CN105379040B - 用于确定电源的时变限制的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于适应于电源的时变限制的低功耗的方法及装置，所述电源例如是当发动机处于关闭时处于更多受限状态的车辆电源等。使用不受时钟约束的低功耗的具有模拟部和电压比较器的第一级对供给电压的变化进行监测。一旦检测出反映可能的电源状态变化的电压变化，所述第一级就产生中断。响应于此，第二级从低功耗的备用模式转换至更高功耗的激活模式。第二级可以包括微处理器并且被配置用来确认或否认状态变化。一旦确认，就触发进一步的操作。一旦否认，所述第二级就返回至备用模式。所述第一级可以包括运算放大器，其两个输入端反映于供给电压，一个输入端与另一个输入端相比具有对电压变化的不同的响应速率。

Description

用于确定电源的时变限制的方法及装置

技术领域

本发明一般而言涉及能量管理，特别地涉及适应于电源的时变限制的电子***，更加特别地，涉及当电子***的电源的限制放宽松时通过将电子模块从备用模式唤醒来适应于电源的时变限制。

背景技术

电子产品日益被提供用来安装在车辆上。通常，这样的产品从车辆的电气***获取电力且因此产品操作取决于车辆将能量提供给产品的能力。与发动机不工作时相比，当车辆的发动机工作时交流发电机在显著更少的限制下提供电力。而当发动机不工作时凭借车辆的蓄电池提供电力，这显然受到更多限制(例如，限制在于：蓄电池提供的存储能量小于作为燃料而被存储并且通过车辆的发动机和交流发电机的操作而可用作电能的能量)。因此，能够使由车辆的电气***提供电源的产品切换至低功耗模式从而避免当发动机不工作时车辆的蓄电池过早地放电。

为了实现这样的功能，可以设置装置来监测蓄电池电压以推断车辆的发动机状态。例如，当车辆发动机不工作时，蓄电池电压可以落入例如约12V的第一范围内。当车辆发动机工作时，蓄电池电压可以落入例如约14V的第二范围内。根据车辆类型和蓄电池老化，蓄电池绝对电压可能在上述值附近显著变化。

注意，对电力***的监测也需要电力，因此期望监测操作也应该消耗少量的电力以使它们自身不使蓄电池过早地放电。一个解决方案是基于如下的双处理器架构。当车辆的发动机不工作时，主处理器无效或待机，且由第二低功耗数字微处理器管理车辆的电力***监测。例如经由模拟数字转换器(ADC)以足够的速率对电力***的电压进行采样，如果检测出车辆的发动机启动，那么低能耗处理器唤醒主处理器。然而，该方案带来额外处理器的费用，并且为了在备用期间操作ADC和低能耗处理器仍然需要大量的电力。

因此，需要一种不受现有技术的一种或多种限制的影响的适应于电源的限制的方法及装置。

提供背景信息的目的是使申请人相信已知的信息具有与本发明的可能的相关性。不意味着一定承认任何前述信息构成本发明的现有技术，也不应当认为任何前述信息构成本发明的现有技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种促进适应于电源(例如车辆电源等)的时变限制的方法及装置。根据本发明的一个方面，提供了一种用于适应于电源的时变限制的装置，所述装置包括第一级电路，所述第一级电路包括：输入端子，用于以能够操作的方式连接至由所述电源提供的供给电压；模拟电子部，被配置用于并发地产生表示所述供给电压的第一中间信号和表示所述供给电压的第二中间信号，其中，所述第一中间信号以第一速率响应于所述供给电压的变化且所述第二中间信号以第二速率响应于所述供给电压的变化，所述第二速率不同于所述第一速率；比较部，被配置用于将所述第一中间信号与所述第二中间信号进行比较并且一旦至少检测出所述第一中间信号与所述第二中间信号之间的预定差别就输出变化检测信号，所述差别表明所述电源的限制的可能变化；输出，被配置用于提供表示所述变化检测信号的输出信号，所述输出信号能够用来响应于所述电源的限制的所述可能变化而进一步操作电路。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于适应于电源的时变限制的装置，所述装置包括：第一级电路，所述第一级电路是至少部分模拟的，所述第一级电路被配置用于监测所述电源的供给电压并且响应于监测到的所述供给电压的预定量的变化而产生中断信号，所述变化表明所述电源的限制的可能变化；第二级电路，其能够以低功耗的备用模式和高功耗的激活模式操作，所述第二级电路被配置用来响应于所述中断信号进行以下操作：从所述备用模式切换至所述激活模式；当处于所述激活模式时监测所述供给电压；当处于所述激活模式时确认或否认所述电源的限制的所述可能变化；一旦确认所述限制的所述可能变化就触发进一步的电子操作；且一旦否认所述限制的所述可能变化就返回至所述低功耗耗的备用模式。

根据本发明的另一个方面，提供了一种促进适应于电源的时变限制的方法，所述方法包括：接收由所述电源提供的供给电压；使用模拟电子部并发地产生表示所述供给电压的第一中间信号和表示所述供给电压的第二中间信号，其中，所述第一中间信号以第一速率响应于所述供给电压的变化且所述第二中间信号以第二速率响应于所述供给电压的变化，所述第二速率不同于所述第一速率；使用比较电子部将所述第一中间信号与所述第二中间信号进行比较并且一旦至少检测出所述第一中间信号与所述第二中间信号之间的预定差别就提供变化检测信号，所述差别表明所述电源的限制的可能变化；提供表示所述变化检测信号的输出信号，所述输出信号能够用来响应于所述电源的限制的所述可能变化而进一步操作电路。

