具有多模式无线电的超低功率感测平台

具有多模式无线电的超低功率感测平台

关于联邦资助的研究或发展的声明

本发明是在国家科学基金会根据CNS1035303授予的政府支持下做 出的。政府拥有本发明的某些权利。

相关专利申请的交叉引用

本专利申请要求于2012年8月30日提交、美国专利申请号为 61/694,855、名称为“具有多模式无线电和唤醒无线电的超低功率无线感 测平台”的优先权，以及要求于2013年3月13日提交、美国专利申请 号为61/780,008、名称为“具有多模式无线电的超低功率无线感测平台” 的优先权，各专利申请通过引用完整地并入本申请。

背景技术

嵌入式系统可以使用在各种应用中，包括提供监控、感测、控制或 安全功能。根据相对重要的在尺寸、功率消耗或环境耐受性上的限制， 这种嵌入式系统一般被定制到具体的应用。

特别地，一类嵌入式系统可以包括传感器节点，如用于感测或监控 一个或多个生理参数，或者用于其它应用。具有无线通信能力的传感器 节点可以被称为无线传感器节点(WSN)。类似地，位于对象的身体上、 靠近对象的身体或在对象的身体内的传感器节点可以被称为体域传感器 节点(BASN)或者身体传感器节点(BSN)。传感器节点可以为保健提 供者提供重要的好处(如能够进行持续监控，驱动，和生理信息的记录， 便于自动或远程跟进)，或者在存在生理状态恶化的情况下提供一个或多 个警报。使用传感器节点获得的生理信息可以被传送到其它系统，如用 来帮助诊断，预防和应对各种疾病(如糖尿病，哮喘，心脏病况，或其 它疾病或病况)。

发明内容

在生理感测的例子中，例如，若传感器节点包括某些特性(如长期 监控能力或耐磨性)，则传感器节点可以向对象或护理者提供特殊值。因 为医疗保健费用逐步上升或者更多保健提供者尝试过渡到远程患者跟进 和远距医疗，所以在没有维护、更换或手动再充电的情况下，传感器节 点的长的寿命变得更加重要。

据信，由于缺少扩展的操作能力或耐磨性，妨碍了普遍可用的传感 器节点的广泛采用。例如，佩带包括大的原电池或可再充电电池的传感 器节点会不舒服，并且具有更小电池的传感器节点是不合需要的，这是 因为患者或其它使用者会不遵守所需要的再充电或更换间歇。类似地， 需要导电的数据传送接口的传感器节点通常很麻烦，这是因为佩带者或 保健提供者通常须手动地将通信接口线缆连接到节点以传送信息到这个 节点或者从这个节点传送信息。无线通信电路系统可以减少或消除对如 此麻烦的有线接口的需求。但是，这样的无线电路系统会消耗大量的能 量，进一步重负有限的能量预算或者限制普遍可用的传感器节点的操作 寿命。

在一个示例中，传感器节点(如生理传感器节点)可以包括一个或 多个半导体器件，该半导体器件具有多种系统功能的高度集成。这样的 半导体器件可被称为“片上系统”或SoC。SoC可以提供实现系统所有 主要功能的数字或混合信号电路系统，如包括通用处理器电路、专用处 理器电路、模拟信号调理电路、供电调节或转换电路、电压或电流基准 电路、或功率管理电路中的一个或多个。

传感器节点还可以包括通信电路系统，如将传感器节点无线耦合到 一个或多个其它器件来发送或接收信息。一个或多个传感器节点的阵列 可以互相耦合或者耦合到一个或多个其它器件或组件。这样的布置可以 被称为体域网(BAN)。

除了其它事情外，发明人已意识到，超低功率(ULP)技术可以应 用到包括在传感器节点中的一个或多个电路。ULP技术可以用于如提供 作为传感器的部分被包括的SoC。例如，对于传感器，这样的SoC可以 包括配置为阈下操作的一个或多个模拟或数字部分。

其它技术可以用来代替阈下操作，或者除了阈下操作外还使用其它 技术，如功率或时钟栅控以禁用或暂停系统的指定部件的操作，或者包 括调整占空比、时钟频率(如时钟节流(throttling))或供电参数(供电 电压节流)以减少功率消耗。

在一个示例中，传感器节点无需包括电池。代替电池，或者除了电 池外，传感器节点包括一个或多个其它电源。例如，传感器节点可以具 有能量收集能力，如使用热电发电机(TEG)。这样的能量收集可以包括 在集成电路的部分内或者“片外”(如使用电容器)存储能量。供电电路 可以作为传感器的部分被包括，来提供将电源所提供的能量转换成一个 或多个规定的电压。

