在电子设备中从环境能量收集电能的制作方法

本技术涉及电子设备领域。更具体地，它涉及从环境能量收集电能的设备。

背景技术：

对电能预算非常低的电子设备的需求在不断增长，尤其是作为越来越多地向“物联网”(IoT)移动的部分，在物联网中相对小的设备连接在一起，例如用于执行任务(例如，监测温度或其他环境条件、控制家中的加热、或控制街道照明)。虽然移动和其他嵌入式应用已经被设计为相对于膝上型计算机和台式计算机具有相对低的电能预算(因为它们的电池被期望在单次充电时持续至少一天)，但是loT中的无线传感器节点和其他小型嵌入式设备的电能预算低了几个数量级。许多传感器应用不能选择有线的电池充电，并且也不能从墙装插座被供电。这种极端的能量限制与许多其他应用(其中，设计权衡主要在速度和电能之间)不同。

因此，对能够从其环境收集能量以减少电池使用和延长电池寿命的传感器的需求在不断增长。本技术寻求提供在电子设备中利用从环境源收集的能量的一种更节能的方式。

技术实现要素：

从一方面看，本技术提供了一种电子设备，包括：

至少一个收集单元，该收集单元被配置为从环境能量收集电能；

至少一个电路，从至少一个收集单元向该至少一个电路供应电能，该至少一个电路包括被配置为执行数据处理的处理电路；以及

控制电路，该控制电路被配置为调整处理电路或至少一个收集单元的至少一个属性，以减小所述至少一个收集单元的输出阻抗与所述至少一个电路的输入阻抗之间的阻抗失配。

电子设备具有用于从环境能量收集电能的至少一个收集单元。通常，因为可用于收集的环境能量在变化，还因为由收集单元供应的电能的量取决于收集单元的输出阻抗与由收集单元供电的至少一个电路的输入阻抗匹配的紧密度，所以收集单元具有可变的输出电能。通常存在最大电能提取点，它在收集器输出阻抗与负载电路的输入阻抗相匹配时出现。因此，为了实现高的电能提取效率并避免可用环境能量的浪费，提供用于控制阻抗匹配的控制电路是十分有用的。

然而，在已知系统中通常通过调整电能转换器的阻抗来进行这种跟踪，该电能转换器被提供用于将由收集单元供应的电能转换为用于控制处理电路的稳定电源。例如，可以使用DC-DC转换器。这是因为在已知系统中，向处理电路提供不变的稳定电压被认为是必要的，所以DC-DC转换器用于在环境能量的量变化时确保稳定的输出。因此，在已知系统中，通常通过调整DC-DC转换器的属性来实现最大电能提取点的跟踪。

然而，本技术的发明人意识到这样的电能转换器通常需要一定的最小电压来工作，并且在实践中，有大量的时间能量收集器不能供应足够大的电压来为转换器供电。因此，在现有的系统中，存在处理电路不能工作(因为转换器停止工作)的时段。然而，可以以近或亚阈值模式工作的处理电路是可用的，在近或亚阈值模式中，向处理器供应的电压低于电能转换器所需的最小电压。因此，即使在由收集单元供应的电能不足以运行电能转换器时，操作处理电路是可以的。

因此，本技术提供控制电路而不是使用电能转换器来跟踪电能收集效率，该控制电路调整处理电路或者至少一个收集单元的至少一个属性，以减小收集单元的输出阻抗与由收集单元供电的至少一个电路的输入阻抗之间的阻抗失配。控制电路可以仅调整处理电路的属性、或者仅调整收集单元的属性、或者调整处理电路和收集单元两者的属性。这是不合乎直觉的，因为人们通常不考虑调整处理电路本身的操作以便实现更好的能量提取，因为大多数系统被设计成对处理电路的处理性能或能量效率进行优化，并且通过调整处理电路来改进阻抗匹配实际上可能会增加处理电路消耗的能量。然而，发明人意识到的是，即使单独的来看，调整会使得处理电路更不节能，但通过使能量收集单元能够收集更多能量(由于改进的阻抗匹配)可以改进设备整体的总能量效率。

