本申請要求于2014年7月11日提交的美國專利申請序列號14/329,790的權(quán)益，該申請通過引用整體納入于此。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及功率管理，并且尤其涉及具有基于電池電壓的動態(tài)睡眠模式的設(shè)備。

技術(shù)背景

因為在使用由電池供電的設(shè)備期間電池電荷耗盡，所以對應(yīng)的電池電壓降低。在某一時刻，隨著電池被放電，電池電壓變得不可接受地低，以使得該設(shè)備掉電。例如，如果電池電壓下降到諸如3.5V之類的軟件截止閾值電壓以下，則手持機通常會掉電。隨后該設(shè)備不可用，直至電池被重新充電。因為消費者需求延長的使用時間，所以期望盡可能長時間地延遲設(shè)備的關(guān)閉。

在移動設(shè)備內(nèi)，電池可以向提供對應(yīng)功率域的眾多不同的電源軌進行供電。每個電源軌由對應(yīng)的功率調(diào)節(jié)器(諸如低壓差調(diào)節(jié)器)提供電源。設(shè)備通常包括電源管理集成電路(PMIC)，以管理用于各種電源軌的功率調(diào)節(jié)器。為了延長電池壽命，在設(shè)備處于待機或睡眠模式時，PMIC通常使各種各樣的電源軌掉電。例如，在未使用時，移動電話主要處于空閑待機(睡眠)模式。移動電話將隨后根據(jù)其不連續(xù)接收(DRX)循環(huán)而周期性地蘇醒以檢查消息或者呼叫。在處于睡眠模式時，不必要的電源軌通常被掉電以延長電池壽命。如果取而代之在睡眠模式期間電源軌被提供電源，則耦合至該電源軌的晶體管和其他設(shè)備將傳導(dǎo)使電池不必要地放電的泄漏電流。

盡管現(xiàn)代電源管理技術(shù)增加了操作時間，但是本領(lǐng)域中仍然存在對于附加的電池壽命的需要。

概述

提供了具有睡眠操作模式和活躍操作模式兩者的設(shè)備。在睡眠模式中，取決于與動態(tài)睡眠閾值電壓相比的電池電壓來不同地控制設(shè)備的電源軌。如果電池電壓超過動態(tài)睡眠閾值電壓，則用于電源軌的功率調(diào)節(jié)器在睡眠模式期間被關(guān)閉，以使得電源軌的電壓塌陷(電源變?yōu)榻拥?。相反地，如果電池電壓小于動態(tài)睡眠閾值電壓，則功率調(diào)節(jié)器在睡眠模式期間為電源軌提供電源。盡管維持電源軌電壓而不管電池接近耗盡是反直觀的，但是在睡眠模式期間，從來自經(jīng)提供電源的電源軌的泄漏電流得到的功率損失通過關(guān)于電池的軟件截止閾值電壓的延長的設(shè)備操作壽命來掩蓋。就此而言，如果電池電壓下降到低于軟件截止閾值電壓，則設(shè)備關(guān)閉以保護設(shè)備不受來自降低的電池電壓的故障或損害是常規(guī)的。但是如果電池電壓已經(jīng)下降到低于動態(tài)睡眠閾值電壓，則通過在睡眠模式期間為電源軌提供電源以維持供電電壓來關(guān)于常規(guī)操作為本文公開的設(shè)備延遲這一關(guān)閉。

在睡眠模式期間，如果電池電壓低于動態(tài)睡眠閾值電壓，則電源軌被提供電源到至少足夠用于低電壓操作模式的電壓，諸如足夠維持諸如SRAM存儲器狀態(tài)之類的狀態(tài)的電壓。由于電源軌上的預(yù)先存在的電壓，所以電池將不必提供在設(shè)備從睡眠模式轉(zhuǎn)變到活躍模式時在從電源軌的塌陷狀態(tài)向電源軌提供電源之際原本將發(fā)生的電流浪涌(涌入電流)。正是此電流浪涌將常規(guī)地使電池電壓拉到低于軟件截止閾值電壓，隨后觸發(fā)設(shè)備的關(guān)閉，而不管在電池中剩余用于繼續(xù)操作的足夠電荷。本文中所公開的動態(tài)電源管理技術(shù)有利地利用了這一剩余電荷以獲得延長的設(shè)備操作時間。

