特許 6159346 環境発電及びセンサノードの制御

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6159346

(24)【登録日】2017年6月16日

(45)【発行日】2017年7月5日

(54)【発明の名称】環境発電及びセンサノードの制御

(51)【国際特許分類】

   G06F 1/32 20060101AFI20170626BHJP

   G06F 1/04 20060101ALI20170626BHJP

   H02J 1/00 20060101ALI20170626BHJP

   A61B 5/04 20060101ALN20170626BHJP

【ＦＩ】

   G06F1/32 Z

   G06F1/04 575

   H02J1/00 307C

   H02J1/00 307F

   !A61B5/04 R

【請求項の数】33

【全頁数】30

(21)【出願番号】特願2014-557819(P2014-557819)

(86)(22)【出願日】2013年2月15日

(65)【公表番号】特表2015-516606(P2015-516606A)

(43)【公表日】2015年6月11日

(86)【国際出願番号】US2013026390

(87)【国際公開番号】WO2013123359

(87)【国際公開日】20130822

【審査請求日】2016年1月6日

(31)【優先権主張番号】61/600,467

(32)【優先日】2012年2月17日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】514209319

【氏名又は名称】ユニバーシティ オブ ヴァージニア パテント ファウンデーション

(73)【特許権者】

【識別番号】512205245

【氏名又は名称】ユニバーシティ オブ ワシントン スルー イッツ センター フォー コマーシャリゼーション

(74)【代理人】

【識別番号】100091498

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 勇

(74)【代理人】

【識別番号】100118500

【弁理士】

【氏名又は名称】廣澤 哲也

(72)【発明者】

【氏名】カルフーン、ベントン エイチ．

(72)【発明者】

【氏名】オーティス、ブライアン

【審査官】 宮下 誠

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−１０９８４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／００７９５６５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０６Ｆ １／２６

Ｇ０８Ｃ １３／００

Ａ６１Ｂ ５／００

Ａ６１Ｂ ５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

環境発電トランスデューサに接続可能な入力を含む調整回路と、
調整回路に接続され、環境発電トランスデューサを必要とせず、センサーノードの動作を確立する少なくとも十分な動作エネルギーを無線で受信するように構成されている無線受信機回路と、
調整回路に接続されるデジタルプロセッサ回路と、
調整回路への入力に基づいてセンサーノードのエネルギー消費レベルを選択するように構成されている電力管理プロセッサ回路とを備え、
デジタルプロセッサ回路は、選択されたエネルギー消費レベルに基づいて電力管理プロセッサ回路によって確立された閾値下動作モードを含み、
閾値下動作モードを確立することは、デジタルプロセッサ回路において電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の閾値下動作を確立するように調整回路によって提供された供給電圧を調整又は選択することを含むことを特徴とするセンサーノード。

【請求項2】

調整回路に接続される環境発電トランスデューサを更に備え、
調整回路は、環境発電トランスデューサに接続されたときに一次電池又は再充電可能な電池を必要とすること無く、連続的に動作するためにセンサーノード用の十分な動作エネルギーを提供するように構成されていることを特徴とする請求項１記載のセンサーノード。

【請求項3】

無線受信機回路は、センサーノードの動作を最初に確立するために少なくとも十分な動作エネルギーを無線で受信するように構成されており、
調整回路及び環境発電トランスデューサは、更なる無線受信の動作エネルギーの無い状態でセンサーノード用の持続される動作エネルギーを提供するように構成されていることを特徴とする請求項２記載のセンサーノード。

【請求項4】

環境発電トランスデューサは、熱電発電装置（ＴＥＧ）を含むことを特徴とする請求項２乃至３のいずれか１項に記載のセンサーノード。

【請求項5】

電力管理プロセッサ回路は、センサーノードの動作のリセット又は消滅を抑制するために、少なくとも部分的にセンサーノードのエネルギー消費レベルを選択するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のセンサーノード。

【請求項6】

選択されたエネルギー消費レベルに基づいて電力管理プロセッサ回路によって確立された閾値下動作モードを含む機能特定プロセッサ回路を備え、
デジタルプロセッサ回路は汎用プロセッサ回路からなり、
調整回路は、供給電圧を１以上の汎用プロセッサ回路又は機能特定プロセッサ回路に提供するように構成されている調整可能な出力を含み、
閾値下動作モードを確立することは、１以上の汎用プロセッサ回路又は機能特定プロセッサ回路において各電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の閾値下動作を確立するように調整可能な出力を調整することを含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のセンサーノード。

【請求項7】

選択されたエネルギー消費レベルに基づいて、電力管理プロセッサ回路によって確立された閾値下動作モードを含む機能特定プロセッサ回路を備え、
デジタルプロセッサ回路は汎用プロセッサ回路からなり、
調整回路は、１以上の汎用プロセッサ回路又は機能特定プロセッサ回路に制御可能に接続される異なった特定の供給電圧を提供するように構成されている２以上の出力を含み、
電力管理回路は、閾値下動作モードを確立するため調整回路の各出力を１以上の汎用プロセッサ回路又は機能特定プロセッサ回路に接続することを制御するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のセンサーノード。

【請求項8】

クロック出力で特定の出力クロック周波数を提供するように構成されているクロック発生回路を備え、
電力管理プロセッサ回路は、選択されたエネルギー消費レベルに基づいて、デジタルプロセッサ回路に提供される出力クロック周波数を調整するか、又はデジタルプロセッサ回路に提供されるクロック出力をゲートするように構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のセンサーノード。

【請求項9】

生理的な信号を表示する情報を得るように構成されているアナログ入力を備え、
アナログ入力は、選択されたエネルギー消費レベルに基づいて電力管理回路の制御下で、デジタルプロセッサ回路に制御可能に接続可能であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のセンサーノード。

【請求項10】

アナログ入力はアナログデジタルコンバータを含み、
電力管理回路は、アナログデジタルコンバータを用いて調整回路への入力を表示する情報を得るように構成されており、
電力管理回路は、調整回路への入力についての得られた情報を用いてセンサーノードのエネルギー消費レベルを調整するように構成されていることを特徴とする請求項９記載のセンサーノード。

【請求項11】

デジタルプロセッサ回路又はアナログ入力に制御可能に接続可能な無線送信機を備え、
無線送信機は、選択されたエネルギー消費レベルに基づいて電力管理回路の制御下で、
アナログ入力によって得られた生理的な信号を表示する１以上の流された又は処理された情報を送信するように構成されていることを特徴とする請求項９乃至１０のいずれか１項に記載のセンサーノード。

【請求項12】

選択されたエネルギー消費レベルに基づいて電力管理プロセッサ回路によって確立された閾値下動作モードを含む機能特定プロセッサ回路を備え、
デジタルプロセッサ回路は汎用プロセッサ回路からなり、
電力管理回路は、選択されたエネルギー消費レベルに基づいて１以上の汎用プロセッサ回路又は機能特定アクセラレータ回路を含むか又は排除するためにアナログ入力と無線送信機との間のデータパスを制御可能に確立するように構成されていることを特徴とする請求項１１記載のセンサーノード。

【請求項13】

エネルギー消費レベルは少なくとも３つのレベルを含み、
これら少なくとも３つのレベルは、
汎用プロセッサ回路、アプリケーション特定プロセッサ回路、アナログ入力及び無線送信機が可能とされる第１エネルギー消費レベルと、
第１エネルギー消費レベルが選択されるときに無線送信機の対応するエネルギー消費量よりもより少ないエネルギーを消費するために、無線送信機がデューティ−サイクルされる第２エネルギー消費レベルと、
第１又は第２エネルギー消費レベルが選択されるときに無線送信機の対応するエネルギー消費量よりもより少ないエネルギーを消費するために、無線送信機がデューティ−サイクルされるか、又は無効となり、且つ１以上の汎用プロセッサ回路、アプリケーション特定プロセッサ回路又はアナログ入力が１以上のクロック信号又は供給電圧を受信することを妨げる第３エネルギー消費レベルとを含むことを特徴とする請求項１１乃至１２のいずれか１項に記載のセンサーノード。

【請求項14】

電力管理回路及びデジタルプロセッサ回路に接続される共有の命令メモリ回路を備えたことを特徴をする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のセンサーノード。

【請求項15】

１以上の電力管理回路及びデジタルプロセッサ回路に接続されるデータメモリ回路を備えたことを特徴とする請求項１４記載のセンサーノード。

【請求項16】

調整回路、無線受信機回路、デジタルプロセッサ回路及び電力管理回路の活性部は共有の集積回路装置において共通に集積されていることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のセンサーノード。

【請求項17】

集積回路装置は、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）装置からなることを特徴とする請求項１６記載のセンサーノード。

【請求項18】

無線受信機回路は、１以上の誘導結合された電磁結合動作エネルギー又は放射結合された電磁結合動作エネルギーを受信するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載のセンサーノード。

【請求項19】

環境発電トランスデューサに接続可能な調整回路に接続された無線受信機回路によって、環境発電トランスデューサからの動作エネルギーを必要とすることなくセンサーノードの動作を確立するために十分な動作エネルギーを無線受信し、
調整回路への入力に基づいてセンサーノードのエネルギー消費レベルを選択し、
選択されたエネルギー消費レベルに基づいてデジタルプロセッサ回路の閾値下動作モードを確立し、この閾値下動作モードは、デジタルプロセッサ回路において電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の閾値下動作モードを確立するように調整回路によって提供される供給電圧を調整すること又は選択することを含むことを特徴とするセンサーノードの動作方法。

【請求項20】

一次電池又は再充電可能な電池を必要とすることなく環境発電トランスデューサを用いてセンサーノードを連続的に動作させるための十分な動作エネルギーを得ることを特徴とする請求項１９記載の方法。

【請求項21】

無線受信機回路によって、初期にセンサーノードの動作を確立するための十分な動作エネルギーを無線受信し、
更なる無線受信の動作エネルギーが無い状態で環境発電トランスデューサを用いてセンサーノードの動作用の持続的な動作エネルギーを得ることを特徴とする請求項２０記載の方法。

【請求項22】

環境発電トランスデューサは熱電発電装置（ＴＥＧ）を含むことを特徴とする請求項２０乃至２１のいずれか１項に記載の方法。

【請求項23】

センサーノードの動作のリセット又は消滅を妨げるため少なくとも部分的にセンサーノードのエネルギー消費レベルを選択することを特徴とする請求項１９乃至２２のいずれか１項に記載の方法。

【請求項24】

供給電圧を１以上の汎用プロセッサ回路又は機能特定プロセッサ回路に提供するため調整回路の出力を調整し、
閾値下動作モードを確立することは、１以上の汎用プロセッサ回路又は機能特定プロセッサ回路において各電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の閾値下動作を確立するように調整可能な出力を調整することを含むことを特徴とする請求項１９乃至２３のいずれか１項に記載の方法。