根据本发明的另一个方面，提供了一种促进适应于电源的时变限制的方法，所述方法包括：监测所述电源的供给电压并且响应于监测到的所述供给电压的预定量的变化而产生中断信号，所述变化表明所述电源的限制的可能变化，其中，使用被配置为至少部分模拟的电路进行所述监测和所述产生；响应于所述中断信号的产生进行以下操作：将第二级电路从备用模式切换至激活模式；当处于所述激活模式时使用所述第二级电路监测所述供给电压；当处于所述激活模式时使用所述第二级电路确认或否认所述电源的限制的所述可能变化；一旦确认所述限制的所述可能变化就触发进一步的电子操作；且一旦否认所述限制的所述可能变化就使所述第二级电路返回至低功耗的所述备用模式。

附图说明

在下面参照附图的详细说明中，本发明的上述这些以及其它特征将变得更加显然。

图1图示了根据本发明实施例的用于监测电源的两级构架。

图2图示了根据本发明实施例的用于检测电源供给电压的变化的低功耗电路的框图。

图3图示了根据本发明实施例的用于检测正电源供给电压的正变化的低功耗电路的一部分。

图4A和4B图示了根据本发明实施例的用于检测电源供给电压的变化的低功耗电路。

图5图示了根据本发明实施例而设置的第二级电路。

图6图示了根据本发明实施例的用于适应于电源的时变限制的方法。

图7A和7B图示了根据本发明实施例的用于检测电源供给电压的变化的另一低功耗电路。

图8图示了根据本发明实施例的与用于检测车辆电源供给电压的变化的电路的操作相对应的信号电平。

图9图示了车辆，其包括根据本发明的实施例而设置的装置。

具体实施方式

定义

如本文中使用的，术语“约”指的是标称值的+/-10％变化。应理解，这样的变化通常被包含在本文中所提供的给定值内，无论是否具体指出。

除非另有定义，本文中使用的所有技术和科学术语具有的含义与本发明所属技术领域的普通技术人员所普遍理解的含义相同。

本发明提供一种这样的方法及装置：通过监测电源并且当对电源的限制放宽松时将电子模块从低功耗模式或备用模式唤醒，以适应于电源的限制。电源能够通过在限制之间突然切换来在不同时间表现出不同限制。作为特例，电源可以是车辆电源，该电源在车辆发动机不工作并且电源依赖于蓄电池时处于更多受限状态(more limited state)，且该电源在车辆发动机工作并且电源由交流发电机或其它类似电源馈送时处于更少受限状态(less limited state)。电源限制可以与当前可用作电能的存储能量的量相对应。额外地或可替代地，电源限制可以与诸如供给电压电平、可用电流和可用电力等其它限制相对应。

本发明通过当电源处于其更多受限状态时使电子产品进入低功耗的“备用”模式来有助于降低耗电。备用模式可以对应于睡眠模式。在备用模式下各种电子组件可以断电或以低功耗操作。在一些实施例中，为了省电，在备用模式下降低为各种电子产品提供时钟信号的时钟频率。此外，本发明以比至少一些其它现有技术方案消耗更少电力(例如，平均电力)或消耗更少能量或消耗更少的电力和能量的方式促进电源的监测。

为了检测状态的变化，本发明的实施例部分地包括对电源的电压变化的监测而不是对电压电平的监测。对电压变化的监测而不是对电压电平的监测使得能够采用相对简单和低功耗的监测电路。此外，对电压变化的监测使得能够与诸如蓄电池退化、电力***老化、温度和可能影响操作电压电平的其它因素等因素独立地进行充分的监测。

在一些实施例中，本发明提供了平均耗电小于约5mA的监测方案。在一些实施例中，本发明提供了平均耗电小于约3mA的监测方案。在一些实施例中，本发明提供了平均耗电约2.5mA的监测方案。这样的能耗水平的部分原因可能是由于两级架构的使用，其中，第一级与第二级相比平均来说消耗更少的电能，且第二级在大部分时间是断电的。在一些实施例中，第一级基本上总是操作的且消耗约120微安的电能。第二级在处于激活状态时可以消耗显著更高的电能(例如在20mA与40mA之间)，但是可以被配置为相对很少地在激活状态下操作，即，具有低占空比，以使总的平均耗电低。第二级在处于其非活动状态时将消耗明显更少的电能。第一级可以被配置为仅在需要第二级来验证可能的供电状态转换的时候使第二级转换至激活状态。

图1图示了根据本发明实施例的用于监测电源110的两级架构。第一级120以能够操作的方式连接至电源110且监测它的电压。第一级包括相对低功耗的监测电路，该电路与由时钟电路驱动的微处理器或其它数字组件独立地操作。第二级130以能够操作的方式连接至电源110且监测它的电压，并且还以能够操作的方式连接至第一级120以接收来自第一级120的中断信号(interrupt signal)115。第二级可以包括相对高功耗的监测电路，该电路可以包括微处理器和ADC等组件。

尽管这里使用术语“中断(interrupt)”，但是经收所述中断的电子产品可能处于备用状态或睡眠模式，且因此，正被中断的操作可以是备用或睡眠操作本身。因此，在一些实施例中，中断信号反而可以被认为是唤醒信号。

第一级120被配置用来监测电源110，且响应于检测到下述电源状况而产生中断115：所述电源状况表明电源可能已经从更多受限状态转换到更少受限状态。例如，第一级120可以响应于电源电压的预定变化而产生中断115。所述预定变化可以是电压的正变化或电压的负变化，且可以是暂时的或永久的。在一些实施例中，中断信号是电压变化，例如从第一电压电平变化至第二电压电平，第二电压电平可以低于或高于第一电压电平。在一些实施例中，中断信号是脉冲电压变化。额外地或可替代地，在各种实施例中，中断信号可以对应于其它电特性的变化，例如阻抗变化、电流变化、脉冲序列频率或脉冲宽度变化或诸如此类的变化。

