專利名稱：電子計數(shù)器中的功率減小方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及電子計數(shù)器。更具體地，本發(fā)明涉及一種電子計數(shù)器的功率減小方法。
背景技術(shù)：
電子計數(shù)器具有各種廣泛的應(yīng)用。一個例子是用于記錄體積流量(volumetric flow)的測量儀表。這些儀表一般由公用事業(yè)使用以記錄終端用戶的消耗量。例如，供給水給他們用戶的公用事業(yè)公司，典型地基于使用量來為他們的產(chǎn)品收費。水的使用量典型地由為每個獨立用戶在他們各自供水管線上安裝的儀表來測量。公用事業(yè)公司的雇員周期地(通常每月一次)從儀表人工采集讀數(shù)。這些讀數(shù)通常是累積性的，因此本期的使用量是通過減去上期的讀數(shù)而計算的。一旦計算出使用量，就將在該時期內(nèi)所使用水量的帳單傳送給用戶。
用水量儀表的人工讀取是勞動密集的、耗時高昂的，而且尤其容易令住宅用戶遭受人為誤差，因為相對于較大的商業(yè)用戶，每個住宅用戶的儀表監(jiān)控相對較少的用水量。因此，電子儀表已經(jīng)被用來獲得更快的、更高效率的、更精確的用水量數(shù)據(jù)的采集。電子儀表通過監(jiān)控流過傳統(tǒng)機械流量表的水流，來測量用水量。使用量的讀數(shù)存儲于電子計數(shù)器內(nèi)，然后通過無線信號發(fā)射到由公用事業(yè)公司操作的本地發(fā)射機/接收機。
然而，電子儀表需要電源。典型地，這樣一個儀表靠電池來供電。電池必須被人工地更換，這又是一項耗時且成本高昂的過程。此外，如果電池失效，公用事業(yè)可能不能確定儀表中正確的耗水量，并因此傳送不準確的帳單給用戶。同樣，這種儀表的數(shù)據(jù)處理部件典型地使用非易失性存儲器，其能夠在電源失效時保存來自儀表的數(shù)據(jù)。這些儀表的所有功率消耗特性使得功率效率變得非常需要。

發(fā)明內(nèi)容
在一些方面，本發(fā)明涉及一種操作電子計數(shù)器的方法，包括更新電子計數(shù)器，所述電子計數(shù)器被分為多個根據(jù)數(shù)值來配置的多個段；如果電子計數(shù)器的供給能量滿足或者超出一預(yù)定值，在段間傳送數(shù)據(jù)；如果電子計數(shù)器的供給能量不能滿足該預(yù)定值，在傳送進位計數(shù)器內(nèi)存儲所傳送的數(shù)據(jù)。
在其他方面，本發(fā)明涉及一種操作電子計數(shù)器的方法，包括在多個分級式存儲段中計算來自水表的使用量數(shù)據(jù)的步驟；在電子計數(shù)器中電源充足時，在存儲段間傳送使用量數(shù)據(jù)的步驟；如果電子計數(shù)器中電源不充足，暫時地存儲所傳送的使用量數(shù)據(jù)的步驟。
參照下述的說明書和附加的權(quán)利要求，本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點將變得更加明顯。


應(yīng)當注意的是，不同附圖中的同樣特征用相同的參考數(shù)字來表示。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電子水表監(jiān)控系統(tǒng)的示意圖。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的自供電水表的剖開立體圖。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電子數(shù)據(jù)記錄儀的顯示器的視圖。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電子數(shù)據(jù)記錄儀的ASIC電路的方框圖。
圖5a示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的計數(shù)器存儲器中分離的段的方框圖。
圖5b-5d示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的遞增計數(shù)器存儲器中分離的三段的方框圖。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的從計數(shù)器的一段到另一段的比特傳送的流程圖。
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的從計數(shù)器的一段到另一段的傳送過濾的流程圖。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的傳送進位計數(shù)器的操作的流程圖。
圖9a-9c示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的系統(tǒng)參數(shù)值和系統(tǒng)參數(shù)范圍的圖表。
