用于电子设备的可重配置传感器单元的制作方法
【专利摘要】本发明的各个实施例涉及一种用于电子设备的可重配置传感器单元。一种电子设备包括在其上具有至少一个导电迹线的印刷电路板(PCB)。片上系统(SoC)安装在PCB上，并且电耦合至导电迹线。传感器芯片按照与SoC间隔开的方式安装在所述PCB上并且电耦合至导电迹线，从而使得传感器芯片与SoC电耦合。传感器芯片包括加速度计和/或陀螺仪、以及控制电路。控制电路配置为接收配置数据作为输入，从加速度计和/或陀螺仪获取数据。控制电路进一步配置为处理该数据，以便生成电子设备的相对于其周围环境的上下文；该处理通过使用根据配置数据而操作的处理技术来执行，并且输出该上下文。
【专利说明】用于电子设备的可重配置传感器单元
[0001]优先权声明
[0002]本申请要求2015年2月26日提交的美国专利申请62/121，104号的优先权权益，其全部内容以引用的方式按照法律允许的最大程度全部并入本文。
技术领域
[0003]本公开涉及传感器领域，并且更具体地涉及一种用于电子设备的可重配置传感器。
【背景技术】
[0004]便捷式电子设备诸如智能手机、智能手表、其他可穿戴设备和平板计算机在当今世界越来越普遍。这些设备的特定功能取决于该设备了解该设备的取向或者该设备当前所处环境条件。例如，智能手机可以基于该智能手机的握持取向而将其用户界面从纵向视图旋转到横向视图。再如，智能手表可以分别基于该智能手表的握持取向、或者基于该智能手表所处环境的光线，来启动其显示器或者调节其显示器的亮度。这种便捷式电子设备也可以记录用户的身体活动。例如，智能手机或智能手表可以对用户所走的步数进行计数。
[0005]为了确定设备的取向或者设备所处环境的条件，采用传感器，诸如加速度计和陀螺仪。通常，电子设备包括片上系统(SOC)，该片上系统(SOC)从传感器接收原始数据，然后确定设备的取向或者环境条件。
[0006]虽然该方法是有效的并且能够使电子设备执行商业上期望的功能，但是SOC从传感器不断获取数据可以导致功耗高于期望的功耗。降低功耗是对于这种电子设备的持续的商业期望。因此，期望有允许持续获取传感器数据而且降低功耗的硬件和技术。
【发明内容】
[0007]提供本概述是为了介绍对以下在详细说明中进一步描述的概念的选择。本概述不旨在识别所要求主题的关键或者本质特征，也不旨在用作帮助限制所要求主题的范围。
[0008]电子设备包括在其上具有至少一个导电迹线的印刷电路板(PCB)。片上系统(SoC)安装在PCB上并且电耦合至导电迹线。传感器芯片按照与SoC间隔开的方式安装在PCB上并且电耦合至导电迹线，从而使得传感器芯片与SoC电耦合。传感器芯片包括加速度计和/或陀螺仪以及控制电路。控制电路配置为接收配置数据作为输入并且从加速度计和/或陀螺仪获取数据。控制电路也配置为:处理该数据，以便生成电子设备的相对于其周围环境的上下文(context)，该处理通过使用根据配置数据而操作的处理技术来执行，并且输出上下文。
[0009]电子设备可以包括至少一个附加传感器，并且SoC可以配置为从该至少一个附加传感器获取附加数据。控制电路可以进一步配置为从SoC接收附加数据，并且在生成电子设备的相对于其周围环境的上下文时处理该数据和该附加数据。
[0010]该至少一个附加传感器选自由下列各项组成的组:气压计、磁力计、接近传感器、麦克风、触摸敏感显示器和光传感器。
[0011]电子设备可以包括收发器，并且SoC可以配置为经由收发器从外部服务器接收更新的配置数据。控制电路可以配置为:处理该数据，以便通过使用根据更新的配置数据而操作的处理技术来执行该处理，来生成电子设备的相对于其周围环境的上下文。
[0012]控制电路可以包括多个配置寄存器，配置数据作为输入被接收到配置寄存器中。控制电路可以包括可编程逻辑器件，该可编程逻辑器件配置为通过使用根据来自多个配置寄存器的配置数据而操作的处理技术来执行该处理。
