TWI780662B

TWI780662B - 電子元件以及供電系統

Info

Publication number: TWI780662B
Application number: TW110113391A
Authority: TW
Inventors: 黃俊銘; 涂結盛
Original assignee: 新唐科技股份有限公司
Priority date: 2021-04-14
Filing date: 2021-04-14
Publication date: 2022-10-11
Also published as: CN115224681A; US11789509B2; US20220334627A1; TW202241011A

Abstract

本發明提供一種電子元件。該電子元件包括一電源接腳、一主要電路以及一啟動電路。該電源接腳接收一電源。該主要電路包括一功能電路以及一穩壓器。該啟動電路包括一開關以及一計時器。該開關耦接於該電源接腳以及該穩壓器之間。該開關相應於一控制信號而選擇性地提供該電源至該穩壓器。該計時器根據一周期性信號而計數到一啟動時間時，該計時器提供該控制信號至該開關以導通該開關，使得該穩壓器根據該電源而提供一固定電壓對該功能電路供電。

Description

電子元件以及供電系統

本發明係有關於一種供電系統，且特別係有關於供電系統的上電順序。

匯流排供電系統是一種常見的主從架構供電系統。除了藉由匯流排來進行主控元件（或稱為主節點）與從屬元件（或稱為從節點）之間的通訊之外，通常也由主控元件提供電源到匯流排上，以便從屬元件能透過匯流排取得電量來運行。在匯流排供電系統中，從屬元件不需要另外配備電池或是需要額外的供電配線，因此可以減少系統配置成本與配線複雜度。

匯流排供電系統可以應用在遠程測量系統。在遠程測量系統中，主控裝置可以從多個測量裝置中得到測量值。一般而言，這些測量裝置（例如電錶、瓦斯表、水錶等）通常距離較遠，例如分佈在不同建築物或是不同樓層。

本發明提供一種電子元件。該電子元件包括一電源接腳、一主要電路以及一啟動電路。該電源接腳接收一電源。該主要電路包括一功能電路以及一穩壓器。該穩壓器用以提供一固定電壓對該功能電路供電。該啟動電路包括一開關以及一計時器。該開關耦接於該電源接腳以及該穩壓器之間，並用以相應於一控制信號而選擇性地提供一電源至該穩壓器。該計時器用以根據一周期性信號而計數到一啟動時間時，提供該控制信號至該開關以導通該開關，使得該穩壓器根據該電源而提供該固定電壓。

再者，本發明提供一種供電系統。該供電系統包括一第一電子元件、一電源線以及複數第二電子元件。該電源線用以傳輸來自該第一電子元件的一電源。該等第二電子元件經由該電源線耦接於該第一電子元件。每一該第二電子元件包括一電源接腳、一主要電路以及一啟動電路。該電源接腳耦接於上述電源線，用以接收該電源。該主要電路包括一功能電路以及一穩壓器。該穩壓器用以提供至少一固定電壓對該功能電路供電。該啟動電路包括一開關以及一計時器。該開關耦接於該電源接腳以及該穩壓器之間。該計時器用以計數一啟動時間。當該計時器計數到該啟動時間時，該計時器提供一控制信號至該開關以導通該開關，使得該穩壓器根據該電源線的該電源而提供該固定電壓。該等第二電子元件的該啟動時間是不同的。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

第1圖係顯示根據本發明一些實施例所述之匯流排供電系統100。匯流排供電系統100包括主控（master）元件10、複數從屬（slave）元件20_1-20_n以及匯流排30。每一從屬元件20_1-20_n是經由匯流排30而耦接於主控元件10。在匯流排供電系統100中，主控元件10到從屬元件20_1-20_n的距離是不同的。此外，從屬元件20_1-20_n分別耦接於對應的電阻R1-Rn。例如，從屬元件20_1是耦接於電阻R1、從屬元件20_2是耦接於電阻R2而從屬元件20_3是耦接於電阻R3，以此類推。在一些實施例中，主控元件10到從屬元件20_1-20_n的距離是相同的。在一些實施例中，主控元件10是位於供電端的電子元件，而從屬元件20_1-20_n是位於受電端的電子元件。在一些實施例中，主控元件10與從屬元件20_1-20_n可以是積體電路。

