传感器装置和用于运行传感器装置的方法与流程

本发明涉及一种传感器装置。

本发明还涉及一种用于运行传感器装置的方法。

尽管本发明可以一般性地应用于任何领域，但是从物联网领域中的传感器装置方面来阐述本发明。

背景技术：

已知的传感器装置经常具有多个运行模式，这些运行模式基本上可以划分为两种类型：在一种运行模式中，传感器装置借助传感器元件主动工作、即产生测量数据的运行模式，以及一种传感器装置不活跃的运行模式。主动工作的传感器元件的例子是连续地或周期性地提供数据的传感器元件。不活跃的模式通常被称为休息模式/挂起模式或睡眠模式/睡觉模式。后提到的模式用于在传感器装置不产生传感器数据或者说不需要传感器装置的数据时降低传感器装置的功率消耗。此时例如不再向传感器装置的一些部分或区域供应电流，以便在总体上降低传感器装置的电流消耗。仅向传感器装置的为切换到活跃状态所需的部分供应电流。

如果将这类传感器装置用于所谓的物联网设备或所谓的智能家居应用中，则对这些传感器装置的能量消耗提出高的要求，因为这类传感器装置往往借助电池或蓄电池来运行，电池或蓄电池应在数年之后才重新充电或更换。

技术实现要素：

在一种实施方式中，本发明提供一种传感器装置，

a.具有至少一个传感器元件，用于感测呈电的传感器信号的形式的至少一个测量参量，

b.具有电路装置，用于运行传感器装置并且用于基于传感器信号产生传感器数据，

c.具有至少一个用于配置数据的配置数据存储器，其中，传感器装置能够交替地在不同的运行模式中运行，具体说至少

-在活跃模式中，在该活跃模式中产生传感器数据，

-和在睡眠模式中，在该睡眠模式中不产生传感器数据并且传感器装置的至少一个部分切换至无电流，

其中，

-电路装置这样设计，使得所述至少一个配置数据存储器的存储内容与传感器装置的相应运行模式无关，从而所存储的配置数据在睡眠模式中得以保留，

-其中，传感器装置这样设计，使得当发起向运行模式的转换时基于所存储的配置数据来重新配置在睡眠模式中切换至无电流的所述至少一个部分。

在另一实施方式中，本发明提供一种用于运行根据权利要求1至11中任一项所述的传感器装置的方法，其中，当发起从睡眠模式到活跃模式的转换时，所述传感器装置的借助存储在配置数据存储器中的配置数据来配置在睡眠模式中切换至无电流的至少一个部分。

因此获得的优点之一是，可以以高效的方式缩短传感器元件直至完全启动、即从睡眠模式转换到活跃模式并且开始测量或提供测量数据所需要的时间，并且同时可以减少直至开始测量或提供测量数据为止的能量消耗。此外提高灵活性，因为可以提供多个运行模式。另一优点是，由于半导体越来越小的结构和同时更大的功能，可以降低基于半导体的传感器装置由于漏电流引起的能量消耗。

下面描述或由此公开本发明的其他特征、优点和其他实施方式。

根据一种有利扩展方案，布置有至少一个用于与外部处理装置进行通信的接口，并且至少一个配置数据存储器可以选择式地且与运行模式无关地经由外部接口而被写入用户特定和/或用途特定的配置数据。因此获得的优点之一是，因此即使在传感器装置的睡眠模式期间也可以以特别灵活的方式用配置数据来写配置数据存储器。

根据另一有利扩展方案，电路装置这样构造，使得当发起从睡眠模式到活跃模式的转换时启动活跃模式。这样做的优点是缩短直至由该传感器装置提供传感器数据为止的时间。另一优点是，在传感器装置的配置结束之后不再需要与处理装置的外部通信。换句话说，在活跃模式初始化和传感器装置配置之后，自动启动活跃模式。

根据另一有利扩展方案，传感器装置可以在至少两个活跃模式中运行，包括连续运行模式和/或运行循环模式。这样做的优点是，可以根据需要以灵活的方式在不同活跃模式中运行传感器装置。连续运行模式尤其理解为“连续模式(continuousmode)”。运行循环模式尤其理解为“工作循环模式(dutycycledmode)”。

根据另一有利扩展方案，传感器装置可以在至少两个睡眠模式中运行，所述至少两个睡眠模式的区别在于电路装置的可切换至无电流的部分，尤其是电路装置的模拟部分切换至无电流的至少一个睡眠模式，电路装置的数字部分切换至无电流的至少一个睡眠模式，和/或用于传感器数据的数据存储器切换至无电流的至少一个睡眠模式。这样做的优点是，可以根据例如在相应的能量消耗方面的需要以灵活的方式在不同的睡眠模式中运行传感器装置。

根据另一有利扩展方案，接口与电路装置连接，并且借助该接口可以由外部处理装置发起运行模式的转换。因此获得的优点之一是，因此能够简单且可靠地控制传感器装置，尤其转换各个运行模式。

