[发明专利]用于传感器节点的能量收集和控制

说明书

一种诸如被包括作为传感器节点的一部分的集成电路可以包括具有可耦合到能量收集换能器的输入的调节器电路。该集成电路可以包括无线接收器电路，其被耦合到调节器电路并被配置为无线地接收至少足以在无需能量收集换能器的情况下建立传感器节点的操作的工作能量。该集成电路可以包括数字处理器电路，其被耦合到调节器电路和功率管理处理器电路。数字处理器电路或一个或多个其他电路可以包括由功率管理处理器电路基于所选的能量消耗水平建立的阈下工作模式。例如，建立阈下工作模式可包括调整或选择电源电压以建立数字处理器电路或其他电路中的场效应晶体管(FET)的阈下工作。

本申请是申请日为2013年2月15日、申请号为CN 201380020143.2、 名称为“用于传感器节点的能量收集和控制”的专利申请的分案申请。

优先权的要求

在此要求Calhoun等人于2012年2月17日提交的题为“Battery-less EnergyHarvesting Sensor Node SoC and Related Method thereof”的美国临 时专利申请序列号61/600,467(代理人档案号01918-01)的优先权权益， 在此通过引用将其全部内容(包括其标记有“附录A”至“附录H”的 部分)合并于此。

背景技术

嵌入式系统可以用于各种各样的应用中，包括提供监视、传感、控 制或安全功能。这样的嵌入式系统通常根据对尺寸、功耗或环境生存能 力的相对严格的约束而被适配到指定的应用。

特别地，一种类型的嵌入式系统可以包括诸如用于感测或监视一个 或多个生理参数的传感器节点。具有无线通信能力的传感器节点可被称 为无线传感器节点(WSN)。相似地，位于对象的身体上、身体附近或身 体内的传感器节点可被称为身体区域传感器节点(BASN)或身体传感器 节点(BSN)。传感器节点可以向保健提供商提供重大益处，诸如允许对 生理信息的连续监视、激励和记录，促进自动的或者远程的随访，或者 在存在恶化的生理状态时提供一个或多个警告。使用传感器节点获得的 生理信息可以被传输到其他系统，诸如用于帮助诊断、防止和响应诸如 糖尿病、哮喘、心脏病或者其他疾病或病情的各种疾病。

例如，如果传感器节点包括诸如长期监视能力或可穿戴性的某些特 征，则传感器节点可以向对象或保健提供者提供特别的值。由于医疗保 健花费逐步上升或者由于更多的保健提供商尝试过渡到远程的患者随访 和远距离医疗，因此传感器节点在无需维护、替换或手动充电的情况下 的长使用寿命变得更加重要。相信通常可获得的传感器节点因为缺少扩 展运算能力或可穿戴性而被排除在广泛使用之外。

例如，包括大的一次电池或可充电电池的传感器节点穿戴起来可能 是不舒服的，并且具有较小电池的传感器节点由于患者或其他用户可能 不遵守所要求的充电或替换时间间隔而仍是不合乎期望的。相似地，需 要传导性数据传输接口的传感器节点通常是麻烦的，因为穿戴者或保健 提供者必须手动地将通信接口线缆连接至节点，以向节点或从节点传输 信息。无线通信电路可减少或消除对这样麻烦的有线接口的需要。但是， 这样的无线电路可消耗大量的能量，从而使得有限的能量预算负担更重 或限制通常可获得的传感器节点的工作寿命。

发明内容

诸如身体传感器节点(BSN)的传感器节点可以包括具有高集成度 的各种系统功能的一个或多个半导体装置。这样的半导体装置可以被称 为“片上系统”或SoC。SoC可以提供实现系统的所有主要功能的数字 的或者混合的信号电路，诸如包括通用处理器电路、专用处理器电路、 模拟信号调节电路、电源控制或转换器电路、电压或电流参考电路或功 率管理电路中的一个或多个。

本发明人已经认识到，除了其他方面之外，可将超低功率(ULP) 技术应用到被包括在传感器节点中的一个或多个电路。ULP技术可被用 来实现被包括为传感器节点的一部分的SoC。例如，用于传感器节点的 这样的SoC可以包括被配置用于阈下工作的一个或多个模拟或者数字部 分。