JP6159346B2 - 環境発電及びセンサノードの制御 - Google Patents
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Description
エネルギー効率、最大クロック速度、及び供給電圧の間にはトレードオフが存在し得る。閾値下の動作は単一の供給電圧に限定する必要はない。例えば、1以上のクロック周波数又は供給電圧は、以下の例で説明するように低消費電力を維持しながら、特定レベルの計算能力又は他の操作上の性能を提供するように調整可能である。
そのような図示例において、実験的に得られる測定値は、130ナノメータ(nm)プロセッサノードで得られる、約200kHzを1クロックとするような0.3V供給電圧への記憶トポロジーの信頼性のある動作を示すことができる。
VCAP_DIGによって表すことができるVBOOST電圧の大きさを拡大・縮小又はデジタル化された表示は、発せられた命令に応答する等して、DPM930に提供することができる。この監視された情報に応答して、DPM930は、ストップライトスキームを用いてなど、システムのエネルギー消費レベルを調整又は選択することができる。
各エネルギー消費レベル(例えば、動作モード)は、各エネルギー消費レベルを提供するように構成することができるブロックの各サブセット又はスーパーセットに対応することができる。そのような制御の図示例は表2に示すことができる。
黄色モード(例えば、約1.1Vより大きく且つ約1.3Vより低いVBOOST)において、DPMは、図10の第1黄色領域1004、又は第2黄色領域1008で示されるように、入手可能なエネルギーに基づいて送信機のスイッチをオフ又はデューティ−サイクルにすることができる。
赤モード(例えば、約1.1Vより小さいVBOOST)において、送信機、機能特定プロセッサ回路、又はAFEは、図10の赤領域1006において示されるようにエネルギーを節約するために1以上のクロックゲート又はパワーゲートであり得る。
この書面において説明されている各々限定されることのない例は、それ自身単独でも良く、1以上の他の例と各種変形した形、又は組み合わせの形で組み合わせることができる。
上記詳細な説明は、詳細な説明の一部を形成する添付の図面を参照することを含む。図面は、例として、本発明が実施される特定の実施形態を示している。これらの実施形態は、また、ここで「例」としても称される。このような例は、図示されている又は説明されている要素に加えて他の要素を含むことができる。しかしながら、本件の発明者達は、図示され又は説明されている要素のみが設けられている例も想定している。更に、本件の発明者達は、ここに図示され又は説明される特定の例(又は1以上の態様)、又は他の例(又は1以上の態様)に関して図示され又は説明されている(1以上の態様)要素の組み合わせ又は変形を用いた例も想定している。
この書面において、特許文献において通常であるように、他の例とは独立して又は「少なくとも1つ」又は「1以上」の用法とは独立して、1以上を含むために用語「a」あるいは「an」が使われる。この書面において、用語「or」は、特に表示されていない場合には、「A又はB」は「AでありBでない」、「BでありAでない」および「AおよびB」を含むように非排他的であることを指すために使用される。この書面において、用語「including」および「in which」は、各用語「comprising」および「wherein」の平易な英語での等価物として使われている。また、次の特許請求の範囲において、用語「including」および「comprising」は制約が無いことを意味し、即ち、請求項の用語中に挙げられている要素に加えて他の要素を含んでいるシステム、装置、アーティクル、組成、公式、又はプロセスは、特許請求の範囲内にあるとみなされる。更に、特許請求の範囲において、用語「第1」、「第2」および「第3」等は、単にラベルとして使われ、対象物に数値的な条件を課す意図ではない。
Claims (33)
- 環境発電トランスデューサに接続可能な入力を含む調整回路と、