具體實施例方式
電子計數(shù)器的功率減小方法已經(jīng)被開發(fā)。盡管在此以測量儀表的方式來使用作為例子，描述電子計數(shù)器的使用，但是重要的是本發(fā)明能夠在任何應(yīng)用領(lǐng)域中以電子計數(shù)器的方式來使用。這在計數(shù)器被用于重視功率效率的設(shè)備的情況下尤其正確，例如筆記本式個人電腦，或電池供電的電子設(shè)備。
在說明書中用作實例的測量儀表，當物料流過該儀表時測量并記錄其體積使用量。該計數(shù)器可以用于公用事業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域以測量水，氣或者電的使用量。此外，這種儀表一般還被用于工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，以測量各種組分的流速。在這部分內(nèi)容中，能夠把公用事業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中的自供電水表用于描述本發(fā)明各方面的實施例。然而，應(yīng)當理解，如所描述的那樣，本發(fā)明能夠在各種廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域中，應(yīng)用于許多不同類型的測量儀表。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電子水表監(jiān)控系統(tǒng)10的示意圖。系統(tǒng)10包括用于獨立用戶的電子水表12a或12b。該水表典型地被放置在位于用戶和公用事業(yè)主供應(yīng)管線之間的用戶獨立供應(yīng)管線上的點。儀表接口單元(MIU)14a或14b被連接到各自的水表12a或12b。MIU14a或14b是一種電子設(shè)備，其從各自水表上的電子寄存器采集儀表的使用量數(shù)據(jù)，并通過無線信號發(fā)送該數(shù)據(jù)到本地發(fā)射機/接收機16a或16b。在可選的實施例中，可以使用其他外部設(shè)備，例如膝上型電腦、數(shù)據(jù)記錄器、或者其他合適的本領(lǐng)域公知設(shè)備。示出了電子水表的兩個可選實施例。第一實施例包括放置于地下或“坑井(pit)”單元中的儀表12a和MIU14a。其他實施例包括放置于地上的水表12b和MIU14b。同樣也示出了兩種可選類型的發(fā)射機/接收機16a或16b。第一種發(fā)射機/接收機16a被裝配在車輛上，而其他發(fā)射機/接收機是手持單元16b。另外類型的發(fā)射機/接收機可以永久地裝配在多個儀表和MIU的中央位置。這些發(fā)射機/接收機中的每一種都允許公用事業(yè)公司職員不需要人工地讀取每一個獨立儀表而接收使用量數(shù)據(jù)?？纱娴兀敻鱾€發(fā)射機/接收機16a和16b在MIU14a和14b的范圍以內(nèi)時，來自儀表的數(shù)據(jù)被發(fā)射到發(fā)射機/接收機，而所述發(fā)射機/接收機又將該信號發(fā)射到公用事業(yè)的計算機系統(tǒng)18。然后計算機系統(tǒng)18基于該數(shù)據(jù)計算各個用戶的使用量。然后由公用事業(yè)生成各個用戶適當?shù)膸巍?br> 該系統(tǒng)的電子水表是通過內(nèi)部“Wiegand Wire”自供電的。Wiegand導線是一種當其暴露于具有變化的通量極性的磁場時生成電信號的設(shè)備。該導線也可以用于感應(yīng)跨越接近該導線放置的線圈的電壓。磁場的極性依賴于流過該儀表的流體的動能而變化。在某些實施例中，當流體流過儀表時，其轉(zhuǎn)動內(nèi)部水輪，而內(nèi)部水輪又旋轉(zhuǎn)附著于其上的軸。多個磁鐵被排列在附著于該旋轉(zhuǎn)軸的圓盤上。當圓盤與軸一起旋轉(zhuǎn)時，磁鐵的運動感應(yīng)出放置在圓盤附近的Wiegand導線內(nèi)磁通量的交變磁場。由于磁通量的變化而由該導線生成的信號用于供電給監(jiān)控該儀表的電子電路。流過該儀表的流體的速率、體積和方向也可以通過分析由該導線生成的信號的數(shù)量和速率來確定。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的自供電電子水表20的剖開立體圖。在這個實施例中，電子水表20在儀表的流入連接器22處被連接到供水管線上。水從供應(yīng)管線通過連接器22流入到儀表主體26并通過流出連接器24流出到用戶。當水流過儀表主體26時，它推動內(nèi)部流輪(flowwheel)28旋轉(zhuǎn)。而旋轉(zhuǎn)的流輪28又旋轉(zhuǎn)通過軸(未示出)連接到流輪28上的磁盤30。在這個實施例中的磁盤30被表示為具有四個分離的磁區(qū)(為每個區(qū)的極性方向標注“N”和“S”)，從而構(gòu)成一四極磁鐵。在其他實施例中，可以使用磁鐵的不同配置。
