DE102015223785B4

DE102015223785B4 - System und Verfahren für ein Energiemanagement

Info

Publication number: DE102015223785B4
Application number: DE102015223785.0A
Authority: DE
Inventors: Olivier Girard; Daniele Giorgetti; Joao Paulo Trierveiler Martins; Philip Todd
Original assignee: Dialog Semiconductor UK Ltd
Current assignee: Dialog Semiconductor UK Ltd
Priority date: 2015-11-30
Filing date: 2015-11-30
Publication date: 2017-10-26
Anticipated expiration: 2035-12-01
Also published as: DE102015223785A1; US10241551B2; US20170153680A1

Abstract

Verteiltes Energiemanagementsystem, das umfasst: eine integrierte Master-Energiemanagementschaltung, Master-PMIC, die konfiguriert ist, ein Teilsystem einer elektronischen Vorrichtung basierend auf einem gegenwärtigen Zustand eines endlichen Master-Zustandsautomaten, Master-FSM, der durch die Master-PMIC ausgeführt wird, mit Energie zu versorgen; und eine integrierte Slave-Energiemanagementschaltung, Slave-PMIC, die konfiguriert ist, einen endlichen Slave-Zustandsautomaten, Slave-FSM, auszuführen, wobei der Slave-FSM Ankerzustände aufweist, in denen der Slave-FSM mit dem Master-FSM synchronisiert ist; wobei die Master-PMIC konfiguriert ist, Synchronisationsinformationen, die einen Zustand des Master-FSM und/oder einen Zustandsübergang des Master-FSM und/oder ein Ausgangssignal, das durch den Master-FSM erzeugt wird, angeben, zu der Slave-PMIC zu senden; wobei die Slave-PMIC konfiguriert ist, basierend auf dem gegenwärtigen Zustand des Master-FSM ein weiteres Teilsystem der elektronischen Vorrichtung mit Energie zu versorgen, falls der gegenwärtige Zustand des Slave-FSM ein Ankerzustand ist; und wobei die Slave-PMIC konfiguriert ist, in einer Initialisierungsphase das weitere Teilsystem der elektronischen Vorrichtung unabhängig vom gegenwärtigen Zustand des Master-FSM mit Energie zu versorgen und bei Erreichen eines Ankerzustands Synchronisationsprozeduren mit der Master-PMIC durchzuführen.

Description

Technisches Gebiet
Dieses Dokument bezieht sich auf ein System und Verfahren für ein Energiemanagement. Insbesondere bezieht sich das Dokument auf ein Energiemanagementsystem, das integrierte Energiemanagementschaltungen, PMICs, zur Energieversorgung mehrerer Teilsysteme einer elektronischen Vorrichtung umfasst.
Hintergrund
Eine integrierte Energiemanagementschaltung, PMIC, ist eine Energieversorgungsvorrichtung zur Energieversorgung unterschiedlicher Teilsysteme einer elektronischen Vorrichtung. Im Allgemeinen steuert die PMIC den Energiefluss von einer Energiequelle (wie z. B. einem Steckerladegerät, einer Batterie oder einem Superkondensator) zu den jeweiligen Teilsystemen. Hierbei ist es die Aufgabe einer PMIC, die Anforderungen an Spannung und Strom der Teilsysteme zu erfüllen oder den Gesamtenergieverbrauch der elektronischen Vorrichtung zu reduzieren. Die PMIC kann z. B. Spannungsregulierer oder Überstromdetektoren zum Schützen sowohl des einzelnen Teilsystems als auch der PMIC selbst umfassen.
Beispiele für Teilsysteme einer elektronischen Vorrichtung, die durch eine PMIC versorgt werden können, enthalten z. B. Verarbeitungseinheiten wie Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren, DSP, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen, ASICs, im Feld programmierbare Gatteranordnungen, FPGAs, Speichereinheiten wie flüchtige oder nichtflüchtige Speichereinheiten, Eingabe/Ausgabe-Vorrichtungen wie z. B. berührungssensitive Anzeigevorrichtungen, Batterie-Ladegeräte, Anzeigeteilsysteme z. B. für LCD-Anzeige-Hintergrundbeleuchtung, LEDs, drahtlose Funkgeräte, Sensoreinheiten wie z. B. Beschleunigungssensoren oder Temperatursensoren oder Digitalkameras.
Die PMIC ist vollständig autonom. Sie ist typischerweise die erste Systemvorrichtung, die angeschaltet wird, und die letzte Vorrichtung, die abgeschaltet wird. Konfigurationsdaten der PMIC können in einem nichtflüchtigen Speicher gehalten werden. Die PMIC kann als Energieversorgung für alle Teilsysteme einer elektronischen Vorrichtung dienen. Zu diesem Zweck können PMICs endliche Zustandsautomaten zum Steuern der Energiezustände des Teilsystems ausführen und typischerweise Energiezustandssteuerungsschaltungsanordnung zum Sequentialisieren von Anschalten und Abschalten und Überwachen des Systemstatus enthalten. Mehrere aktive Energiezustände können existieren. Basierend auf externen oder internen Triggern kann die PMIC sequentielle Energiesequenzieren und Übergänge zwischen unterschiedlichen Energiezuständen steuern.
Die Systemüberwachungsfunktion einer PMIC kann Spannungs-, Strom- und Temperaturüberwachung enthalten. Zusätzlich kann die Systemstatusüberwachung Nachverarbeitungsfunktionalität enthalten wie z. B. Umsetzung und Aggregation von Analog/Digital-Umsetzungs-Abtastpunkten, ADC-Abtastpunkten, über eine Zeitspanne. Mit anderen Worten kann. die PMIC einen Verlauf über neueste Werte des Systemstatus halten, und die Energieversorgung für ein Teilsystem kann auf diesem Verlauf basieren. Aus der WO 2014/195341 A1 ist ein Verfahren zur Synchronisierung eines ersten Zustandsautomaten mit einem zweiten Zustandsautomaten bekannt. Der erste Zustandsautomat und eine erste Power Management Unit PMU sind auf einer ersten Integrierten Schaltung angeordnet, und der zweite Zustandsautomat und eine zweite PMU sind auf einer zweiten Integrierten Schaltung angeordnet. Die Zustandsautomaten sind dazu ausgebildet, den Start-Up bzw. den Shut-Down der jeweiligen Integrierten Schaltung zu kontrollieren. Die Synchronisierung wird beispielswiese durch eine zusätzliche Synchronisierungseinheit ermöglicht. US 2015/0220123 A1 beschreibt eine Energiemanagementschaltung PMIC mit einem endlichen Zustandsautomaten, der ein digitales Befehlssignal, ein Clocksignal und ein Resetsignal empfängt. Eine Vielzahl von Diagnose-Register speichert einen Signalzustand des digitalen Befehlssignals oder ein Clockzustand des Clocksignals abhängig vom Signalwert des Resetsignals. US2004/0172603 A1 beschreibt ein Entwurfswerkzeug für den Entwurf und die Verifikation einer Spannungsversorgung mit mehreren Ausgängen. US2012/080945 A1 beschreibt einen endlichen Zustandsautomaten, der den zeitlichen Zugriff auf ein induktives Element zwischen einem Buck-Konverter einerseits und einem Boost-Konverter andererseits regelt.
Zusammenfassung
Die durch die unabhängigen Ansprüche definierte Erfindung betrifft das Bereitstellen einer effizienten Initialisierung eines verteilten Energiemanagementsystems. Die abhängigen Ansprüche beschreiben vorteilhafte Weiterbildungen. Die vorliegende Offenbarung schafft ein verteiltes Energiemanagementsystem, das eine integrierte Master-Energiemanagementschaltung, Master-PMIC, und eine integrierte Slave-Energiemanagementschaltung, Slave-PMIC, umfasst. Die Master-PMIC ist konfiguriert, ein Teilsystem einer elektronischen Vorrichtung mit Energie zu versorgen basierend auf einem gegenwärtigen (oder aktuellen) Zustand eines endlichen Master-Zustandsautomaten, Master-FSM, der durch die Master-PMIC ausgeführt wird. Um die folgende Beschreibung zu vereinfachen, ist das Teilsystem, das durch die Master-PMIC mit Energie versorgt wird, als Master-Teilsystem bezeichnet. Andererseits ist die Slave-PMIC konfiguriert, einen endlichen Slave-Zustandsautomaten, Slave-FSM, auszuführen und ein weiteres Teilsystem der elektronischen Vorrichtung mit Energie zu versorgen basierend auf dem gegenwärtigen (oder aktuellen) Zustand des Master-FSM. Das Teilsystem, das durch den Slave-PMIC mit Energie versorgt wird, ist als das Slave-Teilsystem bezeichnet. Das Master-Teilsystem kann von dem Slave-Teilsystem verschieden sein. Insbesondere können die Vorrichtungen, die zu dem Master-Teilsystem gehören, und die Vorrichtungen, die zu dem Slave-Teilsystem gehören, unzusammenhängende Gruppen von Vorrichtungen sein. Es können mehrere Master-Teilsysteme, d. h. Teilsysteme, die durch die Master-PMIC mit Energie versorgt werden, vorhanden sein. Ähnlich können mehrere Slave-Teilsysteme, d. h. Teilsysteme, die durch die Slave-PMIC mit Energie versorgt werden, vorhanden sein.
