低能量传感器接口制造技术

提供了一种用于微控制器单元（MCU）的低能量传感器接口。所述传感器接口可以包括：定序器，与一个或多个片上外设进行操作性通信；计数及比较块，与一个或多个传感器以及所述定序器通信；以及高度可配置的解码器。所述定序器、所述计数及比较块以及所述解码器可以被配置为在没有来自关联的中央处理单元（CPU）的干预的情况下在低能量运行模式中使用所述片上外设自发地分析和收集传感器结果。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】低能量传感器接口相关申请的交叉引用本申请是依照专利合作条约提交的国际专利申请，根据35U.S.C.§119(e)要求享有于2010年11月8日提交的美国临时专利申请No.61/411,329的优先权。背景
本公开内容涉及传感器接口，更具体地涉及用于使得能够对多种传感器类型进行自发监测以进一步降低电力消耗的设备和方法。相关领域描述传感器接口在电子领域中被普遍用于收集和处理来自设备的一个或多个传感器的数据。然而，收集传感器数据和处理传感器数据要求来自中央处理单元（CPU）等的干预。这样的来自CPU的拖延干预会不必要地消耗额外的能量，且会缩短至少部分由该处理器控制的设备的总体电池寿命。即使对于例如具有能够进入低能量睡眠模式的CPU的设备，仍会因该CPU的频繁干预而在收集和处理传感器数据时消耗大量的能量。由于这样的干预，该CPU不能一直保持处于睡眠模式从而显著降低电力消耗。一些现有的接口设备可以提供一种形式的对传感器的自发监测，以降低关联的CPU的干预的频率并节省能量。然而，这样的设备仍不能以高效方式与多种不同的传感器类型进行接口。这样的设备还会缺乏同时分别处置和解码多个不同传感器所要求的可配置性（configurability）。此外，当前的系统不足以有效地与某些传感器类型——诸如电容型传感器、电阻型传感器（包括光传感器和加速计）等——进行接口。因此，需要提供克服了这些缺陷的传感器接口的改进的控制系统和方法。尤其，需要能够有效且高效地提供对传感器的自发监测和分析的低能量传感器接口。更具体地，需要如下的接口，该接口能够在几乎没有或没有CPU干预的情况下分别配置传感和解码装置以使得能够进行精确的阈值比较和状态确定。还需要如下的接口，该接口能够用于广泛的传感器类型，包括电容型传感器、电感-电容型传感器、电阻型传感器以及其他模拟传感器类型。
技术实现思路
为了满足前述需要，公开了用于提供低能量传感器接口的设备和方法。本公开内容是一种低能量传感器接口，其利用控制系统中的片上外设（on-chipperipherals）或利用微控制器单元（MCU）来执行对可配置的一组传感器的测量。来自传感器测量的结果可以被解码器处理，所述解码器是具有多达十六个状态的一个可配置的状态机。所述结果还可以被存储在结果缓冲器中，以供中央处理单元（CPU）或直接存储器存取（DMA）控制器收集，从而用于进一步的处理。本公开内容在低能量模式中运行，且仅在面对某些更紧迫的可配置事件或一系列事件时才请求来自CPU的干预。本公开内容可以监测多达十六个传感器，提供在低能量模式中的自发传感器监测，提供对传感器结果的高度可配置的（highlyconfigurable）解码，提供对传感器事件的中断，提供对外部传感器的可配置的使能信号（enablesignals），且使能（enable）用于结果存储的环形缓冲器（circularbuffer）。本公开内容还可以提供对多种传感器类型的支持，所述多种传感器类型包括但不限于，例如，电容型传感器、电感-电容型传感器、电阻型传感器以及其他合适的模拟传感器。在本公开内容的一个方面，提供了一种用于控制系统或MCU的低能量传感器接口。所述传感器接口可以包括：定序器（sequencer），与一个或多个片上外设进行操作性通信（operativecommunication）；计数及比较块（countandcompareblock），与一个或多个传感器以及所述定序器通信；以及高度可配置的解码器。所述定序器、所述计数及比较块以及所述解码器可以被配置为在没有来自关联的中央处理单元（CPU）的干预的情况下在低能量运行模式中使用所述片上外设自发地收集和分析传感器结果。在一个优选实施方案中，所述高度可配置的解码器可以能够与模拟比较器直接通信。在另一个优选实施方案中，所述片上外设可以包括下列中的至少一种或多种：模拟比较器、数模转换器、模数转换器、脉冲计数器以及振荡器。在另一个优选实施方案中，所述定序器还可以被配置为管理传感器测量的时序。在另一个优选实施方案中，所述传感器接口还可以包括随机存取存储器（RAM），所述随机存取存储器被配置作为环形结果缓冲器，用于存储运行配置和所测得的传感器结果。在另一个优选实施方案中，所述高度可配置的解码器可以定义一个可编程的状态机，其中所述状态机可以基于所测得的传感器结果来使能多个不同状态中的一个状态，且其中每次状态转变可以与一个可编程的行动关联。在一个相关的优选实施方案中，所述状态机可以提供至少十六个不同的可编程的状态。在又一个优选实施方案中，所述解码器可以能够进行正交解码。在本公开内容的另一个方面，提供了一种传感器接口控制系统。