專利名稱：在移動(dòng)設(shè)備中供電的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明在于一種在移動(dòng)設(shè)備中供電，尤其是在一數(shù)字處理電路中供電的方法和裝置，并且特別是在一移動(dòng)電話中。發(fā)明的目的是解決供電問(wèn)題，該問(wèn)題產(chǎn)生在便攜裝置中，它帶有一個(gè)電池，在使用過(guò)程中其電壓會(huì)慢慢下降并且可用電壓可能會(huì)下降到一個(gè)臨界值之下，對(duì)此移動(dòng)或便攜設(shè)備的數(shù)字電路的運(yùn)行就不再能夠被保證了。
在移動(dòng)電話中，以及更一般地在便攜設(shè)備中，一個(gè)提供可用供電電壓Vu的電池通過(guò)一個(gè)調(diào)節(jié)電路被連接到一數(shù)字處理電路上。該電池另外還可能直接被連接到其他的電路上，如果對(duì)于這些其它電路供電值不需要被調(diào)節(jié)的話。調(diào)節(jié)電路的原理在于在電池端子所使用的電壓與調(diào)節(jié)電路輸出的比較小的電壓之間形成一個(gè)差值。調(diào)節(jié)電路輸出電壓的伺服或調(diào)節(jié)由該差值的調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)，電壓下降越下降，差值越被調(diào)節(jié)到一個(gè)較小的值。
在實(shí)踐中，差值通過(guò)一個(gè)具有下面效果的雙極三極管場(chǎng)效應(yīng)(MOS)類型的三極管中的電壓降來(lái)被獲得。當(dāng)電池電壓變小時(shí)，發(fā)射極-集電極或漏極-源極之間的電壓差值被限制，三極管的偏置使得通過(guò)該三極管的偏置電流很高。因此我們就獲得一個(gè)相反的現(xiàn)象，電池越放電，其電壓越小，必須產(chǎn)生大的流量以達(dá)到維持調(diào)節(jié)電路輸出一個(gè)滿意的供電電壓。另外在該情況下，第二個(gè)相反的現(xiàn)象，在調(diào)節(jié)電路中為了電壓調(diào)節(jié)，消耗比處理電路更多的電流。結(jié)果是快速縮短了便攜設(shè)備剩余的最大使用時(shí)間。
一種部分克服該問(wèn)題的解決方案在于，代替增大偏置電流而設(shè)置一個(gè)更大的三極管。除了三極管越大越貴之外，還會(huì)在包括它的集成電路上占有更大的地方。這是同樣不好的，通常在一個(gè)便攜設(shè)備中，為了更準(zhǔn)確地管理消耗，就要在同一集成電路上實(shí)現(xiàn)多個(gè)調(diào)節(jié)電路。因而起到鎮(zhèn)流器作用的三極管所必需的表面占有會(huì)造成嚴(yán)重障礙。
另外當(dāng)電力消耗突然變化時(shí)，在一給定時(shí)期，調(diào)節(jié)電路的升高時(shí)間太長(zhǎng)。因此我們?cè)谡{(diào)節(jié)電路的輸出處觀察到一個(gè)調(diào)節(jié)電壓的短暫變化，在其過(guò)程中電壓首先下降然后在穩(wěn)定在調(diào)節(jié)值之前超過(guò)該值。該瞬態(tài)響應(yīng)的持續(xù)時(shí)間，特別是在電壓下降期間可以是在10微秒的量級(jí)。在便攜設(shè)備中，特別是在移動(dòng)電話中，一個(gè)內(nèi)部高速時(shí)鐘，在例子中是13MHz，發(fā)生數(shù)字電路的節(jié)拍。因此電壓10微秒的缺損對(duì)應(yīng)于這些處理電路的100多個(gè)時(shí)鐘周期。在某些情況中，特別是當(dāng)電池接近于其最大使用時(shí)間終了時(shí)，使消耗增加的處理就會(huì)在不良情況中開(kāi)始，因?yàn)樵谶@些時(shí)鐘周期中處理電路欠功率。
