TWI770685B - 用於具資料傳輸率之系統的低功耗操作法 - Google Patents
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Abstract
一種用於具資料傳輸率之系統的低功耗操作法，透過不受電壓、製程及溫度影響的電源管理單元（PMU）偏壓（Bias）第一頻率振盪器（HOSC），使HOSC產生恆定高精度時脈，以此高精度的HOSC去修正以第二頻率振盪器（LOSC）為參考時脈的計時器計時長度，最後以該計時長度，實現出具有電壓、製程及溫度補償之高精度週期性資料傳輸。以此操作，即使系統為了降低功率消耗，在每次的資料傳輸對HOSC與PMU實施工作週期（Duty Cycle）而片斷地休眠關閉，系統資料傳輸的週期也能保持穩定與強健；並且，透過修正計時器計時長度的方式得到週期，其功率都比以PMU搭配HOSC計數整週期還低。藉此，本發明將PMU搭配HOSC產生的穩定強健特性，使用簡易之方式，複製到以其他振盪器為參考之計時器計時長度上，使系統在休眠時，以此計時器計時，即使關閉HOSC與PMU，還是能保持穩定強健的週期性，使具週期性資料傳輸，保有非週期性資料傳輸的低功率消耗優點。
Description
本發明係有關於一種用於具資料傳輸率之系統的低功耗操作
法，尤指涉及一種將電源管理單元（Power Management Unit, PMU）搭配第一頻率振盪器（HOSC）得到的穩定強健的時脈特性，使用簡易之方式，複製到以其他振盪器為基礎之計時器計時長度上（如以第二頻率振盪器(LOSC)為基礎之計時器），特別係指使系統在休眠（Sleep）時，以此計時器計時，即使關閉第一頻率振盪器與電源管理單元，還是能保持穩定強健的資料傳輸率者。
資料產生元件，例如：感測器，一般採用週期性（Periodic）或非
週期性（No-Periodic）的系統運作模式。對於週期性的系統，為得到穩定週期，須要穩定強建（Robust）的頻率振盪器產生時脈。因此系統振盪器的偏壓（Bias）與補償器（Compensator）必需持繼不斷，其不能在系統休眠時關閉電源管理或補償器（例如：低電壓穩壓器(Low Dropout regulator, LDO)、能隙(Bandgap)），如第５圖(a)所示，因為電源管理或補償器仍然在運作，圖中斜線部分代表在休眠時仍有一定程定之耗電流。因此週期性系統無法有效降低耗電。
對於非週期性的系統係採取事件驅動（Event-Driven）的系統運作
模式，它可以在系統休眠時關閉補償器與電源，如第５圖(b)所示。但其不能自我喚醒，必需要有其它驅動程序將系統啟動打開，因此需要增設額外的電路進行觸發。
綜合上述，故，一般習用者係無法符合使用者於實際使用時之所
需。
本發明之主要目的係在於，克服習知技藝所遭遇之上述問題並提
供一種將電源管理單元搭配第一頻率振盪器所產生的穩定強健特性，使用簡易之方式，複製到以其他振盪器為基礎之計時器計時長度上（如以第二頻率振盪器為基礎之計時器），使系統在休眠時，以此計時器計時，即使關閉第一頻率振盪器與電源管理單元，還是能保持穩定強健的週期性，使具資料傳輸率的週期性系統，保有非週期性系統的低功率消耗優點。
為達以上之目的，本發明係一種用於具資料傳輸率之系統的低功
耗操作法，應用包括一第一頻率振盪器、一第二頻率振盪器、一電源管理單元、一計時器（Timer）及一調節器（Regulator）之一主系統，其至少包含下列步驟：步驟一：該主系統具有一基頻（Base），係已知常數，為理想的第一頻率振盪器與理想的第二頻率振盪器之間的理想頻率比例；步驟二：開啟該電源管理單元與該第一頻率振盪器；步驟三：將使用者設定的資料傳輸率，載入到該計時器做為初始計時長度（Initial），然後在該調節器中經由該第一頻率振盪器計算該第二頻率振盪器真實的週期，得出會漂移變化的真實頻率比例做為實頻（Real），最後再通過該調節器計算，將該初始計時長度乘上該基頻與該實頻的比值，得到該計時器的有效計時長度（Valid）；步驟四：等待系統休眠；步驟五：關閉該電源管理單元與該第一頻率振盪器；以及步驟六：待該計時器計數至該有效計時長度後，返回步驟二以繼續重新下一週期的步驟二至步驟六。