所述控制系统可以包括：至少一个接口模块，与一个或多个传感器通信；以及传感器接口，与所述接口模块通信。所述传感器接口可以被配置为，在没有来自关联的中央处理单元（CPU）的干预的情况下，在低能量运行模式中使用片上外设自发地分析传感器结果。所述传感器接口可以包括：定序器，与所述片上外设进行操作性通信；计数及比较块，与所述接口模块和所述定序器通信；以及可配置的解码器。在一个优选实施方案中，所述接口模块可以包括至少一个模拟比较器模块，其中每个模拟比较器模块可以能够与多达八个不同的模拟传感器通信。在另一个优选实施方案中，所述传感器接口可以被配置为自动地轮换（dutycycle）所述片上外设的功率模式，以节省能量。在另一个优选实施方案中，所述片上外设可以包括下列中的至少一种或多种：模拟比较器、数模转换器、模数转换器、脉冲计数器以及振荡器。在一个相关的优选实施方案中，所述传感器接口可以被配置为与所述模数转换器直接通信，以对模拟信号进行采样。在另一个优选实施方案中，所述解码器可以是高度可配置的，且定义了一个有限状态机（finitestatemachine），其中所述有限状态机可以基于所测得的传感器结果来使能多个不同状态中的一个状态，且其中每次状态转变可以与一个可编程的行动关联。在另一个优选实施方案中，所述解码器可以与外设反射系统通信，其中所述外设反射系统可以被配置为响应于每次状态转变来发起可编程的行动。在又一个优选实施方案中，所述传感器接口还可以包括存储器块（memoryblock），所述存储器块被配置作为扩展的结果缓冲器。在本公开内容的又一个方面，提供了一种与一个或多个传感器进行接口的方法。所述方法可以使用对片上外设的直接控制自发地收集和分析传感器结果；基于所述传感器结果和状态机来确定当前状态；基于在所述传感器结果中检测到的变化和所述状态机来确定下一状态；以及，在低能量运行模式中且在没有来自关联的中央处理单元（CPU）的干预的情况下，响应于从所述当前状态到所述下一状态的状态转变，来发起可编程的行动。在一个优选实施方案中，可以通过外设反射系统来执行所述可编程的行动，其中所述CPU可以仅响应于当所述行动超过所述外设反射系统的可编程极限时产生的中断来进行干预。在另一个优选实施方案中，可以向所述当前状态与所述下一状态之间的状态转变施加迟滞功能，以使得不必要的中断请求最少化。在又一个优选实施方案中，所述方法还可以包括如下步骤：将传感器结果存储在扩展的结果缓冲器中，所述结果缓冲器被配置为延长低能量模式运行。当本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.11.08 US 61/411,3291.一种用于控制系统的低能量传感器接口，包括：定序器，与一个或多个片上外设进行操作性通信，其中所述定序器被配置为管理传感器测量的时序以及传感器结果的测量；计数及比较块，与一个或多个传感器以及所述定序器通信，其中所述计数及比较块被配置为确定具体传感器的状态或确定传感器是否活动；以及高度可配置的解码器，其中所述计数及比较块将其调查结果传达给高度可配置的解码器，所述高度可配置的解码器定义了一个可编程的状态机，所述状态机基于所测得的传感器结果来使能多个不同状态中的一个状态，每次状态转变与一个可编程的行动关联；其中所述定序器、所述计数及比较块以及所述解码器被配置为在没有来自关联的中央处理单元(CPU)的干预的情况下在低能量运行模式中使用所述片上外设自发地收集和分析传感器结果。2.根据权利要求1所述的传感器接口，其中所述高度可配置的解码器能够与模拟比较器直接通信。3.根据权利要求1所述的传感器接口，其中所述片上外设包括下列中的至少一种或多种：模拟比较器、数模转换器、模数转换器、脉冲计数器以及振荡器。4.根据权利要求1所述的传感器接口，还包括随机存取存储器(RAM)，所述随机存取存储器被配置作为环形结果缓冲器，用于存储运行配置和所测得的传感器结果。5.根据权利要求1所述的传感器接口，其中所述状态机提供至少十六个不同的可编程的状态。6.根据权利要求1所述的传感器接口，其中所述解码器能够进行正交解码。7.一种传感器接口控制系统，包括：接口模块，与一个或多个传感器通信；以及传感器接口，与所述接口模块通信，且被配置为在没有来自关联的中央处理单元(CPU)的干预的情况下在低能量运行模式中使用片上外设自发地分析传感器结果，所述传感器接口具有：与所述片上外设进行操作性通信的定序器、与所述接口模块和所述定序器通信的计数及比较块、以及可配置的解码器；其中所述定序器被配置为管理传感器测量的时序以及传感器结果的测量，其中所述计数及比较块被配置为确定具体传感器的状态或确定传感器是否活动，其中所述计数及比较块将其调查结果传达给高度可配置的解码器，所述高度可配置的解码器定义了一个可编程的状态机，所述状态机基于所测得的传感器结果来使能多个不同状态中的一个状态，每次状态转变与一个可编程的行动关联。8.根据权利要求7所述的控制系统，其中所述接口包括至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·F·费雷瓦格，
申请(专利权)人：能源微系公司，
类型：
国别省市：