Obwohl der Slave-FSM auf der Slave-PMIC läuft, basiert die Energieversorgung für das Slave-Teilsystem primär auf dem aktuellen Zustand des Master-FSM. Dieses Verhalten der Slave-PMIC wird durch Synchronisieren der Art und Weise, wie die Master-PMIC und die Slave-PMIC die verschiedenen Teilsysteme mit Energie versorgen, ermöglicht. Zum Synchronisieren dieses Betriebs beider PMICs ist die Master-PMIC konfiguriert, Synchronisationsinformationen, die ein Eingangssignal des Master-FSM und/oder einen Zustand des Master-FSM und/oder einen Zustandsübergang des Master-FSM und/oder ein Ausgangssignal, das durch den Master-FSM erzeugt wird, angeben, zu der Slave-PMIC zu senden.
Die elektronische Vorrichtung kann z. B. ein Mobiltelefon, ein Smartphone, ein persönlicher digitaler Assistent, PDA, ein Tablet-PC, ein Laptop-PC oder irgendeine andere Art einer tragbaren oder nicht tragbaren elektronischen Vorrichtung sein. Wie bereits in der Einleitung diskutiert können die Teilsysteme mehrere interne Spannungen aufweisen und können in unterschiedlichen Energiezuständen sein. Das Teilsystem wird durch die jeweilige PMIC mit elektrischer Energie versorgt, z. B. mittels Spannungsumsetzung, Energiesequenzierung, dynamischer Spannungs- und/oder Frequenzskalierung usw. In dem Fall, in dem ein Teilsystem eine Batterie umfasst, kann die jeweilige PMIC auch konfiguriert sein, den Ladeprozess der Batterie zu steuern.
In dem beschriebenen Energiemanagementsystem führen die zwei PMICs ihre Funktion so aus, als ob sie eine einzige PMIC wären. Jede PMIC weist ihre eigene Zustandssteuerungsschaltungsanordnung auf, die den/die jeweilige/n FSM und sequentielle Energieverteilung implementiert, und der Betrieb beider PMICs wird synchronisiert. Die Synchronisation kann durch direktes Senden von Synchronisationsinformationen, die ein oder mehrere Ausgangsignale des Master-FSM, der auf der Master-PMIC läuft, angeben, zu der Slave-PMIC erreicht werden. In diesem Szenario ignoriert/umgeht die Slave-PMIC den Slave-FSM, der auf ihren lokalen Zustandssteuerungsschaltungsanordnungen läuft, und verfolgt/folgt die/den Ausgangssignalen, die von der Master-PMIC empfangen werden. In diesem Szenario behandelt die Slave-PMIC die empfangenen Synchronisationsinformationen als Befehle von der Master-PMIC.
Alternativ kann die Slave-PMIC konfiguriert sein, basierend auf den empfangenen Synchronisationsinformationen die Ausführung des Slave-FSM mit dem Master-FSM zu synchronisieren und das Slave-Teilsystem basierend auf einem aktuellen Zustand des Slave-FSM mit Energie zu versorgen. Mit anderen Worten kann die Slave-PMIC ihre eigene Kopie des Master-FSM mit Hilfe des empfangenen Synchronisationssignals synchronisiert halten. Anders ausgedrückt ist der Zustand des Master-FSM auf dem Slave-FSM gespiegelt. Zu diesem Zweck kann das Synchronisationssignal Informationen enthalten, die z. B. ein Eingangssignal, einen Zustand oder Zustandsübergang des Master-FSM angeben.
Es wird darauf hingewiesen, dass der Master-FSM und der Slave-FSM nicht identisch sein müssen. Es ist ausreichend, dass beide FSMs eine Menge gemeinsamer Zustände aufweisen, die sowohl auf dem Master-FSM als auch auf dem Slave-FSM vorhanden sind. Außerdem müssen nicht alle Zustande aus der Menge gemeinsamer Zustände zwischen dem Master-FSM und dem Slave-FSM synchronisiert sein. Stattdessen kann nur eine Menge sogenannter Ankerzustände synchronisiert sein, während die verbleibenden Zustände unabhängig ausgeführt werden, ohne synchronisiert zu sein. Beispielsweise können die FSMs nicht synchronisiert sein, während sie sich in einem Initialisierungszustand, einem Anlaufzustand, einem Abschaltzustand oder einem Fehlerzustand befinden. Umgekehrt können FSMs in einem Anschaltzustand synchronisiert sein, der z. B. zwischen einem ersten Energiezustand und einem zweiten Energiezustand schaltet.
Wenn die sich mit Energie versorgten Teilsysteme physikalisch weit voneinander entfernt befinden, kann es wünschenswert sein, die PMIC-Funktion in mehrere integrierte Schaltungen aufzuspalten. Das vorgeschlagene verteilte Energiemanagementsystem ermöglicht es, dass zwei oder mehr PMICs in der Nähe ihrer jeweiligen Teilsysteme positioniert sein können. Somit können sowohl die Energieversorgungsleiterlängen als auch die Routing-Überlast reduziert sein. In jedem Fall erscheint das verteile Energiemanagementsystem, das die Master-PMIC und eine oder mehrere Slave-PMICs umfasst, für einen externen Betrachter, z. B. ein Host-System, als eine einzige integrierte PMIC.
Jede aus der Master-PMIC und der Slave-PMIC kann die erste sein, die angeschaltet wird. Jede PMIC kann fähig sein, sich selbst zu initialisieren und die Kommunikation mit der anderen PMIC zu initiieren. Die Initialisierungsphasen der Master-PMIC und der Slave-PMIC können voneinander unabhängig sein und können durch den jeweiligen lokalen FSM gesteuert sein. Die Slave-PMIC kann konfiguriert sein, eine Initialisierungsfertigstellungsnachricht, die angibt, dass die Slave-PMIC eine Initialisierungsprozedur beendet hat, zu der Master-PMIC zu senden. Außerdem kann die Master-PMIC konfiguriert sein, in Reaktion auf das Empfangen der Initialisierungsfertigstellungsnachricht eine Synchronisationsbefehlsnachricht zu der Slave-PMIC zu senden, die die Slave-PMIC anweist, das Slave-Teilsystem basierend auf dem aktuellen Zustand des Master-FSM mit Energie zu versorgen. Nachdem die Slave-PMIC die Synchronisationsbefehlsnachricht empfangen hat, kann die Energieversorgung für das Slave-Teilsystem und/oder die Ausführung des Slave-FSM durch den Master-FSM, der in der Master-PMIC läuft, gesteuert werden.
Falls das verteilte Energiemanagementsystem zwei oder mehr PMICs umfasst, kann die Master-PMIC warten, bis alle Slave-PMICs eine Initialisierungsfertigstellungsnachricht gesendet haben. Sobald eine Initialisierungsfertigstellungsnachricht von jeder Slave-PMIC empfangen worden ist, gibt die Master-PMIC eine Synchronisationsbefehlsnachricht zu allen Slave-PMICs zurück.
Die Master-PMIC kann konfiguriert sein, die Synchronisationsinformationen in Reaktion auf eine Änderung eines Eingangssignals, des Zustands oder eines Ausgangssignals des Master-FSM zu senden. Die Synchronisationsinformationen können alle Informationen umfassen, die Signale und Zustände betreffen, unabhängig davon, ob sich die jeweiligen Werte geändert haben. Optional können die Synchronisationsinformationen nur die Werte der geänderten Signale und Zustände umfassen. Die Master-PMIC kann die Synchronisationsinformationen zu allen Slave-PMICs gleichzeitig rundsenden oder die Synchronisationsinformationen individuell zu jeder Slave-PMIC senden.
Alternativ oder zusätzlich kann das verteilte Energiemanagementsystem einen Zeitgeber umfassen, und die Master-PMIC kann konfiguriert sein, ein Synchronisationssignal, das Synchronisationsinformationen umfasst, zu senden, wenn der Zeitgeber abläuft. Der Zeitgeber kann Teil der Master-PMIC oder extern zu ihr sein. Jedes Mal, wenn Synchronisationsinformationen gesendet werden, kann der Zeitgeber zurückgesetzt werden. Der Zeitgeber kann ein maximaler Zeitabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Synchronisationssignalen und somit eine enge Synchronisation zwischen Master- und Slave-PMIC garantieren.
