CN204066009U - 一种可降低功耗及复杂性的指纹系统 - Google Patents

Abstract

一种可降低功耗及复杂性的指纹系统，包括SOC芯片和指纹传感器，所述SOC芯片包括中央处理器，所述中央处理器上连接有复位管理单元、时钟管理单元、电源管理单元、指纹传感器接口单元，所述指纹传感器接口单元与指纹传感器连接，所述指纹传感器与电源管理单元连接，所述时钟管理单元包括可切换的低频时钟单元和高频时钟单元。本实用新型的有益效果：采用单一的芯片实现指纹系统应用和降低指纹系统的功耗；芯片的唤醒采用外部唤醒信号，由指纹传感器的感应信号来唤醒；时钟单元在省电模式下和正常工作模式下采用不同功耗的时钟单元，来降低省电模式下的系统功耗；省电模式和正常工作模式通过硬件切换，减少软件参与，提高切换速度。

Description

一种可降低功耗及复杂性的指纹系统

技术领域

本实用新型涉及一种可降低功耗及复杂性的指纹系统。

背景技术

集成电路自发展以来，经历了电子管，晶体管，中小规模集成电路，超大规模集成电路；现阶段的主流芯片方案SOC也越来越向追求集成度更高（多个芯片实现的系统方案必然会慢慢被淘汰），芯片速度更快，芯片功耗更低的方向发展；随着嵌入式系统被越来越多的应用到便携式和移动性较强的产品中，这些产品没办法一直提供大容量的电量来满足系统的应用，这就要求系统开发包括芯片设计人员要从每一个方面来考虑并设计如何降系统的功耗，延长系统的使用时间。

目前降低功耗要从芯片层面和系统层面同时考虑。芯片的功耗主要包括动态功耗和静态功耗：动态功耗主要是指逻辑翻转时候的功耗                                                 ,所以只能采用降低电压或者频率的方法来实现；静态功耗是指逻辑状态稳定的时候消耗的功耗，包括导通功耗和截止功耗，目前降低静态功耗最有效的方案就是芯片的模块的供电可以根据应用的需要选择性的关闭。系统降低功耗要依据系统的运行状况来调配各种资源。

现有的指纹系统专用的SOC芯片的一种方案如图1所示，其具备特征：①指纹传感器带有背光灯，②sensor带有线圈感应功能，当手指靠近的时候，可以输出一个标志信号，③系统消耗的功耗主要包括soc芯片消耗的功耗，Sensor消耗的功耗（包括背光灯消耗的功耗），soc芯片消耗的功耗主要受电压和频率的影响，即。其在使用时：系统上电之后，系统运行在低频率状态，GPIO模块时钟不关断(其他模块时钟关断)，指纹传感器背光灯关闭，soc芯片的GPIO模块设置成中断模块（gpio的pad可以检测到感应线圈的标志信号）。有手指接触指纹传感器的时候，指纹传感器的感应线圈感应到手指之后，发出标志信号，GPIO模块检测到之后产生中断信号之后，系统配置到高频状态，同时指纹传感器接口采集并处理指纹数据。处理完指纹数据之后，系统再次配置到低频状态，关闭soc芯片内部的时钟（GPIO模块除外），关闭背光灯并再次进入低频工作模式。

第二种方案如图2所示，其具备特征：①指纹传感器带有背光灯，②sensor带有线圈感应功能，当手指靠近的时候，可以输出一个标志信号，③系统消耗的功耗主要包括soc芯片消耗的功耗，Sensor消耗的功耗（包括背光灯消耗的功耗），④低功耗芯片作为电源管理芯片使用，可以控制指纹专用芯片SOC的供电电源和指纹传感器的背光灯。其在使用时：系统上电的时候系统初始化之后进入省电模式。省电模式的时候，彻底关闭SOC的供电，只有低功耗芯片处在正常工作模式，当感应线圈检测到手指的时候，低功耗芯片通过控制信号给SOC芯片供电，SOC芯片启动之后采集指纹数据并处理。数据处理完之后soc芯片发请求信号给低功耗芯片，低功耗芯片通过控制信号关闭SOC芯片的供电和指纹传感器的背光灯并在此进入省电模式（关闭SOC芯片供电电源）。