當磁盤30旋轉(zhuǎn)時，它改變靠近磁盤30而放置的Wiegand導線傳感器32的磁通量極性。如先前所述，極性的變化感應(yīng)出由傳感器32生成的信號。這些信號表示關(guān)于流過儀表20的水流的數(shù)據(jù)，同時也給儀表的電子電路提供電源。具體地，信號流對應(yīng)于流過該儀表的水流的速率和方向。流過儀表20的水流的流速是對照流輪28和磁盤30的轉(zhuǎn)速以及由傳感器32生成的信號流來校準的。在圖2中，僅示出了只有一個Wiegand導線傳感器32被用于儀表20。應(yīng)當理解對于本發(fā)明的可選實施例，多個傳感器可以被用于一個儀表中。
數(shù)據(jù)在附著于儀表20的電子數(shù)據(jù)記錄儀34內(nèi)被處理和存儲。記錄儀34包含處理數(shù)據(jù)的ASIC(專用集成電路)芯片。在某些實施例中，非易失性存儲器被放置于ASIC內(nèi)。這個存儲器用來存儲數(shù)據(jù)。圖3示出了電子數(shù)據(jù)記錄儀34表面的顯示器的視圖。記錄儀34具有蓋36，保護顯示器38免受塵土、碎屑等。顯示器38自身是一個顯示數(shù)據(jù)的LCD(液晶顯示器)。在本發(fā)明中，LCD可以顯示九位數(shù)字。在可選的實施例中，可以使用其他類型和數(shù)量的顯示方案。該顯示器是由蓋36打開時暴露于太陽光之下的太陽能電池組40供電的。該顯示器便利于在由于MIU或其他系統(tǒng)部件發(fā)生故障時必須人工讀表的情況下使用。
圖4示出了電子數(shù)據(jù)記錄儀的ASIC電路的方框圖。在此實施例中，兩個Wiegand導線傳感器32被用于提供兩個分離的數(shù)據(jù)流給ASIC41。各個傳感器32都產(chǎn)生分離的正(“+”)或負(“-”)數(shù)據(jù)流。到ASIC的其他連接包括ASIC外部的電源(EXT電源)和接地線(GND)連接。在此實施例中，所述兩個Wiegand導線傳感器32生成外部電源。ASIC的其他連接包括使能信號(ENABLE)；數(shù)據(jù)信號(DATA)；時鐘信號(CLOCK)；讀寫信號(R/W)；輸出信號(PULSE OUTPUT)；和方向信號(PULSE DIRECTION)。這些信號連接中的任何一個都經(jīng)過主機接口(未示出)到數(shù)據(jù)記錄儀的其他部分。
如先前所提及的，圖4中示出的ASIC芯片具有在芯片內(nèi)部的存儲器容量。在其他實施例中，存儲器可以在ASIC外部，并通過外部連接提供所需數(shù)據(jù)給芯片。在此實施例中，存儲器是非易失性的，當電源被移除時能夠不丟失其存儲的數(shù)據(jù)的存儲器。非易失性存儲器的例子包括磁心存儲器、ROM、EPROM、閃速存儲器、磁泡存儲器、電池供電的CMOS-RAN等等。在此例中，非易失性存儲器是鐵電隨機存取存儲器(“FeRAM”)。這種類型的存儲器典型地用于移動應(yīng)用領(lǐng)域中。它也可以用于，對在功率使用量最小化的同時保持性能最大化的方面非?？燎蟮膽?yīng)用領(lǐng)域。在更多其他實施例中，可以使用非易失性邏輯或其他非易失性結(jié)構(gòu)。
一種功率使用量最小化的技術(shù)包含對電源電路的使用的有效管理。例如，電路可以在它將要被使用時被激活(即，激活以使用電源)一段時間，然后在不需要時中止(即，使其不活動以使用很少的電源或不使用電源)。這就通過僅激活當前操作所需要的電路部分，從而減少了總體的電源消耗。存儲器的一部分專用于一個用戶。計數(shù)器記錄由儀表生成的信號的總數(shù)中的步進增加量或減少量。典型地，由儀表生成的各個信號或“計數(shù)”都將導致遞增計數(shù)器的一個比特值的增長。同樣地，負信號可以導致遞減計數(shù)器的一個比特值的增長。
在當前實施例中，計數(shù)器具有多級(stages)以允許大量比特的合計。這些級被配置為分級式的次序，以便較高的級包含較大值的比特，而較低的段容納最低值的比特。圖5a示出了以下內(nèi)容的方框圖遞增計數(shù)器的存儲器的分離的三段50、52和54；遞減計數(shù)器的存儲器的分離的三段51、53和55；以及狀態(tài)寄存器48。
圖5b-5d示出了遞增計數(shù)器存儲器的分離的三段50、52和54的可選方框圖。計數(shù)器的第一段50容納最低值的比特。它將比特值傳送給具有較高值的第二段52。而第二段52又將比特值傳送給具有更高值的第三段54。典型地，一旦更低的級到達它的最大值，到更高級的傳送就發(fā)生了。在這點處，比特被傳送到下一更高級，并且較低級的值被復(fù)位到零以重新開始它的計數(shù)。因此，只有計數(shù)器的最低級在每次計數(shù)累加期間是絕對必需的。因此，在大多數(shù)計數(shù)操作期間，只有計數(shù)器的一部分需要被激活且消耗電源。圖6示出了從計數(shù)器的一段到另一段的比特傳送的流程圖。在此例中，計數(shù)器被分為遞增計數(shù)器62和遞減計數(shù)器64。遞減計數(shù)器以類似于對圖5b-5d中所示的遞增計數(shù)器進行描述的方式而運行。每個計數(shù)器62和64都具有如圖5b-5d所示的分離的三段。
