用于电力线通信设备的零待机电力的制作方法

本申请是于申请日2014年12月16日提交的、申请号为201410779725.5、发明名称为“用于电力线通信设备的零待机电力”的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求下列临时提交的美国专利申请的权益：申请号no.61/918,366，提交日为2013年12月19日，以及题名为“zerostandbypowerforpowerlinecommunicationdevices”，该申请在此通过引用被并入本文。

本公开总体上涉及用于在局域通信网络上通信的设备的设备架构，并且更具体地涉及电力线通信(plc)网络接口。

背景技术：

本领域内众所周知降低电动设备所消耗的能量是重要的，特别是在它们没有被使用的时候(例如在“待机”、“空闲”、和/或“快速唤醒”模式下)。在这种模式下，电动设备相对于正常工作(例如用于电视机的图像的显示、用于hi-fi装备的声音再现等)是不活跃的。如所周知，在待机模式下的电动设备无论如何也都通过比如家用电力之类的主电源被供电，并且消耗能量。在最近几年里，已经做了相当大的努力来限制电动设备在待机模式下的电流消耗。然而，显而易见的是，如果考虑到在住宅中普遍存在的多个电动设备在待机模式下的消耗，则可能达到无法忽略的日常消耗水平。

技术实现要素：

一个实施例是集成片上系统(soc)，该集成soc包括通信接口和接收器标识(id)探测功能，该通信接口被配置用于实现通信协议，该通信接口包括功能模块，该功能模块被单独地激励或者去激励，使得使用最小的电力消耗来接收和探测信号，而该接收器id探测功能被配置用于确定信号是否预期用于soc驻留的设备。soc进一步包括电力管理功能和电力源，电力管理功能被配置成根据接收器id探测功能的结果控制soc和/或soc驻留的设备中的哪些功能被激励或者去激励，而电力源能够对接收和探测信号所需的最少数目的功能模块进行激励，其中电力源可以用于低电力状态并且当soc被激励时切换到主电源。

另一实施例是一种方法，包括在第一网络节点处从网络接收第一消息、探测用于第一消息的目的地地址、基于所探测的消息的目的地地址来确定对第一网络节点中的哪些功能模块进行激励、以及对所确定的功能模块进行激励。

附图说明

为了更完整地理解本公开及其优点，现在参考下面的结合附图所进行的描述，其中：

图1是电力线通信(plc)收发器架构的框图；

图2是根据一个实施例的plc片上系统(soc)的框图；

图3是根据一个实施例的包括信号发生器的plcsoc的框图；以及

图4是根据一个实施例的操作plcsoc的示例处理的处理流程图。

具体实施方式

下面详细讨论实施例的实施和使用。然而，应当理解本公开提供很多可应用的在各种特定背景下可以实施的发明构思。所讨论的特定的实施例仅说明实施和使用本发明的特定方式，而并不限制本发明的范围。

将就特定的背景下的实施例描述本公开，即用于改善网络连接系统的待机电力消耗的方法和装置。本发明的实施例也可以应用于其它电路和系统，比如但不限于，比如无线通信系统的无线系统。

一些降低电动设备在待机模式下所消耗的能量的尝试是使用远程控制作为刺激来触发对系统供电的机制。这些类型的系统的一些示例是美国专利申请no.13/256,913、美国专利申请no.13/832,687、和美国专利申请no.13/832,583，这些全部在此通过引用并入本文。通常，当设备的电力状态应该改变时，这些设备使用对信号(例如电动能量(rf或者光)或者音频)的远程控制。

一些设备包括在不需要的时候可以被关闭或者闲置的各种元件和/或功能。这些功能通常被设备内的电力管理功能控制，电力管理功能理解什么时候可以关闭或者闲置功能，比如存储器、外围设备、处理加速器(比如图形、加密、或者数学协同处理器)、和其它元件。电力管理功能也可以从网络接收信号，通常称之为局域网唤醒(wol)信号或者“唤醒事件”，以指明需要系统唤醒的潜在的消息业务。然而，对于这一种类的设备，电力管理功能本身需要整个设备被供电(例如用电源)，这消耗很多电力。

