TWI550381B - 即時時間產生裝置 - Google Patents

Description

即時時間產生裝置

本發明是有關於一種即時時間產生技術，且特別是有關於一種即時時間產生裝置。

即時時鐘(Real Time Clock；RTC)是指可以像時鐘一様輸出實際時間的電子裝置，常用來使用在個人電腦、伺服器、手機、嵌入式系統及許多需要精確時間的電子系統中。RTC的運作是由一個鋰電池供應電力，因此當電子系統斷電一段時間後重新啟動，RTC還是能繼續運作，保持記錄著正確的時間。但是於設計電子系統時，其機構往往必須要有特別的設計，用於當供應RTC電力之鋰電池壽命耗盡時，該電池可以被更換。如此會產生額外的機構件費用成本，且此重置動作對於一般使用者而言相當麻煩。

因此，如何設計一個新的即時時間產生裝置，以解決上述的問題，乃為此一業界亟待解決的問題。

因此，本發明之一態樣是在提供一種即時時間產生裝置，應用於電子系統中，即時時間產生裝置包含：即時時鐘(Real Time Clock；RTC)模組以及能源採集(energy harvesting)模組。即時時鐘模組用以產生即時時間資訊。能源採集模組電性連接至即時時鐘模組，用以擷取周圍環境能源以產生電能，以輸出電源至即時時鐘模組。。

依據本發明一實施例，能源採集模組為微機電系統(Micro Electro Mechanical System；MEMS)能源採集模組並與電腦系統之微機電系統感測器共同封裝。

依據本發明再一實施例，即時時間產生裝置更包含能量儲存器，用以電性連接至能源採集模組與即時時鐘模組，以儲存該能源採集模組產生之電能，其中能量儲存器為電容或超級電容。

依據本發明再具有之一實施例，即時時間產生裝置包含電壓調整模組，電性連接於能源採集模組以及即時時鐘模組間，以將能源採集模組產生之輸出電壓進行電壓調整後傳送至即時時鐘模組。

依據本發明另又具有之一實施例，其中能源採集模組提供電力容量資料。

依據本發明另再具有之一實施例，即時時間產生裝置更包含監控模組，用以接收能源採集模組提供之電力容量資料，以於電力容量資料顯示電力不足，或於無法讀取電力容量資料時產生警示資訊。

依據本發明又再具有之一實施例，即時時間產生裝 置更包含充電控制模組，用以接收電力容量資料，以根據電力容量資料控制能源採集模組對即時時鐘模組之充電電壓、充電電流、充電啟始時間、充電結束時間或其組合。

依據本發明一實施例，其中即時時鐘模組更電性連接於電子系統之系統供電源，系統供電源係與能源採集模組同時供電至即時時鐘模組。

依據本發明一實施例，即時時間產生裝置更包含控制模組，用以電性連接於能源採集模組、電子系統之系統供電源以及即時時鐘模組，控制模組根據系統供電源之電源訊號或電源啟動訊號，控制能源採集模組及系統供電源至少其中之一供電至即時時鐘模組。

依據本發明又一實施例，其中即時時鐘模組更包含儲存單元，用以儲存電子系統之至少一配置資訊。

應用本發明之優點在於藉由能源採集模組之設置，擷取周圍環境能源以提供穩定的電源至即時時鐘模組，而輕易地達到上述之目的。

1‧‧‧即時時間產生裝置

10‧‧‧即時時鐘模組

100‧‧‧儲存單元

11‧‧‧即時時間資訊

12‧‧‧能源採集模組

13‧‧‧周圍環境能源

14‧‧‧能量儲存器

15‧‧‧電源

3‧‧‧即時時間產生裝置

30‧‧‧電壓調整模組

31‧‧‧電源

4‧‧‧即時時間產生裝置

40‧‧‧監控模組

41‧‧‧電力容量資料

42‧‧‧充電控制模組

43‧‧‧警示資訊

50‧‧‧系統供電源

5‧‧‧即時時間產生裝置

52、54‧‧‧蕭基二極體

6‧‧‧即時時間產生裝置

60‧‧‧控制模組

600、602‧‧‧電晶體開關

7‧‧‧即時時間產生裝置

70‧‧‧控制模組

700、702、704、706‧‧‧電晶體開關

第1圖為本發明一實施例中，一種即時時間產生裝置之方塊圖；第2圖為本發明一實施例中，一種即時時間產生裝置之電路圖；第3圖為本發明一實施例中，一種即時時間產生裝置之電 路圖；第4圖為本發明一實施例中，一種即時時間產生裝置之方塊圖；第5圖為本發明一實施例中，一種即時時間產生裝置之電路圖；第6圖為本發明一實施例中，一種即時時間產生裝置之電路圖；以及第7圖為本發明一實施例中，一種即時時間產生裝置之電路圖。

