物联网(IoT)电力和性能管理技术和电路方法技术

在物联网(IoT)设备内降低能量消耗，而不降低相应内部电路系统的操作性能。用于供应所述内部电路系统的第一内部供应电压(VDDa)在空闲状态期间从VDD供应电压降低至更低的电压，从而减少了所述内部电路系统中的泄漏电流。所述第一内部供应电压(VDDa)可以降低至比所述VDD供应电压低一个阈值电压(Vtp)的电压。用于供应所述内部电路系统的第二内部供应电压(VSSa)在所述空闲状态期间从VSS供应电压增加到高于所述VSS供应电压的电压，从而进一步减少了所述内部电路系统中的泄漏电流。所述第二内部供应电压(VSSa)可以增加到比所述VSS供应电压高一个阈值电压(Vtn)的电压。

Internet of things (IoT) power and performance management technology and circuit methods

Reduce energy consumption in the IoT device without reducing the operational performance of the corresponding internal circuit system. The first internal supply voltage (VDDa) used to supply the internal circuit system is reduced from the VDD supply voltage to a lower voltage during the idle state, thus reducing the leakage current in the internal circuit system. The first internal supply voltage (VDDa) can be reduced to a threshold voltage (Vtp) voltage lower than the VDD supply voltage. The second internal supply voltage (VSSa) used to supply the internal circuit system is increased from the VSS supply voltage to the voltage of the VSS supply voltage during the idle state, thus further reducing the leakage current in the internal circuit system. The second internal supply voltage (VSSa) can be increased to a voltage higher than the VSS supply voltage with a threshold voltage (Vtn).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】物联网(IoT)电力和性能管理技术和电路方法相关申请本申请要求于2015年7月22日提交的美国专利申请14/806,502的优先权，所述申请通过引用结合在此。
本专利技术涉及一种用于在电池供电的电子设备中节省能量而不降低所述电子设备的操作性能的方法和结构。
技术介绍
物联网(IoT)通常指嵌入有电子电路、软件和传感器的物理对象(或“应用”)的网络。这些物理对象可以使用现有的网络被远程感测和控制。许多IoT应用依靠电池供电。在这种应用中，电池寿命至关重要。在IoT应用中，空闲时间通常非常高(例如，高达97％)。因此，期望在空闲周期期间使IoT应用内的泄漏电流最小化(因为这样的泄漏电流与大量能量损失相对应，从而耗尽电池)。一种使泄漏电流最小化的方法是降低用于操作IoT应用的标称VDD供应电压。但是，降低标称VDD供应电压会导致在非空闲操作条件期间的较差电路性能。更具体地，降低标称VDD供应电压会导致较低的操作频率(因为在使用较低的电压时操作需要较长的时间才能解决)，从而导致更长的空闲时间、更多的总能量消耗以及更短的电池寿命。在典型的物联网应用中，在能量消耗和操作性能之间达成可以接受的折衷是一个挑战。
技术实现思路
