专利名称：低能量传感器接口的制作方法
技术领域：
本公开内容涉及传感器接口，更具体地涉及用于使得能够对多种传感器类型进行自发监测以进一步降低电力消耗的设备和方法。相关领域描述传感器接口在电子领域中被普遍用于收集和处理来自设备的一个或多个传感器的数据。然而，收集传感器数据和处 理传感器数据要求来自中央处理单元(CPU)等的干预。这样的来自CPU的拖延干预会不必要地消耗额外的能量，且会缩短至少部分由该处理器控制的设备的总体电池寿命。即使对于例如具有能够进入低能量睡眠模式的CPU的设备，仍会因该CPU的频繁干预而在收集和处理传感器数据时消耗大量的能量。由于这样的干预，该CPU不能一直保持处于睡眠模式从而显著降低电力消耗。—些现有的接口设备可以提供一种形式的对传感器的自发监测，以降低关联的(PU的干预的频率并节省能量。然而，这样的设备仍不能以高效方式与多种不同的传感器类型进行接口。这样的设备还会缺乏同时分别处置和解码多个不同传感器所要求的可配置性
(configurability)。此外，当前的系统不足以有效地与某些传感器类型-诸如电容型传
感器、电阻型传感器(包括光传感器和加速计)等一进行接口。因此，需要提供克服了这些缺陷的传感器接口的改进的控制系统和方法。尤其，需要能够有效且高效地提供对传感器的自发监测和分析的低能量传感器接口。更具体地，需要如下的接口，该接口能够在几乎没有或没有CPU干预的情况下分别配置传感和解码装置以使得能够进行精确的阈值比较和状态确定。还需要如下的接口，该接口能够用于广泛的传感器类型，包括电容型传感器、电感-电容型传感器、电阻型传感器以及其他模拟传感器类型。
发明内容
为了满足前述需要，公开了用于提供低能量传感器接口的设备和方法。本公开内容是一种低能量传感器接口，其利用控制系统中的片上外设(on-chipperipherals)或利用微控制器单元(MCU)来执行对可配置的一组传感器的测量。来自传感器测量的结果可以被解码器处理，所述解码器是具有多达十六个状态的一个可配置的状态机。所述结果还可以被存储在结果缓冲器中，以供中央处理单元(CPU)或直接存储器存取(DMA)控制器收集，从而用于进一步的处理。本公开内容在低能量模式中运行，且仅在面对某些更紧迫的可配置事件或一系列事件时才请求来自CPU的干预。本公开内容可以监测多达十六个传感器，提供在低能量模式中的自发传感器监测，提供对传感器结果的高度可配置的(highly conf igurabIe)解码,提供对传感器事件的中断，提供对外部传感器的可配置的使能信号(enable signals),且使能(enable)用于结果存储的环形缓冲器(circular buffer)。本公开内容还可以提供对多种传感器类型的支持，所述多种传感器类型包括但不限于，例如，电容型传感器、电感-电容型传感器、电阻型传感器以及其他合适的模拟传感器。在本公开内容的一个方面，提供了一种用于控制系统或MCU的低能量传感器接口。所述传感器接口可以包括:定序器(sequencer)，与一个或多个片上外设进行操作性通flf (operative communication);计数及比较块(count and compare block),与——个或多个传感器以及所述定序器通信；以及高度可配置的解码器。所述定序器、所述计数及比较块以及所述解码器可以被配置为在没有来自关联的中央处理单元(CPU)的干预的情况下在低能量运行模式中使用所述片上外设自发地收集和分析传感器结果。在一个优选实施方案中，所述高度可配置的解码器可以能够与模拟比较器直接通 目。在另一个优选实施方案中，所述片上外设可以包括下列中的至少一种或多种:模拟比较器、数模转换器、模数转换器、脉冲计数器以及振荡器。在另一个优选实施方案中，所述定序器还可以被配置为管理传感器测量的时序。