[发明专利]监视电路和方法

说明书

广义地说，本技术的实施例提供了一种用于低功率最小能量传感器节点的电压监视电路。该电路包括：感测电路系统，用于感测具有多个操作信号状态的信号；第一比较器，具有用于接收上阈值信号的第一输入端；以及第二比较器，具有用于接收下阈值信号的第一输入端，上阈值信号和下阈值信号定义包括信号的所述多个操作状态中的至少一个信号状态的范围，其中第一比较器和第二比较器具有用于接收偏置配置设置的偏置输入端，该偏置配置设置能够根据信号的操作信号状态选择。

本技术一般而言涉及使得能够实现传感器节点的最小能量操作的设备和方法。这种传感器节点通常存在于小型、低成本且高能效的无线网络中，并且是物联网(IoT)的重要部分。

最近的工作已经证明了在低于晶体管阈值电压(诸如亚于550mV)的电源电压操作的中央处理单元(CPU)设计。这种操作使得能够实现最小能量操作，最小能量操作对于能量受约束且具有低活动率的传感器是有利的。这些传感器还可以从其环境中获取能量并且具有非常延长的寿命。最小化泄漏能量对于这种CPU设计是重要的，因为传感器节点可能在睡眠模式下花费延长的时间并且泄漏能量在低电压下指数地增加。为了使泄漏最小化，已知在多个电源域中使用细粒度的功率门控，并且常常使用集成的电压调节器来获得亚阈值(sub-threshold)操作所需的低电压(Vreg)并减少睡眠和活动模式过渡期间的片外接口延迟时间。将快速宽范围动态电压缩放用于无线传感器节点，以使得能够频繁进入睡眠模式并最大化睡眠时间。

在唤醒时使能到CPU系统的时钟需要小心，因为早的使能会造成定时违规，而延迟使能会造成高能耗。电压监视器通常与电压调节器结合使用，以在使能时钟之前确认期望的调节器电压(Vreg)电平。

电压监视器通常使用具有工厂修整的阈值电压的比较器来检测不安全的轨道电压状况。当轨道电压接近比较器阈值电压时，感测缓慢上升或非单调轨道模拟电压会造成振荡。这可以通过使用具有略微偏移的阈值电压的两个比较器来解决。这种两级监视对于比较器增加了滞后，但仅允许监视低电压不安全状况。然而，对于最小能量传感器节点，有必要也独立地监视过电压状况，因为过量泄漏会对操作产生不利影响。在常规的方案中，这将需要四个比较器，从而使监视能量成为昂贵的任务。

本技术公开了低功率监视电路和方案，诸如电压或电流监视电路，其可以形成与用于控制最小能量传感器节点的CPU系统接口的功率管理单元(PMU)的一部分。

通过示例，在附图和实施例中图示地示出了技术，其中：

图1a是电压监视功率管理单元框图，以及图1b是动态电压缩放期间的理论模式过渡波形的示意图；

图2是用于实际电压调节器特点的模式过渡波形的示意图；

图3是电压监视电路的示意图；

图4是用于改变调节器电压电平的电压监视器响应波形的示意图；

图5是比较器电路的示意图；

图6a是对响应速度与供电电压的比较器模拟结果的曲线图，图6b是针对不同偏置配置设置的速度与温度的曲线图，并且图6c示出了针对不同偏置的随着变化的温度的响应速度；

图7是对针对不同偏置设置的响应速度对供电电压和温度的灵敏度的比较器模拟结果的曲线图；

图8a是内部阈值电压生成器的示意图并且图8b是分压器的示意图；

图9是针对超出1000次monte-carlo模拟的上阈值电压电平和下阈值电压电平的扩展图。

图10是针对不同操作状态测得的DC结果的曲线图；

图11是用于配置设置的比较器速度的测得的瞬态结果的曲线图；

图12是对调节器电压从保持电压过渡到超阈值电压的电压监视器响应的示意图；

图13是电压的测量功率与电压监视器的温度的曲线图；以及