因此，提供了一种改进的方法和装置，以降低IoT应用内的能量消耗，而不降低相应内部电路系统的操作性能。根据一个实施例，用于供应所述内部电路系统的第一内部供应电压(VDDa)在IoT应用的空闲状态期间从VDD供应电压降低至低于VDD供应电压的电压，从而减少了在所述空闲状态期间内部电路系统中的泄漏电流。在一个实施例中，所述第一内部供应电压(VDDa)降低至比VDD供应电压低一个阈值电压(Vtp)的电压。另外，用于供应所述内部电路系统的第二内部供应电压(VSSa)在所述空闲状态期间从VSS供应电压增加到高于VSS供应电压的电压，从而进一步减少了在所述空闲状态期间所述内部电路系统中的泄漏电流。在一个实施例中，所述第二内部供应电压(VSSa)增加到比VSS供应电压高一个阈值电压(Vtn)的电压。根据另一个实施例，所述内部电路系统内的晶体管的主体区域在所述空闲状态期间被反向偏置以进一步减少所述内部电路系统内的泄漏电流。更具体地，在所述空闲状态期间，所述内部电路系统的p沟道晶体管的p型主体区域可以利用VDD供应电压被偏置，并且所述内部电路系统内的n沟道晶体管的n型主体区域可以利用VSS供应电压被偏置。在离开所述空闲状态时，用于供应所述内部电路系统的所述第一内部供应电压(VDDa)增加到VDD供应电压，并且用于供应所述内部电路系统的所述第二内部供应电压(VSSa)减小至VSS供应电压。此转变可以快速完成(快速唤醒时间)，因为所述第一内部供应电压(VDDa)仅需要增加晶体管阈值电压(Vtp)，并且所述第二内部供应电压仅需要减小晶体管阈值电压(Vtn)。根据另一个实施例，所述内部电路系统内的晶体管的主体区域在非空闲状态期间被正向偏置以提高所述内部电路系统的操作速度。更具体地，在非空闲状态期间，所述内部电路系统的p沟道晶体管的p型主体区域可以利用小于VDD供应电压的电压被偏置，并且所述内部电路系统内的n沟道晶体管的n型主体区域可以利用大于VSS供应电压的电压被偏置。以上述(多种)方式，IoT应用有利地在空闲状态期间展现节能，而不会在非空闲状态期间不利地影响所述内部电路系统的操作性能。鉴于下面的描述和附图，将更全面地理解本专利技术。附图说明图1是根据一个实施例的能量节省电路的电路图。图2是根据一个实施例的示出图1的能量节省电路从空闲状态到非空闲状态的转变的波形图。具体实施方式图1是IoT设备/应用100的电路图，所述IoT设备/应用包括根据本专利技术的一个实施例的能量节省电路101。如下面更详细描述的，IoT设备100还包括内部电路系统130(其执行IoT设备100的期望功能)和电池140(其向IoT设备100供电)。能量节省电路101包括电力控制电路110、p沟道晶体管111-112和n沟道晶体管121-122。p沟道晶体管111包括经耦合以接收标称VDD供应电压的源极、耦合至内部电压供应节点N1的漏极以及经耦合以从电力控制电路110接收电压控制信号CONTROL的栅极。在所描述的示例中，标称VDD供应电压由电池140提供。标称VDD供应电压被选择为在正常(非空闲)操作条件期间提供内部电路系统130的期望的性能特性。例如，在一个实施例中，标称VDD供应电压可以是大约0.8伏(但在其他实施例中可以使用其他标称电压)。p沟道晶体管112包括经耦合以接收标称VDD供应电压的源极。p沟道晶体管112的栅极和漏极共同耦合至内部电压供应节点N1。因此，p沟道晶体管112以源极跟随器配置连接。n沟道晶体管121包括耦合至供应电压VSS的源极、耦合至内部电压供应节点N2的漏极和经耦合以从电力控制电路110接收电压控制信号CONTROL_B的栅极。在所描述的示例中，供应电压VSS是具有0伏标称电压的接地供应电压(但在其他实施例中可以使用其他标称电压)。在所描述的示例中，电压控制信号CONTROL和CONTROL_B是互补信号，其中当这两个信号中的一个为高(VDD)时，这两个信号中的另一个信号为低(VSS)。n沟道晶体管122包括经耦合以接收VSS供应电压的源极。n沟道晶体管122的栅极和漏极共同耦合至内部电压供应节点N2。因此，n沟道晶体管122以源极跟随器配置连接。内部电压源节点N1和N2耦合至内部电路系统130，由此这些节点N1和N2向内部电路系统130供电。更具体地，内部电压节点N1向内部电路系统130提供内部供应电压VDDa，并且内部电压节点N2向内部电路系统130提供内部供应电压VSSa。内部电路系统130可以包括例如实现待由IoT设备/应用100提供的功能所需的逻辑、(多个)传感器、存储器、开关和/或任何其他电路系统。电力控制电路110还向内部电路系统130提供体偏置控制电压VBIAS_P和VBIAS_N。调出件135展示了内部电路系统130的示例性p沟道晶体管131和示例性n沟道晶体管132。