在另一个优选实施方案中，所述传感器接口还可以包括随机存取存储器(RAM)，所述随机存取存储器被配置作为环形结果缓冲器，用于存储运行配置和所测得的传感器结果O在另一个优选 实施方案中，所述高度可配置的解码器可以定义一个可编程的状态机，其中所述状态机可以基于所测得的传感器结果来使能多个不同状态中的一个状态，且其中每次状态转变可以与一个可编程的行动关联。在一个相关的优选实施方案中，所述状态机可以提供至少十六个不同的可编程的状态。在又一个优选实施方案中，所述解码器可以能够进行正交解码。在本公开内容的另一个方面，提供了一种传感器接口控制系统。所述控制系统可以包括:至少一个接口模块，与一个或多个传感器通信；以及传感器接口，与所述接口模块通信。所述传感器接口可以被配置为，在没有来自关联的中央处理单元(CPU)的干预的情况下，在低能量运行模式中使用片上外设自发地分析传感器结果。所述传感器接口可以包括:定序器，与所述片上外设进行操作性通信；计数及比较块，与所述接口模块和所述定序器通信；以及可配置的解码器。在一个优选实施方案中，所述接口模块可以包括至少一个模拟比较器模块，其中每个模拟比较器模块可以能够与多达八个不同的模拟传感器通信。在另一个优选实施方案中，所述传感器接口可以被配置为自动地轮换(dutycycle)所述片上外设的功率模式，以节省能量。在另一个优选实施方案中，所述片上外设可以包括下列中的至少一种或多种:模拟比较器、数模转换器、模数转换器、脉冲计数器以及振荡器。在一个相关的优选实施方案中，所述传感器接口可以被配置为与所述模数转换器直接通信，以对模拟信号进行采样。
在另一个优选实施方案中，所述解码器可以是高度可配置的，且定义了一个有限状态机(finite state machine),其中所述有限状态机可以基于所测得的传感器结果来使能多个不同状态中的一个状态，且其中每次状态转变可以与一个可编程的行动关联。在另一个优选实施方案中，所述解码器可以与外设反射系统通信，其中所述外设反射系统可以被配置为响应于每次状态转变来发起可编程的行动。在又一个优选实施方案中，所述传感器接口还可以包括存储器块(memoryblock)，所述存储器块被配置作为扩展的结果缓冲器。在本公开内容的又一个方面，提供了一种与一个或多个传感器进行接口的方法。所述方法可以使用对片上外设的直接控制自发地收集和分析传感器结果；基于所述传感器结果和状态机来确定当前状态；基于在所述传感器结果中检测到的变化和所述状态机来确定下一状态；以及，在低能量运行模式中且在没有来自关联的中央处理单元(CPU)的干预的情况下，响应于从所述当前状态到所述下一状态的状态转变，来发起可编程的行动。在一个优选实施方案中，可以通过外设反射系统来执行所述可编程的行动，其中所述CPU可以仅响应于当所述行动超过所述外设反射系统的可编程极限时产生的中断来进行干预。在另一个优选实施方案中，可以向所述当前状态与所述下一状态之间的状态转变施加迟滞功能，以使得不必要的中断请求最少化。在又一个优选实施方案中，所述方法还可以包括如下步骤:将传感器结果存储在扩展的结果缓冲器中，所述结果缓冲器被配置为延长低能量模式运行。当结合所附的图表和示意图阅读下文的详细描述时，从下文的详细描述中将明了其他优点和特征。
附图中或多或少概略地描述了超低功率调节器设备和方法，其中:图1是配置有根据本公开内容构造的传感器接口的一个控制系统或微控制单元(MCU)的总体示意图；图2是被配置为与片上外设和传感器通信的一个示例控制系统的详细示意图；图3是由该控制系统执行的一个扫描序列的图解视图；图4是该控制系统的一个时序图的图解视图；图5是该控制系统的另一个时序图的图解视图；图6是该控制系统的又一个时序图的图解视图；图7是该控制系统的扫描和解码的图解视图；图8是该控制系统的一个示例性状态转变评估的概略视图；以及图9是由该控制系统提供的迟滞功能的概略视图。应理解，这些附图未必按照比例绘制，且这些实施方案有时通过图形符号(graphic symbols)、假想线(phantom lines)、概略表不(diagrammatic representation)和局部视图(fragmentary views)示出。在某些情况下,可能已略去了对理解本公开内容不必要的细节或导致其他细节难以理解的细节。当然，应理解，本公开内容不限于此处例示的具体实施方案和方法。