因此，通过调整处理器或收集单元的属性，控制电路可以调整处理器和收集单元的相对阻抗以减小这些阻抗之间的失配。调整不需要精确地达到最优电能提取点(在其中阻抗精确地匹配)，但如果可能的话最优电能提取点是优选的。使收集器输出阻抗和电路输入阻抗更接近就足够了，而不是精确地匹配。例如，有时尝试精确地匹配阻抗可能需要复杂的操作，并且执行适当的阻抗匹配可以更高效，其中适当的阻抗匹配仍可以改进从收集器提取电能的效率。

通过执行阻抗匹配(通过调整处理器或者一个或多个收集单元的属性)，则不需要提供DC-DC转换器或其他电能转换器。因此，在电子设备的至少一种工作模式中，可以直接从由至少一个收集单元收集的电能为处理电路供电，而没有任何介于中间的电能转换器。这允许处理电路在低于为电能转换器供电所需的阈值的电压下工作。

在一些系统中，可能根本没有在收集单元和处理器之间提供电能转换器，使得处理电路直接耦接到收集器的输出。通过消除电能转换器，可以避免与转换器相关联的面积和电能开销。

可选择地，仍然可以提供电能转换器，其可以从由收集单元生成的电能生成转换电压。在这种情况下，设备可以具有电能转换工作模式以及非电能转换模式，其中，在电能转换工作模式中，使用来自电能转换器的转换电压来为处理电路供电，而在非电能转换模式中，直接从至少一个收集单元为处理电路供电。例如，为了生成稳定的电压，可优选的是：当有足够的能量来运行电能转换器时，则使用电能转换器；但当没有足够的能量用于运行电能转换器时，处理器可以使用来自能量收集器的直接能量来继续工作。在这样的系统中，在处于电能转换模式时，控制电路还可以可选地调整电能转换器的属性以减小至少一个电路(下面称为“负载电路”)和收集器输出之间的阻抗失配。在非电能转换模式期间，控制电路可以调整处理器或能量收集器的属性，而非电能转换器的属性。

可以存在不同的方式来调整处理电路或至少一个收集单元的属性以减小阻抗失配。例如，控制电路可以检测至少一个收集器参数，该收集器参数指示由至少一个收集单元生成的电能的量或者至少一个收集单元的环境条件的属性，并且控制电路可以基于检测到的收集器参数来调整处理器或收集单元的至少一个属性。例如，收集器参数可以是由收集单元生成的电压或电流，或者是在收集单元的环境中检测到的温度或光强度，其可以影响收集器的输出阻抗，并因此可以用于控制阻抗匹配。控制电路可以以周期性间隔或连续地重复对收集器参数的检测和对至少一个属性的调整，以提供收集器或处理器阻抗的闭环调整，从而对收集器的条件变化作出反应。

可以存在不同的方式来基于检测到的收集器参数调整属性。例如，数字或模拟电路或查找表可以用于提供收集器参数与处理器或收集单元的对应属性之间的某种关系。

在一个示例中，被调整以减小阻抗失配的至少一个属性可以是供应给处理电路的至少一个时钟信号的属性。例如，时钟信号的属性可以是它的频率。提高时钟频率会改变处理电路的阻抗(例如，处理器的阻抗可以随着时钟频率的上升而下降)。因此，如果处理器的阻抗太高，则可以提高时钟频率以减小其阻抗，并使阻抗更接近收集器的输出阻抗以改进电能提取。可以包括时钟发生器，该时钟发生器生成具有可变时钟频率的时钟信号，并且控制电路可以控制时钟发生器调整时钟频率以减少阻抗失配。例如，控制电路可以具有偏置发生器，该偏置发生器基于以上所讨论的收集器参数来生成偏置控制参数，并且此偏置控制参数(例如电压或电流)可以控制时钟发生器来调整时钟频率。偏置发生器可以是模拟或数字电路，该模拟或数字电路实现检测到的收集器参数与时钟频率之间的给定关系(例如，多项式关系)。当时钟发生器被提供时，则至少一个电路的输入阻抗可以取决于处理器的阻抗和时钟发生器的阻抗两者。改变时钟频率可以改变时钟发生器以及处理器的阻抗。因此，偏置发生器提供的映射可以考虑改变频率对处理器和时钟发生器两者的影响。