Darüber hinaus kann die Slave-PMIC konfiguriert sein, Synchronisationsinformationen, die einen aktuellen Zustand des Slave-FSM angeben, oder Statusinformationen, die einen Status des Slave-Teilsystems, das durch die Slave-PMIC mit Energie versorgt wird, angeben, zu der Master-PMIC zu senden. Die Synchronisationsinformationen, die durch die Slave-PMIC gesendet werden, ermöglichen es, Laufzeitkonflikte, die während der Energiesequenzierung auftreten, zu lösen oder zu reduzieren. Beispielsweise können Energiesequenzen, die durch individuelle PMICs ausgeführt werden, unterschiedliche Zeiten zur Fertigstellung benötigen. In einer Zustandsverfolgungsbetriebsart, d. h. nachdem die Synchronisationsbefehlsnachricht von der Master-PMIC zu den Slave-PMICs gesendet worden ist, sind die Slave-PMICs imstande, zu der Master-PMIC zu signalisieren, dass sie ausgelastet bzw. beschäftigt sind, weil ihre Energiesequenz nicht fertiggestellt worden ist. Mit anderen Worten können die Synchronisationsinformationen, die durch die Slave-PMIC gesendet werden, als ”Warte”-Anforderung interpretiert werden, um die Master-PMIC zu informieren, dass sich der aktuelle Zustand des Master-FSM nicht ändern sollte. Eine solche Anforderung kann erforderlich sein, falls, beispielsweise während Energiesequenzierung, die Dauer einer Energiesequenz in jeder Vorrichtung unterschiedlich ist. In diesem Fall wäre es notwendig, dass die Master-PMIC in dem aktuellen Zustand bleibt, wenigstens bis alle Slave-PMICs ihre eine Sequenz fertiggestellt haben.
Andererseits ermöglicht es das Senden von Statusinformationen, die einen Status des Slave-Teilsystems betreffen, von der Slave-PMIC zu der Master-PMIC, dass die Master-PMIC die Slave-Statusinformationen als Eingangssignal(e) für den Master-FSM berücksichtigt. Die Statusinformationen können z. B. Spannungen, Ströme und/oder Temperaturen enthalten, die durch jeweilige Sensoren gemessen werden. Nachdem eine Analog/Digital-Umsetzung durch die Slave-PMIC oder einen Analog/Digital-Umsetzer, der extern zu der Slave-PMIC ist, ausgeführt worden, ist, werden die gemessenen Werte als Statusinformationen zu der Master-PMIC gesendet. Umgekehrt kann die Master-PMIC konfiguriert sein, Statusinformationen, die einen Status des Master-Teilsystems betreffen, zu der Slave-PMIC zu senden. Ferner kann das verteile Energiemanagementsystem eine zweite Slave-PMIC umfassen, die konfiguriert ist, ein zweites Slave-Teilsystem mit Energie zu versorgen, wobei die zweite Slave-PMIC oder die Master-PMIC konfiguriert ist, Statusinformationen, die einen Status des zweiten Slave-Teilsystems betreffen, zu der Slave-PMIC zu senden. Auf diese Weise ist ein Mechanismus geschaffen, der Statusinformationen, die von den unterschiedlichen Teilsystemen stammen, innerhalb des verteilten Energiemanagementsystems eng synchronisiert hält.
Zusammengefasst ermöglicht das vorgeschlagene verteilte Energiemanagementsystem gemeinsames Verwenden und Synchronisation von Zustandsinformationen der individuellen FSMs und Statusinformationen, die den Status der unterschiedlichen Teilsysteme betreffen. Jeweilige Informationen können in einer Protokollnachrichtenschicht erfasst werden. Wiederum können entsprechende Nachrichten, die Zustands- und Statusinformationen enthalten, nach der Detektion einer Änderung der entsprechenden Informationen erzeugt und gesendet werden. Alternativ oder zusätzlich können Erzeugung und Senden von Nachrichten unter Verwendung dedizierter Zeitgeber zeitlich getriggert sein.
Das verteilte Energiemanagementsystem kann ferner einen Überwachungszeitgeber umfassen, der zurückgesetzt wird, wenn Synchronisationsinformationen oder Statusinformationen durch die Master-PMIC empfangen werden, und das verteilte Energiemanagementsystem ist konfiguriert, ein Fehlerereignis nach dem Ablauf des Überwachungszeitgebers zu erzeugen. Der Überwachungszeitgeber kann z. B. an der Master-PMIC angeordnet sein und implementiert einen weiteren Steuermechanismus, der einen plötzlichen Katastrophenverlust einer Slave-PMIC detektieren kann. In einem verteilen System, das mehr als eine Slave-PMIC umfasst, kann die Master-PMIC mehrere Überwachungszeitgeber für die individuellen Slave-PMICs umfassen.
Zusätzlich kann jede Slave-PMIC außerdem einen Überwachungszeitgeber zum Erzeugen eines Fehlerereignisses in dem Fall, dass Zustandsinformationen oder Statusinformationen nicht rechtzeitig durch die Master-PMIC gesendet werden, umfassen. Außerdem können alle PMICs konfiguriert sein, sicher herunterzufahren in dem Fall, wenn ein Fehlerereignis auftritt. Jede PMIC kann zu einem Abschaltzustand fortfahren und , das Abschalten seines verbundenen Teilsystems sequenzieren. Falls alle PMICs ihre Abschaltsequenz beginnen, sobald das Fehlerereignis detektiert oder gesendet wird, dann können die Systemenergiesequenzordnung und Zeitabstände beibehalten werden.
Die Master-PMIC kann konfiguriert sein, eine Kommunikation, die an eine Ziel-Slave-PMIC gerichtet ist, von einer Host-Vorrichtung zu empfangen, eine Identität der Ziel-Slave-PMIC basierend auf der Kommunikation zu bestimmen und die Kommunikation zu der Ziel-Slave-PMIC weiterzuleiten. Insbesondere kann die Master-PMIC konfiguriert sein, eine Adresse oder einen Nachrichteninhalt in ein Ziel-Slave-Format umzusetzen. Zu diesem Zweck kann die Master-PMIC eine Speicherabbildumlenkungsschaltung umfassen, die Speicherabbildzugriffe auf die Slave-PMIC, die einem Abschnitt eines Speicherabbilds zugeordnet ist, automatisch und transparent umlenkt. Zugriff auf das vollständige Speicherabbild durch die Host-Vorrichtung könnte durch eine einzige Kommunikationsschnittstelle zwischen der Host-Vorrichtung und der Master-PMIC unterstützt sein.
Die Master-PMIC kann konfiguriert sein, eine Analog/Digital-Umsetzungsanforderung, ADC-Anforderung, die ADC-Kanalinformationen umfasst, von einer Host-Vorrichtung zu empfangen, eine Identität einer Ziel-Slave-PMIC basierend auf den ADC-Kanalinformationen zu bestimmen und die ADC-Anforderung zu der Ziel-Slave-PMIC weiterzuleiten. Außerdem kann die Master-PMIC konfiguriert sein, ADC-Messungsdaten von einer Slave-PMIC zu empfangen, ein ADC-Ergebnis durch Ausführen von Nachverarbeitung basierend auf den empfangenen ADC-Messungsdaten zu bestimmen und das ADC-Ergebnis zu der Host-Vorrichtung weiterzuleiten. Insbesondere kann die Master-PMIC eine ADC-Steuerungsumlenkungsschaltung umfassen, die ADC-Anforderungen auf spezifischen ADC-Kanälen zu der Ziel-Slave-PMIC, die dem ADC-Kanal zugeordnet ist, automatisch und transparent umleitet. Alternativ, wenn die ADC-Kanalinformationen angeben, dass die Master-PMIC für die ADC-Umsetzung zuständig ist, führt die Master-PMIC selbst die ADC-Umsetzung aus und berichtet die ADC-Messungsdaten mit oder ohne eine optionale Nachverarbeitung an die Host-Vorrichtung. Zugriff auf alle ADC-Kanäle durch den externen Host könnte durch eine einzige Kommunikationsschnittstelle zwischen der Host-Vorrichtung und der Master-PMIC unterstützt sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein verteiltes Energiemanagementverfahren vorgeschlagen. Das Verfahren wird durch eine Master-PMIC und eine Slave-PMIC ausgeführt und umfasst die folgenden Verfahrensschritte: Ausführen durch die Master-PMIC eines Master-FSM; Versorgen eines Master-Teilsystems einer elektronischen Vorrichtung durch die Master-PMIC mit Energie basierend auf einem aktuellen Zustand des Master-FSM; Versorgen eines Slave-Teilsystems der elektronischen Vorrichtung mit Energie durch eine Slave-PMIC basierend auf einem aktuellen Zustand des Master-FSM; und Senden durch die Master-PMIC von Synchronisationsinformationen, die zumindest ein Eingangssignal des Master-FSM und/oder einen Zustand des Master-FSM und/oder einen Zustandsübergang des Master-FSM und/oder ein Ausgangssignal, das durch den Master-FSM erzeugt wird, angeben, zu der Slave-PMIC.