具体实施例方式图1示出了一个示例控制系统10，控制系统10是根据本公开内容的教导构造的，且被适配为在深度睡眠和/或低功率运行模式中与跟该控制系统关联的一个或多个可配置的传感器12同时交互。控制系统10可以采取例如微控制器单元(MCU)等的形式，且可以是可编程的以执行来自电子环境内的一个或多个期望的功能。控制系统或MCUIO可以被预编程，以测量以及监测由传感器12提供的输出或结果，且基于在传感器结果中检测到的变化来执行一个或多个预定义的功能，但不限于此。虽然常规传感器接口配置可以要求来自中央处理单元(CPU)的频繁和大量的干预从而消耗更多功率，但图1的控制系统10可以被配置有一种自发配置，该自发配置使得能够在没有CPU参与或最少CPU参与的情况下进行传感器交互。转到图2，提供了一个具有低能量传感器接口 16的这样的控制系统10的示例性示意图。传感器接口 16可以被实现在控制系统10内，且被配置为与控制系统10的一个或多个片上外设直接通信或运行控制系统10的一个或多个片上外设，诸如模拟比较器模块18、数模转换器20、模数转换器、脉冲计数器、振荡器等。例如，通过对接口模块(诸如所示的比较器模块18)的控制，传感器接口16可以能够测量和监测由传感器12 (其耦合到比较器模块18的信道22)取得的读数。传感器12可以包括下列各项的任何组合:电容型传感器、电感-电容型传感器、电阻型传感器(诸如光传感器和加速度计)以及任何其他适合的模拟传感器类型。此外，对于需要参考电压来运行的那些传感器12，传感器接口 16可以被配置为控制数模转换器20，且精确地提供所需要的参考电压。传感器接口 16还可以被配置为与模数转换器通信，以使得能够对模拟传感器或其他模拟输入信号进行采样。此外，传感器接口 16可以使用脉冲计数器来测量和追踪，例如，传感器12的状态或位置、传感器12已被触发的次数和/或传感器事件。在图2的具体实施方案中，可以设置两个比较器模块18，每个比较器模块18具有八个信道22，从而为多达十六个可配置的传感器12提供支持。然而，替代的改型可以提供更少或更多数目的信道22，以及更少或更多数目的与传感器接口 16关联的模拟比较器模块18。此外，图2中的每个比较器模块18可以是该关联的控制系统10的现有的片上外设，通常包括至少一个复用器24、参考电压26和比较器28。传感器接口 16可以被配置为与每个比较器模块18的复用器24、参考电压26和比较器28直接通信。更具体地，传感器接口16可以例如通过POSSEL信号来控制复用器24的选通特性，以及例如通过VDDLEVEL信号来调节参考电压26的分频器(scaler)30。传感器接口 16还可以接收由比较器28提供的比较结果。图2的传感器接口 16还可以将其分析结果传达给异步外设反射系统(asynchronous peripheral reflex system) 32,异步外设反射系统32可以被纳入控制系统10和/或与控制系统10关联。外设反射系统32可以用作使得片上外设之间能够直接相互通信且绕过对CPU干预的需要的装置。更具体地，外设反射系统32可以被配置为产生调用一个或多个片上外设以在该关联的CPU维持在低能量运行模式中时执行行动所需要的适当的信号。例如，在图2的实施方案中，外设反射系统32可以被配置为使得，当CPU在深度睡眠运行模式中运行时，控制系统10的脉冲计数器与传感器接口 16之间能够直接通信。