CN115347967A - 具有增强型时分复用帧的传感器 - Google Patents

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CN115347967A CN202210449788.9A CN202210449788A CN115347967A CN 115347967 A CN115347967 A CN 115347967A CN 202210449788 A CN202210449788 A CN 202210449788A CN 115347967 A CN115347967 A CN 115347967A
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frame synchronization
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A·M·里佐·皮亚扎·罗恩科罗尼
M·奎蒂罗利
R·巴索利
P·巴尔德里吉
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Abstract

本公开的各实施例总体上涉及具有增强型时分复用帧的传感器。本公开涉及一种用于生成并且传输包括原始数据和已处理数据两者的TDM信号的设备和方法。该设备包括具有时分复用(TDM)接口的传感器。TDM接口通过保留TDM帧内的一个或多个时隙以用于传输已处理数据来在单个TDM信号中传输原始数据和已处理数据两者。传感器还通过将原始数据的值中的一个或多个值重新用作异常代码、标志或另一类型的通知来将附加信息嵌入到原始数据的数据流中。该设备还可以被启用以传输数据，并且在不使用时被禁用以节省电力。

Description

具有增强型时分复用帧的传感器
技术领域
本公开涉及一种用于使用时分复用(TDM)传输数据的设备和方法。
背景技术
时分复用(TDM)允许在单个数据线上传输多个通道的数据。 TDM接口没有标准化，并且在不同设备之间可能会有所不同。因此，不同设备的TDM接口可以使用不同TDM格式来传输数据。
TDM接口通常用于音频应用。例如，很多音频设备(诸如头戴式耳机)包括TDM接口，TDM接口用于在设备内的部件之间传输多个通道的音频数据。
当前TDM接口通常是单向的，并且用于传输未处理的原始数据，诸如由麦克风生成的原始音频数据。TDM接口通常不用于传输附加的已处理数据，诸如设备状态信息和状态信息，或者通过寻址来读取设备的寄存器。
发明内容
本公开涉及一种包括具有时分复用(TDM)接口的传感器的设备。 TDM接口保留TDM信号的TDM帧内的一个或多个时隙以用于传输已处理数据(例如，状态信息、中断、函数结果等)，并且利用TDM 帧内的剩余时隙传输原始数据(例如，加速度测量)。因此，传感器能够在单个TDM信号中传输原始数据和已处理数据两者。传输可能是到同一设备中的其他部件或到设备外部的部件。
传感器还通过重新利用原始数据的一个或多个值(诸如异常代码、标志或其他类型的通知)将附加信息嵌入到原始数据的数据流中。传感器利用处于或接近原始数据的满量程值和负满量程值的值来指示附加信息的值。
该设备还可以被启用以传输数据，并且在不使用时被禁用以节省电力。该设备基于从主设备接收的帧同步信号来确定是启用还是禁用。一旦该设备与帧同步信号同步，该设备就可以自动启用和禁用自身。
附图说明
在附图中，相同的附图标记表示相似的特征或元素。附图中特征的大小和相对位置不一定按比例绘制。
图1是根据本文中公开的实施例的设备的框图；
图2是根据本文中公开的实施例的时分复用(TDM)信号；
图3是根据本文中公开的另一实施例的设备的框图；
图4A是根据本文中公开的实施例的原始数据；
图4B是根据本文中公开的实施例的具有异常代码的原始数据；
图5是根据本文中公开的实施例的多路复用器；
图6是根据本文中公开的实施例的多个从设备和主设备的框图；
图7是根据本文中公开的实施例的多个从设备和主设备的时序图；
图8是根据本文中公开的实施例的从设备的框图；
图9是根据本文中公开的实施例的启用和禁用从设备的方法的流程图；
图10是根据本文中公开的实施例的启用从设备的时序图；以及
图11是根据本文中公开的实施例的禁用从设备的时序图。
具体实施方式
在以下描述中，阐述了某些特定细节以便提供对所公开的主题的各个方面的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践所公开的主题。在一些情况下，没有详细描述众所周知的通信方法和结构以及制造电子设备和传感器的方法，以避免混淆对本公开的其他方面的描述。
除非上下文另有要求，否则在随后的说明书和权利要求书中，“包括(comprise)”一词及其变体(诸如“包括(comprises)”和“包括(comprising)”)应当以开放的包容的意义来解释，即，解释为“包括但不限于”。
在整个说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用表示结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定都指代相同方面。此外，特定特征、结构或特性可以在本公开的一个或多个方面以任何合适的方式组合。
随着音频设备的改进和包括更高级的特征，附加传感器(诸如加速度计、陀螺仪、磁力计和接近传感器)正在被嵌入到音频设备中。例如，很多头戴式耳机包括骨传导加速度计。这些附加传感器生成比原始数据更高级的数据。例如，除了原始加速度数据，骨传导加速度计可以生成并且输出基于原始加速度数据而确定的状态信息(例如，电源状态信息、取向信息、语音活动检测(VAD)结果等)。然而，如上所述，当前时分复用(TDM)接口被配置为传输原始的未处理数据，并且因此不适合传输由这些传感器生成的高级数据。