【請求項25】

閾値下動作モードを確立するために調整回路のそれぞれ異なった出力を１以上の汎用プロセッサ回路又は機能特定プロセッサ回路に制御可能に接続することを特徴とする請求項１９乃至２４のいずれか１項に記載の方法。

【請求項26】

クロック出力で特定の出力クロック周波数を発生させ、
選択されたエネルギー消費レベルに基づいてデジタルプロセッサ回路に提供される出力クロック周波数を調整するか、又はデジタルプロセッサ回路に提供されるクロック出力をゲートすることを含むことを特徴とする請求項１９乃至２５のいずれか１項に記載の方法。

【請求項27】

選択されたエネルギー消費レベルに基づいてデジタルプロセッサ回路に制御可能に接続可能なアナログ入力を用いて生理的な信号を表示する情報を得ることを特徴とする請求項１９乃至２６のいずれか１項に記載の方法。

【請求項28】

生理的な信号は、１以上の心電図（ＥＣＧ）、および脳電図（ＥＥＧ）、又は筋電図（ＥＭＧ）を含むことを特徴とする請求項２７記載の方法。

【請求項29】

調整回路への入力について得た情報であってアナログ入力を用いて得た情報を用いてセンサーノードのエネルギー消費レベルを調整することを特徴とする請求項２７乃至２８のいずれか１項に記載の方法。

【請求項30】

無線送信機を用いて、選択されたエネルギー消費レベルに基づいてアナログ入力によって得た生理的な信号を表示する１以上の流された又は処理された情報を無線送信することを特徴とする請求項２７乃至２９のいずれか１項に記載の方法。

【請求項31】

選択されたエネルギー消費レベルに基づいて１以上の汎用プロセッサ回路又は機能特定アクセラレータ回路を含む又は除外するためのアナログ入力と無線送信機との間のデータパスを制御可能に確立することを特徴とする請求項２９記載の方法。

【請求項32】

エネルギー消費レベルは少なくとも３つのレベルを含み、
これら少なくとも３つのレベルは、
汎用プロセッサ回路、アプリケーション特定プロセッサ回路、アナログ入力及び無線送信機が可能とされる第１エネルギー消費レベルと、
第１エネルギー消費レベルが選択されるときに無線送信機の対応するエネルギー消費量よりもより少ないエネルギーを消費するために、無線送信機がデューティ−サイクルされる第２エネルギー消費レベルと、
第１又は第２エネルギー消費レベルが選択されるときに無線送信機の対応するエネルギー消費量よりもより少ないエネルギーを消費するために、無線送信機が更にデューティ−サイクルされるか、又は無効となり、且つ１以上の汎用プロセッサ回路、アプリケーション特定プロセッサ回路又はアナログ入力が１以上のクロック信号又は供給電圧を受信することを妨げる第３エネルギー消費レベルとを含むことを特徴とする請求項２９乃至３１のいずれか１項に記載の方法。

【請求項33】

少なくとも１つのプロセッサ回路によって実行されるとき、少なくとも１つのプロセッサ回路を含む装置に請求項１９乃至３２のいずれか１項に記載の方法を実施させる命令を含むプロセッサ読み取り媒体。

【発明の詳細な説明】

【先の出願との優先権関係】

【0001】

発明者カルフーン等により２０１２年２月１７日に出願された米国特許仮出願番号６１／６００，４６７（代理人番号０１９１８−０１）、発明の名称「バッテリー無し環境発電センサノードＳｏＣおよびそれに関連した方法」の優先権の利益をここに主張するものであり別紙Ａ乃至別紙Ｈと付された部分を含む仮出願の全体を参照によって本明細書に組み込む。

【背景技術】

【0002】

組み込みシステムは、監視、検知、制御又は防犯機能を含む様々なアプリケーションにおいて使用することができる。このような組み込みシステムは、サイズ、消費電力又は環境耐久性についての比較的厳しい制約に応じて特定のアプリケーションに合わせて作られている。

【0003】

特に、組み込みシステムの１つの種類は１以上の生理的なパラメーターを検知又は監視等を行うためのセンサノードを含むことができる。無線通信能力を有したセンサノードは無線センサノード（ＷＳＮ）と称することができる。同様に、対象物の本体上に又は本体の近く又は本体内にあるセンサノードはボディエリアセンサノード（ＢＡＳＮ）又はボディセンサノード（ＢＳＮ）と称することができる。センサノードは、生理的な情報の連続的な監視、作動及び記録を可能とし、自動的又は遠隔追跡調査を容易とし、又は悪化していく生理的な状態が存在すると１以上の警報を提供する等の大きな利益を介護提供者に提供することができる。センサノードを用いて得られた生理的な情報は、糖尿病、喘息、心臓疾患といった種々の病気又は他の病気又は体調を診断、予防及び処置の助け等に使用される他のシステムに転送することができる。

【0004】

センサノードが、例えば、長期の監視能力又はウェアラブル性等の特徴を持っている場合には、センサノードは特定の値を患者又は介護者に提供することができる。医療コストが上昇するにつれて、又は、より多くの介護提供者が遠隔患者のフォーローアップ及び遠隔治療に移行する試みがなされるようになるにつれて、メンテナンス、交換、又はマニュアルの再充電をすることなくセンサノードを長寿命にすることがかつてないほど重要になっている。一般的に入手可能なセンサノードは、長期の運用能力又はウェアラブル性が欠如しているために広く採用されていないと、考えられる。

【0005】

例えば、大きな１次電池又は大きな再充電可能な電池を含むセンサノードは身につけるには快適ではなく、小さなバッテリーを有したセンサノードは、患者又は他のユーザーが必要な再充電又は取り替えの間隔に合わせることができないので未だ好ましくはない。同様に、情報をノードに伝達又は情報をノードから伝達するために、装着者又は介護者は手動で通信インターフェイスケーブルをノードに接続しなければならないので、導電性のデータ伝送インターフェイスを必要とするセンサノードは一般的に大きくて扱いにくい。無線通信回路はそのような厄介な有線のインターフェイスの必要性を減じるか又は排除することができる。しかしながら、そのような無線回路は相当量のエネルギーを消費するので、限られたエネルギー予算に負担をかけ、又は、一般的に入手可能なセンサノードの動作寿命を制限してしまう。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ボディセンサノード（ＢＳＮ）等のセンサーノードは、各種システム機能の高集積を有した１以上の半導体デバイスを含むことができる。そのような半導体デバイスは、システムオンチップ又はＳｏＣと称することができる。ＳｏＣは、１以上の汎用プロセッサ回路、特定目的のプロセッサ回路、アナログ信号コンディショニング回路、供給調整又はコンバータ回路、電圧又は電流基準回路、又は電力管理回路を含む等のシステムの全ての主要機能を実現するデジタル又は混合信号回路を提供することができる。

【0007】

本発明者らは、とりわけ、超低電力（ＵＬＰ）技術がセンサーノードに含まれる１以上の回路に適用可能であることを認識した。ＵＬＰ技術は、センサーノードの一部として含まれるＳｏＣを実現するために使用することができる。例えば、センサーノード用のそのようなＳｏＣは閾値下動作のために構成された１以上のアナログ又はデジタル部分を含むことができる。

【0008】

システムの特定の部分の動作を無効とする又は中止とするためのパワーゲーティング又はクロックゲーティング等、又は電力消費を減らすためのデューティ−サイクル、クロック周波数（例えば、クロックスロットル）、又は供給パラメータ（例えば、供給電圧スロットル）を調整することを含む他の技術を、閾値下動作に代えて、又は閾値下動作に加えて使用することができる。

【0009】

本発明者らは、また、センサーノードの動作可能な寿命が環境エネルギー源から得られる環境発電を用いて実質的に増加させることができるということを認識した。例えば、そのようなエネルギーは、熱勾配又は機械振動を用いて得ることができる。環境発電技術は、電池に依存するセンサーノードに比較して長期の動作可能な寿命を提供することができる。しかしながら、持続した動作を提供するため、環境発電センサーノードは、一般的に、環境発電で得られた量より少ないエネルギーを消費しなければならない。

【0010】

これを受けて、本発明者らは、また、電力管理プロセッサ回路が、閉ループ方式で監視された条件に応答する等して、各種のシステム部を通ってデータを有効とする、又は無効とする、又はスロットルする、又は別の経路に切り替えるために使用されうると認識した。例えば、環境発電トランスデューサによって提供されたエネルギー量は、時間とともに変化することができる。電力管理プロセッサ回路は、環境発電トランスデューサによって提供されるエネルギーのレベルを表示する情報を監視することができる。監視された情報を用いて、電力管理回路は、入力エネルギーの変化にもかかわらず、センサーノードの連続的動作（例えば、持続的動作）を提供するためセンサーノードのエネルギー消費レベルを調整することができる。

【0011】

エネルギー消費量は、３個又は４個のレベルのエネルギー消費スキーム、又は他のレベルのスキームを用いる等、モード又はレベルによって特定されうる。センサーノードは、消滅又はリセットを避けるためそのようなエネルギー消費レベル間で切り替えることができる。リセットの場合、センサーノードは、監視を再開、コミュニケーションを再開、又は１以上の他の機能を再開する等、特定モードの動作に復帰することができる。

【0012】

一例では、センサーノードは、センサー装置内に一次電池又は再充電可能な電池を搭載することなく又は組み込まれることなく動作可能であるように、バッテリー無しでよい。一つのアプローチでは、熱電発電機（ＴＥＧ）の、数十ミリボルト（ｍＶ）等の、比較的低電圧出力をセンサーノード回路の１以上の他の部分とともに使用するために特定される高電圧レベルに変換することができるブーストコンバータ回路及び調整器の構造が使用されうる。一例では、無線受信機回路は、センサーノードの動作を確立するため無線で連結されたエネルギーの初期バーストを受信するなど、１以上のブースト回路又は調整器に接続することができる。

【0013】

一例では、センサーノードの一部として含まれる集積回路は、環境発電トランスデューサに接続可能な入力装置を有した調整回路を含むことができる。集積回路は、調整回路に接続され、環境発電トランスデューサを必要とせず、センサーノードの動作を確立するのに十分な動作エネルギーを無線で受信するように構成されている無線受信機回路を含むことができる。集積回路は、調整回路に接続されたデジタルプロセッサ回路および電力管理プロセッサ回路を含むことができる。デジタルプロセッサ回路又は１以上の他の回路は、選択されたエネルギー消費レベルに基づいて電力管理プロセッサ回路によって確立された閾値下動作モードを含むことができる。例えば、閾値下動作モードを確立することは、デジタルプロセッサ回路又は他の回路において電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の閾値下動作を確立するために供給電圧を調整又は選択することを含むことができる。

