一种事件驱动型常开唤醒芯片制造技术

本发明专利技术提出了一种事件驱动型常开唤醒芯片。每级由上一级输出的事件驱动工作，也即每一级在其输入信号满足软件编程的阈值条件时才能输出并驱动下一级，反之则处于待机状态。此外，芯片具有对信号的多种基本处理模式，如幅度，时间，斜率等，并且，可通过软件编程的方式设置各个基本模式对信号事件判断的阈值条件，以及对各个基本模式进行复杂的组合，实现对信号多样的高级检测模式，使芯片在保持超低功耗的同时具有通用性，也即软件定义芯片。本发明专利技术各个模块都是无时钟全异步的工作模式，它们无静态电流偏置，功耗极低。本发明专利技术的编程功能可以拓宽唤醒芯片的通用性，让其随着需求的实时变化而呈现相应的功能。

An event driven normally open wake-up chip

【技术实现步骤摘要】
一种事件驱动型常开唤醒芯片
本专利技术涉及集成电路
，涉及一种异步流水线结构软件定义的事件驱动型常开唤醒芯片。
技术介绍
随着时代的发展，物联网设备、可穿戴医疗设备、移动电子设备等新兴电子技术及产品呈现爆发式发展和增长，考虑到产品的成本，体积，重量等限制条件，这些兴起的应用对集成电路芯片的功耗要求严格。为了避免频繁更换小体积小容量电池所造成的材料成本和人工成本，需要其芯片能持续工作数年甚至数十年而无需更换电池。不同于个人电脑、服务器等传统芯片应用场景，物联网等新兴应用的一大特点是，设备通常工作在随机稀疏事件的环境下，“随机”是指传感器所探测到的信号所包含的事件是随机发生的(例如：心脏病人的偶然发病)，而“稀疏”是指事件的间隔可能很久(例如：地震传感器检测到某地地震发生周期为一年)，在随机稀疏事件的背景下，芯片在保持低功耗的要求下需要常时开启待命，随时处理一切实时事件，显然，这是一项巨大的挑战。近些年，许多国内外研究多采用周期性唤醒芯片的方式节省功耗，使芯片周期性的交替地进行“休眠-唤醒”，此方法在一定程度上能减小功耗开销，然而，为了不错过随时随机发生的事件，通常需要远远高于稀疏事件平均发生频率的唤醒频率让芯片能够捕获到每一个事件，产生了大量的无用功耗。不同于周期性唤醒的工作模式，事件驱动型工作模式指芯片的工作与否完全取决于是否有事件的到来，没有事件时芯片长时间处于功耗极低的待机模式，有事件到来时它才进行工作，因此具有适应于新兴应用场景的超低功耗前景。目前，国内外主要研究周期性工作模式的芯片以及某些专用领域的事件驱动型芯片(例如：语音信号识别唤醒领域)，但面对物联网等应用场景的多样性，芯片可能需要处理各类不同的信号(语音，图像，文字……)，并且可能需要对信号进行各种类型的处理(幅度，时间……)，因此，芯片需要具有一定的通用性从而能够应对各种需求。然而，目前为止，还没有一种具有极低功耗和通用性的面向物联网等新兴领域的芯片。
技术实现思路
本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。针对以上现有技术中存在的问题和挑战，本专利技术提出了一种异步流水线结构软件定义的事件驱动型常开唤醒芯片。本专利技术的目的在于提出一种超低功耗的具有通用性的唤醒芯片，对传感器接收到的各种信号进行可供选择的多种模式的预处理，输出唤醒信号以唤醒高性能模块进行高精度计算。具体的，本专利技术提供了一种事件驱动型常开唤醒芯片，所述芯片具有多级流水线结构，每级由上一级输出的事件驱动工作，具体为在每一级在其输入信号满足软件编程的阈值条件时，输出并驱动下一级，在每一级在其输入信号不满足软件编程的阈值条件时，处于待机状态。进一步的，所述芯片包括如下模块：模数转换模块，数字处理模块，幅度检测模块，时间检测模块，瞬时斜率检测模块，信号特征间隔检测模块，平均斜率检测模块，波峰波谷检测模块，模式识别模块，和可配置唤醒逻辑模块。进一步的，所述流水线第一级包括：模数转换模块、数字处理模块；流水线第二级包括：幅度检测模块、时间检测模块；流水线第三级包括：瞬时斜率检测模块、平均斜率检测模块、信号特征间隔检测模块；流水线第四级包括：波峰波谷检测模块，模式识别模块；流水线最后一级包括：可配置唤醒逻辑模块；各级流水线的各个模块的输出信号均发送到所述可配置唤醒逻辑模块。进一步的，所述芯片具有事件驱动的工作模式，常开不关断，具备对后级芯片的唤醒功能。进一步的，所述可配置唤醒逻辑模块连接外部高性能模块，用于完成动态在线编程和/或离线编程。进一步的，所述芯片用于对各种单一功能模块的检测结果通过编程的方式进行逻辑组合。进一步的，所述检测的阈值条件包括：大于阈值、小于阈值、在阈值区间内、或者在阈值区间外。进一步的，所述幅度检测模块包括计数器、和数字比较器。进一步的，所述芯片所基于的半导体器件采用平面MOSFET、FinFET、Nanowire、Nanosheet、TFET、NCFET之一或组合。进一步的，所述半导体器件采用VI族单质半导体材料或II-VI、III-V、IV-IV族之一的二元或三元化合物半导体材料。本专利技术的有益效果及相应原理：1、本专利技术的唤醒芯片基于多级异步流水线结构，每一级均由前级输出的信号事件触发，整体呈事件驱动的工作特性，无内部时钟，大大减少动态功耗，具有超低功耗。2、本专利技术抽象出多种对信号的基本处理模式，覆盖模拟信号，数字信号类型，通过软件定义功能将各种基本处理模式组合从而衍生出多种类的复杂处理模式，使芯片具有通用性。3、本专利技术中的“时间检测模块”可对输入模拟信号处于某个设定幅度值范围内的持续时间进行检测。4、本专利技术中的“信号特征间隔检测模块”对具有相同特征的模拟输入信号的间隔时间进行检测。5、本专利技术中的“瞬时/平均斜率检测模块”检测模拟输入信号的瞬时斜率和一段时间内的平均斜率。6、本专利技术的“波峰波谷检测模块”对模拟输入信号的波峰和波谷检测。7、本专利技术的“数字头处理模块”对数字输入信号进行计算处理。8、本专利技术的编程功能包括离线编程和在线动态编程，离线编程是离线配置好各种参数，而在线动态编程是通过唤醒芯片后级的高性能模块反向给唤醒芯片动态提供新的编程参数，它可以拓宽唤醒芯片的通用性，让其随着需求的实时变化而呈现相应的功能。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1为本专利技术的异步流水线结构软件定义的事件驱动型常开唤醒芯片的示意图；图2为基于本专利技术所提出的异步流水线结构软件定义的事件驱动型常开唤醒芯片的一个具体芯片实施例。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。本专利技术中的唤醒芯片因异步流水线结构及事件驱动的工作模式而具有超低功耗，芯片具有多种基本的信号处理模式，如幅度，时间，斜率等，并且，可通过软件编程(离线编程，在线动态编程)的方式设置各个基本处理模式的阈值条件，以及对各个基本模式进行复杂的逻辑组合，从而实现多样的对信号的高级检测模式，使芯片同时具有通用性。如图1所示，本专利技术中的异步流水线结构软件定义的事件驱动型常开唤醒芯片采用多级流水线结构，每级由上一级输出的事件驱动工作，也即每一级在其输入信号满足软件编程的阈值条件时才能输出并驱动下一级，反之则处于待机状态。该芯片包括但不限于如下模块：模数转换模块，数字处理模块，幅度检测模块，时间检测模块，瞬时斜率检测模块，平均斜率检测模块，波峰波本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种事件驱动型常开唤醒芯片，其特征在于，/n所述芯片具有多级流水线结构，每级由上一级输出的事件驱动工作，具体为在每一级在其输入信号满足软件编程的阈值条件时，输出并驱动下一级，在每一级在其输入信号不满足软件编程的阈值条件时，处于待机状态。/n