本公开涉及一种用于生成并且传输包括原始数据和已处理数据两者的TDM信号的设备和方法。该设备包括具有TDM接口的传感器。与当前TDM接口相比，本文中公开的TDM接口被嵌入在传感器中，并且能够传输原始数据(例如，加速度测量)和已处理数据(例如，状态信息、中断、功能结果等)两者。TDM接口保留并且使用 TDM信号的TDM帧内的一个或多个时隙以用于传输已处理数据，并且使用TDM帧内的剩余时隙用于传输原始数据。因此，传感器能够在单个TDM信号中传输原始数据和已处理数据两者。
图1是根据本文中公开的实施例的设备10的框图。在一个实施例中，设备10是音频耳机，诸如头戴式耳机、游戏耳机和电话耳机。设备10包括编解码器12、麦克风14、应用处理器16和传感器18。
编解码器12被通信耦合到麦克风14、应用处理器16和传感器18。编解码器12是接收和解码来自麦克风14和传感器18的信号以供进一步处理的程序或处理器。例如，编解码器12随后基于已解码信号调节或改变设备10的行为。如下文将进一步详细讨论的，编解码器12充当传感器18的TDM主机，而传感器18充当TDM从机。
麦克风14通信耦合到编解码器12。麦克风14检测声音，诸如用户的语音，并且基于检测到的声音生成音频信号。麦克风14将音频信号传输到编解码器12以供进一步处理。麦克风14可以以电信号的形式将音频信号提供给编解码器12。
应用处理器16通信耦合到编解码器12。应用处理器16控制设备 10。例如，应用处理器16可以从编解码器12接收已解码信号，并且基于已解码信号调节设备10。应用处理器可以是控制设备10的任何类型的处理器、控制器或信号处理器。
传感器18通信耦合到编解码器12。传感器18测量设备10或周围环境的物理特性。在一个实施例中，传感器18是具有加速度计的传感器，该加速度计沿着至少一个轴测量设备10的加速度(例如，3 轴加速度计、6轴加速度计、包括加速度计和陀螺仪的传感器、或包括加速度计和磁力计的传感器)。例如，传感器18可以是骨传导加速度计，该骨传导加速度计测量由传播通过人体的骨振动信号引起的设备10的加速度，并且生成指示所测量的加速度的加速度信号。传感器18也可以是另一类型的传感器，诸如陀螺仪、磁力计、接近传感器、压力传感器、温度传感器、以及包括多种不同类型传感器在内的传感器。在一个实施例中，传感器18是微机电系统(MEMS)传感器。传感器18包括感测电路装置20、处理器22和TDM接口24。
感测电路装置20通信耦合到处理器22。感测电路装置20检测或测量设备10或周围环境的物理特性，并且将测量提供给处理器22。例如，在传感器18是加速度计的实施例中，感测电路装置20测量设备沿着至少一个轴的加速度，并且将所测量的加速度传输到处理器22。感测电路装置20可以以电信号的形式将所测量的物理特性提供给处理器22。
处理器22通信耦合到感测电路装置20和TDM接口24。处理器 22从感测电路装置20接收测量，并且基于从感测电路装置20接收的测量来生成设备10的多个参数。处理器22可以是控制和处理传感器 18的数据的任何类型的处理器、控制器或信号处理器。
多个参数可以包括使用由感测电路装置20生成的测量而生成的中断、命令、值和函数结果。多个参数还可以包括使用由感测电路装置20生成的测量而检测到的状态和状态信息。
在设备10是音频耳机并且传感器18是加速度计的实施例中，多个参数包括以下参数中的一个或多个参数：用于指示编解码器12或应用处理器16设置配置或执行命令的通用处理器配置或命令、用于指示由传感器18生成的测量范围的满量程信息、用于指示编解码器 12或应用处理器16将设备10设置为睡眠或低功率状态的睡眠状态信息、用于指示设备10是否处于下落或坠落状态的自由落体状态信息、用于指示编解码器12或应用处理器16将设备10设置为唤醒或通电状态的唤醒信息、用于指示是否存在沿着z轴的上下移动的z轴上/ 下信息、用于指示是否存在沿着y轴的上下移动的y轴上/下信息、用于指示是否存在沿着x轴的上下移动的x轴上/下信息、用于指示是否检测到用户对设备10的双击的双击信息、以及用于指示是否检测到用户对设备10的单击的单击信息。
多个参数中的每个参数是基于从感测电路装置20接收的测量来确定或计算的。例如，处理器22可以响应于确定所测量的加速度小于阈值而设置睡眠状态信息以指示编解码器12或应用处理器16将设备10设置为睡眠或低功率状态，响应于确定所测量的加速度大于阈值而设置自由落体状态信息以指示设备10处于下落或坠落状态，响应于确定所测量的加速度大于阈值而设置唤醒信息以指示编解码器 12或应用处理器16将设备10设置为唤醒或通电状态，响应于确定沿着z轴测量的加速度在两个不同方向上大于阈值而设置z轴上/下信息以指示存在沿着z轴的上下移动，响应于确定沿着y轴测量的加速度在两个不同方向上大于阈值而设置y轴上/下信息以指示存在沿着y 轴的上下移动，响应于确定沿着x轴测量的加速度在两个不同方向上大于阈值而设置x轴上/下信息以指示存在沿着x轴的上下移动，响应于确定所测量的加速度在第一时间段和第二时间段内大于阈值而设置双击信息以指示在设备10上检测到双击，以及响应于确定所测量的加速度在第一时间段内大于阈值而设置单击信息以指示在设备10 上检测到单击。
处理器22将由感测电路装置20生成的测量和由处理器22确定的多个参数传输到TDM接口24。在一个实施例中，感测电路装置20 将测量直接传输到TDM接口24。