【0014】

ここの例で説明されているセンサーノードのアップリケ−ションは、生理的な又は健康管理のアプリケーションに限定される必要はない。例えば、そのようなセンサーノードは、監視制御又はユーティリティの自動化、インフラ、又はエネルギーシステム、構造的な健康管理、監視、又は生息地監視又は野生生物管理等の環境監視をサポートするなど、より一般的には遠隔監視又は遠隔感知に関連した様々なアプリケーションにおいて使用されうる。

【0015】

この概要は、本特許出願の主題の要約を提供することを意図している。本発明の排他的又は完全な説明を提供することを意図してはいない。詳細な説明は、本特許出願についての更なる情報を提供するために含まれている。

【課題を解決するための手段】

【0016】

必ずしも一定の基準で描かれていない図面中、同様の符号は異なった図において類似の構成要素を説明している。異なった文字の接尾辞をもった同様の符号は類似の構成要素の異なった例を示すことがある。図面は、概して、例を示しているが制限するものではなく、本明細書において説明される種々の実施形態を図示している。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、調整回路、電力管理回路、無線受信機回路、又はデジタルプロセッサ回路を含むことができるシステムの一例を一般的に図示している。

【図2】図２は、１以上の生理的な信号を示す情報を得るように構成されているアナログ入力を含むことができるシステムの例を示している。

【図3】図３は、アナログ入力、電力管理回路、調整回路ブロック、１以上の機能特定プロセッサ回路、又は汎用プロセッサ回路を含むことができるシステムの例を概略示している。

【図4A】図４Ａは、無線受信機回路又はコンバータ回路を含むことができるシステムの一部の図示例を示している。

【図4B】図４Ｂは、無線受信機回路に提供される無線で接続されたバーストパルスに対応するプロット、電力コンバーター回路の出力ノード、及び環境発電トランスデューサの出力に対応する電力コンバーター回路への入力の実例を図示している。前記実例は、図３又は図４Ｂの例において示されるようなシステムの少なくとも一部を用いて実験的に得られる。

【図5】図５は、電力管理プロセッサ回路が特定のエネルギー消費レベルに基づいてシステムの他の機能ブロックの種々のパラメーターを調整又は制御することができる場合の、電力管理プロセッサ回路に接続された命令メモリを含むことができるシステムの一部の図示例を概略的に図示している。

【図6】図６は、汎用プロセッサ回路、電力管理回路、又は機能特定プロセッサ回路等の１以上の他の回路の間で共有されうる命令メモリを含むことができるシステムの一部の図示例を概略的に示す。

【図7】図７は、特定のエネルギー消費レベルに基づいて確立されたデータパスを含むことができるような、データ処理又はデータの無線送信のための１以上の制御可能なデータパスを含むことができるシステムの一部の図示例を概略的に示す。

【図8】図８は、センサーノードの一部として含まれうる調整回路の一部など、システムの一部の図示例を概略的に示す。

【図9】図９は、調整回路入力を示す情報を提供するように構成されている監視回路を含むことができるシステムの一部の図示例を概略的に示している。

【図10】図１０は、図３の例で示されるシステムを用いて実験的に得ることができるような、自動的に制御された異なったエネルギー消費レベルに相当するシステムの各種パラメーターを含んでいるプロットの図示例を概略的に示している。

【図11A】図１１Ａは、センサーノード等のシステムによってリアルタイム又はリアルタイムに近い状態で送信されうるような心電図の実際の表示及び再構築された表示に対応するプロットの図示例を概略的に示している。

【図11B】図１１Ｂは、調整回路への入力を監視するなどのために調整回路への入力をサンプリングし入力が切り替えられる期間を含み、アナログ−デジタルコンバータ入力に提供される情報の検知された表示に相当するプロットの図示例を概略的に示す。

【図12】図１２は、図３の図示例のシステムの少なくとも一部に相当するような集積回路の注釈付き顕微鏡図を概略的に示す。

【図13】図１３は、図１から図９の１以上の例で示されるようなシステムを用いて含むことができる方法等の技術を概略的に示す。

【発明を実施するための形態】

【0018】

図１は、センサノード等のシステム１００の一例を一般的に図示している。システム１００は、調整回路１０４、電力管理プロセッサ回路１３０、無線受信機回路１４２、又はデジタルプロセッサ回路１３２を備えることができる。システム１００は、例えば、放射結合又は誘導結合等の電磁結合エネルギー１１２を受け取るように構成されたアンテナ１４０を備えることができる。このような電磁結合エネルギー１１２は、概略キロヘルツ（ｋＨｚ）の範囲から数十または数百メガヘルツ（ＭＨｚ）の範囲にわたって選択される特定範囲の周波数に相当する、又は、１以上の他の領域の周波数を含むような高周波（ＲＦ）エネルギーと称することができる。無線受信機回路１４２は、特定範囲の周波数に相当する電磁結合エネルギー１１２を捉えるような又は他の範囲の周波数を拒否するような同調受信機、プレセレクター、又は１以上の他の回路を含むことができる。

【0019】

システム１００は、例えば、１以上のピエゾ圧電トランスデューサ、直線又は回転装置等の機械−電気トランスデューサ、光起電力トランスデューサ又は他の光電変換トランスデューサ又は熱電発電装置（ＴＥＧ）等の環境発電トランスデューサ１１４を含むことができるか又は連結することができる。調整回路１０４への入力１３６は、１以上の無線受信機回路１４２、又は環境エネルギートランスデューサ１１４から受信するエネルギーによって駆動することが可能である。このように、システム１００は無線受信機回路１４２又は環境発電トランスデューサ１１４を用いて動作エネルギーを受信することができる。例えば、システム１００は、１以上の無線連結エネルギー１１２又は環境発電トランスデューサ１１４により提供されるエネルギーを用いて、連続して動力源を供給するため又は長期間の操作などのために、一次電池又は再充電可能な電池を必要としないで操作することができる。

【0020】

調整回路１０４は、固定又は調整可能な出力電圧の１以上の出力を、供給ノード１９８を含むようなシステム１００の１以上の他の部分に提供することができる。以下の例で示されるように、環境発電トランスデューサ１１４から得られるエネルギーは、電圧を上昇させるコンバータ等の、１以上の他の回路によって調整可能であるか又は変換可能である。

【0021】

調整回路１０４への入力は、電力管理プロセッサ回路１３０によって監視されるように、電力管理プロセッサ回路１３０に連結可能である。電力管理プロセッサ回路１３０は、１以上のデジタルプロセッサ回路１３２に連結された１以上のバス（例えば、第１バス１３８）又は機能特定プロセッサ回路１３４のような他の機能ブロック等のシステム１００の他の部分に連結することが可能である。

【0022】

システム１００のデジタル部１０２の１以上の部分は閾値下の動作モードを含むことができる。１以上の電力管理プロセッサ回路１３０、デジタルプロセッサ回路１３２、機能特定プロセッサ回路１３４、又は１以上のデジタル又は混合信号回路等のようなシステム１００における１以上の他の回路において、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の閾値下の動作を確立するように調整回路によって提供される供給電圧を提供、調整、又は選択する等の閾値下の動作モードを確立することができる。

【0023】

閾値下の動作は、ゲートソース間電圧が１以上のＦＥＴ用の閾値電圧（Ｖ_ｔ）以下に確立されており、ゲートソース間電圧の関数としてドレインソース間電流への１次指数関数的依存性という結果をもたらす弱反転モードにおいて１以上のＦＥＴを動作するものとして説明することができる。供給電圧に連結された部分において全てのＦＥＴの閾値電圧以下のＶＤＤ−ＶＳＳ間電圧を有した供給電圧を提供する等の閾値下の動作を確立するために種々の技術を用いることができる。
エネルギー効率、最大クロック速度、及び供給電圧の間にはトレードオフが存在し得る。閾値下の動作は単一の供給電圧に限定する必要はない。例えば、１以上のクロック周波数又は供給電圧は、以下の例で説明するように低消費電力を維持しながら、特定レベルの計算能力又は他の操作上の性能を提供するように調整可能である。

【0024】

他の基準は、電流密度の視点を用いる等閾値下の動作を特定又は説明するために使用することができる。例えば、閾値下の動作は、相互コンダクタンス（例えば、ｇ_ｍ）が相対的又は絶対的な最大値であるＦＥＴ動作の領域、又は相互コンダクタンスが閾値電圧及びドレイン電流に主として依存しゲートソース間電圧における変化に対して弱い依存性のみを示す（又は依存性を全く示さない）ＦＥＴ動作の領域として説明することができる。無線受信機回路又は環境発電トランスデューサを用いて得られる利用可能なエネルギーが極めて限定（例えば、マイクロワット程度）されているが、そのような閾値下の動作は、他の技術とともに又は他の技術の代わりに、システム１００に長寿命を提供することができる。

【0025】

電力管理プロセッサ回路１３０は、調整回路１０４への入力１３６を監視することによって又は他の電圧、電流、動作状態等のシステムにおける他のパラメーターを監視することによって得られる情報を用いるなどして、システム１００のエネルギー消費レベルを調整するように構成され得る。

【0026】

図２は、図１の例の態様と同様又は図１の例の態様を組み込むなどのシステム２００の例を示している。システム２００は、例えば、心電図（ＥＣＧ）、脳電図（ＥＥＧ）、又は筋電図（ＥＭＧ）等の１以上の生理的な信号を示す情報を得るように構成されているアナログ入力１４４を備えることができる。そのような生理的な信号はＥｘＧシグナルと総称的に称することができる。例えば、呼吸、神経作用、動き等の１以上の生理的なパラメーターに相当するような他の生理的な情報を得ることができる。アナログ入力１４４は生理的な情報を得ることに制限される必要はない。例えば、他の情報が、遠隔監視、検知又は監視を含むアプリケーション又は他のアプリケーションのためなどのアナログ入力によって得られる。

【0027】

図２の例では、アナログ入力１４４（すなわち「アナログフロントエンド」（ＡＦＥ））は、入力ノード１１６に接続された生理的な信号をバッファリングする又は増幅するための１以上の増幅器ステージを含むことができる。増幅器１１８の出力は、連続的な逐次比較型レジスタ（ＳＡＲ）トポロジーを含むコンバータ１２０等のアナログ−デジタルコンバータ１２０に接続することができる。

【0028】

システム２００は汎用プロセッサ回路（例えば、マイクロコントローラユニット又は他の汎用プロセッサ回路）、１以上の機能特定プロセッサ回路（例えば、１以上の機能を実施するようになっているアクセラレータ回路）、１以上の記憶回路、又は電力管理プロセッサ回路を含むようなデジタル部１０２を備えることができる。システム２００は、システム２００から他のシステム又は位置へ信号をテレメトリングするためなどの無線送信機回路１２２を備えることができる。

