理器电路，其耦合到所述调节器电路；以及 功率管理处理器电路，其被配置为根据到所述调节器电路的输入选择所述传感器节点 的能量消耗水平； 其中所述数字处理器电路包括由所述功率管理处理器电路根据所选的能量消耗水平 而建立的阈下工作模式；以及 其中建立所述阈下工作模式包括：调整或选择由所述调节器电路提供的电源电压，以 建立所述数字处理器电路中的场效应晶体管（FET)的阈下工作。
2. 根据权利要求1所述的传感器节点，还包括耦合到所述调节器电路的所述能量收集 换能器； 其中所述调节器电路被配置为，在耦合到所述能量收集换能器时且在无需一次电池或 可充电电池的情况下为所述传感器节点提供足以连续地工作的工作能量。
3. 根据权利要求2所述的传感器节点，其中所述无线接收器电路被配置为无线地接收 至少足以初始地建立所述传感器节点的操作的工作能量；以及 其中所述调节器电路和所述能量收集换能器被配置为在缺少进一步的无线接收的工 作能量的情况下为所述传感器节点提供持续的工作能量。
4. 根据权利要求2至3中任一项所述的传感器节点，其中所述能量收集换能器包括热 电发电机（TEG)。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的传感器节点，其中所述功率管理处理器电路被 配置为选择所述传感器节点的能量消耗水平，以至少部分地禁止复位或禁止所述传感器节 点的操作的废止。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的传感器节点，包括功能特定的处理器电路，所述 功能特定的处理器电路包括由所述功率管理处理器电路根据所选的能量消耗水平而建立 的阈下工作模式； 其中所述数字处理器电路包括通用处理器电路； 其中所述调节器电路包括被配置为，向所述通用处理器电路或所述功能特定的处理器 电路中的一个或多个提供所述电源电压的可调输出；以及 其中建立阈下工作模式包括：调整所述可调输出，以建立所述通用处理器电路或所述 功能特定的处理器电路中的一个或多个中的相应场效应晶体管（FET)的阈下工作。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的传感器节点，包括功能特定的处理器电路，所述 功能特定的处理器电路包括由所述功率管理处理器电路根据所选的能量消耗水平而建立 的阈下工作模式； 其中所述数字处理器电路包括通用处理器电路； 其中所述调节器电路包括被配置为，提供可控地可耦合到所述通用处理器电路或所述 功能特定的处理器电路中的一个或多个的不同指定电源电压的两个或更多输出；以及 其中所述功率管理电路被配置为，控制所述调节器电路的各输出到所述通用处理器电 路或所述功能特定的处理器电路中的一个或多个的耦合，以建立所述阈下工作模式。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的传感器节点，包括被配置为在时钟输出处提供 指定的输出时钟频率的时钟生成电路； 其中所述功率管理处理器电路被配置为，根据所选的能量消耗水平，调整被提供到所 述数字处理器电路的所述输出时钟频率或选通被提供给所述数字处理器电路的所述时钟 输出。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的传感器节点，包括： 模拟输入，其被配置为获取指示生理信号的信息，所述模拟输入在所述功率管理电路 的控制下并且根据所选的能量消耗水平可控地可耦合到所述数字处理器电路。
10. 根据权利要求9所述的传感器节点，其中所述模拟输入包括模数转换器； 其中所述功率管理电路被配置为，使用所述模数转换器获取指示所述调节器电路的输 入的信息；以及 其中所述功率管理电路被配置为，使用所获得的关于所述调节器电路的输入的信息调 节所述传感器节点的能量消耗水平。
11. 根据权利要求9至10中任一项所述的传感器节点，包括可控地可耦合到所述数字 处理器电路或所述模拟输入的无线发射器，所述无线发射器被配置为，在所述功率管理电 路的控制下且根据所选的能量消耗水平传输被所述模拟输入获取的指示所述生理信号的 流化的或经处理的信息中的一个或多个。
12. 根据权利要求11所述的传感器节点，包括功能特定的处理器电路，所述功能特定 的处理器电路包括由所述功率管理处理器电路根据所选的能量消耗水平而建立的阈下工 作模式； 其中所述数字处理器电路包括通用处理器电路；以及 其中所述功率管理电路被配置为在所述模拟输入和所述无线发射器之间可控地建立 数据路径，以根据所选的能量消耗水平包括或排除所述通用处理器电路或所述功能特定的 加速器电路中的一个或多个。
13. 根据权利要求11至12中任一项所述的传感器节点，其中所述能量消耗水平包括至 少三个水平，包括： 第一能量消耗水平，其中所述通用处理器电路、所述应用特定的处理器电路、所述模拟 输入以及所述无线发射器被使能； 第二能量消耗水平，其中所述无线发射器进行周期性操作，以消耗比选择第一能量消 耗水平时所述无线发射器的相应能量消耗更少的能量；以及 第三能量消耗水平，在该第三能量消耗水平中： 所述无线发射器进一步进行周期性操作或被禁能，以消耗比选择第一或第二能量消耗 水平时所述无线发射器的相应能量消耗更少的能量，以及 其中所述通用处理器电路、所述应用特定的处理器电路或所述模拟输入中的一个或多 个被禁止接收时钟信号或电源电压中的一个或多个。
14. 根据权利要求1至13中任一项所述的传感器节点，包括耦合到所述功率管理电路 和所述数字处理器电路的共享指令存储器电路。