因为第一级120以低功耗操作，所以它有助于电力***监测且同时给电力***的负担小。然而，它可能不如高能耗方案可靠且因此可能在不存在电源转换时错误地检测出电源转换。为了缓解这样的问题，还可以设置第二级130。

第二级130在低功耗的备用状态下操作直至它接收到中断信号115。在备用状态下，第二级不监测电源并且除了接收和响应中断信号所必需的组件以外，各种组件可以被断电。第二级被配置为响应于接收到中断信号而加电且监测电源。对电源的检测可以包括：例如使用ADC获得且数字化电源电压电平的数个样本，随后例如使用微处理器分析样本。第二级被配置为对电源是否已经从更多受限状态转换至更少受限状态作出自己的判断。由第二级作出的判断可以更加可靠。额外地或可替代地，提高的可靠性可以源于第二级对转换的独立确认。一旦第二级130判定电源已经转换，就可以进行进一步的操作，例如给电子模块的剩余部分加电且进行其它相关联的操作。一旦第二级130判定电源还没有转换(因此第一级错误地检测出了这样的转换)，第二级就可以断电且等待后续的中断。

在一些实施例中，送至第二级130的中断115起到唤醒整个电子模块(例如无线调制解调器等)的作用。在其它实施例中，送至第二级130的中断115起到唤醒第二级监测功能的作用。然后，第二级130判断是唤醒电子模块的剩余部分还是在不唤醒电子模块的剩余部分的情况下返回低功耗模式。

在各种实施例中，本发明还可以被构造为例如在第一级、第二级或第一级和第二级处对电源是否已经从更少受限状态逆转换至更多受限状态作出判断。可以通过与本文别处所述类似的方式进行这样的判断。然而，当电源处于更少受限状态时，低能耗监测可能不那么重要，且因此在一些实施例中可以在没有第一级的情况下使用第二级。

第一级

图2图示了根据本发明实施例的用于检测电源供给电压的变化的低功耗电路的框图。电路包括供给电压变化检测器220和可选的输入模块210，输入模块210被配置用来作为滤波器、缓冲器、信号调节器或它们的组合而操作。输入模块将代表供给电压的信号提供至供给电压变化检测器。例如通过与电源供给线的正和负电压端子的连接，输入模块210可以直接连接至电源。在一些实施例中，一个端子可以接地。输入模块210可以被配置为例如通过提供可能在一个或多个特性上受到调整的表明供给电压的输出信号，来对供给电压进行滤波或其它方式的调节。在一些实施例中，例如为了呈现用于连接至电源的高阻抗输入，输入模块210可以被配置为起到缓冲器的作用。供给电压变化检测器220监测电源供给电压或输入模块输出，并且当电源供给电压的变化的特性超过预定的阈值水平时产生表明这样的变化的信号。供给电压变化检测器220可以被配置为响应于正供给电压变化、负供给电压变化或这两者。

图3图示了根据本发明实施例的用于检测正电源供给电压的正变化的低功耗电路的一部分。所述电路在节点310处以能够操作的方式连接至电源以检测电压V(in)。该连接可以是直接的或间接的。对于间接连接，在电源电压供给与所述电路之间可以设置有缓冲器、滤波器或灵敏度和转换速率(slew rate)调整电路等。设置有电阻分压网络315和电路320这两个支路，电阻分压网络315以能够操作的方式连接至放大器325(例如运算放大器等)的非反相输入端326，且电路320具有串联电阻器和并联的接地电容器且以能够操作的方式连接至放大器325的反相输入端327。放大器提供输出电压330，其可以用于生成表明电压V(in)的变化的中断信号。

上述电路的简化的、概念性的操作如下。当V(in)基本上是恒定的且正的时候，电容器表现为开路且输入端327处的电压基本上等于V(in)。由于分压网络315的操作，输入端326处的电压低于V(in)。因此，放大器输出电压330进入它的低态(low state)，例如，接地(假设充分高的增益放大器)。如果输入电压V(in)充分地且足够快地上升，那么输入端326处的电压也以几乎同样的速率上升。然而，由于接地的电容器，输入端327处的电压以较低的速率上升，因此对于V(in)的充分变化，输入端326处的电压可能暂时高于输入端327处的电压。在这种情况下，放大器输出电压330进入它的高态(high state)，例如，如果馈送自+3V供给电压，那么为+3V。因此，输出电压成为高电平脉冲以表明电压源供给电压的变化，且该脉冲可以用来驱动中断。可选地，可以使用锁存电路至少暂时锁存该脉冲。放大器325在其输入端326和327处响应于并发的电压电平。

更加一般地，本发明的实施例提供了比较电路，所述比较电路被配置用来产生第一信号和第二信号，所述第一信号表明输入电压，所述第二信号表明时间阻滞或延迟版本的所述输入电压。可以通过设置将被充电的电容器来产生第二信号，由于电容器的充电时间而阻滞了输入电压的变化。比较电路将第一信号与第二信号进行比较，如果检测出足够的差别，那么比较电路输出表明已经发生了足够的电压变化的信号。

在一些实施例中，分压网络315的接地电阻器可以具有相对高的电阻，以此不消耗大量的静态电流。在一些实施例中，输入电压可以被缓冲以使仅少量的电流流动。

通过切换放大器325的反相输入端327和非反相输入端326，即，使分压网络315连接至反相输入端327且电路320连接至非反相输入端326，图3的电路可以适于检测正电源供给电压的负变化。该电路的操作类似于图示电路的操作。

