TW200815964A - Circuit and process for power management - Google Patents

Description

200815964 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明總的說來涉及電源管理系統， 用於管理電子設備巾的操作和雜來說’涉及一種 【先前技#f】 由於要求電池更換或充電之間有更善 腦、個人數位助理（PDA)、平板電g^]隔，在例如手提電 等的攜帶型電子設備中的電源管理變得 線電腦週邊設備 腦滑鼠或者跟蹤球裝置的無ffn’ 括電池電源，並提供了無線資料連接 f制（扣不）汉備中包 耗盡設傷中有限的電池電量。彳將迅速 j提供了通過使用節電模式公降閒ί態。 蹴，在電池更換或充㈣ 的使種^^理中對設備（例如，無線滑鼠） 入資感ϊϊΐίί在移動，電源系統進 的省電模式。在轉先就進入能耗和信號處理速度降低 中，滑鼠内的更低功耗的休眠狀態。在休眠狀態 路。如果巧人工作狀態，並喚醒信號處理電 源管理系統切斷(例如，2〇秒）都沒有移動，那麼電 刀岍“唬處理電路，進入關機狀態。在關機狀態中， 5 200815964 電源官理系統中只有運動感測電路有效並消耗電能。 電容感測提供了檢測滑鼠使用的另一種方法。例如，美國專 t f 1，661:410號披露了一種電容感測式電源管理系統，它包括 S二壓電源相連的勺形電容器（sco〇P caPach〇r)和桶形 ibucketcapacitor)。當操作者用他/她的手或其他身體 邛，觸碰滑鼠時，操作員將變成勺形電容器的另一極板。電源 選擇地對勺形電容器和桶形電容器充電。兩個電容器^之 轉移在與勺形電容器的電容相關聯的情況下改變了桶 形^谷器上的電荷。然後將桶形電容器上的電荷與一閾值比較， ^確定操作員是否正在觸碰滑鼠。像運動感測式電源管理系 樣，電容感測式電源管理系統通常也具有多種狀態，例如，工 狀態、省電狀態、休眠狀態、關機狀態。 在關機狀態期間，運動感測或電容感測電路是設備中唯一工 1的部件。對於在大部分時間都處於空閒狀態的設備（例如，盔 線滑鼠）來說，感測電路的功耗對於設備的功率效率至關重要、、。、 現有技術中的運動感測和電容感測電路通常具有大約i 00微安 無功電流。此外，現有技術中的運動感測和電容感測通常 的慢。對工作和關機模式之外的省電模式和休眠模式進行編J ^了 i率節省和快速回應速度的相容。在省電模式或休眠模 中’ ^號處理電路並沒有完全切斷。因此，設備在省電戋、 式中對於人的指令_應速度比_模式快。休眠模 因此，希望實現具有簡單可靠的電源管理電路的設備和用於 有效地管理設備的功耗的方法。希望設備的無功功耗較小。希 望電源管理電路在將設備從空機狀態變為工作狀態時具有短 回應時間。進一步希望當設備沒有使用時能夠立即I入/高效功率 的空閒狀態。 6 200815964 【發明内容】 、^本發明為解決上述問題，提出一種電子設備（1〇)，具有電 源官理電路，(20)，回應於用戶是否觸摸設備（1〇)而將設備（1〇) 電源管理電路（2〇)包括覆蓋有設備（10)的介電外殼（216) ，，電板（214)。當用戶觸摸設備（1〇)時，用戶的身體和導電 214)構成感測電容器（213)。感測電容器（213)和基準電 丨215)週期性地充放電。比較電路元件（23〇)比較兩個電 223)之間的電壓，以確定用戶是否正在觸摸設備 (1〇)，並相應地生成將設備（1〇)開關的控制信號。 【實施方式】 槿戎：t照、f巧述本發明的各個實施例，在附圖中，相似結 力圖中用相同的附圖標號表示。應該注意 不是為了方便描述本發明的優選實施例。它們 -田34本發明或限定本發明的範圍。此外，附圖不 框圖= 出源管理電路20的設備10的 根據本發^ ―雜力㈣子設備。 s 備ig可歧獻數位助理 備等。根i本發日^=體傳送處理設 的無線滑鼠進行描述 例°又備10在下文中以用於電腦 元件料處理元件12。資料處理 頻（RF)或紅外（IF°) H發器送^莫|』奐器、模數轉，器、射 元件12的操作提供能量。電^管理f 為資料處理 的控制端子14相連，用於向資料声與貝料處理元件12 ^貝科處理轉12傳送控制信號。根 7 200815964 處理TO件12在打開和關閉狀態之間切換。、工制h唬使貝料 1¾¾2在打開狀態和關歐態之持Stl) ^電ifi缝1、晶酿龍^ 落==以而時 5ΐί;ί;?