【0029】

図１の例及び他の例で説明するように、システム２００は、調整回路１０４等の１以上の調整回路に接続されるコンバータ回路１０６を含むような調整部１０８を備えることができる。調整回路１０４の出力１９８はシステム２００の他の部分に接続することができる。調整部１０８は、電磁結合による動作エネルギー１１２を受信するようになっているような無線受信機を備えることができる。例えば、ＴＥＧ２１４又は他の環境発電トランスデューサは、コンバータ回路の入力１１０に接続することができ、コンバータ回路は、図３又は図４Ａの例で示されるように調整回路１０４に接続されるような出力を提供することができる。コンバータ回路１０６の出力はシステム２００の初期動作を確立するためには不十分である。例えば、被験者の本体部の熱から得られる等、ＴＥＧ２１４によって提供されるエネルギーはシステム２００の連続的な動作を維持するために十分である。しかしながら、そのようなエネルギーは、システム２００の初期動作を開始又は確立するためには不十分である。

【0030】

このシナリオにおいて、図４Ｂの例で示すように、電磁結合による動作エネルギー１１２は、システム２００の１以上の調整又は制御機能を始めるためにコンバータ回路１０６の出力に十分なエネルギーを確立するため、又はシステムにおける１以上のコンデンサーに初期のチャージ状態を確立するために、調整部１０８によって受信される。

【0031】

図３は、図１又は図２の１以上の例の態様に類似しているか又はその態様を組み込んだシステム３００の例を概略示している。システム３００は調整部３０４、アナログ入力３２６（例えば、アナログフロントエンド）、デジタル部３０２（例えば、閾値下動作用に構成されている１以上の部分を含む）、無線送信機回路３２２、又は１以上の他の機能ブロック又は部分を含むことができる。

【0032】

システム３００の１以上の部分は、図１２の図示例のように、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）集積回路等の集積回路の一部として共に集積されうる。用語「金属酸化膜半導体」の使用は、ゲート電極が金属でなければならない、ということを意味していない。ＣＭＯＳ回路に含まれるＦＥＴにおけるゲート電極はポリシリコン導電部、又は他の導電部を含むことができる。

【0033】

図３の図示例では、調整部３０４は、図４Ａ又は図８の図示例に示されるように、種々の回路又はサブシステムを含むことができる。調整部３０４はＴＥＧ３１４に接続することが可能である。調整部３０４は、蓄積キャパシタ（例えば、外部蓄積キャパシタ）に接続されるブーストコンバータ３３８の出力ノード３３６（例えば、Ｖブースト）で、約３０ｍＶの電圧レベルから、約１．３５Ｖといった特定の昇圧された電圧までＴＥＧからのエネルギーを変換するようになっているようなブーストコンバータ３３８を含むことができる。

【0034】

図３の図示例では、調整部３０４は、システム３００の他の部分に各々調整された電圧供給を行うためなどの多重調整回路を含むことができる。例えば、調整部３０４は、１以上の基準回路（例えば、バンドギャップ基準）、又は１以上のクランプ回路等の他の回路を含むことができる。電磁結合エネルギー３１２は、整流回路３４０を用いる等してブーストコンバータ３３８の出力ノード３３６に提供されうる。調整部は、ブーストコンバータ３３８の出力ノード３３６の過電圧条件を防止するためクランプ回路を用いることができる。

【0035】

アナログ出力３２６は、図３又は図９の図示例において示される４−チャンネル構造等の各入力チャンネル３１８を備えることができる。各入力チャンネルは、各固定又は可変利得増幅器（ＶＧＡｓ）に接続されるなどの各低ノイズ増幅器（ＬＮＡｓ）を備えることができる。図３の図示例に示されるような８ビットＳＡＲ ＡＤＣ３２０などの、１以上のアナログ−デジタルコンバータが含まれる。各入力チャンネル３１８は、マルチプレクサを用いる等してＡＤＣ３２０に多重送信することができる。直列のＬＮＡとＶＧＡ構造を使用することによって、ＡＤＣ３２０の全範囲にアプローチする数マイクロボルト（μＶ）の範囲において生理的な信号をスケーリングすることができる。そのようなスケーリングは、１チャンネルあたり約４マイクロワット（μＷ）以下の消費電力の生理的な信号の取得又は分析のための十分な解像度を依然として保持しながらＡＤＣの垂直ビットの解像度を緩和するために用いることができる。

【0036】

アナログ入力３２６を用いて得られた情報は、デジタル部３０２に提供することができる。デジタル部３０２は、デジタル電力管理（ＤＰＭ）プロセッサ回路３３０の制御下のように閾値下動作用に構成することができる。ＤＰＭ３３０は、特定のエネルギー消費レベルに従ってシステム３００のエネルギー消費状態を制御する等のためにシステム３００のモード制御を提供することができる。そのようなエネルギー消費量の制御は、種々の他の部分に対するパワースロットル又はクロックスロットル又はパワーゲーティング又はクロックゲーティングを含むことができる。

【0037】

例えば、ＤＰＭ３３０を使用するときなどのエネルギー消費量は、ブーストコンバータの出力ノード３３６の監視に基づいて、さもなければ利用可能なエネルギーの評価に基づいて、１以上の機能ブロックに提供される電圧（例えば、「ダイナミックボルテージスケーリング」（ＤＶＳ）の提供）を自動的に調整するために、調整部３０４によって提供される１以上の電圧供給を選択又は調整することによって制御可能である。

【0038】

デジタル部３０２は、汎用プロセッサ回路３３２（例えば、マイクロプロセッサ又は８ビットのマイクロコントローラユニット（ＭＣＵ））等の他の回路を含むことができる。デジタル部３０２は、１以上の機能特定プロセッサ回路（例えば、機能特定アクセラレータ）を含むことができ、例えば、プログラム可能なフィルター３３４Ａ（例えば、有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルター）、エンベロープ検知回路３３４Ｂ、又は他の機能特定回路（例えば、細動検出回路、Ｒ波間区間推定量回路）を含むことができる。デジタル部３０２は、命令記憶回路３５０（例えば、図３の図示例では１．５キロバイトを有する）等の、１以上の記憶回路を含むことができる。命令記憶回路３５０は読み取り専用メモリー（ＲＯＭ）として実行することができ、またスタティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ）回路等の再プログラム可能なランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）であってもよい。

【0039】

図３の図示例では、システム３００は、命令記憶回路３５０から分離したようなデータ記憶回路３４８を含む等の、修正ハーバードアーキテクチャーを備えることができる。先入れ先出し（ＦＩＦＯ）バッファトポロジー等の他のメモリー又はバッファを含むことができる。

【0040】

ＤＰＭ３３０は、図６の図示例に示されるように、命令記憶回路３５０に保存された命令によって動作するように構成されている単純化された命令セットアーキテクチャー（ＩＳＡ）を含むことができる。同様に、汎用のプロセッサ回路３３２も命令記憶回路３５０に保存された命令によって動作するように構成されうる。しかしながら、汎用のプロセッサ回路３３２は、ＤＰＭ３３０と同一の命令セットを使用する必要はない。

【0041】

図示例では、システム３００の１以上の部分は、１以上の記憶回路（例えば、ＳＲＡＭ）を含むようなＮストロングＣＭＯＳ集積回路技術を備えることができる。例えば、システム３００の１以上の記憶回路は、ベルマ、他著「２５６キロバイト６５ｎｍの８Ｔ閾値下ＳＲＡＭを用いたセンスアンプの冗長性」ＩＥＥＥ固体回路部会のジャーナル１号４３巻 ｐ．１４１−１４９、２００８年１月発行、に示されるトポロジーに類似しているような８トランジスタビットセルトポロジーを含むことができる。（この文献全体の参照によってこの明細書に組み込まれる。）図示例では、書き込み中に半選択といった不安定性を除去し、読込と書込の両方はメモリの全列に適用することができる。

【0042】

図示例では、データ記憶回路３４８は、基底基準の安定性を高める動作時に１．２ＶにオーバードライブされたＮＭＯＳフッターによって個々にパワーゲーティングされうる４×１ｋＢバンク等のバンクに仕切ることが可能である。そのようなパワーゲーティングはシステム３００の特定のエネルギー消費レベルに相当するようなＤＰＭ３３０によって制御されうる。
そのような図示例において、実験的に得られる測定値は、１３０ナノメータ（ｎｍ）プロセッサノードで得られる、約２００ｋＨｚを１クロックとするような０．３Ｖ供給電圧への記憶トポロジーの信頼性のある動作を示すことができる。

【0043】

図３の図示例に示すように、システム３００は無線送信機回路３２２を含むことができる。例えば、そのような送信機回路は医療用インプラント通信システム（ＭＩＣＳ）用の約４００ＭＨｚから約４３３ＭＨｚまでの周波数の領域内のバンド、又は産業科学医療用（ＩＳＭ）バンドを用いて、又はセンサーノードアプリケーションにおいて使用するための関連するスペクトルを当局によって分配された１以上の他の周波数領域を用いて動作するように構成することができる。

【0044】

図３の図示例において、ＡＤＣ３２０を用いて得られた情報はパケタイザーに連結することができ、デジタル部３０２によって処理を必要とすることが無いように、送信機回路３２２によって流されることができ、又、そのような情報は処理の間又は処理後などにデジタル部３０２によって提供されうる。例えば、そのような情報は生理的な信号又は他の検知信号のデジタル化された表示を含むことができ、また、そのような情報は図１１Ａ又は図１１Ｂの図示例において示されるようにそのような信号から抽出された１以上のパラメーターを含むことができる。

【0045】

無線受信機回路３２２は、ＤＰＭ３３０の制御下でデューティ−サイクル化された、あるいはそうでなければデューティ可能な又はデューティ不可能な等のサブミリワット（ｍＷ）動作のために構成することが可能であり、１以上の大きな個別のバケット又はフィルター用のコンデンサーの必要性を避けることができる。無線送信機回路３２２は、１秒あたり約２００キロビット（ｋｂｐｓ）の伝送速度、又は１以上の他の変調技術、操作周波数範囲又はデータ転送速度を提供する等のために、２値ＦＳＫ（ＢＦＳＫ）のように周波数偏移変調（ＦＳＫ）を使用することができる。

【0046】

図示例では、無線送信機回路３２２は、特定のキャリア周波数の約１／９で局部発振器（ＬＯ）を操作することによってシンセサイザの電力を減らすための周波数逓倍送信機アーキテクチャーを含むことができる。例えば、内蔵した電力増幅器（ＰＡ）を有したエッジ結合器（ＥＣ）を駆動するために並列のリング発振器を用いて周波数逓倍を行うために等間隔のエッジを発生することができる。こうして、そのような周波数逓倍は、水晶振動子からハーモニック注入同期を提供することができる。そのような技術は、位相ロックループ（ＰＬＬ）を使用する必要がない。代わりに、低周波数のリング発振器を内蔵水晶基準に注入同期する。そのような注入同期は、無線送信機回路３２２の積極的なデューティ−サイクルを許容するように、ＰＬＬベースのアプローチに比較して急速な整定時間を提供することができる。

