唤醒芯片及唤醒系统的制作方法

本发明涉及集成电路技术领域，具体涉及一种唤醒芯片及唤醒系统。

背景技术：

随着基于物联网技术的移动电子设备(如可穿戴医疗设备、可植入医疗设备)的高速发展，它们对内部芯片的功耗提出了严格的要求。受限于成本、体积和重量等因素，这些设备常采用小体积小容量的电池，为了避免频繁更换电池所造成的不可接受的材料成本和人工成本，需要内部芯片具有极低的功耗使设备能持续工作数年甚至数十年而不需要更换电池。此外，这种设备通常工作在随机稀疏事件条件下，所谓“随机”是指传感器所探测到的信号所包含的事件是随机发生的(例如：癫痫病人的偶然发病)，所谓“稀疏”是指事件的间隔可能很久，在随机稀疏的背景下，要求内部芯片处于持续开启的工作状态，处理一切随时随地可能发生的事件，因此，研制面向此应用场景下的极低功耗芯片是一项挑战。

目前，通过采用芯片内部时钟实现周期性唤醒的工作模式来节省功耗，然而这种方式在一定程度上能减少功耗，但为了不错过随机发生的事件，通常需要较高的周期性唤醒频率让芯片能够尽量捕获到每一个事件，而这个频率远远高于稀疏事件的发生率，因此这种方式仍然会产生大量的无用功耗。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述现有技术的不足提出的一种唤醒芯片及唤醒系统，该目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的第一方面提出了一种唤醒芯片，所述唤醒芯片无内部时钟，包括：

信号处理模块，用于实时接收来自外部传感器的数字/模拟信号时，并对所述数字/模拟信号进行预处理后，将得到的第一处理结果发送至逻辑判断模块；

所述逻辑判断模块，用于判断所述第一处理结果是否符合预设的唤醒条件，若是，则输出唤醒信号。

本发明的第二方面提出了一种唤醒系统，所述系统包括主处理模块与上述第一方面所述的唤醒芯片：

所述主处理模块，用于在接收到所述唤醒芯片输出的唤醒信号时，由休眠模式切换为唤醒模式，并控制所述唤醒芯片切换至休眠模式，以使所述唤醒芯片停止工作；

所述主处理模块，还用于接收来自外部传感器的数字/模拟信号，并对所述数字/模拟信号进行处理，得到第二处理结果；

其中，获得第一处理结果的处理功耗低于获得第二处理结果的处理功耗。

在本申请实施例中，通过提出一种超低功耗的唤醒芯片，作为具有唤醒功能的协处理器，并在后级适配各种高性能主处理模块，在物联网领域具有很大的应用前景。由于本发明提出的唤醒芯片能够覆盖模拟信号、数字信号类型，且可以对这些类型信号进行一些低功耗的基本预处理，因此具有通用性。另外，唤醒芯片内部模块均由其对应的信号所触发，一方面具有长时待命低功耗特性，另一方面具有不遗漏随机稀疏事件的事件高捕获率特性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为相关技术中周期性唤醒工作模式的微控制器芯片示意图；

图2为本发明根据一示例性实施例示出的一种唤醒芯片的结构示意图；

图3为本发明根据一示例性实施例示出的一种唤醒系统结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

如图1所示的mcu(microcontrollerunit，微控制器)，晶振(xo)、时钟电路(clk)以电源管理单元(pmu，powermanagementunit)构成周期性唤醒模块，使计算核心(core)具有待命和处理数据两部分的功耗，即一段时间休眠，功耗很小，一段时间工作，功耗正常。

这种周期性唤醒的工作模式可以在一定程度上削减功耗，但为了不错过随机发生的事件，需要较高的周期性唤醒频率让芯片能够尽量捕获到每一个事件，这个唤醒频率要高于稀疏事件的发生率，因此仍然会产生大量无用功耗。

不同于周期性唤醒工作模式，处于事件驱动工作模式下芯片的工作与否，完全取决于是否有事件到来，没有事件发生时芯片长时间静默，功耗极低，有事件发生时芯片开始工作，因此具有适应于新兴应用场景的超低功耗潜力。

目前在某些专用领域的事件驱动型芯片只能处理某类特殊信号，例如在语音信号识别唤醒领域，但对于物联网的广泛应用场景，芯片可能需要处理各类不同的信号，如语音、图像、文字等，并且可能需要对信号进行各种类型的处理，如幅度、时间等，因此，芯片需要具有一定的通用性以应对各种需求。

然而，目前为止，还没有一种同时具有极低功耗和通用性的面向物联网场景的芯片实现。

为解决上述技术问题，本发明提出一种具有超低功耗的唤醒芯片，如图2所示，该唤醒芯片包括信号处理模块210和逻辑判断模块220，且无内部时钟；

所述信号处理模块210，用于实时接收来自外部传感器的数字/模拟信号，并对所述数字/模拟信号进行预处理后，将得到的第一处理结果发送至逻辑判断模块220；

所述逻辑判断模块220，用于判断所述第一处理结果是否符合预设的唤醒条件，若是，则输出唤醒信号。

其中，唤醒芯片可以接收各种类型传感器采集的信号，并对信号进行预处理，其由传感器端的信号触发而工作，以确保不遗漏任何一个随机发生的事件。

值得注意的是，唤醒芯片中对信号的预处理只是一些基本处理，功耗很小。

基于上述描述可知，通过采用一个单独超低功耗的唤醒芯片，作为具有唤醒功能的协处理器，可在后级适配各种高性能主处理模块，在物联网领域具有很大的应用前景。由于其能够覆盖模拟信号、数字信号类型，且可以对这些类型信号进行一些低功耗的基本预处理，使芯片具有通用性。另外，唤醒芯片内部模块均由其对应的信号所触发，一方面具有长时待命低功耗特性，另一方面具有不遗漏随机稀疏事件的事件高捕获率特性。

