TWI458259B - 啓動程序控制方法以及使用其之具有低電流電源的裝置 - Google Patents

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Description

啟動程序控制方法以及使用其之具有低電流電源的裝置
本發明係關於一種低電源產品的應用技術，更進一步來說，本發明係關於一種啟動程序控制方法以及使用其之具有低電流電源的裝置。
隨著科技的進步，電子技術已經由最早的真空管、電晶體，進展到積體電路晶片。其用途十分的廣泛，也因此，電子產品也漸漸的成為現代人生活中不可或缺的生活必需品。在全球環境遭到嚴重破壞的今天，人們對于環保的關注度越來越高，而我們身邊的物件也漸漸開始向環保化綠色化靠攏。太陽能電池的電子產品也開始被廣泛的使用，例如太陽能計算機、太陽能發光二極體照明等。
第1圖繪示為先前技術的太陽能電池產品的電路方塊圖。請參考第1圖，此太陽能電池產品包括一太陽能電池101、一電容器102、一重新設定電路103、 致能電路104以及多個功能區塊105。一般來說，當太陽能電池101照射到光線後，電荷會儲存在電容器102中。當電容器102的電壓大於某個門檻電壓VT時，重新設定電路103會進行啟動重置(Power-On Reset)。另外，致能電路104也會對上述多個功能區塊105進行致能的動作，以啟動此太陽能電池產品。
第2圖繪示為先前技術的第1圖的太陽能電池產品的操作波形圖。請參考第2圖，當啟動重置訊號LVRB由邏輯低電壓轉為邏輯高電壓後，各個功能區塊105被同時致能，同時開始工作。然而，有部分功能區塊105的啟動電流需求較大，例如電荷幫浦(Charge Pump)、電壓調整器(Regulator)等。再者，對於低耗電的應用而言，例如50Lux的照度下，太陽能電池101只能提供約5uA的固定電流，電源電壓VDD容易受到電路同時運作因啟動電流太大造成電壓下降太快而觸發低電壓重置(Low Voltage Reset)，此時，上述功能區塊105全部失能(Disable)。當電壓又再度大於門檻電壓VT時，啟動重置訊號LVRB又再度由邏輯低電壓轉為邏輯高電壓後，各個功能區塊105又再度被同時致能，又會再度造成電源電壓VDD下降過快而觸發低電壓重置。因此，此太陽能電池產品會因此而重複上述循環。
為了解決上述問題，工程師會將耦接在太陽能電池兩端的電容器102加到很大，例如將電容器102的電容值改為大於20uF。如此，雖然可解決上述啟動重置 循環的問題，但是也造成系統上電時，由於供電能力只有5uA，要花很多時間對電容充電(以此例來說，充電時間大於10秒)。啟動時間過長的產品對使用者來說是無法接受的。
本發明的一目的在於提供一種啟動程序控制方法以及使用其之具有低電流電源的裝置，藉此，使低電流電源的裝置可以順利且快速啟動。
有鑒於此，本發明提供一種啟動程序控制方法，此啟動程序控制方法用以啟動一裝置，此裝置具有一低電流電源、一第一電路模組以及第二電路模組，其中，上述低電流電源用以提供一電源電壓，此啟動程序控制方法包括：當電源電壓是否到達一門檻電壓，將一低壓重置訊號由一第一邏輯電壓轉為一第二邏輯電壓；當低壓重置訊號由第一邏輯電壓轉為第二邏輯電壓，等待一第一預設時間後，啟動第一電路模組；以及當第一電路模組被啟動，等待一第二預設時間後，啟動第二電路模組。