【0047】

単一の位相基準を用いた多相のリング発振器を直接に注入同期することは重大なミスマッチを引き起こしうる。その代わり、直列の多相注入同期スキームは位相と振幅のミスマッチを修正するために使用することができる。内蔵ＢＦＳＫ変調は水晶の基準クロックを変えることによって提供されうる。例えば、負荷コンデンサーを変調することによって、水晶周波数は約２００ｐｐｍまで変えることができる。この図示例では、９ｘの乗算の後、無線送信機回路は約１００ｋＨｚの周波数偏差を提供することができ、約１００ｋｂｐｓより速い無線情報転送速度を提供することができる。

【0048】

図示例では、無線送信機回路３２２は、約２００ｋｂｐｓの転送速度で転送する時に約１６０μＷを消費することができる。図１１Ａ及び図１１Ｂの図示例で示すように、ストリーミングデータ転送モードにおいて、無線送信機回路３２２は１００％のデューティ−サイクルで動作することができる。Ｒ波間摘出モードなど、別のモード（異なったエネルギー消費レベルに相当する等）において、無線送信機回路３２２はデューティ−サイクルであることができる。そのようなデューティ−サイクルは、無線送信機回路３２２の電力消費を約０．０１３％、電力消散で約１９０ｎＷに相当する電力消費を減らすことができる。パケタイザーは、汎用の受信機回路と互換性を提供するようにプログラム可能な又は特定されたパケットヘッダー及び周期的冗長検査（又は他のエラー検知又はエラー訂正）を提供することができるように構成されている。

【0049】

図４Ａは、センサーノード等のシステムの一部の図示例４００を示し、この図示例４００は無線受信機回路４４０（例えば、整流回路）、又はコンバータ回路４３８（例えば、ブーストコンバータ）を含むことができる。コンバータ回路４３８はＴＥＧ４１４Ａに接続されうるか又は接続することができるようになっている。コンバータ回路４３８は、図１乃至図３の例又は他の例に示されるように、センサーノード等のシステムの他の部分に連結された出力４３６Ａ（例えば、Ｖブースト）を提供することができる。例えば、リセット発生回路４９６は、出力４３６Ａで提供される電圧の監視に応答して電源投入時リセット（ＰＯＲ）を発生又は防止するように出力４３６Ａに接続することができる。

【0050】

ＴＥＧは、特定のサイズ（例えば、面積）のＴＥＧ４１４Ａ全体に特定の温度差から確立される電圧を提供するようになっているような直列の熱電対列から構成されている。例えば、一般的に入手可能な熱電対（例えば、テルル化ビスマス）のゼーベック係数は、１℃あたり約±０．２ミリボルト（ｍＶ）（ｍＶ／℃）である。

【0051】

約１℃の特定の温度勾配のために、１×１センチメートル（ｃｍ）のＴＥＧは、一般的に１Ｖよりはるかに低い電圧を提供する。そのような温度勾配はＴＥＧ４１４Ａの近くの環境によって更に減少させることができる。例えば、ＴＥＧ４１４Ａを囲んでいる空気は、熱電対列の全体に渡って有効な温度勾配を大幅に減らすことができる大きな熱抵抗を示すことができ、更にＴＥＧ４１４Ａ出力で得られる電圧を制限する。従って、ＴＥＧ４１４Ａ等の環境発電トランスデューサを用いたシステムは、数十ｍＶの範囲でのみ可能であるＴＥＧ出力をより高い電圧レベルに上昇させることができるように構成されている。カールソン、他著「熱電力環境発電のための効率的なデジタル制御を伴う２０ｍＶ入力ブーストコンバータ」ＩＥＥＥ固体回路部会のジャーナル４号４５巻２０１０年４月４日発行に示されるコンバータアーキテクチャー等の種々のコンバータ回路４３８のトポロジーが使用されうる。この文献全体の参照によってこの明細書に組み込まれる。

【0052】

ＴＥＧ４１４Ａを含むことができる図示例においては、動作エネルギーの１以上の他のソースを、システム（例えば、センサーノード）の初期動作（例えば、始動）を確立することに利用することができる。そのような動作エネルギーの他のソースは、バッテリー又は機械的なスイッチを含むことができる。しかしながら、そのようなバッテリー又はスイッチは大きさが大きい。本件発明者は、とりわけ、無線で接続されたエネルギー（例えば、ラジオ周波数（ＲＦ）パルス）をシステムの初期動作を確立するために使用されるというように、無線受信機回路４４０のアンテナ４１２Ａに提供することができるということを認識した。例えば、１ミリワット（ｄＢｍ）に対して−１０デシベルの比較的低い電力レベル等のように、付随的な電磁結合による動作エネルギーは、１〜２秒の間など１以上の蓄積キャパシタを予め充電するため、又は、システムの１以上のノードで特定の初期条件を確立するために提供することができる。

【0053】

図４Ａの例４００においては、電磁的な結合によるエネルギー（例えば、放射的、又は誘導的に結合した）は受信機回路４４０によって整流することができる。例４００は、受信した電磁的な結合による動作エネルギーの存在下で、潜在的な有害過電圧条件を防止するために出力ノード４３６Ａを特定範囲の電圧に規制するように分路クランプ回路４９４等の他の回路を含むことができる。図４００の例の１以上の部分は、共通した集積回路に共通に集積することができる。１以上のインダクター又はコンデンサー等の、より大きな受動素子は共通したプリント組立体又はモジュール上に位置させることができ、且つ、集積回路に接続することができる。そのような素子は「オフ−チップ」と称することができる。

【0054】

上述したように、入力で約−１０ｄＢｍのレベルなどの付随的な電磁結合によるエネルギーを受信機回路に提供することができる。６段階整流チャージポンプ回路は、付随的な電磁結合による動作エネルギーを出力ノード４３６Ａに接続するために使用することができる。リセット生成回路４９６はバンドギャップ基準であることが可能で、且つ出力ノード４３６Ａを監視すること等によって、ＰＯＲをシステムに提供することができる。例えば、出力ノード、Ｖブーストが、１Ｖに達する時、ＰＯＲはアサートを停止することができる。

【0055】

リセット生成回路４９６におけるヒステリシスはＰＯＲ回路の好ましくないトグリングを防止することができる。例えば、ＰＯＲトリガーレベルは、出力ノード４３６Ａが特定の電圧を下回る時にＰＯＲの発生が可能であるように特定されうる。前記特定の電圧は、チップが正確に機能することができなくなる電圧であって、１Ｖをはるかに下回った電圧である。そのような特定のトリガー電圧であるＶ_ＫＩＬＬは、基準に合って生成した基準電圧又は維持されたエネルギー変換の信頼性という結果になる最小Ｖ_{ＢＯＯＳＴ}についての情報を用いて決定することができる。

【0056】

図４Ｂは、図４Ａの無線受信機回路４４０に提供される無線で接続されたバーストパルス４１２に対応するプロット、図４Ａの電力コンバーター回路４３８の出力ノード４３６Ａの電圧４３６Ｂのプロット、及び環境発電トランスデューサの出力に対応する電力コンバーター回路４３８への入力のプロット４１４Ｂの実例を図示している。前記実例は、図３又は図４Ｂの例において示されるようなシステムの少なくとも一部を用いて実験的に得られる。

【0057】

ＴＥＧプロット４１４Ｂは、初期起動及びＴＥＧによって提供されうる電圧の安定化を概略的に図示している。例えば、図４Ｂに示すように、ＴＥＧ出力が落ち着いた後、ショートバーストパルス４１２が、プロット４３６Ｂで示されるように出力ノード４３６Ａ上の蓄積キャパシタを無線で充電するために提供されうる。この図示例では、出力ノード４３６Ａ上の電圧が６００ｍＶに到達した直後に、ブーストコンバータは機能することができ、蓄積キャパシタを更に約１．３５Ｖに充電することができる。それから、システムは、更なるバーストパルス４１２無しで、延長した期間、連続的にシステムはその機能を続けることができる。しかしながら、出力ノード（例えば、Ｖ_{ＢＯＯＳＴ}）が特定のトリガー電圧（例えば、Ｖ_ＫＩＬＬ）以下に低下する場合、環境発電エネルギーを超えるエネルギー消費が長期間に渡ることにより又は環境発電エネルギーが無い場合、システムはリセットすることができ、或いは、動作を完全に失わせることができる。そのような消滅は「ノード死」と称することができる。

【0058】

出力ノード４３６ＡがＶ_ＫＩＬＬといったトリガー電圧を下回る例において、システムは自動的に停止することができる。その後、システムは、図４Ｂの図示例に示されるようなシーケンスを用いる等によって「再生」又は再スタートすることができる。システムは、停止前に記憶されたプログラム状態を含む不揮発性のメモリを用いる等、処理の状態を把握維持した状態で再スタートすることができるか、あるいはシステムは、ＲＯＭに含まれるようなブートローダー又はデフォルトプログラムを含む特定のメモリー位置から再スタートすることができる。

【0059】

図５は、システムの一部の図示例５００を概略的に図示している。システムは、電力管理プロセッサ回路５３０が、特定のエネルギー消費レベルに対応させて、システムの他の機能ブロックの種々のパラメーターを調整又は制御できる場合などのように、電力管理プロセッサ回路５３０（例えば、ＤＰＭ）に接続された命令メモリ５５０を含むことができる。

【0060】

図５の図示例において、電力管理プロセッサ回路５３０は調整回路（例えば、コンバータ回路５３６の出力）への入力ノード、又は１以上の他のノードを監視することができる。そのような監視は、図９の図示例に類似したアナログ入力５２６Ａを用いるなど、又は１以上の他の例に示されるように行うことができる。ＡＤＣ５２０は、コンバータ回路の監視出力を示す情報を電力管理プロセッサ回路５３０に提供することができる。この情報を用いて、電力管理プロセッサ回路は、可能、不可能、又は他の機能ブロックのスロットルオペレーションなどと、システムのエネルギー消費レベルを自動的に調整することができる。

【0061】

例えば、電力管理プロセッサ回路５３０は、１以上のメモリアクセスコントローラ又はデータメモリ回路５４８、１以上の機能特定プロセッサ回路５３４、又は無線送信機回路５２２のエネルギー消費レベルを制御することができる。デジタルパケタイザー５５２は、データを無線送信機回路５２２に流すために使用することができる（例えば、特定のパケタイズされたフォーマットで送信するためにシリアルデータを提供すること）。