調整回路に接続され、環境発電トランスデューサを必要とせず、センサーノードの動作を確立する少なくとも十分な動作エネルギーを無線で受信するように構成されている無線受信機回路と、
調整回路に接続されるデジタルプロセッサ回路と、
調整回路への入力に基づいてセンサーノードのエネルギー消費レベルを選択するように構成されている電力管理プロセッサ回路とを備え、
デジタルプロセッサ回路は、選択されたエネルギー消費レベルに基づいて電力管理プロセッサ回路によって確立された閾値下動作モードを含み、
閾値下動作モードを確立することは、デジタルプロセッサ回路において電界効果トランジスタ(FET)の閾値下動作を確立するように調整回路によって提供された供給電圧を調整又は選択することを含むことを特徴とするセンサーノード。 - 調整回路に接続される環境発電トランスデューサを更に備え、
調整回路は、環境発電トランスデューサに接続されたときに一次電池又は再充電可能な電池を必要とすること無く、連続的に動作するためにセンサーノード用の十分な動作エネルギーを提供するように構成されていることを特徴とする請求項1記載のセンサーノード。 - 無線受信機回路は、センサーノードの動作を最初に確立するために少なくとも十分な動作エネルギーを無線で受信するように構成されており、
調整回路及び環境発電トランスデューサは、更なる無線受信の動作エネルギーの無い状態でセンサーノード用の持続される動作エネルギーを提供するように構成されていることを特徴とする請求項2記載のセンサーノード。 - 環境発電トランスデューサは、熱電発電装置(TEG)を含むことを特徴とする請求項2乃至3のいずれか1項に記載のセンサーノード。
- 電力管理プロセッサ回路は、センサーノードの動作のリセット又は消滅を抑制するために、少なくとも部分的にセンサーノードのエネルギー消費レベルを選択するように構成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のセンサーノード。
- 選択されたエネルギー消費レベルに基づいて電力管理プロセッサ回路によって確立された閾値下動作モードを含む機能特定プロセッサ回路を備え、
デジタルプロセッサ回路は汎用プロセッサ回路からなり、
調整回路は、供給電圧を1以上の汎用プロセッサ回路又は機能特定プロセッサ回路に提供するように構成されている調整可能な出力を含み、
閾値下動作モードを確立することは、1以上の汎用プロセッサ回路又は機能特定プロセッサ回路において各電界効果トランジスタ(FET)の閾値下動作を確立するように調整可能な出力を調整することを含むことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のセンサーノード。 - 選択されたエネルギー消費レベルに基づいて、電力管理プロセッサ回路によって確立された閾値下動作モードを含む機能特定プロセッサ回路を備え、
デジタルプロセッサ回路は汎用プロセッサ回路からなり、
調整回路は、1以上の汎用プロセッサ回路又は機能特定プロセッサ回路に制御可能に接続される異なった特定の供給電圧を提供するように構成されている2以上の出力を含み、
電力管理回路は、閾値下動作モードを確立するため調整回路の各出力を1以上の汎用プロセッサ回路又は機能特定プロセッサ回路に接続することを制御するように構成されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のセンサーノード。 - クロック出力で特定の出力クロック周波数を提供するように構成されているクロック発生回路を備え、
電力管理プロセッサ回路は、選択されたエネルギー消費レベルに基づいて、デジタルプロセッサ回路に提供される出力クロック周波数を調整するか、又はデジタルプロセッサ回路に提供されるクロック出力をゲートするように構成されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載のセンサーノード。 - 生理的な信号を表示する情報を得るように構成されているアナログ入力を備え、
