TWI439851B - 低功耗電路以及降低功率消耗的方法 - Google Patents

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Description

低功耗電路以及降低功率消耗的方法
本發明係有關一種低功耗電路以及降低功率消耗的方法。
隨著電子技術的蓬勃發展，電子裝置例如電腦、手機已成為現代人們生活中不可或缺的部份。電腦的各個部件例如電腦的光驅、顯示卡、監視器、聲卡、耳機等在待機過程中也會消耗較大的功率，如此一來，就會產生能源浪費的問題。因此如何降低電子裝置的功耗成為亟待解決的重要課題。
近年來，電子裝置省電技術的發展已經逐漸地萌芽。目前，電子裝置大都利用省電模式以降低功耗，即電子裝置在省電模式中會設定微處理器提供的暫存器進入閒置模式(idle mode)，如此可降低電子裝置各電路上的電源消耗。在現今環保意識高漲的趨勢及相關法規的要求下，尤其當電子裝置省電規範中對電源消耗的要求標準高時，即使微處理器進入閒置模式也無法達到上述省電規範的要求。
因此，為降低功耗、減少能源浪費，本發明的目的在於提供一種低功耗電路以及一種降低功率消耗的方法。
具體地，本發明實施例提出的一種低功耗電路包括微處理器、電源開關模組及主電路模組。微處理器輸出電源控制訊號，並由第一工作模式切換至第二工作模式時改變電源控制訊號之脈衝特性。電源開關模組輸出電源訊號，電性耦接至電源電壓及微處理器以接收電源控制訊號，並依據電源控制訊號之脈衝特性的 改變而調變電源訊號之責任週期，電源訊號的電壓幅值由電源電壓決定。主電路模組電性耦接至電源開關模組以接收電源訊號，並以電源訊號所傳送之能量進行運作。
在本發明的實施例中，上述的第一模式與第二工作模式可分別為正常模式、開啟模式與閒置模式中之二相異者，脈衝特性可包括脈衝寬度或脈衝頻率，以及電源開關模組可包括電源開關電晶體。
在本發明的實施例中，上述的微處理器可包括通用輸入輸出介面，從而電源開關模組電性耦接至微處理器的通用輸入輸出介面以接收電源控制訊號。
本發明實施例提出的一種降低功率消耗的方法，包括步驟：自微處理器輸出電源控制訊號；當微處理器由第一工作模式切換至第二工作模式時，改變電源控制訊號之脈衝特性；自電源開關模組輸出電源訊號，依據電源控制訊號之脈衝特性的改變來調變電源訊號之責任週期，電源訊號的電壓幅值由電源電壓決定；以及由主電路模組接收電源訊號，並以電源訊號所傳送之能量進行運作。
在本發明的實施例中，上述的降低功率消耗的方法中的第二工作模式可為閒置模式，脈衝特性可包括脈衝寬度或脈衝頻率，電源開關模組可包括電源開關電晶體，以及微處理器可透過通用輸入輸出介面來輸出電源控制訊號。
本發明實施例提出的低功耗電路以及降低功率消耗的方法，藉由微處理器在改變工作模式時透過改變電源控制訊號的脈衝特性，以藉此調變電源開關模組輸出的電源訊號之責任週期並使主電路模組以電源訊號所傳送之能量進行運作，電源訊號之不同的責任週期可代表不同的傳送能量；因此透過對電源訊號之責任週 期的調變(例如減小)，可有效達成降低功耗、減少能源浪費之目的，從而符合電路高標準要求的省電規範。
為了使貴審查委員能更進一步瞭解本發明特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
請參閱圖1，圖1是根據本發明一實施例的低功耗電路方塊圖。在此實施例中，低功耗電路包括微處理器10、電源開關模組20以及主電路模組30。
如圖1所示，微處理器10電性耦接至電源電壓Vcc1。微處理器10包括通用輸入輸出介面GPIO，其電性耦接至電源開關模組20以輸出電源控制訊號101；微處理器10在不同的工作模式下通用輸入輸出介面GPIO輸出的電源控制訊號101的脈衝特性會有所不同，例如脈衝寬度不同或者脈衝頻率不同。