為克服該后一問(wèn)題，在現(xiàn)有技術(shù)中我們知道在調(diào)節(jié)電路的輸入或輸出處，最好是在輸入處，放置大容量電容，例如3300μF。該大電容所具有的缺陷是它們龐大的體積和較高的價(jià)格以及把它們安置在移動(dòng)設(shè)備所必需的工作成本。另外，當(dāng)一移動(dòng)電話不同的信號(hào)處理電路被同時(shí)使用時(shí)，例如一個(gè)語(yǔ)音識(shí)別電路，一個(gè)拉爾森效應(yīng)(larsen)或其它效應(yīng)消除電路，大電容被放電，使得在我們需要的時(shí)候不存在了。
發(fā)明在于克服這些問(wèn)題，特別是防止被調(diào)節(jié)的供電電壓在我們開(kāi)始有需要的時(shí)候低于工作的臨界電壓。在發(fā)明中，特別是在GSM類型的移動(dòng)電話的情況中，我們已經(jīng)注意到產(chǎn)生供電增加的時(shí)期是預(yù)先知道的。更簡(jiǎn)單地，在TDMA(Time Division Multiple Access，時(shí)分多址)類型的移動(dòng)電話中，一移動(dòng)電話的電路僅是在一幀的一個(gè)時(shí)間窗中被激勵(lì)。一時(shí)間窗口的持續(xù)時(shí)間是已知的，在例子中是577微秒，被逐幀地產(chǎn)生，幀是同步的。因此可以準(zhǔn)確地知道一時(shí)間窗口的開(kāi)始。
在發(fā)明中，為了調(diào)節(jié)電路的臨時(shí)現(xiàn)象在所使用的時(shí)間窗口期間不產(chǎn)生例如缺陷的情況，我們建立一個(gè)調(diào)節(jié)電壓到期望的值。實(shí)踐中，在等于臨時(shí)期間的期間，我們通過(guò)調(diào)節(jié)電路的調(diào)節(jié)失調(diào)產(chǎn)生一個(gè)電壓下降的預(yù)補(bǔ)償，它必然地會(huì)在電力消耗期望增加產(chǎn)生時(shí)被產(chǎn)生。在同一思想中，在一所用的消耗之前，我們可預(yù)先產(chǎn)生一個(gè)與所使用的消耗具有同一量級(jí)的消耗，以使得在這種情況下，瞬態(tài)現(xiàn)象在時(shí)間窗口所使用的期間之前被產(chǎn)生。在這兩種情況中，我們事先修改了調(diào)節(jié)電路的工作模式。接下來(lái)我們將會(huì)示出，這可以消除調(diào)節(jié)電路的突然模式轉(zhuǎn)化的有害效應(yīng)。
因此發(fā)明在于一種移動(dòng)設(shè)備中數(shù)字處理電路的供電方法，在其中測(cè)量該處理電路的供電電壓，將該電壓與一個(gè)參考值相比較，并且根據(jù)該供電電壓與該參考值之間的差值調(diào)節(jié)提供該供電電壓的伺服電路，其特征在于標(biāo)記一個(gè)供電需求增加的可預(yù)見(jiàn)時(shí)期，并且事先修改伺服電路的運(yùn)行模式。
發(fā)明還在于一種移動(dòng)設(shè)備，它帶有一個(gè)數(shù)字處理電路，以及該數(shù)字處理電路的供電裝置，該供電裝置包括一個(gè)使該處理電路的供電電壓在一參考值的伺服電路，其特征在于它包括一個(gè)用于預(yù)見(jiàn)處理電路消耗增加時(shí)期的電路以及用于預(yù)先修改伺服電路運(yùn)行模式的設(shè)備。
發(fā)明將會(huì)通過(guò)對(duì)下面說(shuō)明以及對(duì)相關(guān)附圖的考察的閱讀而被更好地理解。這僅是一種指示性的例子但并不限制發(fā)明。附圖示出-

圖1示出發(fā)明方法不同步驟的時(shí)序圖；-圖2在一設(shè)備特別是帶有一個(gè)電池的一便攜設(shè)備中調(diào)節(jié)電路的簡(jiǎn)示。
