專利名稱：一種低功耗電路的實現(xiàn)方法及低功耗電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低功耗電路的實現(xiàn)方法及低功耗電路。
背景技術(shù)：
隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電子產(chǎn)品應(yīng)用場所不斷的擴大，其應(yīng)用環(huán)境也越來越復(fù)雜和危險，如化工、石化、煉油、冶金、制藥、造紙等行業(yè)都存在易燃易爆液體、氣體、粉塵，或在電作用下容易引起不良化學(xué)反應(yīng)。這都要求現(xiàn)場電子設(shè)備具有本安功能，因此對設(shè)備的功耗提出了要求。而且，現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展也對智能設(shè)備的功耗提出了很高的要求。以采用兩線制的HART(Highway Addressable Remote Transducer可尋址遠程傳感器高速通道)協(xié)議的智能變送器為例，如果智能變送器耗電過多，消耗電流超過3.5mA，會導(dǎo)致環(huán)路電流較低時通訊失敗，所以HART協(xié)議要求對智能變送器供電電流不超過3.5mA。
例如，對于手持設(shè)備來說，通常希望盡可能延長手持設(shè)備的工作時間。為此，一種采用的措施是增加電池的供電能力，另一種采用的措施是減少設(shè)備的功耗。由于受體積等因素的影響，電池的供電能力難以無限制地增加，這樣，如何減少設(shè)備的功耗就變得越來越重要。
通常，在設(shè)備的電路設(shè)計過程中為了使功耗滿足設(shè)計要求，設(shè)計者通常采用低功耗的芯片來達到減少電路功耗的目的，所以電路芯片的選擇存在著局限性，而且隨著設(shè)備功能要求的不斷增加，使得組成電路的芯片功能和數(shù)量有所增加，而整個電路的功耗會隨之大幅增加。設(shè)計電路時要增加設(shè)備的功能同時，又要使得電路的功耗落在期望的范圍內(nèi)，這就大大增加了電路設(shè)計的難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種實現(xiàn)低功耗電路的實現(xiàn)方法及低功耗電路。
為解決上述問題，本發(fā)明提供一種低功耗電路的實現(xiàn)方法，包括以下步驟(1)將電路分成至少兩層具有獨立供電電路的工作模塊；(2)上層工作模塊的地線作為下層工作模塊的電源線，使得上層工作模塊的工作電流又供下層工作模塊使用，并使電路總的工作電流小于等于所述電路規(guī)定或期望的電流消耗值。還提供了一種低功耗電路，該電路包括為電路供電的供電電路，該電路還包括，至少二層具有獨立供電電路的工作模塊，由所述電路分成，上層工作模塊的地線作為其下層工作模塊的電源線；電平轉(zhuǎn)換電路，分別連接每一層工作模塊，用于轉(zhuǎn)換上下層工作模塊的電平差異，使上下層工作模塊進行數(shù)據(jù)交互。
相應(yīng)地，本發(fā)明的上層工作模塊的工作電流設(shè)置成和下層工作模塊的工作電流相等。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(1)本發(fā)明將電路分成若干層供電電路的工作模塊，上層工作模塊的地線連接在下層工作模塊的電源線，使得上層工作模塊的工作電流又供下層工作模塊使用，大大降低了電源所需提供的電流。從而使得在電路設(shè)計時無需為了使電路功耗滿足要求而選擇低功耗芯片，增加芯片選擇的余地，并且能做到增加設(shè)備的功能同時，又能使電路的功耗在期望的范圍內(nèi)，降低了電路設(shè)計的難度。
(2)將電路合理地分成若干層供電電路的工作模塊，如處理模擬信號和處理數(shù)字信號的電路分成不同的工作模塊，減少了模擬電路和數(shù)字電路之間的相互影響，增加了電路的穩(wěn)定性。
(3)當上層工作模塊的電流和下層工作模塊的電流相等，使得該電路的功耗是采用現(xiàn)有設(shè)計方法的幾分之一，最大可能地延長了手持設(shè)備的使用時間。


