CN118199239A - 具有改进的断电条件管理的微机电传感器设备 - Google Patents
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Abstract
一种微机电传感器设备具有检测结构和相关联的电子电路装置，该电子电路装置被配置为当装置被供电时接收外部供电电压，并且具有生成调节电压的电压调节器和由调节电压供电的至少一个电压域。电子电路装置具有供电管理核芯，该供电管理核芯始终由外部供电电压供电，并且控制电压调节器选择性地中断电压域的供电以实现：第一断电条件，其中电压调节器被禁用；以及第二断电条件，其中电压调节器被启用，以使调节电压向上述电压域供电，第一断电条件和第二断电条件与传感器设备没有数据采集和/或处理相关联。供电管理核芯根据例如在工厂校准步骤期间可编程的控制信号在传感器设备的第一次通电时自动启用第一断电条件或第二断电条件。
Description
技术领域
本公开涉及一种微机电传感器(MEMS)装置，其具有改进的断电条件管理。
背景技术
以已知的方式，MEMS传感器设备有几种应用，被定义为“超低功率”应用，其中期望极低的功耗，例如在可穿戴或可听装置中，诸如电子手表或表带或手镯、耳机、智能隐形眼镜、智能笔等。
在此类应用中影响MEMS传感器设备的一个问题由处于通电但非激活状态时的功耗表示(即，当相同的传感器设备不处于用于数据采集和/或处理的操作阶段时发生的功耗)。
在这些通常用于具有低功耗的上述应用中的MEMS传感器设备(诸如，例如加速度计、陀螺仪、压力传感器等)的领域中，已知功耗的一部分由被称为ASIC(专用集成电路)的电子电路装置给出，其与对应的微机械检测结构相关联，后者被配置用于检测(多个)感兴趣的量(例如，加速度、角速度、压力等)。
特别地，在非激活(断电)条件下，已知上述电子电路装置的消耗主要是由于漏电流。
这些漏电流的值也以显著的方式变化，例如，作为温度、电压或制造工艺的函数，因此在MEMS传感器设备的设计中，特别是在上述低功耗应用中，最小化这些漏电流代表了重要的约束。
已经提出的降低功耗的解决方案提供了所谓的多域(或多电压)方法，根据该方法，上述电子电路装置被划分为一定数量的独立域(或独立部分)，每个域甚至可以在不同电压下被选择性地供电，诸如具有关闭(去激活)这些域中的一个或多个域的可能性，从而在断电条件下省电。
特别地，为了减少消耗、传播延迟和面积占用，通常使用允许从外部供电电压开始生成欠调节电压的电压调节器，以相对于从外部(例如从电池)提供的供电电压更低的电压来给上述电子电路装置的数字或逻辑部分供电。
然而，上述多域方法使用与上述域相关联并且被控制为选择性地激活/去激活向相应域提供相应供电电压的供电开关。
这些供电开关可以在MEMS传感器设备的外部实现，从而增加了电路复杂性和尺寸占用，并且还增加了容纳相同MEMS传感器设备的电子装置的外部处理器(应用程序或主机处理器)的控制负担。
可替代地，相同的供电开关可以以嵌入式方式在MEMS传感器设备内、在对应的电子电路装置中实现。
然而，在这种情况下，在电子电路装置的数字部分中实现的控制这些供电开关的切换的控制逻辑总是通电的，即使在断电条件下也是如此，由此产生的功耗可能是不可忽略的，特别是由于上述电压调节器(其向数字部分提供欠调节的供电电压)。
一般来说，无疑需要在断电条件下进一步优化MEMS传感器设备的功耗。
发明内容
本解决方案的各种实施例至少部分地解决了先前强调的问题。
根据本公开，提供了一种微机电传感器设备和对应的方法。微机电传感器设备具有检测结构和相关联的电子电路装置，其被配置为当设备被供电时接收外部供电电压，并且具有生成调节电压的电压调节器和由调节电压供电的至少一个电压域。电子电路装置具有供电管理核芯，其总是由外部供电电压供电，并且控制电压调节器选择性地中断电压域的供电以实现：第一断电条件，其中电压调节器被禁用；以及第二断电条件，其中启用电压调节器以通过调节电压向上述电压域供电，第一断电条件和第二断电条件与没有传感器设备的数据采集和/或处理相关联。供电管理核芯在传感器设备第一次通电时自动启用第一断电条件或第二断电条件，作为配置信号的函数，例如在工厂校准步骤期间可编程。
附图说明
为了更好地理解本公开，下面纯粹通过非限制性示例并且参考附图来描述本公开的各种实施例，在附图中：
图1是根据本解决方案的实施例的微机电传感器设备的电子电路装置的框图；
图2是与图1的设备的操作相关的操作的流程图；
图3示出了图2所示的操作固有的信号时序；
图4是图1的设备的电子电路装置的更详细框图；
图5是根据本解决方案的进一步的实施例的微机电传感器设备的电子电路装置的框图；
图6是与图5的设备的操作相关的操作的流程图；
图7A和图7B示出了与图6所示的操作相关的信号时序；
图8是图5的设备的电子电路装置的更详细框图；以及
图9是电子装置的示意框图，其中可以使用微机电传感器设备。
具体实施方式
如将在下文中详细描述的，本解决方案的一个方面提供在微机电传感器(MEMS)设备的电子电路装置中实现至少两个不同且有区别的电压域(即，以不同电压供电的不同部分)：第一域，其定义了在存在外部供电电压(从微机电传感器设备的外部提供)的情况下常通核芯，该第一域由相同外部供电电压供电；以及至少一个第二域，其由电压调节器以不同于、特别是低于外部供电电压的电压供电，可以通过上述常通核芯选择性地切换到接通或断开条件。