於本發明上述實施例中，該第一頻率振盪器係由該電源管理單元
補償與偏壓之高頻率振盪器，在該電源管理單元作用期間，不受電壓、製程及
補償與偏壓之高頻率振盪器，在該電源管理單元作用期間，不受電壓、製程及溫度影響之恆定狀態。
於本發明上述實施例中，該第二頻率振盪器係未進行補償之低頻
率振盪器，受電壓、製程及溫度影響之變化狀態。
於本發明上述實施例中，該電源管理單元包括能隙、低電壓穩壓
器及補償器，係由該計時器打開時，可根據製程、溫度及電壓，提供偏壓與補償給該第一頻率振盪器。
於本發明上述實施例中，該步驟三之實頻為真實的該第一頻率振
盪器與真實的該第二頻率振盪器之間的真實頻率比例。
於本發明上述實施例中，該系統在該步驟二至五係處於忙碌
（Busy）模式，在該步驟六係進入休眠模式。
請參閱『第１圖～第４圖』所示，係分別為本發明之系統功率消
耗示意圖、本發明主系統之架構示意圖、本發明之低功耗操作流程示意圖、及本發明一具體實施例之結果示意圖。如圖所示：本發明係一種用於具資料傳輸率之系統的低功耗操作法，具有穩定強健的週期性與低功耗，如第１圖所示。本發明所提方法係應用一主系統１，包括一第一頻率振盪器（HOSC）１０、一第二頻率振盪器（LOSC）２０、一電源管理單元（Power Management Unit, PMU）３０、一計時器（Timer）４０及一調節器（Regulator）５０，如第２圖所示。
上述所提之第一頻率振盪器１０係由該電源管理單元３０補償
與偏壓之高頻率振盪器，具有高精度、高功率及穩健性，在該電源管理單元
３０作用期間，係不受電壓、製程及溫度影響之恆定狀態。
該第二頻率振盪器２０係未進行補償之低頻率振盪器，由於並無
電源管理單元的補償，導致精度低、功率低，係易受電壓、製程及溫度影響之變化狀態。
該電源管理單元３０包括能隙（Bandgap）、低壓差穩壓器（Low
Dropout regulator, LDO）及補償器（Compensator），係由該計時器４０打開時，可根據製程、溫度及電壓，提供偏壓與補償給該第一頻率振盪器１０。
該計時器４０係由該第二頻率振盪器２０進行計時，並由該調節
器５０進行設定計時長度。
該調節器５０係根據該第二頻率振盪器２０與該第一頻率振盪
器１０的頻率比例設置該計時器４０計時長度。
本發明以上述主系統１用於具資料傳輸率之系統的低功耗操作
法，其流程如第３圖所示，至少包含下列步驟：
步驟s11，該主系統１具有一基頻（Base），係已知常數，為理想的第一頻率振盪器１０與理想的第二頻率振盪器２０之間的理想頻率比例：
Base = 理想HOSC頻率 / 理想LOSC頻率。
步驟s12，開啟該電源管理單元３０與該第一頻率振盪器１０。
步驟s13，將使用者設定的資料傳輸率（Data Rate），載入到該計時器做為
初始計時長度（Initial）：
Initial = 資料傳輸率；
然後在該調節器５０中經由該第一頻率振盪器１０計算該第二頻率振盪器２０真實的週期，得出會漂移變化的真實頻率比例做為實頻（Real）：
Real = 真實HOSC頻率 / 真實LOSC頻率；
最後再通過該調節器５０計算，將該初始計時長度乘上該基頻與該實頻的比值，得到該計時器４０的有效計時長度（Valid）：
Valid = Initial * Base / Real。
步驟s14，等待系統休眠（Sleep）。
步驟s15，關閉該電源管理單元３０與該第一頻率振盪器１０以節省電力。
步驟s16，待該計時器４０計數至該有效計時長度後，返回步驟s12以繼續重新下一週期的步驟s12至步驟s16。
該系統在上述步驟s12至步驟s15係處於忙碌（Busy）模式，在該