本發明另外提供一種具有低電流電源的裝置，此具有低電流電源的裝置包括一低電流電源、一低壓重置電路、一第一電路模組、一第二電路模組以及一循序致能電路。低電流電源用以提供一電源電壓。低壓重置電路耦接低電流電源，接收上述電源電壓，用以在電源電壓上升到一門檻電壓時，將一低壓重置訊號由一第一邏 輯電壓轉為一第二邏輯電壓。第一電路模組具有一致能接腳，其中，第一電路模組的致能接腳所接收到的一第一致能訊號致能時，第一電路模組開始運作。第二電路模組具有一致能接腳。第二電路模組的致能接腳所接收到的一第二致能訊號致能時，第二電路模組開始運作。循序致能電路耦接第一電路模組以及第二電路模組。當低壓重置訊號由第一邏輯電壓轉為第二邏輯電壓之後一第一預設時間，循序致能電路致能第一致能訊號。當第一致能訊號被致能之後一第二預設時間，循序致能電路致能第二致能訊號。
依照本發明較佳實施例所述之啟動程序控制方法以及使用其之具有低電流電源的裝置，上述第一電路模組包括一取樣保持電路，用以接收電源電壓，其中，取樣保持電路的致能接腳所接收到的第一致能訊號致能時，取樣保持電路開始運作。在一較佳實施例中，此具有低電流電源的裝置更包括一微處理器電路。此微處理器電路的致能接腳所接收到的一第三致能訊號致能時，微處理器電路開始運作。當第二致能訊號被致能，等待一第三預設時間後，循序致能電路致能第三致能訊號。
依照本發明較佳實施例所述之啟動程序控制方法以及使用其之具有低電流電源的裝置，此具有低電流電源的裝置更包括一振盪電路。當低壓重置訊號由第一邏輯電壓轉為第二邏輯電壓，振盪電路開始產生低電流電源的裝置所需的時脈訊號。在一較佳實施例中，第二 電路模組包括一電源轉換電路以及一顯示電路。電源轉換電路的致能接腳所接收到的第二致能訊號致能時，電源轉換電路開始運作，其中，電源轉換電路用以將電源電壓提升到一顯示電壓。顯示電路用以接收顯示電壓，以進行顯示。又，在另一較佳實施例中，電源轉換電路係一電荷幫浦。當電源轉換電路達到足以供應顯示電路的顯示電壓時，電源轉換電路致能一電源就緒訊號(Power OK，POK)，以啟動微處理器電路，在電源就緒訊號(POK)致能前，電荷幫浦操作在一第一頻率，在電源就緒訊號致能後，電荷幫浦操作在一第二頻率，其中，第二頻率大於第一頻率。再者，在另一較佳實施例中，低電流電源包括一太陽能電池以及一電容器。太陽能電池用以將一光線轉換為一太陽能電荷。一電容器用以儲存上述太陽能電荷，其中，電容器兩端的電壓為電源電壓。
本發明之精神在於利用分時啟動各個不同功率消耗的電路，取代原本應該加大的儲能元件。因此，除了可以減少產品體積外，還可以增加產品啟動速度，並解決產品啟動不良。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
101‧‧‧太陽能電池
102‧‧‧電容器
103‧‧‧重新設定電路
104‧‧‧致能電路
105‧‧‧多個功能區塊
301‧‧‧低電流電源
302‧‧‧低壓重置電路
303‧‧‧第一電路模組
304‧‧‧第二電路模組
305‧‧‧循序致能電路
VDD‧‧‧電源電壓
VTH‧‧‧門檻電壓
EN‧‧‧致能接腳
ENA‧‧‧第一致能訊號
LVR‧‧‧低壓重置訊號
ENB‧‧‧第二致能訊號
401‧‧‧太陽能電池
402‧‧‧電容器
403‧‧‧低壓重置電路
404‧‧‧振盪電路
405‧‧‧取樣保持電路
406‧‧‧電荷幫浦
407‧‧‧顯示電路
408‧‧‧微處理器電路
409‧‧‧循序致能電路
ENC‧‧‧第三致能訊號
T0‧‧‧時間點
T1‧‧‧第一預設時間
T2‧‧‧第二預設時間
T3‧‧‧第三預設時間
POK‧‧‧電源就緒訊號
S601~S610‧‧‧本發明實施例的各步驟
ILVR‧‧‧低壓重置電路403的電流消耗
IOSC‧‧‧振盪電路404的電流消耗
ISH‧‧‧取樣保持電路405的電流消耗
ICP1‧‧‧電荷幫浦406在較低頻率操作時的電流消耗
ICP2‧‧‧電荷幫浦406在較高頻率操作時的電流消耗
第1圖繪示為先前技術的太陽能電池產 品的電路方塊圖。
第2圖繪示為先前技術的第1圖的太陽能電池產品的操作波形圖。