由处理器22传输的测量是原始数据或初始数据。换言之，处理器22不对由感测电路装置20生成的测量执行任何处理或计算，而是将测量作为未处理数据直接提供给TDM接口24。例如，在传感器18 是加速度计的实施例中，由感测电路装置20生成的加速度测量是原始数据。
与测量相反，由处理器22传输的多个参数是已处理或辅助数据。换言之，多个参数是从对由感测电路装置20生成的测量(其是原始数据)进行处理而得到的数据。例如，在设备10是音频耳机并且传感器18是加速度计的实施例中，通用处理器配置或命令、满量程信息、睡眠状态信息、自由落体状态信息、唤醒信息、z轴上/下信息、 y轴上/下信息、x轴上/下信息、双击信息和单击信息是已处理数据。
因此，处理器22将已处理数据(例如，多个参数)和原始数据 (例如，由感测电路装置20生成的测量)两者提供给TDM接口24。
在图1所示的实施例中，处理器22基于从感测电路装置20接收的测量来生成设备10的多个参数。在另一实施例中，处理器22将从感测电路装置20接收的测量传输到传感器18中包括的第二处理器。然后第二处理器基于测量生成设备10的多个参数，并且将由第二处理器确定的多个参数传输到TDM接口24。第二处理器可以是用于参数生成的专用处理器。
TDM接口24通信耦合到处理器22和编解码器12。TDM接口 24通过使用时分复用在公共数据线或通道之上传输多条数据。TDM 接口24将公共数据线沿着时间轴划分为多个时隙或段，并且在多个时隙的每个时隙中传输一条数据。一组时隙有时称为TDM帧。
TDM接口24从处理器22接收作为已处理数据的多个参数、以及作为原始数据的由感测电路装置20生成的测量；并且在TDM信号中将多个参数和测量传输到编解码器12。TDM接口24还可以将包括多个参数和测量的TDM信号传输到设备10内的其他部件(例如，应用处理器16)和设备10外部的其他部件。
多个参数和测量在单个TDM信号中被传输到编解码器12。通过将TDM信号沿着时间轴划分为多个时隙或段，并且在多个时隙中的相应时隙中传输多个参数和测量，TDM接口24可以级联多个参数和测量以在TDM信号上传输。在一个实施例中，多个参数和测量在单个TDM帧中传输。
图2是根据本文中公开的实施例的TDM信号26。TDM信号包括多个时隙28。在一个实施例中，时隙28具有相同长度。尽管图2 中示出了四个时隙，但是TDM信号26可以包括任何数目的时隙。
在图2所示的实施例中，设备10是音频耳机并且传感器18是3 轴加速度计。在该实施例中，由感测电路装置20生成的测量是加速度测量。多个参数包括通用处理器配置或命令、满量程信息、睡眠状态信息、自由落体状态信息、唤醒信息、z轴上/下信息、y轴上/下信息、x轴上/下信息、双击信息和单击信息，如上所述。
由感测电路装置20生成的加速度测量位于时隙28中的相应时隙中。例如，如图2所示，包括沿着x轴的加速度测量的x轴数据位于时隙30中，包括沿着y轴的加速度测量的y轴数据位于时隙32中，并且包括沿着z轴的加速度测量的z轴数据位于时隙34中。
由处理器22生成的多个参数也位于时隙28中的相应时隙中。
在一个实施例中，多个参数中的每个位于时隙28中的相应时隙中。即，单个参数位于时隙28中的单个时隙中。
在另一实施例中，所有多个参数位于单个时隙中。例如，如图2 所示，包括由处理器22确定的多个参数的参数数据位于时隙36中。
时隙36是为传输已处理数据而保留的高级时隙。在图2所示的实施例中，时隙36为16位时隙，并且16位时隙中的一位或多位表示单个参数。位0的值指示单击信息，位1的值指示双击信息，位2 的值指示x轴上/下信息，位3的值指示y轴上/下信息，位4的值指示z轴上/下信息，位5的值指示唤醒信息，位6的值指示自由落体状态信息，位7的值指示睡眠状态信息，位8到位10的值指示满量程信息，位11到位16的值指示通用处理器配置或命令。参数到时隙的位的其他映射也是可能的。此外，时隙28中的每个可以包括任何数目的位(例如，8位、32位、64位)。在一个实施例中，时隙30、32、 34、36形成单个TDM帧。
TDM信号中的时隙是预先保留的。例如，在TDM接口24传输 TDM信号之前，时隙30中的x轴数据、时隙32中的y轴数据、时隙34中的z轴数据、以及时隙36中的参数数据的位置在编解码器12 和TDM接口24中被编程。在一个实施例中，传感器18本身确定并且保留TDM信号中数据的位置，并且向编解码器12通知TDM信号中数据的位置。
传感器18充当TDM从机，而编解码器12充当TDM主机。TDM 接口24将TDM信号传输到编解码器12。当从TDM接口接收到TDM 信号时，编解码器12对TDM信号进行解码，并且利用已解码的TDM 信号进行进一步处理。
在一个实施例中，编解码器12解码接收信号(例如，来自处理器22的TDM信号和来自麦克风14的音频信号)，并且基于已解码信号调节或改变设备10的行为。例如，在设备10是音频耳机并且传感器18是加速度计的实施例中，编解码器12执行通用处理器配置或命令；基于睡眠状态信息将设备10设置为睡眠或低功率状态；根据自由落体状态信息发出警告；基于唤醒信息将设备10设置为唤醒或通电状态；基于z轴上/下信息、y轴上/下信息和x轴上/下信息调节设备10的设置；并且基于双击信息和单击信息执行不同命令。在一个实施例中，编解码器12本身基于已解码信号来改变设备10的行为。在另一实施例中，编解码器12将已解码信号传输到应用处理器16，应用处理器16然后基于已解码信号来改变设备10的行为。
