TWI541641B - 電子裝置及其省電管理方法 - Google Patents

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Description

電子裝置及其省電管理方法
本發明係一種電子裝置，特別係有關一種待機省電的電子裝置及其省電管理方法。
目前智慧穿戴式電子產品因其外觀尺寸狹小，不得不採用小尺寸小容量電池供電，針對智慧穿戴式電子產品，其硬體系統還需選用一顆低功耗MCU作主控，否則續航時間會很短暫。
然而，即使選擇了低功耗MCU作主控制器，也存在諸多缺陷。基於現有技術的MCU的待機最低省電模式要麼是深度睡眠模式(sleep mode)，要麼是深度休眠模式(power down mode)，其最低待機電流在微安(uA)級。儘管有時也可達到納安(nA)級，然而此模式下，其監視時鐘(Watchdog timer)功能已停止工作，需要依靠外部專用喚醒Pin才能喚醒MCU。如此一來，必然造成喚醒時間較長，給人“假死”狀態。因此，續航待機時間不長一直困擾著穿戴式電子產品進一步發展。另外，現有技術中的智慧穿戴式電子還存在由於要選擇超低功耗MCU，因此成本單價不便宜等問題。
為解決現有技術中存在的問題，本發明提供一種電子裝置，包括控制單元和連接所述控制單元的即時時鐘模組以及一連接所述控制 單元和所述即時時鐘模組的供電模組，所述控制單元透過所述即時時鐘模組提供中斷，供電模組為電池，即所述電子裝置為電池供電裝置。
進一步的，所述即時時鐘模組採用次臨界值(Subthreshold)超低功耗技術。次臨界值超低功耗技術是一種使內部電路可工作在次臨界值區(工作在0-0.5v範圍，臨界值為0.5v)，而傳統的則工作在超臨界值區(工作在0.5v-1.8v範圍，臨界值為0.9v)，次臨界值技術使工作電路的功耗降低約13倍。進一步的，所述電子裝置還包括連接所述控制單元的周邊電路，所述周邊電路用於擴展所述控制單元的功能，所述即時時鐘模組包括連接所述供電模組的電源管理模組，所述電源管理模組用以控制所述控制單元及所述周邊電路的供電。
進一步的，所述電源管理模組還包括一電源控制端，所述電源管理模組透過所述電源控制端連接所述控制單元，所述電源控制端用以控制所述供電模組與所述控制單元的連接。
進一步的，所述電源管理模組還包括一電源控制端，所述電子裝置還包括一電子開關，所述電源管理模組透過所述電源控制端連接所述電子開關，並透過所述電子開關連接所述控制單元和所述供電模組，所述電源管理模組透過所述電源控制端控制所述電子開關的通斷。
進一步的，所述即時時鐘模組還包括一存儲單元，當所述供電模組中斷供電時，所述存儲單元存儲所述控制單元在中斷供電前的狀態。
進一步的，所述即時時鐘模組包括自校準RC振盪器，所述即時時鐘模組透過所述自校準RC振盪器提供中斷晶振。
進一步的，所述電子裝置當機時透過所述即時時鐘模組提供狀態重設信號進行重設。
進一步的，所述電子裝置為可穿戴設備。
本發明還提供一種電子裝置的省電管理方法，包括控制單元通電工作；連接所述控制單元的即時時鐘模組切斷所述控制單元及其周邊電路的供電，存儲所述控制單元在中斷供電前的資料，並啟動監視時鐘；當所述即時時鐘模組收到中斷信號時，喚醒所述控制單元，並將中斷供電前的資料發送給所述控制單元。
本發明提供的電子裝置，包括控制單元和連接所述控制單元的即時時鐘模組，所述控制單元透過所述即時時鐘模組提供中斷。透過外接低功耗的即時時鐘模組來提供中斷，能夠降低整個系統的功耗，增強有電池供電裝置續航時間。
100‧‧‧控制單元
200‧‧‧即時時鐘模組
210‧‧‧電源管理模組
211‧‧‧電源控制端
220‧‧‧存儲單元
300‧‧‧供電模組
400‧‧‧電子開關
500‧‧‧周邊電路
600‧‧‧供電模組
第1圖為本發明一實施例所述電子裝置的結構示意圖。
第2圖為本發明另一實施例所述電子裝置的結構示意圖。
第3圖為可穿戴電子產品中採用次臨界值技術的多功能RTC與主控MCU通訊電路連接框圖。
第4圖為本發明一實施例所述電子裝置的省電管理方法的流程圖。