在某些實施例中，當計數(shù)器需要在不同級之間傳送數(shù)據(jù)時，比特能夠存儲在較低級內(nèi)，直到當擁有能成功傳送它的足夠能量的信號出現(xiàn)的時刻。這避免了低能級的信號傳送比特，從而可能丟失數(shù)據(jù)。這種用于比特等候傳送的存儲區(qū)域的技術(shù)稱為“傳送濾波”。圖5a-5c中示出的FeRAM單元中的數(shù)據(jù)可以作為16比特字被存儲和發(fā)射。16比特字被分解為三段，包含第一段中用于遞增寄存器的數(shù)據(jù)比特，第二段中用于遞減寄存器的數(shù)據(jù)比特，和第三段中用于狀態(tài)寄存器的數(shù)據(jù)比特。這允許計數(shù)器獲得更好的機會來以微弱數(shù)據(jù)信號處理數(shù)據(jù)，因為流向和更新恰當?shù)挠嫈?shù)器可以利用對存儲器的一個訪問而實現(xiàn)。
在一個比特可以進入存儲寄存器的一段之前，進行測試比較以確保充足的能量是可用的，從而通過計數(shù)器的段來傳送該比特?？捎媚芰康牧恐凳峭ㄟ^對系統(tǒng)的供給電壓(“Vdd1”)與預(yù)定的閾值電壓值(“Vth1”和“Vth2”)進行比較而確定的。典型地，Vdd1能夠在工作電壓最大值(“VopH”)和工作電壓最小值(“VopL”)之間變化。圖9a-9c示出了給出系統(tǒng)使用的各種參數(shù)值的圖表，包括Vdd1上的外部電容負載；總電荷；VopH和VopL的范圍；Vth1和Vth2的值；以及VopH和閾值電壓之間的范圍。所述值被表示為最小值、最大值和標準值。
圖7示出了遞增寄存器的數(shù)據(jù)比特傳送步驟的流程圖。在每一步驟中，將Vdd1與閾值電壓值之一進行比較。同樣由于比特通過計數(shù)器進行傳送，需要更多的功率以訪問每一段。例如，信號必須具有最大能量的1/3來訪問第一段72。更進一步地，信號必須具有最大能量的2/3來訪問第二段74，必須具有全部功率來訪問第三段76。應(yīng)當理解在計數(shù)器的遞減寄存器中存在類似的配置和參數(shù)。
如圖7所示，如果Vdd1不能滿足閾值，數(shù)據(jù)將被容納在它所處的當前段，而不允許進一步傳送到計數(shù)器內(nèi)。例如，Vth1是檢測微弱信號70的閾值。當Vth1被測試時，只使用讀取修正的寫入寄存器(“讀取WLO”)，因此Vth1被設(shè)置到總能量的1/3。Vth2是用于數(shù)據(jù)比特傳送的閾值。因而，它訪問兩個讀寫寄存器(“讀取W1”和“讀取W2”)，并且被設(shè)置為總能量的1/2。在最壞的情況下，較高的工作范圍(VopH-Vth2)必須具有至少足夠的能量以(1)讀取WLO；(2)重寫WLO；和(3)讀取第二段寄存器。在最壞的情況下，較低的工作范圍(Vth2-VopL)必須具有至少足夠的能量以(1)重寫第二段；(2)讀取第三段寄存器；和(3)重寫第三段。參照如圖9a中所示的參數(shù)值，在工作中的電壓降落最大值可以如下計算Qt/Cl＝3.27nC/3.685nF＝0.888V。由此，閾值電壓可以如下計算(1)Vth1＞VopL+(Max Drop3)；和(2)Vth2＞VopL+(Max Drop2)。樣得出Vth＝3.796V和Vth2＝3.944V的值。
在此例中，每個寄存器，遞增和遞減的，都具有三段，當其中一段處于它的最大值時，進位比特必須被傳送給相鄰的段。在最壞的情況下，一個比特將不得不從每一段傳送，從而需要三個同時發(fā)生的段訪問。為了最小化功率消耗，在第一和第二段之間使用兩比特傳送“進位計數(shù)器”。另一個兩比特傳送“進位計數(shù)器”在第二和第三段之間被使用。圖8示出了傳送進位計數(shù)器的操作的流程圖。當較低的段試圖傳送比特并且Vdd1處在閾值電壓以下時，進位計數(shù)器被累加一次。當另一來自較低段的傳送發(fā)生并且Vdd1處在閾值電壓以上時，進位計數(shù)器中的值被傳送到更高的段，且進位計數(shù)器被復(fù)位到零。然而，由于進位計數(shù)器是只有兩比特的二進制計數(shù)器，它具有容量最大值3。如果進位計數(shù)器的值是2并且它接收到另一傳送，這表示進位計數(shù)器已經(jīng)連續(xù)接收了過多微弱信號傳送。在這種情況下，3這個值作為告警系統(tǒng)出現(xiàn)問題的錯誤標記。只有當Vdd1滿足閾值且錯誤狀態(tài)被復(fù)位時，進一步的傳送才能被傳遞到更高的段。