=;;ϊ =給電源管理電路财的_ 212#===鐘=皮 f明的優選實施例，開關212和222為場效岸電晶體（FFT) $ 日體管⑽)，時鐘信號被傳2=^5=柔 ί ί Ϊ2電S2i242?=i電容11213和2孟並嚣以 加和感測電容器 ίΐ 21 ϊΐ2! ϊίΪ加來自電流源211和221的電流繞過電 =2= ¾¾線2°5。此外’閉合的開關212和222使 4和215。一個導體用作電容器213的一個極板214，它也被稱 8 200815964 作感測板。電源管理電路2〇的物理έ士構口句括雷 f 213 sir^2 ^ ί:,ί 2—部分。雖然設備的外殼可以包括各種類型二 八，^ : αϋϊ ’但覆蓋感測電容器極板214的外殼部 i介ΐΐ Hiί電，優選由絕緣介電材料製成。由^ ί二im宜」以及很容易製成各種形狀和顏色，塑膠是 ;根據本發明’ ‘容器213的 1、測電》器 i固f大小。此外，極板214可包括彼此電 fil 巾所示辭指，錢蓋_電容器^反 電重ϋ用戶雜的這部分就將用作電容器213的另 一極板215。用戶身體的其他部分用作地線2〇5 (見圖2所示广 屯5ϊί旨S，當用戶觸摸設備10時，用戶的身體起導體的作 用。根據本發明，用戶觸摸設備10的範圍並不限於用戶身 設巧直接接觸。它覆蓋了與介電層216接觸的任意導 ^、， 起到感測電容器213中極板215的作用。 到圖2，電源管理電路2〇還包括比較模組23〇，用於比 電容器213和223之間的電壓差。根據本發明的優選實施例，比 較模組230包括差分放大器234。電容器213和223分別盥差分 放大器234的第一輸入端231和第二輸入端232相連。差g放^ 器234的輸出端235與電容器238 (也稱作積分電容器）的第一 極板連接。電容器238的第二極板連至地線205。電容器238的 第一極板還與比較模組230中的比較器244的第一輸入"端相連'。 比較器244的第二輸入端連接用於接收基準電壓243。比較器 9 200815964 触23°的輸出端’並與電源管理電路2°的輸出 元較模組230的結構不限於上文所述以及圖2中所 ^ί L 本發明，比較模組230可以是能夠比較輸入端231 號的衝健纽絲示電祕齡雜冑的輸出信 性地號發生态202以時鐘信號頻率的速度，週期 關it口/ft開關21i和222。根據本發明的優選實施例^ 和22V】ϋ^Ϊ合狀態基本上是彼此同步的。因此，電容器213 測^^苎本同時地充電和放電。電容器213 (也稱作感 面)的龟谷根據設備1〇是否與用戶接觸而改變。另一方 ί23|ίίί23丨it稱為基準電容器）的電容基本恒H‘ 偌in 3 ^乂感測电谷态213和基準電容器223的電容，以確定設 理亓ϋ衮，用，然後生成控制信號，從而相應地將資料處 理疋件12在開關狀態之間切換。 丁处 哭摸設備1〇時，用戶的身體（起到圖3中電容 ;板215的作用）遠離極板214。此外，極板215不僅 ϊί^ίί21ί’ Ϊ通過空氣間隙與極板214分離。由於空氣的 ίϊίI容器213的電容遠小於基準電容器223 it 2開關212 * 222打開的時鐘信號相位期間，差分放大 焱231 今的電壓上升比輸入端232快。回應於輸入 輪出總壓例如是非反相輸入差分放大器234在 個高電壓。在開關212* 222關閉的時鐘信 因’^入^231和232上的電壓都返回至接地電壓電 二此η’是分放大态234在輸出端235上產生高電壓脈衝信號。 griff於電容器213和223充電放電的頻率。電容器 差八器234的高電壓脈衝信號積分。具體來說， 充ί ί以ί5上的高電壓脈衝不斷對電容器238 蔣j：繁之^在士較态244的第一輸入端產生高電壓。比較器234 將/、弟一輸入端上的電壓與其第二輸入端上的基準電壓243相比 200815964 5端上的輸入（例如是反相輸入）高於第二輸 5 〇的气ΐ上產生低電壓信號。該低電壓信號（例如 f4 Λ?送給f料處理元件12的控制端子14。回應 上的二進轉，㈣歧元件12私雜基本為 容哭10時’如圖3所示，用戶的身體（起到電 中“雷作用）與設備10的外殼（用作電容器213 ϊ 常f ’所以感測電容器213的電容遠大於當^ _測電容器213的電容。根據本發明的ΐ 基i it 設備10時，感測電容器213的電容大於 βκί因mi入端231和232上的電壓都返回至』 脑#^—ΐ千此，差为放大器234在輸出端235上產生低電壓 ^衝。該脈衝的頻率等於電容器213 的i