可通過下述詳細描述更好地領(lǐng)會這些以及其他有利特征。

附圖簡述

圖1是根據(jù)本公開的一實施例的配置成執(zhí)行電源管理技術(shù)的示例電子系統(tǒng)的框圖。

圖2A解說了關(guān)于常規(guī)的從睡眠模式恢復(fù)的電池電壓、截止閾值電壓、以及電池電流。

圖2B解說了常規(guī)移動設(shè)備電池的電池電壓對照電荷余量。

圖2C解說了根據(jù)本公開的一實施例的關(guān)于從動態(tài)睡眠模式恢復(fù)的電池電壓、截止閾值電壓、以及電池電流。

圖3A解說了關(guān)于從常規(guī)的睡眠模式恢復(fù)的電池電壓、軌電壓、降壓電感器電流、以及電池電流。

圖3B解說了根據(jù)本公開的一實施例的關(guān)于動態(tài)電壓步進器速率從睡眠模式恢復(fù)的電池電壓、軌電壓、降壓電感器電流、以及電池電流。

圖4是根據(jù)本公開的一實施例的示例操作方法的流程圖。

本公開的各實施例及其優(yōu)勢通過參考以下詳細描述而被最好地理解。應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會，在一個或多個附圖中，相同的參考標記被用來標識相同的元件。

詳細描述

公開了電源管理技術(shù)，該電源管理技術(shù)使由電池供電的設(shè)備的操作時間延長而無需對現(xiàn)有電池進行任何改變。在此電源管理技術(shù)中，電源軌是關(guān)于動態(tài)睡眠閾值電壓來管理的。此技術(shù)被應(yīng)用于包括集成電路(諸如片上系統(tǒng)(SOC))的設(shè)備，該設(shè)備具有可在對應(yīng)的睡眠模式中被獨立地掉電的一個或多個功率域。每個功率域可對應(yīng)于其自己的功率調(diào)節(jié)器，諸如為該功率域的一個或多個電壓軌供電的線性壓差調(diào)節(jié)器(LDO)。如本文定義的，術(shù)語“電源軌”和“電壓軌”可以被可互換地使用。如果包括要轉(zhuǎn)變到睡眠模式中的功率域的設(shè)備的電池電壓高于動態(tài)睡眠閾值電壓，則可以關(guān)閉對應(yīng)的功率調(diào)節(jié)器，以使得用于功率域的電源軌在睡眠模式期間塌陷。相反，如果電池電壓低于動態(tài)睡眠閾值電壓，則用于轉(zhuǎn)變到睡眠模式中的功率域的功率調(diào)節(jié)器繼續(xù)在電源軌上維持至少一降低的電壓。例如，該降低的電壓可足夠在睡眠模式期間維持功率域中的存儲器的狀態(tài)。由此睡眠模式是動態(tài)的，因為如果電池電壓高于動態(tài)睡眠閾值電壓，則睡眠模式中的電源軌是塌陷的，并且如果電池電壓低于動態(tài)睡眠閾值電壓，則睡眠模式中的電源軌是非塌陷的。

此外，本文中公開的電源管理技術(shù)中的一些功率調(diào)節(jié)器可被允許使它們的電源軌塌陷，但是如果電池電壓低于動態(tài)睡眠閾值電壓，則關(guān)于在從睡眠模式轉(zhuǎn)變回到活躍模式中時對他們的電源軌供電使用較慢的電壓步進速率。相反，如果電池電壓高于動態(tài)睡眠閾值電壓，則在從睡眠操作模式轉(zhuǎn)變到活躍操作模式時，可以使用較快的電壓步進速率以推升對應(yīng)的電源軌上的供電電壓。