請同時參照第1圖及第2圖。第1圖為本發明一實施例中，一種即時時間產生裝置1之方塊圖。第2圖為本發明一實施例中，一種即時時間產生裝置1之電路圖。

即時時間產生裝置1於一實施例中，係應用於例如但不限於電腦系統如桌上型電腦或筆記型電腦，或手持式電子裝置如智慧型手機或平板電腦等電子系統(未繪示)中，以產生電子系統所需的即時時間(real time)的相關資訊。即時時間產生裝置1包含：即時時鐘模組10以及能源採集模組12。

即時時鐘模組10用以產生即時時間資訊11。於一實施例中，即時時間資訊11為與電子系統相關的時間資訊。以筆記型電腦的電子系統為例，當筆記型電腦中的南橋晶片在系統未供電時，即時時鐘模組10可持續地產生即 時時間資訊11，例如但不限於筆記型電腦的日期與時間資訊。

於一實施例中，即時時鐘模組10可更包含儲存單元100，以儲存電子系統的配置資訊。舉例來說，儲存單元100可為互補式金氧半電晶體(complementary metal-oxide-semiconductor；CMOS)或其他類型的記憶體，以儲存例如但不限於筆記型電腦的硬碟數量、硬碟類型、圖形控制器、記憶體與校驗值等。於一實施例中，即時時鐘模組10亦可依設定，例如但不限於產生中斷、警告等資訊。

能源採集模組12擷取周圍環境能源13以產生電能，並據以輸出電源15至即時時鐘模組10。於一實施例中，即時時間產生裝置1更包含能量儲存器14，以儲存能源採集模組12所產生的電能，在能源採集模組12無法持續產電時，即時時鐘模組10將可根據能量儲存器14的放電獲得供電。於一實施例中，能量儲存器14可為電容或是超級電容。

於一實施例中，能源採集模組12如第2圖所示，係為由微機電系統(Micro Electro Mechanical System；MEMS)技術實現的能源採集模組。於其他實施例中，能源採集模組12亦可由其他可擷取周圍環境能源13的技術實現。能源採集模組12所擷取的周圍環境能源13可為例如但不限於振動能源、溫度差、風能或電磁能。

於一實施例中，能源採集模組12可由包含壓電產 生器(piezoelectric generator)的微機電系統元件實現，以根據電子系統的各模組如處理器、硬碟在運作時所造成的振動，轉換振動能源為電能以產生電源15。於一實施例中，壓電產生器可設計為具有與電子系統運作時相同的共振頻率，以達到最佳的產電功效。

於另一實施例中，能源採集模組12可由包含熱電發電機(thermoelectric power generator)的微機電系統元件實現，以根據如電子系統的散熱裝置處(例如：熱管)產生的熱能所造成的溫度差轉換為電能以產生電源15。

於另一實施例中，能源採集模組12可由包含壓電薄膜懸臂樑(piezoelectric thin film cantilever)，藉風力驅動(wind-driven)的微機電系統元件實現，以根據如電子系統的散熱風扇處產生的氣流，轉換風能為電能以輸出電源15。

於又一實施例中，能源採集模組12可由可吸收電磁波的元件實現，以根據如電子系統的無線網卡的天線所收集到電磁波，轉換電磁能為電能以輸出電源15。於一實施例中，能源採集模組12可由振盪器式的近距感測器實現，以在外部物體例如人接近時改變振盪條件而產生電流，進一步輸出電源15。

因此，藉由能源採集模組12的設置，即時時鐘模組10可獲得穩定的供電，而不必仰賴常需更換的電池。不但在電子系統上不需額外配置更換電池的開孔與機構件，亦可節省電池的使用達到環保之目的。並且，在以微機電 系統元件實現能源採集模組12時，能源採集模組12可與電子系統中的其他微機電系統元件如重力感應器(G-sensor)共同封裝，分享供應電壓，並整併線路，如共同使用同一介面，不但提高整體運作效能，更進一步節省電子系統中的空間使用。

請參照第3圖。第3圖為本發明一實施例中，即時時間產生裝置3之電路圖。即時時間產生裝置3與第1圖及第2圖所示之即時時間產生裝置1類似，包含即時時鐘模組10以及能源採集模組12。因此，以下不再就相同的元件功效進行贅述。於本實施例中，即時時間產生裝置3更包含電壓調整模組30。

電壓調整模組30係可將能源採集模組12所產生的電源15由初始的電壓準位，調整至具有另一不同的電壓準位的電源31。由於即時時鐘模組10的精確度與其電源的電壓相關，當電源電壓衰變或不足時，將使即時時鐘模組10的精確度下降。因此，較佳地，能源採集模組12所產生的電源15需大於即時時鐘模組10的最小電壓規範。電壓調整模組30的設置，可將電源15的電壓調整至符合即時時鐘模組10所需的電壓準位。於一實施例中，電壓調整模組30亦可包含一個最大功率點追蹤(MPPT；Maximum Power Point Tracking)單元(未繪示)以取得最大能源。