以下結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細說明。根據下面說明和申請專利範圍，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，附圖均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比率，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。
結合背景技術所述，針對電池供電產品，為了解決待機時間不長的問題，常規方法是使用外部電源管理晶片(含RTC時鐘電路)或外部RTC時鐘晶片控制系統周邊。該方法透過定時中斷喚醒系統的方式以求待機省電，但其仍受限於系統主控啟動狀態耗電及外部RTC本體工作模式耗電太大，致使系統平均待機電流仍處於1-8mA毫安培級。智慧手機因電池容量足夠大，因此可考慮使用上述方法，然而智慧穿戴式電子產品(可穿戴設備)一般使用低容量電池，若採用上述常規方法仍然不能保證長時間續航。
基於此，本發明提供一種電子裝置，如第1圖所示，包括控制單元100和連接所述控制單元100的即時時鐘模組(RTC)200；所述控制單元100透過所述即時時鐘模組200提供中斷。
具體的，所述即時時鐘模組200採用次臨界值超低功耗技術，使其支持超低功耗，並且透過自校準RC振盪器工作模式為控制模組100提供中斷晶振。次臨界值超低功耗技術是一種使內部電路可工作在次臨界值區(工作在0-0.5v範圍，臨界值為0.5v)，而傳統的則工作在超臨界值區(工作在0.5v-1.8v範圍，臨界值為0.9v)，次臨界值技術使工作電路的功耗降低約13倍。如此即用外部即時時鐘為即時時鐘模組(RTC) 200取代了控制模組100內部的自帶時鐘模組，透過外部更低功耗的RTC來提供中斷，降低了整個電子裝置的功耗。
所述電子裝置還包括連接於電子裝置的控制單元100的周邊電路500，可以據此增加電子裝置的功能。進一步的，所述電子裝置還包括供電模組300，供電模組300為電池，所述即時時鐘模組200還包括連接所述供電模組300的電源管理模組210，所述電源管理模組210用以控制所述控制單元100及其周邊電路500的供電。
在本發明一實施例中，如第1圖所示，所述電源管理模組210具有電源控制端211，電源管理模組210直接透過電源控制端211連接控制單元100，以控制供電模組300與控制單元100的連接。電源管理模組210透過電源控制端211發出控制信號，以控制供電模組300為控制單元100與其周邊電路500供電。
在本發明另一實施例中，如第2圖所示，電子裝置還包括電子開關400，所述電源管理模組210透過電源控制端211連接所述電子開關400，並透過電子開關400連接所述控制單元100和所述供電模組300。此時，電源管理模組210透過所述電源控制端211控制所述電子開關的通斷。具體的，所述電源管理模組210透過電源控制端211發出控制信號控制電子開關400的通斷，以控制供電模組300為控制單元100與其周邊電路500供電。其中，所述電子開關400為MOS電晶體，其閘極連接電源控制端211，其源汲極分別連接供電模組300與控制單元100。但本發明不以此為限，所述電子開關400還可以是其他器件。
如第1圖和第2圖所示，即時時鐘模組200還包括存儲單元220，當所述供電模組300中斷供電時，所述存儲單元220存儲所述控制單元100在中斷供電前的狀態。如此可以記憶控制單元100斷電前的狀態，以實現快速喚醒控制單元100。當電子裝置當機時，所述即時時鐘模組200還能提供狀態重設信號給所述控制單元100以進行重設。
其中，電子裝置可以是可穿戴設備，本發明所示的方法應用於可穿戴設備，可以解決可穿戴設備電池容量小，不能保證長時間續航的缺陷。可穿戴設備例如為手環，此時周邊電路500可以根據需要實現智慧睡眠提醒、智慧跑步和智慧提醒等功能。
下面以第2圖所示電子裝置為例對本發明進行具體說明。其中可穿戴設備為智慧手環。該智慧手環結合智慧手機主要功能包括：智慧識別跑步和走路，並分開記步、自動計算卡路里消耗；智慧睡眠監測；智能提醒；運動地圖軌跡記錄，自由發起或回應各項運動比賽等功能。當然上述功能僅為舉例，並非用以限定該智慧手環。