本公开的实施例总体上是包括可以被多个能量源激励的功能模块的通信接收器。通信接收器监控用于适当的唤醒事件的通信信号。接收器探测器功能所需要的最少功能被电力源(例如电池)持续不断地供电，直到探测到唤醒事件，然后可以使用其它电力源(例如电源)对系统进行激励。此外，一些功能模块可以具有比正常使用更高的初始化和处理速度，以便更快地响应于唤醒事件。

根据一个实施例，集成通信片上系统(soc)，比如但不限于图1所示的电力线通信(plc)架构，包括可以按照需要被供电或者不供电的功能(和功能的部分)。更具体地，该功能可以从soc外部或者内部的不同的源被供电。此外，关于系统是否应被唤醒的信息通过soc的通信接口而不是次级远程控制接口传送，这会需要额外的电路装置和电力。该方法允许系统相比现有技术而言具有节省电力的独一无二的机会。

在一些实施例中，soc包括通信接口，该通信接口为plc。来自plc网络的plc信号被耦合到plc接收器功能。只有接收和探测plc信号所必需的接收器功能才被供电。soc为其中一部分的系统或者设备可以保持关闭或者处于低电力待机。对最少的必需的接收功能供电的能量来自小型的可充电电池(“电池”)或者从网络拾取的能量，这允许整个主电源被去激励以进一步节省能量。接收器对非常简单的包含网络目的地地址的消息帧控制报头解码。如果目的地地址是soc的节点地址，则设备可以发送信号来对所必需的设备或者设备的部分通电，包括用不同的电力源替代电池电力源。

在一些实施例中，通过电池充电电路监控电池，并且在必要时，使用来自交流(ac)线路的能量只激活电池充电电路以对电池再充电。

在一些实施例中，soc识别出一些通信协议需要响应plc网络信号。然而，soc和设备功能经常需要时间来唤醒并且响应刺激。这个延迟相对于通信协议的期望可能会很长。响应消息是soc传送给消息的源以实现协议和系统预期的非常简单的消息。该简单响应消息可以但不限于在设备电力被激励并且网络被建立的时段期间(比如在最初的启动时间)被预产生并且被存储在存储器中。当soc发送响应消息时，它是这样进行的：通过发送来自存储器的预产生的存储数据到数字至模拟信号发生器，该数字至模拟信号发生器能够直接产生模拟形式的信号并且通过无源ac耦合元件将其耦合到ac电源。因此，正式的传输路径没有必要被激活。在一个实施例中，简单响应消息是hold消息，因为它在下一消息被发送之前引起特定的延迟。在另一实施例中，否定应答(nack)响应可以是简单响应消息，因为它是使得原始消息在发射器最早方便的时候被再次发送的消息类型。也应当认识到响应可以被寻址到广播、多播或者其它预置的网络地址。

在一些实施例中，发送信标、前导码消息或一些其他信元，而不是响应消息。

在一些实施例中，跟随持续不断供电的功能模块的功能模块可以快速开启，并且可以以比正常更高的速率处理信号，以便能够响应通信协议的期望。这些功能模块在更高的速率下可能无法正常工作，因为在该状态下更高的电力消耗速率。

在一些实施例中，接收器对唤醒信号进行取样并且数字存储。当系统完全唤醒或者启动时，其对所存储的消息进行处理和解码以便进行响应。在该实施例中，信号有效负载并不需要在低电力模式下被解码。

在一些实施例中，在消息的目的地地址不是soc的网络地址，而是(虽然并不限于)广播或者多播地址的情况下，接收器可以改变对soc和设备的唤醒的类型或者深度。例如，一些消息类型可以表明使用主电源对整个系统进行激励的需要，而其他的消息类型可以表明仅对整个接收器进行激励并且可以使用更小或者更有效的电力源。

在一些实施例中，可以使用向plc接口发信号的更简单的方法，比如简单序列的符号相位，比如在ieeestd.1901.2102tminter-symbolprotocol(美国专利公开no.8,295,301)中产生并且通过引用并入本文。

在一些实施例中，soc包括处理电力、存储器、模拟前端、协同处理器和提供核心功能所必需的其他功能(未示出)。该核心功能可以是通信功能或者可以包括通信功能并且可以是包含soc的设备。图1示出了正交频分多路复用(ofdm)系统的架构，该系统与ieee1901-2010tm、homeplugav、homepluggreenphy和其他标准所指定的相一致。这些元件也是在本公开的各种实施例中所使用的典型的元件并且在图2中被概述。

