专利名称：电子计数器中的功率减小方法
技术领域：
本发明通常涉及电子计数器。更具体地，本发明涉及一种电子计数器的功率减小方法。
背景技术：
电子计数器具有各种广泛的应用。一个例子是用于记录体积流量(volumetric flow)的测量仪表。这些仪表一般由公用事业使用以记录终端用户的消耗量。例如，供给水给他们用户的公用事业公司，典型地基于使用量来为他们的产品收费。水的使用量典型地由为每个独立用户在他们各自供水管线上安装的仪表来测量。公用事业公司的雇员周期地(通常每月一次)从仪表人工采集读数。这些读数通常是累积性的，因此本期的使用量是通过减去上期的读数而计算的。一旦计算出使用量，就将在该时期内所使用水量的帐单传送给用户。
用水量仪表的人工读取是劳动密集的、耗时高昂的，而且尤其容易令住宅用户遭受人为误差，因为相对于较大的商业用户，每个住宅用户的仪表监控相对较少的用水量。因此，电子仪表已经被用来获得更快的、更高效率的、更精确的用水量数据的采集。电子仪表通过监控流过传统机械流量表的水流，来测量用水量。使用量的读数存储于电子计数器内，然后通过无线信号发射到由公用事业公司操作的本地发射机/接收机。
然而，电子仪表需要电源。典型地，这样一个仪表靠电池来供电。电池必须被人工地更换，这又是一项耗时且成本高昂的过程。此外，如果电池失效，公用事业可能不能确定仪表中正确的耗水量，并因此传送不准确的帐单给用户。同样，这种仪表的数据处理部件典型地使用非易失性存储器，其能够在电源失效时保存来自仪表的数据。这些仪表的所有功率消耗特性使得功率效率变得非常需要。
发明内容
在一些方面，本发明涉及一种操作电子计数器的方法，包括更新电子计数器，所述电子计数器被分为多个根据数值来配置的多个段；如果电子计数器的供给能量满足或者超出一预定值，在段间传送数据；如果电子计数器的供给能量不能满足该预定值，在传送进位计数器内存储所传送的数据。
在其他方面，本发明涉及一种操作电子计数器的方法，包括在多个分级式存储段中计算来自水表的使用量数据的步骤；在电子计数器中电源充足时，在存储段间传送使用量数据的步骤；如果电子计数器中电源不充足，暂时地存储所传送的使用量数据的步骤。
参照下述的说明书和附加的权利要求，本发明的其它方面和优点将变得更加明显。
应当注意的是，不同附图中的同样特征用相同的参考数字来表示。
图1示出了根据本发明一个实施例的电子水表监控系统的示意图。
图2示出了根据本发明一个实施例的自供电水表的剖开立体图。
图3示出了根据本发明一个实施例的电子数据记录仪的显示器的视图。
图4示出了根据本发明一个实施例的电子数据记录仪的ASIC电路的方框图。
图5a示出了根据本发明一个实施例的计数器存储器中分离的段的方框图。
图5b-5d示出了根据本发明一个实施例的递增计数器存储器中分离的三段的方框图。
图6示出了根据本发明一个实施例的从计数器的一段到另一段的比特传送的流程图。
图7示出了根据本发明实施例的从计数器的一段到另一段的传送过滤的流程图。
图8示出了根据本发明一个实施例的传送进位计数器的操作的流程图。
图9a-9c示出了根据本发明一个实施例的系统参数值和系统参数范围的图表。
具体实施例方式
电子计数器的功率减小方法已经被开发。尽管在此以测量仪表的方式来使用作为例子，描述电子计数器的使用，但是重要的是本发明能够在任何应用领域中以电子计数器的方式来使用。这在计数器被用于重视功率效率的设备的情况下尤其正确，例如笔记本式个人电脑，或电池供电的电子设备。
在说明书中用作实例的测量仪表，当物料流过该仪表时测量并记录其体积使用量。该计数器可以用于公用事业的应用领域以测量水，气或者电的使用量。此外，这种仪表一般还被用于工业应用领域，以测量各种组分的流速。在这部分内容中，能够把公用事业应用领域中的自供电水表用于描述本发明各方面的实施例。然而，应当理解，如所描述的那样，本发明能够在各种广泛的应用领域中，应用于许多不同类型的测量仪表。
图1示出了根据本发明一个实施例的电子水表监控系统10的示意图。系统10包括用于独立用户的电子水表12a或12b。该水表典型地被放置在位于用户和公用事业主供应管线之间的用户独立供应管线上的点。仪表接口单元(MIU)14a或14b被连接到各自的水表12a或12b。MIU14a或14b是一种电子设备，其从各自水表上的电子寄存器采集仪表的使用量数据，并通过无线信号发送该数据到本地发射机/接收机16a或16b。在可选的实施例中，可以使用其他外部设备，例如膝上型电脑、数据记录器、或者其他合适的本领域公知设备。示出了电子水表的两个可选实施例。第一实施例包括放置于地下或“坑井(pit)”单元中的仪表12a和MIU14a。其他实施例包括放置于地上的水表12b和MIU14b。同样也示出了两种可选类型的发射机/接收机16a或16b。第一种发射机/接收机16a被装配在车辆上，而其他发射机/接收机是手持单元16b。另外类型的发射机/接收机可以永久地装配在多个仪表和MIU的中央位置。这些发射机/接收机中的每一种都允许公用事业公司职员不需要人工地读取每一个独立仪表而接收使用量数据。可代替地，当各个发射机/接收机16a和16b在MIU14a和14b的范围以内时，来自仪表的数据被发射到发射机/接收机，而所述发射机/接收机又将该信号发射到公用事业的计算机系统18。然后计算机系统18基于该数据计算各个用户的使用量。然后由公用事业生成各个用户适当的帐单。