第3圖為可穿戴設備中採用次臨界值技術的RTC與主控MCU通訊電路連接框圖。選用Microchip的MCU作為控制單元100，比如可以是PIC16LF1947；選用Ambiq Micro的AM1805作為外接即時時鐘模組(RTC)200；周邊電路500包括藍牙收發器、3軸加速度感測器以及線性驅動模組，所述藍牙收發器選用AMICCOM的A8105，所述3軸加速度感測器選用ADI的ADXL362。所述智慧手環使用鋰電池(VBAT)3.7v/41mAH作為供電模組300以供電。電子開關400為PMOSFET開關，切換控制電路，此電路受控於RTC內部的PSW pin(電源控制端211)， 可對除RTC晶片外系統周邊供電實施開與關動作。另外，當智慧手環出現當機時，用此RTC向MCU提供RESET和中斷喚醒信號，還可以用此RTC提供所需的32.768KHZ的時鐘。存儲單元220為RTC中的RAM。
其中，AM1805為基於次臨界值功耗技術設計的自帶電源管理功能的RTC，該RTC電源供電要求比其他工業級RTC低，AM1805內建RC振盪模式3v供電時，當使用內部RC振盪器其耗電為14nA；當使用內部RC振盪器並自校準時其耗電為22nA；當使用外部晶體振盪器其耗電為55nA；其電源管理將支援可程式設計計數器，定時鬧鐘，Watchdog功能，並內建電源供電開關，及支援帶有計數，鬧鐘和中斷功能的睡眠管理功能。它以I2C或SPI介面與主控CPU進行通訊，其有效的供電電壓工作電壓範圍為1.5-3.6v。
整個MCU供電迴路中外加P-MOSFET控制電源正極開/關，該VSS pin受控於來自RTC的PSW pin，RTC的nIRQ Pin則可作為MCU的外部中斷輸入，當MCU需要喚醒時，允許MCU利用RTC中斷功能，而RTC的Reset輸出則連到MCU的nRST輸入，可以啟動RTC進行Power on reset，同時支持外部Reset鍵重設。MCU可上電初始化時，透過SPI或I2C通道對RTC內部寄存器進行設置。透過對RTC的內部寄存器值進行配置，可設置MCU進入關機狀態，並可提供不同觸發方式從關機狀態去喚醒MCU，主要有以下幾種觸發方式：鬧鐘(Alarm)：系統要求MCU以特殊的時序次數喚醒起來時，需要完整配置RTC的Alarm鬧鐘中斷功能。
倒數計時(Countdown Timer)：系統要求MCU以週期性的間隔喚醒起來時，RTC將會提供彈性的時間間隔配置支援這個功能。
喚醒按鍵/開關(Wake Button/Switch)：可支援外部手動按鍵或開關喚醒系統。
外部裝置輸入：RTC可支援輸入外部WDI(WatchDog timer Input)中斷，去喚醒MCU。
模擬輸入：RTC內建類比電壓比較器，可支援外部類比電壓信號，允許輸入在RTC的VBAT pin，透過其內部的比較器比較後，產生中斷去喚醒MCU。
電池低壓偵測：類比電壓比較器可提供外部電池低壓偵測，此時RTC的VCC pin需要與VBAT pin連接，(即第2圖中的供電模組600連接至RTC的VCC pin，供電模組600為電池模組)內部比較器動作臨界值也可調整，以確保電壓低壓中斷產生。
如果MCU在sleep mode下的掉電，一些省電參數資料必需先在MCU重新上電前預存於RTC內部的RAM，則可很容易在MCU進入Sleep mode前，先存儲所需省電參數，並當MCU喚醒時，再讀出來。
RTC的PSW pin上內部有一內阻為1OHM電源開關，允許50mA電流通過，可控制外部晶片供電，如果不使用此PSW pin則最大漏電為250PA。
綜上所述，系統改由MCU+RTC(AM1805)整合使用，該RTC晶片將提供在自校準RC模式下的RTC功能(該RTC連續工作耗電電流為 <20nA)，並設置MCU進入Sleep mode，RTC可設置以一定的時間間隔定時喚醒MCU，則系統平均電流會被動態地降低。
使用該自帶電源管理的RTC能夠設置系統進入最省電模式，該RTC最大的優點在於，允許系統開發者可以忽略其他系統元件的睡眠模式電流，並允許從其他性能方面，優化這些系統元件，如工作的功耗，成本或者功能。