外设反射系统32还可以与CPU的脉冲计数器通信，以保持追踪传感器事件。因此，夕卜设反射系统32可以自发地执行与传感器接口 16分析和提供的传感器结果对应的不太紧迫的行动。超过外设反射系统32的可编程容量的更紧迫的行动或事件序列可以触发中断，该中断被配置为唤醒CPU并使CPU参与。以这样的方式，传感器接口 16可以能够最小化总体CPU参与，且最大化在低能量运行模式中度过的时间。为了进一步促进低能量消耗，控制系统10的传感器接口 16还可以被配置为自动地轮换片上外设的功率模式，例如，在低功率运行模式与高精确度运行模式之间。继续参照图2，传感器接口 16可以主要包括定序器34、计数及比较块36、解码器38以及存储器块40。定序器34可以使得传感器接口 16能够与一个或多个跟控制系统10关联的片上外设(诸如模拟比较器模块18、数模转换器20等)直接通信。定序器34可以通过信号POSSEL来控制每个比较器模块18中的复用器24，以及通过信号VDDLEVEL来控制每个比较器模块18中的参考电压26。定序器34还可以在不同的功率运行模式中驱动数模转换器20，以产生适当的参考电压，用于需要这样的参考的传感器12。定序器34还可以被配置为当传感器12和/或传感器接口 16空闲(idle)时自动地关停(shut down)比较器模块18和/或数模转换器20。此外，定序器34可以与计数及比较块36通信，以管理传感器采样的总体时序以及传感器结果的测量。响应于由定序器34提供的时序输入，计数及比较块36可以被配置为确定具体传感器12的状态或确定传感器12是否活动(active)。此外，计数及比较块36可以被配置为对在确定传感器状态之前的一个预设时间段内的脉冲进行计数，这在采用例如电容型传感器的应用中可以是有利的。计数及比较块36还可以将其调查结果(findings)传达给解码器38,用于进一步的处理。解码器38可以是高度可配置的，且被适配为提供具有多个状态的一个有限状态机。在图2的具体实施方案中，例如，解码器38可以被配置为定义具有多达十六个不同状态的一个状态机。基于通过计数及比较块36获得的传感器结果和/或直接从比较器模块18之一获得的传感器结果，解码器38可以能够确定当前状态和/或待转变至的下一状态。解码器38还可以被配置为使得状态之间的每次转变与一个可编程的行动关联，该可编程的行动可以通过外设反射系统32执行，以进一步使得能够在最少CPU干预或没有CPU干预的情况下对传感器结果进行自发分析，并延长低能量运行模式。在另外一些改型中，图2的解码器38可以被配置为实施多种不同的解码方案，包括但不限于例如正交解码方案。此外，存储器块40可以包括随机存取存储器(RAM)，该RAM被分配为由传感器接口 16使用，以存储传感器结果的测量。此外，存储器块40可以用作扩展的结果缓冲器(以环形结果缓冲器等的形式)，其被配置为延长保留传感器结果的时间，且延长在低能量运行模式中度过的时间长度。传感器结果还可以被存储在存储器块40中，以供CPU、直接存储器存取(DMA)控制器等中的任一个取得，用于进一步的处理。参见图3-6,传感器接口 16可以总体被配置为基于预分频的(pre-scaled)时钟信号(诸如信号LFACIAes)来运行，信号LFACIAes可以是低频时钟信号(诸如信号LFACLK)的预分频的改型。预分频的程度可以选自例如控制系统10的时钟管理单元(CMU)等的多个不同的预定义的预分频因子。辅助高频或低频时钟信号(诸如信号AUXHFRC0)或者其预分频(pre-scale)也可被用于激励时序，虽然在低频时钟信号LFACLK上有适当的频率约束。在传感器扫描序列期间，可以在每个扫描周期扫描比较器模块18的所有被使能的信道22以及关联的传感器读数。该扫描的频率可以根据不同的应用来修改和配置，以产生不同的期望的效果。例如，为了根据计数器进行扫描，可以基于预分频的时钟信号(诸如LFACLK^)以及与该预分频的时钟信号关联的预分频因子(诸如PCPRESC)来选择扫描频率，以使得每当该计数器达到最高值PCTOP就发起一个新的扫描序列。更具体地，可以使用如下等式来