调整时钟信号的另一种方式可以是选择性地选通时钟信号的一些时钟脉冲，以改变将哪些时钟脉冲传播到处理器。例如，位于时钟发生器和处理器之间的时钟路径上的时钟门可以由控制电路控制，以改变处理器看到的时钟脉冲的数目，从而减小阻抗失配。

在一些示例中，处理电路可以具有被供应不同相位的时钟信号的不同部分或不同硬件设备，并且调整可以包括选择哪些相位被供应给处理电路或被停止。收集器看到的处理电路的阻抗随有源电路的数量变化，因此可以利用它来改进负载电路的输入阻抗和收集器的输出阻抗的匹配。

可以被调整以减小阻抗失配的处理器的另一属性可以是偏置信号，该偏置信号偏置处理电路内的晶体管。例如，可以向MOS晶体管的阱区施加偏置电压或电流来使偏置晶体管正向偏置不同的量，以调谐处理器的性能，并且因此收集器为负载电路的输入阻抗供电。在一些情况下，处理器的偏置信号还可以应用于电路的其它部分中的晶体管，因此也可以影响至少一个电路的其他部分的阻抗，而不仅仅是处理器的。

此外，控制电路可以调整处理电路的哪些硬件设备处于省电状态。这可以通过如上所述选择性地选通时钟信号到设备，或通过对硬件设备(例如，处理器使用的存储器、缓存、传感器或射频单元)进行上电和下电(通过使用电源门来隔离供应到硬件设备的电能)来实现。

控制电路还可以控制处理器选择哪些软件进程来由处理电路执行。例如，与其他软件进程相比，某些软件进程可以与整个处理电路的更高阻抗相关联(例如，一些软件进程可能需要更多活动的硬件单元)。对于一些传感器节点或其它loT设备，执行某些进程的精确时间可能不是特别重要，因此处理器可以有自由精确地选择何时执行某些进程。例如，可以有在其内应当执行进程的时间窗，并且因此在调度处理器上的进程之前，若执行该进程时收集器的输出阻抗与负载电路的输入阻抗相匹配(或更接近)，则控制电路可以等待一段时间。

还可以调整收集单元的属性。例如，可以改变影响阻抗的收集单元的工作条件。例如，一些收集单元具有两个或更多具有不同阻抗的不同配置，并且因此可以根据负载电路的输入阻抗来选择这些配置中的一个。例如，多个光伏电池可以并联或串联连接以产生不同的阻抗。此外，控制电路可以调整收集器的外部条件，例如，可以通过相关联的加热元件来调整光伏电池的工作温度，或者可以使用可变磁体来调整射频收集单元的谐振频率，其可以影响收集器的阻抗。

此外，如果在同一设备中提供多个收集单元，则控制电路可以控制由哪个收集单元向处理器供应电能以改进阻抗匹配。例如，设备可以具有光伏电池以及热能收集器，并且控制电路可以选择其阻抗在给定时刻与负载电路的输入阻抗匹配最佳的收集器。此外，可以使用具有不同工作参数的相同类型的多个收集器(例如，针对不同波段的光伏电池)。在其它示例中，一个收集器可以用于为处理电路供电，而另一个收集器为诸如电池或电容器的存储设备充电，并且调整可以包括对为处理电路供电的收集器以及为存储设备供电的收集器进行交换，以改进阻抗匹配。其他系统可以对每个收集器进行时分复用使用，控制电路可以基于阻抗匹配来在每个收集器用于向至少一个电路供电时调整相对时间长度。

此外，当在具有多个能量收集单元的系统中调整处理电路的属性以减小阻抗失配时，控制电路可以根据可用收集单元中的哪个正用于向处理电路供电来执行不同量的调整或不同类型的调整。例如，可以根据当前向处理电路供电的特定收集单元实现不同时钟频率的改变。