步驟s16係進入休眠模式。如是，藉由上述揭露之流程構成一全新之用於具資料傳輸率之系統的低功耗操作法。
以下實施例僅舉例以供了解本發明之細節與內涵，但不用於限制
本發明之申請專利範圍。
以下第一頻率振盪器以HOSC表示，第二頻率振盪器以LOSC表
示，電源管理單元以PMU表示。當運用時，基頻Base為已知的頻率比例常數。例如：理想的HOSC輸出頻率為10MHz，理想的LOSC輸出頻率為10KHz，根據上述步驟s11，Base為：
Base = 1000 = 10M / 10K。
將HOSC與PMU打開之後，載入使用者設定的資料傳輸率做為計
時器的初始計時長度。例如：已知使用者設定的資料傳輸率為300毫秒（ms）產
生一筆資料，計時器係由頻率10KHz 的LOSC進行計數，為達到上述使用者設定的資料傳輸率，根據步驟s13，載入計時器的初始計時長度為：
Initial = 3000 LOSC週期；
實頻Real係一真實的頻率比例，隨電壓、製程或溫度變化。例如：
在電壓3.8V與溫度85°C的條件下，HOSC實際上輸出頻率為10MHz（HOSC可由PMU補償），LOSC實際上輸出頻率為8KHz（LOSC沒有得到補償），根據上述步驟s13，Real為：
Real = 1250 = 10M / 8K；
再由調節器計算得到計時器的有效計時長度Valid。例如：Base =
1000，Real = 1250，Initial = 3000，根據上述步驟s13，Valid為：
Valid = 2400 = 3000 * 1000 / 1250。
於一具體實施例中，如第４圖所示，相較第一週期的3.3V與25°C，
HOSC在第二週期的3.8V與85°C顯然是高壓高溫，但因為有PMU的補償，所以還是保持10MHz，即便在下個週期變成1.8V與-45°C的低溫低壓，也依然是保持10MHz。而沒有得到補償的LOSC在第二週期時會受高壓高溫影響產生漂移，變成8KHz，在第三週期的低溫低壓又會漂移變成12KHz。依照上述步驟s13，Real與Valid為：
Real = 833 = 10M / 12K；
Valid = 3601 = 3000 * 1000 / 833。
綜合列舉的三個週期，依照使用者設定的資料傳輸率300ms，計
時器初始計時長度Initial為3000；理想HOSC頻率是10MHz，理想LOSC頻率是10KHz，可知基頻Base為1000；系統運行三個週期，真實的LOSC因為電壓、溫度影響而變化，產生的實頻Real分別為1000、1250、833；經本發明實施後根據真實LOSC的變化，計時器的有效計時長度Valid分別修正為3000、2400、3601以維持週期長度的恆定。由此可知以本發明的操作法，即使LOSC因外在因素而變化，系統仍可保持使用者設定的資料傳輸率。
由上述可知，本發明HOSC因為有PMU的補償，產生不受電壓、
製程及溫度影響之恆定狀態，而LOSC由於沒有補償，所以是會受電壓、製程及溫度影響之變化狀態，由此利用Base與Real去修正計時器的Initial，將修正後的數值做為計時器的Valid。以本發明的Valid去修sqqqqqqqqqqqq改計時器計時長度產生週期，效果就如同使用PMU偏壓與補償HOSC，產生恆定之HOSC去計時整個週期，令每次的資料傳輸率都是穩定強健的；並且，透過修正計時器計時長度的方式得到週期，其功率都比以PMU搭配HOSC計時整個週期還低。藉此，本發明將PMU搭配HOSC產生的穩定強健特性，使用簡易之方式，複製到以其他振盪器為基礎之計時器計時長度上（如LOSC），使系統在休眠時，以此計時器計時，即使關閉HOSC與PMU，還是能保持穩定強健的週期性，使具資料傳輸率的週期性系統，保有非週期性系統的低功率消耗優點。
綜上所述，本發明係一種用於具資料傳輸率之系統的低功耗操作
