[發(fā)明專利]在多傳感器環(huán)境中降低功耗的系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310756227.4
• 申請(qǐng)日: 2013-10-22
• 公開（公告）號(hào): CN103869928B
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: L·薩拉;I·帕多瓦尼;S·薩巴泰利
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 馬克西姆綜合產(chǎn)品公司
• 主分類號(hào): G06F1/32
• 分類號(hào): G06F1/32
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 王英;陳松濤

本發(fā)明涉及在多傳感器環(huán)境中降低功耗的系統(tǒng)和方法。具體而言，本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例提供了在多傳感器系統(tǒng)中的全集成、低延時(shí)的功率降低。在某些實(shí)施例中，通過在一定條件下調(diào)節(jié)陀螺儀、磁力計(jì)和加速計(jì)的功率以及操作模式來最小化功耗。某些實(shí)施例通過使用模擬的陀螺儀數(shù)據(jù)來提供功耗的降低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傳感器功率管理，更具體地，涉及將電磁和慣性傳感器集成到動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)以降低傳感器功耗的系統(tǒng)、裝置和方法。

背景技術(shù)

在單個(gè)封裝內(nèi)集成諸如加速計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì)之類的多種傳感器正成為日益增長(zhǎng)的趨勢(shì)。傳感器的價(jià)格越來越低并已被市場(chǎng)用于大量應(yīng)用。加速計(jì)使得消費(fèi)型電子產(chǎn)品的用戶可以方便地進(jìn)行多種操作，例如肖像-風(fēng)景轉(zhuǎn)換或諸如震動(dòng)和其他運(yùn)動(dòng)之類的特定事件的檢測(cè)。加速計(jì)通常測(cè)量一維或多維中的加速度。通過檢測(cè)三個(gè)不同部件關(guān)于三條正交軸線的差值可以測(cè)量空間加速度，由此能夠確定角度。沿著時(shí)間比較角度，假設(shè)除重力之外不存在加速度，則可以得出角速度。

在實(shí)踐中，雖然加速計(jì)為重力提供絕對(duì)參考，但也伴隨有許多限制使得它們無(wú)法準(zhǔn)確地測(cè)量旋轉(zhuǎn)。最重要的是，加速計(jì)并非設(shè)計(jì)用于區(qū)分旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和線性加速，因?yàn)樗鼈兏袦y(cè)包括靜態(tài)的和動(dòng)態(tài)的加速度的加速度的每個(gè)分量。因此，根據(jù)角度間的差異，加速計(jì)感知插入的橫向運(yùn)動(dòng)(injected lateral movement)作為不期望的旋轉(zhuǎn)擾動(dòng)。此外，加速計(jì)噪音較大。結(jié)果，在沒有附加的定向信息的情況下，加速度傳感器不適用于檢測(cè)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)加速度之間的差異。

與此相對(duì)，陀螺儀或角速率傳感器非常適合于測(cè)量旋轉(zhuǎn)。它們?cè)O(shè)計(jì)為只感測(cè)旋轉(zhuǎn)定向且排除由線性加速度引起的擾動(dòng)。然而，陀螺儀不具有絕對(duì)參考信息。因此，即使當(dāng)角速率傳感器是靜止的且沒有進(jìn)行任何實(shí)際的角度旋轉(zhuǎn)時(shí)，即估計(jì)的旋轉(zhuǎn)角度的RMS值保持為0時(shí)，一旦傳感器的固有噪聲輸出信號(hào)對(duì)時(shí)間積分，則估計(jì)的旋轉(zhuǎn)角度將為非零。結(jié)果，緩慢的角度漂移發(fā)生，這可以用“隨機(jī)游走”理論來描述。

現(xiàn)行方法是將陀螺儀與來自低帶寬加速計(jì)的適當(dāng)而精確的參數(shù)相結(jié)合，用以補(bǔ)償陀螺儀的緩慢漂移。然而，盡管加速計(jì)能夠在截距和滾動(dòng)面上補(bǔ)償陀螺儀的漂移，但是其不能補(bǔ)償圍繞陀螺儀的垂直軸的漂移(搖擺)，因?yàn)榧铀儆?jì)缺少對(duì)于地球磁場(chǎng)北極的絕對(duì)參考。一種解決方案是，將磁力計(jì)增加到陀螺儀和加速計(jì)的組合中以補(bǔ)償圍繞搖擺軸的陀螺儀的漂移，因?yàn)榇帕τ?jì)的磁場(chǎng)傳感器提供了加速計(jì)所缺少的絕對(duì)參考。

然而，組合多個(gè)傳感器會(huì)導(dǎo)致必須由系統(tǒng)集成器承受的相對(duì)高的功耗，并且無(wú)法明顯地降低該相對(duì)高的功耗，尤其是只要陀螺儀啟動(dòng)。目前，市場(chǎng)上可獲得的陀螺儀的平均功耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過10mW。由于陀螺儀通常為單機(jī)型，實(shí)時(shí)打開或關(guān)斷陀螺儀以管理電源需要向/從陀螺儀傳送數(shù)據(jù)的應(yīng)用處理器，從而控制陀螺儀的打開和關(guān)斷時(shí)間。這個(gè)過程通常由軟件管理，且主要具有包括時(shí)間延遲和提高的功率要求的兩個(gè)固有限制。另外，軟件操作系統(tǒng)的慢的定時(shí)方案使得由短時(shí)的關(guān)斷時(shí)間(例如，1ms)而產(chǎn)生的可能的節(jié)能無(wú)法實(shí)行。同樣，由長(zhǎng)時(shí)的關(guān)斷時(shí)間(例如，50ms)而產(chǎn)生的節(jié)能被陀螺儀固有的慢的打開時(shí)間阻止。另外，基于軟件的方式要求應(yīng)用處理器的恒定操作，例如，使得數(shù)據(jù)通信能夠詢問加速計(jì)以確定打開和關(guān)斷陀螺儀的適當(dāng)?shù)臅r(shí)間。這有助于增加數(shù)據(jù)流量、CPU周期和功耗。總之，基于軟件的方式阻止系統(tǒng)集成器實(shí)現(xiàn)明顯的節(jié)能。

需要的是，能夠完全集成的傳感器功率管理以克服上述的限定并在將陀螺儀的平均功耗降低至5mW以下的同時(shí)提供陀螺儀的優(yōu)良的感測(cè)性能的方法、裝置和系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種在多傳感器系統(tǒng)中降低功耗的完全集成的、低延時(shí)的方式。多個(gè)實(shí)施例提供可編程功率管理架構(gòu)，其通過基于包括實(shí)際功耗的動(dòng)態(tài)條件來最小化傳感器工作在全功率期間的時(shí)間從而降低傳感器功耗。多個(gè)實(shí)施例采用基于硬件的方式，其基于一組預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，詢問傳感器數(shù)據(jù)的組合以調(diào)節(jié)陀螺儀、磁力計(jì)和加速計(jì)的操作的功率及模式，從而降低功耗。在某些實(shí)施例中，在當(dāng)陀螺儀并不是嚴(yán)格需要提供旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)的特定條件下，磁力計(jì)、加速計(jì)或兩者均提供用于模擬虛擬陀螺儀數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。