圖1示出了多個(gè)時(shí)序圖。第一個(gè)所示的時(shí)序圖是一個(gè)電力消耗的時(shí)序圖，它是出了在所涉及的設(shè)備中，電力消耗在一個(gè)時(shí)間窗口1的開(kāi)始承受了一個(gè)突然的變化，并且該消耗在整個(gè)該時(shí)間窗口中保持在一個(gè)高的水平上。在TDMA類型的移動(dòng)電話范圍內(nèi)，我們可以考慮到，時(shí)間窗口1是那個(gè)在其中一移動(dòng)電話正在一幀中進(jìn)行將通訊信息傳輸?shù)交緩脑摶窘邮招畔⒌拇翱凇３摃r(shí)間窗口之外，我們可以考慮到電路處于休止，因此除了該窗口之外，消耗幾乎是零。在其他的便攜設(shè)備領(lǐng)域中，特別是便攜式微型計(jì)算機(jī)，如果消耗的突然變化出現(xiàn)在隨機(jī)的時(shí)期(例如存取硬盤)，這些隨機(jī)時(shí)期是可以預(yù)見(jiàn)的。在需要時(shí)，為擁有一個(gè)必要的預(yù)料，它們被延遲。
在第一個(gè)時(shí)序圖下面的時(shí)序圖示出了一個(gè)電池輸出處可用的工作電壓Vu。如果沒(méi)有調(diào)節(jié)設(shè)備，在時(shí)間窗口1的期間中可用電壓承受一個(gè)突然的減弱2，它能夠造成剩余電壓到一低于閾值3的值。為避免與電池內(nèi)阻相關(guān)聯(lián)的電壓降，公知的是的是與其并聯(lián)安置能夠產(chǎn)生所使用電壓的慢放電4的大電容。電容必須有大的容量，因?yàn)樵趯?shí)踐中，與電池相連的負(fù)載形成的充電時(shí)間常數(shù)必須大于時(shí)間窗口1的持續(xù)期間。在這些條件中我們可以希望在時(shí)間窗口的終結(jié)處5供電電壓不低于閾值3。
在該第二時(shí)序圖的下面示出了一第三時(shí)序圖，在其中被調(diào)節(jié)的電壓Vr小于應(yīng)用電壓Vu，但是一個(gè)大于最小閾值3的被調(diào)節(jié)值，特別是在時(shí)間窗口1持續(xù)期間的主要部分中。然而我們注意到在該第三圖上，在時(shí)間窗口1開(kāi)始時(shí)，調(diào)節(jié)電路反應(yīng)不足并且產(chǎn)生一個(gè)過(guò)渡現(xiàn)象6。該現(xiàn)象6造成在調(diào)節(jié)器輸出處的可用電壓Vr趨近于閾值3，或者在更加危急的情況下變得低于閾值。在一個(gè)例子中，為明確觀念，電池電壓Vu可以是3.3伏的量級(jí)，調(diào)節(jié)后電壓Vr在例子中最好是2.8伏，閾值3是2.7伏低于該電壓，數(shù)字電路將不會(huì)正確地工作。負(fù)脈沖6的持續(xù)時(shí)間可以是10微秒的量級(jí)，這將會(huì)像前面所述的那樣造成嚴(yán)重危害。
在發(fā)明中我們不會(huì)真正地防止過(guò)渡現(xiàn)象6的存在。實(shí)際上該現(xiàn)象的防止回到希望用一個(gè)例如將大于調(diào)節(jié)電路的輸出電流的一個(gè)偏置電流偏置調(diào)節(jié)電路。然而我們注意到，特別是在TDMA類型的移動(dòng)電話領(lǐng)域中，時(shí)間窗口1的電流消耗在一個(gè)事先已知的時(shí)期T中被產(chǎn)生。在實(shí)踐中，在該時(shí)期T便攜設(shè)備的電路接收激勵(lì)指令OT，這將真正產(chǎn)生一個(gè)消耗的增加。在這些情況下，由于時(shí)期T是已知的，在發(fā)明中我們就設(shè)法預(yù)先修改伺服電路的工作模式。在實(shí)踐中有兩種可用的解決方案。