根据另一有利扩展方案，电路装置这样构造，使得经由接口可以将关于传感器装置正在运行的运行模式的信息传输给外部处理装置。因此可以提高可靠性，其方式是，借助接口为处理装置等提供关于传感器装置正在运行的当前运行模式的相应信息，。

根据另一有利扩展方案，接口构造为i2c接口、spi接口或i3c接口。这样做的优点是，因此以可靠的方式经由接口提供通信。

根据另一有利扩展方案，传感器元件构造为微机械传感器元件，尤其用于感测压力、加速度、旋转速率、空间取向、温度、湿度、气体组成和/或颗粒浓度的微机械传感器元件。这样做的优点是，可以以灵活的方式提供传感器装置并且可以提供具有小的安装空间的传感器元件。

根据另一有利扩展方案，电路装置构造为，提供用于运行传感器装置的多个睡眠模式和/或多个活跃模式，所述多个睡眠模式和/或多个活跃模式在其能量消耗方面不同。这些模式也可以分别被视为具有最高能量消耗的那个活跃模式和/或睡眠模式的子模式。这样做的优点是，可以以非常灵活的方式使运行模式在能量消耗方面匹配用户的要求。此外，这些模式中的至少一个可以或者固定地预设定、或者可由用户改变。如果固定地预设定特定的睡眠模式或活跃模式以供选择，则一方面可以向用户提供在其可能的运行模式方面完成配置的传感器元件。这也使得能够基于相同的实现方式产生在可选模式方面不同的变型方案，这节省了成本。如果可以通过用户来配置各个活跃模式和/或睡眠模式的相应子模式，则用户可以相应于其需要以非常灵活的方式在各个子模式中运行传感器装置。

根据该方法的有利扩展方案，在传感器装置的至少一个部分重新配置之后，传感器装置在活跃模式中运行。因此，在传感器装置的配置结束之后不再需要与处理装置的外部通信。换句话说，在活跃模式初始化和传感器装置配置之后，自动启动活跃模式。

根据另一有利扩展方案，尤其在至少0℃至65℃的温度范围内时，传感器装置在至少一个睡眠模式中消耗低于两个微安。这样做的优点是，传感器装置尤其适合于物联网应用或可在身体上穿戴的应用，例如智能手表，并且具有降低的能量消耗。

本发明的其他重要特征和优点从从属权利要求、从附图以及从基于附图的与此有关的附图说明中得出。

当然，在不脱离本发明的范畴的情况下，使用上面提到的以及下面还要说明的特征不仅能够以分别说明的组合方式使用，而且能够以其他组合方式使用或单独地使用。

本发明的优选的结构和实施方式在附图中示出并且在后面的说明书中进一步阐述，其中，相同的附图标记涉及相同的或相似的或功能相同的构件或元件。

附图说明

图1以示意性形式示出已知的传感器装置。

图2示出已知的方法在已知的传感器装置从睡眠模式转换到活跃模式时的步骤。

图3以示意性形式示出根据本发明的实施方式的传感器装置。

图4示出根据本发明的实施方式当传感器元件从睡眠模式转换到活跃模式时的方法步骤。

图5以示意性形式示出根据本发明实施方式的传感器元件的运行模式。

具体实施方式

图1以示意性形式示出已知的传感器装置。

在图1中以示意性形式示出传感器装置1。在此，传感器装置1除其他部分外还包括数字部分2和模拟部分3。在此，模拟部分3是可切换的，也就是说可接通和可关断，数字部分2是不可切换的，也就是说该数字部分不可关断，而是始终、即与相应的运行模式无关地被供应以能量。

详细地，数字部分2包括数字核心22，该数字核心与微控制器21、数字信号处理装置23、传感器数据存储器25(尤其呈先进先出fifo存储器的形式)和非易失性存储器24连接。在此，用于配置传感器装置1的配置数据100'存储在易失性存储器中，该易失性存储器当传感器装置在睡眠模式中运行时被关断。

在此，模拟部分3包括激励信号发生器31和具有模拟-数字转换器的模拟前端32。

此外，传感器装置1包括传感器元件4，该传感器元件与激励信号发生器31和模拟前端32连接。同样地，传感器装置1包括具有数字接口51的部分5，该数字接口一方面与数字核心22连接，另一方面为了外部通信而与处理装置7连接。部分5同样是不可关断的。为了能量供应，传感器装置1还包括电压供给装置6。

图2示出当已知传感器装置从睡眠模式切换到活跃模式时已知方法的步骤。

在图2中，如果根据图1的传感器装置1处于睡眠模式sm中并且模拟部分3关断，则首先在第一步骤s1中通过用户借助外部处理装置7将唤醒信号，即所谓wake-up信号，发送给传感器装置1。传感器装置1经由接口51获得唤醒信号，并且将该信号转发给数字核心22。数字核心22处理该信号，并且接着接通模拟部分3，从而使模拟部分被供应能量。这需要一定时间(附图标记s2)。

