[發明專利]電能計量芯片降低功耗的方法

有效

• 申請號: 201110144930.0
• 申請日: 2011-05-31
• 公開（公告）號: CN102654532A
• 公開（公告）日: 2012-09-05
• 發明（設計）人: 趙巖;楊昆;門長有;譚年熊
• 申請（專利權）人: 杭州萬工科技有限公司
• 主分類號: G01R22/06
• 分類號: G01R22/06
• 代理公司: 上海和躍知識產權代理事務所(普通合伙) 31239
• 代理人: 孟建勇

技術領域

本發明有關一種降低功耗的方法，特別是指應用于電能計量芯片中，用來降低電能計量芯片的功耗的方法。

背景技術

CMOS電路中，有三部分功耗來源，即????????????????????????????????????????????????。其中P_total是一個CMOS電路的總功耗，P_switching是開關功耗，大小取決于負載電容的充放電；P_leakage是漏電功耗。當前芯片中最主要的功耗是開關功耗，但是隨著低閾值電壓技術在低功耗設計中的應用，短路功耗和漏電功耗也會變得越來越重要。

其中開關功耗，VDD是電源電壓；f_clk是時鐘頻率；如果一個電路包含n個結點，a_i是每秒鐘信號變化的次數，即開關活動因子；C_Li是結點電容；ΔV_i是結點i的電壓變化幅度。

短路功耗發生在信號的翻轉瞬間，當輸入信號的值在|Vth|和VDD-|Vtp|之間的時候，PMOS和NMOS同時導通，造成VDD到GND的短路電流。短路功耗可以表示為，I_short為短路電流。

漏電流功耗，I_leakage是CMOS電路的漏電流，主要由亞閾值效應以及漏源區與襯底反向偏置而引起的。對于深亞微米應用，這一項尤其重要。

從上述分析可以知道，功耗與很多因素相關，如開關活動因子、等效電容、電源電壓、工作頻率、短路電流、漏電流等。低功耗的設計方法就是從這幾個基本因素出發，分別降低這些影響因素以便達到降低功耗的目的。

在電能表系統應用中，對整機的功耗有著嚴格的規定，例如在電池供電的情況下，要求能夠工作5年以上。在電能表的系統芯片解決方案中，整機的功耗主要來自計量系統芯片，因此需要設計一種方法能涵蓋該系統芯片的各個工作狀態，以達到降低功耗的目的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能涵蓋該系統芯片的各個工作狀態，以達到降低功耗的電能計量芯片降低功耗的方法。

為實現上述目的，實施本發明的電能計量芯片降低功耗的方法，該電能計量芯片設有兩個時鐘域，其中該電能計量芯片的CPU位于時鐘域一，并且該電能計量芯片還包括計量電路，計量電路包括功率有效值計算電路與能量累加電路，該二電路均位于時鐘域二，時鐘域一選擇使用低頻時鐘與高頻時鐘，并可停止動作并維持恒定電平，時鐘域二選擇使用低頻時鐘、降頻時鐘及高頻時鐘，并可停止動作維持恒定電平，并且該電能計量芯片可選擇通過電池或電力線供電，該方法包括如下步驟：

電能計量芯片判斷是通過電池還是電力線供電；

如果該電能計量芯片通過電池供電，則計量電路檢測電壓輸入信號的有效值是否小于一設定閾值，同時電流輸入信號的有效值是否大于一設定閾值？如是，則令時鐘域一使用高頻時鐘，時鐘域二使用高頻時鐘，計量電路計算電流輸入的電流有效值，并把得到的電流有效值設定為能量累加電路的固定輸入，并通過寄存器設定使功率有效值計算電路中的所有觸發器輸入不發生變化，之后令時鐘域一停止動作維持恒定電平；如否，則令時鐘域一和時鐘域二停止動作維持恒定電平；

如果該電能計量芯片是通過電力線供電，則計量電路檢測電壓輸入信號的有效值是否小于某個閾值，如是則時鐘域一使用介于低頻時鐘與高頻時鐘之間的時鐘，而時鐘域二使用降頻時鐘；如否，則進入正常工作模式，時鐘域一與二均使用高頻時鐘。

依據上述主要特征，時鐘域一與時鐘域二停止動作維持恒定電平之后，芯片持續判斷是否有恢復供電復位或者IO休眠喚醒復位發生，如有則返回判斷該電能計量芯片是通過電池還是電力線供電，如否則時鐘域與與時鐘域二保持停止動作并維持恒定電平。

依據上述主要特征，時鐘域一與時鐘域二保持停止動作并維持恒定電平狀態達到一定時間后，發生定時復位喚醒，重復休眠前的操作，并再次進入保持停止動作并維持恒定電平狀態，上述循環重復達到預設的次數后，則芯片進入深休眠狀態，即只有電池供電變為正常供電與系統芯片的IO輸入發生變化才令芯片喚醒復位。