第3圖繪示為本發明一較佳實施例的具有低電流電源裝置的電路方塊圖。
第4圖繪示為本發明一較佳實施例的太陽能裝置的電路方塊圖。
第5圖繪示為本發明一較佳實施例的太陽能裝置的操作波形圖。
第6圖繪示為本發明一較佳實施例的啟動程序控制方法的流程圖。
第3圖繪示為本發明一較佳實施例的具有低電流電源的裝置的電路方塊圖。請參考第3圖，此具有低電流電源的裝置包括一低電流電源301、一低壓重置電路302、一第一電路模組303、一第二電路模組304以及一循序致能電路305。低電流電源301用以提供一電源電壓VDD。低壓重置電路302接收上述電源電壓VDD。當電源電壓VDD上升到一門檻電壓VTH時，將低壓重置訊號LVR由邏輯低電壓轉為邏輯高電壓。第一電路模組303以及第二電路模組304皆具有一致能接腳EN。第一電路模組303以及第二電路模組304的致能接腳EN耦接到循序致能電路305。
一般來說，由於低電流電源301的供電能力有限，導致第一電路模組303以及第二電路模組304同時啟動可能造成如先前技術的啟動不良，因此，在此實施例中，以分階段啟動的方式進行電路初始化。首先，低壓重置電路302所輸出的低壓重置訊號LVR會維持在邏輯低電壓。當低電流電源301所輸出的電源電壓VDD到達門檻電壓VTH後，低壓重置電路302會將低壓重置訊號LVR由邏輯低電壓轉為邏輯高電壓，以釋放低壓重置。
之後，循序致能電路305開始運作，並等待一第一預設時間後，致能第一致能訊號ENA。當第一致能訊號ENA被致能時，第一電路模組303被啟動並開始運作。第一致能訊號ENA被致能之後的第二預設時間，第二致能訊號ENB被致能。當第二致能訊號ENB被致能時，第二電路模組304被啟動並開始運作。
所屬技術領域具有通常知識者，由上述實施例，應當可以知道，若同時啟動第一電路模組303以及第二電路模組304，由於低電流電源301的驅動能力不足，可能會造成電路鎖定無法啟動。因此，本發明採用分階段啟動的方式，預防電路啟動不良的情況。為了讓所屬技術領域具有通常知識者能夠更加瞭解本發明，以下以一太陽能裝置作說明。
第4圖繪示為本發明一較佳實施例的太陽能裝置的電路方塊圖。請參考第4圖，此太陽能裝置包括一太陽能電池401、一電容器402、一低壓重置電路403、 一振盪電路404、一取樣保持電路405、一電荷幫浦406、一顯示電路407、一微處理器電路408以及循序致能電路409。第5圖繪示為本發明一較佳實施例的太陽能裝置的操作波形圖。請同時參考第4圖以及第5圖，在此實施例中，以50Lux的照度照射太陽能電池401，太陽能電池401會輸出5uA的電流給電容器402儲存電荷。電容器402兩端的電壓VDD會線性上升，直到電壓VDD到達門檻電壓VTH時，低壓重置電路403會將低壓重置訊號LVR由邏輯低電壓轉為邏輯高電壓，此時，太陽能裝置由低壓重置狀態釋放。
接下來，由於低壓重置訊號LVR由邏輯低電壓轉為邏輯高電壓(在時間T0)，振盪電路404因而被啟動，開始提供太陽能裝置所需的時脈訊號。另外，低壓重置訊號LVR由邏輯低電壓轉為邏輯高電壓並經過一第一預設時間T1後，循序致能電路409致能第一致能訊號ENA。此時，取樣保持電路405被啟動。取樣保持電路405被啟動之後的一第二預設時間T2，循序致能電路409致能第二致能訊號ENB。此時，電荷幫浦406被啟動。電荷幫浦406被啟動之後的一第三預設時間T3，循序致能電路409致能第三致能訊號ENC。此時，微處理器電路408被啟動。