尽管图1中示出了单个传感器，但是设备10可以包括任何数目的传感器。例如，设备10可以包括陀螺仪、磁力计、接近传感器、压力传感器和温度传感器。其他类型的传感器也是可能的。在一个实施例中，设备10中包括的传感器共享相同TDM接口，并且被分配相同保留时隙。例如，传感器轮流使用时隙36来传输参数数据。在另一实施例中，设备10中包括的传感器中的每个传感器在TDM信号中具有它们自己的保留时隙以传输参数数据。
由于传感器18、更具体地是TDM接口24能够传输简单的原始测量数据以外的其他数据，因此传感器18可以用作设备10内的其他部件的通路(pass-through)。图3是根据本文中公开的另一实施例的设备10的框图。
类似于图1所示的实施例，图3所示的设备10包括编解码器12、麦克风14、应用处理器16和传感器18；并且传感器包括感测电路装置20、处理器22和TDM接口24。然而，与图1所示的实施例相比，传感器18位于编解码器12与应用处理器16之间。此外，传感器18包括从应用处理器16接收数据的输入接口38。
在图3所示的实施例中，传感器18充当应用处理器16的通路。传感器18经由输入接口38从应用处理器16接收数据，并且将数据原封不动地转发到编解码器12。结果，设备10不必在应用处理器16 与编解码器12之间包括专用总线，因为数据可以通过传感器18传递。传感器18在为已处理数据而保留的时隙(诸如图2所示的时隙36) 中将应用处理器数据传输到编解码器12。
在一个实施例中，传感器18将应用处理器数据写入或存储在传感器18的内部存储器(诸如处理器22的内部寄存器)中。随后，处理器22从内部存储器中读取或检索应用处理器数据，并且将该数据提供给TDM接口24以传输到编解码器12。TDM接口24然后将应用处理器数据传输到编解码器12。
传感器18也可以充当设备10中的其他部件的通路。例如，传感器18可以用作麦克风14与编解码器12之间的通路。在这种情况下，传感器18从麦克风14接收音频信号，并且将音频信号原封不动地转发到编解码器12以用于进一步处理。
传感器18还可以通过将原始数据的一个或多个值重新用作异常代码、标志或通知来将附加信息嵌入到原始数据的数据流中。
例如，异常代码是通过利用原始数据的预定值作为异常代码本身来实现的。在从传感器18接收到作为异常代码而保留的原始数据值时，设备10的部件(例如，编解码器12和应用处理器16)被通知由异常代码表示的事件、状态或错误的发生。例如，异常代码可以指示传感器18当前正在处理数据，指示传感器18的输出当前无效，或者被用作传感器自检。然后该部件可以基于异常代码执行进一步的处理。例如，编解码器12或应用处理器16可以在接收到指示系统错误的异常代码时重新启动设备10。在一个实施例中，传感器18、更具体地是处理器22基于由感测电路装置20生成的测量来确定是否应当生成异常代码。
保留为例如异常代码的原始数据值处于或接近原始数据的满量程值或负满量程值。满量程值和负满量程值分别是原始数据可以具有的最大值和最小值。例如，在原始数据为二进制补码16位值的情况下，原始数据的满量程值为32767(二进制的0111111111111111)，并且原始数据的负满量程值为32768(二进制的1000000000000000)。
图4A是根据本文中公开的实施例的原始数据，图4B是根据本文中公开的实施例的具有异常代码的原始数据。在图4A中，原始数据未修改。例如，在传感器18是加速度计的图2所示的实施例中，原始数据是时隙30中的x轴数据、时隙32中的y轴数据或时隙34中的z轴数据。在图4B中，在满量程值和负满量程值处的原始数据的值用作异常代码。原始数据的剩余值用作测量值(例如，加速度测量)。
处于或接近满量程值或负满量程值的多个值可以用作异常代码、标志或通知。例如，在原始数据是二进制补码16位值的情况下，作为满量程值的值32767(二进制的0111111111111111)可以用作第一异常代码；并且作为负满量程值的值32768(二进制的1000000000000000)可以用作不同于第一异常代码的第二异常代码。作为最接近原始数据的负满量程值的值的值32767(二进制的 1000000000000001)也可以用作不同于第一异常代码和第二异常代码的第三异常代码。在该示例中，原始数据的三个不同值用作异常代码。然而，处于或接近满量程值或负满量程值的任何数目的值都可以用作异常代码。
使用处于或接近原始数据的满量程值的值降低了对原始数据的影响，因为这些值不太可能被传感器18使用。例如，在传感器18是加速度计的情况下，加速度测量不太可能达到原始数据的最大值或最小值。此外，通过重新利用原始数据值，在传感器18和设备10中不需要包括用于传输异常代码、标志或通知的附加辅助接口和线路。
注意，设备10(例如，编解码器12和应用处理器16)不利用已经被重新用作例如异常代码的原始数据值作为测量数据。例如，在传感器18是加速度计的情况下，设备10不将用作异常代码的原始数据值视为加速度测量。
在一个实施例中，单个附加信息被插入到由传感器18输出的原始数据的每个数据流中。例如，参考其中传感器18是3轴加速度计的图2所示的实施例，时隙30中的x轴数据、时隙32中的y轴数据和时隙34中的z轴数据中的每个数据的单个原始数据值被重新用作异常代码。例如，在原始数据是二进制补码16位值的情况下，x轴数据、y轴数据和z轴数据中的每个中的值32768(二进制的 1000000000000000)用作例异常代码。结果，原始数据的修改的影响被最小化，因为不再将x轴数据、y轴数据和z轴数据中的每个数据中的单个值用作加速度测量。x轴数据、y轴数据和z轴数据中的每个数据中的剩余值仍可以用作加速度测量。