在一些实施例中，用于检测电源供给电压的正变化的电路可以与用于检测电源供给电压的负变化的电路并联地设置，从而提供检测正变化和负变化中任一者的电路。

在各种实施例中，本文中使用的放大器(诸如放大器325和由标准三角形符号标示的其它放大器(例如图4A和4B中描绘的那些放大器))可以是通常表现出高增益和高输入阻抗的运算放大器。可替代地，可以使用其它的放大器构造，例如差分放大器、长尾对或仪表放大器等。在各种实施例中，期望的是放大器具有诸如高输入阻抗、低静态电流消耗和充分的响应度等合适的特性。为了理解本发明的操作原理，这样的放大器可以被认为是理想的运算放大器，然而本领域技术人员能够容易地理解非理想的放大器的实际实施细节和选择。

图4A和4B图示了根据本发明实施例的用于检测电源供给电压的变化的低功耗电路。该电路将如相对于图3所述的正脉冲检测电路410与互补且类似的负脉冲检测电路420并联地合并。正和负脉冲检测电路的输出经由包括一对晶体管432、434的输出级430连接在一起，这对晶体管432、434被构造用来作为用于控制共同输出436的开关而进行操作。输出436可以用作如本文中别处所述的中断信号。

脉冲检测电路410和420输入侧的各种电阻器和电容器的值可以选择用来提供期望的脉冲检测行为。脉冲检测电路410中对放大器的非反相输入端进行馈送的一对电阻器412的电阻值可以被构造用来提供该脉冲检测电路410的期望的灵敏度水平。脉冲检测电路420中对放大器的反相输入端进行馈送的一对电阻器422的电阻值可以被构造用来提供该脉冲检测电路420的期望的灵敏度水平。电阻器415的电阻值和电容器417的电容值可以被构造用来提供含有期望的时间延迟量的期望的电压参考电平，以提供至与它们连接的作为比较器而操作的两个放大器的输入端。在一些实施例中，电阻器415和电容器417可以被构造为有助于慢信号变化的滤波。

所述电路还包含灵敏度和转换速率调整电路450，其接受电源供给电压作为输入455且提供代表输入的滤波信号作为输出470。输出470被提供至脉冲检测电路410和420作为输入。至少部分地由于500千欧的电阻器452，灵敏度和转换速率调整电路450表现出高输入阻抗。灵敏度和转换速率调整电路450还接收偏置电压信号460作为输入，偏置电压信号460能够被调整以控制输出470与输入455之间的函数关系。灵敏度和转换速率调整电路450包括利用反馈的放大器457。

灵敏度和转换速率调整电路450有助于输入信号的滤波，这是为了减缓脉冲检测电路进行的错误检测。这可能包括阻尼或限制由于电源状态转换(例如，对应于车辆发动机的启动或关闭)以外的因素而出现的电压输入波动。这样的波动可能由于电活动而发生，例如负载(例如照明设备、车辆收音机或其它车辆电子产品)的接通或断开、维修活动或环境突变等。

还关于灵敏度和转换速率调整电路450，放大器457以及相关联的电路被用来对信号进行放缩且对输入电压进行滤波以例如去除不期望的波谱成分。电路450中各种电阻器和电容器的值可以被选择用来提供期望的信号增益、低通滤波器截止频率和/或低通滤波器时间常数或者高通滤波器截止频率和/或高通滤波器时间常数等。

在各种实施例中，第一级电路基本上由模拟组件而不是数字组件构成。这可以相对于上述的说明看出，其针对这样的信号成分操作：所述信号成分可以在电压方面基本上连续地变化且可以在时间上基本上连接地变化。例如，作为灵敏度和转换速率调整电路的输入和输出，送至脉冲检测电路的输入是模拟信号。例外的是，如图所示，脉冲检测电路的电压比较器以及后续的输出级电路都提供两个离散电压电平作为输出。然而，如上所示的第一级电路在不使用时钟信号或其它时序信号的情况下操作。因此，第一级电路的部分特征可以在于：它与时钟信号独立地操作(即，不受时钟约束)且因此基本上由连续时间电路构成。

在一些实施例中，图4A和4B所示的第一级电压检测电路平均消耗小于240微安。在一些实施例中，图4A和4B所示的第一级电压检测电路平均消耗约120微安。在一些实施例中且假设批量生产，图4A和4B所示的第一级电压检测电路花费小于$1.00。在一些情况下，花费可以小于约40美分。在一些情况下，花费可以约20美分。

第二级

图5图示了根据本发明实施例而设置的第二级电路。第二级电路包括微处理器510和存储器515，存储器515被构造用来保存由微处理器执行的指令。第二级电路还包括ADC电路520，ADC电路520以能够操作的方式连接至电源供给电压并且被构造用来对电源供给电压进行采样且将所述采样的数字化表示提供给微处理器510。第二级电路还包括中断输入525，中断输入525被构造为接收来自第一级的中断信号。第二级电路例如通过设置适当的软件、固件和/或硬件电路而被构造用来在一定触发条件下转换至低功耗模式，且在经由中断输入525接收到中断信号时从低功耗模式转换至高功耗模式。例如，所述中断信号可以是至少预定长度的正或负电压脉冲。在一些实施例中，电源控制电路530有助于这样的模式转换。在一些实施例中，电源控制功能至少部分地由执行存储于存储器515中的相关联指令的微处理器510执行。

在各种实施例中，微处理器510可以被构造为也进行例如与本发明支持的模块器件相关联的其它操作。例如，所述模块器件可以是车辆追踪器或与车辆集成的且由车辆电力***供电的其它器件。所述模块器件可以提供无线通信能力、用户界面能力、位置或GPS能力或监测能力等或它们的组合。因此，微处理器510可以被构造为当处于其高功耗激活模式时执行与这些功能相关联的程序指令，以及响应于中断信号525执行用于验证电源状态转换的程序指令。

