CN112235858A - 低功耗的通信方法、信号传送电路及信号接收电路 - Google Patents

低功耗的通信方法、信号传送电路及信号接收电路 Download PDF

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CN112235858A CN201910567885.6A CN201910567885A CN112235858A CN 112235858 A CN112235858 A CN 112235858A CN 201910567885 A CN201910567885 A CN 201910567885A CN 112235858 A CN112235858 A CN 112235858A
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Abstract

本发明公开了低功耗的通信方法、信号传送电路及信号接收电路。低功耗的通信方法包含取得数据封包的数据传输速率；依据数据封包的数据传输速率，设定通信系统中的数据传送路径或数据接收路径上的至少一个组件的时钟频率；及在通信系统中的数据传送路径或数据接收路径上的至少一个组件的时钟频率被设定后，将数据封包进行信号处理。当数据封包的数据传输速率较高时，至少一个组件的时钟频率设定为较高的时钟频率。当数据封包的数据传输速率较低时，至少一个组件的时钟频率设定为较低的时钟频率。

Description

低功耗的通信方法、信号传送电路及信号接收电路
技术领域
本发明描述一种低功耗的通信方法、信号传送电路及信号接收电路，尤其涉及一种依据数据封包的数据传输速率，动态地调整时钟频率以降低功耗的通信方法、信号传送电路及信号接收电路。
背景技术
随着无线通信技术的发展，便携设备也支持各种无线网络协议以及连网功能。例如，平板计算机、智能型手机或是个人数字助理等装置可支持蓝牙(Bluetooth)传输功能或无线保真(Wi-Fi)传输功能。由于便携设备的电能有限，因此无线通信中的低功耗设计技术一直是非常重要且高挑战性的领域。
在无线通信设备的收发功能为启动时，消耗功率与电路负载、操作电压以及时钟频率有关。电路负载取决于工艺，例如与裸晶尺寸(Die Size)高度相关。操作电压与时钟频率、工艺及无线通信设备的功能有关。并且，电路负载、操作电压或时钟频率越大，无线通信设备的消耗功率也越大。
为了降低无线通信设备的消耗功率，目前的方案为下。第一种方案为使用频率闸控(Clock Gating)的技术，其功能在于让电路的晶体管降低无谓的切换(Toggling)次数，以达到节能的效果。第二种方案为采用先进工艺以降低裸晶尺寸，可降低操作电压以达到节能的效果。然而，在目前的无线通信设备中，时钟频率设定为对应系统所支持的最高的物理层(Physical Rate)数据传输速率(Data Rate)。例如，80M(Mega)赫兹的时钟频率对应150M(位每秒，bps)的数据传输速率。时钟频率是一个固定的常数，如80M赫兹。也因如此，当无线通信设备的数据传输速率(例如与存取点进行数据交换)小于最高的物理层数据传输速率时(如只有1Mbps)，无线通信设备仍然使用对应最高的物理层数据传输速率的时钟频率来运作。因此，将会造成额外的功率消耗。
发明内容
本发明一实施例提出一种低功耗的通信方法，包含取得数据封包的数据传输速率，依据数据封包的数据传输速率，设定通信系统中的数据传送路径或数据接收路径上的至少一个组件的时钟频率，及在通信系统中的数据传送路径或数据接收路径上的至少一个组件的时钟频率被设定后，将数据封包进行信号处理。当数据封包的数据传输速率较高时，至少一个组件的时钟频率设定为较高的时钟频率。当数据封包的数据传输速率较低时，至少一个组件的时钟频率设定为较低的时钟频率。
本发明另一实施例提出一种信号传送电路。信号传送电路包含传送数据缓存装置、至少一个传送数据处理组件、传送端及处理器。传送数据缓存装置用以缓存数据封包。至少一个传送数据处理组件耦接于传送数据缓存装置，用以处理数据封包，以产生传送数据封包。传送端耦接于至少一个传送数据处理组件，用以发送传送数据封包。处理器耦接于传送数据缓存装置、至少一个传送数据处理组件及传送端，用以控制传送数据缓存装置、至少一个传送数据处理组件及传送端。处理器取得数据封包的数据传输速率，并依据数据封包的数据传输速率，设定信号传送电路中至少一个组件的时钟频率。当数据封包的数据传输速率较高时，至少一个组件的时钟频率设定为较高的时钟频率。当数据封包的数据传输速率较低时，至少一个组件的时钟频率设定为较低的时钟频率。