[0013]另一方面涉及安装在印刷电路板(PCB)上并且经由至少一个导电迹线电耦合至安装在PCB上的片上系统(SoC)的传感器芯片。该传感器芯片包括:加速度计和/或陀螺仪；控制电路配置为接收配置数据作为输入，并且从加速度计和/或陀螺仪获取数据，控制电路也配置为处理该数据，以便生成电子设备的相对于其周围环境的上下文，该处理通过使用根据配置数据而操作的处理技术来执行，并且输出上下文。
[0014]控制电路可以包括多个配置寄存器，配置数据作为输入被接收到配置寄存器中。控制电路也可以包括可编程逻辑器件，该可编程逻辑器件配置为通过使用根据来自多个配置寄存器的配置数据而操作的处理技术来执行该处理。
[0015]控制电路可以进一步配置为从SoC接收附加数据，并且在生成电子设备的相对于其周围环境的上下文时处理该数据和该附加数据。配置数据可以是处理技术的可变参数。
[0016]可变参数可以是延迟和/或准确度和/或功耗。可变参数可以是数据的容许值的范围和/或数据的获取速率。另外，可变参数可以是由处理技术应用的数字滤波器的参数。
[0017]在一些情况下，可变参数可以包括由处理技术第一模式和第二模式下使用的在相应的第一处理算法和第二处理算法，第二处理算法与第一处理算法相比不那么复杂，第二模式与第一模式相比是功耗更高的模式。
[0018]电子设备的相对于其周围环境的上下文可以是电子设备的相对于其用户身体的位置。电子设备的相对于其周围环境的上下文可以是电子设备在手势方面的移动，该手势指示电子设备的用户正意图查看该电子设备。电子设备的相对于其周围环境的上下文可以是电子设备的用户当前所采用的运动形式。配置数据可以是需要计算数据的哪个特征。
[0019]数据的特征选自由下列各项组成的组:电子设备的平均加速度，电子设备的加速度的偏差，电子设备的转动加速度，电子设备的线加速度，侧倾、俯仰和偏转的平均值，侧倾、俯仰和偏转的方差，数据在给定时间段内的加速度峰值的数目，数据在给定时间段内的过零的数目，数据在给定时间段内的峰值，以及电子设备在不同时间点处的加速度大小。
[0020]控制电路可以进一步配置为从外部服务器接收更新的配置数据，并且控制电路可以配置为处理该数据，以便通过使用根据更新的配置数据而操作的处理技术来执行该处理，来生成电子设备的相对于其周围环境的上下文。
[0021]控制电路可以进一步配置为从SoC接收更新的配置数据，并且控制电路可以配置为处理该数据，以便通过使用根据更新的配置数据而操作的处理技术来执行该处理，来生成电子设备的相对于其周围环境的上下文。
【附图说明】
[0022]图1是根据本公开的包括可重配置传感器单元的电子设备的示意框图；以及
[0023]图2是图1的电子设备的控制电路的示意框图。
【具体实施方式】
[0024]参照附图做出本说明，在本说明中示出了示例实施例。然而，也可以使用许多不同的实施例，并且因此本说明不应该被解释为限于此处所阐述的实施例。而是，提供这些实施例是为了使本公开充分。在整个说明中，类似的数字表示类似的元素。
[0025]首先参照图1，现在描述电子设备100。电子设备100可以是智能手机、平板计算机、智能手表或者其他可穿戴设备。电子设备100包括印刷电路板(PCB)，该PCB具有安装在其上的多种部件。印刷在PCB 99上的导电迹线97用于将多种部件按照期望的方式电耦合在一起。
[0026]在PCB 99上安装有片上系统(SoC) 116，该SoC 116包括耦合至图形处理单元(GPU) 119的中央处理单元(CPU) 117。耦合至SoC 116的有:收发器101，SoC 116可以经由该收发器101通过网络与远程服务器通信；以及触摸敏感显示器103，SoC 116可以经由该触摸敏感显示器103显示输出并且接收输入。有多种传感器耦合至SoC 116，包括:用于确定在电子设备100所处环境中的环境光的强度的光传感器102、用于确定电子设备100的相对于地球的磁场的取向的磁强计104、用于确定在环境中的气压(并且由此确定电子设备100的海拔高度)的气压计106、用于检测在环境中可听见的噪声的麦克风114、以及用于确定用户相对于电子设备100的接近度的接近传感器118。
