CN110475324A - 用于低功率模式的低功率心跳 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了第一管芯通信地耦合到第一隔离通信信道和第二隔离通信信道，并且被配置为在第一隔离通信信道上发送第一心跳信号。第二管芯被耦合以在第一隔离通信信道上接收来自第一管芯的第一心跳信号，并且向第二隔离通信信道提供第二心跳信号。响应于检测到不存在第二心跳信号，第一管芯进入第一管芯低功率模式，并且响应于检测到不存在第一心跳信号，第二管芯进入第二管芯低功率模式。第一管芯和第二管芯在低功率模式下使用低功率振荡器来提供心跳信号。

Description

用于低功率模式的低功率心跳
技术领域
本发明涉及隔离电路，并且更具体地涉及通过隔离通信信道的心跳信号的通信。
背景技术
在各种应用中使用隔离通信信道，以在必要时防止电流在分开的隔离电路之间流动，同时仍保持电路之间的通信。由于信号隔离、安全或其他原因，可能需要隔离。隔离电路之间的通信通常涉及通过隔离通信信道进行通信的发送器和接收器，以提供例如不同电压域之间的控制信息。可以例如使用电容、电感或光学隔离技术来实现隔离通信信道。
发明内容
在一个实施例中，一种方法，包括：通过第一隔离通信信道。从第一管芯向第二管芯发送第一心跳信号。通过第二隔离通信信道，从所述第二管芯向所述第一管芯发送第二心跳信号。响应于所述第二管芯检测到不存在所述第一心跳信号，所述第二管芯进入第一低功率模式。
在另一实施例中，一种设备，包括：通信地耦合的第一管芯，以通过第一隔离通信信道从所述第一管芯向第二管芯发送第一心跳信号。所述第二管芯可通信地耦合以通过第二隔离通信信道从所述第二管芯向所述第一管芯发送第二心跳信号。响应于所述第二管芯检测到不存在所述第一心跳信号，所述第二管芯进入第一低功率模式。
在另一实施例中，一种设备，包括第一管芯，其通信地耦合到第一隔离通信信道和第二隔离通信信道，并且被配置为在所述第一隔离通信信道上发送第一心跳信号；第二管芯，其被耦合以在所述第一隔离通信信道上接收来自所述第一管芯的所述第一心跳信号，并向所述第二隔离通信信道提供第二心跳信号；所述第一管芯上的第一心跳信号检测器电路，用于检测从所述第二管芯通过所述第二隔离通信信道发送到所述第一管芯的所述第二心跳信号；和所述第二管芯上的第二心跳信号检测器电路，用于检测从所述第一管芯通过所述第一隔离通信信道发送到所述第二管芯的所述第一心跳信号；其中，响应于检测到不存在所述第二心跳信号，所述第一管芯进入第一管芯低功率模式；并且其中，响应于检测到不存在所述第一心跳信号，所述第二管芯进入第二管芯低功率模式。
附图说明
通过参考附图，可以更好地理解本发明，并且本发明的众多目的、特征和优点对于本领域技术人员而言是显而易见的。
图1示出了具有两个管芯和两个隔离通信信道的隔离系统。
图2示出了心跳电路的一部分的实施例，心跳电路检测心跳信号并提供指示是否已检测到心跳信号的标志。
图3示出了低功率模式下使用振荡器以产生心跳信号的心跳电路的另一方面。
图4示出了用于实现心跳功能的各方面的控制逻辑的高级流程图。
图5示出了利用多个低功率模式的实施例的流程图。
图6示出了利用多个低功率模式的另一实施例的流程图。
图7示出了一个实施例，其中，管芯之一接收时钟信号，并提供该时钟信号作为心跳信号，接收该心跳信号的管芯用该心跳信号为模数转换器计时。
在不同附图中使用相同的附图标记表示相似或相同的项目。
具体实施例
图1示出了隔离系统100，其具有安装在封装104中的第一集成电路管芯101和第二集成电路管芯103。第一管芯101通过隔离通信通道105将信息传输到第二管芯103，并且第二管芯103通过隔离通信信道107将信息传输到第一管芯101。这里描述的实施例可以利用各种方法来进行隔离，例如使用电容耦合器或光耦合器的电感耦合。因此，隔离通信信道的物理实现可以在不同实施例中不同。