本发明另一实施例提出一种信号接收电路。信号接收电路包含接收端、至少一个接收数据处理组件、接收数据缓存装置及处理器。接收端用以接收传送数据封包，以产生接收数据封包，其中传送数据封包为信号传送电路将数据封包传送而产生。至少一个接收数据处理组件耦接于接收端，用以处理接收数据封包，以将接收数据封包还原为数据封包。接收数据缓存装置耦接于至少一个接收数据处理组件，用以缓存数据封包。处理器耦接于接收端、至少一个接收数据处理组件及接收数据缓存装置，用以控制接收端、至少一个接收数据处理组件及接收数据缓存装置。处理器取得数据封包的数据传输速率，并依据数据封包的数据传输速率，设定信号接收电路中至少一个组件的时钟频率。当数据封包的数据传输速率较高时，至少一个组件的时钟频率设定为较高的时钟频率。当数据封包的数据传输速率较低时，至少一个组件的时钟频率设定为较低的时钟频率。
附图说明
图1为本发明的通信系统的实施例的方框图。
图2为图1的通信系统中，设定至少一个组件的时钟频率及/或驱动电压的示意图。
图3为图1的通信系统执行低功耗的通信方法的流程图。
具体实施方式
图1为本发明的通信系统100的实施例的方框图。通信系统100可为任何具有传送装置及接收装置的无线通信系统，且通信系统100也可以使用任何合理的通信协议进行数据传输。通信系统100包含信号传送电路TX以及信号接收电路RX。信号传送电路TX及信号接收电路RX为成对的通信收发装置，例如终端装置(Station端，STA)与存取点(AccessPoint，AP)。信号传送电路TX可包含传送数据缓存装置10、至少一个传送数据处理组件11及传送端12。传送数据缓存装置10用以缓存数据封包。至少一个传送数据处理组件11耦接于传送数据缓存装置10，用以处理数据封包，以产生传送数据封包。于此说明，至少一个传送数据处理组件11可为任何将数据封包经过编码、压缩、调变或任何数据处理功能的硬件或是算法。举例而言，至少一个传送数据处理组件11内可包含传送数据媒体访问控制组件(Media Access Control，MAC层)11a及传送数据基频(Baseband)处理组件11b。传送数据媒体访问控制组件11a可以提供寻址及媒体存取的控制方式，使得数据封包可以在不同装置或网络上的节点通信。传送数据基频处理组件11b可将数据封包在基频的频谱上进行处理。然而，至少一个传送数据处理组件11也可以包含比图1更多的数据处理组件。至少一个传送数据处理组件11中的任何合理的硬件修改都属于本发明所揭露的范畴。传送端12耦接于至少一个传送数据处理组件11，用以发送传送数据封包。在通信系统100中，传送端12可包含数字模拟转换器(Digital to Analog Converter)以及无线射频信号发射器(RadioFrequency Signal Emitter)。数字模拟转换器可将传送数据封包的形式由数字信号转成模拟信号。无线射频信号发射器可将数字模拟转换器所输出的模拟信号，以电磁波信号的形式发送。第一处理器13耦接于传送数据缓存装置10、至少一个传送数据处理组件11及传送端12，用以控制传送数据缓存装置10、至少一个传送数据处理组件11及传送端12。
信号接收电路RX包含接收端14、至少一个接收数据处理组件15以及接收数据缓存装置16。接收端14用以接收传送数据封包，以产生接收数据封包。接收端14可包含无线射频信号接收器(Radio Frequency Signal Receiver)及模拟数字转换器(Analog to DigitalConverter)。无线射频信号接收器可用于接收传送端12的无线射频信号发射器所发送的电磁波信号。模拟数字转换器可将无线射频信号接收器所输出的模拟信号转换为数字信号，以产生接收数据封包。至少一个接收数据处理组件15耦接于接收端14，用以处理接收数据封包，以将接收数据封包还原为数据封包。至少一个接收数据处理组件15为任何将接收数据封包经过译码、解压缩、解调变或是任何数据还原功能的硬件或是算法。举例而言，至少一个传送数据处理组件15内可包含接收数据媒体访问控制组件15a及接收数据基频处理组件15b。接收数据媒体访问控制组件15a及接收数据基频处理组件15b的功能对应于传送数据媒体访问控制组件11a及传送数据基频处理组件11b，故其细节于此将不再赘述。