感器系统1与控制装置30之间的通信的所有元件。例如除了插头或印制导线以及相应的连接端(未单独示出)以外，通信接口5还具有如下通信装置6：该通信装置具有通信所需的逻辑。

通信装置6例如可以与总线协议(例如SPI、I2C、I3C等)兼容，也就是说，该通信装置基于相应的协议接收和输出数据信号7。在此，通信装置6尤其可以作为相应总线系统的从机(Slave)工作，而控制装置30例如可以是相应的主机(Master)。

如以上已经提及的那样，传感器系统1可以具有节能模式。如果将传感器系统1置于节能模式中，则该传感器系统可以关断所有对于保持节能模式而言不需要的元件。

为了也能够在节能模式中与传感器系统1进行通信并且因此操控传感器系统1，保持通信装置6运行准备就绪。然而在此，不给通信装置提供由振荡器9提供的时钟。更确切地说，通信装置6可以使用由控制装置30发送的数据信号7的时钟8作为运行时钟。

因此，即使在振荡器9关断的情况下，通信装置6也能够实施逻辑操作。通信装置6例如可以构造用于分析数据信号7并且当该通信装置接收到数据信号7时接通振荡器9。由此，一旦检测到通信接口5的活动，就可以将传感器系统1从节能模式置于正常运行模式中。

在其他实施方式中，通信装置6可以对所接收的数据进行分析并且仅当预给定的条件满足时(例如直接对传感器系统1进行寻址)，才激活振荡器9或传感器系统1中的其他元件。结合图3进一步阐述可能的条件。可以理解，也可以将图3的实施方式的各个元件(例如存储器)与图1的实施方式进行组合。

图2示出根据本发明的用于运行传感器系统1、11的方法的一种实施方式的流程图。

该方法设置：在传感器系统1、11中检测至少一个物理参量3、13的测量值4、14。尽管以S1标记该步骤，但这并不意味着第一步骤与其他步骤之间的任何顺序。在第二步骤S2中，可以至少在传感器系统1、11的正常运行模式中通过具有通信装置6、16的通信接口5、15输出所检测的测量值4、14。

例如为了能够实现传感器系统1、11与外部控制装置30之间的数据通信，设置通过通信接口5、15接收S3数据信号7、17，其中，数据信号7、17具有时钟信号8、18。

在传感器系统1、11的节能工作模式中设置，借助所接收的数据信号7、17的时钟信号8、18作为运行时钟22运行S4通信装置6、16。

在一种实施方式中可以设置：在接收到数据信号7、17时，接通传感器系统1、11的振荡器9、19，该振荡器在预给定的时间内启动并且输出相应的时钟信号8、18。这种振荡器9、19例如可以是环形振荡器。

也可以设置：在节能模式中，在通信装置6、16中对数据信号7、17进行解码，并且仅当数据信号7、17要访问传感器系统1、11时，才接通振荡器9、19。

此外，可以设置：将所检测的测量值4、14存储在存储器21中，该存储器与振荡器9、19以及检测装置2、12耦合。在此，可以借助振荡器9、19的时钟信号8、18作为运行时钟22来运行存储器21。在此，仅当传感器系统1、11中的存储器21的使用被激活并且接收到数据信号7、17时，才可以激活振荡器9、19。替代地，仅当数据信号7、17指示对存储器21的访问时，才可以接通振荡器9、19。

除了或替代存储器21，在通信装置6、16中，缓冲存储器24可以存储所检测的测量值4、14中的分别最后一个。然后可以在不激活振荡器9、19的情况下输出该测量值。为此，可以分析数据信号7、17，以便确定是否应该读取该最后的测量值4、14。

此外，可以从数据信号7、17中提取控制指令并且在传感器系统1、11中实施所述控制指令。这些控制指令例如可以将传感器系统1、11从节能模式置于另一模式(例如正常运行模式)中。

图3示出根据本发明的传感器系统11的一种实施方式的方框图，该传感器系统基于图1的传感器系统1。传感器系统11还具有存储器21。该存储器例如可以构造成RAM存储器21，该RAM存储器需要从振荡器19获得的运行时钟22。

存储器21用于存储测量值14，检测装置12在传感器系统11的正常运行中记录该测量值。控制装置30现在可以通过通信接口与传感器系统11进行通信。控制装置30例如可以借助数据信号17从存储器21读取测量值14。在正常运行状态中，接通振荡器19。因此，存储器21也运行准备就绪。未单独示出的是，也可以由振荡器19给传感器系统11的其他元件(例如检测装置12)提供运行时钟。

如果传感器系统11处于节能模式中，则关断振荡器19。然后例如可以循环地接通振荡器19，以便检测测量数据14并且将所述测量值存储在存储器21中。

当数据信号17用于从存储器19调用测量值14时，也可以接通振荡器19。

为此，在通信装置16中设置数据解码器20，该数据解码器将数据信号17解码并且分析数据信号17的内容。如以上已经描述的那样，可以在不同条件下接通振荡器19。

例如可以仅当传感器系统11中的存储器21的使用被完全激活并且接收到数据信号17时，才激活振荡器19。替代地，可以仅当数据信号17指示对存储器21的访问时，才接通振荡器19。

在通信装置16中可选地设置有缓冲存储器24，该缓冲存储器可以存储分别最后检测的测量值14。因此，可以在不激活振荡器19和存储器21的情况下输出所述最后检测的测量值14。