Außerdem kann die Slave-PMIC einen Slave-FSM ausführen und den Slave-FSM mit dem Master-FSM basierend auf den empfangenen Synchronisationsinformationen synchronisieren. In dieser Situation kann der Slave-FSM das Slave-Teilsystem basierend auf einem aktuellen Zustand des Slave-FSM mit Energie versorgen.
Das verteilte Energiemanagementsystem kann teilweise oder vollständig unter Verwendung z. B. eines der folgenden Kommunikationsstandards implementiert sein: der ”Inter-Integrated Circuit”-Kommunikationsstandard, I²C-Kommunikationsstandard, der Standard für serielle Peripherieschnittstellen, SPI-Standard, der Systemmanagement-Bus-Standard, SMBus-Standard, der Energiemanagement-Bus-Standard, PMBus-Standard, oder die Systemenergiemanagementschnittstellen-Spezifikation, SPMI-Spezifikation.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Verfahren und Einrichtungen, die ihre bevorzugten Ausführungsformen enthalten, wie sie in dem vorliegenden Dokument dargelegt sind, eigenständig oder in Kombination mit anderen Verfahren und Einrichtungen, die in diesem Dokument offenbart sind, verwendet sein können. Zusätzlich sind die Merkmale, die in dem Kontext einer Einrichtung dargelegt sind, auch auf ein entsprechendes Verfahren anwendbar. Darüber hinaus können alle Aspekte der Verfahren und Einrichtungen, die in dem vorliegenden Dokument dargelegt sind, beliebig kombiniert sein. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche auf beliebige Weise miteinander kombiniert sein.
In dem vorliegenden Dokument beziehen sich, die Begriffe "koppeln”, ”gekoppelt”, ”verbinden” und ”verbunden” auf Elemente, die in elektrischer Kommunikation miteinander sind, entweder direkt verbunden z. B. über Drähte, oder auf eine andere Weise.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung ist nachstehend auf beispielhafte Weise mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen erläutert, wobei
1 schematisch zahlreiche Teilsysteme einer elektronischen Vorrichtung, die durch eine einzige integrierte Energiemanagementschaltung, PMIC, mit Energie versorgt werden, darstellt;
2 schematisch ein verteiltes Energiemanagementsystem darstellt;
3 schematisch eine weitere Ansicht eines verteilten Energiemanagementsystems darstellt;
4 schematisch einen Nachrichtenübermittlungsmechanismus für ein verteiltes Energiemanagementsystem darstellt;
5 einen endlichen Zustandsautomaten zum Steuern eines verteilten Energiemanagementsystems zeigt;
6 einen Mechanismus zur Speicherabbildumlenkung in einem verteilten Energiemanagementsystem darstellt; und
7 einen Mechanismus zur ADC-Kanalumlenkung in einem verteilten Energiemanagementsystem darstellt.
Beschreibung
1 stellt schematisch eine beispielhafte integrierte Energiemanagementschaltung, PMIC, 1 dar, die auf einer einzigen integrierten Schaltung implementiert ist. Die PMIC 1 versorgt zahlreiche Teilsysteme 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190 einer elektronischen Vorrichtung mit Energie. Die Teilsysteme sind mit der PMIC über die Energieversorgungsschaltungsanordung 101 gekoppelt, die in 1 durch gestrichelte Linien angegeben ist. 1 bildet mehrere Anwendungen ab, die auf einer PMIC 1 implementiert sein können. Die Anwendungen enthalten eine Host-Schnittstelle 10, einen endlichen Zustandsautomaten, FSM, 11, einen Energiesequenzierer 12, eine Speicherabbildungseinheit 13, eine Analog/Digital-Umsetzungs-Steuereinheit, ADC-Steuereinheit, 14, einen ADC-Sequenzierer 15 und eine ADC-Nachverarbeitungseinheit 16. Weitere Anwendungen können Systemüberwachung, Allzweck-Eingabe/Ausgabe, GPIO, und Datenspeicherung betreffen. Alle Anwendungen können in Hardware, Software oder einer Kombination aus beidem implementiert sein. Insbesondere kann ein endlicher Zustandsautomat FSM 11 in einer digitalen Schaltung, die z. B. eine programmierbare Logikvorrichtung, eine programmierbare Logiksteuereinheit, Logik-Gatter und Flipflops oder Relais umfasst, implementiert sein.
Die PMIC 1 dient als eine Energieversorgungsvorrichtung zum Versorgen unterschiedlicher Teilsysteme der elektronischen Vorrichtung mit elektrischer Energie. Hierbei reguliert die PMIC den Energiefluss von einer Energiequelle (wie z. B. einem Steckerladegerät, einer Batterie oder einem Superkondensator) zu den jeweiligen Teilsystemen. Fachleute werden verstehen, dass die dargestellte PMIC 1 nur eine beispielhafte Ausführungsform ist. Vielmehr kann eine PMIC 1 mehr oder weniger Anwendungen als in 1 dargestellt umfassen.
Die 2 und 3 stellen unterschiedliche schematische Ansichten eines verteilten Energiemanagementsystems 200 dar, das als ein Beispiel dient, das zum Verstehen der vorliegenden Erfindung nützlich ist. Es ist jedoch nicht beabsichtigt, dass das abgebildete Beispielsystem den Schutzbereich der Offenbarung oder der Ansprüche beschränkt.
In dem verteilten Energiemanagementsystem 200 ist die Funktionalität, die vorher durch die einzige PMIC 1 bereitgestellt ist, durch vier PMICs 2, 3, 4, 5, die physikalisch an unterschiedlichen Positionen innerhalb der elektronischen Vorrichtung verteilt sein können, bereitgestellt. Das beispielhafte verteilte Energiemanagementsystem 200 umfasst eine Master-PMIC 2 und drei Slave-PMICs 3, 4, 5. Die Master-PMIC 2 ist für das Energiemanagement von vier Teilsystemen 100, 110, 180, 190 zuständig, eine erste Slave-PMIC 3 versorgt zwei Teilsysteme 120, 130 mit Energie, eine zweite Slave-PMIC 4 versorgt zwei Teilsysteme 140, 150 mit Energie, und eine dritte Slave-PMIC 5 versorgt zwei Teilsysteme 160, 170 mit Energie. Wie in 2 dargestellt, sind die PMICs über eine Gruppe von Kommunikationsverbindungen 9 verbunden, und jede PMIC umfasst eine Kommunikationsschnittstelle 27, 37, 47, 57 zum Kommunizieren mit den anderen PMICs. Die Anzahl von Slave-PMICs ist beliebig ausgewählt. In dem einfachsten Szenario kann das System nur eine Master-PMIC 2 und eine einzige Slave-PMIC 3 umfassen. Wie in 2 dargestellt, sind Kommunikationsverbindungen 9 zwischen allen Slave-PMICs 3, 4, 5 und der Master-PMIC 2 vorgesehen. Außerdem können in einem alternativen Systemaufbau die Kommunikationsverbindungen 9 nur zwischen jeder individuellen Slave-PMIC 3, 4, 5 und der Master-PMIC 2 und nicht zwischen den Slave-PMICs 3, 4, 5 vorgesehen sein.
Die Master-PMIC 2 stellt wenigstens dieselbe Funktionalität bereit wie die PMIC 1, die in dem Kontext von 1 diskutiert ist.
Insbesondere enthalten die Anwendungen, die auf der Master-PMIC 2 implementiert sind, eine Host-Schnittstelle 20, einen endlichen Zustandsautomaten, FSM, 21, einen Energiesequenzierer 22, eine Speicherabbildungseinheit 23, eine Analog/Digital-Umsetzungs-Steuereinheit, ADC-Steuereinheit, 24, einen ADC-Sequenzierer 25 und eine ADC-Nachverarbeitungseinheit 26. Wie in den 2 und 3 zu sehen ist, kann jede Slave-PMIC 2, 3, 5 nur die reduzierte Funktionalität eines Slave-FSM 31, 41, 51, eines Energiesequenzierers 32, 42, 52, einer Speicherabbildungseinheit 3, 43, 53 und einer ADC-Steuereinheit 34, 44, 54 bereitstellen. Die Funktionalität des ADC-Sequenzierers 25 und der ADC-Nachverarbeitungseinheit können lediglich auf der Master-PMIC 2 implementiert sein. Der/die FSM, Energiesequenzierer, Speicherabbildungseinheit und ADC-Steuereinheit einer Slave-PMIC müssen imstande sein, zu speziellen Zeiten unabhängig zu arbeiten, aber dann auch als Teil der größeren Funktion des verteilten Energiemanagementsystems 200, wenn erforderlich.