在一个实施例中，原始数据值是预先保留的。例如，编解码器12 和TDM接口24被编程为在TDM接口24传输TDM信号之前利用值 32767(二进制的0111111111111111)和值32768(二进制的 1000000000000000)作为异常代码。在一个实施例中，传感器18本身确定并且保留原始数据的值以用作例如异常代码；并且向编解码器 12通知该值正在用作异常代码。
在一个实施例中，编解码器12指示传感器18启用和禁用将原始数据的值重新用作异常代码、标志或通知的用途。当被启用时，传感器18使用一个或多个原始数据值作为异常代码、标志或通知，如上所述。当被禁用时，传感器18不使用任何原始数据值作为异常代码、标志或通知。相反，所有原始数据值都用作测量值，诸如加速度测量值。
在一个实施例中，传感器18包括多路复用器，多路复用器用于在测量数据与异常代码、标志或通知之间进行选择。图5是根据本文中公开的实施例的多路复用器40。
多路复用器40在接收测量数据和多个异常代码的输入之间进行选择，并且将所选择的输入转发到传感器18的物理层42以进行传输。响应于多路复用器40接收到测量数据选择信号，多路复用器40选择测量数据(例如，加速度测量)并且将其转发到物理层42以进行传输。响应于多路复用器40接收到异常代码选择信号，多路复用器40 选择对应异常代码(例如，值32767、-32768和-32767)并且将其转发到物理层42以进行传输。在一个实施例中，物理层42包括上面讨论的TDM接口24。
TDM接口还允许在单个共享数据线上在设备之间传输多个通道的数据。图6是根据本文中公开的实施例的多个从设备44和主设备 46的框图。主设备46通信耦合到N个从设备44中的每个从设备。N 可以等于任何正整数。
多个从设备44和主设备46中的每个设备可以是上面讨论的设备10或具有TDM接口的任何类型的电子设备，诸如音频耳机，诸如头戴式耳机、游戏耳机和电话耳机。多个从设备44和主设备46也可以是单个电子设备内的内部部件。
从设备44中的每个从设备经由TDM接口在共享数据线上向主设备46传输数据，并且主设备26从从设备44收集数据以用于进一步处理。例如，从设备1、从设备2、从设备3、从设备N-1和从设备N 分别向主设备46输出数据SDOUT 1、SDOUT 2、SDOUT 3、SDOUT N-1和SDOUT N。数据可以是任何类型的数据，诸如音频数据或上面讨论的TDM信号。
主设备46向从设备44中的每个从设备提供位时钟信号BCLK和帧同步信号FSYNC。
位时钟信号BCLK是时钟信号，通常是方波，该时钟信号由从设备44使用以同步其数据位到主设备46的传输。从设备44中的每个从设备将其自己的内部计数器与位时钟信号BCLK同步，并且在内部计数器的每个计数时传输一位数据。从设备在位时钟信号BCLK的每个上升沿(即，从低状态(例如，0到2伏的幅度)到高状态(例如， 3到5伏的幅度)的转变)或下降沿(即，从高状态到低状态的转变) 同步其内部计数器。
帧同步信号FSYNC由从设备44使用以同步数据帧的传输。主设备46周期性地或以规则的相等时间间隔将帧同步信号FSYNC传输到从设备44。多个从设备44在相应传输时隙或通道中使用单帧数据传输数据。例如，从设备1到从设备N各自轮流在单个帧中在共享数据线上传输数据。在从设备44接收到帧同步信号FSYNC时，帧被发起并且从从设备44中的第一从设备(例如，从设备1)的数据传输开始。
在系统级别，帧中的传输时隙或通道的总数、时隙在帧中的相对位置、以及每个时隙的长度在传输之前被分配给每个从设备44。从设备44基于帧同步信号FSYNC和位时钟信号BCLK来识别帧何时被发起以及何时轮到它们在帧内传输数据。例如，图7是根据本文中公开的实施例的多个从设备44和主设备46的时序图。纵轴是幅度轴，横轴是时间轴。幅度轴可以具有任何类型的幅度单位(例如，伏特、安培等)，时间轴可以具有任何类型的时间单位(例如，毫秒、秒等)。
在时间t1，从设备44从主设备46接收帧同步信号FSYNC。作为响应，数据帧被发起并且从从设备44的在其相应时隙或通道中的数据传输开始。在图7所示的实施例中，从设备44被预先分配以在帧中按照从设备1、从设备2、从设备3、……、从设备N-1和从设备N的顺序进行传输。由从设备1、从设备2、从设备3、……、从设备N-1、从设备N进行的数据传输分别为数据通道1、通道2、通道3、通道N-1、通道N。在一个实施例中，主设备46分配从设备44 的顺序，并且向从设备44通知该顺序。在另一实施例中，从设备44 和主设备46按照从设备44的顺序被预编程。
如上所述，从设备44中的每个从设备将内部计数器与位时钟信号BCLK同步，以确定它们的时隙在一帧内何时开始和结束。从设备 44在其相应内部计数器的每个计数时传输单个数据位。在图7所示的实施例中，从设备44中的每个从设备被分配以传输16位数据，并且由从设备1、从设备2、从设备3、……、从设备N-1和从设备N传输总共M位数据。M可以等于任何正整数(例如，128、256等)。换言之，每个传输时隙或通道是16位长，并且一帧数据是M位长。在一个实施例中，主设备46分配要由从设备44中的每个传输的总位数，并且向从设备44通知该总位数。在另一实施例中，从设备44和主设备46被预编程有要由从设备44中的每个传输的总位数。
一旦从设备传输了16位数据，下一从设备开始传输。例如，在从设备1完成传输16位数据SDOUT1之后，从设备2开始传输数据 SDOUT2。当从设备的传输时隙结束时，从设备将其数据线输出设置为高阻抗状态，以允许来自其余从设备的线路驱动和数据传输。在图 7所示的实施例中，从设备44中的每个从设备完成传输并且一旦16 位数据被传输就被设置为高阻抗状态。