确定扫描频率Fscan: Fscan=LFACLKLES/ ((1+PCT0P) *2PCPEESC)。 (I)替代地，可以在预配置的周期性扫描之间插入额外的传感器测量或扫描，而不导致对现有的周期性扫描的显著干扰或破坏。在另外一些替代方案中，可以基于由控制系统10发出的和/或由与外设反射系统32关联的事件触发的输入命令来发起单次扫描。在对比较器模块18的每个信道22的扫描序列期间，传感器接口 16可以经历三个阶段，包括例如空闲阶段、激励阶段和测量阶段。空闲阶段的持续时间可以至少部分依赖于激励阶段的持续时间和测量阶段的持续时间。激励阶段的持续时间和测量阶段的持续时间可以是在适当的时序寄存器中可配置的。尤其，可以将激励阶段的持续时间指定为信号AXUHFRC0 (或其预分频的信号)的若干个循环。替代地，激励阶段的持续时间可以被指定为预分频的低频时钟信号LFACL&ES的若干个循环。测量阶段的持续时间可以是预编程的，且被配置为使得比较器模块18的输出在传感器12被测量的那些循环中是不活动的。对传感器12的采样可以被配置为在一个可配置的采样时延周期之后开始，期满可以在测量阶段期间、在测量阶段期满之后马上、在激励阶段期间等。如图4的序列中所示，例如，可以基于信号AUXHFRC0来对激励时延和测量时延进行计时，以提供相对短的激励，同时可以基于低频时钟信号LFACLK来对采样时延进行计时。相反，可以基于预分频的低频时钟信号LFACLKles来对图5的序列中的激励阶段进行计时，以提供相对更长的激励，这可以被用来使能外部传感器等。如图6中所示，扫描序列也可以被配置为不具有激励阶段，而仅具有空闲阶段和测量阶段。被耦合至控制器10的传感器信道22的一个或多个传感器12为了适当的运行可以要求激励。因此，传感器接口 16可以被配置为产生多种传感器刺激(stimuli)，例如通过与传感器12直接关联且 也被用于传感器测量的那些信道22。在激励阶段期间，控制系统10可以使用多个可用的刺激中的一个或多个可用的刺激来激励附接在其信道22处的传感器12，所述一个或多个可用的刺激诸如为:被配置为推挽(push pull)和驱动至高电平的激励、被配置为推挽(push pull)和驱动至低电平的激励、通过操作性放大器的输出来提供的激励等。在一些替代实施方案中，传感器接口 16可以被配置为使得仅通过单组传感器信道22来执行测量。在这样的配置中，传感器接口 16可以被配置为，例如，将替代的比较器模块18的未使用的相应信道22指派为用于提供传感器激励的装置。更具体地，如果属于第一比较器模块18 (或ACMP0)的第一组信道22被配置为用于测量，则相应的属于替代的第二比较器模块18 (或ACMP1)的第二组信道22可以被映射为用于传感器激励。类似地，如果属于第二比较器模块18 (或ACMP1)的第二组信道22被配置为用于测量，则相应的属于替代的第一比较器模块18 (或ACMP0)的第一组信道22可以被用于传感器激励。在另外一些改型中，图2中示出的替代的信道42可以被提供并被配置作为激励信道。在测量阶段期间，图2的传感器接口 16的计数及比较块36可以被配置为对比较器模块18的输出上的脉冲进行计数，以确定测量阶段何时完成。具体地，计数及比较块36可以将计数值与预编程的阈值进行比较，直到满足预定义的条件。此外，计数及比较块36可以被配置为当计数值小于、大于或等于阈值时发起触发(trigger)、中断标记(interruption flag)等。如果对于具体信道22满足了为比较而选择的条件,则传感器接口 16可以将与所标记的信道22对应的传感器结果存储在例如存储器块40中。