[0027]可配置传感器单元107安装在PCB 99上并且与SoC 116间隔开，并且通过导电迹线97耦合至SoC 116。可配置传感器单元107包括耦合至控制电路112的加速度计108和/或陀螺仪110。加速度计108用于确定电子设备100所经历的加速度，以及陀螺仪110用于确定电子设备100的相对于环境的取向。可配置传感器单元107可以由分立部件和/或集成部件和/或分立部件与集成部件的组合形成，并且可以形成为封装体。
[0028]应该理解，可配置传感器单元107不是SoC 116的一部分，并且是与SoC 116分隔开的不同的部件。事实上，传感器单元107和SoC 116是安装在PCB 99的不同位置上并且经由导电迹线97親合在一起的分隔开的不同的互不相交的(mutually exclusive)芯片。
[0029]在操作中，SoC 116可以按照获取速率从各个传感器102、103、104、106、114和118获取数据，并且可以处理这些数据以确定电子设备100的相对于其环境的上下文。由于待从这些传感器确定的上下文的特性不需要较高的获取速率，所以用于这些多种传感器(除了触摸敏感显示器103之外)的获取速率可以相对较低。因此，从这些多种传感器获取数据所引起的功耗可以较低。下文将对上下文进行详细阐释。
[0030]另一方面，待从加速度计108和/或陀螺仪110确定的上下文可以涉及使用比其他传感器的获取速率更高的获取速率。因此，使用可配置传感器单元107从加速度计108和/或陀螺仪110获取数据，这是因为该可配置传感器单元107提供对功率的节省。这些对功率的节省通过可配置传感器单元107的控制电路112来实现，其比执行从加速度计108和/或陀螺仪110获取数据并且对该数据进行一些处理的SoC 116消耗更少的功率。为了提供与执行从加速度计108和/或陀螺仪110获取数据并且处理该数据的SoC 116相同水平的可控制性，传感器单元107可能接收配置数据作为输入。
[0031]在操作中，正如所阐述的，控制电路112接收配置数据作为输入。控制电路112从加速度计108和/或陀螺仪110获取数据，并且处理该数据以便生成电子设备100的相对于其周围环境的上下文。该处理通过使用根据接收的作为输入配置数据而操作的处理技术，由控制电路112来执行。然后，由控制电路112将经过处理的数据输出至SoC 116供使用。
[0032]附加地，参照图2，此处给出了控制电路112的样本细节。虽然将会对具体细节进行描述，但是应该理解，控制电路112可以由任何合适的部件制成，并且任何和所有的这种设计都在本公开的范围之内。还应该理解，当将特定功能和操作描述为由控制电路112的特定部件执行时，由任何合适的硬件来执行这些功能和操作也是预期的，并且在本公开的范围之内。
[0033]控制电路112包括多路复用器190，该多路复用器190从加速度计108和/或陀螺仪110接收在X、Y和Z方向上的三维数据。将多路复用器190的输出馈送至电荷栗200，该电荷栗200又将其输出馈送至滤波器204。滤波器将其输出馈送至可编程逻辑器件诸如算术逻辑单元(ALU) 206，该可编程逻辑器件将其输出馈送至计算所得特征的寄存器208。分类单元210从计算所得特征寄存器208读出数据，并且向数据寄存器212输出上下文。数据寄存器112耦合至I2C总线接口 214。另外，中断发生器202耦合至电荷栗200的输出，并且中断发生器202的输出可以由SoC 116读出。配置寄存器216耦合至滤波器204、ALU206、计算所得特征寄存器208和分类单元210。除了以上描述的连接之外，滤波器204、ALU206和计算所得特征寄存器208的输出中的每一个都耦合至数据寄存器212。