通常，模块器件会消耗充分多的电量，以致期望当电源供给处于其更多受限状态时断开所述模块器件。因此，在一些实施例中，电源控制电路530或电源控制软件或固件被构造用来当电源供给处于其更多受限状态时将微处理器510和其它模块器件组件转换至低功耗备用状态，并且当电源处于其更少受限状态时将微处理器510和其它模块器件组件转换至高功耗激活状态。在一些实施例中，第二级包括器件控制模块540，器件控制模块540被构造用来产生用于使模块器件的各种组件在高功耗状态与低功耗状态之间转换的信号。在一些实施例中，器件控制模块540可以简单地以能够切换的方式将供电按线路发送至模块器件的各种组件。

本领域技术人员将容易理解，图5的第二级电路可以以数种方式变化。例如，上述各种组件中的一些或全部可以由微控制器实施。ADC可以是现成的ADC或可以是被构造用来将模拟电压电平转换成表明相同的且微处理器可用的信号的其它电路。

在一些实施例中，一旦经由中断输入525接收到中断信号，第二级就退出备用模式且通过使用ADC电路520执行一系列ADC获取操作来监测供给电压。例如，上述ADC获取可以以约10Hz的最小采样速率在约1s的期间内进行。ADC电路520对电源供给电压进行采样且将数字化的采样信息提供给微处理器以用于分析。微处理器510被构造为执行用于分析数字化采样信息的程序指令。可以分析采样信息以判断供给电压是否表现出表明特定状态的模式。例如，对于汽车应用，如果采样信息表明供给电压是具有小波动的14V，那么微处理器可以检测到它且推断电源处于与车辆发动机正在工作且交流发电机正在运行相对应的状态。基于采样期间内电源供给电压和/或电压变化的分析，第二级可以判定电源供给状态转换已经发生或还没有发生。如果发现状态转换还没有发生，那么第二级被配置为重新进入备用模式。因此，第二级防止第一级做出的错误的状态转换检测触发第二级以及随后将被激活的模块器件的完全和持续的激活。如果确认状态转换已经发生，那么第二级可以被配置为例如通过激活模块器件的其它方面来发起进一步操作。

在一些实施例中，ADC被配置为在一秒间隔内获得约十个采样。采样间隔通常可以被配置为使得能够提供足够的时间来精确地判断发动机是否已经启动，并且采样间隔因此应该至少具有在考虑了ADC的分辨率和采样频率的情况下能够识别的与发动机启动事件相关联的电源供给事件所花费的时间等级。在一个实施例中，采样间隔是一秒或以上。在又一个实施例中，采样间隔是两秒或以下。

在一些实施例中，模块器件以及可选的第二级可以被配置为支持诸如Open AT等操作***。

注意，在一些实施例中，因为第一级被配置为监测电压变化而不是绝对电压电平，所以第一级可能会由于蓄电池电压变化(该蓄电池电压变化不是电源供给状态变化事件造成的结果)而产生“错误检测”中断信号。在这样的“错误检测”的情况下，如上所述，第二级退出备用模式，通过ADC读取来验证蓄电池活动，并且如果电压变化的轮廓不匹配与状态转换相应的期望模式那么就返回备用模式。因为第二级每次仅会激活几秒，所以偶然的错误检测对平均耗电仅具有相对小的影响。然而，如果第一级电路明显偏离校准以致错误检测高频率地发生，那么耗电可能上升。

在一些实施例中，为了抵消朝着错误检测的倾向，第二级可以包括监控模块560，监控模块560被配置用来监测错误检测事件的频率，并且响应于错误检测事件的频率超过预定阈值水平而调整第一级的操作。以这样的方式调整操作：尽可能避免影响及时检测“真实的”电源供给状态转换的能力的同时，尝试降低第一级错误检测的频率。在一些实施例中，监控模块560可以被配置为调整第一级灵敏度和转换速率调整电路450的输入偏置电压。在一些实施例中，监控模块560可以额外地或可替代地向用户发出这样的警告：该警告表明第一级正在发出水平高的不能接受的错误检测。

在一些实施例中，第二级可以被配置为忽略自上一个中断信号以来预定时段内产生的中断信号，从而限制由于错误检测而造成的可能的耗用电力。然而，注意，这种方法可能导致响应于真实的状态转换的延迟增加。硬件或软件可以用来忽略在时间帧(诸如跟随着最初中断信号之后的几秒)内发生的中断信号。各种“去除抖动(debouncing)”电路或功能等同的软件或固件可以用于这样的目的。

在各种实施例中，一旦第二级接收到中断信号，第二级就退出备用模式、通过100ms(更高的采样速率是可能的)的采样速率的ADC读取来执行1至2秒电压监测操作，并且使用Open AT或其它应用程序来分析ADC采样以确认电力***已经转换至更少受限状态(例如，由于车辆发动机已经启动)。如果检测未得到确认，那么模块将继续处于备用模式直至它接收到下一个中断。

在一些实施例中，第二级在当对电源供给电压电平进行采样和分析时的消耗在20mA与40mA之间，且在当处于备用模式时消耗少得多(例如，约0.12mA)。在一些实施例中，第二级的占空比小于20％。在一些实施例中，第二级的占空比小于15％。在一些实施例中，第二级的占空比小于10％。在一些实施例中，第二级的占空比小于5％。在一些实施例中，第二级的占空比小于1％。占空比可以指的是第二级处于非备用模式的时间的比例。一旦第二级进入非备用模式，第二级就可以保持在该模式直至至少完成对电源供给电压的采样和分析。

占空比可以由于状况而波动。例如，当车辆熄火且无人值守时，占空比可以是相对低的，且当车辆停车但是用户将电源用于辅助功能(例如收音机和电动窗等)时，则占空比可以是相对高的，因为电源的这样的使用可能导致第一级产生的较高频率的中断信号。