電源開關模組20電性耦接至電源電壓Vcc1。電源開關模組20進一步電性耦接至微處理器10的通用輸入輸出介面GPIO以接收電源控制訊號101，並依據電源控制訊號101產生電源訊號Vcc2。在此，電源訊號Vcc2的電壓幅值係由電源電壓Vcc1決定，而電源訊號Vcc2的責任週期則係由電源控制訊號101來決定。在本實施方式中，電源開關模組20可為電源開關電晶體(Power MOS)，例如PMOS(p-channel Metal Oxide Semiconductor)、NMOS(n-channel Metal Oxide Semiconductor)或其它類型的電源開關模組。
主電路模組30電性耦接至電源開關模組20以接收電源訊號Vcc2並以電源訊號Vcc2所傳送的能量進行運作。在此，主電路 模組30例如是包括南橋晶片及/或北橋晶片的負載電路模組。由於電源訊號Vcc2之不同的責任週期可代表不同的傳送能量，因此透過電源控制訊號101對電源訊號Vcc2的責任週期的調變(例如減小)，可達到改變(例如降低)主電路模組30之耗電量的目的。
請一併參閱圖1及圖2，其中圖2示出圖1所示微處理器10工作在第一工作模式與第二工作模式下的電源控制訊號101的脈衝寬度調變(PWM,pulse width modulation)波形圖。在此，第一工作模式與第二工作模式分別可為正常模式(Normal mode)、開啟模式(Pen on mode)、閒置模式(Idle mode)等工作模式之一；換而言之，微處理器10可在任意兩個不同工作模式之間進行切換。圖2示出第一模式為正常模式及第二模式為閒置模式時電源控制訊號101的PWM波形作為舉例說明，但本發明並不以此為限。如圖1及圖2所示，當微處理器10工作在正常模式時，電源控制訊號101的頻率週期為T，責任週期為(D1/T)且大於50%例如90%；D1為高準位在單個頻率週期T內的時間長度。假設在本實施方式中電源開關模組20為NMOS型電晶體，則在電源控制訊號101的責任週期(D1/T)內，電源開關模組20導通，電源訊號Vcc2傳送能量至主電路模組30；相反地，在電源控制訊號101的非責任週期(在此，對應電源控制訊號101為低準位)內，電源開關模組20截止，電源訊號Vcc2停止傳送能量至主電路模組30。如此，由於電源訊號Vcc2所傳送的能量在電源電壓Vcc1保持不變的前提下是由其責任週期的大小決定，因此藉由電源控制訊號101對電源開關模組20的控制可決定電源訊號Vcc2傳送至主電路模組30的能量大小。
當微處理器10由正常模式切換至閒置模式時，電源控制訊號101的頻率週期仍保持為T，而其責任週期則由正常模式下的(D1/T) 改變為閒置模式下的(D2/T)，D2為高準位在單個頻率週期T內的時間長度；在此責任週期(D2/T)小於正常模式下的(D1/T)且例如是等於50%。由於電源控制訊號101的責任週期由(D1/T)改變至(D2/T)，亦即責任週期變小，受電源控制訊號101調變控制的電源訊號Vcc2的責任週期會相應變小，使得電源訊號Vcc2傳送至主電路模組30的能量也會相應的減少；如此，主電路模組30工作在閒置模式下會具有相對較低的功耗。
另外，需要說明的是，責任週期(D1/T)及(D2/T)的取值並不限於上述舉例，不同的工作模式下會有不同的取值，並且即使是同一工作模式下，也可能會隨不同的設計需求而改變。
請一併參閱圖1及3，其中圖3示出圖1所示微處理器10工作在第一工作模式與第二工作模式下的電源控制訊號101的脈衝頻率調變(PFM,pulse frequency modulation)波形圖。具體地，圖3示出第一模式為正常模式及第二模式為閒置模式時電源控制訊號101的PFM波形，但本發明並不以此為限。如圖1及圖3所示，微處理器10工作在正常模式時，電源控制訊號101的頻率週期為T1，責任週期為(D3/T1)且例如是等於60%；D3為高準位在單個頻率週期T1內的時間長度。同樣地，假設電源開關模組20為NMOS型電晶體，則在電源控制訊號101的責任週期(D3/T1)內，電源開關模組20導通，電源訊號Vcc2傳送能量至主電路模組30；在電源控制訊號101的非責任週期(在此，對應電源控制訊號101為低準位)內，電源開關模組20截止，電源訊號Vcc2停止傳送能量至主電路模組30。如此，由於電源訊號Vcc2所傳送的能量在電源電壓Vcc1保持不變的前提下是由其責任週期的大小決定，因此藉由電源控制訊號101對電源開關模組20的控制可決定電源訊號Vcc2傳送至主電路模組30的能量大小。