在一个示例中，传感器节点可以包括操作能量的来源、功率管理处 理器电路、数字处理器电路、存储器电路和第一无线接收器电路，功率 管理处理器电路被耦合到操作能量的来源并且配置为基于操作能量的来 源的状态选择传感器节点的能量消耗水平，数字处理器电路包括由功率 管理处理器电路基于选择的能量消耗水平建立的操作模式，存储器电路 被耦合到数字处理器电路，第一无线接收器电路被耦合到存储器电路。 在由功率管理处理器电路建立的操作模式中，第一无线接收器电路可以 配置为无需使用数字处理电路无线地接收信息以及无需使用数字处理电 路传送接收到的信息中的至少一部分到存储器电路。

传感器节点中的一个或多个通信电路使用的协议、数据速率、操作 频率范围、或者调制技术中的一个或多个可以被调整或选择，比如，基 于选择的能量消耗水平，该选择的能量消耗水平由功率管理处理器电路 所建立。例如，第一无线接收器电路可以配置为消耗大约100纳瓦(nW) 或以下，以在传感器节点的大多或所有操作模式中提供接收信息的能力 (如“永远开启”的接收器)。

与周期性工作的方式不同，尽管在待机模式中总的传感器节点的能 量消耗小于约如1微瓦(μW)，第一无线接收器电路的操作也可以持续 或接近持续地为传感器节点响应第一无线接收器电路接收的命令或其它 信息提供极低的延迟。在示例中，比如使用消耗少于约100nW的接收器 电路，在接收指定的信息包和传感器节点对包反应之间的延迟可以小于 10毫秒(ms)，并且总的传感器节点的消耗小于约如1μW，(比如)而不 需要时间消耗或能量耗尽同步。

发明内容部分旨在提供本专利申请的主题的概述。它意不在提供本 发明排它或详尽的说明。包括了详细的描述以提供关于本专利申请的进 一步的信息。

附图说明

图1A大体示出了如可以包括在集成电路中的传感器节点或传感器节 点的部分的例子。

图1B大体示出了如可以包括在集成电路中的传感器节点或传感器节 点的部分的例子。

图2A至图2D大体示出如可以包括在集成电路中的传感器节点或传 感器节点的部分的架构的例子。

图3大体示出了可以作为传感器节点的部分被包括的寻址方案。

图4大体示出了可以作为传感器节点的部分被包括的计时方案。

图5大体示出了可以作为传感器节点的部分被包括的时钟信号调理 电路，该时钟信号调理电路可配置为提供指定的时钟信号。

图6大体示出了传感器节点的部分的例子，传感器节点的部分可以包 括三个耦合到基带控制器电路(如有限状态机)的通信电路。

图7A至图7C大体示出传感器节点的部分的架构的示例，传感器节 点的部分可以包括三个耦合到基带控制器电路(如有限状态机)的通信 电路。

图8大体示出了可以作为传感器节点的部分被包括的发射缓冲器架 构的例子。

图9大体示出了可以作为传感器节点的部分被包括的接收缓冲器架 构的例子。

图10大体示出了一种技术(如一种方法)，这种技术可以包括如基于 电源状态建立传感器节点的一个或多个部分的操作模式。

在附图中，附图不是按比例描绘的，相同标记可以通过不同视角描 述相似的构件。具有不同字母后缀的相同标记可以表示相似构件的不同 实例。附图大体以例子的方式而非限制性的方式说明本文件中讨论的各 种实施例。

具体实施方式

图1A大体示出了如可以包括在集成电路中的传感器节点或传感器 节点的部分的例子100A的框图。传感器节点可以包括或可以被耦合到电 源102。电源102可以包括可再充电的电池、原电池或能量收集电路中的 一个或多个。

例如，能量收集技术可以包括从外界光源、电磁耦合、热梯度或机 械振动中获取能量。与依赖于电池的传感器节点相比，能量收集技术可 以提供延长的可操作寿命。但是，为了提供持续的操作，能量收集传感 器节点消耗的能量一般小于在相关时间段内收集的量。传感器节点可以 无电池，或可以在不需要原电池或可再充电电池的情况下进行操作，如 使用无线耦合能量或利用能量收集技术提供的能量中的一个或多个持续 地或在操作的延长时段给传感器节点提供动力。

传感器节点可以包括数字处理器电路112(如微控制器或微处理器电 路)或功能特定处理器电路114(如“加速器电路”)中的一个或多个。传 感器节点可以包括一个或多个无线通信电路，如第一无线接收器电路 124。数字处理器电路112和第一无线接收器电路可以被耦合到存储器电 路116，如使用总线138。

在图1A、和图1B或别处示出的例子的一个或多个数字部分可以在 阈下操作模式中运行。阈下操作模式可以被建立，比如提供、调整或选 择调节器电路(未在图1A和图1B中示出)提供的供电电压，以建立在 功率管理处理器电路106、数字处理器电路112、功能特定处理器电路114、 或系统的一个或多个其它电路(如一个或多个数字或混合信号电路)中 的一个或多个电路中的场效应晶体管(FET)的阈下操作。