这里描述的实施例通过隔离通信信道发送心跳信号，因此每个管芯知道另一个管芯是否在正常模式下操作。心跳信号的不存在可以表明电源在一个管芯中已经断开或者发生了另一个故障，从而阻止了心跳信号的传输。这允许检测到不存在心跳信号的管芯进入本文进一步描述的低功率模式，直到可以在断开电力的管芯上恢复正确的功能。这节省了原本可能消耗的电力。
仍然参考图1，心跳电路109测量隔离通信信道接收器电路111的输出，以检测心跳信号的存在或不存在。心跳电路109向数字控制逻辑119发送标志117，标志117指示心跳信号的状态。数字控制逻辑119在由标志指示时将管芯103置于低功率模式。在一个实施例中，如果心跳电路检测到穿过隔离通信信道的心跳信号，则心跳电路109将心跳标志117设置为“1”；如果心跳电路检测到不存在心跳信号，则心跳电路109将心跳标志117设置为“0”。
图2示出了心跳电路的一部分的实施例，其检测来自管芯1的心跳信号，并提供标记117以指示是否已检测到心跳。心跳信号的检测器部分包括边缘检测电路201，其以常规方式检测边缘，并使用滤波器203来确定边缘检测何时有效。在一个实施例中，滤波器是计数器以及标志被有效化(is asserted to)以指示检测到心跳信号，并且如果计数器在检测到下一个边缘之前达到最大(或最小)值，则标志117不再有效(deassert)以指示不存在入站心跳信号(inbound heartbeat signal)。在其他实施例中，滤波器203使用模拟部件(诸如电阻器、电容器和比较器)来实现滤波器功能。
在一个简单的例子中，如果管芯101断开电源，则管芯103上的心跳电路检测到没有心跳信号穿过隔离通信信道105，因此，计数器203达到其最大值或最小值并且标志归零。数字控制逻辑119看到失效的标志并且切断在低功率模式下操作不需要的管芯103中的模拟电路，直到管芯101上的电力供应返回。应注意的是，除了管芯101上的功率损失之外的其他故障可能导致提供给管芯103的心跳信号的不存在。数字控制逻辑可以使用编程的微控制器，具有诸如寄存器(registers)或触发器(flip-flops)的存储元件的数字逻辑门来实现状态机或其他控制功能，或逻辑门、存储元件和编程微控制器的任何适当组合，以实现本文所述的所需功能。
参考图1，管芯101包括心跳电路125，其基于检测的心跳信号的不存在，来检测管芯103是否已经断开电源。隔离通信信道接收器电路127的输出被提供给心跳电路125和需要接收器电路127的输出的管芯101的任何其他部分。心跳电路125测量隔离通信信道接收器电路127的输出。心跳电路125将标志129发送到数字控制逻辑131，其可以将管芯101置于低功率模式。在一个实施例中，如果心跳电路检测到穿过隔离通信信道的心跳信号，则心跳电路109将心跳标志117设置为“1”；如果心跳电路检测到不存在心跳信号，则心跳电路109将心跳标志117设置为“0”。心跳电路125可以包括图2所示的示例电路，以检测通过隔离通信信道107传输的心跳信号。在一个简单的例子中，如果管芯103断开电源，则管芯101上的心跳电路125检测到没有心跳信号穿过隔离通信信道107，因此，标志129失效。数字控制逻辑131切断在低功率模式下不需要的管芯101中的模拟电路，直到管芯103上的电力供应返回。应注意的是，管芯103上的其他条件可能导致提供给管芯101的心跳信号的不存在。
图3示出了心跳电路109(和125)的另一方面。心跳电路包括低功率振荡器301和选择器电路303。在正常操作模式中，管芯2将从接收器111中接收的心跳信号导出/获得的RX导出信号304包裹回发送器135以作为来自管芯2的心跳信号。来自管芯1的心跳信号可以是用于控制管芯2侧的一个或多个装置的控制信息/数据。例如，管芯1可以是低压侧，管芯2可以是高压侧，并且通过隔离通信通道105发送的信息可以用于控制耦合到管芯2的一个或者多个高压装置。RX导出的信号304可以直接从接收器信号112导出或者在框306中修改，例如，在幅度、功率、相位、频率、错误协议中修改，或者适当地修改以便在隔离通信信道进行传输。