當微處理器10由正常模式切換至閒置模式時，電源控制訊號101的頻率週期由T1改變至T2，責任週期相應地為(D3/T2)且例如是12%；由此可見，雖然單個頻率週期T1及T2內高準位的時間長度D3不變，但由於頻率週期增大而使得責任週期變小；因此，受電源控制訊號101調變控制的電源訊號Vcc2的責任週期會相應變小，使得電源訊號Vcc2傳送至主電路模組30的能量也會相應的減少，以致於主電路模組30工作在閒置模式下會具有相對較低的功耗。
另外，需要說明的是，責任週期(D3/T1)及(D3/T2)的取值並不限於上述舉例，不同的工作模式下會有不同的取值，並且即使是同一工作模式下，也可能會隨不同的設計需求而改變。
另外，還需說明的是，上述實施例僅以從正常模式切換至閒置模式作為舉例說明，但本發明並不以此為限，微處理器10可在任意兩個不同的工作模式之間進行切換，以達到改變主電路模組30的功率消耗之目的。
請一併參閱圖1及圖4，圖4是根據本發明一實施例的降低功率消耗的方法的流程圖。本實施例提出的降低功率消耗的方法主要可包括下列步驟：
步驟S300，自微處理器10輸出電源控制訊號101。例如當微處理器10工作在正常模式下輸出的電源控制訊號101的PWM波形及PFM波形可分別如圖2及圖3所示。
步驟S302，當微處理器10由第一工作模式(例如正常模式)切換至第二工作模式(如閒置模式)時，改變電源控制訊號101之脈衝特性。在此，脈衝特性為脈衝寬度或脈衝頻率。當微處理器10工作在閒置模式時，電源控制訊號101改變其脈衝寬度與脈衝頻率後的波形可分別如圖2及圖3所示。
步驟S304，依據電源控制訊號101之脈衝特性的改變來調變電源訊號Vcc2之責任週期。從圖2及3所示的電源控制訊號101的PWM及PFM波形可以看出，當微處理器10工作在閒置模式時，電源控制訊號101的責任週期減小，而受電源控制訊號101調變的電源訊號Vcc2會相應的減小。
步驟S306，由主電路模組30接收電源訊號Vcc2，主電路模組30以電源訊號Vcc2所傳送之能量進行運作。具體地，由於具有不同責任週期的電源訊號Vcc2代表不同的傳送能量大小，因此主電路模組30所接收的電源訊號Vcc2之責任週期不同會使得主電路模組30運作在不同的功耗模式下。
在本實施例中，透過試驗將本發明低功耗電路及其降低功率消耗的方法與習知技術採用微處理器10本身的閒置技術進行比較：得出採用習知技術微處理器10在正常模式時流經主電路模組30的電流例如為18.45mA時，微處理器10在閒置模式時流經主電路模組30的電流為13.97mA，計算出習知技術中從正常模式切換至閒置模式共節省電流4.48mA(18.45mA-13.97mA=4.48mA)，這樣節省的電流數值並不符合高標準省電規範的要求。
本發明實施例是在閒置模式時控制電源控制訊號101之脉衝特性(如圖2及3所示)，進而調變電源訊號Vcc2的責任週期，微處理器10在閒置模式時流經主電路模組30的電流可為9.79mA(對應正常模式時流經主電路模組30的電流為18.45mA之情形)，計算出從正常模式切換至閒置模式採用本發明的技術方案共節省電流8.66mA(18.45mA-9.79mA=8.66mA)。如此可以獲得較大幅度的耗電改善，滿足高標準的省電規範的要求。
總結來說，相較於習知技術，本發明之低功耗電路及降低功率消耗的方法透過微處理器10由第一工作模式切換至第二工作模 式時調變電源控制訊號101的責任週期，再透過對電源開關模組20輸出的電源訊號Vcc2的責任週期的調變(例如減小)，並根據電源訊號Vcc2所傳送之能量使主電路模組30進行運作，不同責任週期的電源訊號Vcc2會代表不同的傳送能量，藉此可改變主電路模組30的功率消耗。