控制系统10还可以被配置为产生与其他适合的传感器事件对应的触发、中断请求、中断标记等。传感器接口 16，诸如通过信号P0SSEL，可以被配置为自动地控制复用器24，以与适当的信道22(可能已在前一次比较中被标记)通信或连接。此外，与比较器28的负输入关联使用的参考电压的值，更具体地每个比较器模块18的分频器30，可以被每个信道22调节。数模转换器20还可以被用于为模拟比较器模块18产生参考电压。在一些替代实施方案中，传感器接口 16可以被配置为同时对多个比较器模块18进行采样，以显著减少在传感器交互上花费的时间。例如，在图2的两个比较器模块18被同时采样的双采样运行模式(dual samplemode of operation)中，每个比较器模块18的相应信道22可以被配对且被一起采样。一测量到传感器读数，传感器接口 16就可以将传感器12的状态可取得地存储在存储器块40中。此外，传感器接口 16可以被配置为使得，无论计数及比较块36是否确定已达到计数阈值，传感器状态都可以被存储。基于期望的应用，传感器接口 16可以被配置为，例如，将每个比较器模块18的输出值、每个信道22的计数值等直接存储在存储器块40的RAM中。在其他应用中，传感器接口 16可以被配置为存储结果矢量，该结果矢量可以在每次传感器测量之后获得，且与相应的计数值穿插。存储器块40可以被配置作为环形缓冲器，例如能够存储多达十六个传感器结果，且在其中的累进位置(increment locations)存储这些结果。虽然控制系统10可以被配置为使得当该结果缓冲器为满时不在该结果缓冲器中存储新的数据或结果，但在一些替代配置中，该结果缓冲器即使为满时也可以继续存储新的结果。存储在存储器块40的结果缓冲器中的内容可以通过适当的寄存器取得或直接读出，通过该适当的寄存器可以首先访问最旧的未读取的数据。此外，控制系统10可以被配置为提供与如下情形对应的结果缓冲器状态，例如:当该结果缓冲器中存在未读取的数据时，当该结果缓冲器为半满时，当该结果缓冲器为满时，当该结果缓冲器溢出时等。基于该结果缓冲器的状态，例如，传感器接口 16可以能够向DMA控制器等发出请求，以指示数据何时可用。再者，传感器接口 16可以被配置为使得一个或多个状态事件与状态标记、中断等关联。在传感器扫描或测量期间，来自传感器12的结果可以被移位到解码器寄存器中，如图7的示例性扫描序列所示。如所示，传感器结果可以被累进地向最高位(MSB)或最低的块移位。一旦扫描序列完成，解码器38就可以被配置为评估被选择为待被解码的那些传感器12的状态，如图7的示例性解码序列所示。解码器38可以被配置为使用多种不同解码方案中的任何一种或多种来解码传感器读数。例如，当应用正交解码方案时，传感器12可以被适配为重复地经过一组状态，该组状态的形式是一个与传感器12的位置对应的序列。这样的序列可以由传感器接口 16用一个有限状态机来解释。为了使得能够在最少CPU参与或没有CPU参与的情况下对这样的序列进行充分的解码，图2的解码器38可以是高度可配置的解码器，其能够例如解码由多达四个传感器12提供的输入，且提供具有多达十六个状态的可编程状态机。在一些替代实施方案中，解码器38可以类似地被配置为解码来自更少或更多传感器12的输入，且提供具有更少或更多状态的可编程状态机。进一步参见图8的流程图，由解码器38定义的可编程状态机的每个状态可以是单独可识别的，且被配置有一个关联的行为。更具体地，基于与该状态机的每个状态关联的一组描述符，该状态机的每个状态可以是可识别的。基于该描述符和关联的传感器值，解码器38可以能够确定目前或当前运行状态以及下一运行状态，如果这样的状态转变是适当的。一确定状态转变，传感器接口 16就可以被配置为产生脉冲或信号，该脉冲或信号被配置为发起与该状态转变对应的行动或行为。例如，传感器接口 16可以将这样的正交信号直接传达给外设反射系统32，或者通过控制系统10的片上脉冲计数器间接传达给外设反射系统