特别地，在微机电传感器设备中，通过断开电压调节器和与其相关联的电压域，特别是上述第二域，来实现所谓的深度断电条件。在这种深度断电条件下，功耗极低(最多几十nA的数量级)，这与上述常通核芯的电功耗相关联，并且与微机电传感器设备1的其他组件无关。
该常通核芯还被配置为管理上述深度断电条件和不同断电条件之间的转换，不同断电条件在这里被定义为软断电条件，在软断电条件期间，上述电压调节器通电。
在这种软断电条件下，微机电传感器设备的大多数电路级通过由上述电压调节器供电的开关控制逻辑切换到非激活状态，以减少功耗。因此，在这种条件下，上述控制逻辑的泄漏与相同电压调节器的静态消耗一起影响消耗。
图1示意性地示出了根据本解决方案的实施例的微机电传感器设备1的架构。
微机电传感器设备1包括被配置为感测一个或多个检测量的微机电检测结构(已知类型，这里未示出)；以及电子电路装置2，其可操作地耦合到微机械检测结构并且被配置为接收和处理上述检测量。
特别地，电子电路装置2包括数字部分2a和模拟部分2b。
如本领域技术人员将显而易见的，数字部分2a包括逻辑或数字元件，诸如寄存器、定时元件、逻辑门和用于执行一组逻辑运算(特别是以算法的形式)的处理模块；在可能的实现方式中，该数字部分2a可以包括处理单元，诸如微控制器、微处理器或类似的嵌入式数字处理单元。
电子电路装置2被配置为从微机电传感器设备1外部接收，例如从电子装置(特别是便携或可穿戴类型)的电池(这里未示出)接收外部供电电压VDD，例如被包括在1.71V与3.6V之间的外部供电电压VDD，相同个微机电传感器设备1在该电子装置中使用。
根据本解决方案的一个方面，数字部分2a包括由外部供电电压VDD供电的第一电压域4；以及至少一个第二电压域6，其与第一电压域4分离且不同，由调节电压VREG供电，该电压VREG具有比外部供电电压VDD更低的值，例如等于1.2V。
特别地，该调节电压VREG由例如LDO(低压差)型的电压调节器8生成。
电子电路装置2的模拟部分2b也可以由上述外部供电电压VDD供电。
第一电压域4包括常通核芯10，其包括非常低复杂性和小尺寸(例如数万平方微米)的控制逻辑，该控制逻辑被配置为管理微机电传感器设备1的电力供应模式，并且特别是在上述深度断电和软断电条件之间的转换。
第二电压域6包括由上述调节电压VREG供电的数字资源，其继而可以被划分为多个子域12，这些子域彼此不同并且在通电或断电时可以由开关控制逻辑15(也由上述调节电压VREG供电)选择性地控制，如通过供电开关元件13示意性地示出的。该开关控制逻辑15例如被配置为从外部(例如从其中使用微机电传感器设备1的电子装置的应用程序或主机处理器)接收并且解码适当的命令，以管理上述子域12的通电。
在所示的实施例中，特别地，存在主子域(子域1)，其中实现了上述开关控制逻辑15和多个次子域(在示例子域2和子域3中)。
在可能的实施例中，该第二电压域6包括电子电路装置2的数字部分2a的所有数字资源，除了专用于在第一电压域4中实现上述常通核芯10的(最小)资源之外。
详细地，常通核芯10被配置为通过由相同常通核芯生成并提供给电压调节器8的控制信号SC来控制电压调节器8的关断或接通；图1示意性地示出了通电开关17，该通电开关由上述控制信号SC控制，以关断(例如，用控制信号SC的高值)或接通(例如，用控制信号SC的低值)电压调节器8，从而禁用或启用调节电压VREG的生成。
在深度断电条件下，电压调节器8，以及因此第二电压域6(以及对应的子域12)被断电、去激活，以便最小化功耗。在这种条件下，电子电路装置2的功耗基本上由于常通核芯10(是未被供电的第二电压域6)，如图所示，其包括管理电压调节器8的通电的最小控制逻辑。因此，在深度断电条件下的功耗非常小。
常通核芯10被配置为根据在微机电传感器设备1的输入/输出端子(焊盘或引脚)18处从外部(例如，从其中使用微机电传感器设备1的电子设备的应用程序或主机处理器)接收的第一控制信号SPD1来管理从深度断电条件到软断电条件的转换。
特别地，如下面将详细讨论的，作为上述第一控制信号SPD1的函数，常通核芯10引起电压调节器8的通电和第二电压域6的激活，以退出深度断电条件，并且最初用于实现软断电条件。
常通核芯10还被配置为接收第二控制信号SPD2，如下面将详细讨论的，作为该信号的函数，引起电压调节器8的断电和第二电压域6的去激活，以实现深度断电条件。
在可能的实施例中，常通核芯10经由第二电压域6接收该第二控制信号SPD2(再次来自微机电传感器设备1的外部)，该第二电压域也耦合到微机电传感器设备1的输入/输出元件18。
参考图2，现在描述微机电传感器设备1的供电管理架构的可能操作模式。
详细地，如步骤20所示，在微机电传感器设备1通电时(即，当提供外部供电电压VDD时，例如在由应用程序或主机处理器生成的启用命令之后)，相同微机电传感器设备1被配置为自动进入深度断电(深度PD)条件，步骤21，其中电压调节器8断电，并且因此不向第二电压域6提供供电(图1的通电开关17断开)。
在接收到例如由从外部接收的第一控制信号SPD1表示的专用唤醒命令之后，常通核芯10(由上述外部供电电压VDD直接供电)对电压调节器8供电，并且启用提供用于对第二电压域6供电的调节电压VREG(通电开关17闭合)。
然后，如步骤22所示，在相同个第二电压域6中，执行初步操作以用于从存储在易失性存储器寄存器中的不可重编程内部存储器(或只读存储器，OTP-一次性可编程类型)检索配置和微调信息，以执行微机电传感器设备1的所谓“引导”或恢复。