圖1是本發(fā)明將電路分成三層工作模塊的低功耗電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1的低功效電路的電流方框圖。
圖3為實現(xiàn)低功耗電路的設(shè)計流程圖。
圖4為本發(fā)明將電路分成二層工作模塊的低功耗電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為圖4低功耗電路的電流示意圖。
圖6為本發(fā)明應(yīng)用于智能變送器的實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
請參閱圖1，為本發(fā)明低功耗電路的結(jié)構(gòu)示意圖。該電路可分成若干工作模塊。圖1以該電路分成三層工作模塊為例來說明本發(fā)明低功耗電路的結(jié)構(gòu)。該低功耗電路包括供電電路5、第一層工作模塊2、第二層工作模塊3、第三層工作模塊4和電平轉(zhuǎn)換電路1。其中，供電電路分別向三層工作模塊2、3、4提供三組電壓VHC、VCM、VMG，第一組電壓為第三層工作模塊4對地的工作電壓VMG，第二組電壓為第二層工作模塊3對第三層工作模塊4的工作電壓VCM，第三組電壓為第一層工作模塊對第二層工作模塊3的工作電壓VHC。第一層工作模塊2是第二層工作模塊3的上層工作模塊，第二層工作模塊3是第一層工作模塊2的下層工作模塊，依次類推，上層工作模塊的地線和下層工作模塊的電源線連接，以使得上層工作模塊的工作電流又供下層工作模塊的工作電流使用。電平轉(zhuǎn)換電路1和每一層工作模塊2、3、4連接，用于轉(zhuǎn)換上層工作模塊和下層工作模塊由于電壓和參考地不同而造成的電平差異，使上下層工作模塊數(shù)據(jù)能順利交互。而電平轉(zhuǎn)換電路1的電源是由供電電路5直接提供，其電源電壓為VHG＝VHC+VCM+VMG。
請參閱圖3，為低功耗電路的實現(xiàn)流程圖。先根據(jù)圖1和圖2，首先設(shè)置供電電路5，確定分別給每一層工作模塊提供的電源電壓。根據(jù)設(shè)置好的電源電壓，設(shè)置電平轉(zhuǎn)換電路1，使其能轉(zhuǎn)換上下層工作模塊的電平差異，使上下層工作模塊的數(shù)據(jù)進行交互。
S110將電路分成若干供電電路的工作模塊，以圖1為例，即把電路分成第一層工作模塊2、第二層工作模塊3和第三層工作模塊4，在進行分層處理時，電路設(shè)計者先對所需芯片進行選型，如確定所需的功能器件是獨立的還是與其它功能芯片集成在一起，舉例來說，模數(shù)轉(zhuǎn)換器是集成到處理器芯片中還是選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，看門狗電路是否與非易失性存儲器集成在一起。就供電電路來說，一般都具有提供電流與吸收電流的能力，其中提供電流是所有供電電路都具備的能力，而吸收電流主要是由供電電路內(nèi)部連接的大阻抗電阻或是運放來消耗多余的電流，考慮到供電電路來說吸收電流的能力有限，所以在電路分層時考慮使得分層模塊的工作電流大致相等；S120將上層工作模塊的地線連接在下層工作模塊的電源線上，使得上層工作模塊的電流又供下層工作模塊使用，請參閱圖2，為圖1低功效電路的電流方框圖。根據(jù)各層供電電壓或通過數(shù)據(jù)手冊即能得到每一層工作模塊的工作電流，第一層工作模塊2的工作電流為I1、第二層工作模塊3的工作電流為I2，第三層工作模塊4的工作電流為I3，電平轉(zhuǎn)換電路的工作電流為ISHFT，供電電路自身的消耗電流為IPOWER。
I2＝I1+IC(1)I3＝I2+IM(2)(1)式中，當I2＞I1時，IC＞0，供電電路5提供電流IC，當I2＜I1時，IC＜0，供電電路5吸收電流IC。(2)式中，當I3＞I2時，IM＞0，供電電路5提供電流IM，當I3＜I2時，IM＜0，供電電路5吸收電流IM。當I1＝I2＝I3時，供電電路5僅提供電流I1即可，所需電源提供的功耗降到普通設(shè)計的三分之一左右。即分層工作模塊的工作電流大致相等時，達到的降低功耗效果最佳?？赏ㄟ^重新分層或芯片重新選型來盡量達到每一層的工作模塊的工作電流相等，當無法達到理想狀態(tài)時，考慮到供電電路5的供電能力強于吸收電流的能力，可允許下層工作模塊的工作電流略大于上層工作模塊的工作電流。