因此，在正常操作模式下，选择器电路选择RX导出信号304作为心跳信号。然而，在低功率模式中，与心跳功能相关联的控制逻辑119接通低功率振荡器301。可以将低功率振荡器301实现为例如具有几十MHz频率的环形振荡器。当然，根据所使用的技术和所需的频率，可以使用其他频率和类型的振荡器。在低功率模式中，选择器电路选择振荡器信号305或在框308中从振荡器信号305导出的信号作为心跳信号116。当振荡器信号是心跳信号的来源时，可以在框308中修改振荡器信号，例如，在相位、频率、占空比、或其他方面适当地修改，以在隔离通信进行传输。在实施例中，振荡器导出的心跳信号305直接从振荡器信号导出，而无需在框306中进行任何修改，并且仅在隔离通信信道上传输时需要修改心跳信号。在低功率模式下使用振荡器允许管芯1在管芯2处于低功率模式时以及当管芯1恢复到操作状态时，仍然看到来自管芯2的心跳信号，管芯1基于所接收的心跳信号识别管芯2是健康的，以及系统可以恢复正常运行。
在一个实施例中，数字控制逻辑119提供控制功能，以响应于标志117失效而接通振荡器301，并根据管芯2是否处于低功率模式来控制选择器电路303的选择。在一个实施例中，低功率模式无限期地持续，直到另一个管芯返回到正常操作状态。
图4示出了管芯103中的控制逻辑119的高级流程图，以控制心跳功能。在401中，控制逻辑根据需要接通模拟电路，将从接收器信号112导出的RX导出信号304选择作为心跳信号，并且切断振荡器(或者在上电复位之后保持振荡器切断)。选择RX导出信号作为心跳信号可以是加电时的默认条件。在403中，控制逻辑检查心跳信号的检测。如果检测到心跳信号(403中为是)，则控制逻辑返回403，以继续检查心跳信号。如果未检测到心跳信号(403中为否)，则控制逻辑在405中接通振荡器301，并使选择器电路303选择振荡器信号或从其导出的信号作为心跳信号。控制逻辑还切断不需要的模拟和/或数字电路，来检测来自另一个管芯的心跳信号，或者将心跳信号发送到另一个管芯以及在低功率模式下操作管芯所不需要的任何其他电路。然后，控制逻辑在407中检查来自另一个管芯的心跳信号。如果心跳信号返回，指示另一个管芯已恢复功能(例如，重新获得电力)，则控制逻辑返回401，以接通已经切断的任何模拟/数字电路，选择RX导出信号304作为心跳信号，并切断振荡器。
在一个实施例中，可以进入第二低功率模式，在该模式中消耗更少功率。在一个实施例中，管芯进入第一低功率模式一段时间，然后，在该时间段期满之后，进入第二低功率模式，第二低功率模式消耗比第一低功率模式更少的功率。图5示出了利用多个低功率模式的实施例的流程图。在501中，控制逻辑根据需要接通模拟电路，选择RX导出信号304作为心跳信号，并切断振荡器(或在上电复位后保持振荡器切断)。RX导出信号304的选择可以是加电时的默认条件。在503中，控制逻辑检查是否检测到心跳信号。如果检测到心跳信号(503中为是)，则控制逻辑保持正常操作状态，来检查在503中心跳信号状态是否改变。如果检测不存在心跳信号(503中为否)，则控制逻辑在505中进入第一低功率模式，第一低功率模式中，振荡器301接通，选择器电路303选择振荡器信号或从其推导的信号作为心跳信号，并且控制逻辑切断不需要用来检测来自另一个管芯的心跳信号的模拟/数字电路，，或将心跳信号传输到另一个管芯。然后，控制逻辑在507中检查来自另一个管芯的心跳信号。如果心跳信号返回，指示另一个管芯已恢复功能(例如，重新获得电力)，则控制逻辑返回501，以接通在第一低功率模式中已切断的任何模拟/数字电路，选择RX导出信号作为心跳信号，并切断振荡器。如果在507中未检测到心跳信号，则控制逻辑在509中检查以查看是否已达到保持在第一低功率模式的时间阈值。如果不是，则流程返回，以检查在507中是否检测到心跳信号。如果在509中超过时间阈值，则管芯进入第二低功率模式511。