阈下操作可以描述为在弱反模式中对一个或多个FET进行操作，在 弱反模式中，针对一个或多个FET，栅源电压被建立在阈值电压(V₁) 或者在阈值电压(V₁)以下，从而导致主要指数地取决于作为栅源电压 的函数的漏源电流。不同的技术可以用于建立阈下操作，比如提供具有 VDD-到-VSS电压的供电电压，VDD-到-VSS电压低于耦合到供电电压的 部件中的所有FET的阈值电压。但是，传感器节点的数字部分或模拟部 分的阈下操作模式无需通过使用低于在特定部件中的所有FET的阈值电 压的供电电压来建立。例如，一个或多个FET中的各子集可以被偏置以 建立阈下操作，而这样的块仍然可以被连接到超过阈值的各供应电压。 可替换地或附加地，部件或块的操作模式可以被建立，如从配置为提供 各操作电压的一组可用的供电总线中选择供电总线，或者通过利用可调 整供电电路来调整供电总线电压。

在节能、最大时钟速度和供电电压之间存在折衷。阈下操作无需局 限于单一的供电电压。例如，可以调整时钟频率或供电电压中的一个或 多个，以在维持低功率消耗时提供规定水平的计算能力或其它操作性能， 如下面例子中所讨论的。

其它标准可以用于详细说明或描述阈下操作，如利用电流密度的角 度。例如，阈下操作可以被描述为FET操作的区域并表现出仅较弱地(或 不)依赖栅源电压的变化，在PET操作的区域，跨导(如g_m)相对或绝 对最大，或者跨导主要依赖阈值电压和漏极电流。即使利用无线接收器 电路或能量收集换能器获得的可用能量相当有限(如近似微瓦)，这样的 阈下操作，连同其它技术一起或者代替其它技术，也可以为传感器节点 提供延长的寿命。

传感器节点可以包括功率管理处理器电路106，功率管理处理器电路 106可以配置为调整传感器节点的能量消耗水平，如利用通过监控电源 102的状态获得的信息。例如，若电源102包括电池或电容器，则监控到 的电源102的状态可以包括电池或电容器的电压或充电状态中的一个或 多个。其它标准可以用于提供指示电源102的状态的信息，如能量收集 电路提供的输出电压或电流。

功率管理处理器电路106可以建立传感器节点的其它部分中的一个 或多个的操作模式，例如，如使用关于电源102的状态的信息选择或控 制数字处理器电路112、功能特定处理器电路114、第一无线接收器电路 124或者存储器电路116的操作模式。例如，数字处理器电路可以是在由 功率管理处理器电路106(如基于选择的传感器节点的能量消耗水平)选 择的能量消耗模式中暂停的或禁用的一个或多个。这样的能量消耗水平 可以(如基于或使用关于能量的可用的量或电源102的状态的信息)从 一组可用的能量消耗水平或方案中选择。这样的方案可以包括查表或其 它信息，该查表或其它信息指示与各个选择的能量消耗水平对应的传感 器节点的各个功能块的各个模式。这样的水平或方案可以重配置，如即 时(on-the-fly)使用利用第一无线接收器电路124接收的信息。

在例子中，采用能量消耗水平与待机、休眠或低的能量消耗状态相 对应的传感器节点，第一无线接收器电路124可以配置为在无需使用数 字处理器电路112或功能特定处理器电路114的情况下无线地接收信息。 例如，传感器节点可以配置为提供信息的无线接收(如辐射地耦合到第 一无线接收器电路124)，以及传送无线接收到的信息给存储器电路116 的一部分(如利用直接存储器访问(DMA)方案)，而传感器节点的其它 部分或者暂停或禁用。存储器电路116可以包括易失存储器电路，如静 态随机存取存储器(SRAM)，或其它存储器技术，如配置为阈下操作模 式。

图1B大体示出了的传感器节点或传感器节点的部分(如集成电路) 的示例100B的框图。图1B的示例100B可以包括电源102(如电池，热 电能源，机械能源或一个或多个其它源中的一个或多个，如上述讨论)。 电源102可以位于相对于被包括作为传感器节点的部分一个或多个其它 电路的“片外”。

电源102可以耦合到供电电路104。若电源102提供的电压低于所期 望的供电电路104输出电压范围，则供电电路104可以包括“升压型” 配置(如直流到直流(DC-到-DC)转换器)，以提供一个或多个规定的 直流(DC)电压到其它电路系统，如利用供电总线108。供电104可以 被耦合到其它电路系统，如功率管理电路106、通用处理器电路112(如 微控制器单元(MCU)或微处理器核)、功能特定处理器电路114、存储 器电路116、模拟输入118、基带控制器电路122、第一无线接收器电路 124、第二无线接收器电路126或第一发射器电路128。