在时间t2，最后的从设备N完成传输SDOUT N，并且帧结束。从设备1、从设备2、从设备3、从设备N-1和从设备N传输了总共M位数据。另外，从设备44再次从主设备46接收帧同步信号FSYNC。下一帧数据开始并且来自从设备44的数据传输重复。
为了节省电力，从设备44中的每个从设备被启用以传输数据，并且在不使用时被禁用。在被启用时，从设备的TDM接口通电并且操作。在被禁用时，从设备的TDM接口断电(或处于低功耗状态) 并且不操作。
由于TDM接口是单向接口，所以主设备46不能对从设备44中的每个执行寻址读取或写入。因此，从设备44中的每个确定何时被启用和禁用。
在一个实施例中，从设备44中的每个从设备依赖于帧同步信号 FSYNC以启用和禁用自身。通过利用帧同步信号FSYNC，一旦从设备已经与帧同步信号FSYNC同步，从设备就可以自主地启用和禁用自身。图8是根据本文中公开的实施例的从设备44的框图。从设备 44包括计数器48、处理器50和TDM接口52。
计数器48检测并且计数帧同步信号FSYNC的存在和不存在。计数器48可以实现为由处理器50执行的电路装置或软件模块。尽管在图8中计数器48被示出为与处理器50分离的部件，但是计数器48 和处理器50可以是单个部件。
在从设备44当前被禁用的情况下，计数器48执行帧同步信号 FSYNC的检测，并且维持帧同步信号FSYNC检测的总计数。例如，参考图7，计数器48检测并且计数在时间t1和t2存在的帧同步信号FSYNC。注意，从设备44进行的帧同步信号FSYNC检测的总计数中的每个将是相同的，因为从设备44从主设备46接收相同的帧同步信号FSYNC并且与之同步。
在从设备44当前被启用的情况下，计数器48检测帧同步信号 FSYNC的不存在，并且维持帧同步信号FSYNC不存在的总计数。从设备44能够检测帧同步信号FSYNC的不存在，因为从设备44与来自主设备46的帧同步信号FSYNC同步，并且预期周期性地或以规则的相等的时间间隔接收帧同步信号FSYNC。这样，在检测到一个帧同步信号之后，从设备44在下一时间间隔预期另一帧同步信号 FSYNC。如果从设备44在下一时间间隔没有检测到帧同步信号 FSYNC，则计数器48检测并且计数帧同步信号FSYNC的不存在。另外，从设备44知道数据帧的长度。在检测到一个帧同步信号FSYNC 之后，从设备44在每一帧数据的结束预期另一帧同步信号FSYNC。例如，参考图7，在时间t1被发起的数据帧是M位长，并且从设备 44预期每M位(例如，在时间t2)有另一帧同步信号FSYNC。如果从设备44在数据帧的结束没有检测到帧同步信号FSYNC，则计数器 48检测并且计数帧同步信号FSYNC的不存在。注意，从设备44进行的帧同步信号FSYNC不存在的总计数中的每个将是相同的，因为从设备44从主设备46接收相同的帧同步信号FSYNC并且与之同步。
下面将更详细地讨论计数器48的操作。
处理器50基于帧同步信号FSYNC检测的总计数来确定是否启用从设备44，并且基于帧同步信号FSYNC不存在的总计数来确定是否禁用从设备44。处理器50可以是执行计算并且控制从设备44的任何类型的处理器、控制器或信号处理器。
在从设备44当前被禁用的情况下，处理器50响应于帧同步信号 FSYNC检测的总计数大于或等于阈值而确定启用从设备44。在确定要启用从设备44时，处理器50通过指示TDM接口52被通电和操作来启用从设备44。
在从设备44当前被启用的情况下，处理器50响应于帧同步信号 FSYNC不存在的总计数大于或等于阈值而确定禁用从设备44。在确定要禁用从设备44时，处理器50通过指示TDM接口52被断电或进入低功率状态来禁用从设备44。
下面将更详细地讨论处理器50的操作。
TDM接口52在共享数据线上向主设备46传输数据。如上所述， TDM接口52利用位时钟信号BCLK和帧同步信号FSYNC两者来传输数据。TDM接口52可以是利用时分复用来传输数据的任何类型的接口，诸如上面讨论的TDM接口24。
图9是根据本文中公开的实施例的启用和禁用从设备44的方法 54的流程图。
在框56中，从设备44确定TDM接口52当前被启用还是禁用。框56可以由计数器48或处理器50执行。如果TDM接口52当前被禁用，则方法54移动到框58。如果TDM接口52当前被禁用，则方法54移动到框60。
在框58中，计数器48将启用计数设置或重置为零。启用计数用于跟踪帧同步信号FSYNC检测的总计数，这在上面讨论。该方法然后移动到框62
在框62中，计数器48执行帧同步信号FSYNC的检测。如果没有检测到帧同步信号FSYNC(即，从设备44没有从主设备46接收到帧同步信号FSYNC)，则方法54返回到框58。如果检测到帧同步信号FSYNC(即，从设备44已经从主设备46接收到帧同步信号 FSYNC)，则方法54移动到框64。
在框64中，计数器48递增启用计数以计数在框62中检测到的帧同步信号FSYNC，并且继续执行帧同步信号FSYNC的检测。如上所述，启用计数指示帧同步信号FSYNC检测的总计数。如果没有检测到帧同步信号FSYNC，则计数器48继续执行帧同步信号FSYNC 的检测。如果检测到帧同步信号FSYNC，则计数器48递增启用计数。在启用计数被递增之后，方法54移动到框66。
在一个实施例中，从设备44在被禁用时不接收帧同步信号 FSYNC和位时钟信号BCLK。这样，计数器48不能执行如上所述的帧同步信号FSYNC的检测。在这种情况下，从设备44维持与帧同步信号FSYNC同步的内部帧同步信号。例如，内部帧同步信号可以是时钟信号，其中高电平表示接收到帧同步信号FSYNC，而低电平表示没有接收到帧同步信号FSYNC。内部帧同步信号由嵌入从设备44 中的本地振荡器生成。计数器48利用内部帧同步信号代替框62和64 中的帧同步信号FSYNC。即，计数器48执行内部帧同步信号的检测，并且在每次检测到内部帧同步信号时(例如，每次内部帧同步信号具有高电平状态)递增启用计数。在一个实施例中，每次从设备44被启用并且再次开始接收帧同步信号FSYNC时(例如，在框68中)，内部时钟与帧同步信号FSYNC同步。