舉例來說，於一實施例中，即時時鐘模組10是根據2.5伏特~3.47伏特的直流電源運作。然而，可轉換電磁波為電能的能源採集模組12在接收到環境中之2.4GHz頻 帶的無線區域網路(Wireless Local Area Network；WLAN)電波，經過例如但不限於橋式整流器整流及容阻電路的濾波後，僅可輸出約0.2伏特的直流電源15。電壓調整模組30將可轉換0.2伏特的直流電源15為至少2.5伏特的直流電源31，以使即時時鐘模組10據以運作。

需注意的是，於第3圖中所繪示的電壓調整模組30的電路僅為一範例，於其他實施例中，係可以具有其他結構或元件的電路實現，達到調整電壓準位的目的。

請參照第4圖。第4圖為本發明一實施例中，即時時間產生裝置4之方塊圖。即時時間產生裝置4與第1圖及第2圖所示之即時時間產生裝置1類似，包含即時時鐘模組10以及能源採集模組12。因此，以下不再就相同的元件功效進行贅述。於本實施例中，即時時間產生裝置4更包含監控模組40及充電控制模組42。

於本實施例中，能源採集模組12可提供電力容量資料41。於一實施例中，電力容量資料41為能源採集模組12已產生但尚未被即時時鐘模組10消耗的電能。於一實施例中，電力容量資料41可根據例如，但不限於能源採集模組12的產電能力以及如第2圖所示的能量儲存器14的儲能量計算產生。

監控模組40係用以接收電力容量資料41，以於電力容量資料41顯示電力不足，或無法讀取到電力容量資料41時產生警示資訊43。充電控制模組42則用以根據電力容量資料41控制能源採集模組12對即時時鐘模組10之充 電電壓、充電電流、充電啟始時間、充電結束時間或其組合。

於一實施例中，監控模組40可由一個獨立設置的元件實現。於一實施例中，監控模組40可整合於電子系統中的其他模組，例如但不限於基本輸入輸出系統(Basic Input/Output System；BIOS)。監控模組40可透過例如但不限於通用序列匯流排(Universal Serial Bus；USB)介面接收能源採集模組12提供的電力容量資料41，並以例如但不限於以軟體產生警示訊息或是以硬體如蜂鳴器產生警示音，警告能源採集模組12工作異常。

第5圖為本發明一實施例中，即時時間產生裝置5之電路圖。即時時間產生裝置5與第1圖及第2圖所示之即時時間產生裝置1類似，包含即時時鐘模組10以及能源採集模組12。因此，以下不再就相同的元件功效進行贅述。於本實施例中，即時時鐘模組10可與電子系統中的系統供電源50電性連接。

系統供電源50可在電子系統啟動後，供電以使電子系統運作。於本實施例中，當電子系統運作時，系統供電源50可輸出電源訊號VIN至即時時鐘模組10，以使即時時鐘模組10可同時根據能源採集模組12輸出之電源15及系統供電源50輸出之電源訊號VIN運作。而當電子系統關機停止運作時，系統供電源50停止輸出電源訊號VIN。即時時鐘模組10可僅根據能源採集模組12輸出之電源15運作。於一實施例中，系統供電源50及能源採集模組12 與即時時鐘模組10間，可分別藉由蕭基二極體52及54電性連接，以使電源訊號VIN及電源15均僅單向輸入至即時時鐘模組10。

請參照第6圖。第6圖為本發明一實施例中，即時時間產生裝置6之電路圖。即時時間產生裝置6與第1圖及第2圖所示之即時時間產生裝置1類似，包含即時時鐘模組10以及能源採集模組12。因此，以下不再就相同的元件功效進行贅述。於本實施例中，即時時間產生裝置6更包含控制模組60。

控制模組60電性連接於能源採集模組12、電子系統之系統供電源50以及即時時鐘模組10。其中，控制模組60可控制能源採集模組12及系統供電源50至少其中之一供電至即時時鐘模組10。

於本實施例中，控制模組60包含相串聯之電晶體開關600及602，電性連接於能源採集模組12以及即時時鐘模組10間。電晶體開關600及602係受控於系統供電源輸出之電源訊號VIN。

當電子系統運作時，系統供電源50可輸出電源訊號VIN至即時時鐘模組10。此時，電晶體開關600及602將接收到第一準位的訊號而關閉，即時時鐘模組10係僅由系統供電源50進行供電。而當電子系統關機停止運作時，系統供電源50停止輸出電源訊號VIN。此時，電晶體開關600及602將接收到第二準位的訊號而導通，即時時鐘模組10係僅由能源採集模組12供電。