功率管理电路106可以被包括作为片上系统(SoC)的数字部件160 的一部分。这样的数字部件160可以包括一个或多个其它数字电路，如 通用处理器电路112、功能特定处理器电路114(或多个加速器电路)、 或存储器电路116。包括在数字部件160中的一个或多个电路或其它电路 可以配置为提供阈下操作模式或阈上操作模式。与阈上操作模式相比， 在阈下操作模式中，这样的数字电路系统可以以更高的泄漏和更慢的切 换时间为代价消耗明显更少的功率。

在示例中，通用处理器电路112可以置于待机操作模式(如可以包 括完全关闭状态或门控时钟状态的低功率消耗模式)。功率管理电路106 可以配置为在通用处理器电路112处于待机模式或以其它方式被禁用时 执行控制或监测功能。

功率管理电路106或通用处理器电路112可以被耦合到第一通信总 线110A或第二通信总线110B。总线110A和110B无需在物理上分离。 功率管理电路106或通用处理器电路112可以利用各自的总线110A和 110B，或者通过存储器映射配置寄存器(如利用存储器电路116存储) 来控制其它电路。

例如，第一无线接收器电路124、第二无线接收器电路126或第一发 射器电路128中的一个或多个电路可以配置为访问存储器电路116，如利 用耦合120。存储器电路116不需要是单一电路或阵列，并且可以包括各 种缓冲器(如先入先出(FIFO)缓冲器)。

例如，第一无线接收器电路124可以配置为接收指示传感器节点的 命令(如激活或启用传感器节点的其它部分)的信息、传感器节点的其 它部分的配置信息、或者要被通用处理器电路112执行的指令。如图1A 示例中所讨论，第一无线接收器电路可以包括超低功率(ULP)架构， 以在所有操作模式中提供持续的或接近持续的接收能力，这些操作模式 可以通过功率管理电路106建立。在示例中，比如在不要求时间消耗或 能量耗尽同步的情况下，在接收指定的信息包与传感器节点对该包的反 应之间的延迟可以小于10毫秒(ms)，比如使用消耗小于约100nW、总 传感器节点消耗小于约1μW的第一无线接收器电路124。

第一无线接收器电路124、第二无线接收器电路126或第一发射器电 路128中的一个或多个电路可以是可配置的，如基于选择的由功率管理 电路106或其它电路建立的能量消耗水平。例如，基于选择的能量消耗 水平可以对用于通信的使用哪个无线电、协议、数据速率、调制方案、 频率范围中的一个或多个进行选择。在这种方式中，基于可用的能量的 量可以使用或开启各通信电路来建立指定的每通信比特消耗的能量。如 上面讨论，可以至少部分地利用关于电源102的状态的信息指定这样的 能量消耗水平。

在示例中，第二无线接收器电路126比第一无线接收器电路124可 以以更高的数据传送速率接收信息。当选择到指定的能量消耗水平时(如 当电源102的状态指示可用能量的相对缺乏时)，第二无线接收器电路 126可以是周期性工作的(duty-cycled)或被禁用中的一种或多种。在这 样的选择的能量消耗水平中第一无线接收器电路124可以保持启用。若 电源102的状态指示可用能量的供应充足，则第二无线接收器电路126 可以重新启用或者可以抑制第二无线接收器电路126的周期性工作。

在示例中，第一无线接收器电路124，不需要功率管理电路106或通 用处理器电路112中的一个或多个电路的介入，可以接收命令来改变传 感器节点的能量消耗水平。

图2A至图2D大体示出传感器节点的至少一部分(如包括集成电路) 的架构的示例(如使用部分200A至200D所描绘的)。部分200A至200D 大体示出可以提供感测能力的系统(如SoC的一部分)。这样的感测能力 可以用于获取生理信息，如用于即时发射或用于存储。在示例中，这样 的信息可以包括例如心电图(ECG)、脑电图(EEG)、肌电图(EMG) 或者其它生理信息(如指示包括步态数据或体温的保健和健康的信息) 中的一个或多个。传感器节点可以提供数据采集、信号分析、处理或无 线通信，并且可以包括无电池配置或能量收集电路202。

图2A至图2D的示例可以包括或可以耦合到一个或多个通信电路 (如图6或图7A至图7D的示例所示出的)或者其它电路或模块(如其 它例子讨论的)。例如，在图2A中，传感器节点可以包括时钟电路230 (如时钟产生电路)，时钟电路230配置为产生一个或多个时钟信号为其 它电路使用。如使用时钟信号调理电路242(如时钟仲裁器)，这样的时 钟信号可以被进一步修改，如图5的示例所示。传感器节点可以包括供 电电路202(如调节器电路)，供电电路202如配置为专门用收集的能量 或使用一个或多个其它电源(如电容器或可再充电电池或原电池)运行。

传感器节点可以包括配置为阈下操作模式的数字部件，如配置为通 过一个或多个功能特定处理器电路216(如在图2C所示)或通用处理器 电路212(如在图2A所示)执行处理。数字部件可以包括功率管理电路 206、通用处理器电路212(如低“权重”微控制器)和存储器电路。例 如，存储器电路可以包括指令存储器218B，数据存储器218A和一个或 多个FIFO(如高速FIFO218C)(如图2B所示)。