3 zeigt eine konzeptionelle Zeichnung relevanter Abschnitte des verteilten Energiemanagementsystems 200 mit einem besonderen Fokus auf einigen der zusätzlichen Elemente, die in jeder PMIC erforderlich sind. Die zusätzlichen Elemente enthalten Kommunikationsschnittstellen 27, 37, 47, 57, die Implementierung eines Nachrichtenübermittlungsmechanismus 6, Nachrichtenübermittlungszeitgeber 7 und Überwachungszeitgeber 8. Letztere Elemente ermöglichen eine enge Zustands- und Energiesequenz-Synchronisation und Fehlerbehandlung und werden in den folgenden Abschnitten genauer beschrieben.
4 stellt die Grundprinzipien eines Nachrichtenübermittlungsmechanismus 6 für das verteilte Energiemanagementsystem 200 dar. Der Nachrichtenübermittlungsmechanismus 6 kann in Übereinstimmung. mit z. B. der Spezifikation der Systemenergiemanagementschnittstelle, SPMI-Spezifikation, implementiert sein. Ein Sender 610 kann auf der Master-PMIC 2 implementiert sein zum Senden von Nachrichten zu einem Empfänger 620, der auf einer oder mehreren Slave-PMICs 3, 4, 5 implementiert sein kann. Zusätzlich kann der Sender 610 auf einer oder mehreren der Slave-PMICs 3, 4, 5 implementiert sein zum Senden von Nachrichten zu einem Empfänger, der auf der Master-PMIC 2 implementiert ist. Änderungen von internen Signalen in einer PMIC können automatisch zu der einen oder den mehreren anderen PMICs kommuniziert werden, was ermöglicht, dass alle Abschnitte des Systems synchronisiert gehalten werden. Der Nachrichtenübermittlungsmechanismus 6. kann Kommunikation von z. B. FSM-Zuständen, internen Statussignalen, die z. B. den Status von Teilsystemen betreffen, Synchronisationsanforderungen, Befehlen und Ereignissen codiert in ein vereinheitlichtes Nachrichtenformat unterstützen.
Der Sender 610 kann einen Änderungsdetektor 612, eine Nachrichtenkonstruktionseinheit 613, einen Nachrichtenzeitgeber 7, eine Nachrichtensendewarteschlange 615 und eine Senderkommunikationsschnittstelle 616 umfassen. Abhängig von der Implementierung kann die Senderkommunikationsschnittstelle 616 Teil der Kommunikationsschnittstelle 27 der Master-PMIC 2 oder Teil einer Kommunikationsschnittstelle 37, 47, 57 einer Slave-PMIC sein. Der Empfänger 610 kann andererseits eine Empfängerkommunikationsschnittstelle 621 enthalten. Abhängig von der Implementierung kann die Empfängerkommunikationsschnittstelle 621 Teil einer Kommunikationsschnittstelle 37, 47, 57 einer Slave-PMIC oder Teil der Kommunikationsschnittstelle 27 der Master-PMIC 2 sein. Ferner kann der Empfänger 620 eine Nachrichtenempfangswarteschlange 622, einen Überwachungszeitgeber 8 und eine Nachrichtenzerlegungseinheit 624 umfassen.
Die Nachrichtenkonstruktionseinheit 613 kann, getriggert durch den Änderungsdetektor 612 oder den Nachrichtenzeitgeber 7, eine Nachricht basierend auf Quellensignalen 611 erzeugen. Quellensignale können z. B. FSM-Zustände, interne Statussignale, die z. B. den Status von Teilsystemen betreffen, oder andere Ereignisse wie z. B. Fehlerereignisse enthalten.
Die Quellensignale 611 können die Nachrichtennutzdaten bilden. Die Änderungsdetektorschaltung 612 überwacht die Quellensignale 611, und falls irgendwelche Signale von einem Takt zu dem nächsten umschalten, wird eine Änderung detektiert und eine neue Nachricht wird erzeugt und zu der Nachrichtensendewarteschlange 615 hinzugefügt. Das gilt für pegelempfindliche Quellensignale; Ereignisse können als getriggert durch eine ansteigende Flanke behandelt werden. Eine zusätzliche Maskenoption kann ermöglichen, dass Änderungen an speziellen Quellensignalen oder Gruppen von Quellensignalen ignoriert werden. Optional kann eine Master-Umgehungssteuereingang erzwingen, dass die Nachrichtenkonstruktionseinheit 613 eine Nachricht unabhängig von den Triggersignalen, die durch den Änderungsdetektor 612 und den Nachrichtenzeitgeber 7 bereitgestellt sind, erzeugt. Die Ausgabe des Änderungsdetektors 612 kann z. B. ein Flag oder Flags ein, das/die angibt/angeben, dass eine neue Nachricht erzeugt werden sollte.
Der Nachrichtenzeitgeber 7 kann z. B. einen Zähler umfassen, der neu gestartet wird, wann immer einige oder alle Quellensignale zu Nachrichtennutzdaten hinzugefügt worden sind. Falls der Zähler endet, d. h. falls der Zähler bis 0 herunter zählt oder bis zu einem vordefinierten Wert hoch zählt, kann ein Triggersignal erzeugt werden, um die Erzeugung einer neuen Nachricht an der Nachrichtenkonstruktionseinheit 613 zu erzwingen, die die Quellensignale beinhaltet.
In der Nachrichtenkonstruktionseinheit 613 werden die Quellensignale gemeinsam gesammelt, um die Nachrichtennutzdaten zu bilden. Die Nachricht kann alle aktuellen Quellensignale beinhalten oder, als eine Variante, nur Signale, die sich geändert haben, und neue Ereignisse enthalten. Als eine weitere Variante können mehrere Nachrichten aus unterschiedlichen Teilmengen von Quellensignalen konstruiert werden, falls mehrere Ziel-PMICs vorhanden sind, wobei jede Nachricht andere Nutzdaten erfordert. In diesem Fall wäre ein komplexerer Nachrichtenzeitgeber 7 erforderlich, um unterschiedliche Zeitüberschreitungen für unterschiedliche Nutzdaten zu pflegen.
Eine erste Protokollschicht kann um jede Nachrichtennutzdateneinheit gemäß den Anforderungen der Ziel-PMIC und der entsprechenden Teilsysteme hinzugefügt werden. Zusätzliche Informationen könnten Speicherabbildadresse, PMIC-Ursprung, PMIC-Ziel usw. enthalten. Diese zusätzlichen Informationen können dann durch eine zweite Protokollschicht ergänzt werden, die kommunikationsschnittstellenspezifische Rahmung, Parität und andere Informationen hinzufügt, wie es durch die Senderschnittstelle 616 angefordert ist.
Nachrichten, die durch die Nachrichtenkonstruktionseinheit 613 erzeugt werden, werden der Nachrichtensendewarteschlange 615 hinzugefügt. Die Nachrichtensendewarteschlange 615 kann ein ”First-in/First-out”-Datenpuffer, FIFO-Datenpuffer, sein, der Nachrichten in der Reihenfolge weiterleitet, in der sie von der Nachrichtenkonstruktionseinheit 613 empfangen werden. In dem Fall, wenn FIFO-Überlauf detektiert wird, kann ein Fehlerereignis erzeugt werden.
Die Nachrichtensendewarteschlange 615 wird durch die Senderkommunikationsschnittstellenschaltung 616 geleert. Die gewählte Schnittstelle kann entweder von einem parallelen oder seriellen Datentyp sein, solange die unterstützte Bandbreite ausreichend ist, um den erwarteten Signalisierungsverkehr zu übertragen, so dass die Nachrichtensendewarteschlange 615 nicht überläuft und die Ende-zu-Ende-Latenz die Leistung des Energiemanagementsystem nicht nachteilig beeinflusst.
An dem Empfänger 620 können Nachrichten durch die Empfängerkommunikationsschnittstelle 621 empfangen werden und nachfolgend in der Nachrichtenempfangswarteschlange 622, die ebenfalls als ein FIFO-Puffer implementiert sein kann, gespeichert werden. Schließlich decodiert die Nachrichtenzerlegungseinheit 624 die Nachricht und gibt die Zielsignale 625 aus.
Der Überwachungszeitgeber 8 kann z. B. ein Zähler sein, der neu gestartet werden kann, wann immer eine neue Nachricht empfangen wird. Wenn Nutzdaten eine vollständige Menge von Quellensignalen enthalten, kann jede empfangene Nachricht einen Neustart eines Überwachungszeitgebers auslösen. Ein komplexerer Mechanismus ist erforderlich, falls eine Nachricht nur eine Teilmenge aller Quellensignale beinhalten kann. Falls der Zähler des Überwachungszeitgebers 8 endet (Herunterzählen bis 0 oder Hochzählen zu einem vordefinierten Wert, abhängig von der Implementierung), dann kann ein Fehlerereignis signalisiert werden. Der Zeitüberschreitungswert des Nachrichtenzeitgebers 7 in dem Sender 810 sollte kleiner sein als der Zeitüberschreitungswert des Überwachungszeitgebers 9 in dem einen oder den mehreren Empfängern 620.