有时，能量收集单元生成的电能可以多于处理电路或至少一个电路的其余部分所需的电能，或者能量收集单元能够在处理电路不活动时收集能量。可以提供诸如电池或电容器之类的能量存储设备用于存储由收集单元提供的能量，使得稍后当能量收集器不能为处理器生成足够的电能时，可以从存储设备向处理器供电。因此，可以有由收集单元为处理器供电的第一工作模式以及由能量存储设备为处理电路供电的第二工作模式。

控制电路仅可以在第一工作模式中而非在第二工作模式中执行阻抗调整控制。当处于第一工作模式时，调整处理器或能量收集器的属性可以增加处理器消耗的电能(例如，时钟频率的提高可以增加消耗的电能)。当处于第一模式中时，这并不是问题，因为处理器所消耗的电能的增加可以小于通过改进阻抗匹配实现的由收集单元提取的电能的增加。然而，当处于第二模式时，则阻抗调整会冒着更快地耗尽存储在存储设备中的能量的风险，因此为了节省能量，控制电路可以停止跟踪电能提取效率。相反，可以改为调整处理器以节省能量(例如通过降低时钟频率、降低阱偏置电压、或减少活动硬件单元或软件进程的数目)。

能量存储设备可以具有电能转换电路，用于将从能量收集单元得到的第一电压转换为要提供给存储设备以对其充电的第二电压。例如，电池所需要的电压可能高于由能量收集器生成的电压。当提供电能转换器时，至少一个电路的输入阻抗可以取决于电能转换器以及处理器的阻抗。类似地，当能量存储设备放电来为处理电路供电时，电能转换电路可以将由能量存储设备供应的第三电压转换为处理器使用的第四电压。为了减小电路面积和泄露，同一电路可以用于两种转换。例如，电能转换器可以具有两个输入/输出节点，并且在对存储设备充电时，来自收集单元的第一电压被供应到第一输入/输出节点，使得第二电压被从第二输入/输出节点供应，在电池放电时，利用从存储设备供应到第二输入/输出节点的第三电压和从第一输入/输出节点供应到处理器的第四电压执行反向过程。虽然大多数电能转换器可以以这种方式被反向操作，但是实际上不常以这种方式使用它们。发明人意识到的是，这种方法允许从先前的设备中删减电能转换器，先前的设备通常提供用于对存储设备充电的一个电能转换器和用于从存储设备为处理器供电的另一个电能转换器。

可以使用可以收集环境能量的任何类型的收集单元。在本申请中，术语“环境”能量指存在于电子设备附近或邻近的能量，其不通过有线连接提供。环境能量可以包括有意地向设备供应的能量(例如，由专用发射器提供的用于为设备供电的光或无线电传输)以及恰好在附近的能量(例如，太阳辐射、热梯度、或截获的无线电广播)。收集单元的示例包括用于从光收集能量的光伏(太阳能)电池、用于从温度变化或梯度收集能量的热电收集单元、用于从机械或声振动收集能量的压电能量收集器、或用于从射频辐射收集能量的射电能量收集器。