又例如，传感器节点包括数字部件，该数据部件具有配置为阈下操 作模式的一个或多个部分以及配置为阈上模式的一个或多个部分。例如， 关于与在不同芯片上(“片外”)的构件、器件或外设相交互，可以使用 SoC的这样的布置。SoC可以使用操作在阈下的数字部件部分执行芯片 内的某些功能，以及可以使用操作在阈上的数字部件部分执行某些功能 (如片外访问或交互)。可替换地，普通数字部件可以被配置为在一种操 作模式时操作在阈下并且在另一种操作模式时操作在阈上。例如，这样 的普通数字部件可以在执行本地功能时操作在阈下操作模式，而在访问 片外的外设或与片外的外设进行交互时可以切换到操作在阈上操作模 式。

如图2B所示，传感器节点可以包括模拟“前端”(如模拟输入电路 216，如可以包括低噪声放大器(LNA)或者可变增益放大器(LGA))。 模拟“前端”可以包括一个或多个可编程增益或者一个或多个模数转换 器(如12比特和8比特模数转换器)。

在图2A至图2D的示例中，传感器节点可以获得指示生理信号的信 息或其它信息(如使用四通道模拟输入216)。取决于所期望的采样频率、 精度或准确度，或者基于选择的能源消耗水平，提供给四通道模拟输入 216的信号可以使用8比特转换器(逐渐近似转换器)、或12比特(如三 角积分(delta-sigma))转换器、中的一个或多个，或者一个或多个其它 拓扑进行数字化。

传感器节点可以包括一个或多个导电耦合通信电路，如遵循一个或 多个标准(如12C通信接口或SPI配置接口)。例如，指示生理活性的信 息可以如使用一个或多个现成传感器(如加速计)来获得，并且可以使 用串行部件244提供的一个或多个接口被传送到在传感器节点中的其它 电路系统。

在图2A至图2D的示例中，如使用一个或多个16比特总线或使用 其它拓扑结构，数据可以在不同的电路之间传送。例如，这样的数据总 线可以用于模拟输入216或串行部件244与其它电路系统之间的信息传 送。在示例中，第一总线可以由功率管理电路206(如数字电源管理器 (DPM))或者通用处理器电路212(如openMSP430微控制器电路或者一 个或多个其它处理器电路)中的一个或多个来控制。例如，第一总线可 以使用两个时钟周期来移动外部的存储器位置之间的数据。在示例中， 第二总线可以由直接存储器访问(DMA)控制器电路246(如二通道DMA 控制器电路)来控制，如提供单周期位置移动来减少能量消耗。两种总 线可以使用8比特寻址方案。DMA控制器电路246可以用于促进一个或 多个无线通信电路与存储器电路之间的信息传送，而无需使用其它更多 能量消耗的电路(如通用处理器电路212)。

在示例中，超低功率(ULP)无线接收器电路可以配置为如使用DMA 无线地接收信息以及将接收到的信息的至少一部分传送到数据存储器 218A或者指令存储器218B中的一个或多个，或者传送到一个或多个其 它位置(如配置寄存器)，而无需使用通用处理器电路212。

一个或多个功能特定处理器电路216可被容易地与架构合并或从架 构移开，而不扰乱架构中的其它电路的结构。例如，基于传感器节点要 获得的信息的性质，可以包括或移开一个或多个功能特定处理器电路 216。

一个或多个功能特定处理器电路216可以配置为操作在阈上和阈下 操作模式中的一个或多个模式。例如，如基于选择的能源消耗水平，至 少部分地使用关于处理时序需求的信息(如可以完成处理功能的最小， 最大或特定的持续时间)可以确定阈下操作电压，以提供增强的能量效 率。

当满足所需的时序规格或噪声容限时，可以指定阈下操作电压来提 供最小或减少的能量消耗。在示例中，如基于选择的能量消耗水平，如 使用供电电压在CMOS设计中可以建立阈上或阈下操作电压的选择，该 供电电压通过PMOS头(header)是可选择的，如减少泄露的栅控功率。

一个或多个功能特定处理器电路216可以配置为提供有限脉冲响应 (FIR)滤波电路(如具有许多可选择或可控制的分接头)、快速傅里叶变 换(FFT)电路、无限脉冲响应(IIR)滤波电路、离散余弦变换(DCT) 电路、多项式拟合电路、比较器电路、参数提取电路、间隔确定电路、 坐标旋转数字计算(CORDIC)电路或一个或多个其它电路中的一个或多 个。处理器电路的其它例子可以包括R-R间隔提取电路，如可以配置为 使用PanTompkins算法，或者房颤检测电路。