在一实施例中，再如图2所示，唤醒芯片中的信号处理模块抽象出多种对信号的基本处理功能单元，包括宽度检测功能单元211、幅度检测功能单元212、瞬时斜率检测功能单元213、平均斜率检测功能单元214、峰谷检测功能单元215、特征间隔检测功能单元216、信号模式识别功能单元217、分类功能单元218以及数字头识别功能单元219；

其中，宽度检测功能单元211，用于检测数字/模拟信号处于预设幅度区间的时间宽度；

幅度检测功能单元212，用于检测数字/模拟信号的幅度；

瞬时斜率检测功能单元213，用于检测数字/模拟信号的瞬时斜率；

平均斜率检测功能单元214，用于检测数字/模拟信号的平均斜率；

峰谷检测功能单元215，用于检测数字/模拟信号的峰值和谷值；

特征间隔检测功能单元216，用于检测数字/模拟信号中具有相同特征的信号之间的时间间隔；

信号模式识别功能单元217，用于将数字/模拟信号与预设信号进行匹配，得到匹配结果；

分类功能单元218，用于确定数字/模拟信号的类别，并将该类别与预设类别进行匹配得到匹配结果；

数字头识别功能单元219，用于将数字信号中的前预设数量个数字与预设数字段匹配得到匹配结果；

值得说明的是，唤醒芯片属于可编程芯片，可通过离线编程方式或在线动态编程方式配置每一功能单元的参数或工作状态，即唤醒芯片可以根据接收到的配置指令开启或关闭某一功能单元，以及配置逻辑判断模块中的唤醒条件。因此，唤醒芯片可以随着需求的实时变化而呈现相应的功能，通用性高。

其中，离线编程方式指的是在唤醒芯片工作之前预先配置好内部参数，而在线动态编程方式指的是在唤醒芯片工作过程中其他外部设备反向给唤醒芯片重新配置。

由此可见，所述信号处理模块在对数字/模拟信号进行预处理时，是利用处于开启状态的功能单元对数字/模拟信号进行预处理。

需要说明的是，逻辑判断模块220中的唤醒条件可以是信号处理模块210中单一功能单元的阈值条件，也可以是多种功能单元的阈值条件的与、或、非等逻辑组合。例如逻辑判断模块中的唤醒条件可以是幅度检测功能单元的幅度阈值和瞬时斜率检测功能单元的瞬时斜率阈值的与逻辑组合，即同时满足幅度阈值和瞬时斜率阈值才输出唤醒信号。

本领域技术人员可以理解的是，上述所述的各个功能单元的实现既可以是硬件实现，也可以是软件实现，亦或是软硬结合实现，本发明对此不进行限定

下面通过将上述图2所示的低功耗唤醒芯片与后级高性能主处理模块配合形成低功耗“唤醒-休眠”系统，即唤醒系统，进一步介绍本发明构思。

如图3所示的唤醒系统，基于协处理和主处理组合的架构，进行协处理的唤醒芯片由传感器采集的各类随机稀疏事件信号触发而工作，它对信号进行预处理，并通过逻辑判断模块决定是否唤醒用于进行高性能主处理的主处理模块，以确保不遗漏任何一个随机发生的事件。

主处理模块，用于在接收到唤醒芯片输出的唤醒信号时，将工作模式由休眠模式切换为唤醒模式，并控制唤醒芯片切换至关闭模式，以使唤醒芯片停止工作，以接管输入唤醒芯片的数字/模拟信号；

进一步地，主处理模块，还用于接收来自外部传感器的数字/模拟信号，并对数字/模拟信号进行更为高级的处理，得到第二处理结果。

其中，唤醒芯片中获得第一处理结果的处理功耗低于主处理模块中获得第二处理结果的处理功耗。

在一例子中，再如图3所示，主处理模块可以是mcu、npu(neural-networkprocessingunit，嵌入式神经网络处理器)、dsp(digitalsignalprocessor，数字信号处理器)、adc(analog-to-digitalconverter，模/数转换器)、pmu中的任一种或多种组合。

需要说明的是，对于唤醒芯片的在线动态编程过程，可以由主处理模块根据获得的第二处理结果修改唤醒芯片中的唤醒条件，或/和根据获得的第二处理结果修改唤醒芯片中的信号处理模块内各功能单元的开启/关闭状态。

在一实施例中，主处理模块还用于可以判断第二处理结果是否符合模式切换条件，若符合，则控制唤醒芯片切换至开启模式，并将工作模式由唤醒模式切换为休眠模式，从而进入休眠状态以保持低功耗。

其中，如果第二处理结果符合模式切换条件，表示主处理模块的工作完毕。

示例性的，模式切换条件可以根据实际需求进行设置。

由上述描述可知，整个唤醒系统的工作模式为事件驱动模式，即事件到来时主处理模块才被驱动唤醒从而处理事件信号，事件不到来时，长时间处于静默状态，整个唤醒系统的功耗完全取决于具有低功耗的协处理器唤醒芯片，该模式不会遗漏任何事件，符合具有随机稀疏事件特性的物联网领域，且满足低功耗需求。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。