在第1圖中，匯流排30包括至少一電源線32以及至少一信號線34。在一些實施例中，匯流排30可以是儀表匯流排（meter bus，M-bus）或是電源匯流排。主控元件10可透過電源線32提供電源V _DD對從屬元件20_1-20_n進行供電。值得注意的是，當主控元件10提供電源V _DD對從屬元件20_1-20_n供電時，從屬元件20_1-20_n會分別在不同的時間啟動。換言之，在匯流排供電系統100中，從屬元件20_1-20_n不會同時啟動。在一些實施例中，電阻R1-Rn具有不同的阻抗，而從屬元件20_1-20_n的啟動時間是由所對應的電阻R1-Rn而決定。在一些實施例中，電阻R1-Rn可以是其他類型的阻抗元件，例如電容、電感等。此外，主控元件10可透過信號線34與從屬元件20_1-20_n進行通訊，以便執行資料交換。例如，在消防匯流排系統中，在主控元件10發出詢問（或指令）之後，從屬元件20_1-20_n可透過信號線34提供消防偵測資料給主控元件10。

在一些實施例中，匯流排供電系統100是消防匯流排系統、電子雷管匯流排系統、水表匯流排系統等。主控元件10可以是控制器或處理器。在一些實施例中，從屬元件20_1-20_n可以是相同類型的電子裝置，例如從屬元件20_1-20_n都是消防感測器。在一些實施例中，從屬元件20_1-20_n可以是不同類型的電子裝置，例如從屬元件20_1是消防感測器，而從屬元件20_2是公用事業儀表。

第2圖係顯示根據本發明一些實施例所述之電子元件20。在一些實施例中，電子元件20可以是可實現為第1圖的從屬元件20_1-20_n的積體電路。同時參考第1圖和第2圖，電子元件20包括啟動電路220和主要電路250。電子元件20具有接腳212-218。接腳212是信號接腳，並耦接於匯流排30的信號線34。主要電路250可經由接腳212在信號線34上與主控元件10進行通訊。接腳214為電源接腳，並耦接於匯流排30的電源線32。接腳216和218為振盪接腳，而接腳216是耦接於電阻R的第一端，以及接腳216是耦接於電阻R的第二端。在第2圖中，為了簡化說明，僅顯示與供電相關的接腳而省略其他接腳，例如接地接腳。

啟動電路220包括計時器230以及開關240。計時器230經由接腳216與218而耦接於外部電阻R。此外，計時器230包括振盪器232、計數器234、比較器236和儲存器238。振盪器232為電阻電容振盪器（RC oscillator），並經由接腳216和218並聯於外部電阻R。當主控元件10經由電源線32提供電源V _DD時，電源V _DD會經由接腳214提供至啟動電路220內，以便對振盪器232、計數器234、儲存器238以及比較器236進行供電。在振盪器232由電源V _DD開始供電之後，振盪器232會結合外部電阻R而提供周期性信號OSC至計數器234，而周期性信號OSC的頻率是由外部電阻R的阻抗所決定。在一些實施例中，周期性信號OSC為正弦波信號。計數器234會對周期性信號OSC進行計數，並得到計數結果CT。接著，比較器236會將計數結果CT與預先儲存在儲存器238內的啟動時間設定值PORt進行比較，以便提供控制信號Ctrl至開關240。當計數結果CT尚未到達啟動時間設定值PORt時，即CT＜PORt，比較器236會提供具有第一邏輯位準的控制信號Ctrl至開關240的控制端，以便控制開關240為不導通（即OFF）。此外，當計數結果CT等於啟動時間設定值PORt時，即CT=PORt，比較器236會提供具有第二邏輯位準的控制信號Ctrl至開關240的控制端，以便控制開關240為導通（即ON）。第二邏輯位準（例如高邏輯位準H）是互補於第一邏輯位準（例如低邏輯位準L）。在一些實施例中，相應於具有第二邏輯位準的控制信號Ctrl，計數器234會停止對周期性信號OSC進行計數。

在啟動電路220中，開關240為電源開關。相應於控制信號Ctrl，開關240會選擇性地提供電源V _DD至主要電路250。例如，當控制信號Ctrl控制開關240為不導通時，來自接腳214的電源V _DD不會被傳送到主要電路250，即主要電路250不會被上電。反之，當控制信號Ctrl控制開關240為導通時，來自接腳214的電源V _DD會被傳送到主要電路250的電源線252，以作為內部的電源V _DDIn。

主要電路250的電源線252是耦接於開關240以及電力開啟重置（power on reset，POR）電路262、輸入輸出單元264和穩壓器266。在電源V _DDIn開始對穩壓器266供電之後，穩壓器266會提供固定電壓VPP經由電源線254對功能電路進行供電，並可以依需求配置一個或多個不同功能的子電路，例如數位邏輯電路271、靜態隨機存取記憶體（SRAM）273、快閃記憶體275、核心電路277以及周邊設備279。在數位邏輯電路271、靜態隨機存取記憶體273、快閃記憶體275、核心電路277以及周邊設備279上電之後，主要電路250會開始執行初始化操作以啟動核心電路277以及周邊設備279的設定和操作，並在完成初始化操作之後進入省電模式，直到經由信號線34接收到來自主控元件10的指令或是自我喚醒需求（或中斷）。如先前所描述，在主控元件10發出詢問（或指令）之後，電子元件20可透過信號線34提供測量資料給主控元件10。