一旦引导阶段结束，微机电传感器设备1就进入软断电(软PD)条件，如步骤23所示。
通过第二电压域6中的开关控制逻辑15，可以在这种条件下管理相应子域12的激活，以降低微机电传感器设备1的功耗(如前所示，开关控制逻辑15可以在输入/输出元件18处接收并且解码为此目的从外部接收的合适命令，例如从上述应用处理器接收的命令)。
随后，从该软断电条件开始，相同微机电传感器设备1可以进入操作或激活(开启)条件，如步骤24所示，其中确保了完整的功能，例如用于数据的采集和处理(例如对应于要感测的量)。
如前所讨论，第二电压域6中的开关控制逻辑15可以为此目的控制供电开关元件13中的一个或多个供电开关元件，以激活相应的子域12，并且因此确保对应的操作性。
从该激活条件，微机电传感器设备1可以返回到软断电条件，步骤23(其中开关控制逻辑15可能中断上述子域12中的一个或多个子域的供电)。
此外，在步骤21，微机电传感器设备1可以从软断电条件或从激活条件，返回到深度断电条件。
特别地，在接收到例如由第二控制信号SPD2表示的专用断电或睡眠命令时(从第二电压域6接收，该第二电压域继而从外部例如从应用程序或主机处理器接收对应的命令)，子域12被断电(如果它们仍然接通的话)，并然后常通核芯10再次将电压调节器8断电，从而中断对上述第二电压域6的供电。
还参考图3所示的时序图示出了所描述的操作，该时序图涉及从深度断电条件(例如，在微机电传感器设备1通电或激活之后立即发生)到软断电条件(在接收到上述专用唤醒序列、唤醒命令之后)的转换。
特别地，如图3所示，在启用外部供电电压VDD(如通电复位信号POR_VDD所示)之后，深度断电条件立即被激活；然后在专用唤醒序列到达时(如箭头所示)发生从该深度断电条件的退出。
该专用唤醒序列特别需要电压调节器8的通电(控制信号SC变为低状态)以及随后由相同电压调节器8生成的调节电压VREG的启用。
在随之发生的恢复操作(引导)结束时，微机电传感器设备1进入软断电条件，该条件然后将演变为相同设备的正常操作，或者，可替代地，再次进入深度断电条件(以前面描述的方式，并且不在上述图3中示出)。
参考图4，现在以更详细的方式描述微机电传感器设备1的上述架构的可能实现方式。
在该实施例中，常通核芯10包括接口级30，其耦合到微机电传感器设备1的输入/输出元件18，以接收上述第一控制信号SPD1。
在可能的实现方式中，该接口级30实现I2C(I3C)/SPI类型的串行接口；并且输入/输出元件18耦合到介于应用程序或主机处理器与微机电传感器设备1之间的串行总线。
常通核芯10还包括：软断电过程级32，其具有耦合到接口级30的第一输入，以及第二输入；以及耦合级34，其介于第二电压域6与相同软断电过程级32之间，具有耦合到第二电压域6的相应输入和耦合到软断电过程级32第二输入的输出。
以未详细示出的方式，该耦合级34包括电平移位器和/或同步元件，其被配置为使第一电压域4和第二电压域6处于通信状态，这两个电压域在不同电压下工作并且彼此不同步。隔离单元34′也存在于耦合级34的输入处，以便在某些操作条件下将第一电压域4与第二电压域6隔离。
详细地，软断电过程级32被配置为在第一输入处接收第一控制信号SPD1，作为其通过控制信号SC启用电压调节器8的函数。根据相同个第一控制信号SPD1，软断电过程级32还生成控制信号SISO，以禁用耦合级34的隔离单元34′(事实上，它们在深度断电条件期间是激活的)。
如前所示，第一控制信号SPD1携带上述唤醒序列，该唤醒序列确定深度断电条件与软断电条件之间的转换。
例如，在接口级30实现SPI串行接口的情况下，第一控制信号SPD1可能需要使用例如以10MHz的时钟频率执行的标准类型SPI写入操作来写入专用唤醒位。在可能的实现方式中，上述唤醒位(类似地，第一控制信号SPD1)的高逻辑值“1”可以确定从深度断电条件唤醒。
在接口级30实现I2C/I3C串行接口的情况下，第一控制信号SPD1可以采用以下序列：开始+静态地址+Nack，以用于从深度断电条件唤醒。
在这两种情况下，用于维持深度断电条件的命令可以是被设置为低逻辑电平“0”的唤醒位(类似地，第一控制信号SPD1)。
相同软断电过程级32被配置为在第二输入处通过耦合级34接收来自第二电压域6的第二控制信号SPD2。
上述第二电压域6具有相应的接口级38，例如I2C(I3C)/SPI串行类型，其耦合到输入/输出元件18(以及对应的串行总线)，以从外部(例如从应用程序或主机处理器)接收上述断电或睡眠命令，其确定返回到深度断电条件。
相同作为相同的第二控制信号SPD2的函数，软断电过程级32再次启用耦合级34的隔离单元34′(通过上述控制信号SISO)，并且还去激活电压调节器8(通过上述控制信号SC)。
如前所示，常通核芯10具有减小到最小的功能，以在深度断电条件期间最小化其面积、消耗和漏电流。为此，上述接口级30被配置为仅识别第一控制信号SPD1；第二控制信号SPD2实际上被第二电压域6的相应接口级38接收和识别。
特别地，常通核芯10的接口级30实现具有减少的功能的从接口(在I2C、I3C或SPI串行类型的示例中)，特别地，其被限制为从外部接收的上述第一控制信号SPD1的函数在内部寄存器中写入的能力，以便不降低接口时序的性能，这在读取操作期间更为关键。常通核芯10的相同接口级30不能执行任何其它写入操作，也不能执行任何读取操作。