如第4圖所示，本發明還提供一種電子裝置的省電管理方法，包括：控制單元通電工作；連接所述控制單元的即時時鐘模組切斷所述控制單元及其周邊電路的供電，存儲所述控制單元在中斷供電前的資料，並啟動監視時鐘；當所述即時時鐘模組收到中斷信號時，喚醒所述控制單元，並將中斷供電前的資料發送給所述控制單元。
綜上所述，本發明提供的電子裝置及其省電管理方法，透過控制單元和連接所述控制單元的即時時鐘模組；所述控制單元透過所述即時時鐘模組提供中斷。透過外接低功耗的即時時鐘模組來提供中斷，能夠降低整個系統的待機功耗，增強有電池供電裝置續航時間。
需要說明的是，本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對於實施例公開的方法而言，由於與實施 例公開的系統相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見系統部分說明即可。
顯然，本領域的技術人員可以對發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明申請專利範圍及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包括這些改動和變型在內。
100‧‧‧控制單元
200‧‧‧即時時鐘模組
210‧‧‧電源管理模組
211‧‧‧電源控制端
220‧‧‧存儲單元
300‧‧‧供電模組
400‧‧‧電子開關
500‧‧‧周邊電路
600‧‧‧供電模組

Claims (7)

  1. 一種電子裝置，其包括控制單元和連接該控制單元的即時時鐘模組以及一連接該控制單元和該即時時鐘模組的供電模組，該控制單元透過該即時時鐘模組提供中斷，該供電模組為一電池供電模組；其中，該電子裝置還包括連接該控制單元的周邊電路，該周邊電路包含藍牙收發器、3軸加速度感測器以及線性驅動模組，以用於擴展該控制單元的功能，該即時時鐘模組包括連接該供電模組的電源管理模組，該電源管理模組還包括一電源控制端，該電子裝置還包括一電子開關，該電源管理模組透過該電源控制端連接該電子開關，並透過該電子開關連接該控制單元和該供電模組，該電源管理模組透過該電源控制端控制該電子開關的通斷，以控制該供電模組為該控制單元及該周邊電路供電，該即時時鐘模組還包括一存儲單元，當該供電模組中斷供電時，該存儲單元存儲該控制單元在中斷供電前的狀態。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該即時時鐘模組採用次臨界值超低功耗技術。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該電源管理模組還包括一電源控制端，該電源管理模組透過該電源控制端連接該控制單元，該電源控制端用以控制該供電模組與該控制單元的連接。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該即時時鐘模組包括自校準RC振盪器，該即時時鐘模組透過該自校準RC振 盪器提供中斷晶振。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該電子裝置當機時透過該即時時鐘模組提供狀態重設信號進行重設。
  6. 如申請專利範圍第1項-第5項任意一項所述電子裝置，其中該電子裝置為可穿戴設備。
  7. 一種電子裝置的省電管理方法，該電子裝置是如申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述的電子裝置，該電子裝置的省電管理方法包括：控制單元通電工作；連接該控制單元的即時時鐘模組切斷該控制單元及其周邊電路的供電，存儲該控制單元在中斷供電前的資料，並啟動監視時鐘；以及當該即時時鐘模組收到中斷信號時，喚醒該控制單元，並將中斷供電前的資料發送給該控制單元。
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