第二低功率模式使用比第一低功率模式更少的功率。实现的一种方式是控制逻辑一起切断振荡器301(参见图3)与接收器111(参见图1)一段时间。其他功能(例如，边缘检测电路201和滤波器203(参见图2))也可以断电。断电的芯片越多，在第二低功率模式下实现的额外功率节省越多。在一段时间之后，控制逻辑接通接收器111和需要的电路，来寻找来自另一个管芯的心跳信号，并接通振荡器301。例如，控制器可以每100μs接通振荡器、接收器和相关电路达10μm。可以选择特定的占空比，以匹配所需的功率节省。在心跳电路工作的占空比的一部分期间，管芯在515中寻找来自另一个管芯的心跳信号。如果心跳标志未被有效，则管芯保持在第二低功率模式511，周期性地唤醒，发送心跳信号并检查是否从另一个管芯接收到心跳信号。虽然图5描述了第一低功率模式和第二低功率模式，但是其他实施例可以具有额外的低功率模式，其中，占空比变化或接通频率变化。这些功能可以被编程。
图6示出了具有多个低功率模式的另一实施例。在601中，控制逻辑根据需要接通模拟电路，选择RX导出信号304作为心跳信号，并切断振荡器(或在上电复位后保持振荡器切断)。RX导出信号304的选择可以是加电时的默认条件。在603中，控制逻辑检查是否检测到心跳信号。如果检测到心跳信号(603中为是)，则控制逻辑在603中保持正常操作状态，检查心跳信号状态是否改变。如果检测不存在心跳信号(603中为否)，则控制逻辑在605中进入第一低功率模式，第一低功率模式中，振荡器601接通，选择器电路303选择振荡器信号或从其推导出的信号作为心跳信号，并且控制逻辑切断不需要以用检测来自另一个管芯的心跳信号的模拟/数字电路，或者将心跳信号传输到另一个管芯。然后，控制逻辑在607中检查来自另一个管芯的心跳信号。如果心跳信号返回，指示另一个管芯已恢复功能(例如，重新获得电力)，则控制逻辑返回到601，以接通在第一低功率模式中已切断的任何模拟/数字电路，选择RX导出信号作为心跳信号，并切断振荡器。如果在607中未检测到心跳信号，则控制逻辑在609中检查以查看是否已达到保持在第一低功率模式的时间阈值。如果否，则流程返回，以检查在607中是否检测到心跳信号。如果在609中超过第一时间阈值，则管芯进入第二低功率模式611。
第二低功率模式使用比第一低功率模式更少的功率。实现的一种方式是控制逻辑一起切断振荡器301(参见图3)与接收器111(参见图1)一段时间。其他功能(例如，边缘检测电路201和滤波器203(参见图2))也可以断电。断电的芯片越多，在第二低功率模式下实现的额外功率节省越多。控制逻辑设置第二时间阈值以保持在较低功率状态。在615中，控制逻辑检查是否检测到心跳信号。如果是，则控制逻辑返回到601。如果未检测到心跳信号，则控制逻辑检查以查看第二时间阈值是否已经到期。如果否(617中为否)，则控制逻辑返回到615以检查心跳信号。如果在617中为“是”，则控制逻辑接通在第二低功率模式下断开的、在618中的第一低功率模式所需要的模拟/数字电路，然后，进行到605，接通振荡器，并选择振荡器输出信号，或者从中导出的信号作为心跳信号。控制逻辑保持在第一低功率模式达第一时间阈值，然后转换到第二低功率模式达第二时间阈值，直到检测到心跳信号。如果心跳信号在第三时间阈值中没有返回，则实施例可以利用第三时间阈值来永久地切断电源。
注意，在实施例中，管芯101和管芯103是相同的，因此管芯101的操作的任何描述都适用于管芯103，反之亦然。在其他实施例中，管芯是不同的。两个管芯的特定用途可以根据使用它们的应用而变化。