本文讨论的各级例如是电子电路装置2的电路装置。
首先参考图5，现在描述本解决方案的进一步的实施例，该实施例提供了在微机电传感器设备1第一次通电时禁用(“绕过”)深度断电条件，以及随之发生的需要通过外部命令唤醒相同设备以进入软断电条件的可能性。
这种可能性可以是有利的，例如为了保持微机电传感器设备1与电子装置(以及对应的应用程序或主机处理器)的兼容性，这些电子装置不提供(或不可编程)用于管理上述深度断电条件与软断电条件之间的转换。
在该实施例中，如上述图5所示，常通核芯10还包括旁路级40，其介于接口级30与软断电过程级32之间，并且被配置为接收配置信号Sconf。
如将在下面详细讨论的，旁路级40可以根据上述配置信号Sconf在微机电传感器设备1通电时禁止深度断电条件的实现，该信号的值可以被设置为配置(软或深度)断电条件，该条件在将相同微机电传感器设备1通电时实现。
特别地，如果配置信号Sconf具有第一逻辑值(例如低)，则旁路级40被配置为绕过(禁止)在输入/输出元件18处接收的上述第一断电控制信号SPD1，如前所讨论，该信号用于从深度断电条件转换到软断电条件；并且将微机电传感器设备1通电时自动启用(即无需用户或应用程序或主机处理器请求命令)软断电条件。
在配置信号Sconf具有第二逻辑值(在该示例中为高值)的情况下，旁路级40被配置为对于常通核芯10的操作基本上是透明的，其操作因此对应于先前所示的操作(特别是具有在通电时自动进入深度断电条件的微机电传感器设备1，并且需要接收用于转换到软断电条件的上述第一断电控制信号SPD1)。
在一种可能的实现方式中，如该图5所示，配置信号Sconf被存储在内部不可编程只读存储器(OTP型)的第二电压域6中，用37表示，并且在第一电压域4中经由耦合级34从第二电压域6接收。该配置信号Sconf在该示例中是在微机电传感器设备1的工厂校准期间写入存储器(例如OTP型)中的配置位。
如图6所示，在微机电传感器设备1第一次通电之后(即，当提供外部供电电压VDD时)，步骤41，实现自动唤醒序列，首先例如从内部不可编程只读存储器37检索配置信号Sconf的值，步骤42。该值例如在微机电传感器设备1的测试期间的工厂校准步骤中被编程。
在该步骤42中，还执行初步的“引导”或恢复操作，其中检索微机电传感器设备1的配置和修整信息。
在示例中，在配置信号Sconf具有高逻辑值的情况下，通电时的操作类似于先前描述的操作，其中设备进入深度断电条件，步骤43，并且其中常通核芯10等待由从外部接收的第一控制信号SPD1表示的专用唤醒命令，以便进入软断电条件，步骤44.1。
在配置信号Sconf代替地具有低逻辑值的情况下，设备自动进入软断电条件，上述步骤44(因此绕过深度断电条件)。
以与先前所讨论的方式对应的方式，从该软断电条件，微机电传感器设备1可以进入激活或接通状态，如步骤45所示，其中确保完整的功能，例如用于数据采集和处理。
从该激活条件，微机电传感器设备1可以返回到软断电条件，步骤44。此外，在接收到由第二控制信号SPD2表示的专用断电或睡眠命令之后，微机电传感器设备1可以从相同软断电条件或从激活条件返回到深度断电条件(步骤43)。
参考图7A和图7B所示的时序图，还示出了关于通电时的自动序列所描述的操作。
特别地，图7A是指配置信号Sconf(例如，对应的OTP存储器位)具有低逻辑值的情况，并且在上述自动通电序列结束时，微机电传感器设备1自动进入软断电条件(因此绕过深度断电条件)。
在启用外部供电电压VDD(其中通电复位信号POR_VDD变为高状态)之后，在这种情况下，电压调节器8立即通电(控制信号SC变为低状态)，以用于随后启用由相同电压调节器生成的调节电压VREG。在恢复操作(引导)结束时，软断电条件会自动启用。
在图7B的情况下，配置信号Sconf具有高逻辑值，并且在上述自动通电序列结束时，微机电传感器设备1自动进入深度断电条件。
特别地，在启用外部供电电压VDD之后，在这种情况下，电压调节器8也立即通电，以启用调节电压VREG并执行恢复操作。
在这种情况下，配置信号Sconf的值使得自动启用深度断电条件，由此，在上述恢复操作之后，电压调节器8被断电，并且调节电压VREG被禁止。
在通过第一控制信号SPD1(如先前详细讨论的)从外部到达专用唤醒命令之后，将发生从深度断电条件的退出。
参考图8，现在描述在常通核芯10中的上述旁路级40的可能实现方式。
详细地，该旁路级40包括多路复用器元件50，其具有接收自动启用命令的第一信号输入50a；第二信号输入50b，其接收来自接口级30的上述第一控制信号SPD1；以及选择输入50c。
特别地，该自动启用命令具有这样的值，即自动启用软断电过程级32；在所讨论的示例中，该值对应于高逻辑值“1”。
旁路级40还包括逻辑模块52，其在输入处接收来自耦合级34的上述配置信号Sconf，并且被配置为根据相同配置信号Sconf生成用于多路复用器元件50的选择输入50c的选择信号SSEL。
详细地，该逻辑模块52包括第一时钟门单元54和第二时钟门单元55(即，用于定时信号的选择性供应)。
第一时钟门单元54具有耦合到耦合级34的输出的启用输入(由E指示)。
该第一时钟门单元54因此接收配置信号Sconf，并且根据该配置信号Sconf的值在输出处(由G指示)选择性地提供在输入处接收的时钟信号CK。该时钟信号CK由微机电传感器设备1的系统振荡器生成，例如在40kHz操作，并且确定相同微机电传感器设备1的电子电路装置2的数字部分2a的定时。