在框66中，处理器50确定启用计数是否大于或等于启用阈值 NE。启用阈值NE可以基于从设备44的功率约束来配置。如果启用计数不大于或等于(即，小于)启用阈值NE，则方法54返回到框64 以继续执行帧同步信号FSYNC的检测。如果启用计数大于或等于启用阈值NE，则方法54移动到框68。
在框68中，从设备44被启用。如上所述，处理器50通过指示 TDM接口52被通电和操作来启用从设备44。然后方法54移动到框 60以便开始处理以禁用从设备44。
图10是根据本文中公开的实施例的启用从设备44的时序图。纵轴是幅度轴，横轴是时间轴。幅度轴可以具有任何类型的幅度单位(例如，伏特、安培等)，时间轴可以具有任何类型的时间单位(例如，毫秒、秒等)。
在时间t1，从设备44从主设备46接收帧同步信号FSYNC，并且计数器48检测帧同步信号FSYNC(框62)。计数器48递增启用计数以计数在时间t1检测到的帧同步信号FSYNC，并且继续执行帧同步信号FSYNC的检测(框64)。
在时间t2，启用计数等于启用阈值NE(框66)，并且从设备44 被启用(框68)。
返回图9，在框60中，计数器48将禁用计数设置或重置为零。禁用计数用于跟踪帧同步信号FSYNC不存在的总计数，如上所述。该方法然后移动到框70
在框70中，计数器48在预期时间执行帧同步信号FSYNC的检测。即，计数器48执行帧同步信号FSYNC的不存在的检测。如上所述，计数器48能够检测帧同步信号FSYNC的不存在，因为从设备 44与来自主设备46的帧同步信号FSYNC同步，并且预期周期性地或以规则的相等的时间间隔接收帧同步信号FSYNC。这样，在检测到一个帧同步信号之后，从设备44在下一时间间隔预期另一帧同步信号FSYNC。如果从设备44在下一时间间隔没有检测到帧同步信号 FSYNC，则计数器48检测并且计数帧同步信号FSYNC的不存在。另外，从设备44知道数据帧的长度。在检测到一个帧同步信号FSYNC 之后，从设备44在每一帧数据的结束预期另一帧同步信号FSYNC。如果从设备44在数据帧的结束没有检测到帧同步信号FSYNC，则计数器48检测并且计数帧同步信号FSYNC的不存在。
如果在预期时间检测到帧同步信号FSYNC(即，从设备44在预期时间从主设备46接收到帧同步信号FSYNC)，则方法54返回框60。如果在预期时间没有检测到帧同步信号FSYNC(即，从设备44在预期时间没有从主设备46接收到帧同步信号FSYNC)，则方法54移动到框72。
在框72中，计数器48递增禁用计数，以计数在框70中检测到的帧同步信号FSYNC不存在，并且继续执行帧同步信号FSYNC不存在的检测。如上所述，禁用计数指示帧同步信号FSYNC不存在的总计数。如果没有检测到帧同步信号FSYNC不存在，则计数器48 继续执行帧同步信号FSYNC不存在的检测。如果检测到帧同步信号 FSYNC不存在，则计数器48递增禁用计数。在禁用计数已经递增之后，方法54移动到框74。
在框74中，处理器50确定禁用计数是否大于或等于禁用阈值 ND。禁用阈值ND可以基于从设备44的功率限制来配置。如果禁用计数不大于或等于(即，小于)禁用阈值ND，则方法54返回到框72 以继续执行帧同步信号FSYNC不存在的检测。如果禁用计数大于或等于启用阈值ND，则方法54移动到框76。
在框76中，从设备44被禁用。如上所述，处理器50通过指示 TDM接口52被断电或进入低功率状态来禁用从设备44。方法54然后返回到框58以便开始处理以启用从设备44。
图11是根据本文中公开的实施例的禁用从设备44的时序图。纵轴是幅度轴，横轴是时间轴。幅度轴可以具有任何类型的幅度单位(例如，伏特、安培等)，时间轴可以具有任何类型的时间单位(例如，毫秒、秒等)。在图11所示的实施例中，数据帧的长度为M位，其中M等于任何正整数(例如，128、256等)。
在时间t1，从设备44从主设备46接收帧同步信号FSYNC，并且计数器48检测帧同步信号FSYNC。这样，计数器48从时间t1开始每M位预期另一帧同步信号FSYNC。
在时间t2，从设备44在预期时间(即，在时间t1开始的数据帧的结束时)没有从主设备46接收到帧同步信号FSYNC，并且计数器 48检测帧同步信号FSYNC不存在(框70)。计数器48递增禁用计数，以计数在时间t2检测到的帧同步信号FSYNC不存在，并且继续执行帧同步信号FSYNC不存在的检测(框72)。
在时间t3，禁用计数等于禁用阈值ND(框74)，并且从设备44 被禁用(框76)。
在以上讨论的实施例中，从设备44的TDM接口基于帧同步信号 FSYNC被启用和禁用。然而，除了TDM接口，从设备44内的其他部件也可以基于帧同步信号FSYNC被启用和禁用。例如，从设备44 中的每个的前端部件和处理器可以基于帧同步信号FSYNC被启用以被通电和操作、以及被禁用以被断电(或处于低功率状态)和不操作。
本文中公开的各种实施例提供了一种包括具有时分复用(TDM) 接口的传感器的设备。传感器通过在TDM帧内保留一个或多个时隙以用于传输已处理数据来在单个TDM信号中传输原始数据(例如，加速度测量)和已处理数据(例如，状态信息、中断、功能结果等) 两者。传感器还通过将原始数据的值中的一个或多个值重新用作异常代码、标志或另一类型的通知来将附加信息嵌入到原始数据的数据流中。该设备还可以被启用以传输数据，并且在不使用时被禁用以节省电力。
