在多传感器环境中降低功耗的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及在多传感器环境中降低功耗的系统和方法。具体而言，本发明专利技术的多个实施例提供了在多传感器系统中的全集成、低延时的功率降低。在某些实施例中，通过在一定条件下调节陀螺仪、磁力计和加速计的功率以及操作模式来最小化功耗。某些实施例通过使用模拟的陀螺仪数据来提供功耗的降低。 1

System and method for reducing power consumption in multi-sensor environment

The invention relates to a system and method for reducing power consumption in a multi-sensor environment. In particular, multiple embodiments of the invention provide full integration and low delay power reduction in multi-sensor systems. In some embodiments, power consumption is minimized by adjusting the power of gyroscopes, magnetometers and accelerometers and operating modes under certain conditions. Some embodiments provide reduced power consumption by using analog gyroscope data. One

【技术实现步骤摘要】
在多传感器环境中降低功耗的系统和方法
本专利技术涉及传感器功率管理，更具体地，涉及将电磁和惯性传感器集成到动态管理系统以降低传感器功耗的系统、装置和方法。
技术介绍
在单个封装内集成诸如加速计、陀螺仪和磁力计之类的多种传感器正成为日益增长的趋势。传感器的价格越来越低并已被市场用于大量应用。加速计使得消费型电子产品的用户可以方便地进行多种操作，例如肖像-风景转换或诸如震动和其他运动之类的特定事件的检测。加速计通常测量一维或多维中的加速度。通过检测三个不同部件关于三条正交轴线的差值可以测量空间加速度，由此能够确定角度。沿着时间比较角度，假设除重力之外不存在加速度，则可以得出角速度。在实践中，虽然加速计为重力提供绝对参考，但也伴随有许多限制使得它们无法准确地测量旋转。最重要的是，加速计并非设计用于区分旋转运动和线性加速，因为它们感测包括静态的和动态的加速度的加速度的每个分量。因此，根据角度间的差异，加速计感知插入的横向运动(injectedlateralmovement)作为不期望的旋转扰动。此外，加速计噪音较大。结果，在没有附加的定向信息的情况下，加速度传感器不适用于检测动态和静态加速度之间的差异。与此相对，陀螺仪或角速率传感器非常适合于测量旋转。它们设计为只感测旋转定向且排除由线性加速度引起的扰动。然而，陀螺仪不具有绝对参考信息。因此，即使当角速率传感器是静止的且没有进行任何实际的角度旋转时，即估计的旋转角度的RMS值保持为0时，一旦传感器的固有噪声输出信号对时间积分，则估计的旋转角度将为非零。结果，缓慢的角度漂移发生，这可以用“随机游走”理论来描述。现行方法是将陀螺仪与来自低带宽加速计的适当而精确的参数相结合，用以补偿陀螺仪的缓慢漂移。然而，尽管加速计能够在截距和滚动面上补偿陀螺仪的漂移，但是其不能补偿围绕陀螺仪的垂直轴的漂移(摇摆)，因为加速计缺少对于地球磁场北极的绝对参考。一种解决方案是，将磁力计增加到陀螺仪和加速计的组合中以补偿围绕摇摆轴的陀螺仪的漂移，因为磁力计的磁场传感器提供了加速计所缺少的绝对参考。然而，组合多个传感器会导致必须由系统集成器承受的相对高的功耗，并且无法明显地降低该相对高的功耗，尤其是只要陀螺仪启动。目前，市场上可获得的陀螺仪的平均功耗远远超过10mW。由于陀螺仪通常为单机型，实时打开或关断陀螺仪以管理电源需要向/从陀螺仪传送数据的应用处理器，从而控制陀螺仪的打开和关断时间。这个过程通常由软件管理，且主要具有包括时间延迟和提高的功率要求的两个固有限制。另外，软件操作系统的慢的定时方案使得由短时的关断时间(例如，1ms)而产生的可能的节能无法实行。同样，由长时的关断时间(例如，50ms)而产生的节能被陀螺仪固有的慢的打开时间阻止。另外，基于软件的方式要求应用处理器的恒定操作，例如，使得数据通信能够询问加速计以确定打开和关断陀螺仪的适当的时间。这有助于增加数据流量、CPU周期和功耗。总之，基于软件的方式阻止系统集成器实现明显的节能。需要的是，能够完全集成的传感器功率管理以克服上述的限定并在将陀螺仪的平均功耗降低至5mW以下的同时提供陀螺仪的优良的感测性能的方法、装置和系统。
技术实现思路
本专利技术提出一种在多传感器系统中降低功耗的完全集成的、低延时的方式。多个实施例提供可编程功率管理架构，其通过基于包括实际功耗的动态条件来最小化传感器工作在全功率期间的时间从而降低传感器功耗。多个实施例采用基于硬件的方式，其基于一组预定标准，询问传感器数据的组合以调节陀螺仪、磁力计和加速计的操作的功率及模式，从而降低功耗。在某些实施例中，在当陀螺仪并不是严格需要提供旋转数据的特定条件下，磁力计、加速计或两者均提供用于模拟虚拟陀螺仪数据的数据。这里已经概括地描述了本专利技术的特定特征和优点；然而，对于本领域技术人员而言，在看到附图、说明书及其权利要求后，这里所呈现的附加的特征、优点和实施例会是显而易见的。因此，应理解为，本专利技术的范围不限制于该
技术实现思路
部分所公开的具体实施例。附图说明将参考本专利技术的实施例，在附图中例示了本专利技术实施例的示例。这些附图意在说明，而非进行限制。虽然在这些实施例的内容中概括地描述了本专利技术，但应理解为，并非意在将本专利技术的范围限制于这些具体实施例。图1是用于控制多传感器系统中的功耗的功率管理系统的示意图。图2示出了用于移动电话的现代操作系统的软件层的典型结构。图3A是用于快速使用模型的传感器的功率管理的有限状态机(FSM)实施方式的示例性示例。图3B是用于慢速使用模型的传感器的功率管理的FSM实施方式的示例性示例。图4是根据本专利技术的多个实施例的用于管理传感器功率的示例性过程的流程图。具体实施方式在下列描述中，为了达到解释的目的，阐述了特定的细节从而提供对本专利技术的理解。但是显然，对于本领域技术人员来说能够实施本专利技术而无需这些细节。本领域技术人员应当认识到，可以以多种方式以及使用多种手段来执行如下所述的本专利技术的实施例。本领域技术人员还应当认识到，附加的修改、应用和实施例包含在本专利技术范围之内，作为本专利技术提供应用的附加领域。因此，下述的实施例是本专利技术的具体实施例的例示，并用来避免使本专利技术模糊不清。说明中所引用的“一个实施例”或“一实施例”是指结合实施例所描述的特定的特征、结构、特点或功能包含在本专利技术的至少一个实施例中。说明书中多处出现的短语“在一个实施例中”、“在一实施例中”等并不必然指向同一个实施例。此外，附图中部件之间或方法步骤之间的连接并不局限于直接影响的连接。相反，在不背离本专利技术的教导的情况下，附图中所示的部件之间或方法步骤之间的连接可以通过向其添加中间部件或方法步骤来进行修改或改变。在呈现的多个实施例中，集成的动态传感器功率管理方案动态地关断陀螺仪，只要条件允许其关断，例如，当在一些时间段没有积极使用陀螺仪时。例如，为了降低智能手机的功率预算，在通话期间可以关断应用所使用的陀螺仪而无需退出该应用。将磁力计与加速计组合使得系统集成器能够代替陀螺仪的某些功能，因为系统可以获得所有需要的绝对参考来在空间中准确地定向物体，而没有留下任何未知参数。不幸地是，这种组合仍然易于产生由磁力计和加速计两者产生的那种类型的噪音，如前所论述的那样；尤其是处于较高频率。例如，以100Hz带宽操作磁力计将引起磁力计捕捉由周边电子设备这样的设备产生的外部磁干扰，这将导致噪声极高的罗盘。因此，只有在限定的带宽状态(诸如用于慢速运动)下，才能够组合加速计与磁力计以相对准确地检测旋转。在需要检测更快运动的应用中，诸如在游戏应用中，陀螺仪是检测旋转的优选方法。本文中所描述的全集成的、低延时方式在将陀螺仪平均功耗降至5mW以下的同时提供了陀螺仪的优良的感测性能。图1示出了用于控制多传感器系统中的功耗的功率管理系统。功率管理系统100可以包括融合模块102，该模块将由一组内部或外部传感器提供的诸如角度数据之类的数据结合起来，所述数据例如是可以通过多个串行接口132、134和136与系统100耦合的陀螺仪数据120、加速计数据124和磁力计数据128。系统100进一步包含功率管理器104，该功率管理器设计为接收包括来自传感器组中的一个或多个传感器的数据的传感器数据。功率管理器104通过控制信号122、126、130与一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低传感器功耗的方法，包括：从一个或多个传感器接收传感器数据，所述传感器数据来自旋转运动；将基于规则的标准应用于所述传感器数据以确定所述传感器数据是否满足一个或多个条件；作为响应通过在第一操作模式和第二操作模式之间进行切换来调节由至少一个所述传感器消耗的功率，以及从来自至少两个传感器的数据生成虚拟的传感器数据。