第二时钟门单元55在相应的启用输入处接收门控信号SG，并且根据该门控信号SG的值在输出端选择性地提供在输入处接收的时钟信号CK。
逻辑模块52还包括彼此级联连接的第一顺序存储器元件56和第二顺序存储器元件57，特别是具有分别接收上述通电复位信号POR_VDD的清除和设置异步输入的D型触发器。
特别地，第一顺序存储器元件56具有连接到第一时钟门单元54的输出的时钟输入、接收高逻辑值(“1”)的D输入和接收上述通电复位信号POR_VDD的清除异步输入(CR)。
第二顺序存储器元件57具有连接到第二时钟门单元55的输出的时钟输入、连接到第一顺序存储器元件56的Q输出的D输入以及接收上述通电复位信号POR_VDD的设置异步输入(S)。该第二顺序存储器元件57的Q输出为多路复用器元件50的选择输入50c提供上述选择信号SSEL。
逻辑模块52还包括：计数器元件58，接收时钟信号CK和通电复位信号POR_VDD，并且在输出处生成计数信号；以及组合逻辑块59，其接收来自计数器元件58的该计数信号以及来自耦合级34的配置信号Sconf，并且基于这些信号生成用于第二时钟门单元55的上述门控信号SG。
在操作期间，在将微机电传感器设备1通电时，常通核芯10由外部电压VDD供电，并且当供电变得稳定时，通电复位信号POR_VDD随着供电而上升，达到高逻辑值“1”。
在该阶段中，由于通电复位信号POR_VDD(提供给设置输入)，第二顺序存储器元件57具有在“1”处的Q输出，而再次由于通电复位信号POR_VDD(在这种情况下提供给清除输入)，第一顺序存储器元件56具有在“0”处的Q输出。
如前所示，第二顺序存储器元件57的输出为多路复用器元件50的选择输入50c提供选择信号SSEL。该选择信号SSEL的高逻辑值被保持直到通电复位动作完成，以便避免软断电过程可能在供电变得稳定之前开始。
一旦用于供电的稳定和所有时序逻辑的复位的通电复位阶段已经完成，则计数器元件58(其已经到达计数的末尾)启用第二时钟门单元55；因此，第一顺序存储器元件56的Q输出上的逻辑“0”被转移(“重新锁存”)到第二顺序存储器元件57上，从而将多路复用器元件50的选择信号SSEL修改为低逻辑值。
该低逻辑值将第一信号输入50a耦合到输出，从而允许自动启用命令(具有高逻辑值“1”)传递到输出。
以这种方式，由接口级30解码的唤醒命令(第一控制信号SPD1)被绕过，并且软断电过程级32被启用，以自动实现软断电过程，其提供电压调节器8的通电和第二电压域6的供电。
一旦第二电压域6被供电，自动通电序列就提供从内部不可编程存储器(OTP)检索配置和微调信息，其中还存在上述配置信号Sconf的位。
在恢复序列结束时，该位通过耦合级34(以及对应的电平和同步移位器元件)从第二电压域6转移到第一电压域4。
如果该配置信号Sconf的逻辑值为低(“0”)，则逻辑模块52的组合逻辑块59不被激活，并且因此保持软断电条件(如所讨论的，其随后可以演变为正常或数据采集条件)。
相反，如果该配置信号Sconf的逻辑值为高(“1”)，则组合逻辑块59被激活，并且第一时钟门单元54被启用。
然后，第一顺序存储器元件56的D输入上的逻辑值“1”首先被转移到第二顺序存储器元件57的D输入，然后被转移到Q输出，从而将多路复用器元件50的选择信号SSEL的值修改为高逻辑值。
该高逻辑值将多路复用器元件50的第二输入50b耦合到输出，使得来自接口级30的第一控制信号SPD1被允许朝向输出传递。
该第一控制信号SPD1的值最初处于低逻辑值，因为没有用户的或来自应用程序或主机处理器的唤醒命令。
因此，不接收唤醒命令的解码的软断电过程级32禁用电压调节器8，使得系统进入深度断电条件，等待接收上述唤醒命令(通过第一命令信号SPD1，如先前详细讨论的)。
从前面的描述中清楚地看到所提出的解决方案的优点。
在任何情况下，要强调的是，引入常通核芯10的控制逻辑，以实现第一(深度)断电条件以及在相同的深度断电条件与不同的第二(软)断电条件之间的转换，允许减少微机电传感器设备1的功耗，特别是由于在非激活条件下的漏电流引起的功耗。
例如，本申请人进行的测试和模拟表明，与软断电条件下的一些A(例如约2μA)的功耗相比，在深度断电条件下获得几十nA(例如大约20nA)量级的功耗，因此降低了两个数量级的可能性。
此外，所描述的解决方案提供了关于供电域的管理的不需要用户或主机应用的任何额外干预的自动方法。
相同解决方案有利地完全嵌入微机电传感器设备1中，而不需要相同微机电传感器设备1外部的元件，例如供电管理开关。
此外，设想在常通核芯10中存在旁路级40的实施例是有利的，允许在微机电传感器设备1的第一次通电时配置断电条件管理模式(在深度断电条件与软断电条件之间)的可能性。
特别地，通过配置信号Sconf(例如在制造步骤期间被存储在存储器中的位，例如OTP型存储器)，根据微机电传感器设备1所针对的市场，基本上可以具有带有不同消耗范围的两种操作模式。
该解决方案允许微机电传感器设备1的电子电路装置2与不同的解决方案和应用完全兼容，例如与不提供从外部提供唤醒命令以用于从深度断电条件转换到软断电条件的可能性的解决方案完全兼容。
例如，在期望优先减少消耗的情况下(例如在可穿戴应用的情况下)，该解决方案允许将常通核芯10配置为(例如在EWS-电晶片分拣-步骤期间)在第一次通电时自动激活深度断电条件；和/或，在期望优先考虑响应速度的情况下(例如在移动应用的情况下)，常通核芯10被配置为在第一次通电时自动激活软断电条件。