可以组合上述各种实施例以提供其他实施例。可以根据以上详细描述对实施例进行这些和其他改变。一般而言，在以下权利要求中，所使用的术语不应当被解释为将权利要求限制为在说明书和权利要求中公开的特定实施例，而应当被解释为包括所有可能的实施例以及这样的权利要求有权享有的等同方案的全部范围。因此，权利要求不受本公开的限制。

Claims (26)

1.一种传感器，包括：
感测电路装置，被配置为生成测量，所述测量包括原始数据；
处理器，被配置为基于所述测量确定多个参数，所述多个参数包括已处理数据；以及
时分复用TDM接口，被配置为生成并且输出包括所述测量和所述多个参数的TDM信号，所述TDM信号具有多个时隙，所述测量和所述多个参数位于所述多个时隙中的相应时隙中。
2.根据权利要求1所述的传感器，其中所述传感器是具有以下至少一项的传感器：加速度计、陀螺仪、磁力计、接近传感器、压力传感器或温度传感器。
3.根据权利要求2所述的传感器，其中所述多个参数包括选自一组参数的至少一个参数，所述一组参数包括配置、命令、满量程信息、睡眠状态信息、自由落体状态信息、唤醒信息、取向信息、双击信息和单击信息。
4.根据权利要求1所述的传感器，其中所述多个时隙具有相同长度。
5.一种方法，包括：
通过传感器生成测量，所述测量包括原始数据；
基于所述测量确定多个参数，所述多个参数包括已处理数据；
生成包括所述测量和所述多个参数的TDM信号，所述TDM信号具有多个时隙，所述测量和所述多个参数位于所述多个时隙中的相应时隙中；以及
通过所述传感器输出所述TDM信号。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述传感器是具有以下至少一项的传感器：加速度计、陀螺仪、磁力计、接近传感器、压力传感器或温度传感器。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述多个参数包括选自一组参数的至少一个参数，所述一组参数包括配置、命令、满量程信息、睡眠状态信息、自由落体状态信息、唤醒信息、取向信息、双击信息和单击信息。
8.根据权利要求5所述的方法，其中所述多个时隙在单个TDM帧中。
9.一种设备，包括：
第一部件，被配置为生成数据；
传感器，被配置为从所述第一部件接收所述数据，生成测量，并且生成时分复用TDM信号，所述TDM信号具有多个时隙，所述数据和所述测量分别位于所述多个时隙中的第一时隙和第二时隙中；以及
第二部件，被配置为从所述传感器接收所述TDM信号。
10.根据权利要求9所述的设备，其中所述第一部件是处理器，并且所述第二部件是编解码器。
11.根据权利要求9所述的设备，其中所述传感器是具有以下至少一项的传感器：加速度计、陀螺仪、磁力计、接近传感器、压力传感器或温度传感器。
12.根据权利要求9所述的设备，其中所述设备是音频头戴式耳机。
13.根据权利要求9所述的设备，其中所述传感器被配置为基于所述测量确定多个参数，并且所述多个参数位于所述多个时隙中的第三时隙中。
14.根据权利要求9所述的设备，其中所述数据没有被所述传感器改变。
15.根据权利要求9所述的设备，其中所述多个时隙具有相同长度。
16.一种传感器，包括：
感测电路装置，被配置为生成具有最大值和最小值的测量数据；
处理器，被配置为基于所述测量数据生成异常代码；以及
时分复用TDM接口，被配置为生成并且输出包括所述异常代码的TDM信号，所述异常代码的值等于所述测量数据的所述最大值或所述最小值中的至少一个。
17.根据权利要求16所述的传感器，其中所述处理器被配置为基于所述测量数据生成多个异常代码，所述TDM接口被配置为生成并且输出包括所述多个异常代码的TDM信号，所述多个异常代码包括具有等于所述测量数据的所述最大值的值的第一异常代码、以及具有等于所述测量数据的所述最小值的值的第二异常代码。
18.根据权利要求17所述的传感器，还包括：
多路复用器，被配置为在所述测量数据、所述第一异常代码和所述第二异常代码之间进行选择，以供所述TDM接口传输。
19.根据权利要求16所述的传感器，其中所述传感器是加速度计，并且所述测量数据包括沿着轴的加速度测量。
20.根据权利要求16所述的传感器，其中所述异常代码指示事件、状态或错误的发生。
21.一种系统，包括：
主设备，被配置为传输帧同步信号；以及
从设备，包括时分复用TDM接口，所述从设备被配置为接收所述帧同步信号，并且基于所述从设备接收到所述帧同步信号的次数来启用或禁用所述TDM接口。
22.根据权利要求21所述的系统，其中响应于由所述从设备接收到所述帧同步信号，所述从设备经由所述TDM接口向所述主设备传输数据。
23.根据权利要求21所述的系统，其中所述从设备被配置为确定所述帧同步信号被接收到的次数大于或等于阈值，并且响应于确定所述帧同步信号被接收到的所述次数大于或等于所述阈值而启用所述TDM接口。
24.根据权利要求21所述的系统，其中所述从设备被配置为确定所述帧同步信号在预期时间不存在的次数大于或等于阈值，并且响应于确定所述帧同步信号在所述预期时间不存在的所述次数大于或等于所述阈值而禁用所述TDM接口。
25.根据权利要求24所述的系统，其中所述从设备预期以相等时间间隔从所述主设备接收所述帧同步信号。
26.根据权利要求24所述的系统，其中所述从设备预期在所述主设备接收数据帧之后从所述主设备接收所述帧同步信号。
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