アナログ入力は、選択されたエネルギー消費レベルに基づいて電力管理回路の制御下で、デジタルプロセッサ回路に制御可能に接続可能であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載のセンサーノード。 - アナログ入力はアナログデジタルコンバータを含み、
電力管理回路は、アナログデジタルコンバータを用いて調整回路への入力を表示する情報を得るように構成されており、
電力管理回路は、調整回路への入力についての得られた情報を用いてセンサーノードのエネルギー消費レベルを調整するように構成されていることを特徴とする請求項9記載のセンサーノード。 - デジタルプロセッサ回路又はアナログ入力に制御可能に接続可能な無線送信機を備え、
無線送信機は、選択されたエネルギー消費レベルに基づいて電力管理回路の制御下で、
アナログ入力によって得られた生理的な信号を表示する1以上の流された又は処理された情報を送信するように構成されていることを特徴とする請求項9乃至10のいずれか1項に記載のセンサーノード。 - 選択されたエネルギー消費レベルに基づいて電力管理プロセッサ回路によって確立された閾値下動作モードを含む機能特定プロセッサ回路を備え、
デジタルプロセッサ回路は汎用プロセッサ回路からなり、
電力管理回路は、選択されたエネルギー消費レベルに基づいて1以上の汎用プロセッサ回路又は機能特定アクセラレータ回路を含むか又は排除するためにアナログ入力と無線送信機との間のデータパスを制御可能に確立するように構成されていることを特徴とする請求項11記載のセンサーノード。 - エネルギー消費レベルは少なくとも3つのレベルを含み、
これら少なくとも3つのレベルは、
汎用プロセッサ回路、アプリケーション特定プロセッサ回路、アナログ入力及び無線送信機が可能とされる第1エネルギー消費レベルと、
第1エネルギー消費レベルが選択されるときに無線送信機の対応するエネルギー消費量よりもより少ないエネルギーを消費するために、無線送信機がデューティ−サイクルされる第2エネルギー消費レベルと、
第1又は第2エネルギー消費レベルが選択されるときに無線送信機の対応するエネルギー消費量よりもより少ないエネルギーを消費するために、無線送信機がデューティ−サイクルされるか、又は無効となり、且つ1以上の汎用プロセッサ回路、アプリケーション特定プロセッサ回路又はアナログ入力が1以上のクロック信号又は供給電圧を受信することを妨げる第3エネルギー消費レベルとを含むことを特徴とする請求項11乃至12のいずれか1項に記載のセンサーノード。 - 電力管理回路及びデジタルプロセッサ回路に接続される共有の命令メモリ回路を備えたことを特徴をする請求項1乃至13のいずれか1項に記載のセンサーノード。
- 1以上の電力管理回路及びデジタルプロセッサ回路に接続されるデータメモリ回路を備えたことを特徴とする請求項14記載のセンサーノード。
- 調整回路、無線受信機回路、デジタルプロセッサ回路及び電力管理回路の活性部は共有の集積回路装置において共通に集積されていることを特徴とする請求項1乃至15のいずれか1項に記載のセンサーノード。
- 集積回路装置は、相補型金属酸化膜半導体(CMOS)装置からなることを特徴とする請求項16記載のセンサーノード。
- 無線受信機回路は、1以上の誘導結合された電磁結合動作エネルギー又は放射結合された電磁結合動作エネルギーを受信するように構成されていることを特徴とする請求項1乃至17のいずれか1項に記載のセンサーノード。
- 環境発電トランスデューサに接続可能な調整回路に接続された無線受信機回路によって、環境発電トランスデューサからの動作エネルギーを必要とすることなくセンサーノードの動作を確立するために十分な動作エネルギーを無線受信し、
調整回路への入力に基づいてセンサーノードのエネルギー消費レベルを選択し、
選択されたエネルギー消費レベルに基づいてデジタルプロセッサ回路の閾値下動作モードを確立し、この閾値下動作モードは、デジタルプロセッサ回路において電界効果トランジスタ(FET)の閾値下動作モードを確立するように調整回路によって提供される供給電圧を調整すること又は選択することを含むことを特徴とするセンサーノードの動作方法。 - 一次電池又は再充電可能な電池を必要とすることなく環境発電トランスデューサを用いてセンサーノードを連続的に動作させるための十分な動作エネルギーを得ることを特徴とする請求項19記載の方法。