【技术特征摘要】
1.一种事件驱动型常开唤醒芯片，其特征在于，
所述芯片具有多级流水线结构，每级由上一级输出的事件驱动工作，具体为在每一级在其输入信号满足软件编程的阈值条件时，输出并驱动下一级，在每一级在其输入信号不满足软件编程的阈值条件时，处于待机状态。


2.如权利要求1所述的事件驱动型常开唤醒芯片，其特征在于，
所述芯片包括如下模块：模数转换模块，数字处理模块，幅度检测模块，时间检测模块，瞬时斜率检测模块，信号特征间隔检测模块，平均斜率检测模块，波峰波谷检测模块，模式识别模块，和可配置唤醒逻辑模块。


3.如权利要求1所述的事件驱动型常开唤醒芯片，其特征在于，
所述流水线第一级包括：模数转换模块、数字处理模块；
流水线第二级包括：幅度检测模块、时间检测模块；
流水线第三级包括：瞬时斜率检测模块、平均斜率检测模块、信号特征间隔检测模块；
流水线第四级包括：波峰波谷检测模块，模式识别模块；
流水线最后一级包括：可配置唤醒逻辑模块；
各级流水线的各个模块的输出信号均发送到所述可配置唤醒逻辑模块。


4.如权利要求1所述的事件驱动型常开唤醒芯片，其特征在于，
所述芯片具有事件驱动的工作模式，常开...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶乐，王志轩，张昊，王阳元，黄如，
申请(专利权)人：浙江省北大信息技术高等研究院，杭州未名信科科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33