[0034]在操作中，加速度计108和陀螺仪110中的每一个都针对三个空间维度X、Y、Z输出数据。该数据由多路复用器190接收，该多路复用器190选择性地将该数据多路复用至电荷栗200。电荷栗200将该数据输出至滤波器204，该滤波器204可以是模拟滤波器或数字滤波器。滤波器204对该数据进行滤波并且将它输出至算术逻辑单元(ALU) 206。
[0035]ALU 206用于提取数据本身的特征，诸如:给定时间段内的平均加速度，平均加速度的偏差(deviance)，弧度加速度(radian accelerat1n)，加速度峰值的数目，过零的数目，峰值加速度值，线加速度值，能带，侧倾、俯仰和偏转(roll, pitch, and yaw)的平均值，侧倾、俯仰和偏转的方差，线加速度的平均值，线加速度的方差等。可以从数据提取的该特征表并非旨在穷尽列举。事实上，ALU可以从加速度计108或陀螺仪110数据提取任何有用的特征，并且所有这种特征都在本公开的范围之内。
[0036]计算所得特征寄存器208存储由ALU 206提取的特征。分类单元210可以是一个独立存在的ALU，并且基于由ALU提取的并且存储在计算所得特征寄存器208中的特征，对电子设备100的上下文进行分类。例如，电子设备100的上下文可以是电子设备100被携带在用户身体上的位置(即，在口袋中、在手中、在设备套中)、用户的当前运动方法(即，跑步、行走、驾车、骑行、爬楼梯)、或者电子设备100的相对于重力的取向。另一示例上下文可以是电子设备100在手势方面的移动，诸如:用户将智能手表抬高到某一位置来查看智能手表的屏幕，摇动电子设备100，双击电子设备100的触摸敏感显示器103，顺时针或者逆时针旋转电子设备100，以及在触摸敏感显示器103上向左、右、上、或下滑动。
[0037]然后，将由分类单元210分类的上下文存储在数据寄存器212中，并且又可以由I2C总线214读出至SoC 116。然后，SoC 116在其操作中使用分类后的上下文。中断发生器202用于生成用于SoC 116的中断，以便有助于在可配置传感单元107与SoC 116之间的通信。
[0038]在一些应用中，多路复用器109可以从SoC 116接收附加数据。例如，SoC 116可以将来自光传感器102、磁强计104、气压计106、麦克风114、接近传感器118或者触摸敏感显示器103的附加数据发送至多路复用器109，从而使得该数据可以被传感器单元107的其他部件使用。
[0039]所描述的滤波器204、ALU 206和分类单元210的功能，根据存储在配置寄存器216中的配置数据而操作。例如，配置数据可以是由控制电路112执行的处理技术的可变参数。由此，配置数据可以通过更换由滤波器204执行的滤波技术、或者通过更换滤波器204的系数的值，来改变由控制电路112执行的预处理。
[0040]配置数据可以通过调节在延迟、准确度和功耗之间的平衡，来改变传感器单元107的性能水平。可以通过调节数据的获取速率、并且从而调节多路复用器190在其多种输入之间切换的速率，来改变该平衡。也可以通过更改数据的容许值的范围，例如通过ALU 206在提取或者计算数据的特征时忽略在容许值的范围之外的数据，来改变该平衡。
[0041]配置数据可以改变ALU 206从数据提取并且计算特征所使用的技术。可以将ALU206编程为从数据提取并且计算多个特征，并且配置数据可以用于选择多个特征的子集供ALU 206实际进行提取并且计算。在一些情况下，配置数据可以编程或者重编程ALU 206，以提取并且计算不同的特征。配置数据也可以对ALU 206提取并且计算任何特征的方式进行编程或重编程。
[0042]也可以通过传感器单元107在低功耗模式和高功耗模式之间的配置数据切换操作，来调节在延迟、准确度和功耗之间的平衡。在低功耗模式下，ALU 206提取并且计算ALU206被编程为提取并且计算的该多个特征的较小特征子集；而在高功耗模式下，ALU 206提取并且计算ALU 206被编程为提取并且计算的该多个特征的较大特征子集(或者所有特征)。当使用这些低功耗模式和高功耗模式时，传感器单元107在低功耗模式下操作直到ALU 206提取到一个或多个阈值的特征，此时，传感器单元107切换至在高功耗模式下操作。