32。如图8中所示,解码器38还可以设有可选的描述符链接功能(descriptor chainingfunction),该描述符链接功能使得能够为每个状态评估和探索更多可行的转变。例如，如果第一组描述符未能定义适当的状态转变，则解码器38可以前进到下一组可用的描述符以评估状态转变。在另外一些改型中，解码器38可以可选地被配置为检查传感器12的状态以查找任何错误状况。例如，当尚未许可或定义状态转变时，解码器38可以监测传感器状态的任何不恰当的改变。如果检测到任何这样的错误状况，则解码器38可以产生中断标记来指示该错误。如图9中进一步所示，传感器接口 16可以被配置有迟滞选项，该迟滞选项旨在阻止过多的中断请求或，例如，当解码器38在两个或更多个状态之间切换(toggle)时对外设反射系统32的不必要的呼叫。该迟滞功能可以在第一转变类型被第二转变类型领先时应用，反之亦然。如图9中所示，例如，当A型转变被B型转变领先时，可以触发该迟滞功能。当该描述符链接功能生效且一评估下一组描述符，就可以取消该迟滞功能，如前面在图8中描述和示出的。此外，该迟滞功能可以被配置为压制一个或多个具体事件，包括例如到外设反射系统32的通用信号、与外设反射系统32关联的计数信号、中断请求等。虽然仅阐述了某些实施方案，但本领域技术人员从上面的说明中将明了替代方案和改型。还应理解，附图未必按照比例绘制，且实施方案有时是通过图形符号、假想线、概略表示和局部视图示出的。在某些情况下，可能已略去了对理解本公开内容不必要的细节或导致其他细节难以理解的细节。这些和其他替代方案被视为等价物，且落入本公开内容的精神和范围内。工业应用为了满足上述需要，公开了改进的设备和方法，用于提供具有有效且更节能的用于监测传感器、与传感器进行接口以及响应传感器的装置控制系统。本公开内容能够与多种传感器(包括电容型传感器、电感-电容型传感器、电阻型传感器以及其他模拟传感器类型)交互。例如，本公开内容被配置为对在确定传感器状态之前的一个预设时间段内的脉冲进行计数，这对于电容型传感器可以是期望的。此外，由本公开内容提供的传感器交互是高度可配置的且是可单独配置的。此外，本公开内容通过在建立状态机状态并发起解码方案之前将传感器值与阈值进行比较，改进了传感器处理精确度。本公开内容还使得能够对与MCU关联的片上外设(诸如模拟比较器、数模转换器、模数转换器、脉冲计数器、振荡器等)进行直接且复杂的控制，以使得CPU干预最少化并节省能量。本公开内容的传感器接口还能够例如在低功率模式与高精确度模式之间自动地轮换片上外设的功率模式，以进一步促进低能量消耗。本公开内容的优点还在于提供了显著大的或扩展的结果缓冲器，以延长在CPU的低能量模式中执行的操作。虽然仅阐述了某些实施方案，但本领域技术人员从上面的说明中将明了替代方案和改型。这些和其他替代方案被视为等价物，且落入本公开内容的精神和范围内。
权利要求
1.一种用于控制系统的低能量传感器接口，包括: 定序器，与一个或多个片上外设进行操作性通信； 计数及比较块，与一个或多个传感器以及所述定序器通信；以及 高度可配置的解码器； 其中所述定序器、所述计数及比较块以及所述解码器被配置为在没有来自关联的中央处理单元(CPU)的干预的情况下在低能量运行模式中使用所述片上外设自发地收集和分析传感器结果。
2.根据权利要求1所述的传感器接口，其中所述高度可配置的解码器能够与模拟比较器直接通信。
3.根据权利要求1所述的传感器接口，其中所述片上外设包括下列中的至少一种或多种:模拟比较器、数模转换器、模数转换器、脉冲计数器以及振荡器。
4.根据权利要求1所述的传感器接口，其中所述定序器还被配置为管理传感器测量的时序。