ί。f if 238對來自差分放大器234的低電壓 ί 二並f比較器244的第-輸入端上產生S 巧=43，比較。回應第一輸入忒tiiSi 較的警準電壓243 (例如是非反相輸入)，ϊ 如為1的二進位值）被傳送給ΐ料 1¾¾ g作ii)。制端子14，並將資料處理電路12切換至打開 態期r電電在路 200815964 感測電容器213和基準電容器223^=^12和222分別對 高的頻率通常得到高的性能和高的=放鐘信號的頻率。 例，時鐘信號的頻率的範圍為從幾 本f明的各個實施 實施例中，時鐘信號的頻率為幾千赫茲炫萬赫茲。在優選 常包括振盪器，它可以是簡單的電阻 號發生器202通 f振盈器、電流控制振蘯器、晶體振 電壓控 由於晶片（on-chip) RC振盪器的簡選實施例中， 生器202包括這樣的晶片功率效率，時鐘信號發 感測! Ϊΐ〇準的㊁蓄：耗^^電流源211和221、 器238、基準電壓243 =^哭222344㉒2大f 234、積分電容 分電容器、238具有短的充放電^4 電容的積 〇 23?Ιίΐ；1^0^ ίί管理電路2G巾各赌備畔數，“現 零，基本為 用戶觸碰設備10時，感測電容曰哭213 H^5的，用。當 2S?二的各個點都能開啟信聽理奴St 備10的用戶身體和位於接觸點正下$的 213。在可選實施例中，與設備1〇二 形亚接_-片導電材料構成感測電容器213的極板。 到此為止’應意铜已提供了-觀於有效管理電子設備的 12 200815964 方法。根據本發明’設備中的電源管理模組回應於用戶觸 2打開設備中的功能電路，並且，當用戶不觸碰設備時關 因此’設備在不使用時處於_狀態。與現有的電 路ί目比，該電源管理電路結構簡單、響應快速、並且能 速的回應時間’通常不需要功能電路具有多 理現ΐ免備的ϊ效操作。當設備不工作時，電源管 f具有處於例如幾微安到幾十微安範_ 13電 時，設備中的功能電路能夠被完全斷電，因in上

τ IIP 文描述了本發日⑽多個具體實施例，但它們並不异A 了限疋本發明的範圍。本發明涵1 了此]疋為 顯而易見的、已描述的實施例的各種修g、餻乂于，術人員來說 明書中結合無線滑鼠描述了電源管理列，雖然， 了各種電子設備中的電源管理和押制 口方^本發明涵蓋 具有開和關兩種狀態。這並沒有g定太从二備中的功能電路 明，能夠具有多種狀態。此夕^有韻。根據本發 不限於電源管理方面的_。滅$㈡的2源管理電路和方法 行改裝，在其他應用中用作控制電『二匕們能夠很容易地進 件的功能的控制信號。 例如生成用於控制電路元 【圖式簡單說明】 圖1示出了具有根據本發明的電源管理電路的設備的框圖； 圖2示出了根據本發明的電源管理带 圖3示意性示出了設備的_部分，I、不意圖；以及 理電路中的感測電容器的形成。、’不出了根據本發明的電源管 13 200815964 【主要元件符號說明】 10設備 11 電池 12 資料處理元件 14控制端子 20 電源管理電路 202時鐘信號發生器 205地線 211電流源 212開關 213電容器 214極板 215極板 216介電層 221電流源 222開關 223基準電容器 230比較模組 231第一輸入端 232第二輸入端 234差分放大器 235輸出端 238電容器 243基準電壓 244比較器 245輸出端子 14

Claims (1)