在示例中，通用处理器电路212可以包括开源微控制器，如 openMSP430架构(如，从“opencores”(瑞典斯德哥尔摩)中可用 的代码中合成)，如配置为执行包括在MSP430指令集中的一个或多个指 令。这样的通用处理器电路212可以用于执行不可以通过一个或多个功 能特定处理器电路216得到的指令或操作。例如，基于选择的能量消耗 水平，通用处理器电路212可以被暂停或禁用，如栅控供电或栅控时钟。 在通用处理器电路212处于栅控供电或栅控时钟的间隔内，无线接收器 电路(如在别处讨论的例子中的第一无线接收器电路)可以接收指示将 由通用处理器电路212执行指令的信息。通用处理器电路212可以被重 新启用，如基于接收到的指令执行操作。

功率管理电路206比通用处理器电路212可以是“更轻的权重”，如 包括更简单的或更多功率效率的架构，这种架构配置为简单的操作(如 监测操作)，来减少或消除激活通用处理器电路212以及消耗功率的需要。 功率管理电路206可以配置为管理传感器节点的功率消耗，如随着能量 收集速率的降低减少节点的功率消耗，或者响应其它事件(如接收到的 休眠命令)或其它命令。功率管理电路可以是可编程的，并且可以配置 为将功率消耗配置改为所期望的在单时钟周期内的状态，包括预测功率 消耗状态的改变的需要。这样的功率消耗状态可以包括，例如，将一个 或多个电路置于待机模式或减少的能量消耗操作模式、建立阈下操作模 式、或者建立阈上操作模式。

传感器节点可以包括其它电路，如一个或多个计时器(如16比特率 计时器248)、发射缓冲寄存器250、或者一个或多个有限状态机(FSM) (如读地址FSM252)。使用第一或第二总线或者使用存储器映射配置信 息(如可以用于控制一个或多个无线通信电路的配置存储器映射216D) 可以发生各种电路的控制。存储器映射可以用于其它电路系统的配置或 控制，如配置或控制一个或多个功能特定处理器电路216。

图3大体示出了可以作为传感器节点的部分被包括的寻址方案300。 如图2A至图2D的示例所讨论的，传感器节点可以，第一总线由功率管 理电路206(如数字电源管理器(DPM))或者通用处理器电路212(如 openMSP430微控制器电路或者一个或多个其它处理器电路)中的一个或 多个来控制，以及第二总线可以由直接存储器访问(DMA)控制器电路 246来控制。一个或多个功能特定处理器电路(如第一加速器电路314A 至第“N”加速器电路314N)可以包括三个分别的解码器，每个解码器 如配置为避免在两个总线之间的写冲突。

图4大体示出了可以作为传感器节点的部分被包括的计时方案400。 在图4的例子中，可以使用温度稳定低功率锁频环(FLL)454，如以提 供与晶体的模式相对应的指定的锁定频率(如锁定到50千赫兹(kHz) 晶体振荡器)。基于可配置的操作模式(如基于选择的能量消耗水平)， 可以使用第二反馈环路(如包括锁相环(PLL)456)，以提供扩展至超出 单独使用PLL456的可用范围的频率范围，如高达示例中的500kHz。如 基于选择的能量消耗水平，可以旁路掉FLL454或PLL456中的一个或 多个，以当消耗更少功率时提供较不稳定的参考晶体的输出。

图5大体示出了可以作为传感器节点的部分被包括的时钟信号调理 电路542(如时钟仲裁器)，时钟信号调理电路542可配置为提供指定的 时钟信号。时钟信号调理电路542例如使用一个或多个分配器(如计数 器)可以提供一个或多个可编程时钟，如由一个或多个模拟输入(如模 数转换器采样时钟或一个或多个功能特定加速器块)使用。在示例中， 时钟信号调理电路542可以包括在传感器节点的数字部件中，如包括在 通用处理器电路布局的覆盖区内，该通用处理器电路布局包括在集成电 路中。

图6大体示出了传感器节点的部分的示例600，传感器节点的部分可 以包括如三个耦合到基带控制器电路622(如有限状态机(FSM))的通 信电路。三个通信电路可以包括第一接收器电路624(如持续或接近持续 启用的超低功率接收器电路)、第二接收器电路626(如窄带接收器)和 第一发射机电路628(例如超宽带发射机，如可以配置为支持多媒体访问 控制(MAC)协议)。

可以如使用基带控制器622来控制通信电路的一个或多个操作模式、 或者各种操作的触发，而无需通用处理器电路612(如微控制器单元 (MCU))被加电或在高功率消耗模式。例如，当第一接收器电路624等 待将由通用处理器电路612执行的一个或多个命令或指令的无线接收时， 通用处理器电路612可以是阈下操作模式或者低功率消耗待机模式。