5.根据权利要求1所述的传感器接口，还包括随机存取存储器(RAM)，所述随机存取存储器被配置作为环形结果缓冲器，用于存储运行配置和所测得的传感器结果。
6.根据权利要求1所述的传感器接口，其中所述高度可配置的解码器定义了一个可编程的状态机，所述状态机基于所测得的传感器结果来使能多个不同状态中的一个状态，每次状态转变与一个可编程的行动关联。
7.根据权利要求6所述的传感器接口，其中所述状态机提供至少十六个不同的可编程的状态。
8.根据权利要求1所述的传感器接口，其中所述解码器能够进行正交解码。
9.一种传感器接口控制系统,包括: 接口模块，与一个或多个传感器通信；以及 传感器接口，与所述接口模块通信，且被配置为在没有来自关联的中央处理单元(CPU)的干预的情况下在低能量运行模式中使用片上外设自发地分析传感器结果，所述传感器接口具有:与所述片上外设进行操作性通信的定序器、与所述接口模块和所述定序器通信的计数及比较块、以及可配置的解码器。
10.根据权利要求9所述的控制系统，其中所述接口包括至少一个模拟比较器模块，每个模拟比较器模块能够与多达八个不同的模拟传感器通信。
11.根据权利要求9所述的控制系统，其中所述传感器接口被配置为自动地轮换所述片上外设的功率模式，以节省能量。
12.根据权利要求9所述的控制系统，其中所述片上外设包括下列中的至少一种或多种:模拟比较器、数模转换器、模数转换器、脉冲计数器以及振荡器。
13.根据权利要求12所述的控制系统，其中所述传感器接口被配置为与所述模数转换器直接通信，以对模拟信号进行采样。
14.根据权利要求9所述的控制系统，其中所述解码器是高度可配置的，且定义了一个有限状态机，所述有限状态机基于所测得的传感器结果来使能多个不同状态中的一个状态，每次状态转变与一个可编程的行动关联。
15.根据权利要求9所述的控制系统，其中所述解码器与外设反射系统通信，所述外设反射系统被配置为响应于每次状态转变来发起可编程的行动，所述传感器接口还与脉冲计数器通信以保持追踪传感器事件。
16.根据权利要求9所述的控制系统，其中所述传感器接口还包括存储器块，所述存储器块被配置作为扩展的结果缓冲器。
17.一种与一个或多个传感器进行接口的方法，包括下列步骤: 使用对片上外设的直接控制自发地收集和分析传感器结果； 基于所述传感器结果和状态机来确定当前状态； 基于在所述传感器结果中检测到的变化和所述状态机来确定下一状态；以及 在低能量运行模式中且在没有来自关联的中央处理单元(CPU)的干预的情况下，响应于从所述当前状态到所述下一状态的状态转变，来发起可编程的行动。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述可编程的行动通过外设反射系统执行，所述CPU仅响应于当所述行动超过所述外设反射系统的可编程极限时产生的中断来进行干预。
19.根据权利要求17所述的方法，其中向所述当前状态与所述下一状态之间的状态转变施加迟滞功能，以使得不必要的中断请求最少化。
20.根据权利要求17的方法，还包括如下步骤:将传感器结果存储在扩展的结果缓冲器中，所述结果缓冲器被配置为延长低能量模式运行。
全文摘要
提供了一种用于微控制器单元(MCU)的低能量传感器接口。所述传感器接口可以包括定序器，与一个或多个片上外设进行操作性通信；计数及比较块，与一个或多个传感器以及所述定序器通信；以及高度可配置的解码器。所述定序器、所述计数及比较块以及所述解码器可以被配置为在没有来自关联的中央处理单元(CPU)的干预的情况下在低能量运行模式中使用所述片上外设自发地分析和收集传感器结果。
文档编号G05B19/042GK103201687SQ201180053595
公开日2013年7月10日 申请日期2011年11月8日 优先权日2010年11月8日
发明者E·F·费雷瓦格 申请人:能源微系公司