【0062】

一例においては、システムは、デジタル部の１以上の部分がデータメモリ回路５４８にアクセスすることを可能とするようなダイレクトメモリアクセス（ＤＭＡ）能力を含むことができる。ＤＭＡコントローラは、データメモリ回路５４８（ＤＭＥＭ）とシステムの１以上の他の部分との間をインターフェイス接続するエネルギー効率閾値下デジタル回路を提供することができる。例えば、電力管理プロセッサ回路は、効率的なデータストリーミング能力を提供するために、ＦＩＦＯアクセスモードにおいて、ＤＭＥＭの少なくとも一部へのアクセスを提供するＤＭＡコントローラに対する命令を含むことができる。クロックマルチプレクサは、ＤＭＡコントローラが接続される１以上の他の機能ブロックとＤＭＡクロックレートを同期するために使用可能である。一例においては、データメモリ回路５４８は、理論的又は物理的に特定のエネルギー消費レベル（例えば、１以上の図示例において説明する「ストップライト」スキームを用いて）に対応する複数のバンクに分けることができる。

【0063】

２つの８ビットスイッチボックスバス等の１以上のバスは、ＤＰＭ５３０によって制御されうる。そのようなバスは、ＭＣＵ、ＤＭＡ、又はパケタイザー５５２などのデジタル部の他の部分の入力、又は出力に制御可能に接続されうる。図示例では、各入力または出力バスポートは４ビットアドレスを持つことができる。２以上のバスを持つことはデータステアリング又は制御を容易とすることができる。

【0064】

他の例で説明したように、センサーノード等のシステムは、図５に示すアナログ入力５２６Ａ等のマルチチャンネルアナログ入力（例えば、ＡＦＥ）を含むことができる。例えば、アナログ入力５２６Ａは、各完全差動型チョッパ−スタビライズド低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）又は可変利得増幅器（ＶＧＡ）を含むような、４つの独立して構成可能な入力チャンネルを含むことができる。例えば、ＬＮＡに含まれている演算相互コンダクタンス増幅器（ＯＴＡ）のフリッカノイズコーナーを超える約２０ｋＨｚのチョッパ周波数を使用することができる。ＯＴＡ出力を飽和させる可能性があるＯＴＡオフセットの増幅を減らすために、入力キャパシタの前に入力チョッパスイッチを配置することができる。入力キャパシタにおけるミスマッチは、差動モード利得に対してコモンモードになる。従って、ＡＣシグナルの増幅のために、入力でのＤＣオフセット電圧をブロックする又は減らすため、オフ−チップキャパシタ及び抵抗器を用いるなどして、増幅器を、ＡＣ結合とすることができる。

【0065】

そのようなトポロジーは、他の対応するトポロジーよりも低い入力インピーダンスを提供することができるが、定常状態のシミュレーション結果に基づくと、入力インピーダンスは依然としてメガオーム（ＭΩｓ）のオーダーでありうる。そのような入力インピーダンス範囲は、ＥｘＧ信号の監視又は他のセンシングアプリケーションのため等のように、生理的な監視のために使用されることができる。

【0066】

設定可能またはプログラム可能なＧｍ−Ｃフィルターは、ノイズフロアを下げてスイッチングリップルを抑制または無くすのに役立つことができる。図示例では、接続されたＬＮＡとＶＧＡは、約３μＷ／チャンネルの電力消費でＤＣから３２０Ｈｚへの７段階デジタル化プログラマブルゲイン（４０−７８ｄＢ）を提供することができる。図９などの例において説明したように、Ａ−５入力マルチプレクサ、又は他のトポロジーは、各入力チャンネルをサンプリングするＡＤＣ５２０、又はエネルギー消費状態または蓄えられたエネルギーレベルを監視するなどのＶ_{ＢＯＯＳＴ}コンバータ回路出力ノード５３６などのサブマイクロワット（ｓｕｂ−μＷ）８ビットＳＡＲ ＡＤＣに入力を提供することができる。

【0067】

図６は、センサーノード等のシステムの一部の図示例６０２を概略的に示す。図示例６０２は、汎用プロセッサ回路（例えば、ＭＣＵ６３２）、電力管理プロセッサ回路（例えば、ＤＰＭ６３０）、又は特定機能プロセッサ回路等の１以上の他の回路の間で共有されうる命令メモリ（ＩＭＥＭ）６５０を含むことができる。図６の図示例６０２においては、ＭＣＵはＩＭＥＭ６５０をＤＰＭ６３０と共に共有することができる。例えば、各マルチプレクサ６６０Ａ又は６６０Ｂは特定のコードワードを用いる等して各命令をＭＣＵ６３２又はＤＰＭ６３０にステアリングすることができる。

【0068】

一例では、ＤＰＭ６３０は、ＭＣＵ６３２が命令を実行をしている時などに、自動的により低いエネルギー消費状態（「節電」モードと称することができるような停止状態又は動作しない状態）に入るように構成することができる。同様に、ＤＰＭ６３０が１以上の命令を実行する時、ＭＣＵ６３２は、省エネルギーを図るために電源を切るか、又は状態を保存するためにクロックゲートすることができる。こうして、余分な命令またはデータ記憶スペースを必要とすることなく、ＭＣＵ６３２は汎用のプロセスの適用性を提供することができ、ＤＰＭ６３０は、効率的なエネルギー消費レベルの制御を提供することができる。

【0069】

図７は、センサーノード等のシステムの一部の図示例７００を概略的に示す。図示例７００は、特定のエネルギー消費レベルに対応して確立されたデータパスを含むことができるように、データ処理又はデータの無線送信のための１以上の制御可能なデータパスを含むことができる。

【0070】

実施例等で説明されているＤＰＭ等の電力管理プロセッサ回路は、電力管理責任を提供することができる。ＤＰＭは、特定のエネルギー消費レベルに対応するなどして、１以上のデータ信号パスを管理することができる。図６の図示例で説明したように、ＤＰＭは、以下の表１の図示例で示されるように、システムを制御するための１以上の汎用プロセッサ回路を用いることに比較してより少ない動作エネルギーを消費するなど、命令メモリ（例えば、１．５ｋＢ命令メモリ）からの命令を実行することもできる。

【表1】

ここのいずれかで説明したように、ＤＰＭは、汎用プロセッサ回路に比較して単純化されたＩＳＡなどのような、ＩＳＡを含むことができる。ＤＰＭは、ＤＭＥＭ、ＡＦＥ７２６の入力チャンネル（例えば、ゲイン又はＡＤＣサンプリングレート、例えば）、送信速度、クロック周波数の作成と分配、柔軟なタイミング定義のデータフロー用バス管理、時間遅延、クロックゲーティング、又はシステムのデジタル部等のようなシステムの各ブロックに提供される供給電圧の選定および調整を制御するために使用することができる。以下の例は、ＤＰＭによって構成可能な信号プロセスオプションの種々の例を概略図示している。

【0071】

図７は、システムデータパスの設定可能性を概略図示している。例えば、１以上の各データパスは処理のために確立可能になっている。同様に、１以上のデータパスが無線送信のために確立可能である。上記及び下記の例で説明するように、センサーノード等のシステムは、汎用のプロセッサ回路（例えば、ＭＣＵ）を含むことができる。ジェネリックデータプロセスパス７７０Ａは、命令メモリに記憶された命令を実行するためＭＣＵを用いる等して確立可能である。しかしながら、システム用の所望のアプリケーションによっては、特定のエネルギー消費レベルに対応して、ＭＣＵに加えて又はＭＣＵの代わりに他の機能特定プロセッサ回路を使用することができる。

【0072】

図３の例で示されるように、クロック発生器回路は、プログラム可能なクロック信号（例えば、１以上の周波数又は位相でプログラム可能）を各プロセッサ回路に分配することができる。こうして、システムは、例えば、１以上のＭＣＵ、１以上の機能特定プロセッサ回路又は１以上の機能特定アクセラレータ回路およびＭＣＵの直列構造を用いてデータを柔軟に処理することができる。

【0073】

例えば、細動検出回路に接続されるなど、１以上の有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルター、又はＲ波間区間推定量（例えば、ＲＲ抽出器）を提供するように、第２データプロセスパス７７０Ｂが選択されうる。ＤＰＭは、豊富な動作エネルギーが確立される時にジェネリックパス７７０Ａを選択し、又は利用可能な動作エネルギーが低いことに対応して又は低下していくエネルギー量をモニターすると、第２データプロセスパス７７０Ｂを選択する等、データプロセスパスから自動的に選択することができる。一例では、第３データプロセスパス７７０Ｃは、ＭＣＵに接続可能な１以上のＦＩＲフィルター又は包絡線検出器など機能特定プロセッサ回路の組み合わせを含むことができる。

【0074】

ＭＣＵ等の汎用プロセッサ回路は、８ビットの縮小命令セットコンピューター（ＲＩＳＣ）命令セットアーキテクチャーを含むことができる。汎用又は機能特定プロセス回路などのシステムの１以上のデジタル部はクロックゲート又はヘッダーを含むことができる。例えば、ＰＭＯＳヘッダーは、各デジタル部と、０．５Ｖ供給又は調整可能な供給などの１以上の調整された供給回路出力との間の制御可能な結合を提供することができる。調整可能な供給は、ダイナミックボルテージスケーリング（ＤＶＳ）を提供するなど、ＤＰＭによって制御されうる。

【0075】

図示例では、ＭＣＵは、８ビットＰＩＣマイクロコントローラ（例えば、米国アリゾナ州チャンドラーのマイクロチップテクノロジー株式会社によって提供される１以上のＰＩＣアーキテクチャーに類似しているようなＰＩＣマイクロコントローラ）に類似したアーキテクチャーを含むような、閾値下の動作を行うように構成されている。例えば、ＭＣＵは、約１．２ｋＨｚのクロック周波数で約０．２６ＶのＶＤＤ電圧まで機能するように構成することができる。約０．５５ＶのＶＤＤ電圧で、ＭＣＵは約８００ｋＨｚで機能することができる。図示例では、ＭＣＵは、初期値０．５Ｖ、２００ｋＨｚエネルギー消費レベルで１回の動作につき約１．５ｐＪを提供するなど、約ＶＤＤ＝０．２６Ｖから約ＶＤＤ＝０．５５Ｖまでの供給電圧範囲に対応して測定可能であるように、約０．７ナノワット（ｎＷ）から約１．４μＷまで消費することができる。

【0076】

ＦＩＲフィルターは、固定の又はプログラム可能な係数セット又はタップ数を提供するように構成されているようなデジタル方式でありうる。図示例では、ＦＩＲフィルターは、閾値下の方式で約３００ｍＶの供給電圧まで動作可能であるように（この実施例では、実験的に決定されているように）、３０タップ（又はそれ以上）まで許容するように、４チャンネルのプログラム可能なアーキテクチャーを含むことができる。ＦＩＲフィルターは、タップの数、フィルターの数など係数の選択ができるように設定可能である。特定の低いエネルギー消費モードでは、ＦＩＲフィルターは、利用可能なタップの数を半分にカット（例えば、３０の利用可能なタップから１５の利用可能なタップへの移行）するような「半タップ」動作のために構成することができる。