存储器映射616可以用于配置基带控制器电路622或三个通信电路 中的一个或多个中的一个。例如，为了发射，可以缓存将由第一发射器 电路628发射的信息，不依赖通用处理器电路612，如使用发射缓冲器 660缓存。类似地，当等待通用处理器电路612传送或处理时，接收的信 息(如使用第二接收器电路626接收的)可以使用接收缓冲器658缓存。

图7A至图7C大体示出传感器节点的部分600A至600C的架构的示 例，传感器节点的部分600A至600C可以包括三个耦合到基带控制器电 路的通信电路，大体上如图6的例子中所示出和讨论的。第一无线接收 器电路624可以包括调谐接收器电路和包络探测器(如以接收振幅移位 键控或开关键控无线信号中的一个或多个)。第一无线接收器电路624可 以配置为保持一直运行(如“永远开启”模式)，或者在指定的期间加电 以“监测”指定的命令，如一个或多个命令。至少部分地以减少灵敏度 为代价可以增强第一无线接收器电路624的功率消耗性能。例如，在检 测或整流之前，第一无线接收器电路624可以包括大约单位或更少的净 增益。在示例中，第一无线接收器电路624可以包括超低功率(ULP) 架构，如使用第一指定数据传送速率，在相对于1毫瓦(dBm)的大约 为-40分贝的灵敏度下消耗少于约100nW。

第二无线接收器电路626可以包括窄带接收器，如配置为接收调角 或调幅无线通信信号中的一个或多个。第二无线接收器电路可以包括一 个或多个锁相环(PLL)，并且可以以第二指定数据传送速率接收信息。 通常，第二接收器电路626的功率消耗可以比第一接收器电路624的高， 第二无线接收器电路626可以保持在低功率消耗状态(如待机模式)，除 非被激活(如响应第一接收器电路624接收的命令或者基于功率管理电 路建立的选择的能量消耗水平)。

第一无线发射机电路628可以包括宽带发射电路628(如超宽带 (UWB)发射机)或其它架构，如配置为以大约1GHz或更高的频率无线 地发射包括能量的信息。例如，第一发射机电路628可以配置为发射无 线信息的脉冲串。无线发射机电路628可以使用指定的数据传送速率， 该指定的数据传送速率高于第一接收器电路624或第二接收器电路中的 一个。在各通信电路之间的数据传送速率的不同可以称为“非对称”通 信配置。这样的非对称配置是传感器节点所期望的，这是因为虽然通常 只接收到有限的数据(如操作命令，配置信息或固件更新)量，传感器 节点通常却会有大量的感测到的生理信息要上传到另一个器件。

如图6的例子中示出或讨论的，通信电路可以被耦合到基带控制器 622，如有限状态机(FSM)。例如，使用第一无线接收器电路624可以 接收第一命令类型，在响应中，基带控制器电路622可以触发第一发射 机电路628来发射缓存的信息的脉冲串(如使用发射缓冲器660或在别 处存储的)。在另一个例子中，使用第一无线接收器电路624可以接收第 二命令类型，在响应中，基带控制器电路622可以“唤醒”传感器节点 的一个或多个其它部分，如转变处理器电路712从低功率消耗状态(如 待机模式或阈下操作模式)进入高功率消耗状态。

在另一个例子中，基带控制器电路622可以按路径发送第一接收器 电路624或第二接收器电路626接收到的信息到接收缓冲器658，生成或 接收一个或多个中断，或通常引导这样的信息进入指令存储器、数据存 储器、配置寄存器、或存储器映射寄存器中的一个或多个，而无需使用 通用处理器电路。通常，基带控制器622还可以配置为至少使用关于选 择的能量消耗状态的信息选择通信电路的操作模式。在这种方式中，在 功率管理电路或一个或多个处理器电路中一个或多个的控制下，使用关 于可用能量的信息可以建立如缓存的或脉冲串通信、协议选择、数据传 送速率、调制技术或操作频率范围等模式。

图8大体示出了可以作为传感器节点的部分被包括的发射缓冲器 660架构的示例，如可以关于上面或下面讨论的一个或多个例子被使用。

图9大体示出了可以作为传感器节点的部分被包括的接收缓冲器 658架构的示例，如可以关于上面或下面讨论的一个或多个例子被使用。

图10大体示出了技术1000(如方法)，技术1000可以包括，在1002， 如基于操作能量的来源的状态，选择传感器节点的能量消耗水平(如图 1A-1B，2A-2D，3-6，7A-7C，或8-9的例子中描述和示出的)。在1004， 基于选择的传感器节点的能量消耗水平可以建立数字处理器电路(或一 个或多个其它电路)的操作模式。在1006，可以无线地接收信息，如无 需使用数字处理器电路。例如，数字处理器电路可以是暂停或禁用中一 个或多个，以及在1008，无线接收的信息可以被传送到存储器电路而无 需使用处理器电路。这样的无线接收的信息可以包括数字处理器电路执 行的指令。