【技术特征摘要】
2012.10.22 US 13/657,0671.一种降低传感器功耗的方法，包括：从一个或多个传感器接收传感器数据，所述传感器数据来自旋转运动；将基于规则的标准应用于所述传感器数据以确定所述传感器数据是否满足一个或多个条件；作为响应通过在第一操作模式和第二操作模式之间进行切换来调节由至少一个所述传感器消耗的功率，以及从来自至少两个传感器的数据生成虚拟的传感器数据。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一操作模式为休眠模式，所述第二操作模式为暂停模式。3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：响应于所述确定而将一个或多个传感器从包括第一组操作模式的第一状态切换到包括第二组操作模式的第二状态。4.根据权利要求1所述的方法，其中，第二条件包括：所述传感器数据满足可靠性标准。5.根据权利要求1所述的方法，其中，第三条件包括：一个传感器已经在第一预定的时间段内处于静止状态。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定进一步包括：将第一传感器的第一数据与至少第二传感器的第二数据进行比较。7.根据权利要求1所述的方法，其中，第二操作模式包括：部分地降低所述功耗。8.根据权利要求1所述的方法，其中，第二操作模式包括：关断一个或多个传感器。9.根据权利要求1所述的方法，其中，第四条件为带宽要求低于第二预定的阈值，第五条件为从磁源所检测的磁干扰低于预定的阈值。10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：从所述传感器数据生成融合的角度数据。11.一种完全集成的功率管理系统，包括：多个传感器，所述多个传感器被配置为检测和输出与运动相关的传感器数...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·萨拉，I·帕多瓦尼，S·萨巴泰利，
申请(专利权)人：马克西姆综合产品公司，
类型：发明
国别省市：美国,US