该系统的电子水表是通过内部“Wiegand Wire”自供电的。Wiegand导线是一种当其暴露于具有变化的通量极性的磁场时生成电信号的设备。该导线也可以用于感应跨越接近该导线放置的线圈的电压。磁场的极性依赖于流过该仪表的流体的动能而变化。在某些实施例中，当流体流过仪表时，其转动内部水轮，而内部水轮又旋转附着于其上的轴。多个磁铁被排列在附着于该旋转轴的圆盘上。当圆盘与轴一起旋转时，磁铁的运动感应出放置在圆盘附近的Wiegand导线内磁通量的交变磁场。由于磁通量的变化而由该导线生成的信号用于供电给监控该仪表的电子电路。流过该仪表的流体的速率、体积和方向也可以通过分析由该导线生成的信号的数量和速率来确定。
图2示出了根据本发明一个实施例的自供电电子水表20的剖开立体图。在这个实施例中，电子水表20在仪表的流入连接器22处被连接到供水管线上。水从供应管线通过连接器22流入到仪表主体26并通过流出连接器24流出到用户。当水流过仪表主体26时，它推动内部流轮(flowwheel)28旋转。而旋转的流轮28又旋转通过轴(未示出)连接到流轮28上的磁盘30。在这个实施例中的磁盘30被表示为具有四个分离的磁区(为每个区的极性方向标注“N”和“S”)，从而构成一四极磁铁。在其他实施例中，可以使用磁铁的不同配置。
当磁盘30旋转时，它改变靠近磁盘30而放置的Wiegand导线传感器32的磁通量极性。如先前所述，极性的变化感应出由传感器32生成的信号。这些信号表示关于流过仪表20的水流的数据，同时也给仪表的电子电路提供电源。具体地，信号流对应于流过该仪表的水流的速率和方向。流过仪表20的水流的流速是对照流轮28和磁盘30的转速以及由传感器32生成的信号流来校准的。在图2中，仅示出了只有一个Wiegand导线传感器32被用于仪表20。应当理解对于本发明的可选实施例，多个传感器可以被用于一个仪表中。
数据在附着于仪表20的电子数据记录仪34内被处理和存储。记录仪34包含处理数据的ASIC(专用集成电路)芯片。在某些实施例中，非易失性存储器被放置于ASIC内。这个存储器用来存储数据。图3示出了电子数据记录仪34表面的显示器的视图。记录仪34具有盖36，保护显示器38免受尘土、碎屑等。显示器38自身是一个显示数据的LCD(液晶显示器)。在本发明中，LCD可以显示九位数字。在可选的实施例中，可以使用其他类型和数量的显示方案。该显示器是由盖36打开时暴露于太阳光之下的太阳能电池组40供电的。该显示器便利于在由于MIU或其他系统部件发生故障时必须人工读表的情况下使用。
图4示出了电子数据记录仪的ASIC电路的方框图。在此实施例中，两个Wiegand导线传感器32被用于提供两个分离的数据流给ASIC41。各个传感器32都产生分离的正(“+”)或负(“-”)数据流。到ASIC的其他连接包括ASIC外部的电源(EXT电源)和接地线(GND)连接。在此实施例中，所述两个Wiegand导线传感器32生成外部电源。ASIC的其他连接包括使能信号(ENABLE)；数据信号(DATA)；时钟信号(CLOCK)；读写信号(R/W)；输出信号(PULSE OUTPUT)；和方向信号(PULSE DIRECTION)。这些信号连接中的任何一个都经过主机接口(未示出)到数据记录仪的其他部分。
如先前所提及的，图4中示出的ASIC芯片具有在芯片内部的存储器容量。在其他实施例中，存储器可以在ASIC外部，并通过外部连接提供所需数据给芯片。在此实施例中，存储器是非易失性的，当电源被移除时能够不丢失其存储的数据的存储器。非易失性存储器的例子包括磁心存储器、ROM、EPROM、闪速存储器、磁泡存储器、电池供电的CMOS-RAN等等。在此例中，非易失性存储器是铁电随机存取存储器(“FeRAM”)。这种类型的存储器典型地用于移动应用领域中。它也可以用于，对在功率使用量最小化的同时保持性能最大化的方面非常苛求的应用领域。在更多其他实施例中，可以使用非易失性逻辑或其他非易失性结构。