如所展示的，内部电路系统130内的p沟道晶体管131(以及所有其他p沟道晶体管)的p型主体区域经耦合以从电力控制电路110接收体偏置控制电压VBIAS_P。类似地，内部电路系统130内的n沟道晶体管132(以及所有其他n沟道晶体管)的n型主体区域经耦合以从电力控制电路110接收体偏置控制电压VBIAS_N。调出件135还大体上展示了内部电路系统130内的p沟道晶体管(例如，晶体管131)由内部供应电压VDDa供电并且内部电路系统130内的n沟道晶体管(例如，晶体管132)由内部供应电压VSSa供电。现在将描述能量节省电路101的操作。图2是示出能量节省电路101的空闲状态和非空闲状态的波形图200。在空闲状态201中，电压控制信号CONTROL和CONTROL_B分别被驱动到VDD供应电压(例如，0.8伏特)和VSS供应电压(例如，0伏特)。在这些条件下，p沟道晶体管111和n沟道晶体管121关断。在空闲状态201期间，p沟道晶体管112被偏置，使得该晶体管112的栅极-源极电压(并且因此源极-漏极电压)等于该晶体管112的阈值电压(V本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池供电的电子设备，包括：内部电路系统；以及节电电路系统，耦合至所述内部电路系统，其中，所述节电电路系统被配置用于在所述内部电路系统的非空闲状态期间在所述内部电路系统两端施加第一有效电压并且在所述内部电路系统的空闲状态期间在所述内部电路系统两端施加第二有效电压，其中，所述第二有效电压小于所述第一有效电压，并且其中，所述第二有效电压被选择用于确保在所述空闲状态期间保留由所述内部电路系统存储的数据。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.22 US 14/806,5021.一种电池供电的电子设备，包括：内部电路系统；以及节电电路系统，耦合至所述内部电路系统，其中，所述节电电路系统被配置用于在所述内部电路系统的非空闲状态期间在所述内部电路系统两端施加第一有效电压并且在所述内部电路系统的空闲状态期间在所述内部电路系统两端施加第二有效电压，其中，所述第二有效电压小于所述第一有效电压，并且其中，所述第二有效电压被选择用于确保在所述空闲状态期间保留由所述内部电路系统存储的数据。2.如权利要求1所述的设备，其中，所述节电电路系统包括：第一晶体管，被配置用于在所述非空闲状态期间将第一标称供应电压端子耦合至用于对所述内部电路系统进行供电的第一内部供应节点；以及第二晶体管，被配置用于在所述空闲状态期间以源极跟随器配置将所述第一标称供应电压端子耦合至所述第一内部供应节点。3.如权利要求2所述的设备，其中，所述节电电路系统进一步包括：第三晶体管，被配置用于在所述非空闲状态期间将第二标称供应电压端子耦合至用于对所述内部电路系统进行供电的第二内部供应节点；以及第四晶体管，被配置用于在所述空闲状态期间以源极跟随器配置将所述第二标称供应电压端子耦合至所述第二内部供应节点。4.如权利要求1所述的设备，其中，所述节电电路系统包括用于在所述空闲状态期间反向偏置所述内部电路系统的晶体管的主体区域的装置。5.如权利要求4所述的设备，其中，所述节电电路系统进一步包括用于在所述非空闲状态期间正向偏置所述内部电路系统的晶体管的主体区域的装置。6.一种用于操作电池供电设备的方法，所述方法包括：在非空闲状态期间在所述设备的内部电路系统两端施加第一有效电压；在空闲状态期间在所述设备的所述内部电路系统两端施加第二有效电压，其中，所述第二有效电压小于所述第一有效电压，并且其中，所述第二有效电压被选择用于确保在所述空闲状态期间保留由所述内部电路系统存储的数据。7.一种电池供电设备，包括：内部电路系统；第一内部电压供应节点，用于向所述内部电路系统供应第一内部供应电压；用于在所述电池供电设备的空闲状态期间将所述第一内部电压供应节点上的所述第一内部供应电压从第一标称供应电压降低至低于所述第一标称供应电压的电压的装置；第二内部电压供应节点，用于向所述内部电路系统供应第二内部供应电压；用于在所述电池供电设备的所述空闲状态期间将所述第二内部电压供应节点上的所述第二内部供应电压从第二标称供应电压增加到高于所述第二标称供应电压的电压的装置。8.如权利要求7所述的电池供电设备，其中，所述第一内部供应...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·卡瓦，T·恩古耶，
申请(专利权)人：辛奥普希斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US