法，可有效改善習用之種種缺點，將電源管理單元（PMU）偏第一頻率振盪器（HOSC）得到的穩定強健特性，使用簡易之方式，複製到以其他振盪器為基礎之計時器計時長度上（如LOSC），使系統在休眠（Sleep）時，以此計時器計時，即使關閉HOSC與PMU，還是能保持穩定強健的週期性，使具資料傳輸率的週期性系統，保有非週期性系統的低功率消耗優點，進而使本發明之產生能更進步、更實用、更符合使用者之所須，確已符合發明專利申請之要件，爰依法提出專利申請。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定
本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
主系統１
第一頻率振盪器１０
第二頻率振盪器２０
電源管理單元３０
計時器４０
調節器５０
步驟s11～s16
第１圖，係本發明之系統功率消耗示意圖。
第２圖，係本發明主系統之架構示意圖。
第３圖，係本發明之低功耗操作流程示意圖。
第４圖，係本發明一具體實施例之結果示意圖。
第５圖，係習用電力系統運行示意圖。
步驟s11～s16
Claims (6)
- 一種用於具資料傳輸率之系統的低功耗操作法，應用包括一第一頻率振盪器（HOSC）、一第二頻率振盪器（LOSC）、一電源管理單元（Power Management Unit, PMU）、一計時器（Timer）及一調節器（Regulator）之一主系統，其至少包含下列步驟： 步驟一：該主系統具有一基頻（Base），係已知常數，為理想的第一頻率振盪器與理想的第二頻率振盪器之間的理想頻率比例； 步驟二：開啟該電源管理單元與該第一頻率振盪器； 步驟三：將使用者設定的資料傳輸率，載入到該計時器做為初始計時長度（Initial），然後在該調節器中經由該第一頻率振盪器計算該第二頻率振盪器真實的週期，得出會漂移變化的真實頻率比例做為實頻（Real），最後再通過該調節器計算，將該初始計時長度乘上該基頻與該實頻的比值，得到該計時器的有效計時長度（Valid）； 步驟四：等待系統休眠（Sleep）； 步驟五：關閉該電源管理單元與該第一頻率振盪器；以及 步驟六：待該計時器計數至有效計時長度後，返回步驟二以繼續重新下一週期的步驟二至步驟六。
- 依申請專利範圍第１項所述之用於具資料傳輸率之系統的低功耗操作法，其中，該第一頻率振盪器係由該電源管理單元補償與偏壓之高頻率振盪器，在該電源管理單元作用期間，不受電壓、製程及溫度影響之恆定狀態。
- 依申請專利範圍第１項所述之用於具資料傳輸率之系統的低功耗操作法，其中，該第二頻率振盪器係未進行補償之低頻率振盪器，受電壓、 製程及溫度影響之變化狀態。
- 依申請專利範圍第１項所述之用於具資料傳輸率之系統的低功耗操作法，其中，該電源管理單元包括能隙（Bandgap）、低電壓穩壓器（Low Dropout regulator, LDO）及補償器（Compensator），係由該計時器打開時，可根據製程、溫度及電壓，提供偏壓與補償給該第一頻率振盪器。
- 依申請專利範圍第１項所述之用於具資料傳輸率之系統的低功耗操作法，其中，該步驟三之實頻為真實的該第一頻率振盪器與真實的該第二頻率振盪器之間的真實頻率比例。
- 依申請專利範圍第１項所述之用於具資料傳輸率之系統的低功耗操作法，其中，該系統在該步驟二至五係處於忙碌（Busy）模式，在該步驟六係進入休眠模式 。
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| TW109141194A TWI770685B (zh) | 2020-11-24 | 2020-11-24 | 用於具資料傳輸率之系統的低功耗操作法 |
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| TW202221518A TW202221518A (zh) | 2022-06-01 |
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