15. 根据权利要求14所述的传感器节点，包括耦合到所述功率管理电路和所述数字处 理器电路中的一个或多个的数据存储器电路。
16. 根据权利要求1至15中任一项所述的传感器节点，其中所述调节器电路、所述无线 接收器电路、所述数字处理器电路以及所述功率管理电路的有源部分被共集成在共享集成 电路装置中。
17. 根据权利要求16所述的传感器节点，其中所述集成电路装置包括互补金属氧化物 半导体（CMOS)装置。
18. 根据权利要求1至17中任一项所述的传感器节点，其中所述无线接收器电路被配 置为接收感应耦合的电磁工作能量或辐射耦合的电磁工作能量中的一个或多个。
19. 一种操作传感器节点的方法，包括： 在耦合到可耦合到能量收集换能器的调节器电路的无线接收器电路处，无线地接收足 以在无需来自所述能量收集换能器的工作能量的情况下建立所述传感器节点的操作的工 作能量； 根据到所述调节器电路的输入选择所述传感器节点的能量消耗水平；以及 根据所选的能量消耗水平建立数字处理器电路的阈下工作模式，包括调整或选择由所 述调节器电路提供的电源电压，以建立所述数字处理器电路中的场效应管（FET)的阈下工 作。
20. 根据权利要求19所述的方法，包括在无需一次电池或可充电电池的情况下使用所 述能量收集换能器为所述传感器节点获取足以连续地工作的工作能量。
21. 根据权利要求20所述的方法，包括在所述无线接收器电路处无线地接收足以初始 地建立所述传感器节点的操作的工作能量；以及 在没有进一步的无线接收的工作能量的情况下使用所述能量收集换能器获取用于所 述传感器节点的操作的持续工作能量。
22. 根据权利要求20至21中任一项所述的方法，其中所述能量收集换能器包括热电发 电机（TEG)。
23. 根据权利要求19至22中任一项所述的方法，包括选择所述传感器节点的能量消耗 水平，以至少部分地禁止复位或禁止所述传感器节点的操作的废止。
24. 根据权利要求19至23中任一项所述的方法，包括调整所述调节器电路的输出，以 向通用处理器电路或功能特定的处理器电路中的一个或多个提供电源电压； 其中建立所述阈下工作模式包括：调整所述可调输出以建立所述通用处理器电路或所 述功能特定的处理器电路中的一个或多个中的相应场效应晶体管（FET)的阈下工作。
25. 根据权利要求19至24中任一项所述的方法，包括可控地将所述调节器电路的各个 不同输出耦合到通用处理器电路或功能特定的处理器电路中的一个或多个，以建立所述阈 下工作模式。
26. 根据权利要求19至25中任一项所述的方法，包括在时钟输出处产生指定的输出时 钟频率，这包括根据所选的能量消耗水平，调整被提供给所述数字处理器电路的所述输出 时钟频率或选通被提供给所述数字处理器电路的所述时钟输出。
27. 根据权利要求19至26中任一项所述的方法，包括根据所选的能量消耗水平，使用 可控地可耦合到所述数字处理器电路的模拟输入来获取指示生理信号的信息。
28. 根据权利要求27所述的方法，其中所述生理信号包括心电图（ECG)和脑电图 (EEG)或肌电图（EMG)中的一个或多个。
29. 根据权利要求27至28中任一项所述的方法，包括使用所获得的、关于到所述调节 器电路的输入的信息来调整所述传感器节点的能量消耗水平，该信息使用所述模拟输入获 得。
30. 根据权利要求27至29中任一项所述的方法，包括使用无线发射器根据所选的能量 消耗水平无线地传输指示由所述模拟输入获得的所述生理信号的流化的或经处理的信息 中的一个或多个。
31. 根据权利要求29所述的方法，包括可控地在所述模拟输入和所述无线发射器之间 建立数据路径，以根据所选的能量消耗水平包括或排除通用处理器电路或功能特定的加速 器电路中的一个或多个。
32. 根据权利要求29至31中任一项所述的方法，其中所述能量消耗水平包括至少三个 水平，包括： 第一能量消耗水平，其中所述通用处理器电路、所述应用特定的处理器电路、所述模拟 输入以及所述无线发射器被使能； 第二能量消耗水平，其中所述无线发射器进行周期性操作，以消耗比选择第一能量消 耗水平时所述无线发射器的相应能量消耗更少的能量的；以及 第三能量消耗水平，在该第三能量消耗水平中： 所述无线发射器进一步进行周期性操作或被禁能以消耗比选择第一或第二能量消耗 水平时所述无线发射器的相应能量消耗更少的能量，以及 其中所述通用处理器电路、所述应用特定的处理器电路或所述模拟输入中的一个或多 个被禁止接收时钟信号或电源电压中的一个或多个。
33. -种处理器可读介质，包括指令，在被至少一个处理器电路执行时，所述指令使得 包括所述至少一个处理器电路的设备执行如权利要求19-32中的任一项所述的方法。
【专利摘要】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。
【IPC分类】H01M10-44
【公开号】CN104769766
【申请号】CN201380020143
【发明人】B·H·卡尔霍恩, B·奥蒂斯
【申请人】弗吉尼亚大学专利基金会以弗吉尼亚大学许可＆合资集团名义经营, 华盛顿大学商业化中心
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2013年2月15日
【公告号】CA2864817A1, EP2814388A2, US20150035378, WO2013123359A2, WO2013123359A3