从另一方面来看，本技术提供一种电子设备，包括：

至少一个收集装置，用于从环境能量收集电能；

至少一个电路装置，从至少一个收集单元向该至少一个电路装置供应电能，至少一个电路装置包括用于执行数据处理的处理装置；以及

控制电路装置，用于调整处理装置或至少一个收集装置的至少一个属性，以减小至少一个收集装置的输出阻抗与至少一个电路装置的输入阻抗之间的阻抗失配。

从另一方面来看，本技术提供一种操作电子设备的方法，包括以下步骤：

通过使用至少一个收集单元从环境能量收集电能；

从至少一个收集单元向至少一个电路供电，至少一个电路包括被配置成执行数据处理的处理电路；并且

调整处理电路或至少一个收集单元的至少一个属性以减小所述至少一个收集单元的输出阻抗与所述至少一个电路的输入阻抗之间的阻抗失配。

从另一方面来看，本技术提供一种为电子设备设计集成电路布局的计算机实现方法，该计算机实现方法包括使用自动设计工具来生成限定集成电路布局的数据，集成电路布局包括：

输入节点，用于接收由至少一个收集单元从环境能量收集的电能；

至少一个电路，从输入节点向该电路供应电能，该至少一个电路包括被配置成执行数据处理的处理电路；以及

控制电路，该控制电路被配置为调整处理电路或至少一个收集单元的至少一个属性，以减小至少一个收集单元的输出阻抗与至少一个电路的输入阻抗之间的阻抗失配。

自动设计工具可以用于根据本技术设计电子设备。例如，电子设计自动化(EDA)工具可以使用定义了可用于选择以包括在集成电路布局内的一组标准单元的单元库。该单元库可以包括与以上所述至少一个电路、处理电路和控制电路相对应的单元。至少一个收集单元不必包括在集成电路布局内，而是可以提供用于从收集单元接收电能的输入节点，该收集单元在制造的稍后阶段被集成到包括集成电路的电子设备中。所生成的限定集成电路布局的数据接下来可用于控制具有设计布局的集成电路的制造。

附图说明

本发明的进一步的特征优点和方面将从以下结合附图阅读的示例的描述中显而易见，其中：

图1示出了使用能量收集器的已知电子设备的问题；

图2示出了具有用于调整处理器或收集单元的属性以减少阻抗失配的控制电路的电子设备的第一示例；

图3示出了另一个示例，其中设备具有DC-DC转换器；

图4是示出在不同电压或电流和不同光强度下由收集单元输出的电能的变化的曲线图；

图5示出了调整供应给处理器的时钟的时钟频率以减小阻抗的示例；

图6是示出阻抗随电压变化的曲线图；

图7是示出阻抗随时钟信号的频率变化的曲线图；

图8示出了具有用于生成用于控制振荡器的时钟频率的偏置参数的偏置发生器的电子设备的示例；

图9示出了用于偏置发生器的示例电路；

图10示出了具有用于存储由收集单元收集的能量的存储设备的电子设备的示例；

图11示出了使用所存储的能量为处理器供电的示例；以及

图12示出了具有多个收集单元的设备的示例。

具体实施方式

图1示出了已知的电子设备2，该电子设备2具有用于执行处理操作的CPU系统4和用于从环境源收集能量的能量收集器6。例如，能量收集器可以是太阳能电池。提供存储元件(例如，电容器或电池)8用于存储由收集器6收集的能量。DC-DC转换器10将由收集器6生成的电压转换为较高的电压用于对存储元件8充电。提供另一DC-DC转换器12用于将由存储元件8输出的电压转换为要供应给CPU系统4的电压。转换器10、12需要一定的电压以能够工作。例如，DC-DC转换器可能需要约0.6V的最小工作电压。然而，如图1底部的图所示，能量收集器6可能随着环境条件的改变而输出变化的电压，并且可能存在输出电压掉到0.6V以下的时段20。因为DC-DC转换器10在这些时段20期间不能工作，CPU系统4将不得不依赖于所存储的能量，并且因此已由收集器6收集的能量被浪费。CPU的最小工作电压可以低于DC-DC转换器的最小工作电压。例如，一些系统可以在临近阈值或亚阈值电压(例如，约0.3V)下工作。因此，对于由收集单元6收集的能量的利用，存在改进的空间。

图2示出了根据本技术的电子设备50的示例。设备50具有用于从环境能量收集电能的收集单元52。收集单元52可以是用于从环境光收集能量的光伏电池。此外，收集单元52可以是从温度梯度或变化生成能量的热电设备。例如，如果设备50是可穿戴设备(例如，嵌入在手表、一副眼镜或一件衣服中)，则紧挨着佩戴该设备的人皮肤的设备的一部分可能比暴露于外部空气中的设备的另一部分温暖，因此这些极端之间的温度梯度可以用于利用热电效应的能量收集。能量收集器的其他示例包括用于从环境振动(包括机械或声音噪声)收集能量的压电设备，或用于从射频或其它波长的电磁辐射收集能量的收集器。设备50还具有用收集单元52直接供电的电路54。与图1不同，没有在收集单元52和电路54之间提供电能转换器。54的电路可以包括由收集器供电的任何电路，并且至少包括用于执行数据处理的处理器56。电路54的其它元件可以例如包括存储器单元、总线、无线电发射器/接收器单元、传感器等。