现有专用处理指纹的soc芯片存在以下缺点：

1.     系统频率变换的时候消耗的时间长，因为是软件切换，处理器执行需要时间较长，同时会降低用户的体验感；

2.     上述第一种方案的专用指纹处理器不采用关电的方法，导致芯片即使配置到低频模式，关闭模块的时钟的时候，功耗仍然比较大；

3.     上述第二种方案引入一颗低功耗芯片作为电源管理单元，虽然可以关掉指纹专用SOC 的供电，但是会带来以下影响：增加成本，增加方案复杂度。

发明内容

本实用新型提供了一种功耗低、成本低的可降低功耗及复杂性的指纹系统。

本实用新型采用的技术方案是：

一种可降低功耗及复杂性的指纹系统，包括SOC芯片和指纹传感器，其特征在于：所述SOC芯片包括中央处理器，所述中央处理器上连接有复位管理单元、时钟管理单元、电源管理单元、指纹传感器接口单元，所述指纹传感器接口单元与指纹传感器连接，所述指纹传感器与检测其感应线圈的信号变化的电源管理单元连接，所述时钟管理单元包括可切换的工作在省电模式下的低频时钟单元和工作在正常工作模式下的高频时钟单元。

进一步，所述低频时钟单元与高频时钟单元均与对其进行切换的选择器连接。

进一步，所述中央处理器上还连接有存储器单元。

本实用新型的主要耗电的工作模块包括：指纹传感器及其背光灯，中央处理器上连接的低频时钟单元、高频时钟单元、电源管理单元、时钟管理单元、复位管理单元、指纹传感器接口单元、CPU的其它部分，系统其它外围器件。SOC芯片正常工作模式的时候工作在高频时钟单元，进入省电模式工作在低频时钟单元，切换的目的是为了降低系统在省电模式下的功耗。指纹传感器在系统正常工作时，传感器背光灯是打开的，进入省电模式的时候，背光灯是关闭的。由此本实用新型进入省电模式的时候，SOC芯片只有低频时钟单元、电源管理单元、复位管理单元和时钟管理单元在工作。

本实用新型工作时，SOC芯片内部有电源管理单元，初次上电所有模块都带电，等待一段时间后，系统在没有指纹接触的情况下自动进入省电模式，即省电模式下不工作的各模块断电，当有指纹接触的时候，指纹传感器的感应线圈发出信号唤醒，SOC芯片的各相关单元进入工作模式，指纹处理等相关操作完成之后，SOC芯片再次进入省电模式。

本实用新型的有益效果：采用单一的芯片实现指纹系统应用和降低指纹系统的功耗；芯片的唤醒采用外部唤醒信号，由指纹传感器的感应信号来唤醒；时钟单元在省电模式下和正常工作模式下采用不同功耗的时钟单元，来降低省电模式下的系统功耗；省电模式和正常工作模式通过硬件切换，减少软件参与，提高切换速度。

附图说明

图1是指纹系统专业芯片的第一种传统方案的结构示意图。

图2是指纹系统专业芯片的第二种传统方案的结构示意图。

图3是本实用新型的结构示意图。

图4是本实用新型的工作流程图。

图5是本实用新型的省电模式和正常工作模式的时序切换图。

具体实施方式

下面结合具体实施例来对本实用新型进行进一步说明，但并不将本实用新型局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本实用新型涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。