通常，所描述的解决方案因此特别有利于在由电池供电的期望特别低功耗的应用中使用，诸如，例如在移动电子装置中，特别是在可穿戴或可听装置中，诸如电子手表或表带或手镯、耳机、智能隐形眼镜、智能笔等。
在这方面，图9示意性地示出了由电池62供电的电子装置60，特别是移动或可穿戴类型的电子装置。
电子装置60包括主控制单元64(代表上述应用程序或主机处理器)，该主控制单元可操作地耦合到微机电传感器设备1，并且被配置为向供电管理核芯10提供供电管理指令(以上述第一控制信号SPD1和第二控制信号SPD2的形式)。
相同微机电传感器设备1包括电子电路装置2以及与其相关联的微机电检测结构66。
最后，显然在不脱离本公开的范围的情况下，可以对本文所描述和示出的内容进行修改和变化。
特别地，要强调的是，在输入/输出元件18处接收的上述第一断电控制信号SPD1可以可替代地是中断信号，相同输入/输出单元18例如与微机电传感器设备1的全局输入/输出端子相关联。
在这种情况下，上述中断信号的特定值，例如高逻辑值“1”，可能需要从深度断电条件转换到软断电条件。
此种解决方案可以有利地允许实现多个微机电传感器设备的级联连接，涉及单个应用程序或主机处理器，其可以提供第一中断信号，在这种情况下，该第一中断信号可以被重新传输到随后的级联连接的设备。
一种微机电传感器设备(1)，可以概括为包括检测结构(66)和相关联的电子电路装置(2)；其中所述电子电路装置(2)被配置为当所述微机电传感器设备(1)被供电时，接收外部供电电压(VDD)，并且包括电压调节器(8)和由调节电压(VREG)供电的至少一个电压域(6)，所述电压调节器被配置为生成具有不同于所述外部供电电压(VDD)的值的所述调节电压(VREG)，其中所述电子电路装置(2)包括供电管理核芯(10)，其始终由所述外部供电电压(VDD)供电，并且被配置为控制所述电压调节器(8)选择性地中断所述电压域(6)的供电以实现：所述微机电传感器设备(1)的第一断电条件，其中禁用所述电压调节器(8)；以及所述微机电传感器设备(1)的第二断电条件，其中启用所述电压调节器(8)以通过所述调节电压(VREG)向所述电压域(6)供电，所述第一断电条件与所述第二断电条件与所述微机电传感器设备(1)没有数据采集和/或处理相关联，其中所述供电管理核芯(10)被配置为根据配置信号(Sconf)在所述微机电传感器设备(1)的第一次通电时自动地、可替代地启用所述第一断电条件或所述第二断电条件。
电子电路装置(2)可以包括数字部分(2a)和模拟部分(2b)，所述数字部分(2a)包括所述供电管理核芯(10)和所述电压域(6)；并且其中在所述第一断电条件期间，所述供电管理核芯(10)是所述电子电路装置(2)的所述数字部分(2a)的唯一被供电的部分。
配置信号(Sconf)可以被存储在所述电子电路装置(2)内部的不可编程只读存储器(37)中；并且其中所述供电管理核芯(10)被配置为在所述第一次通电之后从所述不可编程只读存储器(37)接收所述配置信号(Sconf)。
供电管理核芯(10)可以包括控制逻辑，其包括：接口级(30)，其被配置为从所述微机电传感器设备(1)的外部接收第一断电控制信号(SPD1)；以及断电过程级(32)，其被配置为根据所述第一断电控制信号(SPD1)生成用于所述电压调节器(8)的控制信号(SC)。
断电过程级(32)可以被配置为，当由所述第一控制信号(SPD1)启用时，管理所述微机电传感器设备(1)的所述第一断电条件与所述第二断电条件之间的转换。
供电管理核芯(10)可以还包括旁路级(40)，其介于接口级(30)和断电过程级(32)之间，并且被配置为接收配置信号(Sconf)，并且作为所述配置信号(Sconf)的函数，绕过所述第一控制信号(SPD1)以用于在所述微机电传感器设备(1)通电时自动启用所述第二断电条件。
旁路级(40)可以包括多路复用器元件(50)，其具有用于接收自动启用命令的第一信号输入(50a)；用于从接口级(30)接收所述第一控制信号(SPD1)的第二信号输入(50b)；连接到所述断电过程级(32)的输出；选择输入(50c)，其用于接收选择信号(SSEL)，以可替代地将所述第一控制信号(SPD1)或所述自动启用命令传递到输出；其中所述自动启用命令被配置为自动启用所述断电过程级(32)以用于所述微机电传感器设备(1)的所述第一断电条件与所述第二断电条件之间的转换。
旁路级(40)可以还包括逻辑模块(52)，其被配置为在输入处接收所述配置信号(Sconf)，并且根据所述配置信号(Sconf)生成所述选择信号(SSEL)。
供电管理核芯(10)可以包括耦合级(34)，其介于所述电压域(6)与所述断电过程级(32)之间，并且被配置为在所述微机电传感器设备(1)的第一次通电之后从所述电压域(6)接收所述配置信号(Sconf)。
在所述第一次通电之后，所述电压调节器(8)可以被自动启用以向所述电压域(6)提供所述调节电压(VREG)。
供电管理核芯(10)可以被配置为接收第二断电控制信号(SPD2)，并且根据所述第二控制信号(SPD2)再次启用所述第一断电条件。
电压域(6)可以包括自身接口级(38)，其被配置为从所述微机电传感器设备(1)外部接收供电管理指令，并且根据所述供电管理指令向所述供电管理核芯(10)提供所述第二断电控制信号(SPD2)。