图7示出了具有管芯1701和管芯2703的实施例700。在所示实施例中，管芯2703接收时钟信号704并将该时钟信号或由其导出的信号作为心跳信号通过隔离通信信道707提供给管芯1。心跳信号可以例如在时钟信号704的频率、相位和/或占空比方面被修改。在一个实施例中，管芯1使用来自管芯2信号的心跳信号，来为位于管芯的模数转换器(ADC)706计时。ADC将接收到的芯片1上的模拟信号转换为数字信号，以便通过隔离通信信道705进行传输。芯片2检测两种不同的心跳信号。心跳电路1708检测作为第一心跳信号的功能信号通过隔离通信信道705从管芯1传输到管芯2，并将标记717提供给数字控制逻辑719。心跳电路2710检测时钟信号704作为第二心跳信号，并且将心跳标志720提供给数字控制逻辑719。在操作中，如果时钟信号704停止，则管芯2不向管芯1发送心跳信号。这将导致管芯1进入低功率模式。因此，时钟信号704上的活动可以用作到管芯1的控制信号以进入低功率状态。此外，从管芯1到管芯2的心跳信号可用于向管芯2指示管芯1没有电源，因此管芯2可以断电，因为当管芯1没有电源时，系统不处于正常工作模式。时钟信号704还可用于使管芯2进入低功率状态。可以基于本申请的要求来选择各种替代实施例。以上关于图7讨论的实施例仅是本发明范围内的一种实现选择。
因此，已经描述了与在隔离系统中使用心跳信号有关的各个方面。这里阐述的本发明的内容是说明性的，并不意图限制如所附权利要求中阐述的本发明的范围。在不脱离所附权利要求中阐述的本发明的范围的情况下，可以基于这里阐述的内容做出对本文公开的实施例的其他变型和修改。

Claims (23)

1.一种方法，包括：
通过第一隔离通信信道，从第一管芯向第二管芯发送第一心跳信号；
通过第二隔离通信信道，从所述第二管芯向所述第一管芯发送第二心跳信号；和
响应于所述第二管芯检测到不存在所述第一心跳信号，所述第二管芯进入第一低功率模式。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
响应于检测到不存在所述第二心跳信号，所述第一管芯进入低功率模式。
3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：
所述第二管芯基于所述第一心跳信号中缺少的转换，来检测所述第一心跳信号是否不存在。
4.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：
响应于所述第二管芯检测到不存在所述第一心跳信号，所述第二管芯从在所述第二管芯上产生的振荡器信号导出所述第二心跳信号。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括：
所述第二管芯接通振荡器以产生所述振荡器信号，作为进入所述第一低功率模式的一部分。
6.根据权利要求4或5所述的方法，还包括：
所述第二管芯切断电路作为进入所述第一低功率模式的一部分。
7.根据权利要求4或5所述的方法，还包括：
所述第二管芯在正常操作模式下从所述第一管芯接收的所述第一心跳信号导出所述第二心跳信号。
8.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：
所述第二管芯进入所述第一低功率模式达第一时间段；以及响应于所述第一时间段的期满，所述第二管芯进入第二低功率模式，所述第二低功率模式比所述第一低功率模式消耗更少的功率。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：
在所述第二低功率模式中，所述第二管芯周期性地监听所述第一心跳信号。
10.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：
所述第二管芯从外源接收第一时钟信号；
所述第二管芯将所述第一时钟信号提供给所述第一管芯以作为通过所述第二隔离通信信道上的所述第二心跳信号；
响应于检测到不存在所述第一时钟信号，所述第二管芯进入所述第一低功率模式；和
响应于检测到不存在所述第一时钟信号，在所述第一低功率模式下，所述第二管芯不向所述第一个管芯提供所述第二心跳信号。
11.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：
所述第二管芯从外源接收第一时钟信号；
所述第二管芯基于所述第一时钟信号产生所述第二心跳信号；和
所述第一管芯使用从所述第二心跳信号导出的所述第二时钟信号，为所述第一管芯中的模数转换器计时。