上述的T1、T2、T3時間是可以藉由每一個電路的電流消耗決定。舉例來說，低壓重置電路403的電流消耗例如以每秒ILVR表示；振盪電路404的電流 消耗例如以每秒IOSC表示；取樣保持電路405的電流消耗例如以每秒ISH表示；電荷幫浦406剛被啟動時，操作頻率為原始頻率的一半，此時的啟動電流消耗例如以每秒ICP1表示。當電荷幫浦406的輸出電壓到達VDD的兩倍，足以供應顯示電路407的顯示電壓，且微處理器電路408輸出電源就緒(Power OK)訊號POK時，微處理器電路408將控制電荷幫浦406回到原始操作頻率，而此時電荷幫浦406的電流消耗為每秒ICP2。
由上述段落可知，此太陽能裝置的電源啟動之耗電主要集中在電荷幫浦406啟動階段T2，因此，設計者必須要計算此時太陽能電池的供電產生的電源電壓VDD是否能撐住T2階段。另假設電容器採用10uF電容。另外，假設需要50ms才能升壓到2倍VDD，藉由公式I×t=C×V可計算出則此時電源電壓VDD的電壓降(Voltage Drop)：(ICP1-5u)×50ms=V×10uF
Vd=(ICP1-5u)×50ms/10uF。
為了彌補上述Vd的電壓降，在前面兩階段T1、T2必須要將電壓上升至少Vd的電壓，又為了方便計算，假設期間T1等於期間T2等於Tr。代入I×t=C×V，可得：(5u-ILVR-IOSC)×Tr+(5u-ILVR-IOSC-ISH)×Tr =Vd×10uF
Tr=(10u-2ILVR-2IOSC-ISH)/Vd×10uF。
因此，若要達到電壓平衡，T1與T2需要一Tr的時間。因此，在設計此循序致能電路409時，可以參考上述電容充放電計算，來進行設計。
此實施例，不需要增加電容器402的大小，因此，本實施例可以減低成本、減少產品體積以及增加產品的啟動速度。
由上述幾個實施例，可以被歸納成一個啟動程序控制方法，第6圖繪示為本發明一較佳實施例的啟動程序控制方法的流程圖。請參考第6圖，此啟動程序控制方法包括下列步驟：
步驟S601：開始。
步驟S602：當電源電壓VDD到達一門檻電壓VTH，將一低壓重置訊號LVR由第一邏輯電壓轉為第二邏輯電壓。
步驟S603：啟動一振盪電路，產生所需的一時脈訊號。
步驟S604：等待一第一預設時間T1。
步驟S605：啟動第一電路模組。例如上述取樣保持電路405。
步驟S606：等待一第二預設時間T2。
步驟S607：啟動第二電路模組。例如 上述電荷幫浦406以及顯示電路407。在此例中，電荷幫浦406還可以採用低速操作，將其運作時脈降低為原始時脈的一半。
步驟S608：等待一第三預設時間T3。
步驟S609：啟動第三電路模組。例如上述微處理器電路408。此時，微處理器電路408可以判斷電荷幫浦406的電壓是否大於兩倍電源電壓VDD，若電荷幫浦406的電壓大於兩倍電源電壓VDD，則發出電源就緒訊號POK，使電荷幫浦406回到原始操作頻率。
步驟S610：此啟動程序控制方法結束。
綜上所述，本發明之精神在於利用分時啟動各個不同功率消耗的電路，取代原本應該加大的儲能元件。因此，除了可以減少產品體積外，還可以增加產品啟動速度，並解決產品啟動不良。
在較佳實施例之詳細說明中所提出之具體實施例僅用以方便說明本發明之技術內容，而非將本發明狹義地限制於上述實施例，在不超出本發明之精神及以下申請專利範圍之情況，所做之種種變化實施，皆屬於本發明之範圍。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
301‧‧‧低電流電源
302‧‧‧低壓重置電路
303‧‧‧第一電路模組
304‧‧‧第二電路模組
305‧‧‧循序致能電路
VDD‧‧‧電源電壓
VTH‧‧‧門檻電壓
EN‧‧‧致能接腳
ENA‧‧‧第一致能訊號
LVR‧‧‧低壓重置訊號
ENB‧‧‧第二致能訊號

Claims (7)