电压域(6)可以包括由所述调节电压(VREG)供电的数字资源，所述数字资源被划分为多个子域(12)，这些子域彼此不同并且在通电或断电时可以由开关控制逻辑(15)选择性地控制；其中在所述第二断电条件期间，所述开关控制逻辑(15)被配置为中断所述子域(12)中的一个或多个子域的供电，以减少所述微机电传感器设备(1)的功耗。
一种移动或可穿戴型的电子装置(60)，可以概括为包括电池(62)、控制单元(64)和根据前述实施例中任一个的微机电传感器设备(1)；其中所述电池(62)被配置为生成所述外部供电电压(VDD)，并且所述控制单元(64)被配置成生成用于所述供电管理核芯(10)的供电管理指令。
一种用于微机电传感器设备(1)的供电管理方法可以概括为包括检测结构(66)和相关联的电子电路装置(2)；其中所述电子电路装置(2)被配置为当所述微机电传感器设备(1)被供电时，接收外部供电电压(VDD)，并且包括电压调节器(8)和由调节电压(VREG)供电的至少一个电压域(6)，所述电压调节器被配置为生成具有不同于所述外部供电电压(VDD)的值的所述调节电压(VREG)，所述方法包括控制所述电压调节器(8)选择性地中断所述电压域(6)的供电以实现：所述微机电传感器设备(1)的第一断电条件，其中禁用所述电压调节器(8)；以及所述微机电传感器设备(1)的第二断电条件，其中启用所述电压调节器(8)以通过所述调节电压(VREG)向所述电压域(6)供电，所述第一断电条件与所述第二断电条件与所述微机电传感器设备(1)没有数据采集和/或处理相关联，还包括根据配置信号(Sconf)在所述微机电传感器设备(1)的第一次通电时自动地、可替代地启用所述第一断电条件或所述第二断电条件。
配置信号(Sconf)可以被存储在所述电子电路装置(2)内部的不可编程只读存储器(37)中；还包括，在所述第一次通电之后，从所述不可编程只读存储器(37)读取所述配置信号(Sconf)。
该方法可以包括从所述微机电传感器设备(1)外部接收第一断电控制信号(SPD1)；并且作为所述第一控制信号(SPD1)的函数，管理所述微机电传感器设备(1)的所述第一断电条件与所述第二断电条件之间的转换。
该方法可以包括在所述第一次通电之后并且作为所述配置信号(Sconf)的函数，可替代地：自动实现所述第一断电条件，并然后等待所述第一控制信号(SPD1)以实现在所述第一断电条件与所述第二断电条件之间的所述转换；或者绕过所述第一控制信号(SPD1)以用于自动启用所述第二断电条件，而不需要接收所述第一控制信号(SPD1)。
该方法可以还包括接收第二断电控制信号(SPD2)，并且根据所述第二控制信号(SPD2)再次启用所述第一断电条件。
上述各种实施例可以被组合以提供进一步的实施例。可以根据以上详细描述对实施例进行这些和其他改变。一般来说，在所附权利要求中，所使用的术语不应被解释为将权利要求限制于说明书和权利要求中公开的特定实施例，而应被解释为包括所有可能的实施例以及此类权利要求所享有的等同形式的全部范围。因此，权利要求不受本公开的限制。
Claims (20)
1.一种微机电传感器设备，包括：
检测结构；以及
耦合到所述检测结构的电子电路装置，所述电子电路装置被配置为在所述微机电传感器设备被供电的情况下接收外部供电电压，所述电子电路装置包括：
电压调节器，被配置为生成具有不同于所述外部供电电压的值的调节电压；
由所述调节电压供电的至少一个电压域；
供电管理核芯，被配置为在所述微机电传感器设备被供电的情况下始终由所述外部供电电压供电，并且被配置为控制所述电压调节器选择性地中断所述至少一个电压域的供电，以实现：
所述微机电传感器设备的第一断电条件，其中所述电压调节器被禁用；以及
所述微机电传感器设备的第二断电条件，其中所述电压调节器被启用，以使用所述调节电压向所述至少一个电压域供电，所述第一断电条件和所述第二断电条件与所述微机电传感器设备没有进行数据采集或处理相关联，
所述供电管理核芯被配置为根据配置信号在所述微机电传感器设备的第一次通电时，自动地、交替地启用所述第一断电条件或所述第二断电条件。
2.根据权利要求1所述的微机电传感器设备，
其中所述电子电路装置包括数字部分和模拟部分，所述数字部分包括所述供电管理核芯和所述至少一个电压域；并且
其中在所述第一断电条件期间，所述供电管理核芯是所述电子电路装置的所述数字部分的唯一被供电的部分。
3.根据权利要求1所述的微机电传感器设备，
其中所述电子电路装置包括不可编程只读存储器；
其中所述配置信号被存储在所述不可编程只读存储器中；并且
其中所述供电管理核芯被配置为在所述第一次通电之后从所述不可编程只读存储器接收所述配置信号。
4.根据权利要求1所述的微机电传感器设备，其中所述供电管理核芯包括控制逻辑，所述控制逻辑包括：
接口级，被配置为从所述微机电传感器设备外部接收第一断电控制信号；以及
断电过程级，被配置为根据所述第一断电控制信号生成用于所述电压调节器的控制信号。
5.根据权利要求4所述的微机电传感器设备，其中所述断电过程级被配置为：响应于被所述第一断电控制信号启动，管理所述微机电传感器设备的所述第一断电条件与所述第二断电条件之间的转换。
6.根据权利要求5所述的微机电传感器设备，其中所述供电管理核芯包括：
旁路级，介于所述接口级与所述断电过程级之间，被配置为接收所述配置信号，并且被配置为根据所述配置信号绕过所述第一断电控制信号，以用于在所述微机电传感器设备通电时自动启用所述第二断电条件。
7.根据权利要求6所述的微机电传感器设备，