如同在圖1上第四個(gè)時(shí)序圖上以最佳的方式所示的那樣，通過(guò)在一個(gè)時(shí)刻T′發(fā)送一個(gè)OT’指令以修改伺服電路工作模式，修改調(diào)節(jié)電壓的命令值，以使得在該時(shí)刻前該值從Vr到Vr+。同樣是在時(shí)期T，在時(shí)期T’之后，伺服運(yùn)行的現(xiàn)象從一個(gè)被調(diào)節(jié)的高的電壓Vr+開(kāi)始被產(chǎn)生，以使得在任何情況下，由于該運(yùn)行所引起的最小電壓也不會(huì)超過(guò)閾值3。在時(shí)期T’和T之間，調(diào)節(jié)電路實(shí)際上消耗更多的電流。實(shí)際上，電壓Vu和電壓Vr+之間的差值比電壓Vu和電壓Vr之間的差值小。盡管如此，該附加消耗在便攜設(shè)備的情況下也不是非常不利的，因?yàn)槠陂gT’T是非常短的。在一個(gè)例子中，該期間是瞬態(tài)指令6的期間，例如是10微秒的量級(jí)。它同樣可以更小，例如等于值的一半，使得被調(diào)節(jié)的電壓僅有一個(gè)升高部分7而沒(méi)有到新值Vr+處。在實(shí)踐中，第五個(gè)時(shí)序圖上可見(jiàn)的OT’指令可以在指令OT到達(dá)時(shí)被停止，或者稍微延遲一點(diǎn)。在所有情況下，使在時(shí)間窗口1的大部分期間內(nèi)OT’指令被切斷，以便被調(diào)節(jié)的電壓又為值Vr。
在發(fā)明中，我們以時(shí)間T被標(biāo)識(shí)，并且在時(shí)間T’前修改伺服電路的工作模式。因此我們修改了該伺服的參考值。
作為變化，通過(guò)知道消耗突然變化的時(shí)間T，將可能在與一將會(huì)被用于此次的OT'指令相同的情況下造成一個(gè)預(yù)期的錯(cuò)誤消耗，不再是伺服命令的值，而且還在與調(diào)節(jié)器輸出相連的附屬設(shè)備電路上。在這些條件下，在第三個(gè)時(shí)序圖上所示的臨時(shí)期間6，盡管它會(huì)穿過(guò)閾值電壓3，也不會(huì)造成很大的損害，因?yàn)檫@只將會(huì)在一個(gè)處理電路不被使用的期間產(chǎn)生。
圖2示出一個(gè)帶有數(shù)字處理電路9和處理電路9的供電裝置10的一個(gè)移動(dòng)設(shè)備8。電路10包括一個(gè)使處理電路的供電電壓Vr達(dá)到一個(gè)參考值V0的伺服電路。在一個(gè)例子中伺服包括一個(gè)三極管11，在一個(gè)例子中是MOS類型的，它一方面連接到一電池12，另一方面連接到處理電路9。電壓Vr通過(guò)一個(gè)分路器橋13來(lái)被測(cè)量，分路器橋的一個(gè)活動(dòng)觸點(diǎn)被連接到一比較器14的第一輸入端。比較器14電路在另一個(gè)輸入端接收一個(gè)由一參考源發(fā)生器15產(chǎn)生的命令信號(hào)V0。比較器14電路的輸出端被連接到三極管11的柵極上。而晶體管11可以是一個(gè)雙極類型的三極管。
設(shè)備8在移動(dòng)電話的情況中還包括一個(gè)與一天線和一接收電路17相連的放大電路16，接收電路還被功能性的連接到處理電路9。電路16，17和9接收來(lái)自一由時(shí)鐘9定時(shí)的一微處理器18的控制信號(hào)。以公知的方式，微處理器18包括一定序器或一個(gè)可以產(chǎn)生使得放大器16，接收電路17和處理電路9工作的指令OT的狀態(tài)器。在發(fā)明中，預(yù)測(cè)在OT指令應(yīng)用的時(shí)刻T，定序器或微處理器18的狀態(tài)器將能夠產(chǎn)生上面所見(jiàn)到的使調(diào)節(jié)器10工作的指令OT’。在最佳的變化中，指令OT'被用于發(fā)生器15，因此它在比較器14的第二控制輸入端上施加另一命令值V1。在V0強(qiáng)制為Vr之前，同樣V1強(qiáng)制為Vr+。