可以从收集单元52收集的电能不仅取决于环境条件(例如光、温度梯度或噪声的量)，还取决于收集单元52的输出阻抗Zout与电路54的输入阻抗Zin的匹配程度。因此，提供控制电路60以跟踪最大电能提取并调整收集单元52或处理器56(或两者)的至少一个属性以减少收集器52的输出阻抗Zout与电路54的输入阻抗Zin之间的失配。例如，如图2所示，控制电路可检测由收集单元52生成的电压或电流，并且可以使用该电压或电流来设置处理器56或收集单元5的属性(例如，时钟频率或阱偏置电压)。通过调整收集器54或处理器56的属性以改进阻抗匹配，可以使DC-DC转换器最小化，同时仍然将系统保持在具有最大(或接近最大)电能提取的优选工作点处。当由收集器52输出的电能(电压或电流)下降得太低而不能为DC-DC转换器10供电时，现直接从收集器52供电的处理器56可以继续工作。

如图3所示，电子设备50还可以包括电能转换器70，例如DC-DC转换器，用于将收集单元52生成的电流或电压转换为用于为处理器56供电的电压。系统的其他元件与图2中的相同。与图1不同，图3的设备50可以在非电能转换模式下或者电能转换模式下工作，其中，在非电能转换模式中，使用直接从由收集单元52收集的电能中导出的电压为处理器56和其它电路54供电，在电能转换模式中，向电路54供应由DC-DC转换器70提供的转换电压。因此，当收集单元52生成足以运行转换器70的电能时，转换器可以生成稳定的电压供处理器56使用。当所生成的电能下降到用于运行转换器70的阈值以下时，系统可以切换到直接从收集器52为处理器供电。图3中的控制电路60可以控制处理器56或收集单元52的属性以与图2相同的方式减少阻抗失配。再次，图3所示的布置允许处理器56在较低电压下工作，以便从由收集单元52收集的更多电能中提取有用功。

图4是示出由收集单元52提取的电能随由电路54汲取的电压或电流变化的示例的曲线图。对于给定量的环境能量(例如，在此示例中给定量的光强度)，电能随着由电路54汲取的电流量增加到最大工作点(MPP)而逐渐增加，然后随着负载电流继续增加而开始减小。当负载和收集器的阻抗匹配时，出现最大电能提取。如图4所示，最大工作点会随着诸如光强度之类的环境能量的不同水平而变化(例如，参见在连续更高量的光强度下，在不同的电压或电流A、B和C处的最大能量提取)。

因此，考虑到增加的能量提取，控制电路60可以重复地或连续地监控收集单元52的操作，并调整处理器56或收集单元52的工作条件以改进阻抗匹配。例如，控制电路可以具有感测收集器的光强度、温度梯度或收集器另一环境条件的传感器，并且控制电路60可以根据检测到的条件来调整处理器56或收集器52的属性。此外，控制电路60可以检测由收集器生成的电压或电流，并且使用它来调整处理电路56或收集器52的属性。例如，控制电路60可以具有查找表或者模拟或数字电路，其提供从检测到的收集器参数到收集器52或处理电路56的对应属性的映射。可选择地，控制电路60可以使用诸如爬山法之类的另一种方法(其中，控制电路60在特定方向上调整属性，然后确定收集到的电能增加还是减少，然后继续进行调整直到电能最大化)，而不是使用检测到的收集器参数与处理器56和/或收集器52的属性之间预先定义的关系。

控制电路60不必寻求在最大电能点处精确地操作设备50。在一些情况下，控制电路60可以旨在减少Zout和Zin之间的阻抗失配，而不是消除失配。这仍然可以有助于推动工作点更接近峰值电能提取以提高能量效率。

控制电路可以调整系统的各种属性以改进阻抗匹配。例如，控制电路可以例如通过改变收集器的工作点(通过使用磁体调谐电磁辐射收集器的谐振频率、加热太阳能电池或通过在诸如太阳能电池的串联或并联布置之类的不同配置之间进行选择)调整收集器52的条件。当改变处理器的属性时，该属性可以包括改变处理器的活动的或不活动的部位，或者改变由处理器运行的软件算法，其可以影响电路54的整体阻抗。例如，可能存在一些不必要的软件进程，该软件进程可以被关闭或启动来改变阻抗Zin。控制电路60还可以调整电路54内的晶体管的阱或衬底偏置电压或电流。