[0043]配置数据可以例如通过使用决策树，来改变由分类单元210使用的技术，该分类单元210用于将由ALU 206提取并且计算的并且存储在计算特征寄存器208中的特征进行分类。可以将分类单元210编程为将特征分类为多个上下文，并且配置数据可以选择该多个上下文的子集供分类单元210进行分类。另外，配置数据可以对分类单元210进行编程或者重编程，以便分类并且确定不同的上下文。配置数据也可以对分类单元210分类并且确定不同上下文的方式进行编程或者重编程。
[0044]SoC 116可以从收发器101接收附加的或新的配置数据，然后其可以将该附加的或新的配置数据传送至配置寄存器216。在一些情况下，SoC 116可以例如基于用户输入，而自己生成附加的或新的配置数据，然后将该附加的或新的配置数据传送至配置寄存器216。
[0045]应该理解，存储在配置寄存器216中的配置数据可以按照多种方式对多种部件进行操作。例如，配置数据可能直接提供多种部件所使用的技术或者算法，可能选择要使用的预编程的技术或者算法，可能提供技术或者算法所使用的系数，或者可以更换标准的技术、算法或者系数。由此，多种部件可以按照第一种方式在没有配置数据的情况下操作，以及按照第二种方式在存在配置数据的情况下操作。配置寄存器216可由SoC 116实时地(on thefly)再编程，并且从而对传感器单元107的操作的调节可以不涉及对固件的改变。因此，多种部件可以被认为在第一时间点是完全编程的，并且可以在第二时间点处通过配置数据来改变该编程。
[0046]该传感器单元107除了提供对功率的节省之外，传感器单元107还使电子设备100的制造更加容易。由于在配置寄存器116中配置数据容易被改变，所以制造商不需要为不同的电子设备100库存不同的传感器单元107。针对不同的电子设备100，制造商可以使用相同设计的传感器单元107 ;不同之处在于，在每个电子设备100的配置寄存器116中存储的配置数据不同，从而减轻了对制造供应链的制约。
[0047]在了解了前述说明及相关附图中提出的教导的有益效果之后，本领域的技术人员会想到许多修改例和其他实施例。因此，要理解，多种修改例和实施例旨在被包括在随附权利要求书的范围之内。
【主权项】
1.一种电子设备，包括: 印刷电路板(PCB)，在其上具有至少一个导电迹线； 片上系统(SoC)，安装在所述PCB上，并且电耦合至所述至少一个导电迹线； 传感器芯片，按照与所述SoC间隔开的方式安装在所述PCB上，并且电耦合至所述至少一个导电迹线，从而使得所述传感器芯片与所述SoC电耦合； 其中所述传感器芯片包括: 加速度计和/或陀螺仪； 控制电路，配置为: 接收配置数据作为输入， 从所述加速度计和/或所述陀螺仪获取数据， 处理所述数据，以便生成所述电子设备的相对于其周围环境的上下文，所述处理通过使用根据所述配置数据而操作的处理技术来执行，以及输出所述上下文。2.根据权利要求1所述的电子设备，进一步包括至少一个附加传感器， 其中所述SoC配置为从所述至少一个附加传感器获取附加数据，并且 其中所述控制电路进一步配置为:从所述SoC接收所述附加数据，并且在生成所述电子设备的相对于其周围环境的所述上下文时处理所述数据和所述附加数据。3.根据权利要求2所述的电子设备， 其中所述至少一个附加传感器选自由下列各项组成的组:气压计、磁力计、接近传感器、麦克风、触摸敏感显示器和光传感器。4.根据权利要求1所述的电子设备，进一步包括收发器， 其中所述SoC配置为经由所述收发器从外部服务器接收更新的配置数据，并且其中所述控制电路配置为:处理所述数据，以便通过使用根据所述更新的配置数据而操作的所述处理技术来执行所述处理，来生成所述电子设备的相对于其周围环境的所述上下文。5.根据权利要求1所述的电子设备， 其中所述控制电路包括:多个配置寄存器，所述配置数据作为输入被接收到所述配置寄存器中。