图2是根据一个实施例的plc片上系统(soc)的框图。图2(由图4支持)示出了通常连接到电力线5的通信接口201。通信接口201传送通信信号并且阻挡来自电力线5的高压电平。通信接口201也调整电路的状态以匹配电力线5和接口201的阻抗以便最大化信号传输。通信接口201也可以过滤噪音。接口201也可以通过电力开关10连接到电力线5。这种情况下，射频(rf)旁路过滤器15可以用于帮助高频plc信号绕过处于断开状态的电力开关。功能的发射器链100和功能的接收器链200都使用电力线耦合电路210和通信接口201。

一些plc信号不需要和其他一样复杂的处理，并且可以被正常的ofdmplc接收器功能链的最少部分探测。只有探测信号所必需的接收器链200的部分被电池400供电，这允许最少的接收器功能200探测用作唤醒事件的plc信号。收发器soc的剩余部分以及甚至收发器soc在其中使用的设备都可以保持在低电力模式(在常见的名字和状态中的“休眠”、“空闲”、“快速唤醒”模式)。

当该设备最初被安装和设置时，它也被连接到网络。在那个时候网络供应已经完成，包括设置安全特征(哪些消息可以被不受阻碍地发送而没有耗电的加密功能)和登陆网络。一旦设备加入网络，则其被称为在该网络上的节点并且被给予节点地址。发送给该设备的消息包括作为目的地地址的该节点的地址。该节点发送的消息在源地址中使用其地址。设备也可以使用单播或者多播消息地址发送消息到多个设备。

当图2中的接收器节点接收plc网络5上的信号(步骤800)时，接收器使用最少的功能(例如电力线耦合电路210、可编程增益放大器功能220、agc、fft、解调和同步功能230、以及帧控制功能240)对信号进行探测和解码(步骤801和802)。帧控制功能240对在帧控制域的目的地地址进行解码。帧控制域是消息分组的指示接收器怎么处理帧的部分，并且包括目的地地址和源地址，但每个协议可以在怎么实现上有所变化并且仍然处于本公开的范围内。帧控制功能240是通用的功能，因此当它对预期用于该节点的目的地地址解码时，它向接收器id探测(rxid探测)260功能发信号。rxid探测260功能已经被设计成通过通知(步骤803)电力管理器功能500进行响应和通过连接270通知上层和其他soc功能该事件已经发生。例如，这可以是到锁存中断端口的连接，从而当系统唤醒时，设备可以探测唤醒请求的来源。

当电力管理器功能500被通知时，它以几种方式响应并且它的响应可能按照在不同实现方式中的需要而不同。例如，唤醒信号的数目可以变化，哪一序列功能模块将被通电，或者可以添加延迟。下面讨论额外的选择。电力管理器500的主要功能是从合适的能量源开启合适的功能模块(例如在接收器链200内)。在优选的实施例中，电力管理器功能500使用开关510从电池400电力切换(步骤807)到电源(未示出)以便对接收器链200的最少功能供电。电源可以是主电源、外部电源、内部电源、或者一些其他节能(低电力)的能量源。电力管理器500也确定开启哪些其他功能以便最优地最小化能量消耗，而同时满足系统需要。例如，电力管理器500可以决定对整个系统通电(步骤811)，或者电力管理器可以决定备选的处理(步骤812)比如对soc或者系统的特定部分通电。

例如，如果rxid探测260被通知目的地地址是设备节点的地址，则这意味着某事物正在尝试联系该设备，并且因此，电力管理器500可以对整个系统进行激励。在这种情况下，整个接收器可以被通电(步骤810)以接收消息并且决定剩余的soc或者设备功能中的哪些需要被激励。如果目的地地址是多播或者广播地址，这可能已经在网络供应处理期间被设置，则可以推断出网络正在请求全系统的唤醒。在全系统唤醒的情况下，系统可以具有唤醒时段或者特定时间来唤醒，因为通常并非所有的节点将能够同时唤醒。

电力管理器500的另一功能是对电池400充电以便保持其足够地带电。如图3所示，必要时，可以使用来自电力线5的能量激活电池充电电路520，以对电池再充电。这延长电池的寿命并且可以使用非常简单、低成本、比主电源更低的能量的内部或者外部充电器。电力管理器500也负责当系统从激励返回到低电力状态时的反向处理。该处理可以例如通过另一消息、超时、处理的完成、和/或来自连接270的命令被启动。