在圖1中示出被配置成實踐本文中公開的電源管理技術(shù)的實施例的示例系統(tǒng)100。系統(tǒng)100中的SOC 110包括多個獨立的功率域，每個功率域由至少一個對應(yīng)的電源軌121供電。電源管理集成電路(PMIC)101管理各種電源軌121的電壓和電源定序。為了提供此電源管理，PMIC 101包括被配置成管理期望的電源定序和電壓電平的邏輯電路125。PMIC 101不僅管理SOC 110中的功率域，還可管理數(shù)個外圍設(shè)備(未解說)(諸如顯示器、揚聲器驅(qū)動器、USB接口等)的功率。為了調(diào)節(jié)電源軌121以及外圍設(shè)備的功率，PMIC 101可包括對應(yīng)的低壓差(LDO)調(diào)節(jié)器120以及開關(guān)功率調(diào)節(jié)器(諸如降壓調(diào)節(jié)器115)。調(diào)節(jié)器120和115從電池105獲得它們的功率。邏輯電路125關(guān)于動態(tài)睡眠閾值電壓來監(jiān)視電池105的電池電壓。此動態(tài)睡眠閾值電壓確定由邏輯電路125實現(xiàn)的睡眠模式的動態(tài)本質(zhì)。在一個實施例中，如果SOC 110中的功率域要被轉(zhuǎn)變到睡眠模式中并且電池電壓超過動態(tài)睡眠閾值電壓，則邏輯電路125可關(guān)閉對應(yīng)的LDO調(diào)節(jié)器120，以使得其電源軌121上的電壓塌陷(放電至接地)。但是如果電池電壓小于動態(tài)睡眠閾值電壓，則邏輯電路125將對應(yīng)的LDO調(diào)節(jié)器120至少維持在低電壓模式中，以保持其電源軌121被提供電源以便攜帶供電電壓。

在一個實施例中，PMIC 101可被認為包括用于管理第一電源軌的裝置，以使得在為SOC供電的電池的電池電壓大于動態(tài)睡眠閾值電壓時，在SOC的睡眠模式期間第一電源軌是塌陷的，并且使得在電池電壓小于動態(tài)睡眠閾值電壓時，在SOC的睡眠模式期間第一電源軌被提供電源。如本文中所使用的，電壓軌在其電壓由功率調(diào)節(jié)器維持在供電電壓電平時被認為是“被提供電源的(sourced)”。

使用動態(tài)睡眠閾值電壓的優(yōu)點可以參照圖2A來更好的領(lǐng)會，圖2A解說了從常規(guī)睡眠模式轉(zhuǎn)變所涉及的電流和電壓。在模式轉(zhuǎn)變之前的電池電壓200高于可以由軟件或者由硬件確定的截止閾值電壓205。如果對應(yīng)的PMIC確定電池電壓200小于截止閾值電壓205，則其關(guān)閉用于為到SOC或者ASIC的電源軌供電的功率調(diào)節(jié)器以防止SOC或者ASIC中的任何損壞或者故障。在從睡眠模式轉(zhuǎn)變之前，電池電流210是可忽略的(例如，1毫安)。在約4毫秒左右，大的尖峰在電池電流210中是明顯的，這是在對應(yīng)的電源軌從其塌陷狀態(tài)被提供電源(電壓增大到供電電壓電平)時被標示為涌入電流的現(xiàn)象。此種涌入電流在電池電荷耗盡時是有問題的。具體而言，如圖2B示出的，隨著電池中剩余電荷的百分比減少，電池電壓200下降。同時，電池的內(nèi)部電阻也上升。由此存在區(qū)劃201，其中電池電壓200中的經(jīng)涌入電流引起的下陷可觸發(fā)對應(yīng)設(shè)備的經(jīng)軟件控制的關(guān)閉。此類關(guān)閉在較低溫度下由于電池的內(nèi)部電阻的對應(yīng)增大將被更頻繁地觸發(fā)。無論溫度如何，如果電池電壓200下沉到低于截止閾值電壓205，則對應(yīng)的設(shè)備將隨后發(fā)生關(guān)閉。再次參照圖2A，作為由于內(nèi)部電池電阻乘以經(jīng)涌入電流增大的電池電流210的歐姆電壓降的結(jié)果，在電池電壓200的點A處發(fā)生此類關(guān)閉。但是如圖2B的區(qū)劃201中示出的，盡管有經(jīng)軟件控制的關(guān)閉，但是仍然有一部分(例如，2％)的可用電荷留在電池中。