图5示出了对提供给处理器56的时钟信号的时钟频率进行调整的示例。电路54包括为处理器56生成时钟信号的时钟发生器70。电路54的整体阻抗Z_in-eff既取决于处理器56的输入阻抗Z_in-cpu，还取决于时钟发生器70的输入阻抗Z_in-osc。阻抗Z_in-cpu和Z_in-osc都取决于时钟频率，因此可以通过调整时钟频率来调整电路54的有效阻抗Z_in-eff以减少与收集器52的输出阻抗的失配。例如，时钟发生器70可以是振荡器，并且控制电路60可以改变由振荡器(例如，可以使用压控振荡器)生成的时钟信号的频率。因此，通过动态地调整处理器的时钟频率以减少阻抗失配，可以实现增加的电能提取。

在其它示例中，控制电路60可以控制在时钟发生器70和处理器56之间提供的时钟门来减少提供给处理器56的脉冲数目，而不是调整生成的时钟的频率。此外，控制电路60可以将提供给处理器56的一些部分的时钟信号停止，同时继续为其它部分生成时钟信号，或者为处理器56的不同部分提供不同的时钟频率，以改变处理器56的阻抗。

图6是示出阻抗随由收集器52生成的电压变化的曲线图。该曲线图示出了振荡器阻抗Z_in-osc和处理器阻抗Z_in-cpu以及收集单元52的输出阻抗Z_out-pv。图6中的虚线表示振荡器70和处理器56组合的有效阻抗Z_in-eff。随着收集单元52生成的电压降低，振荡器和CPU阻抗变得更接近于收集器的输出阻抗，因此在非常低的电压下跟踪最大电能点变得不那么值得。因此，在一些实施例中，设备50可以具有将收集器52输出的电压与阈值进行比较的比较器，并且如果电压下降到该阈值以下，则控制电路60可以停止跟踪阻抗匹配并调整处理器或收集单元的属性。

图7示出了阻抗随时钟频率的变化。再次，虚线示出了包括振荡器70和处理器56的整个负载电路54的有效阻抗。如图7所示，虚线与表示收集单元52阻抗的线在给定点处相交，因此可以通过增加/减小频率调谐负载电路54的有效阻抗以与收集器的输出阻抗匹配(或减少与收集器输出阻抗的失配)，从而提高电能提取效率。

图8示出了设备50的示例，其中提供偏置发生器100，用于响应于收集器52的参数来设置时钟振荡器70的频率。例如，可以将由收集器52生成的电压或电流供应给生成偏置电压的偏置发生器100，该偏置电压控制振荡器70生成具有给定频率的时钟信号。例如，偏置发生器可以包括模拟或数字电路，该模拟或数字电路将检测到的电压或电流映射到对应的工作频率。可以基于正在使用的收集单元52和负载电路54的具体类型来提前确定映射数据。可选择地，偏置发生器100可以简单地在一个方向或其他方向上调整时钟频率，并且看由收集器生成的电能是增加还是减少。图8的示例还包括DC-DC转换器120和能量存储设备110，其对于此实施例不是必要的，并且将参照图10和11更详细地描述。

图9示出了使用偏置发生器控制的概念振荡器。偏置控制参数可以是电阻两端的电压降(V_CTRL)，该电阻可以由数字输入控制来固定输出时钟的绝对频率(F_clk)。来自能量收集器的输出(V_EH)被用作压控电流源(VCCS)的控制参数，VCCS随后根据输入电压(V_EH)控制绝对频率的变化，从而实现用输入电压控制频率。