一种功率使用量最小化的技术包含对电源电路的使用的有效管理。例如，电路可以在它将要被使用时被激活(即，激活以使用电源)一段时间，然后在不需要时中止(即，使其不活动以使用很少的电源或不使用电源)。这就通过仅激活当前操作所需要的电路部分，从而减少了总体的电源消耗。存储器的一部分专用于一个用户。计数器记录由仪表生成的信号的总数中的步进增加量或减少量。典型地，由仪表生成的各个信号或“计数”都将导致递增计数器的一个比特值的增长。同样地，负信号可以导致递减计数器的一个比特值的增长。
在当前实施例中，计数器具有多级(stages)以允许大量比特的合计。这些级被配置为分级式的次序，以便较高的级包含较大值的比特，而较低的段容纳最低值的比特。图5a示出了以下内容的方框图递增计数器的存储器的分离的三段50、52和54；递减计数器的存储器的分离的三段51、53和55；以及状态寄存器48。
图5b-5d示出了递增计数器存储器的分离的三段50、52和54的可选方框图。计数器的第一段50容纳最低值的比特。它将比特值传送给具有较高值的第二段52。而第二段52又将比特值传送给具有更高值的第三段54。典型地，一旦更低的级到达它的最大值，到更高级的传送就发生了。在这点处，比特被传送到下一更高级，并且较低级的值被复位到零以重新开始它的计数。因此，只有计数器的最低级在每次计数累加期间是绝对必需的。因此，在大多数计数操作期间，只有计数器的一部分需要被激活且消耗电源。图6示出了从计数器的一段到另一段的比特传送的流程图。在此例中，计数器被分为递增计数器62和递减计数器64。递减计数器以类似于对图5b-5d中所示的递增计数器进行描述的方式而运行。每个计数器62和64都具有如图5b-5d所示的分离的三段。
在某些实施例中，当计数器需要在不同级之间传送数据时，比特能够存储在较低级内，直到当拥有能成功传送它的足够能量的信号出现的时刻。这避免了低能级的信号传送比特，从而可能丢失数据。这种用于比特等候传送的存储区域的技术称为“传送滤波”。图5a-5c中示出的FeRAM单元中的数据可以作为16比特字被存储和发射。16比特字被分解为三段，包含第一段中用于递增寄存器的数据比特，第二段中用于递减寄存器的数据比特，和第三段中用于状态寄存器的数据比特。这允许计数器获得更好的机会来以微弱数据信号处理数据，因为流向和更新恰当的计数器可以利用对存储器的一个访问而实现。
在一个比特可以进入存储寄存器的一段之前，进行测试比较以确保充足的能量是可用的，从而通过计数器的段来传送该比特。可用能量的量值是通过对系统的供给电压(“Vdd1”)与预定的阈值电压值(“Vth1”和“Vth2”)进行比较而确定的。典型地，Vdd1能够在工作电压最大值(“VopH”)和工作电压最小值(“VopL”)之间变化。图9a-9c示出了给出系统使用的各种参数值的图表，包括Vdd1上的外部电容负载；总电荷；VopH和VopL的范围；Vth1和Vth2的值；以及VopH和阈值电压之间的范围。所述值被表示为最小值、最大值和标准值。
图7示出了递增寄存器的数据比特传送步骤的流程图。在每一步骤中，将Vdd1与阈值电压值之一进行比较。同样由于比特通过计数器进行传送，需要更多的功率以访问每一段。例如，信号必须具有最大能量的1/3来访问第一段72。更进一步地，信号必须具有最大能量的2/3来访问第二段74，必须具有全部功率来访问第三段76。应当理解在计数器的递减寄存器中存在类似的配置和参数。
如图7所示，如果Vdd1不能满足阈值，数据将被容纳在它所处的当前段，而不允许进一步传送到计数器内。例如，Vth1是检测微弱信号70的阈值。当Vth1被测试时，只使用读取修正的写入寄存器(“读取WLO”)，因此Vth1被设置到总能量的1/3。Vth2是用于数据比特传送的阈值。因而，它访问两个读写寄存器(“读取W1”和“读取W2”)，并且被设置为总能量的1/2。在最坏的情况下，较高的工作范围(VopH-Vth2)必须具有至少足够的能量以(1)读取WLO；(2)重写WLO；和(3)读取第二段寄存器。在最坏的情况下，较低的工作范围(Vth2-VopL)必须具有至少足够的能量以(1)重写第二段；(2)读取第三段寄存器；和(3)重写第三段。参照如图9a中所示的参数值，在工作中的电压降落最大值可以如下计算Qt/Cl＝3.27nC/3.685nF＝0.888V。由此，阈值电压可以如下计算(1)Vth1＞VopL+(Max Drop3)；和(2)Vth2＞VopL+(Max Drop2)。样得出Vth＝3.796V和Vth2＝3.944V的值。