通過動態(tài)地變更睡眠模式，所公開的電源管理技術(shù)有利地利用由于截止閾值電壓問題而常規(guī)地不可用的剩余電池電荷部分。在圖2C中示出對于從動態(tài)睡眠模式蘇醒而言所得到的電池電流215。在此動態(tài)睡眠模式中，如果電池電壓200高于動態(tài)睡眠閾值電壓(在此實施例中是3.5V)，則對應(yīng)的電壓軌將塌陷。因為電池電壓200下降到低于動態(tài)睡眠閾值，所以對應(yīng)的電壓軌沒有塌陷，而是取而代之由對應(yīng)的LDO調(diào)節(jié)器維持在低電壓模式中。由此當(dāng)睡眠模式轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S或蘇醒模式時，不存在涌入電流。電池電壓200隨后保持大于截止閾值電壓205(在一個實施例中等于3.5V)，以使得該設(shè)備從未關(guān)閉而是取而代之可繼續(xù)操作。

如以上關(guān)于圖2B的區(qū)劃201所討論的，除了在常規(guī)睡眠模式中將被放電的電池電荷之外，一般僅存在數(shù)個百分比的總體電池電荷隨后可以被利用。但是此類相對較小部分的總體可用電池電荷實際上相當(dāng)有意義。例如，常規(guī)的蜂窩電話電池可具有在2000到3100毫安小時(mAh)的范圍內(nèi)的總體電荷存儲。兩個百分比的此類總體電荷存儲等于約40到62mAh的電荷以供附加的電池壽命。睡眠模式功率使用通常為1.4到2.5mAh，從而使得該額外的2％隨后提供29到25小時的額外空閑待機時間。將此電荷轉(zhuǎn)換成更加實用的術(shù)語：計及正常使用模式的移動電話的平均使用天數(shù)(DoU)的電流大約是40到50mA。本文中所公開的電荷節(jié)省技術(shù)由此提供另外的1.1到1.2小時的正常使用(與僅僅將電話留在待機模式中而不使用它相反)。這是電池壽命的顯著增加，而無需對電池進行任何改變。就此而言，通過增大電池的大小來增加電池壽命是相對直截了當(dāng)?shù)奶嶙h。但是這種大小增大隨后違背了緊湊型設(shè)備占用面積。本文中所公開的電源管理技術(shù)為使用者有效地提供較大的電池，而無需電池大小或成本的任何實際增大。

動態(tài)睡眠模式是反直觀的，因為將預(yù)期：隨著電池電荷減少，電源軌的塌陷甚至將更加強有力地被實施。當(dāng)電源軌塌陷時，可能不存在來自此類電源軌的泄漏電流，并且由此電池上不存在消耗。相反，如果在睡眠模式中甚至在降低的電壓狀態(tài)中維持電源軌，則將存在一些泄漏電流損失。但是這一損失是可接受的，因為它是由如以上討論地實現(xiàn)的增加的正常使用小時數(shù)來主導(dǎo)的。注意，無論動態(tài)睡眠模式的實現(xiàn)如何，一些電源軌仍可以是塌陷的。例如，可假定用戶隨著電池電荷變得減弱而知悉電池電荷的不穩(wěn)定狀態(tài)，因為對于移動設(shè)備而言包括剩余電池壽命的顯示是常規(guī)的。由此，用戶將在此類時間不具有使用高功耗的操作模式(諸如通過揚聲器來播放音樂或者視頻游戲)的期望。對應(yīng)于用于驅(qū)動這些可任選的操作模式的電路系統(tǒng)的電源軌可以是塌陷的，即使電池電壓已經(jīng)減小到低于動態(tài)電壓閾值。相反，諸如語音呼叫之類的基礎(chǔ)功能所涉及的電路系統(tǒng)的電源軌在睡眠模式期間被維持在低電壓狀態(tài)中。替換地，這些電源軌可被維持在高于用于低電壓狀態(tài)的電壓的活躍電壓處。