尽管之前已经根据优选实施例描述本发明，但是本发明不限于此，而是能够以各种方式和方法修改本发明。在不偏离于本发明的核心的情况下，尤其可以以多种方式改变或修改本发明。

附图标记列表

1、11 传感器系统

2、12 检测装置

3、13 物理参量

4、14 测量值

5、15 通信接口

6、16 通信装置

7、17 数据信号

8、18 时钟信号

9、19 振荡器

20 数据解码器

21 存储器

22 运行时钟

23 开关信号

24 缓冲存储器

30 控制装置

Claims (15)

1.一种传感器系统(1，11)，所述传感器系统具有检测装置(2，12)和通信接口(5，15)，所述检测装置构造用于检测至少一个物理参量(3，13)并且输出相应的测量值(4，14)；所述通信接口具有通信装置(6，16)并且构造用于至少在正常运行模式中输出所检测的测量值(4，14)，并且所述通信接口构造用于接收数据信号(7，17)，所述数据信号具有时钟信号(8，18)，其中，所述通信装置(6，16)构造用于在节能运行模式中使用所述时钟信号(8，18)作为运行时钟(22)。

2.根据权利要求1所述的传感器系统(1，11)，所述传感器系统具有振荡器(9，19)，所述振荡器构造用于在预给定的时间内启动并且用于输出时钟信号(8，18)，其中，所述通信装置(6，16)构造用于在接收到所述数据信号(7，17)时启动所述振荡器(9，19)。

3.根据权利要求2所述的传感器系统(1，11)，其中，所述通信装置(6，16)具有数据解码器(20)，所述数据解码器构造用于在所述节能模式中对所述数据信号(7，17)进行解码并且仅当所述数据信号(7，17)要访问所述传感器系统(1，11)时，才激活所述振荡器(9，19)。

4.根据权利要求3所述的传感器系统(1，11)，所述传感器系统具有存储器(21)，所述存储器与所述振荡器(9，19)以及所述检测装置(2，12)耦合，并且所述存储器构造用于使用所述振荡器(9，19)的时钟信号(8，18)作为运行时钟(22)并且存储和/或输出所述检测装置(2，12)的测量值(4，14)和/或所述传感器系统(1，11)的配置数据，其中，所述数据解码器(20)构造用于仅当所述传感器系统(1，11)中的存储器(21)的使用被激活时，才激活所述振荡器(9，19)。

5.根据权利要求4所述的传感器系统(1，11)，其中，所述存储器(21)构造成RAM存储器(21)并且在所述节能模式中与能量供给装置耦合。

6.根据权利要求4和5中任一项所述的传感器系统(1，11)，其中，所述数据解码器(20)构造用于检查：所述数据信号(7，17)是否指示对所述存储器(21)的访问，并且仅当所述数据信号(7，17)指示对所述存储器(21)的访问时，才接通所述振荡器(9，19)。

7.根据以上权利要求3至6中任一项所述的传感器系统(1，11)，其中，所述数据解码器(20)构造用于从所述数据信号(7，17)提取控制指令并且在所述传感器系统(1，11)中实施所述控制指令。

8.根据以上权利要求中任一项所述的传感器系统(1，11)，其中，所述通信装置(6，16)具有缓冲存储器(24)，所述缓冲存储器构造用于存储分别最后检测的测量值。

9.一种用于运行传感器系统(1，11)的方法，所述方法具有如下步骤：

检测(S1)至少一个物理参量(3，13)的测量值(4，14)；

至少在所述传感器系统(1，11)的正常运行模式中，通过具有通信装置(6，16)的通信接口(5，15)输出(S2)所检测的测量值(4，14)；

通过所述通信接口(5，15)接收(S3)具有时钟信号(8，18)的数据信号(7，17)；

在节能运行模式中，以所述时钟信号(8，18)作为运行时钟(22)运行(S4)所述通信装置(6，16)。

10.根据权利要求9所述的方法，所述方法具有如下步骤：接通所述传感器系统(1，11)的振荡器(9，19)，所述振荡器在预给定的时间内起动并且在接收到所述数据信号(7，17)时输出相应的时钟信号(8，18)。

11.根据权利要求10所述的方法，所述方法具有如下步骤：在节能模式中，在所述通信装置(6，16)中对所述数据信号(7，17)进行解码，并且仅当所述数据信号(7，17)要访问所述传感器系统(1，11)时，才激活所述振荡器(9，19)。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所检测的测量值(4，14)存储在存储器(21)中和/或由所述存储器输出，所述存储器与所述振荡器(9，19)以及所述检测装置(2，12)耦合，其中，以所述振荡器(9，19)的时钟信号(8，18)作为运行时钟(22)运行所述存储器(21)，其中，仅当所述传感器系统(1，11)中的存储器(21)的使用被激活时，才激活所述振荡器(9，19)。

13.根据权利要求11和12中任一项所述的方法，其中，仅当所述数据信号(7，17)指示对所述存储器(21)的访问时，才接通所述振荡器(9，19)。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中，从所述数据信号(7，17)提取控制指令并且在所述传感器系统(1，11)中实施所述控制指令。

15.根据权利要求9至14中任一项所述的方法，其中，在所述通信装置(6，16)中，将所检测的测量值(4，14)中的分别最后一个存储在缓冲存储器(24)中。