Abhängig von den Systemanforderungen kann es erforderlich sein, dass die Master-PMIC 2 des verteilten Energiemanagementsystems 200 Nachrichten von jeder der Slave-PMICs 3, 4, 5 in regelmäßigen Zeitabständen empfängt. Bei Verwendung des vorstehenden Mechanismus wäre ein dedizierter Überwachungszeitgeber 8 für jede Slave-PMIC erforderlich. Als eine alternative Implementierung könnte ein einziger Überwachungszeitgeber 8 verwendet werden. Der Zeitgeber dürfte immer wieder enden, mit einer Überwachungseinheit, die überprüft, dass alle erforderlichen Quellensignale 611 von jeder Slave-PMIC 3, 4, 5 während der Zeitüberschreitungsdauer empfangen werden.
Empfangene Nachrichten können so behandelt werden, dass sie mit der Zeit verfallen, so dass sie in regelmäßigen Zeitabständen aufgefrischt werden müssen. Falls eine Nachricht nicht innerhalb der erforderlichen Zeit aufgefrischt wird, dann kann das als ein Fehlerereignis interpretiert werden.
Unter Verwendung des beschriebenen Nachrichtenübermittlungsmechanismus 6 kann die Master-PMIC 2 Synchronisationsinformationen, die ein Eingangssignal des Master-FSM 21 und/oder einen Zustand des Master-FSM 21 und/oder einen Zustandsübergang des Master-FSM 21 und/oder ein Ausgangssignal, das durch den Master-FSM 21 erzeugt wird, betreffen, zu den Slave-PMICs 3, 4, 5 senden. Das Senden der Synchronisationsinformationen kann entweder unter Verwendung des Nachrichtenzeitgebers 7 zeitlich getriggert sein oder nach einer Änderung einer der jeweiligen Variablen des Master-FSM 21 getriggert werden. Die Slave-PMICs 3, 4, 5 können entweder den Energiezustand ihrer Teilsysteme unter Verwendung des empfangenen Ausgangssignals, das durch den Master-FSM 21 erzeugt wird, direkt steuern oder die Ausführung des Slave-FSM 31, 41, 51 basierend auf den empfangenen Synchronisationsinformationen mit dem Master-FSM 21 synchronisieren und die Slave-Teilsysteme 120, 130, 140, 150, 160, 170 basierend auf einem aktuellen Zustand der Slave-FSM 31, 41, 51 mit Energie versorgen.
5 zeigt ein Beispiel für einen endlichen Zustandsautomaten, FSM, 21, der durch die Master-PMIC 2 ausgeführt wird, zum Steuern des verteilten Energiemanagementsystems 200. Der gleiche oder ein ähnlicher FSM 31, 41, 51 kann auch durch die Slave-PMICs 3, 4, 5 ausgeführt werden. Nach dem Auftreten eines Anschaltrücksetzungs-Signals, POR-Signal, wird der FSM 31 in einen Initialisierungszustand 211 versetzt. Das POR-Signal kann durch einen POR-Generator erzeugt werden, wenn Strom an die elektronische Vorrichtung angelegt wird. Das POR-Signal wird gleichzeitig an alle FSMs 21, 31, 41, 51 angelegt. In dem Initialisierungszustand 211 führen die PMICs unabhängig voneinander Initialisierungsprozeduren aus. Während der Initialisierung kann eine PMIC-Konfiguration stattfinden und z. B. Trimm-Register können unter Verwendung von Werten, die aus einem nichtflüchtigen Speicher gelesen werden, programmiert werden. Die Initialisierungsprozedur kann für jede PMIC eine unterschiedliche Zeitspanne benötigen.
Nachdem die Initialisierungsprozedur fertiggestellt ist, geht der FSM 21 in einen Anlaufzustand 212 über. An diesem Punkt sind die Slave-PMICs nicht mit der Master-PMIC synchronisiert, und sie verfolgen den Zustand des Master-FSM 21 nicht. Als eine Konsequenz sind Übergänge aus dem Initialisierungszustand 211 in den Anlaufzustand 212 nicht zwischen den unterschiedlichen PMICs synchronisiert. Obwohl die Initialisierung fertiggestellt ist, werden die jeweiligen Teilsysteme durch die PMICs nicht mit Energie versorgt. Sobald der stabile Anlaufzustand 212 erreicht ist, beginnt Kommunikation zwischen den PMICs, um Synchronisation aufzubauen. Durch Kommunizieren einer Initialisierungsfertigstellungsnachricht zu der Master-PMIC 2 gibt jede Slave-PMIC 3, 4, 5 an, dass sie den Anlaufzustand 212 erreicht hat und wartet. Sobald von jeder Slave-PMIC 3, 4, 5 eine Initialisierungsfertigstellungsnachricht empfangen worden ist, gibt die Master-PMIC 2 eine Synchronisationsbefehlsnachricht zu allen Slaves zurück.
Nach dem Senden der Synchronisationsbefehlsnachricht geht der Master-FSM 21 von dem Anlaufzustand 212 in einen Anschaltzustand 213 über. Die Slave-FSMs 31, 41, 51 können nach dem Empfang der Synchronisationsbefehlsnachricht von einem Anlaufzustand 212 in einem Anschaltzustand 213 übergehen. Ab diesem Punkt ist die Energieversorgung für die Teilsysteme synchronisiert, und Energiezustandssteuerung wird allein durch die Master-PMIC 2 durch Senden von Synchronisationsinformationen, die den Zustand des Master-FSM 21 betreffen, zu den Slave-PMICs 3, 4, 5 bereitgestellt. In dem Anschaltzustand 213 beginnen die Energiesequenzierer 22, 32, 42, 52, die jeweiligen Teilsysteme in einer vordefinierten Reihenfolge und in vordefinierten Zeitabständen mit Energie zu versorgen. Zur gleichen Zeit beginnt die Systemstatusüberwachung, und z. B. Spannungen und Temperaturen werden unter Steuerung der ADC-Steuereinheiten 24, 34, 44, 54 gemessen und unter den PMICs unter Verwendung des beschrieben Nachrichtenübermittlungsmechanismus 6 gemeinsam verwendet.
Wenn das Anschalten fertiggestellt ist, kann das verteilte Energiemanagementsystem 200 zwischen unterschiedlichen Energiezuständen 214, 215, 216, in denen alle Teilsysteme auf synchronisierte Weise mit elektrischer Energie versorgt werden, übergehen. Der Master-FSM 21 kann auch das verteilte Energiemanagementsystem 200 in einen Abschaltzustand 217 zwingen, in dem (nachdem eine vorbestimmte Abschaltsequenzierung stattgefunden hat) die Teilsysteme nicht mit Energie versorgt werden.
Informationen, aus denen der Zustand des Master-FSM 21 abgeleitet werden kann, können unter Verwendung des Nachrichtenübermittlungsmechanismus 6 zu allen Slave-PMICs 3, 4, 5 nach jeder Änderung und optional auch in regelmäßigen Zeitabständen gesendet werden, um Anforderungen der Überwachungseinheit jeder PMIC zu erfüllen. Jede Slave-PMIC 3, 4, 5 kann ihre Statusinformationen nach jeder Änderung und optional auch in regelmäßigen Zeitabständen zurückgeben, um die Anforderungen der Überwachungseinheit der Master-PMIC 3 zu erfüllen. Alle Informationen können mit jeder kommunizierten Nachricht gesendet werden, unabhängig davon, ob sich der Wert geändert hat, seit die letzte Nachricht gesendet wurde.
Die Slave-Statusinformationen können eine ”Warte”-Anforderung enthalten, um der Master-PMIC 3 mitzuteilen, dass sich der aktuelle Status nicht ändern sollte. Eine solche Anforderung kann erforderlich sein, falls, beispielsweise während Energiesequenzierung, die Dauer der Energiesequenz in jeder PMIC unterschiedlich ist. In diesem Fall wäre es notwendig, dass die Master-PMIC 3 in dem Energiesequenzierungszustand bleibt, wenigstens bis alle Slave-PMICs ihre eine Sequenz fertiggestellt haben.
Ein Fehler (beispielsweise ein Übertemperaturstand), der durch eine der Slave-PMICs 3, 4, 5 detektiert wird, kann dazu führen, dass die Slave-PMIC 3, 4, 5 einen Fehlerstatus zu der Master-PMIC 3 sendet. Beispielsweise kann sich die Slave-PMIC dann von der Masterzustandsverfolgung trennen, um autonom fortzufahren, und kann optional in einen Fehlerzustand 218 eintreten. Falls ein verfolgender Slave einen aktualisierten ”Fehler”-Zustand empfängt, kann er sich ebenfalls von der Masterzustandsverfolgung trennen und autonom fortfahren.