其中所述旁路级包括：
多路复用器元件，具有被配置为接收自动启用命令的第一信号输入；
第二信号输入，被配置为从所述接口级接收所述第一断电控制信号；
输出，连接到所述断电过程级；
选择输入，被配置为接收选择信号，以将所述第一断电控制信号或所述自动启用命令交替地传递到所述输出；并且
其中所述自动启用命令被配置为自动地启用所述断电过程级，以用于所述微机电传感器设备的所述第一断电条件与所述第二断电条件之间的所述转换。
8.根据权利要求7所述的微机电传感器设备，其中所述旁路级包括逻辑模块，所述逻辑模块被配置为：在输入处接收所述配置信号，并且根据所述配置信息生成所述选择信号。
9.根据权利要求4所述的微机电传感器设备，其中所述供电管理核芯包括：
耦合级，介于所述至少一个电压域与所述断电过程级之间，并且被配置为在所述微机电传感器设备的所述第一次通电之后，从所述至少一个电压域接收所述配置信号。
10.根据权利要求9所述的微机电传感器设备，其中在所述第一次通电之后，所述电压调节器被自动地启用，以向所述电压域提供所述调节电压。
11.根据权利要求1所述的微机电传感器设备，其中所述供电管理核芯被配置为接收第二断电控制信号，并且根据所述第二断电控制信号启用所述第一断电条件。
12.根据权利要求11所述的微机电传感器设备，其中所述至少一个电压域包括自身接口级，所述接口级被配置为从所述微机电传感器设备外部接收供电管理指令，并且根据所述供电管理指令向所述供电管理核芯提供所述第二断电控制信号。
13.根据权利要求1所述的微机电传感器设备，
其中所述至少一个电压域包括由所述调节电压供电并且被划分为多个子域的数字资源，所述多个子域彼此不同并且在通电或断电时能够由开关控制逻辑选择性地控制；并且
其中，在所述第二断电条件期间，所述开关控制逻辑被配置为中断所述子域中的一个或多个子域的供电，以减少所述微机电传感器设备的功耗。
14.一种电子装置，包括：
电池，被配置为生成外部供电电压；
微机电传感器设备，包括：
检测结构；以及
耦合到所述检测结构的电子电路装置，所述电子电路装置被配置为在所述微机电传感器设备被供电的情况下接收所述外部供电电压，所述电子电路装置包括：
电压调节器，被配置为生成具有不同于所述外部供电电压的值的调节电压；
由所述调节电压供电的至少一个电压域；
供电管理核芯，被配置为在所述微机电传感器设备被供电的情况下始终是由所述外部供电电压供电，并且被配置为控制所述电压调节器选择性地中断所述至少一个电压域的所述供电，以实现：
所述微机电传感器设备的第一断电条件，其中所述电压调节器被禁用；以及
所述微机电传感器设备的第二断电条件，其中所述电压调节器被启用，以使用所述调节电压向所述至少一个电压域供电，所述第一断电条件和所述第二断电条件与所述微机电传感器设备没有进行数据采集或处理相关联，
所述供电管理核芯被配置为根据配置信号在所述微机电传感器设备的第一次通电时，自动地、交替地启用所述第一断电条件或所述第二断电条件；以及
控制单元，被配置为生成用于所述供电管理核芯的供电管理指令。
15.根据权利要求14所述的电子装置，其中所述电子装置是移动或可穿戴型的电子装置。
16.一种供电管理方法，包括：
在微机电传感器设备被供电的情况下，由所述微机电传感器设备的电子电路装置接收外部供电电压，所述微机电传感器器件包括耦合到所述电子电路装置的检测结构，所述电子电路装置包括电压调节器、至少一个电压域和供电管理核芯；
由所述电压调节器生成具有不同于所述外部供电电压的值的调节电压；
由所述电压调节器使用所述调节电压向所述至少一个电压域供电；
由所述供电管理核芯控制所述电压调节器选择性地中断所述至少一个电压域的供电，以实现：
所述微机电传感器设备的第一断电条件，其中所述电压调节器被禁用；以及
所述微机电传感器设备的第二断电条件，其中所述电压调节器被启用，以使用所述调节电压向所述至少一个电压域供电，所述第一断电条件和所述第二断电条件与所述微机电传感器设备没有进行数据采集或处理相关联；并且
根据配置信号，在所述微机电传感器设备的第一次通电时，由所述供电管理核芯自动地、交替地启用所述第一断电条件或所述第二断电条件。
17.根据权利要求16所述的方法，
其中所述配置信号被存储在所述电子电路装置内部的不可编程只读存储器中；并且
其中所述方法包括在所述第一次通电之后，由所述供电管理核芯从所述不可编程只读存储器读取所述配置信号。
18.根据权利要求16所述的方法，还包括：
由所述供电管理核芯并且从所述微机电传感器设备外部接收第一断电控制信号；并且
由所述供电管理核芯并且根据所述第一断电控制信号，管理所述微机电传感器设备的所述第一断电条件与所述第二断电条件之间的转换。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括：
在所述第一次通电之后并且根据所述配置信号：
由所述供电管理核芯自动地实现所述第一断电条件，并且等待所述第一断电控制信号，以实现所述第一断电条件与所述第二断电条件之间的转换；或者
由所述供电管理核芯绕过所述第一断电控制信号以用于自动启用所述第二断电条件，而不需要接收所述第一断电控制信号。
20.根据权利要求16所述的方法，还包括：
由所述供电管理核芯接收第二断电控制信号；并且
由所述供电管理核芯根据所述第二断电控制信号启用所述第一断电条件。
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