在一些实施例中，第二级可以被配置为使用其它手段来检测电源状态。例如，在车辆的情况下，第二级可以使用加速度计来检测发动机振动，该振动会表明发动机是启动的且因此电源由交流发电机馈送并且处于更少受限状态。作为另一个示例，第二级可以使用GPS读数来判断车辆是否在运动，这也会表明发动机是启动的。各种指示器可以组合且用来不同置信度地推断电源状态。

图6图示了根据本发明实施例的用于适应于电源的时变限制的方法。方法包括：进入低能耗监测模式，其中，第一级监测电路是激活的且第二级监测电路是断电的(步骤610)。第二级监测电路可以包括基于微处理器的监测电路，该监测电路比单独的第一级监测电路更耗电但是更加可靠。方法还包括：一旦检测出可能表明电源状态转换的供给电压变化(步骤615)，就产生中断信号(步骤620)且将中断信号提供给第二级监测电路(步骤625)。方法还包括：一旦在第二级监测电路处接收到中断信号，就将第二级监测电路转换至激活模式(步骤630)且监测电源(步骤635)以判定电源的当前状态。这样可以确认或拒绝第一级监测电路对电源状态转换的检测。如果电源状态转换被确认(步骤640)，那么可以进行进一步的操作(步骤650)，例如将相关联的电子产品转换至激活模式且进行合适的操作(例如GPS监测、加速度计监测等)等。如果电源状态转换被拒绝(步骤645)，那么第二级监测电路可以转换回备用模式，其中，监测功能停止直至后续的中断信号产生(步骤655)。

在较低频率时，方法还可以包括：积累表明第一级监测电路的检测精度的数据(步骤660)，以及例如通过调整提供至第一级监测电路的对第一级监测电路的滤波和灵敏度进行控制的偏置信号、通过调整第二级的滤波和灵敏度或通过调整上述两者来调整设定(步骤665)。例如，偏置电压可以是数控电压源的输出。

替代的检测电路

图7A和7B图示了根据本发明实施例的用于检测电源供给电压的变化的另一低功耗电路。该电路将如针对图3所述的正脉冲检测电路710与互补且类似的负脉冲检测电路720并联地合并。正和负脉冲检测电路的输出经由输出级730连接在一起，输出级730包括放大器735以及关联电路，放大器735以及关联电路被配置用来将两个脉冲检测电路710和720的输出结合成单个输出736，输出736可以用作如本文别处所述的中断信号。

脉冲检测电路710和720的输入侧的各种电阻器和电容器的值可以被选择用来提供期望的脉冲检测行为。脉冲检测电路710中对放大器719的非反相输入端进行馈送的电阻器713和715的电阻值可以被配置用来提供该脉冲检测电路710的期望的灵敏度水平。脉冲检测电路720中对放大器729的反相输入端进行馈送的电阻器722和724的电阻值可以被配置用来提供该脉冲检测电路720的期望的灵敏度水平。电阻器711的电阻值和电容器712的电容值可以被配置用来提供含有期望的时间延迟量的期望的电压参考电平，以提供至与它们连接的作为比较器进行操作的两个放大器的输入端。在一些实施例中，电阻器711和电容器712可以被配置为有助于预定频率信号变化的滤波，通过电阻值和电容值的选择能够对该频率进行选择。电阻器711和电容器712可以作为具有给定截止频率的低通滤波器操作。因此，慢变化信号通过该滤波器被传送至放大器719和729的输入端，这使放大器反相和非反相输入端密切对应，这又抑制了放大器发出脉冲检测信号。以这样的方式，低通滤波器有助于脉冲检测电路对慢信号变化的抗干扰性。

电路还包含灵敏度和转换速率调整电路750，其接收电源供给电压作为输入755且提供代表输入的滤波信号作为输出770。输出770被提供至脉冲检测电路710和720作为输入。至少部分地由于电阻器766的大电阻值(例如500千欧姆)，灵敏度和转换速率调整电路750表现出高输入阻抗。灵敏度和转换速率调整电路750包括利用反馈的放大器757。

还关于灵敏度和转换速率调整电路750，放大器757以及关联电路用来对信号进行放缩且对输入电压进行滤波以例如去除不期望的波谱分量。电路750中各种电阻器和电容器的值可以被选择用来提供期望的信号增益、低通滤波器截止频率和/或低通滤波器时间常数或者高通滤波器截止频率和/或高通滤波器时间常数等。电阻器763和767的电阻值可以被配置用于提供期望的增益以用来对信号进行放缩。电容器773的电容值和电阻器763的电阻值可以被配置用来提供低通频率滤波器的期望的时间常数以去除由于高频分量而造成的不需要的信号变化。电容器772的电容值和电阻器767的电阻值可以被配置用于提供高通频率滤波器的期望的时间常数以去除由于低频分量而造成的不需要的信号变化。

图4和图7所示电路的电阻值、电容值、供给电压电平、供给电流能力、放大器组件数量或类型以及其它特征是示例性的且可以落在一定的预定公差内。为了使电路适应于它的操作环境并且为了调整电路的行为和响应度，可以对这些特征做出各种调整。例如，可以调整各种电阻值和电容值以提高或降低电路对供给电压变化的灵敏度，从而在拒绝噪声的同时维持充分的响应度等。在一些实施例中，例如通过改变调整输入、替换组件或切换电路通道等，一个或多个电阻值和/或电容值是可调的。适当的运算放大器组件的示例是来自德州仪器(Texas Instruments)的LMV324低电压轨对轨(rail-to-rail)输出运算放大器。