在第2圖中，儲存器238內的啟動時間設定值PORt是預先以硬體方式設定的啟動時間。在一些實施例中，從屬元件20_1-20_n具有相同的啟動時間設定值PORt。於是，藉由調整從屬元件20_1-20_n的外部電阻R1-Rn的阻抗，從屬元件20_1-20_n可得到不同頻率的周期性信號OSC。因此，藉由不同頻率的周期性信號OSC以及相同的啟動時間設定值PORt，從屬元件20_1-20_n可分別在不同的啟動時間導通各自的開關240。

在一些實施例中，從屬元件20_1-20_n具有不同的啟動時間設定值PORt。此外，從屬元件20_1-20_n的外部電阻R1-Rn具有相同的阻抗，而從屬元件20_1-20_n可得到相同頻率的周期性信號OSC。因此，藉由相同頻率的周期性信號OSC以及不同的啟動時間設定值PORt，從屬元件20_1-20_n可分別在不同的啟動時間導通各自的開關240。

第3圖係顯示根據本發明一些實施例所述之第1圖中匯流排供電系統100上電時的電源與電流的波形圖。在第3圖中，V _DD是表示由主控元件10經由匯流排30的電源線32提供至從屬元件20_1-20_n的電源V _DD，而I _DD是表示從屬元件20_1-20_n從電源線32上所汲取的電流。此外，V _DD1是表示從屬元件20_1內電源線252的電源V _DDIn、V _DD2是表示從屬元件20_2內電源線252的電源V _DDIn，以及V _DD3是表示從屬元件20_3內電源線252的電源V _DDIn，以此類推。

在時間點t0，主控元件10經由電源線32提供電源V _DD至從屬元件20_1-20_n。於是，各從屬元件20_1-20_n的啟動電路220的計時器230會開始計時。接著，在時間點t1，從屬元件20_1相應於電阻R1而計數到的計數結果CT會相同於啟動時間設定值PORt（即從時間點t0計數到從屬元件20_1的啟動時間P1），使得比較器236會提供控制信號Ctrl來導通開關240。於是，從屬元件20_1的主要電路250會被上電並開始執行初始化操作，而匯流排30的電源線32上的電流I _DD會開始上升。由於電流I _DD增加的電流量仍在電源V _DD的負載能力內，所以並不會拉低電源V _DD的電壓，即不會產生大的電流電阻壓降（IR drop）。在時間點t11，完成初始化操作之後，從屬元件20_1會進入省電模式，於是電源線32上的電流I _DD會開始下降。

接著，在時間點t2，從屬元件20_2相應於電阻R2而計數到的計數結果CT會相同於啟動時間設定值PORt（即從時間點t0計數到從屬元件20_2的啟動時間P2），使得比較器236會提供控制信號Ctrl來導通開關240。於是，從屬元件20_2的主要電路250會被上電並開始執行初始化操作，而匯流排30的電源線32上的電流I _DD會開始上升。由於電流I _DD增加的電流量仍在電源V _DD的負載能力內，所以並不會拉低電源V _DD的電壓，即不會產生大的電流電阻壓降。在時間點t22，完成初始化操作之後，從屬元件20_2會進入省電模式，於是電源線32上的電流I _DD會開始下降。如第3圖所顯示，從屬元件20_1-20_n可以安排在不同的啟動時間被上電。此外，在此實施例中，一次只有一個從屬元件會被上電。在其他實施例中，一次可以有多個從屬元件會被上電，而同時被上電的從屬元件的數量是根據不同應用以及電源V _DD的負載能力所決定。在一些實施例中，從屬元件20_1-20_n的啟動時間（例如P1和P2）是由從屬元件20_1-20_n與主控元件10之間的距離所決定。

在傳統匯流排供電系統中，從屬元件會同時啟動（上電），所以容易造成電源V _DD的瞬間負載過大而導致電壓下降。於是，電壓過低的電源V _DD會造成較遙遠的從屬元件（末端從節點）會無法被啟動。相較於傳統匯流排供電系統，本發明實施例的匯流排供電系統100可透過調整外部電阻的阻抗或是內部的啟動時間設定值PORt而分別調整每一從屬元件的啟動時間（上電順序），使得從屬元件的啟動時間不會重疊。因此，可避免電源V _DD的電壓下降，而使每一從屬元件都能被啟動。此外，在匯流排供電系統100中，主控元件10也不需要控制從屬元件20_1-20_n的上電順序。因此，可降低匯流排供電系統100的控制複雜度。