針對習知技術中當主電路模組的電源消耗要求標準高，微處理器進入閒置模式(idle mode)也無法達到省電規範要求之問題，本發明藉由在微處理器10工作在閒置模式下控制電源控制訊號101的責任週期減小到某一設定值，使得電源訊號Vcc2的責任週期相應減小至設定值，因此可以降低主電路模組30的電源消耗以符合高標準要求的省電規範。
綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧微處理器
20‧‧‧電源開關模組
30‧‧‧主電路模組
101‧‧‧電源控制訊號
Vcc1‧‧‧電源電壓
Vcc2‧‧‧電源訊號
S300~S306‧‧‧本發明一實施例的施行步驟
圖1是根據本發明一實施例的低功耗電路方塊圖。
圖2示出圖1的微處理器工作在第一模式與第二模式下的電源控制訊號的脈衝寬度調變波形圖。
圖3示出圖1的微處理器工作在第一模式與第二模式下的電源控制訊號的脈衝頻率調變波形圖。
圖4是根據本發明一實施例的降低功率消耗的方法的流程圖。
10‧‧‧微處理器
20‧‧‧電源開關模組
30‧‧‧主電路模組
101‧‧‧電源控制訊號
Vcc1‧‧‧電源電壓
Vcc2‧‧‧電源訊號

Claims (9)

  1. 一種低功耗電路，包括：一微處理器，輸出一電源控制訊號，該微處理器由一第一工作模式切換至一第二工作模式時改變該電源控制訊號之脈衝特性；一電源開關模組，輸出一電源訊號，該電源開關模組電性耦接至一電源電壓及該微處理器以接收該電源控制訊號，並依據該電源控制訊號之該脈衝特性的改變而調變該電源訊號之責任週期，該電源訊號的電壓幅值由該電源電壓決定；以及一主電路模組，電性耦接至該電源開關模組以接收該電源訊號並以該電源訊號所傳送之能量進行運作。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的低功耗電路，其中該第一工作模式與該第二工作模式分別為正常模式、開啟模式與閒置模式中之二相異者。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的低功耗電路，其中該脈衝特性包括脈衝寬度或脈衝頻率。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的低功耗電路，其中該微處理器包括一通用輸入輸出介面，該電源開關模組電性耦接至該微處理器的該通用輸入輸出介面以接收該電源控制訊號。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的低功耗電路，其中該電源開關模組包括一電源開關電晶體。
  6. 一種降低功率消耗的方法，包括步驟：自一微處理器輸出一電源控制訊號；當該微處理器由一第一工作模式切換至一第二工作模式時，改變該電源控制訊號之脈衝特性；自一電源開關模組輸出一電源訊號，依據該電源控制訊號之該脈衝特性的改變來調變該電源訊號之責任週期，該電源訊號的電壓幅值由一電源電壓決定；以及由一主電路模組接收該電源訊號並以該電源訊號所傳送之能量進行運作。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之降低功率消耗的方法，其中該第二工作模式為一閒置模式。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之降低功率消耗的方法，其中該脈衝特性包括脈衝寬度或脈衝頻率。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之降低功率消耗的方法，其中該微處理器係透過一通用輸入輸出介面輸出該電源控制訊號。
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