S130判斷電路總的工作電流是否小于等于所述電路規(guī)定或期望的電流消耗值，如果是，則結(jié)束，否則重新選擇電路芯片或電路重新分層，使得電路總的工作電流小于等于所述電路規(guī)定或期望的電流消耗值。步驟S130進一步包括比較每層工作模塊的工作電流，查找出工作模塊中最大的工作電流；將工作模塊中最大的工作電流、供電電路5的工作電流和電平轉(zhuǎn)換電路1的工作電流相加得到電路總的工作電流I；判斷I是否小于電路規(guī)定或期望的電流消耗值，如果是，則電路設(shè)計結(jié)束，否則芯片重選型或電路重新分層。對于電池供電系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)電池的電容量和系統(tǒng)所需的工作時間來計算電路系統(tǒng)允許的電流值；對于總線供電系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)總線的供電能力來計算電路系統(tǒng)允許的電流值；對于有本安要求的現(xiàn)場儀表、數(shù)據(jù)采集單元、通訊單元、中繼系統(tǒng)等，應(yīng)根據(jù)本安要求來計算電路系統(tǒng)允許的電流值特別對于采用HART智能儀表，其電流環(huán)路所規(guī)定的電流值為3.5mA；對于其他有電流限制的電路系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)其實際情況來計算允許的電流值。
以上公開的低功耗電路和低功耗電路的實現(xiàn)方法，是以將電路分成三層工作模塊，但在實際電路實現(xiàn)中要考慮信號轉(zhuǎn)換等方面的問題，實現(xiàn)起來比較麻煩。再則，將電路分為兩層工作模塊時，即能將整個電路的功耗降到現(xiàn)有設(shè)計的一半左右，完全能滿足各種功耗要求，所以電路設(shè)計者在電路設(shè)計時將電路分成上層工作模塊和下層工作模塊即能使功耗滿足要求。請參閱圖5和圖6為將電路分成二層工作模塊的低功耗電路的結(jié)構(gòu)示意圖。本電路包括供電電路5、上層工作模塊6、下層工作模塊7和電平轉(zhuǎn)換電路1。供電電路5提供兩組電壓，下層工作模塊7的工作電源是第一組電壓對地產(chǎn)生的電源電壓，上層工作模塊6的工作電源是第二組電壓對第一組電壓產(chǎn)生的電源電壓。并將上層工作模塊6的地線和下層工作模塊7的電源線連接，以使得上層工作模塊6的工作電流又供下層工作模塊7使用，上層工作模塊6的工作電流IUP設(shè)置成和下層工作模塊7的工作電流IDOWN，此時，整機電路所需電流是現(xiàn)有設(shè)計方法的一半左右。
以下就以智能變送器為例，來說明本發(fā)明的設(shè)計方法。
實施例圖6應(yīng)用了兩層供電電路設(shè)計方法的智能變送器的結(jié)構(gòu)示意圖。智能變送器包括信號調(diào)整電路21、放大電路22、A/D轉(zhuǎn)換電路23、微處理器31、監(jiān)控電路32、D/A轉(zhuǎn)換電路34、調(diào)整解調(diào)電路35和其它外圍處理電路33。為使設(shè)計的電路具較高可靠性與穩(wěn)定性，在考慮上下層工作電流分配接近理想狀態(tài)的情況下，本實施例中，將信號調(diào)理電路21、放大電路22和A/D轉(zhuǎn)換電路23設(shè)計在上層工作電路中，用于處理模擬信號，可定義上層工作模塊為模擬電路；而下層工作模塊包括微處理器31、D/A轉(zhuǎn)換電路34、調(diào)制解調(diào)電路35、監(jiān)控電路32和其它外圍處理電路33，用于處理數(shù)字信號，可定義下層工作模塊為數(shù)字電路。