雖然本發明已以較佳實施例發明如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中包括通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，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:主控元件 20:電子元件 20_1-20_n:從屬元件 30:匯流排 32, 252, 254:電源線 34:信號線 100:匯流排供電系統 212-218:接腳 220:啟動電路 230:計時器 232:振盪器 234:計數器 236:比較器 238:儲存器 240:開關 250:主要電路 262:電力開啟重置電路 264:輸入輸出單元 266:穩壓器 271:數位邏輯電路 273:靜態隨機存取記憶體 275:快閃記憶體 277:核心電路 279:周邊設備 I _DD:電流 CT:計數結果 Ctrl:控制信號 OSC:周期性信號 P1-P2:啟動時間 PORt:啟動時間設定值 R, R1-Rn:電阻 V _DD, V _DDIn, V _DD1-V _DDn:電源 VPP:固定電壓

第1圖係顯示根據本發明一些實施例所述之匯流排供電系統。第2圖係顯示根據本發明一些實施例所述之電子元件。第3圖係顯示根據本發明一些實施例所述之第1圖中匯流排供電系統上電時的電源與電流的波形圖。

10:主控元件

20_1-20_n:從屬元件

30:匯流排

32:電源線

34:信號線

100:匯流排供電系統

I_DD:電流

R1-Rn:電阻

V_DD:電源

Claims

一種電子元件，包括：一電源接腳，接收一電源；一主要電路，包括：一功能電路；以及一穩壓器，用以提供一固定電壓對該功能電路供電；以及一啟動電路，包括：一開關，耦接於該電源接腳以及該穩壓器之間，用以相應於一控制信號而選擇性地提供該電源至該穩壓器；以及一計時器，用以根據一周期性信號而計數到一啟動時間時，提供該控制信號至該開關以導通該開關，使得該穩壓器根據該電源而提供該固定電壓對該功能電路供電，以使該主要電路執行一初始化操作。
如請求項1之電子元件，更包括：一第一接腳；以及一第二接腳；其中該啟動電路的該計時器是分別經由該第一接腳和該第二接腳而並聯於一外部阻抗元件。
如請求項2之電子元件，其中該計時器包括：一振盪器，並聯於該外部阻抗元件，用以根據該外部阻抗元件的阻抗而提供該周期性信號；一計數器，用以接收該周期性信號並計數該周期性信號的數量而得到一計數結果；以及一比較器，用以比較該計數結果與對應於該啟動時間的一設定值，以提供該控制信號；其中當該計數結果小於該設定值時，該比較器提供該控制信號至該開關，以控制該開關為不導通，以及當該計數結果等於該設定值時，該比較器提供該控制信號至該開關，以控制該開關為導通。
如請求項1之電子元件，其中在完成該初始化操作之後，該主要電路進入一省電模式。
一種供電系統，包括：一第一電子元件；一電源線，用以傳輸來自該第一電子元件的一電源；以及複數第二電子元件，經由該電源線耦接於該第一電子元件，其中每一該第二電子元件包括：一電源接腳，耦接於上述電源線，用以接收該電源；一主要電路，包括：一功能電路；以及一穩壓器，用以提供至少一固定電壓對該功能電路供電；以及一啟動電路，包括：一開關，耦接於該電源接腳以及該穩壓器之間；以及一計時器，用以計數一啟動時間；其中當該計時器計數到該啟動時間時，該計時器提供一控制信號至該開關以導通該開關，使得該穩壓器根據該電源線的該電源而提供該固定電壓；其中該等第二電子元件的該啟動時間是不同的。
如請求項5之供電系統，更包括：複數阻抗元件，分別耦接於該等第二電子元件；其中每一該第二電子元件更包括：一第一接腳；以及一第二接腳；其中該啟動電路的該計時器是分別經由該第一接腳和該第二接腳而並聯於所對應的該阻抗元件。
如請求項6之供電系統，其中該計時器包括：一振盪器，並聯於所對應的該阻抗元件，用以相應於該阻抗元件的阻抗而提供一周期性信號；一計數器，用以接收該周期性信號並計數該周期性信號的數量而得到一計數結果；以及一比較器，用以比較該計數結果與對應於該啟動時間的一設定值，以提供該控制信號；其中當該等阻抗元件具有不同阻抗時，該等第二電子元件具有相同的該設定值，以及當該等阻抗元件具有相同阻抗時，該等第二電子元件具有不同的該設定值。
如請求項5之供電系統，其中在每一該第二電子元件中，當該啟動電路的該開關被該控制信號導通時，該第二電子元件執行一初始化操作，並在完成該初始化操作之後進入一省電模式。
如請求項5之供電系統，更包括：一信號線，用以在該第一電子元件與該等第二電子元件之間傳送資料。
如請求項5之供電系統，其中每一該第二電子元件的該啟動時間是由該第二電子元件與該第一電子元件之間的距離所決定。