如上面所提及，此处讨论的SoC可以预测能量使用行为(behavior) 和模式并引起传感器或SoC操作的改变。例如，SoC可以包括预测电路 (未示出)，该预测电路操作地耦合到功率管理电路206内的部分或者被 包括作为功率管理电路206内的部分。预测电路可以接收指示相关能源 (如芯片上的电源，片外的能源或能量收集电路(要么在SoC上要么在片 外))的状态的信号。预测电路可以分析这些状态和与状态信息相关的时 间，来识别接收的和/或存储的能量以及使用的能量的分布(profile)、行 为或模式。例如，预测电路可以识别收集的能量的水平与一天的时段之 间的相关性。又例如，预测电路可以识别收集的能量的水平与传感器数 据之间的相关性，如监控到的心率与人体温度之间的相关性：当监控到 的心率增加，体温可能升高，因此使得更可能是从(例如)基于热电的 能量收集电路收集到的能量将增加。又例如，预测电路可以识别某个容 差内的周期性。

基于这样的预测，预测电路可以发送预测信号到功率管理电路(或 功率管理电路的其它部分)。预测信号可以指示或呈现预测信息和/或相关 的数据(如预测的分布，预测值，存储的能量和时间值等)。在收到预测 信号时，功率管理电路可以为SoC选择操作模式。例如，在收到预测信 号时，功率管理电路可以基于预测信号和/或其它因素选择SoC的操作模 式，该SoC的操作模式对于给定的功率消耗水平是合适的。例如，功率 管理电路可以基于SoC的能量进入量、与SoC关联的存储的能量的量或 者SoC的功率消耗速率选择操作模式。

各种注释&例子

在这个文件中公开的各个非限制性的例子可以独立存在，或者可以 以多种置换或组合的方式与与其它例子中的一个或多个进行组合。

上面详细的描述包括对附图的引用，该对附图的引用形成详细描述 中的一部分。附图以示例的方式示出了具体实施例，本发明可以在具体 实施例中实行。这些实施例在此处还可以称为“例子”。这样的例子可以 包括除了那些示出或描述的之外的元素。但是，本发明人也思忖例子， 在该例子中仅提供了那些示出或描述的元素。此外，关于特定的例子(或 其一个或多个方面)、或者关于本文所示或所描述的其它例子(或其一个 或多个方面)，本发明人还使用示出或描述的那些元素(或其一个或多个 方面)的任意组合或置换来思忖例子。

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在这个文件中，如专利文件中一样常见，使用术语“一种”来包括 一个或一个以上，独立于“至少一个”或“一个或多个”的任何其它实 例或使用。在这个文件中，除非另有指示，术语“或”用来指的是非排 他性的或，这样“A或B”包括“A但不是B”、“B但不是A”以及“A 和B”。在本文件中，使用术语“包含”和“在...中”作为分别的术语“包 括”和“其中”的简明英语的等价用法。另外，在权利要求中，术语“包 含”和“包括”是开放式的，也就是，系统、器件、物品、构成、制定 或过程包括除在权利要求中这样的术语之后列出的那些之外的元素，仍 被认为落入权利要求的范围内。而且，在权利要求中，术语“第一”、“第 二”、和“第三”等仅仅用作标记，并非意图将数字要求强加在他们的客 体上。

此处描述的方法例子至少部分地可以是机器或计算机实现。一些例 子可以包括使用指令编码的计算机可读介质或机器可读介质，该指令是 可操作的以配置电子器件来执行如上面描述的例子中的方法。这样的方 法的实施可以包括代码，如微代码、汇编语言代码、高级语言代码或诸 如此类。这样的代码可以包括用于执行各种方法的计算机可读指令。代 码可以形成计算机程序产品的部分。进一步地，在例子中，代码如在执 行期间或其它时段可以有形地存储在一个或多个易失、非短暂或非易失 有形计算机可读介质上。这些有形计算机可读介质的例子可以包括但不 限于：硬盘、可移动磁盘、可移动光盘(如高密度磁盘和数字视盘)、磁 带、记忆卡或记忆棒，随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)， 诸如此类。

上面的描述旨在说明，而不是限制。例如，上述例子(或者其一个 或多个方面)可以用于相互结合。可以使用其它实施例，如本领域普通 技术人员在回顾上面描述时所使用。提供的摘要符合37C.F.R.§1.72(b)， 以允许读者快速发现技术公开的本质。可以理解，其将不用于解释或限 制权利要求的范围或意思。另外，在上面的详细的描述中，各种特征可 以组合在一起以简化本公开。这不应该被解释为未要求保护的公开的特 征对于任意权利要求是必不可少的。而是，发明的主题可以在于比具体 公开实施例中所有特征更少的特征。因此，权利要求据此作为例子或实 施例并入详细的描述中，每个权利要求作为单独的实施例独立存在，可 以想到这样的实施例可以以各种组合或置换相互结合。应参考附上的权 利要求、连同这些权利要求使等价方案所拥有的全部范围来确定本发明 的范围。