针对车辆电源监测的应用

现在将参照具体应用来说明本发明。将理解，下面的应用旨在说明本发明的实施例不是旨在以任何方式限制本发明。

包含如上所述的两级监测电路的车辆电源监测模块被设置且装入电子车辆跟踪装置。所述跟踪装置被设计为安装于车辆中的隐蔽位置且直接连接至蓄电池。为了便于安装，在跟踪装置与车辆之间不进行其它电连接。跟踪装置可以与远程站和/或用户模块无线通信。例如，与远程站的无线通信可以经由蜂窝2G、3G或4G通信协议。跟踪装置还可以包括GPS模块。跟踪装置还可以包括加速度计或用于碰撞检测和数据记录的其它设备。跟踪装置可以包含后备蓄电池。

车辆电源监测模块包括如上所述的两极监测电路。当车辆发动机是关闭的时候，第一级、第二级或这两者检测到电源供给电压的下降(例如，从14V下降至12V)或其它特性(诸如更大的电压变化)。这表明电源现在被限制为仅来源于蓄电池。作为响应，监测模块关闭跟踪装置功能并使第二级处于低功耗备用模式。第一级监测电路随后监测电源供给电压变化，并且一旦检测出表明发动机可能已经被再次启动的电压变化就提供中断信号。中断信号使第二级退出备用以确认电源供给状态。如果第二级确认车辆已经启动，那么它启动车辆跟踪装置的剩余功能。否则，第二级重新进入低功耗备用模式。

图8图示了根据本发明实施例的与用于检测车辆蓄电池电压的变化的电路的操作相对应的信号电平。所示的信号电平对应于在宝马(BMW)汽车中安装和测试的电路的操作，该电路与图7A和7B所示的电路大体上相对应。信号轨迹810表示车辆蓄电池电压电平(作为电路输入)随着时间的变化。信号轨迹820表示中断信号电压电平(作为电路输出)随着时间的变化。在第一时间间隔830内，车辆发动机是关闭的且车辆蓄电池电压为大约13V。在第二时间间隔835，车辆启动器转动曲柄约1秒或以下。由于启动器操作所需的电流，蓄电池电压快速下降为低于10V。在约6秒的第三时间间隔840内，车辆发动机开始工作且交流发电机开始对蓄电池充电，这导致蓄电池电压增加至约14.5V。在第四时间间隔845内，蓄电池电压保持在14.5V电平，当发动机保持工作时该电平由交流发电机维持。

第二时间间隔835开始后不久，监测电路通过产生第一中断信号来响应于蓄电池电压的变化，第一中断信号与信号轨迹820的第一电压下降822相对应。第一电压下降822能够与检测到启动器转动曲柄相关联。随后，蓄电池电压的变化暂时平息且监测电路恢复。然后，蓄电池电压再次快速上升，这使监测电路产生第二中断信号，第二中断信号与信号轨迹820的第二电压下降824相对应。第二电压下降824能够与检测到蓄电池电压上升相关联。注意，监测电路能够被调整为使其不响应于电压的相对较慢的变化(例如，由于交流发电机充电而造成的接近第三时间间隔840的末端发生的变化等)而产生中断信号。在其它实施例中，监测电路可以额外地或可替代地被调整为响应于这些事件而产生中断信号。

第一中断信号可以用来将第二级电路从睡眠模式唤醒。第二级电路随后被配置用于对蓄电池电压电平进行采样以对发动机被启动进行确认。例如，确认可以对应于：观察到蓄电池电压电平在第三时间间隔840内按照一定的模式上升，或观察到蓄电池电压在第三时间间隔840和/或第四时间间隔845内在一个或多个适当的时间超过阈值电平(例如14V)。

图9图示了车辆，其包括根据本发明的实施例设置的装置900。装置900包括车辆电源监测模块，该模块例如包括至少如本文中所述的第一级电路。装置900以能够操作的方式连接至包含车辆蓄电池910的电源，并且监测电源的电压电平。装置900还可以包括由车辆电源监测模块激活且由包含蓄电池910的车辆电源供电的车辆跟踪装置或其它电子装置。车辆还包括由车辆发动机(未示出)供电的交流发电机920，交流发电机920连接至蓄电池910以在发动机运行时对蓄电池910充电。车辆还包括用于启动车辆发动机的由蓄电池910供电的启动器电机930。

应当理解的是，尽管为了说明的目的已经在本文中说明了本发明的具体实施例，但是可以在不偏离本发明主旨和范围的情况下做出各种修改。特别地，根据本发明的方法提供用于控制计算机的操作的计算机程序产品或程序单元或用于存储机器可读的信号的程序存储装置或存储器(例如磁或光学的线、带或盘等)等和/或根据本发明的***构造其组件的一些或全部，上述均在本发明的范围内。

与本文中所述方法相关联的行为能够被实施为计算机程序产品中的编码指令。换言之，计算机程序产品是其上记录有软件编码的计算机可读媒介，从而当计算机程序产品被加载进存储器且在诸如专用电源监测器等电子装置或车辆跟踪装置、无线通信器、机器对机器(M2M)装置或具有内置电源监测能力的其它器件的微处理器上被执行时执行所述方法。

此外，方法的各个步骤可以在诸如嵌入式计算机或PDA等任何计算装置上且根据从诸如C++、Java或PL/1等任何编程语言产生的一个或多个或一个或多个的一部分的程序单元、模块或对象而被执行。此外，各个步骤或实施各个所述步骤的文件或对象等可以由为此目的而设计的专用硬件或电路模块执行。

显然，本发明的前述实施例是示例且能够以许多方式变化。这样的现在或将来的变化不被认为偏离本发明的主旨和范围，并且所有这样的修改对于本领域技术人员而言显然应当包含在随附权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种用于适应于电源的限制的变化的装置，所述装置包括：