上層工作模塊中各個模塊的工作電壓為VHC，下層工作模塊中各個模塊的工作電壓為VCG下層工作電路的電源VC作為上層工作電路的參考地；電平轉(zhuǎn)換電路1的電源由上層工作模塊的電源線與下層工作模塊的地線形成，即電源電壓為VHG(等于VHC+VCG)，電平轉(zhuǎn)換電路1用于轉(zhuǎn)換上下層工作模塊由于電壓和參考地不同而造成的電平差異，從A/D轉(zhuǎn)換電路23輸出的信號經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換電路1后，轉(zhuǎn)換為下層工作模塊電平范圍的信號，再傳送給微處理器31進行相應(yīng)處理，使上下層模塊能順利進行數(shù)據(jù)交互。由圖6可知，上層模塊的工作總電流為上層各電路電流之和，即IUP；下層工作模塊的工作總電流為下層各模塊電流之和，即IDOWN；且IUP＝IDOWN+IVC；可見，上層工作模塊所耗電流IUP可以繼續(xù)為下層工作模塊所用。理想狀態(tài)下IUP應(yīng)等于IDOWN，使IVC為0；若IUP大于IDOWN，則電流環(huán)電路必須吸收多余的IVC；若IUP小于IDOWN，則電流環(huán)電路必須提供IVC以滿足IDOWN的需要。因此，通過兩層供電的設(shè)計方案，此智能變送器整個電路所需的總電流可降到普通設(shè)計方案的一半左右，滿足了低功耗要求。
權(quán)利要求
1.一種低功耗電路的實現(xiàn)方法，其特征在于，包括以下步驟(1)將電路分成至少兩層具有獨立供電電路的工作模塊；(2)上層工作模塊的地線作為下層工作模塊的電源線，使得上層工作模塊的工作電流又供下層工作模塊使用，并使電路總的工作電流小于等于所述電路規(guī)定或期望的電流消耗值。
2.如權(quán)利要求1所述的低功耗電路的實現(xiàn)方法，其特征在于，將所述上層工作模塊的工作電流和下層工作模塊的工作電流設(shè)置為相等。
3.如權(quán)利要求1所述的低功耗電路的實現(xiàn)方法，該方法還包括設(shè)置供電電路，確定提供每一層工作模塊對應(yīng)的電源電壓。
4.如權(quán)利要求3所述的低功耗電路的實現(xiàn)方法，其特征在于，該方法還包括設(shè)置電平轉(zhuǎn)換電路，使之能轉(zhuǎn)換上下層工作模塊的電平差異。
5.如權(quán)利要求1至4中任何一項所述的低功耗電路的實現(xiàn)方法，其特征在于，步驟(2)計算電路總的工作電流進一步包括比較每層工作模塊的工作電流，查找出工作模塊中最大的工作電流；所述工作模塊中最大的工作電流、所述供電電路的工作電流和電平轉(zhuǎn)換電路的工作電流相加得到電路總的工作電流。
6.一種低功耗電路，該電路包括為電路供電的供電電路，其特征在于該電路還包括，至少二層具有獨立供電電路的工作模塊，由所述電路分成，上層工作模塊的地線作為其下層工作模塊的電源線；電平轉(zhuǎn)換電路，分別連接每一層工作模塊，用于轉(zhuǎn)換上下層工作模塊的電平差異，使上下層工作模塊進行數(shù)據(jù)交互。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種低功耗電路的實現(xiàn)方法及低功耗電路，該方法包括(1)將電路分成至少兩層供電電路的工作模塊；(2)上層工作模塊的地線連接在下層工作模塊的電源線，使得上層工作模塊的工作電流又供下層工作模塊使用；并使得電路總的工作電流小于等于電路所規(guī)定或期望的消耗電流。該低功耗電路除了包括供電電路外，還包括若干層工作模塊和電平轉(zhuǎn)換電路。采用上述電路或方法，大大降低了電路的功耗。當每一層的工作模塊的工作電流相等時，能達到整個電路功耗是采用現(xiàn)有設(shè)計方法的幾分之一。
文檔編號H01L21/70GK1599053SQ0315698
公開日2005年3月23日 申請日期2003年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月17日
發(fā)明者吳忠, 壽淼鈞, 金建祥, 陳健 申請人:浙江中控技術(shù)股份有限公司