除了動態(tài)睡眠模式之外，可以控制功率調(diào)節(jié)器以實現(xiàn)它們的對應(yīng)電源軌的動態(tài)電壓步進或者斜升。在電池電壓大于動態(tài)睡眠閾值電壓時，對于從睡眠模式蘇醒而言，可以控制功率調(diào)節(jié)器以按正常速率來步進其電源軌上的電壓。例如，當(dāng)電池電壓315大于動態(tài)睡眠閾值電壓時，在對應(yīng)功率域從動態(tài)睡眠模式蘇醒期間，圖3A中示出的電源軌電壓300以正常速率斜升。電源軌電壓300的這種相對較快的步進在對應(yīng)的功率調(diào)節(jié)器的降壓電感器電流305中產(chǎn)生對應(yīng)的大尖峰。由于降壓電感器電流305中的尖峰，所以電池電流310顯著地增大。由于電池的內(nèi)部電阻，電池電壓315相應(yīng)地由于電池電流310的增大而下降。相反，對于在電池電壓320小于動態(tài)睡眠閾值時從睡眠模式蘇醒的電源軌電壓330，圖3B中示出較低的電壓步進速率。由于較低的電壓步進速率，所以與圖3A的降壓電感器電流305相比，降壓電感器電流335具有顯著較低的電流增大。由此電池電流325具有非常緩和的增大，以使得無論電池的內(nèi)部電阻如何，電池電壓320在電源軌電壓330的斜升期間具有對應(yīng)的較小下陷。在一個實施例中，較快的電壓步進速率可以是每微秒40毫伏，而較慢的電壓步進速率可以是每微秒5毫伏。將領(lǐng)會，如果這些非必要的電源軌在設(shè)備的后續(xù)蘇醒期間變得必要，則在電池電壓下陷到低于動態(tài)睡眠閾值電壓時，可以將電壓步進速率的這種減慢應(yīng)用于塌陷的非必要的電源軌。例如，用戶可能需要在語音呼叫期間短暫地進行web瀏覽。如先前所討論的，用于語音呼叫功能的電源軌沒有塌陷?？呻S后以降低的步進速率來使非必要的電源軌上電，以防止當(dāng)電池電壓低于動態(tài)睡眠閾值電壓時經(jīng)軟件控制的關(guān)閉?，F(xiàn)在將討論一種用于使用動態(tài)睡眠閾值電壓的電源管理技術(shù)的操作方法。

圖4是一種示例操作方法的流程圖。該方法可以由圖1的PMIC 101中的邏輯電路125來管理，以用于諸如SOC 110之類的設(shè)備及其電源軌121。動作400響應(yīng)于設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)樗卟僮髂Ｊ剑⑶野ㄔ跒榈谝还β收{(diào)節(jié)器供電的電池的電池電壓大于動態(tài)睡眠閾值電壓時，關(guān)閉該設(shè)備的第一電壓軌的第一功率調(diào)節(jié)器。動作400的示例是關(guān)閉LDO 120，該LDO 120在電池電壓大于動態(tài)睡眠閾值電壓時為圖1的SOC 110的對應(yīng)電源軌121提供電源。動作405響應(yīng)于設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)樗卟僮髂Ｊ?，并且包括在電池電壓小于動態(tài)睡眠閾值電壓時，驅(qū)動第一功率調(diào)節(jié)器為第一電壓軌提供電源。這種通電狀態(tài)可包括將電壓軌提供至諸如在存儲器的讀取和寫入期間使用的活躍電壓，或者替代地將電壓軌提供至諸如在空閑保留操作模式中使用的降低的電壓。當(dāng)SOC 110處于睡眠模式時并且當(dāng)電池電壓小于動態(tài)睡眠閾值電壓時，LDO 120保持其對應(yīng)的電源軌121被提供電源的操作是動作405的示例。

如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員至此將領(lǐng)會的并取決于手頭的具體應(yīng)用，可以在本公開的設(shè)備的材料、裝置、配置和使用方法上做出許多修改、替換和變動而不會脫離本公開的精神和范圍。有鑒于此，本公開的范圍不應(yīng)當(dāng)被限定于本文中所解說和描述的特定實施例(因為其僅是作為本公開的一些示例)，而應(yīng)當(dāng)與所附權(quán)利要求及其功能等同方案完全相當(dāng)。