第一级电路，所述第一级电路包括：

a.)输入端子，所述输入端子用于以能够操作的方式连接至由所述电源提供的供给电压；

b.)模拟电子部，所述模拟电子部被配置为并发地产生表示所述供给电压的第一中间信号和表示所述供给电压的第二中间信号，其中，所述第一中间信号以第一速率响应于所述供给电压的变化且所述第二中间信号以第二速率响应于所述供给电压的变化，所述第二速率不同于所述第一速率；

c.)比较部，所述比较部被配置为将所述第一中间信号与所述第二中间信号进行比较并且一旦至少检测出所述第一中间信号与所述第二中间信号之间的预定差别就输出变化检测信号，所述差别表明所述电源的限制的所述变化；

d.)输出，所述输出被配置为提供表示所述变化检测信号的输出信号，所述输出信号能够用来响应于所述电源的限制的所述变化而进一步操作电路；以及

第二级电路，所述第二级电路被配置为以激活模式和备用模式操作，所述第二级电路被配置为响应于所述输出信号进行以下操作：从所述备用模式切换至所述激活模式；并且当处于所述激活模式时监测所述供给电压，且当处于所述激活模式时确认或否认所述电源的限制的所述变化。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二级电路还被配置为一旦确认所述限制的所述变化就触发进一步的电子操作；且一旦否认所述限制的所述变化就返回至低功耗的所述备用模式。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述第一级电路包括用于调整所述第一级电路的响应度的一个或多个输入，且其中，所述第二级电路还包括监控模块，所述监控模块被配置用来：监测与对所述限制的所述变化的否认相对应的错误检测事件；且响应于监测到的所述错误检测事件而调整用于调整所述第一级电路的响应度的所述一个或多个输入。

4.根据权利要求1所述的装置，还包括滤波部，所述滤波部以能够操作的方式连接至所述输入端子并且被配置用来将表示所述供给电压的滤波信号提供至所述模拟电子部，表示所述供给电压的所述第一中间信号和表示所述供给电压的所述第二中间信号是基于表示所述供给电压的所述滤波信号而产生的。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述比较部包括第一子部和与所述第一子部并联的第二子部，所述第一子部响应于所述供给电压的降低，所述第二子部响应于所述供给电压的升高。

6.一种用于适应于电源的时变限制的装置，所述装置包括：

a.)第一级电路，所述第一级电路是至少部分模拟的，所述第一级电路被配置用来监测所述电源的供给电压并且响应于监测到的所述供给电压的预定量的变化而产生中断信号，所述变化表明所述电源的限制的变化；

b.)第二级电路，所述第二级电路能够以低功耗的备用模式和高功耗的激活模式操作，所述第二级电路被配置用来响应于所述中断信号进行以下操作：从所述备用模式切换至所述激活模式；当处于所述激活模式时监测所述供给电压；当处于所述激活模式时确认或否认所述电源的限制的所述变化；一旦确认所述限制的所述变化就触发进一步的电子操作；且一旦否认所述限制的所述变化就返回至低功耗的所述备用模式。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述第二级电路包括微处理器，所述微处理器用于监测所述供给电压并且确认或否认所述限制的所述变化，且其中，所述微处理器被用于进行所述进一步的电子操作。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述进一步的电子操作包括下列的一者或多者：位置监测、位置报告、无线通信、数据收集、数据记录和用户界面操作。

9.一种促进适应于电源的限制的变化方法，所述方法包括：

a.)接收由所述电源提供的供给电压；

b.)使用模拟电子部并发地产生表示所述供给电压的第一中间信号和表示所述供给电压的第二中间信号，其中，所述第一中间信号以第一速率响应于所述供给电压的变化且所述第二中间信号以第二速率响应于所述供给电压的变化，所述第二速率不同于所述第一速率；

c.)使用比较电子部将所述第一中间信号与所述第二中间信号进行比较并且一旦至少检测出所述第一中间信号与所述第二中间信号之间的预定差别就提供变化检测信号，所述差别表明所述电源的限制的所述变化；

d.)提供表示所述变化检测信号的输出信号，所述输出信号能够用来响应于所述电源的限制的所述变化而进一步操作电路；以及

e.)响应于所述输出信号的接收：将第二级电路从备用模式切换至激活模式；当处于所述激活模式时使用所述第二级电路监测所述供给电压；并且当处于所述激活模式时使用所述第二级电路确认或否认所述电源的限制的所述变化。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括：

一旦确认所述限制的所述变化就触发进一步的电子操作；且一旦否认所述限制的所述变化就返回至低功耗的所述备用模式。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括：监测与对所述限制的所述变化的否认相对应的错误检测事件；且响应于监测到的所述错误检测事件而调整所述模拟电子部和所述比较电子部中的一者或两者。

12.根据权利要求9所述的方法，还包括：将表示所述供给电压的滤波信号提供至所述模拟电子部，表示所述供给电压的第一中间信号和表示所述供给电压的第二中间信号基于表示所述供给电压的所述滤波信号而产生。

13.一种促进适应于电源的时变限制的方法，所述方法包括：

a.)监测所述电源的供给电压并且响应于监测到的所述供给电压的预定量的变化而产生中断信号，所述变化表明所述电源的限制的变化，其中，使用被配置为至少部分模拟的电路进行上述监测和产生；

b.)响应于所述中断信号的产生进行以下操作：将第二级电路从备用模式切换至激活模式；当处于所述激活模式时使用所述第二级电路监测所述供给电压；当处于所述激活模式时使用所述第二级电路确认或否认所述电源的限制的所述变化；一旦确认所述限制的所述变化就触发进一步的电子操作；且一旦否认所述限制的所述变化就使所述第二级电路返回至低功耗的所述备用模式。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第二级电路包括微处理器，所述微处理器用于监测所述供给电压并且确认或否认所述限制的所述变化，且其中，所述微处理器被用于进行所述进一步的电子操作。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述进一步的电子操作包括下列的一者或多者：位置监测、位置报告、无线通信、数据收集、数据记录和用户界面操作。