6.根据权利要求5所述的电子设备， 其中所述控制电路进一步包括:可编程逻辑器件，配置为通过使用根据来自所述多个配置寄存器的所述配置数据而操作的处理技术来执行所述处理。7.一种传感器芯片，所述传感器芯片安装在印刷电路板(PCB)上、并且经由至少一个导电迹线电耦合至安装在所述PCB上的片上系统(SoC)，所述传感器芯片包括: 加速度计和/或陀螺仪； 控制电路，配置为: 接收配置数据作为输入， 从所述加速度计和/或所述陀螺仪获取数据， 处理所述数据，以便生成所述电子设备的相对于其周围环境的上下文，所述处理通过使用根据所述配置数据而操作的处理技术来执行，以及 输出所述上下文。8.根据权利要求7所述的传感器单元， 其中所述控制电路包括:多个配置寄存器，所述配置数据作为输入被接收到所述配置寄存器中。9.根据权利要求8所述的传感器单元， 其中所述控制电路进一步包括:可编程逻辑器件，配置为通过使用根据来自所述多个配置寄存器的所述配置数据而操作的处理技术来执行所述处理。10.根据权利要求7所述的传感器单元， 其中所述控制电路进一步配置为:从所述SoC接收附加数据，并且在生成所述电子设备的相对于其周围环境的所述上下文时处理所述数据和所述附加数据。11.根据权利要求7所述的传感器单元， 其中所述配置数据包括所述处理技术的可变参数。12.根据权利要求11所述的传感器单元， 其中所述可变参数包括延迟和/或准确度和/或功耗。13.根据权利要求11所述的传感器单元， 其中所述可变参数包括所述数据的容许值的范围以及/或者所述数据的获取速率。14.根据权利要求11所述的传感器单元， 其中所述可变参数包括由所述处理技术应用的数字滤波器的参数。15.根据权利要求11所述的传感器单元， 其中所述可变参数包括由所述处理技术在第一模式和第二模式下使用的相应的第一处理算法和第二处理算法，所述第二处理算法与所述第一处理算法相比不那么复杂，所述第二模式与所述第一模式相比是功耗更高的模式。16.根据权利要求7所述的传感器单元， 其中所述电子设备的相对于其周围环境的所述上下文包括所述电子设备的相对于其用户身体的位置。17.根据权利要求7所述的传感器单元， 其中所述电子设备的相对于其周围环境的所述上下文包括所述电子设备在手势方面的移动，所述手势指示所述电子设备的用户正意图查看所述电子设备。18.根据权利要求7所述的传感器单元， 其中所述电子设备的相对于其周围环境的所述上下文包括所述电子设备的用户当前所采用的运动形式。19.根据权利要求7所述的传感器单元， 其中所述配置数据包括需要计算所述数据的哪个特征。20.根据权利要求19所述的传感器单元， 其中所述数据的所述特征选自由下列各项组成的组:所述电子设备的平均加速度，所述电子设备的加速度的偏差，所述电子设备的转动加速度，所述电子设备的线加速度，侧倾、俯仰和偏转的平均值，侧倾、俯仰和偏转的方差，在给定时间段内所述数据的加速度峰值的数目，在给定时间段内所述数据的过零的数目，在给定时间段内所述数据的峰值，以及在不同时间点处所述电子设备的加速度大小。21.根据权利要求7所述的传感器单元， 其中所述控制电路进一步配置为从外部服务器接收更新的配置数据，并且其中所述控制电路配置为:处理所述数据，以便通过使用根据所述更新的配置数据而操作的所述处理技术来执行所述处理，来生成所述电子设备的相对于其周围环境的所述上下文。22.根据权利要求7所述的传感器单元， 其中所述控制电路进一步配置为从所述SoC接收更新的配置数据，并且其中所述控制电路配置为:处理所述数据，以便通过使用根据所述更新的配置数据而操作的所述处理技术来执行所述处理，来生成所述电子设备的相对于其周围环境的所述上下文。
【文档编号】G01C21/16GK105928517SQ201510510921
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2015年8月19日
【发明人】M·乔达里, S·达亚尔
【申请人】意法半导体公司