参照图3、图4，一种可降低功耗及复杂性的指纹系统，包括SOC芯片1和指纹传感器2，所述SOC芯片1包括中央处理器11，所述中央处理器11上连接有复位管理单元12、时钟管理单元13、电源管理单元14、指纹传感器接口单元15，所述指纹传感器接口单元15与指纹传感器2连接，所述指纹传感器2与检测其感应线圈的信号变化的电源管理单元14连接，所述时钟管理单元13包括可切换的工作在省电模式下的低频时钟单元16和工作在正常工作模式下的高频时钟单元17。

本实用新型所述低频时钟单元16与高频时钟单元17均与对其进行切换的选择器18连接。

本实用新型所述中央处理器11上还连接有存储器单元19。

本实用新型的主要耗电的工作模块包括：指纹传感器2及其背光灯，中央处理器11上连接的低频时钟单元16、高频时钟单元17、电源管理14、时钟管理单元13、复位管理单元12、指纹传感器接口单元15、CPU的其它部分，系统其它外围器件。SOC芯片1正常工作模式的时候工作在高频时钟单元17，进入省电模式工作在低频时钟单元16，切换的目的是为了降低系统在省电模式下的功耗。指纹传感器2在系统正常工作时，传感器背光灯是打开的，进入省电模式的时候，背光灯是关闭的。由此本实用新型进入省电模式的时候，SOC芯片1只有低频时钟单元16、电源管理单元14、复位管理单元12和时钟管理单元13在工作。

本实用新型工作时，SOC芯片1内部有电源管理单元14，初次上电所有模块都带电，等待一段时间后，系统在没有指纹接触的情况下自动进入省电模式，即省电模式下不工作的各模块断电，当有指纹接触的时候，指纹传感器2的感应线圈发出信号唤醒，SOC芯片1的各相关单元进入工作模式，指纹处理等相关操作完成之后，SOC芯片再次进入省电模式，参见图4。

本实用新型的省电模式和正常工作模式的切换时序如图5所示，

1)      系统正常工作的时候CPU工作在高频时钟；

2)      省电模式请求来了之后，系统先钳制SOC芯片内部无点区域到有电区域的信号为固定值（依靠ISO控制信号），同时关闭传感器的背光灯；

3)      复位不工作的模块（依靠复位控制信号），注意在省电模式的时候需要工作的模块不要被复位；

4)      关闭在省电模式下不工作模块的电源；

5)      系统时钟切换到低频时钟单元同时关闭高频时钟单元；

6)      进入省电模式；

7)      检测到感应线圈的信号（有指纹接触），使能高频时钟单元，系统时钟切换到高频时钟单元；

8)      使能各个模块的供电控制信号；

9)      释放复位控制信号；

10) 释放时钟信号；

11) 打开传感器背光灯，进入正常工作模式。 

系统在从省电模式唤醒的时候耗时非常少，主要耗时主要在高频时钟单元使能后的稳定时间，高频时钟稳定之后到进入系统的正常工作模式只要几个clock的周期时间，会极大的提高用户的体验感觉，同时省电模式的时候功耗尽量低，系统进入省电模式的时候可以适当降低处理器的供电电压来降低功耗，唤醒信号触发的时候提高供电电压的正常工作电压。

Claims (3)

1. 一种可降低功耗及复杂性的指纹系统，包括SOC芯片和指纹传感器，其特征在于：所述SOC芯片包括中央处理器，所述中央处理器上连接有复位管理单元、时钟管理单元、电源管理单元、指纹传感器接口单元，所述指纹传感器接口单元与指纹传感器连接，所述指纹传感器与检测其感应线圈的信号变化的电源管理单元连接，所述时钟管理单元包括可切换的工作在省电模式下的低频时钟单元和工作在正常工作模式下的高频时钟单元。

2. 根据权利要求1所述的一种可降低功耗及复杂性的指纹系统，其特征在于：所述低频时钟单元与高频时钟单元均与对其进行切换的选择器连接。

3. 根据权利要求1或2所述的一种可降低功耗及复杂性的指纹系统，其特征在于：所述中央处理器上还连接有存储器单元。