- 無線受信機回路によって、初期にセンサーノードの動作を確立するための十分な動作エネルギーを無線受信し、
更なる無線受信の動作エネルギーが無い状態で環境発電トランスデューサを用いてセンサーノードの動作用の持続的な動作エネルギーを得ることを特徴とする請求項20記載の方法。 - 環境発電トランスデューサは熱電発電装置(TEG)を含むことを特徴とする請求項20乃至21のいずれか1項に記載の方法。
- センサーノードの動作のリセット又は消滅を妨げるため少なくとも部分的にセンサーノードのエネルギー消費レベルを選択することを特徴とする請求項19乃至22のいずれか1項に記載の方法。
- 供給電圧を1以上の汎用プロセッサ回路又は機能特定プロセッサ回路に提供するため調整回路の出力を調整し、
閾値下動作モードを確立することは、1以上の汎用プロセッサ回路又は機能特定プロセッサ回路において各電界効果トランジスタ(FET)の閾値下動作を確立するように調整可能な出力を調整することを含むことを特徴とする請求項19乃至23のいずれか1項に記載の方法。 - 閾値下動作モードを確立するために調整回路のそれぞれ異なった出力を1以上の汎用プロセッサ回路又は機能特定プロセッサ回路に制御可能に接続することを特徴とする請求項19乃至24のいずれか1項に記載の方法。
- クロック出力で特定の出力クロック周波数を発生させ、
選択されたエネルギー消費レベルに基づいてデジタルプロセッサ回路に提供される出力クロック周波数を調整するか、又はデジタルプロセッサ回路に提供されるクロック出力をゲートすることを含むことを特徴とする請求項19乃至25のいずれか1項に記載の方法。 - 選択されたエネルギー消費レベルに基づいてデジタルプロセッサ回路に制御可能に接続可能なアナログ入力を用いて生理的な信号を表示する情報を得ることを特徴とする請求項19乃至26のいずれか1項に記載の方法。
- 生理的な信号は、1以上の心電図(ECG)、および脳電図(EEG)、又は筋電図(EMG)を含むことを特徴とする請求項27記載の方法。
- 調整回路への入力について得た情報であってアナログ入力を用いて得た情報を用いてセンサーノードのエネルギー消費レベルを調整することを特徴とする請求項27乃至28のいずれか1項に記載の方法。
- 無線送信機を用いて、選択されたエネルギー消費レベルに基づいてアナログ入力によって得た生理的な信号を表示する1以上の流された又は処理された情報を無線送信することを特徴とする請求項27乃至29のいずれか1項に記載の方法。
- 選択されたエネルギー消費レベルに基づいて1以上の汎用プロセッサ回路又は機能特定アクセラレータ回路を含む又は除外するためのアナログ入力と無線送信機との間のデータパスを制御可能に確立することを特徴とする請求項29記載の方法。
- エネルギー消費レベルは少なくとも3つのレベルを含み、
これら少なくとも3つのレベルは、
汎用プロセッサ回路、アプリケーション特定プロセッサ回路、アナログ入力及び無線送信機が可能とされる第1エネルギー消費レベルと、
第1エネルギー消費レベルが選択されるときに無線送信機の対応するエネルギー消費量よりもより少ないエネルギーを消費するために、無線送信機がデューティ−サイクルされる第2エネルギー消費レベルと、
第1又は第2エネルギー消費レベルが選択されるときに無線送信機の対応するエネルギー消費量よりもより少ないエネルギーを消費するために、無線送信機が更にデューティ−サイクルされるか、又は無効となり、且つ1以上の汎用プロセッサ回路、アプリケーション特定プロセッサ回路又はアナログ入力が1以上のクロック信号又は供給電圧を受信することを妨げる第3エネルギー消費レベルとを含むことを特徴とする請求項29乃至31のいずれか1項に記載の方法。 - 少なくとも1つのプロセッサ回路によって実行されるとき、少なくとも1つのプロセッサ回路を含む装置に請求項19乃至32のいずれか1項に記載の方法を実施させる命令を含むプロセッサ読み取り媒体。
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