12.一种设备，包括：
通信地耦合的第一管芯，以通过第一隔离通信信道从所述第一管芯向第二管芯发送第一心跳信号；
通信地耦合的第二管芯，以在通过第二隔离通信信道从所述第二管芯向所述第一管芯发送第二心跳信号；和
其中，响应于所述第二管芯检测到不存在所述第一心跳信号，所述第二管芯进入第一低功率模式。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，响应于检测到不存在所述第二心跳信号，所述第一管芯进入第一管芯低功率模式。
14.根据权利要求12或13所述的设备，其中，所述第一管芯被配置为在所述第一隔离通信信道上发送功能数据作为所述第一心跳信号。
15.根据权利要求12或13所述的设备，其中，所述第二管芯还包括：
转换检测器电路，用于基于所述第一心跳信号中缺少的转换来检测所述第一心跳信号是否不存在。
16.根据权利要求12或13所述的设备，其中，所述第二管芯还包括：
振荡器；和
其中，所述第二管芯接通所述振荡器以产生振荡器信号，在所述第一低功率模式下从该振荡器信号导出所述第二心跳信号；和
其中，所述第二管芯以规律功率模式从所述第一心跳信号中导出所述第二心跳信号。
17.根据权利要求16所述的设备，其中，所述第二管芯还包括：
用于测量第一时间段的定时器电路；
其中，所述第二管芯进入所述第一低功率模式达第一时间段；和
其中，响应于所述第一时间段的期满，所述第二管芯进入第二低功率模式，其中，所述第二低功率模式比所述第一低功率模式消耗更少的功率。
18.根据权利要求17所述的设备，其中，
在所述第二低功率模式中，所述第二管芯在第二低功率模式的至少一部分不监听所述第二心跳信号。
19.根据权利要求12或13所述的设备，还包括：
所述第二管芯耦合以从外源接收第一时钟信号；
所述第二管芯被配置为通过所述第二隔离通信信道，将所述第一时钟信号作为所述第二心跳信号发送给所述第一管芯；
其中，如果所述第二管芯检测到不存在所述第一时钟信号，则所述第二管芯还响应以进入所述第一低功率模式；和
响应于检测到不存在所述第一时钟信号，在所述第一低功率模式下，所述第二管芯不向所述第一个管芯提供所述第二心跳信号。
20.根据权利要求12或13所述的设备，
其中，所述第二管芯被耦合以从外源接收第一时钟信号；
其中，所述第二管芯被配置为基于所述第一时钟信号产生所述第二心跳信号；和
其中，所述第一管芯包括模数转换器，所述模数转换器被耦合以使用从所述第二心跳信号导出的第二时钟信号。
21.一种设备，包括：
第一管芯，其通信地耦合到第一隔离通信信道和第二隔离通信信道，并且被配置为在所述第一隔离通信信道上发送第一心跳信号；
第二管芯，其被耦合以在所述第一隔离通信信道上接收来自所述第一管芯的所述第一心跳信号，并向所述第二隔离通信信道提供第二心跳信号；
所述第一管芯上的第一心跳信号检测器电路，用于检测从所述第二管芯通过所述第二隔离通信信道发送到所述第一管芯的所述第二心跳信号；和
所述第二管芯上的第二心跳信号检测器电路，用于检测从所述第一管芯通过所述第一隔离通信信道发送到所述第二管芯的所述第一心跳信号；
其中，响应于检测到不存在所述第二心跳信号，所述第一管芯进入第一管芯低功率模式；并且其中，响应于检测到不存在所述第一心跳信号，所述第二管芯进入第二管芯低功率模式。
22.根据权利要求21所述的装置，还包括：
第三心跳检测器电路，其被耦合以检测提供给所述第二管芯的时钟信号，从该第二管芯获得所述第二心跳信号，并且其中，响应于所述第三心跳检测器电路检测到不存在所述时钟信号，所述第二管芯响应而进入所述第二管芯低功率模式。
23.根据权利要求21或22所述的设备，其中，所述第二管芯还包括：
振荡器，其提供振荡器输出信号，所述振荡器在所述第二管芯低功率模式下接通；其中，所述第二管芯在所述第二管芯低功率模式下从所述振荡器输出信号中获得所述第二心跳信号。
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