图10示出了电子设备50的另一示例，电子设备50具有能量存储设备110，用于基于由收集单元52供应的电能来存储能量。例如，当处理器56不活动时或者当处理器活动但存在来自收集器52的处理器56不需要的多余可用能量时，则多余能量可以用于对存储设备110充电。存储设备110可以例如是电池或超级电容器。在收集器52和存储设备110之间提供附加的电能转换器(例如DC-DC转换器)120来将所生成的电能转换成适合于存储设备110的电压。例如，与电路的其余部分相比，存储设备110可以在更高的电压下工作。转换器120可以是可逆电路，使得同一转换器既可以用于将来自收集器52的电压转换为存储设备110使用的电压，还可以用于将由存储设备110生成的电压转换为CPU 56使用的电压(当该转换器被逆向使用时)。例如，CPU使用的电压可以低于电池提供的电压以节省能量。通过提供可在存储设备110充电和放电时都转换电压的可逆电路，避免了如图1的示例中提供两个单独电源转换器10、12的需要。在图10中，选通控制器130选通由振荡器70生成的时钟信号，该选通控制器130选择将时钟信号的哪些脉冲发送到转换器120或发送到处理器56。因此，选通控制器130可用于选择是对存储设备110充电还是(由处理器56)从存储设备110中汲取电能。在图10中，负载电路54的有效阻抗现取决于电能转换器120、处理器56和振荡器70组合的阻抗。这些阻抗全部取决于由振荡器70生成的时钟频率F_clk，因此控制电路60可以以与先前示例类似的方式控制有效阻抗，但是由于附加的电能转换器120，频率和阻抗之间可能存在不同的关系，其可以反映在偏置发生器100或提供的用于调整时钟频率的其它控制电路60中。

图10示出了在下述模式中工作的设备50：将来自收集器52的能量供应给处理器56，并且任何多余的能量都用于对存储设备110充电。如图11所示，在另一工作模式中，如果无法从能量收集器52获得足够的能量，可以经由转换器120从存储设备110向处理器56供应电能。在这种情况下，收集器52可以可选择地与电路的其余部分隔离，这可以是有用的，因为如果收集器没有与系统的其余部分解耦，则一些收集器可以从存储设备110汲取能量。通过在存储设备110为处理器供电时解耦收集器52，可以节省存储设备上的电荷。在图11所示的存储能量模式期间，控制电路60可以停止跟踪收集器52的最大工作点。相反，可以调谐振荡器70的时钟频率以减少处理器56消耗的能量，而不是用于最大电能的提取(例如，通过降低时钟频率)。这有助于节省存储设备110中的能量。

在具有如图10和11所示的存储设备110的系统中，本技术是非常有用的。通过允许处理器56在来自收集器52的电压太低而不能运行电能转换器的时段20期间使用由收集器52供应的能量来工作，这避免了在这些时段20期间耗尽存储设备110中的电荷的需要，使得所存储的能量寿命增加。

如图12所示，设备50可以包括多个能量收集单元52，例如具有不同类型或特性的收集器。在此示例中，收集器52包括光伏电池、热电收集器和振动收集器(其可以从声学或机械振动收集能量)。还可以提供具有不同工作特性的相同类型的收集单元，例如针对不同波长优化的光伏电池。由能量管理单元150控制哪些收集单元52用于为电路的其余部分供电。例如，能量管理单元150可以确定哪个收集器52具有最多可用能量，或者哪个收集器52的提取对于给定情况是最有效的。例如，能量管理单元150可以确定哪个收集器52具有针对给定任务与负载电路54的阻抗最接近匹配的输出阻抗Zout。因此，能量管理单元150可以形成先前实施例中所示的控制电路60的一部分，使得被调整以减少与负载电路54的阻抗失配的属性是选择使用哪个收集器。在其他系统中，不同的收集器可以用于不同的目的，例如，一个收集器用于为处理器56供电，而另一个收集器用于对存储设备110充电。在一些情况下，偏置发生器100可以向能量管理单元150反馈关于负载电路54有效阻抗的一些信息，以允许能量管理单元150控制哪个源52来用于实现最佳能量提取。

虽然本文已经参照附图详细描述了本发明的说明性实施例，但是应理解的是，本发明不限于这些精确的实施例，并且所属领域技术人员可以在其中进行各种改变和修改，而不背离由所附权利要求限定的本发明的范围和精神。