【0077】

直接のＦＩＲフィルター実行は、各タップに対応するように、各乗算器と加算器を含むことができる。しかしながら、そのようなアプローチは面積とエネルギー消費性能を要する。サンプリングレートが比較的低い場合のアプリケーションを検知又はフィルタリングするために、サンプリングレートの倍数であるクロックゲートを用いて、時間的に連続した形で所定タップ数の乗算を決定し、および連続的な決定を加えるなどシリアルフィルターの実現が使用されうる。そのようなシリアルの実現は、完全３０タップＦＩＲの実現に比較して面積において３０ｘ縮小を提供するように、各チャンネルのためにごく小さな単一の乗算器と単一の加算器とを使用することができる。そのようなシリアルＦＩＲアーキテクチャーは、３５０ｍＶの供給電圧を用いてタップあたり１．１ｐＪのエネルギー消費を提供することができる。各チャンネルは、ＤＰＭによって制御されるように特定のエネルギー消費レベルに対応するなど、パワーゲーティング又はクロックゲートされうる。

【0078】

ＥｘＧ検知など、生理的な検知のアプリケーションのために、機能特定プロセッサ回路の１つは包絡線検出器を含むことができる。例えば、ＥＥＧ検知アプリケーションのために、信号の電力は、α、β、γおよび低−γ周波数帯域において神経作用に対応するような特定の周波数帯域内で決定されうる。包絡線検出回路は特定の周波数帯域内で平均の信号電力を決定することができる。例えば、ＦＩＲフィルターのチャンネル出力に相当する４つの入力チャンネルを用いるなどして、ＦＩＲフィルターからデータを受信することができる。例えば、以下の式（１）は、信号ｘによって表すことができる平均信号電力ｐ_ｘを決定するために使うことができる。

【数1】

ここで、Ｎは加算ウィンドウサイズを表すことができる。計算の複雑さを減らすために、Ｎは２の累乗（例えば、２^２から２^７の範囲から選択される）として確立することができる。そのような２の累乗はデータを右シフトすることによって実行された分割動作を提供することができる。ｘの値は、ルックアップテーブルから得られた２乗した結果を用いる等、４の累乗に最も近い概数にすることができる。こうして、最下位２ビットが常にゼロ値であるから、データ変換の間に用いられるビット数を減らすことができる。図示例では、そのような包絡線検出器は、約０．５ＶのＶＤＤ供給電圧および約２００ｋＨｚのクロックレートに相当する３．５ｎＷを消費することができる。

【0079】

一例では、Ｒ間区間推定量は、Ｐａｎ−Ｔｏｍｋｉｎｓ技術を実施するための回路構成を含むことができる。そのようなＲ間区間推定量技術は、ベースラインＤＣ値を取得した後など、１以上のタイムウィンドウィングと閾値を用いる等して、心拍を測定することを含むことができる。Ｒ間区間推定量は、サンプルの数の違いに対応して２つの連続したピークに与えられるタイムスタンプを提供することができる。こうして、ＲＲ間隔測定の解像度は、確立されたエネルギー消費レベルを考慮してより早い又はより遅いプロセスレートに対応するためＤＰＭの制御の下で、サンプリングレート又は供給電圧を変えることによって調節されうる。

【0080】

実施例では、一旦、Ｒ間区間推定量が見積もられると、細動検出プロセッサなどにパルスを提供することができる。例えば、細動検出プロセッサは心房細動検出器を含むことができる。細動検出プロセッサは、臨床人口で確立された又は立証されたような１以上の細動検出技術を使用することができる。細動検出回路は、エントロピー閾値基準と共に僅か１２個の連続的なＲ間区間推定量を用いるか、又は１以上の他の技術を用いる等して、検知された細動イベントに応答してフラッグを出力することができる。

【0081】

また、ＤＰＭは、図７等に示されるように、１以上の無線データ送信パスを制御することができる。例えば、第１データ送信パス７７２Ａは、ＭＣＵによって提供されたデータの送信のためなどストリーミングモードに対応することができる。第２送信パス７７２Ｂは、データメモリ回路（例えば、ＦＩＦＯ配置内で）を用いる等して、蓄積及びバーストのスキームを含むことができる。第３送信パス７７２Ｃは、１以上の検知されたイベントに応答して、情報のバーストを送信するような環状バッファー又はＦＩＦＯにおいて、情報の保存を含むことができる。例えば、生理的な検知アプリケーションにおいてＲ間区間を表す情報は保存することができる。細動を示す情報に応答する等して、送信された情報のバーストが提供されうる。そうでなければ、そのようなＲ間区間情報は後の送信又は廃棄のために保存することができる。

【0082】

図８は、センサーノードの一部として含まれうる調整回路の一部などのようなシステムの一部の図示例８０４を概略的に示す。他の例で説明したように、ＴＥＧなど環境発電トランスデューサーの出力は高めることができる。図８の例では、ブーストコンバータなどコンバータ回路の出力ノード８３６は蓄積キャパシタ８８６で確立された電圧に対応させることができる。図示例８０４において、バイアスは例８０４の調整回路を含む集積回路内で発生されうる。

【0083】

例えば、１以上の固定の調整器は、４以上のサブμＷ線形レギュレータを含む等、固定の調整器部８８４内に含めることができる。そのような調整器は、約１．２Ｖ等（例えば、ＡＦＥに連結可能）、約０．５Ｖ（例えば、１以上の機能特定プロセッサ回路又は１以上の他の回路等のようなデジタル信号処理において使用するため）、約１．０Ｖ（例えば、無線送信機ローカルオシレータを供給するため）、又は約０．５Ｖを発生するように構成されている他の供給（例えば、無線送信機電力増幅器へ）など、システムの１以上の部分に連結するための特定の固定電圧を提供することができる。

【0084】

図８の図示例は、調整可能な調整器部８８２等、１以上の他の調整回路を含むことができる。例えば、調整可能な調整器部８８２はスイッチトキャパシタＤＣ−ＤＣコンバータを含むことができる。コンバータは、５０ｍＶステップにおいて等、約０．２５Ｖから１Ｖまで調整可能又は制御可能な出力形式を提供するように構成することができる。例えば、３ビットの抵抗ＤＡＣ（ＲＤＡＣ）は、ＤＰＭからの制御ワードに基づいて等、所望の出力レベルに対応した基準電圧を発生するために使用することができる。配列状のキャパシタの配置は、所望の出力範囲などによって、変更することが可能である。１以上の外部キャパシタはスイッチング行為によってリプルを減らす又は抑制するなどして、調整可能な調整部８８２に連結することができる。

【0085】

他の例で説明したように、システムの１以上の部分は、ＤＰＭの制御下におけるようにＰＭＯＳヘッダー等を用いて、固定又は可変の電圧供給に制御可能に接続される等、閾値下動作のために構成することができる。こうして、ＤＰＭは、１以上の固定又は調整可能な供給電圧を用いて、各部分のための制御されたエネルギー消費レベルを確立することができる。

【0086】

図９は、センサーノード等のシステムの一部の図示例９００を概略的に示している。図示例９００は、調整回路入力を示す情報を提供するように構成されている監視回路を含むことができる。システムは、システムのエネルギー消費レベルを監視することができる。このような監視された情報は、システムのリセット又はシステムの消滅を防止するなどのために動作モードを調整するために使用することができる。例えば、調整器入力ノード（例えば、ブーストコンバータ回路出力ノード９８６、Ｖ_{ＢＯＯＳＴ}）を示す監視された情報が減少している場合、システムはモードを切り替えて動作を維持するためのエネルギー消費を減らすことができる。環境エネルギーが豊富になる時、システムは最大又は限定されることのない動作を提供するモードにシステム自身を回復又は調整することができるか、又はそのようなモードで動作を維持することができる。

【0087】

ＤＰＭ９３０（例えば、デジタル電力管理プロセッサ回路）は、システムのいくつかの又は全ての動作可能なモードにおいて閉ループエネルギー消費管理を提供するなどのために、ブーストコンバータ回路出力ノード９８６（例えば、Ｖ_{ＢＯＯＳＴ}）又は１以上の他のノードを監視するように構成することができる。ＤＰＭ９３０は、図９の図示例において示されるように回路を用いて得られた監視された情報を使用して、少なくとも部分的に決定可能である特定のエネルギー消費レベルに対応するような、エネルギーデータフロー管理又は他の監督上の機能を提供することができる。

【0088】

例えば、ＤＰＭ９３０はＡＤＣ９２０を通してＶ_{ＢＯＯＳＴ}の表示を監視することができる。ＡＤＣ９２０に提供されたＶ_{ＢＯＯＳＴ}の表示は、ＡＤＣの全入力範囲で又は近傍で活用するために大きさを拡大・縮小することができる。例えば、Ｖ_{ＢＯＯＳＴ}は抵抗分割器によって半分にすることができ、バッファー回路９９０を用いて出力インピーダンスを減らすためにバッファーすることができ、又は差動アンプ回路９９２を用いて基準電圧と比較することができる。例えば、Ｖ_{ＢＯＯＳＴ}と基準電圧との差は、１以上のＯＴＡを含むような差動アンプ回路９９２などを介して、４倍まで増幅することができる。定期的又は特定の期間の間、ＤＰＭは、システムのエネルギー消費レベルを表す情報を得るために、数ある他のチャンネル（例えば、ＡＦＥによって提供されるような他のチャンネル１乃至４）の中でマルチプレクサ９２６Ａの入力チャンネルを選択するような命令を発することができる。
Ｖ_{ＣＡＰ＿ＤＩＧ}によって表すことができるＶ_{ＢＯＯＳＴ}電圧の大きさを拡大・縮小又はデジタル化された表示は、発せられた命令に応答する等して、ＤＰＭ９３０に提供することができる。この監視された情報に応答して、ＤＰＭ９３０は、ストップライトスキームを用いてなど、システムのエネルギー消費レベルを調整又は選択することができる。

【0089】

図１０は、図３の例で示されるように実験的にシステムを用いて得ることができたような、又は図９の図示例に関連して上述したような、自動的に制御された異なったエネルギー消費レベルに相当するシステムの各種パラメーターに対応するプロットの図示例１０００を概略的に示している。そのようなスキームは、１以上の固定又はプログラム可能な閾値又はウィンドウを用いるなどして、システムのエネルギー消費レベルを自動的に選択又は調整するために使用することができる。