  1. 一種具有低電流電源的裝置，包括：一低電流電源，用以提供一電源電壓；一低壓重置電路，耦接該低電流電源，接收該電源電壓，用以在該電源電壓上升到一門檻電壓時，將一低壓重置訊號由一第一邏輯電壓轉為一第二邏輯電壓；一第一電路模組，具有一致能接腳，其中，該第一電路模組的致能接腳所接收到的一第一致能訊號致能時，該第一電路模組開始運作；一第二電路模組，具有一致能接腳，其中，該第二電路模組的致能接腳所接收到的一第二致能訊號致能時，該第二電路模組開始運作；以及一循序致能電路，耦接該第一電路模組以及該第二電路模組，其中，當該低壓重置訊號由該第一邏輯電壓轉為該第二邏輯電壓，等待一第一預設時間後，該循序致能電路致能該第一致能訊號，當該第一致能訊號被致能，等待一第二預設時間後，該循序致能電路致能該第二致能訊號，其中，該第二電路模組包括：一電源轉換電路，具有該致能接腳，接收該電源電壓，其中，該電源轉換電路的致能接腳所接收到的該第二致能訊號致能時，該電源轉換電路開始運作，其中，該電源轉換電路用以將該電源電壓提升到一顯示電壓；一顯示電路，耦接該電源轉換電路，用以接收該顯示 電壓，以進行顯示，其中，該電源轉換電路係一電荷幫浦，其中，當電源轉換電路達到足以供應顯示電路的顯示電壓時，電源轉換電路致能一電源就緒訊號，其中，該電源就緒訊號致能時，啟動一微處理器電路，其中，在該電源就緒訊號致能前，該電荷幫浦操作在一第一頻率，在該電源就緒訊號致能後，該電荷幫浦操作在一第二頻率，其中，該第二頻率大於該第一頻率。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之具有低電流電源的裝置，其中，該第一電路模組包括：一取樣保持電路，接收該電源電壓，其中，該取樣保持電路的致能接腳所接收到的該第一致能訊號致能時，該取樣保持電路開始運作。
  3. 如申請專利範圍第1項所記載之具有低電流電源的裝置，更包括：一微處理器電路，具有一致能接腳，接收該電源電壓，其中，該微處理器電路的致能接腳所接收到的一電源就緒訊號致能時，該微處理器電路開始運作。
  4. 如申請專利範圍第1項所記載之具有低電流電源的裝置，更包括： 一振盪電路，耦接該低壓重置電路，接收該低壓重置訊號，其中，當該低壓重置訊號由該第一邏輯電壓轉為該第二邏輯電壓，該振盪電路開始產生該低電流電源的裝置所需的時脈訊號。
  5. 如申請專利範圍第1項所記載之具有低電流電源的裝置，其中，該低電流電源包括：一太陽能電池，用以接收一光線，轉換為一太陽能電荷；以及一電容器，耦接該太陽能電池，用以儲存該太陽能電荷，其中，該電容器兩端的電壓為該電源電壓。
  6. 一種啟動程序控制方法，用以啟動一裝置，該裝置具有一低電流電源、一第一電路模組以及第二電路模組，其中，該低電流電源用以提供一電源電壓，該啟動程序控制方法包括：當該電源電壓到達一門檻電壓，將一低壓重置訊號由一第一邏輯電壓轉為一第二邏輯電壓；當該低壓重置訊號由該第一邏輯電壓轉為該第二邏輯電壓，等待一第一預設時間後，啟動該第一電路模組；以及當該第一電路模組被啟動，等待一第二預設時間後，啟動該第二電路模組，其中，該第二電路模組係一電荷幫浦以及一顯示電 路，其中，該顯示電路接收該電荷幫浦所輸出的一顯示電壓，且該啟動程序控制方法更包括：當該電荷幫浦開始運作時，操作在一第一頻率；在該電荷幫浦運作後一第三預設時間後，啟動一微處理器電路；透過該電荷幫浦，判斷是否達到供應顯示電路的顯示電壓；當該電壓大於顯示門檻電壓，致能一電源就緒訊號；以及在該電源就緒訊號致能後，將該電荷幫浦操作在一第二頻率，其中，該第二頻率大於該第一頻率。
  7. 如申請專利範圍第6項所記載之啟動程序控制方法，更包括：當該低壓重置訊號由該第一邏輯電壓轉為該第二邏輯電壓，啟動一振盪電路，產生所需的一時脈訊號。
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