然而，至少一个接收数据处理组件15也可以包含比图1更多的数据处理组件。至少一个接收数据处理组件15中的任何合理的硬件修改都属于本发明所揭露的范畴。接收数据缓存装置16耦接于至少一个接收数据处理组件15，用以缓存数据封包。第二处理器17耦接于接收端14、至少一个接收数据处理组件15及接收数据缓存装置16，用以控制接收端14、至少一个接收数据处理组件15及接收数据缓存装置16。在通信系统100中，第一处理器13及第二处理器17可为支持任何通信协议下的处理芯片，例如无线保真(Wi-Fi)芯片或是蓝牙(Bluetooth)芯片。在一些实施例中，第一处理器13及第二处理器17可为同一处理器。
在通信系统100中，第一处理器13或第二处理器17可取得数据封包的数据传输速率。例如，第二处理器17可通过接收端14取得接收数据封包的数据接收速率。第一处理器13可取得或是决定数据封包将用何种数据传输速度由传送端12发送。换句话说，数据传输速率可为数据接收速率或是数据传输速度。通信系统100可依据数据封包的数据传输速率，设定信号传送电路TX或信号接收电路RX中至少一个组件的时钟频率，并依此将数据封包在信号传送电路TX与信号接收电路RX之间进行通信。并且，当数据封包的数据传输速率较高时，至少一个组件的时钟频率可设定为较高的时钟频率。当数据封包的数据传输速率较低时，至少一个组件的时钟频率可设定为较低的时钟频率。由于通信系统100可以依据数据封包(传送数据封包或是接收数据封包)的数据传输速率，动态地设定至少一个组件的时钟频率，故可优化通信系统100的耗能以节省电力。通信系统100执行低功耗的通信方法的细节将于后文详述。
图2为通信系统100中，设定至少一个组件的时钟频率及/或驱动电压的示意图。在图2中，以通信系统100的信号传送电路TX而言，第一处理器13可视为设定至少一个组件的时钟频率的主动发起端。在信号传送电路TX内，传送数据缓存装置10可依据频率信号10_CLK以及驱动电压10_VOL而驱动。传送数据媒体访问控制组件11a可依据频率信号11a_CLK以及驱动电压11a_VOL而驱动。传送数据基频处理组件11b可依据频率信号11b_CLK以及驱动电压11b_VOL而驱动。传送端12可依据频率信号12_CLK以及驱动电压12_VOL而驱动。第一处理器13可以取得传送数据封包在物理层的数据传输速度。第一处理器13也可以取得自定义的数据传输速度。在此，数据传输速率可定义为数据封包由传送端12发出的数据传输速度。在第一处理器13取得数据传输速度后，可以设定在数据传送路径上的至少一个组件的时钟频率。例如，对于信号传送电路TX而言，数据传送路径上的组件包含传送数据缓存装置10、传送数据媒体访问控制组件11a、传送数据基频处理组件11b及传送端12。第一处理器13可以依据数据传输速度，设定频率信号10_CLK、频率信号11a_CLK、频率信号11b_CLK及频率信号12_CLK中至少之一者的时钟频率。并且，当数据传输速度较高时，信号传送电路TX的所用的时钟频率可设定为较高的时钟频率。当数据传输速度较低时，信号传送电路TX的所用的时钟频率可设定为较低的时钟频率。举例而言，150Mbps的数据传输速度可对应20M赫兹的时钟频率。54Mbps的数据传输速度可对应8M赫兹的时钟频率。1Mbps的数据传输速度可对应128Kbps(Kilobits per Second)的时钟频率。由于信号传送电路TX内至少一个组件的时钟频率可被动态地调整，而非为固定值(支持最大物理层的信号传输速度)。因此，通信系统100可以降低功率消耗。并且，在通信系统100的信号传送电路TX中，第一处理器13还可依据数据传输速度，设定信号传送电路TX中的至少一个组件的驱动电压。例如，对于信号传送电路TX而言，第一处理器13可以依据数据传输速度，设定驱动电压10_VOL、驱动电压11a_VOL、驱动电压11b_VOL及驱动电压12_VOL中至少之一者。并且，当时钟频率较高时，驱动电压可设定为较高的驱动电压。当时钟频率较低时，驱动电压可设定为较低的驱动电压。因此，通过同时设定信号传送电路TX内至少一个组件的时钟频率及驱动电压，通信系统100可以更进一步地降低功率消耗。