於另一實施例中，電子系統即使未運作，卻以電源適配器連接至電源或具有電池供電時，系統供電源50仍可輸出電源訊號VIN至即時時鐘模組10，以達到使電晶體開關600及602關閉，並僅由系統供電源50至即時時鐘模組10的功效。能源採集模組12係僅在電子系統完全無法透過電源適配器或電池獲得電源時，藉由電晶體開關600及602的導通供電至系統供電源50。

請參照第7圖。第7圖為本發明一實施例中，即時時間產生裝置7之方塊圖。即時時間產生裝置7與第1圖及第2圖所示之即時時間產生裝置1類似，包含即時時鐘模組10以及能源採集模組12。因此，以下不再就相同的元件功效進行贅述。於本實施例中，即時時間產生裝置7更包含控制模組70。

類似於前一實施例，控制模組70電性連接於能源採集模組12、電子系統之系統供電源50以及即時時鐘模組10，以控制能源採集模組12及系統供電源50至少其中之一供電至即時時鐘模組10。

於本實施例中，控制模組70包含相串聯之電晶體開關700及702，電性連接於能源採集模組12以及即時時鐘模組10間。並且，控制模組70更包含相串聯之電晶體開關704及706，電性連接於系統供電源50以及即時時鐘模組10間。電晶體開關700、702係受控於電子系統中之一電源啟動訊號EC，而電晶體開關704及706受控於反相電源啟動訊號。

電源啟動訊號EC為電子系統啟動後，由例如但不限於嵌入式控制器產生的訊號。當電子系統運作時，電源啟動訊號EC將使電晶體開關700、702關閉，並使電晶體開關704、706導通。此時，即時時鐘模組10係僅由系統供電源50進行供電。而當電子系統關機停止運作時，電源啟動訊號EC將轉態，以使電晶體開關700、702導通，並使電晶體開關704、706關閉。此時，即時時鐘模組10係僅由能源採集模組12供電。

需注意的是，上述之實施例中的控制模組60及70係僅為一範例。於其他實施例中，係可藉由其他的電路在不同的操作狀況下，控制系統供電源50及能源採集模組12其中之一進行供電，進一步節省能源採集模組12產生的電能。

雖然本揭示內容已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭示內容，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧即時時間產生裝置

10‧‧‧即時時鐘模組

100‧‧‧儲存單元

11‧‧‧即時時間資訊

12‧‧‧能源採集模組

13‧‧‧周圍環境能源

15‧‧‧電源

Claims (9)

1. 一種即時時間產生裝置，應用於一電子系統中，該即時時間產生裝置包含：一即時時鐘(Real Time Clock；RTC)模組，用以產生一即時時間資訊；一能源採集(energy harvesting)模組，電性連接至該即時時鐘模組，用以擷取一周圍環境能源以產生一電能，以輸出一電源至該即時時鐘模組；以及一控制模組，用以電性連接於該能源採集模組、該電子系統之一系統供電源以及該即時時鐘模組，其中該控制模組根據該系統供電源之一電源訊號或一電源啟動訊號，控制該能源採集模組及該系統供電源至少其中之一供電至該即時時鐘模組。
2. 如請求項1所述之即時時間產生裝置，更包含：一能量儲存器，用以電性連接至該能源採集模組與該即時時鐘模組，以儲存該能源採集模組產生之該電能，其中該能量儲存器為一電容或一超級電容。
3. 如請求項1所述之即時時間產生裝置，更包含一電壓調整模組，電性連接於該能源採集模組以及該即時時鐘模組間，以將該能源採集模組產生之一輸出電壓進行電壓調整後傳送至該即時時鐘模組。
4. 如請求項1所述之即時時間產生裝置，其中該能源採集模組提供一電力容量資料。
5. 如請求項4所述之即時時間產生裝置，更包含一監控模組，用以接收該能源採集模組提供之該電力容量資料，以於該電力容量資料顯示電力不足，或於無法讀取該電力容量資料時產生一警示資訊。
6. 如請求項4所述之即時時間產生裝置，更包含一充電控制模組，用以接收該電力容量資料，以根據該電力容量資料控制該能源採集模組對該即時時鐘模組之一充電電壓、一充電電流、一充電啟始時間、一充電結束時間或其組合。
7. 如請求項1所述之即時時間產生裝置，其中該即時時鐘模組更電性連接於該電子系統之一系統供電源，該系統供電源係與該能源採集模組同時供電至該即時時鐘模組。
8. 如請求項1所述之即時時間產生裝置，其中該即時時鐘模組更包含一儲存單元，用以儲存該電子系統之至少一配置資訊。
9. 如請求項1所述之即時時間產生裝置，其中該能源採集模組為一微機電系統(Micro Electro Mechanical System；MEMS)能源採集模組並與該電腦系統之至少一微機電系統感測器共同封裝。