1. 200815964 申請專利範圍： —種用於控制電路元件的控制電路，包括： 第一電流源； 與所述第一電流源相連的導電板； 復盍所述導電板的介電層； 關，具有與所述導電板相連的第—電極和接地的第二 第二電流源； ΪΪ2’;具有與所述第二電流源相連㈣—電極和接地的第 ί ί ξ m气所"1電容器的第厂電極相連的第一電極和 -、斤这包合為的第一電極相連的第二電極；以及 ϋΐΐ述t電板相連的第一輸入端、與所述電 制;子相連1出目ί的弟二輸入端、和與所述電路元件的控 2· 3· 4· ^申請專利範圍第1項所述之控制電路，其中所第一 和所述第二開關都具有雜用來接收時鐘信?虎的控制電極。 1項所述之控制電路’其中回應於用戶觸 杈所述;！包層，所述用戶和所述導電板構成了感測電容器。 利範5第1項所述之控制電路，其中所述比較模組 ^大J1 ’所述差分放大器具有與所述導電板相連的 ，了輸入鳊、與所述電容器的第一電極相連的第二輸入端、 和與所述比較模組的輸出端相連的輸出端。 較f斤述比較器具有與所述差分放大器的輸出端 才目連巧弟一輸入端、與基準電壓電平相連的第二輸入端、和 與所述比較模組的輸出端相連的輸出端。 15 5· 200815964 6· 翻第5項所述之控制電路，其中所述比較模组 積分電容器具有與所述差分放大器 的輸出鳊相連的弟一電極和接地的第二電極。 Ί· 一種電子設備，包括： 用介電材料製成的外殼； 具有用於接收控制信號的控制端子，從而回應於 ^ r t ϊ號使所述功能電路在第—狀態和第二狀態之&' 電源管理電路，包括： 第一電流源和第二電流源； 導，位於所述外殼的至少一部分下方，並與 一電流源相連； ^乐 電容器，連接在所述第二電流源和地之間； 第一開關，連接在所述導電板和地之間； 第二開關，與所述電容器並聯； 器’與所述第—開關和所述第二開關的控 制電極相連；以及 ，具有與所述導電板相連的第一輸人端、與所 的第二輸人端、和與所述功能電路的所述 輸出端，其中，當第—輸入端上的第一 二女弟—輸入端上的第二電壓脈衝時，所述比 生一控制信號，而當所述第一電壓脈衝低於 所述弟一電壓脈衝時生成第二控制信號。 ^如申凊專利範圍第7項所述之電子設備，其中： 所述導電板上方的所述核相接觸時，所 “^電巧^電板構成電容大於所述電容器的電容 § /又有V電物體與位於所述導電板上方的所述外殼接觸 200815964 9· 10. 11 12. 13. 14. 時，所述感測電容器的電容小於所述電容器的電容。 如申請專利範圍第8項所述之電子設備，其中· 巧述感測電容⑽電容大於所述電容糾餅 ，組生成將所述功能電路切換至打開狀態 匕 5虎，以及 σ 電容H的電容小於所述電容器 ^杈組生成將所述功能電路切換至關閉狀態的第二信 說0 Θ 專利範圍第7項所述之電子設備，其中，所述比較模 大器，具有與所述導電板相連的第一輸入端、與所述 二第二輸入端、與所述比較模組的輸出端相連的 牙貝分電谷器，連接在所述差分放大器的輸出端和地之間。 利範圍第9項所述之電子設備，其中，戶·比較模 較f，所述比較11具有與所述差分放大器的輸出 弟一輸人端、與基準電壓電平相連的第二輸人端、 和與所述比較模組的輸出端相連的輸出端。 專？範圍第7項所述之電子設備，其中，所述導電板 夕個導電板，所述多個導電板位於所述所述外殼的多個 位置之下，並彼此相連。 專利範圍第7項所述之電子設備，其中，所述 包括與所述外殼共形的導電板。 私饥 ίΐ/ί專利範圍第7項所述之電子設備，其中，所述時鐘俨 就發生器包括晶片電阻一電容振盪器。 里 15. 1重用於設備的電源管理方法，包括： 200815964 提供具有基準電容的基準電容器； 容f ’所述導電板位於所喊備的 有隹用戶—與户i述設備接觸時，所述感測電 讯ίϋ所、t 乂 ϋ誊ΐ電谷的第一電容，而當用戶接觸所述 抑所感測電容器具有大於所述基準 將所述感測電容ϋ的電容與所述基準電容進行比較； ί所述基準電容的所述第一電容 t將所心又備的功月匕電路切換至關閉狀態；以及 ^所述感測電容器具有大於所述基 日寸，將所述功能電路切換至打開^I病所如一电谷 16. 如申請專利範圍第15項所沭之雷 ===電容與將所述 容器和所述基準電容器充電；以及 ^迷導電板的麵電平與職鱗電容ϋ上的電壓進行 17·如申請專利範圍第15項所 感測電容n的餘朗法’其中將所述 對所述感測電容器和所述基 比較所述導電板上的楚一Rr~谷的週期性充電和放電； 第二脈衝信號；、一 R衝信號和所述基準電容器上的 S:於第二脈衝信號之間的第一 關ί?對積f電5㉝馨和所述第二脈衝信號之間的第二 18· ^申請專利範圍第17 器的電容和所述理紐」財將所述 只刀电各杰上的電顯基準電包括，將所述 200815964 19.

   ’其中將所述 ί所容器上的電壓低於所述基準 容進行比較還包/括： 第二控制信號。 電壓電平時，生成 電壓電平時，生成 如申請專利範圍第19項所述之電源管理方法，其中 將所述設備的功能電路切換至關閉狀態包括，回廡於 > 一控制信號關閉所述功能電路；以及 ^ ;坏連弟 將所述設備的功能電路切換至打開狀態包括，回應於所述繁 二控制信號接通所述功能電路。 ^ 19