以通信系统100的信号接收电路RX而言，由于接收数据封包包含物理层收敛程序标头(Physical Layer Convergence Procedure Header，PLCPHeader)，故第二处理器17可以在某一个固定的时钟频率的设定下，依据接收数据封包的物理层收敛程序标头，解析物理层的数据接收速率。在此，数据传输速率可定义为接收数据封包在物理层的数据接收速率。在信号接收电路RX内，接收端14可依据频率信号14_CLK以及驱动电压14_VOL而驱动。接收数据基频处理组件15b可依据频率信号15b_CLK以及驱动电压15b_VOL而驱动。接收数据媒体访问控制组件15a可依据频率信号15a_CLK以及驱动电压15a_VOL而驱动。接收数据缓存装置16可依据频率信号16_CLK以及驱动电压16_VOL而驱动。在第二处理器17取得数据接收速率后，可以设定在数据接收路径上的至少一个组件的时钟频率。例如，对于信号接收电路RX而言，数据接收路径上的组件包含接收端14、接收数据基频处理组件15b、接收数据媒体访问控制组件15a及接收数据缓存装置16。第二处理器17可以依据数据接收速率，设定频率信号14_CLK、频率信号15a_CLK、频率信号15b_CLK及频率信号16_CLK中至少之一者的时钟频率。并且，当数据接收速率较高时，信号接收电路RX的所用的时钟频率可设定为较高的时钟频率。当数据接收速率较低时，信号接收电路RX的所用的时钟频率可设定为较低的时钟频率。由于信号接收电路RX内至少一个组件的时钟频率可被动态地调整，而非为固定值(如支持最大物理层的信号接收速率)。因此，通信系统100可以降低功率消耗。并且，在通信系统100的信号接收电路RX中，第二处理器17还可依据数据接收速率，设定信号接收电路RX中的至少一个组件的驱动电压。例如，对于信号接收电路RX而言，第二处理器17可以依据数据接收速率，设定驱动电压14_VOL、驱动电压15a_VOL、驱动电压15b_VOL及驱动电压16_VOL中至少之一者。并且，当时钟频率较高时，驱动电压可设定为较高的驱动电压。当时钟频率较低时，驱动电压可设定为较低的驱动电压。因此，通过同时设定信号接收电路RX内至少一个组件的时钟频率及驱动电压，通信系统100可以更进一步地降低功率消耗。
图3为通信系统100执行低功耗的通信方法的流程图。通信系统100执行低功耗的通信方法可包含步骤S301至步骤S303。任何合理的技术变更都属于本发明所揭露的范畴。步骤S301至步骤S303描述于下：
步骤S301：取得数据封包的数据传输速率；
步骤S302：依据数据封包的数据传输速率，设定通信系统100中的数据传送路径或数据接收路径上的至少一个组件的时钟频率；
步骤S303：在通信系统100中的数据传送路径或数据接收路径上的至少一个组件的时钟频率被设定后，将数据封包进行信号处理。
步骤S301至步骤S303的细节已于前文详述，故于此将不再赘述。如前文提及，通信系统100的收发功能为启动时，消耗功率与电路负载、操作电压以及时钟频率有关。电路负载与操作电压与工艺有关，因此有其优化极限。为了更进一步降低消耗功率，通信系统100可依据数据传输速率(传送数据封包或是接收数据封包)动态地调整至少一个组件的时钟频率。并且，通信系统100调整时钟频率的数值范围以及影响的组件数量并没有限制。任何使用可适性(Adaptive)的方式调整通信系统100所用的时钟频率以降低功率消耗的技术，都属于本发明所揭露的范畴。
综上所述，本发明描述一种低功耗的通信方法及其通信系统。通信系统可依据数据传输速率(传送数据封包或是接收数据封包)动态地调整至少一个组件的时钟频率，以执行低功耗的数据通信功能。应当理解的是，数据传输速率会受到数据封包格式、无线信道质量、屏蔽效应、以及用户需求而波动。由于目前的通信系统的时钟频率与数据传输速率的波动无关(为常数)，故无法依据数据传输速率的变化而降低功率消耗。然而，本发明的通信系统，因时钟频率可随数据传输速率动态地调整，故可将功率消耗最小化，以达到节能的效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【符号说明】
100 通信系统
TX 信号传送电路
RX 信号接收电路
10 传送数据缓存装置
11 至少一个传送数据处理组件
12 传送端
13 第一处理器
11a 传送数据媒体访问控制组件
11b 传送数据基频处理组件
14 接收端
15 至少一个接收数据处理组件
16 接收数据缓存装置
17 第二处理器
15a 接收数据媒体访问控制组件
15b 接收数据基频处理组件
10_CLK、11a_CLK、11b_CLK、12_CLK、14_CLK、15a_CLK、15b_CLK及16_CLK 频率信号