【0090】

図示例において、ＤＰＭ９３０は、エネルギー消費レベル（例えば、緑レベル又はモード、黄色レベル又はモード、赤レベル又はモード）を選択するなどのために、２つの８ビット閾値（例えば、緑の閾値や黄色の閾値）を含むことができるような、１以上のプログラム可能な閾値と得られた情報（例えば、Ｖ_{ＣＡＰ＿ＤＩＧ}）とを比較することができる。ＤＰＭ９３０は、中間レベルを介した連続的な移行を必要とすることなしに、現在の消費レベルから他のレベルへジャンプするように構成することができる（例えば、移行は緑から赤へのモードスイッチを含むことができる）。
各エネルギー消費レベル（例えば、動作モード）は、各エネルギー消費レベルを提供するように構成することができるブロックの各サブセット又はスーパーセットに対応することができる。そのような制御の図示例は表２に示すことができる。

【表2】

【0091】

図１０の図示例において、ブーストコンバータへの入力は約２５０ｍＶから２０ｍＶの範囲及びその逆の範囲で掃引することができる。例えば、緑モードの動作（例えば、約１．３Ｖより大きなＶ_{ＢＯＯＳＴ}）は、図１０の第１緑領域１００２、又は第２緑領域で示されるように、システムの殆ど又は全ての機能ブロックが運転可能である。
黄色モード（例えば、約１．１Ｖより大きく且つ約１．３Ｖより低いＶ_{ＢＯＯＳＴ}）において、ＤＰＭは、図１０の第１黄色領域１００４、又は第２黄色領域１００８で示されるように、入手可能なエネルギーに基づいて送信機のスイッチをオフ又はデューティ−サイクルにすることができる。
赤モード（例えば、約１．１Ｖより小さいＶ_{ＢＯＯＳＴ}）において、送信機、機能特定プロセッサ回路、又はＡＦＥは、図１０の赤領域１００６において示されるようにエネルギーを節約するために１以上のクロックゲート又はパワーゲートであり得る。

【0092】

ＤＰＭは、システムの実行をオーバーライドするか、さもなければ変えることができる。例えば、システムが特定のシリーズの動作のため１以上の動作していない又はスロットルされたブロックの動作を要求したとしても、ＤＰＭは「スポットライト」スキームによって確立されたエネルギー消費レベルに従ってそのような要求をオーバーライドすることができる。ＤＰＭは、付加的な命令を要求することなくして８ビットのデジタルＶ_{ＣＡＰ＿ＤＩＧ}決定などの監視された情報に応答する等、モードからモードへ同時期に移行することができる。そのような方法で、閉ループエネルギー消費管理スキームが提供されうる。ストップライトスキームは、エネルギー消費レベル変化の間又は後にノード行為を変更するなどのために、ＤＰＭ又は汎用プロセッサ回路において分岐又はジャンプ行為を提供するために使用可能である。

【0093】

図９及び図１０の例において示され且つ説明されているエネルギー消費管理スキームは、エネルギー消費サンプリング動作の間の期間を制御するため調整可能又はユーザーがプラグラム可能な閾値又はパラメーターを用いる等、柔軟性でありうる。

【0094】

一例では、ＤＰＭによって確立されたエネルギー消費レベルは、センサーノードリセット又は消滅の恐れに関して十分に重要であるとみなされる情報を監視又は送信するなどのために、１以上の他のシステム要素によってオーバーライドされることができる。そのようなオーバーライド能力は、１以上の機能特定プロセッサ回路によって提供される等、特定のイベント又はフラッグに対応して起こりうる。

【0095】

図１１Ａは、センサーノード等の、システムによってリアルタイム又はリアルタイムに近い状態で送信されうるような心電図の実際で且つ再構築された表示に対応するプロットの図示例１１００Ａを概略的に示している。図１１Ａの図示例において、ＥＣＧは、健康な人の被験者から得られ、１．３５Ｖ Ｖ_{ＢＯＯＳＴ}ノードから測定されるように３９７μＷを消費するような、ロウストリーミングモードにおける無線通信回路によって送信される。無線送信された情報は、約４３３ＭＨｚの周波数を用いてテキサスインスツルメンツＣＣ１１０１によって受信された。受信され再構築されたＥＣＧ（破線で示す）は一般的に実際の局部的に測定されたＥＣＧに一致する。

【0096】

図１１Ｂは、Ｖ_{ＢＯＯＳＴ}ノード（例えば、Ｖ_{ＢＯＯＳＴ}コンバータ回路の出力ノード）をサンプリングするために入力が切り替えられる期間を含んでアナログ−デジタルコンバータ入力に提供される情報の検知された表示に相当するプロットの図示例１１００Ｂを概略的に示す。図１１Ｂの図示例において、システムは、約３０ｍＶの環境発電入力から動作する時、５秒毎など、周期的又は特定の間隔で測定された心拍を送信するなどの、ＲＲ間隔抽出技術を用いて動作することができる。連続的な間隔の間、Ｖ_{ＢＯＯＳＴ}は、情報の無線送信のための水晶振動子を可能とする前などに、連続した動作を維持するために十分なエネルギーが存在することを立証するためなどサンプリングされうる。

【0097】

図１２Ｂは、図１から図３、図４Ａ、図５から図１０又は図１２の図示例のシステムの少なくとも一部に相当するような集積回路の注釈付顕微鏡図１２００を概略的に示す。そのような集積回路は、センサーノード又は他の内蔵したシステムの動作のためのＳｏＣを含むことができる。図示例では、心拍抽出モードに対応するような無線通信機回路がデューティ−サイクルであり得る場合、ＳｏＣは、他の一般的に入手可能なシステムより、より低いと考えられている約１９μＷを消費することができる。

【0098】

図１３は、図１から図３、図４Ａ、図５から図１０、又は図１２の１以上の例で示されるようなシステムを用いて含むことができる方法等の技術１３００を概略的に示す。無線受信機回路は、図１の例で示されるように調整回路に接続することができる。無線受信機回路は、符号１３０４におけるように、センサーノード等のシステムの初期動作を確立するか、又は連続した動作を提供するためなど、電磁結合した動作エネルギーを得るように構成することができる。例えば、センサーノードは、トランスデューサが調整回路に接続可能であっても環境発電トランスデューサから得られる動作エネルギーを必要とすることなく、センサーノードの動作を確立するための十分な動作エネルギーを無線で受信することができる。

【0099】

調整回路への入力は、センサーノードのエネルギー消費レベルを選択する際に使用するためなどに監視することができる。例えば、符号１３０６において、センサーノードのエネルギー消費レベルは調整回路への入力に基づいて選択することができる。符号１３０８において、閾値下動作モードは、デジタルプロセッサ回路の操作に関連して等、システムの１以上の部分において確立することができる。閾値下動作モードはシステムの選択されたエネルギー消費レベルに対応させることができる。

【0100】

各種事項および例
この書面において説明されている各々限定されることのない例は、それ自身単独でも良く、１以上の他の例と各種変形した形、又は組み合わせの形で組み合わせることができる。
上記詳細な説明は、詳細な説明の一部を形成する添付の図面を参照することを含む。図面は、例として、本発明が実施される特定の実施形態を示している。これらの実施形態は、また、ここで「例」としても称される。このような例は、図示されている又は説明されている要素に加えて他の要素を含むことができる。しかしながら、本件の発明者達は、図示され又は説明されている要素のみが設けられている例も想定している。更に、本件の発明者達は、ここに図示され又は説明される特定の例（又は１以上の態様）、又は他の例（又は１以上の態様）に関して図示され又は説明されている（１以上の態様）要素の組み合わせ又は変形を用いた例も想定している。

【0101】

この書面と参照として組み込まれた幾つかの書面との間に矛盾がある用法が生じた場合、この書面の用法が優先する。
この書面において、特許文献において通常であるように、他の例とは独立して又は「少なくとも１つ」又は「１以上」の用法とは独立して、１以上を含むために用語「ａ」あるいは「ａｎ」が使われる。この書面において、用語「ｏｒ」は、特に表示されていない場合には、「Ａ又はＢ」は「ＡでありＢでない」、「ＢでありＡでない」および「ＡおよびＢ」を含むように非排他的であることを指すために使用される。この書面において、用語「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」および「ｉｎ ｗｈｉｃｈ」は、各用語「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」および「ｗｈｅｒｅｉｎ」の平易な英語での等価物として使われている。また、次の特許請求の範囲において、用語「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」および「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」は制約が無いことを意味し、即ち、請求項の用語中に挙げられている要素に加えて他の要素を含んでいるシステム、装置、アーティクル、組成、公式、又はプロセスは、特許請求の範囲内にあるとみなされる。更に、特許請求の範囲において、用語「第１」、「第２」および「第３」等は、単にラベルとして使われ、対象物に数値的な条件を課す意図ではない。

【0102】

ここで説明されている方法の例は、少なくとも部分的に機械で作られるか又はコンピュータで実施することができる。幾つかの例は、上記例において説明されたような方法を実施するための電子デバイスを構成するために動作可能な命令で符号化されたコンピュータ読み取り可能媒体又は機械読み取り可能媒体を含むことができる。そのような方法の実施は、マイクロコード、アセンブリ言語コード、高級言語コード等のようなコードを含むことができる。そのようなコードは、種々の方法を実施するためのコンピュータ読み取り可能な命令を含むことができる。コードはコンピュータプログラム製品の部分を形成することが可能である。また、例においては、コードは、実行中あるいはその他の時など、１以上の揮発性、持続性、あるいは不揮発性の有形なコンピュータ読み取り媒体に記憶することができる。これら有形のコンピュータ読み取り可能な媒体の例は、限定することなく、ハードディスク、着脱可能な磁気ディスク、着脱可能な光ディスク（例えば、コンパクトディスクおよびデジタルビデオディスク）、磁気カセット、メモリカード又はスティック、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）等を含むことができる。

【0103】

上述の説明は、例証を意図しており、限定的な説明ではない。例えば、上述の例（１以上の態様）は、互いに組み合わせて使用可能である。上述の説明を検討する際に当業者によってなど他の実施形態が使用され得る。要約書は、読み手に技術的な開示の性質を速やかに確認することを可能とするために３７Ｃ．Ｆ．Ｒ．§１．７２（ｂ）に準拠して設けられている。要約は特許請求の範囲の権利範囲又は意味を解釈又は限定するために使われるべきではない。また、上述の詳細な説明において、種々の特徴は、開示を合理化するために互いに一緒にしてもよい。この事は、請求されていない開示の特徴がいずれかの請求項に本質的であるという意図として解釈されるべきものではない。むしろ、発明の主題は、特定の開示された実施形態の全ての特徴よりも少ない。これ故、次の特許請求の範囲は、例又は実施形態として詳細な説明に組み込まれ、各請求項は個別の実施形態としてそれ自身単独で成立し、そのような実施形態は種々の組み合わせ又は変形をした形で互いに組み合わせ可能である。本発明の範囲は、各請求項が持っている権利範囲の等価物の全範囲とともに添付の特許請求の範囲を参照して決定されるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【図12】

【図13】