在此例中，每个寄存器，递增和递减的，都具有三段，当其中一段处于它的最大值时，进位比特必须被传送给相邻的段。在最坏的情况下，一个比特将不得不从每一段传送，从而需要三个同时发生的段访问。为了最小化功率消耗，在第一和第二段之间使用两比特传送“进位计数器”。另一个两比特传送“进位计数器”在第二和第三段之间被使用。图8示出了传送进位计数器的操作的流程图。当较低的段试图传送比特并且Vdd1处在阈值电压以下时，进位计数器被累加一次。当另一来自较低段的传送发生并且Vdd1处在阈值电压以上时，进位计数器中的值被传送到更高的段，且进位计数器被复位到零。然而，由于进位计数器是只有两比特的二进制计数器，它具有容量最大值3。如果进位计数器的值是2并且它接收到另一传送，这表示进位计数器已经连续接收了过多微弱信号传送。在这种情况下，3这个值作为告警系统出现问题的错误标记。只有当Vdd1满足阈值且错误状态被复位时，进一步的传送才能被传递到更高的段。
尽管已经根据有限数目的实施例对本发明进行了描述，从这些公开内容中获益的本领域技术人员，应当理解可以设计出其他实施例，而不脱离在此公开的本发明的范围。此外，本发明的范围应当仅由附加的权利要求来限定。
权利要求
1.一种操作电子计数器的方法，包括更新电子计数器，所述电子计数器被分为根据数值来配置的多个段；如果电子计数器的供给能量满足或超出一预定值，在段间传送数据；和如果电子计数器的供给能量不能满足该预定值，在传送进位计数器内存储所传送数据。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述传送进位计数器存储所传送的数据，直到电子计数器的供给电压满足或超出该预定值。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述电子计数器被分为三段。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述电子计数器被分为三段的递增计数器和三段的递减计数器。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述多个段包括存储单元。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述存储单元是非易失性存储单元。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述非易失性存储单元包括铁电随机存取存储器单元。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述电子计数器是仪表的一部分。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述仪表是公用事业仪表。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述公用事业仪表是水表。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述水表是自供电水表。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述自供电水表是由Wiegand导线供电的。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述传送进位计数器是两比特二进制计数器。
14.如权利要求1所述的方法，还包括放置于最低数值段和中间数值段之间的第一传送进位计数器；和放置于最高数值段和中间数值段之间的第二传送进位计数器。
15.如权利要求1所述的方法，其中当所述传送进位计数器的容量充满，并且接收到另外的传送数据时，传送计数器生成一错误通知。
16.一种操作电子计数器的方法，包括在多个分级式存储段中计算来自水表的使用量数据的步骤；当电子计数器中电源充足时，在存储段间传送使用量数据的步骤；和如果电子计数器中电源不充足，暂时地存储所传送的使用量数据的步骤。
17.权利要求16的方法，还包括如果暂时存储所传送的使用量数据的容量溢出，生成错误通知的步骤。
全文摘要
一种降低了功率消耗的、操作电子计数器的方法。电子计数器被分为多个根据它们的数值而排序的段。当计数器被更新时，在段间传送数据成为必要。如果计数器的供给能量满足或超出一设定值，数据被传送到下一更高的段。然而，如果计数器的供给能量降到设定值的水平之下，将要被传送的数据被存储于传送进位计数器内。
文档编号H03K21/00GK1732421SQ200380108127
公开日2006年2月8日 申请日期2003年11月4日 优先权日2003年11月4日
发明者戴维·汉密尔顿, 蒂姆·比安基 申请人:内普丘恩技术集团公司