在一些实施例中，soc认识到一些通信协议需要对plc网络信号的响应以满足协议的期望。没有响应的情况下，一些协议可以假定设备不再连接并且其从网络分离(移除)。此外，一些事件就本质而言是非常重要的并且需要快速的响应，这会依赖于其中系统被使用的系统。例如，医疗设备应用比娱乐系统可以具有更加紧要的响应时间需求。然而，soc和设备功能经常需要时间来唤醒并且响应刺激。该延迟相对于通信协议的期望可能会很长。在图2中，响应消息通常会通过功能的发射器链100被传送(步骤805)到网络。一种发送消息的方式是激励传输链和处理器功能以便发送消息。然而，本公开的目的是避免对唤醒功能所不必需的功能模块进行激励。

图3是根据一个实施例的包括信号发生器的plcsoc的框图。在plc系统中，通过电力线耦合器传输的信号是模拟信号，该模拟信号包括用预期数据调制的数以百计的单独的载波频率。它被设计成操控很宽范围的数据和信道条件。在使用简单响应消息(例如信息内容是提前知道的)的实施例中，简单响应消息可以在网络最初被设置和连接的时候被预产生、取样并且以数字形式存储在存储器中。在一些实施例中，接收器链200包括在电力线耦合电路210和rxid探测功能260之间耦合的信号发生器280。在这些实施例中，当系统需要发送响应消息(步骤805)的时候，数字信号可以经过比如数字模拟转换器之类的信号发生器280而被发送，信号发生器280直接从数字信号生成所传输的模拟信号。消息在所使用的调制类型上(比如二进制相移键控(bpsk)或者由协议指定)和内容上(比如ieeestd1901-2010tm所指定并且通过引用并入本文的nack或hold消息)可以是简单的。为发送nack或hold消息，将消息控制帧类型设置为“帧起始”类型。选择性应答域可以用于响应于先前的消息来传送ack、nack、hold或fail状态。nack向先前的消息的源指明该消息没有被预期接收器理解，并且该消息被重新传输。如果系统没有完全唤醒来接收源的后续的尝试，则可以传输另一nack。在优选的实施例中，hold响应被发送。hold消息指示先前的消息的发射器在再次发送该消息之前等待一个信标时段。这为接收器提供额外的时间来唤醒。这些消息也可以使用广播或者多播地址发送。如果网络中的其他设备需要知道接收设备还没有准备好接收数据，则这是有用的，并且也可以解决如果传输站地址未知或者已经被毁坏的问题。

存在在本公开的范围内的其他类型的信号。例如，在另一优选实施例中，信标、前导码消息或一些其他信元被作为唤醒信号探测，或者被作为响应发送，而不是使用响应消息。

在一些实施例中，跟随持续不断供电的功能模块200的接收器245的功能模块能够唤醒和/或处理比通常更高速率的信号，以便能够及时响应于通信协议的期望。这些功能模块245在更高速率下可能将无法正常工作，因为它们在该状态下也将呈现更高速率的电力消耗，然而，仅仅用于快速响应消息的电力消耗将不显著。

在一些实施例中，接收器链200探测唤醒信号仅仅为了探测目的地地址。如果信号(消息)预期用于该节点，则信号可以是模拟至数字地抽样并且存储(步骤804)于存储器(未示出)。如果信号是消息，则有效负载例如将不需要在低电力模式中被解码并且可以存储用于稍后解码。随后，当系统被激励时，系统可以处理信号样本和对消息解码，从而可以确定更完整的响应。

在一些实施例中，在消息的目的地地址不是soc的网络地址，而是(虽然不限于)广播、多播或者预定的目的地地址(可以用作通用唤醒地址)的情况下，接收器链200可以改变用于soc和设备的唤醒的类型或深度。例如，如果消息被寻址到节点的地址，那么唤醒整个系统(步骤811)可能是合适的。如果消息使用广播地址，则仅仅唤醒收发器链(例如发射器链100)可能是合适的，以确定接下来合适的唤醒水平可能是什么(步骤812)。

虽然参考示例性的实施例描述了本发明，但是本说明书并非意于被以限制的意义解释。本领域的技术人员通过参考本说明书将明白示例性的实施例的各种修改和组合以及本发明的其他实施例。因此意于所附权利要求涵盖任何这种修改或者实施例。