10_VOL、11a_VOL、11b_VOL、12_VOL、14_VOL、15a_VOL、15b_VOL及16_VOL 驱动电压
S301至S303 步骤。

Claims (10)

1.一种低功耗的通信方法，包含：
取得一数据封包的一数据传输速率；
依据该数据封包的该数据传输速率，设定一通信系统中的一数据传送路径或一数据接收路径上的至少一个组件的一时钟频率；及
在该通信系统中的该数据传送路径或该数据接收路径上的该至少一个组件的该时钟频率被设定后，将该数据封包进行信号处理；
其中当该数据封包的该数据传输速率较高时，该至少一个组件的该时钟频率设定为一较高的时钟频率，且当该数据封包的该数据传输速率较低时，该至少一个组件的该时钟频率设定为一较低的时钟频率。
2.根据权利要求1所述的方法，还包含：
依据该数据封包的该数据传输速率，设定该通信系统中的该数据传送路径或该数据接收路径上的该至少一个组件的一驱动电压；
其中当该至少一个组件的该时钟频率较高时，该驱动电压设定为一较高的驱动电压，且当该至少一个组件的该时钟频率较低时，该驱动电压设定为一较低的驱动电压。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，该数据封包对应该通信系统的一接收数据封包，该数据传输速率为一物理层的一数据接收速率，且该接收数据封包包含一物理层收敛程序标头。
4.根据权利要求3所述的方法，还包含：
依据该接收数据封包的该物理层收敛程序标头，解析该物理层的该数据接收速率。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，该数据封包对应该通信系统的一传送数据封包，该数据传输速率为一物理层的一数据传输速度，且该数据传输速度为自定义。
6.一种信号传送电路，包含：
一传送数据缓存装置，用以缓存一数据封包；
至少一个传送数据处理组件，耦接于该传送数据缓存装置，用以处理该数据封包，以产生一传送数据封包；
一传送端，耦接于该至少一个传送数据处理组件，用以发送该传送数据封包；及
一处理器，耦接于该传送数据缓存装置、该至少一个传送数据处理组件及该传送端，用以控制该传送数据缓存装置、该至少一个传送数据处理组件及该传送端；
其中该处理器取得该数据封包的一数据传输速率，并依据该数据封包的该数据传输速率，设定该信号传送电路中至少一个组件的一时钟频率，当该数据封包的该数据传输速率较高时，该至少一个组件的该时钟频率设定为一较高的时钟频率，且当该数据封包的该数据传输速率较低时，该至少一个组件的该时钟频率设定为一较低的时钟频率。
7.根据权利要求6所述的信号传送电路，其中，该处理器依据该数据封包的该数据传输速率，设定该至少一个组件的一驱动电压，当该至少一个组件的该时钟频率较高时，该处理器设定该驱动电压为一较高的驱动电压，且当该至少一个组件的该时钟频率较低时，该处理器设定该驱动电压为一较低的驱动电压。
8.根据权利要求6所述的信号传送电路，其中，该处理器取得的该数据传输速率为该传送数据封包在一物理层的一数据传输速度，且该数据传输速度为自定义。
9.一种信号接收电路，包含：
一接收端，用以接收一传送数据封包，以产生一接收数据封包，其中该传送数据封包为一信号传送电路将一数据封包传送而产生；
至少一个接收数据处理组件，耦接于该接收端，用以处理该接收数据封包，以将该接收数据封包还原为该数据封包；
一接收数据缓存装置，耦接于该至少一个接收数据处理组件，用以缓存该数据封包；及
一处理器，耦接于该接收端、该至少一个接收数据处理组件及该接收数据缓存装置，用以控制该接收端、该至少一个接收数据处理组件及该接收数据缓存装置；
其中该处理器取得该数据封包的一数据传输速率，并依据该数据封包的该数据传输速率，设定该信号接收电路中至少一个组件的一时钟频率，当该数据封包的该数据传输速率较高时，该至少一个组件的该时钟频率设定为一较高的时钟频率，且当该数据封包的该数据传输速率较低时，该至少一个组件的该时钟频率设定为一较低的时钟频率。
10.根据权利要求9所述的信号接收电路，其中，该处理器取得的该数据传输速率为该接收数据封包在一物理层的一数据接收速率，且该接收数据封包包含一物理层收敛程序标头，该至少一个接收数据处理组件依据该物理层收敛程序标头解析该物理层的该接收数据速率。
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