盡管已經(jīng)根據(jù)有限數(shù)目的實施例對本發(fā)明進行了描述，從這些公開內(nèi)容中獲益的本領(lǐng)域技術(shù)人員，應(yīng)當理解可以設(shè)計出其他實施例，而不脫離在此公開的本發(fā)明的范圍。此外，本發(fā)明的范圍應(yīng)當僅由附加的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種操作電子計數(shù)器的方法，包括更新電子計數(shù)器，所述電子計數(shù)器被分為根據(jù)數(shù)值來配置的多個段；如果電子計數(shù)器的供給能量滿足或超出一預(yù)定值，在段間傳送數(shù)據(jù)；和如果電子計數(shù)器的供給能量不能滿足該預(yù)定值，在傳送進位計數(shù)器內(nèi)存儲所傳送數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述傳送進位計數(shù)器存儲所傳送的數(shù)據(jù)，直到電子計數(shù)器的供給電壓滿足或超出該預(yù)定值。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電子計數(shù)器被分為三段。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電子計數(shù)器被分為三段的遞增計數(shù)器和三段的遞減計數(shù)器。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述多個段包括存儲單元。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述存儲單元是非易失性存儲單元。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述非易失性存儲單元包括鐵電隨機存取存儲器單元。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電子計數(shù)器是儀表的一部分。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述儀表是公用事業(yè)儀表。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述公用事業(yè)儀表是水表。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述水表是自供電水表。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述自供電水表是由Wiegand導線供電的。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述傳送進位計數(shù)器是兩比特二進制計數(shù)器。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括放置于最低數(shù)值段和中間數(shù)值段之間的第一傳送進位計數(shù)器；和放置于最高數(shù)值段和中間數(shù)值段之間的第二傳送進位計數(shù)器。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中當所述傳送進位計數(shù)器的容量充滿，并且接收到另外的傳送數(shù)據(jù)時，傳送計數(shù)器生成一錯誤通知。
16.一種操作電子計數(shù)器的方法，包括在多個分級式存儲段中計算來自水表的使用量數(shù)據(jù)的步驟；當電子計數(shù)器中電源充足時，在存儲段間傳送使用量數(shù)據(jù)的步驟；和如果電子計數(shù)器中電源不充足，暫時地存儲所傳送的使用量數(shù)據(jù)的步驟。
17.權(quán)利要求16的方法，還包括如果暫時存儲所傳送的使用量數(shù)據(jù)的容量溢出，生成錯誤通知的步驟。
全文摘要
一種降低了功率消耗的、操作電子計數(shù)器的方法。電子計數(shù)器被分為多個根據(jù)它們的數(shù)值而排序的段。當計數(shù)器被更新時，在段間傳送數(shù)據(jù)成為必要。如果計數(shù)器的供給能量滿足或超出一設(shè)定值，數(shù)據(jù)被傳送到下一更高的段。然而，如果計數(shù)器的供給能量降到設(shè)定值的水平之下，將要被傳送的數(shù)據(jù)被存儲于傳送進位計數(shù)器內(nèi)。
文檔編號H03K21/00GK1732421SQ200380108127
公開日2006年2月8日 申請日期2003年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月4日
發(fā)明者戴維·漢密爾頓, 蒂姆·比安基 申請人:內(nèi)普丘恩技術(shù)集團公司