Aus dem Fehlerzustand 218 kann eine Vorrichtung zu dem Abschaltzustand 217 weitergehen und das Abschalten ihrer verbundenen Teilsystem sequenzieren. Falls alle PMICs ihre Abschaltsequenz beginnen, sobald die Fehlerbedingung empfangen (oder gesendet) wird, dann können die Systemenergiesequenzreihenfolge und Zeitabstände beibehalten werden.
Nach dem Abschalten kann eine Slave-PMIC (oder die Master-PMIC) den Initialisierungsschritt wiederholen, dann (unter der Annahme, dass die Fehlerbedingung geklärt ist) in dem Anlaufzustand 212 warten und versuchen, die Kommunikation und Synchronisation mit der Master-PMIC (oder jeder Slave-PMIC) wiederherzustellen.
6 stellt einen Mechanismus zur Speicherabbildumlenkung in einem verteilten Energiemanagementsystem 200 dar. Eine Host-Vorrichtung 99 kann Kommunikation nur mit der Master-PMIC 2 ausführen. Die Master-PMIC 2 muss entscheiden, zu welchem Ziel die Kommunikation gerichtet ist, und sie zu einer Slave-PMIC 3, 4, 5 umlenken, falls notwendig. Jede Antwort von der Ziel-Slave-PMIC 3, 4, 5 wird durch die Master-PMIC 2 empfangen und zu der Host-Vorrichtung 99 zurückgegeben. Die Umlenkungsschritte können für die Host-Vorrichtung 99 transparent sein.
Neben der Host-Schnittstelle 20 und der Master-Slave-Kommunikationsschnittstelle 27 kann die Master-PMIC 2 eine Slave-Nachschlageeinheit 28 und eine Adressenneuabbildungseinheit 29 umfassen. Die Slave-Nachschlageeinheit 28 kann konfiguriert sein, eine Identität der Ziel-Slave-PMIC basierend auf der Kommunikation, die von der Host-Vorrichtung 99 empfangen wird, zu bestimmen und die Kommunikation zu der Ziel-Slave-PMIC 3, 4, 5 weiterzuleiten. In einem speicherabgebildeten Kommunikationssystem kann die beabsichtigte Ziel-Slave-PMIC durch den empfangenen Adressenwert des Host-Zugriffs identifiziert werden. Als ein Beispiel können einige höhere Adress-Bits spezifisch einem Slave-Identifizierungscode zugewiesen sein. Als eine Alternative könnte eine vorbereitende Adressendecodierungsstufe Adressenbereiche auf Slave-PMIC-IDs abbilden. In beiden Fällen könnten diese Slave-PMIC-Adressenbereiche konfigurierbar sein.
Falls das Kommunikationssystem keine speicherabgebildete Adresse in Kombination mit einem speziellen Datenformat verwendet, sondern stattdessen nachrichtenbasiert ist, dann müssen die Inhalte einer Nachricht decodiert oder teilweise decodiert werden, um die Ziel-Slave-PMIC 3, 4, 5 zu identifizieren. Ein Hybridsystem, das sowohl speicherabgebildete als auch nachrichtenbasierte Kommunikation umfasst, kann auch möglich sein.
Nachdem die Ziel-Slave-PMIC 3, 4, 5 decodiert worden ist, kann es notwendig sein, die Adresse oder Nachrichteninhalte unter Verwendung z. B. einer zusätzlichen Nachschlagestufe oder -Stufen weiter auf das Ziel-Slave-Format abzubilden. Zu diesem Zweck kann die Adressenneuabbildungseinheit 29 konfiguriert sein, eine Adresse oder einen Nachrichteninhalt in ein Ziel-Slave-Format umzusetzen.
Die Master-PMIC 2 muss jetzt die neu abgebildeten Informationen zu der Ziel-Slave-PMIC 3, 4, 5 unter Verwendung z. B. eines getrennten Kommunikationskanals kommunizieren. Dieser Kommunikationskanal kann intern in dem verteilten Energiemanagementsystem 200 sein, muss nicht demselben Protokoll wie die Host-Schnittstelle 20 folgen und könnte Bus-basiert oder Punkt-zu-Punkt sein. Der Kommunikationsmechanismus könnte z. B. eine parallele oder serielle Standard-Kommunikationsschnittstelle sein (beispielsweise gemäß SPMI).
Falls die Master-PMIC 3 eine Antwort von einer Slave-PMIC 3, 4, 5 empfängt, dann kann diese Antwort über die Host-Kommunikationsschnittstelle 20 zu der Host-Vorrichtung 99 zurückgegeben werden. Falls die Master-zu-Slave-Schnittstelle 27 wesentlich schneller ist als die Schnittstelle 20 zu dem Host, dann kann es möglich sein, Daten ohne Hinzufügen irgendwelcher Wartezustände an der Host-Schnittstelle 20 zurückzugeben. Falls der Antwortpfad nicht schnell genug ist, um den erforderlichen Zeitablauf an der Host-Schnittstelle zu erfüllen, dann können Wartezustände oder eine NACK-Antwort und wiederholtes Lesen erforderlich sein.
Jetzt weiter zu 7 ist ein Mechanismus für ADC-Kanalumlenkung in einem verteilten Energiemanagementsystem 200 dargestellt. Die dargestellte beispielhafte Master-PMIC 2 umfasst eine ADC-Lenkungseinheit 91, die z. B. eine Kanalnachschlagetabelle, Kanal-LUT, 96 umfassen kann. Die Master-PMIC 2 empfängt von der Host-Vorrichtung 99 eine Analog/Digital-Umsetzungsanforderung, ADC-Anforderung, die ADC-Kanalinformationen umfasst. Die Anforderung kann z. B. über die Host-Schnittstelle 20 empfangen werden. Die ADC-Lenkungseinheit 91, die mit der Host-Schnittstelle 20 gekoppelt ist, empfängt die Anforderung und bestimmt die Identität einer Ziel-PMIC unter Verwendung z. B. der Kanal-LUT 96. Falls die Identität der Ziel-PMIC der eigenen Identität der Master-PMIC 2 entspricht, wird die Anforderung zu der lokalen ADC-Einheit 92 der Master-PMIC 2 weitergeleitet, die wiederum eine ADC-Messung von einer ausgewählten Quelle 95 initiiert. Wie bereits erwähnt können Quellen 95 verschiedene Spannungen, Ströme oder Temperaturen des Master-Teilsystems enthalten. Falls die Identität der Ziel-PMIC einer Identität einer Slave-PMIC 3, 4, 5 entspricht, wird die Anforderung zu der entsprechenden Slave-PMIC 3, 4, 5 über die Master-Slave-Kommunikationsschnittstelle 27 der Master-PMIC 2 und die entsprechende Slave-Master-Kommunikationsschnittstelle 37, 47, 57 der entsprechenden Slave-PMIC 3, 4, 5 weiterleitet. Nach dem Empfang der Anforderung initiiert eine entfernte ADC-Einheit 93, 94 eine ADC-Messung von einer ausgewählten Quelle 95.
Außerdem kann die Master-PMIC 2 von einer Slave-PMIC 3, 4, 5 ADC-Messungsdaten, die durch eine entfernte ADC-Einheit 93, 94 gemessen werden, empfangen. Die Messungsdaten werden zu einer ADC-Nachverarbeitungseinheit 98 innerhalb der Master-PMIC 3 weitergeleitet, die ein ADC-Ergebnis durch Ausführen von Nachverarbeitung basierend auf den empfangenen ADC-Messungsdaten bestimmt. Das ADC-Ergebnis kann dann über die Host-Schnittstelle 20 zu der Host-Vorrichtung 99 weitergeleitet werden.
Optional kann die ADC-Lenkungseinheit 91 gemäß Konfigurationseinstellungen automatisierte ADC-Umsetzungsanforderungen für spezielle ADC-Kanäle in vorbestimmten Zeitabständen erzeugen. Als eine weitere Option kann die Host-Schnittstelle 20 zwischen der Host-Vorrichtung 99 und der Master-PMIC 2 ermöglichen, dass der Host direkt ADC-Umsetzungsanforderungen für jeden Kanal in dem System stellt.
In dem verteilten Energiemanagementsystem 200 kann die beschriebene Kommunikationsinfrastruktur zwischen der Master-PMIC 2 und den Slave-PMICs 3, 4, 5 zusätzlich verwendet werden, um auf andere Abschnitte der Slave-PMICs 3, 4, 5, die nicht der Energiemanagementzustand und Energiesequenzierung sind, zuzugreifen oder sie zu steuern. Diese anderen Abschnitte können Register und Speicher, Peripheriegeräte und IO enthalten. Der Mechanismus könnte indirekten Fernzugriff auf die Slave-PMICs 3, 4, 5 für eine Host-Vorrichtung 99 bereitstellen, mit Erzeugen des Anscheins einer einzigen integrierten Energiemanagementschaltung für den Host.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Merkmale der Einrichtung, die vorstehend beschrieben sind, jeweiligen Verfahrensmerkmalen entsprechen, die jedoch der Kürze halber nicht ausdrücklich beschrieben sein können. Die Offenbarung des vorliegenden Dokuments ist so betrachtet, dass sie sich auch auf solche Verfahrensmerkmale erstreckt. Insbesondere ist die vorliegende Offenbarung zu verstehen, dass sie sich auf Verfahren zum Betreiben der vorstehend beschriebenen Schaltungen bezieht.