接着，在第三步骤s3中，通过经由接口51传输配置数据100'，由用户借助外部处理装置7进行传感器装置1的配置。配置数据100'被提供给传感器装置1的待配置的部件使用，即如在图1中所示模拟部分3的所有部件和微控制器21、数字信号处理装置23和数字核心22，用于其配置。

在部件的配置结束之后，在第四步骤s4中，传感器装置1借助外部处理装置7从用户处获得用于启动活跃模式的信号。然后，在第五步骤s5中，传感器装置1在活跃模式中运行并且传感器元件4实施测量。在此，尤其步骤s2、即传感器装置1的唤醒以及s3、即传感器装置1的配置需要显著的时间。此外，传感器装置1必须在步骤s1至s4期间与用户互动，一方面通过步骤s1中的唤醒信号，另一方面通过步骤s3中传感器装置1的配置和步骤s4中活跃模式的启动。总体而言，该互动需要时间t1。

图3以示意性形式示出根据本发明的实施方式的传感器装置。

在图3中基本上以示意性形式示出根据图1的传感器装置1。与根据图1的传感器装置1不同，在根据图3的传感器装置1中，现在数字部分2同样是可切换的，也就是说可接通和可关断。此外，配置数据存储器100'布置在部分5中，该部分不可切换，也就是说始终被供应以能量。附加地，传感器数据存储器25也可以布置在部分5中而不是在数字部分3中，从而在传感器装置1的睡眠模式中也可以经由接口51访问所存储的传感器数据。数字和/或模拟部分2、3的部件也可以这样构造，使得它们可以单独地分别关断和接通。也可以定义或形成部件组，从而当接通或关断组时，分别配属于该组的部件被接通或关断。也可以使分别示出的部件即使在关断的区域中也可以设置有单独的能量供应，例如直接与接口51或电压供给装置6连接，从而这些部分随着该部分的关闭而关断，但能够与该部分是否关断无关地进行接通。这也可以在相应的部分关断时一般地阻止这类部件关断。

图4示出根据本发明的实施方式当从传感器装置的睡眠模式切换到活跃模式时的方法步骤。

在图4中，如果传感器装置处于睡眠模式sm中并且模拟部分3和数字部分2关断，则首先在第一步骤t1中由用户借助外部处理装置7将唤醒信号、即所谓wake-up信号和用于启动活跃模式的信号发送给传感器装置1。传感器装置1经由接口51获得这两个信号并且接着接通模拟部分3和数字部分2，使得它们被供应能量。这需要一定时间(附图标记t2)。

在接通模拟和数字部分2、3期间，借助来自配置数据存储器100的配置数据100'来配置这些部分。在第三步骤t3中，传感器装置1在活跃模式中运行并且借助传感器元件4来执行测量。

由于紧接着就自动启动活跃模式，因此为与外部处理装置7互动所需的时间t2显著减少。换句话说，因此，图4的时间t2比图2的时间t1小得多，在图4的该时间中根据图3的传感器装置与用户互动。不需要从外部、即由用户配置传感器装置1，因为在睡眠模式期间也准备好配置数据。

图5以示意性形式示出根据本发明的实施方式传感器元件的运行模式。

在图5中，以示意性形式示出根据本发明的实施方式的传感器装置1的运行模式。在供应电能之后，传感器装置1启动，即所谓的上电(powerup)pu，然后首先在睡眠模式sm中运行。在此，传感器装置1除了运行模式的睡眠模式sm外还可以在附加的深度睡眠模式dsm中运行，并且可以在两个不同的活跃模式om1、om2中运行。此外可以在各个运行模式之间任意切换，这意味着，例如可以从深度睡眠模式dsm转换到第二活跃模式om2，或者从睡眠模式sm转换到深度睡眠模式dsm以及从该模式转换到第一活跃模式om1。在此，各个模式之间的转换例如可以通过传感器装置1的相应寄存器中的或者还有配置数据存储器100中的预定配置位字段来设定。替代地，相应的配置位也可以存储在非易失性存储器24中。这些配置位然后可以经由接口51借助处理装置7来读出或改变。为此，传感器装置1可以构造为，定期检查所存储的配属于相应运行模式的值是否已经改变。如果该值已经改变，则相应地发起运行模式的转换。如果例如发起从活跃模式om1到睡眠模式sm的转换，则将配属于睡眠模式sm的待关断部分关断。如果它们然后关断了，则必要时将这种情况经由接口51传达给外部处理装置7作为确认。

总之，本发明的至少一个实施方式具有以下优点中的至少一个：

·降低功率消耗

·易于实现

·减少直至传感器的专用应用启动为止的时间

·减少传感器与用户通信的时间

尽管借助优选实施例描述了本发明，但本发明不限于此，而是可以以多种方式进行修改。