Claims

Verteiltes Energiemanagementsystem, das umfasst: eine integrierte Master-Energiemanagementschaltung, Master-PMIC, die konfiguriert ist, ein Teilsystem einer elektronischen Vorrichtung basierend auf einem gegenwärtigen Zustand eines endlichen Master-Zustandsautomaten, Master-FSM, der durch die Master-PMIC ausgeführt wird, mit Energie zu versorgen; und eine integrierte Slave-Energiemanagementschaltung, Slave-PMIC, die konfiguriert ist, einen endlichen Slave-Zustandsautomaten, Slave-FSM, auszuführen, wobei der Slave-FSM Ankerzustände aufweist, in denen der Slave-FSM mit dem Master-FSM synchronisiert ist; wobei die Master-PMIC konfiguriert ist, Synchronisationsinformationen, die einen Zustand des Master-FSM und/oder einen Zustandsübergang des Master-FSM und/oder ein Ausgangssignal, das durch den Master-FSM erzeugt wird, angeben, zu der Slave-PMIC zu senden; wobei die Slave-PMIC konfiguriert ist, basierend auf dem gegenwärtigen Zustand des Master-FSM ein weiteres Teilsystem der elektronischen Vorrichtung mit Energie zu versorgen, falls der gegenwärtige Zustand des Slave-FSM ein Ankerzustand ist; und wobei die Slave-PMIC konfiguriert ist, in einer Initialisierungsphase das weitere Teilsystem der elektronischen Vorrichtung unabhängig vom gegenwärtigen Zustand des Master-FSM mit Energie zu versorgen und bei Erreichen eines Ankerzustands Synchronisationsprozeduren mit der Master-PMIC durchzuführen.
Verteiltes Energiemanagementsystem nach Anspruch 1, wobei die Slave-PMIC konfiguriert ist, basierend auf den empfangenen Synchronisationsinformationen die Ausführung des Slave-FSM mit dem Master-FSM zu synchronisieren und das weitere Teilsystem der elektronischen Vorrichtung basierend auf einem derzeitigen Zustand des Slave-FSM mit Energie zu versorgen.
Verteiltes Energiemanagementsystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Master-PMIC konfiguriert ist, die Synchronisationsinformationen in Reaktion auf eine Änderung eines Eingangssignals, des Zustands oder des Ausgangssignals des Master-FSM zu senden.
Verteiltes Energiemanagementsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner einen Zeitgeber umfasst, wobei die Master-PMIC konfiguriert ist, die Synchronisationsinformationen zu senden, wenn der Zeitgeber abläuft.
Verteiltes Energiemanagementsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Slave-PMIC konfiguriert ist, Synchronisationsinformationen, die einen gegenwärtigen Zustand des Slave-FSM betreffen, oder Statusinformationen, die einen Status des weiteren Teilsystems, das durch die Slave-PMIC mit Energie versorgt wird, betreffen, zu der Master-PMIC zu senden.
Verteiltes Energiemanagementsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Master-PMIC konfiguriert ist, Statusinformationen, die einen Status des Teilsystems, das durch die Master-PMIC mit Energie versorgt wird, betreffen, zu der Slave-PMIC zu senden.
Verteiltes Energiemanagementsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner eine zweite Slave-PMIC umfasst, die konfiguriert ist, ein zweites Teilsystem der elektronischen Vorrichtung mit Energie zu versorgen, wobei die zweite Slave-PMIC oder die Master-PMIC konfiguriert ist, Statusinformationen, die einen Status des zweiten Teilsystems betreffen, zu der Slave-PMIC zu senden.
Verteiltes Energiemanagementsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Slave-PMIC konfiguriert ist, eine Initialisierungsfertigstellungsnachricht, die angibt, dass die Slave-PMIC eine Initialisierungsprozedur beendet hat, zu der Master-PMAC zu senden, und die Master-PMIC konfiguriert ist, in Reaktion auf Empfangen der Initialisierungsfertigstellungsnachricht eine Synchronisationsbefehlsnachricht, die die Slave-PMIC anweist, ein weiteres Teilsystem der elektronischen Vorrichtung basierend auf dem gegenwärtigen Zustand des Master-FSM mit Energie zu versorgen, zu der Slave-PMIC zu senden.
Verteiltes Energiemanagementsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Master-PMIC konfiguriert ist, eine Kommunikation, die an eine Ziel-Slave-PMIC gerichtet ist, von einer Host-Vorrichtung zu empfangen, eine Identität der Ziel-Slave-PMIC basierend auf der Kommunikation zu bestimmen und die Kommunikation zu der Ziel-Slave-PMIC weiterzuleiten.
Verteiltes Energiemanagementsystem nach Anspruch 9, wobei die Master-PMIC konfiguriert ist, eine Adresse oder einen Nachrichteninhalt in ein Ziel-Slave-Formt umzusetzen.
Verteiltes Energiemanagementsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Master-PMIC konfiguriert ist, eine Analog/Digital-Umsetzungsanforderung, ADC-Anforderung, die ADC-Kanalinformationen umfasst, von einer Host-Vorrichtung zu empfangen, eine Identität einer Ziel-Slave-PMIC basierend den ADC-Kanalinformationen zu bestimmen und die ADC-Anforderung zu der Ziel-Slave-PMIC weiterzuleiten.
Verteiltes Energiemanagementsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Master-PMIC konfiguriert ist, ADC-Messungsdaten von einer Slave-PMIC zu empfangen, ein ADC-Ergebnis durch Ausführen von Nachverarbeitung basierend auf den empfangenen ADC-Messungsdaten zu bestimmen und das ADC-Ergebnis zu der Host-Vorrichtung weiterzuleiten.
Verteiltes Energiemanagementsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner einen Überwachungszeitgeber umfasst, der zurückgesetzt wird, wenn Synchronisationsinformationen oder Statusinformationen durch die Master-PMIC empfangen werden, und wobei das verteilte Energiemanagementsystem konfiguriert ist, ein Fehlerereignis nach dem Ablauf der Überwachungseinheit zu erzeugen.
Verteiltes Energiemanagementsystem nach Anspruch 13, wobei alle PMICs konfiguriert sind, in dem Fall, wenn ein Fehlerereignis auftritt, herunterzufahren.
Verteiltes Energiemanagementverfahren, das durch eine integrierte Master-Energiemanagementschaltung, Master-PMIC, und eine Slave-PMIC ausgeführt wird und das umfasst: Ausführen durch die Master-PMIC eines endlichen Master-Zustandsautomaten, Master-FSM; Versorgen eines Teilsystems einer elektronischen Vorrichtung durch die Master-PMIC mit Energie basierend auf einem gegenwärtigen Zustand des Master-FSM; Ausführen durch die Slave-PMIC eines endlichen Slave-Zustandsautomaten, Slave-FSM, wobei der Slave-FSM Ankerzustände aufweist, in denen der Slave-FSM mit dem Master-FSM synchronisiert ist; Senden durch die Master-PMIC von Synchronisationsinformationen, die einen Zustand des Master-FSM und/oder einen Zustandsübergang des Master-FSM und/oder ein Ausgangssignal, das durch den Master-FSM erzeugt wird, angeben, zu der Slave-PMIC; in einer Initialisierungsphase Versorgen des weiteren Teilsystems der elektronischen Vorrichtung mit Energie durch die Slave-PMIC unabhängig vom gegenwärtigen Zustand des Master-FSM; bei Erreichen eines Ankerzustands Durchführen von Synchronisierungsprozeduren mit der Master-PMIC; und Versorgen eines weiteren Teilsystems der elektronischen Vorrichtung mit Energie durch die Slave-PMIC basierend auf einem gegenwärtigen Zustand des Master-FSM, falls der gegenwärtige Zustand des Slave-FSM ein Ankerzustand ist.
Verteiltes Energiemanagementverfahren nach Anspruch 15, das ferner umfasst: Ausführen durch die Slave-PMIC eines Slave-FSM; Synchronisieren durch die Slave-PMIC basierend auf den empfangenen Synchronisationsinformationen der Ausführung des Slave-FSM mit dem Master-FSM; und Versorgen eines weiteren Teilsystems der elektronischen Vorrichtung mit Energie basierend auf einem gegenwärtigen Zustand des Slave-FSM.