處理電路9的處理也可以是不同的形態(tài)。在該情況中，設(shè)備8將包括多個(gè)電路，例如相對(duì)于電路9的電路20和21?？赡軐?duì)于所有這些電路20和21不會(huì)與電路9同時(shí)被激勵(lì)。如果它們被同時(shí)激勵(lì)，只有一個(gè)調(diào)節(jié)電路10可以滿足所有這些電路的供電。相反，如果它們彼此獨(dú)立地被激勵(lì)，最好分別提供復(fù)制的調(diào)節(jié)電路22和23。因此涉及到指令OT’和OT之間在電路10或22或23中所產(chǎn)生超消耗將僅被分別限制于電路9,20和21，它們是有效工作的。
圖2還簡(jiǎn)要地示出了通過(guò)發(fā)明，我們能夠省去一個(gè)大容量電容24，其作用是保證前面所見(jiàn)到的第二個(gè)時(shí)序圖的逐漸減小4。因此我們節(jié)省為費(fèi)用和空間。
在圖2所示中，放大電路17和接收電路16是模擬電路，可以不需要一個(gè)與供電電壓同樣嚴(yán)格的穩(wěn)定。它們對(duì)于該電壓的靈敏性是比較不重要的。因此，它可以被直接連接到電池12上，而不必通過(guò)一個(gè)調(diào)節(jié)電路10。因此最好地，調(diào)節(jié)電路10將包括一個(gè)電容25，它被并聯(lián)于地和電路10的輸出端之間。電容25不需要太大容量在移動(dòng)電話的領(lǐng)域中，一個(gè)10μF量級(jí)的電容就足夠了。
最后我們看到，涉及到本發(fā)明，我們能夠保證一個(gè)良好的調(diào)節(jié)和一個(gè)良好的信號(hào)處理，盡管是在電池接近于其最大使用時(shí)間終了時(shí)，因?yàn)槲覀兡軌驅(qū)⒂捎谡{(diào)節(jié)工作所產(chǎn)生的電壓下降移動(dòng)到它的不同時(shí)期，在此期間被調(diào)節(jié)的電壓是可用的。
權(quán)利要求
1．一種移動(dòng)設(shè)備(8)中數(shù)字處理電路(9)的供電方法，在其中-測(cè)量(13)該處理電路的供電電壓(Vr)，-將該電壓與一個(gè)參考值(V0)相比較(14)，并且-根據(jù)該供電電壓與該參考值之間的差值調(diào)節(jié)(11)提供該供電電壓的伺服電路，其特征在于-標(biāo)記一個(gè)供電需求增加的可預(yù)見(jiàn)時(shí)期(T)，并且-事先在時(shí)期(T’)修改(OT’)伺服電路的運(yùn)行模式。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于-為了修改，我們改變參考值(V0,V1)以增加供電電壓(Vr+)。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于-為修改，我們?cè)陬A(yù)期時(shí)期之前產(chǎn)生一個(gè)電力消耗的增加。
4．根據(jù)權(quán)利要求1到3之一所述的方法，其特征在于-將處理電路分開(kāi)成多個(gè)單獨(dú)供電的分離電路(9,20,21)，-標(biāo)記一個(gè)分離電路供電需求增加的預(yù)期時(shí)期，并且-預(yù)先修改用于該分離電路的伺服電路(10,22,23)的工作模式。
5．一種移動(dòng)設(shè)備，它帶有一個(gè)數(shù)字處理電路(9)，以及該數(shù)字處理電路的供電裝置(10)，該供電裝置包括一個(gè)使該處理電路的供電電壓(Vr)為一參考值(V0)的伺服電路，其特征在于它包括一個(gè)用于預(yù)見(jiàn)處理電路消耗增加時(shí)期(T)的電路(18)以及用于預(yù)先在時(shí)期(T’)修改(OT’)伺服電路運(yùn)行模式的裝置。
6．根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于用于預(yù)見(jiàn)的電路包括一個(gè)定序器電路或一個(gè)狀態(tài)器，及一個(gè)時(shí)鐘(19)，以激勵(lì)該定序器或該狀態(tài)器。
7．根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的設(shè)備，其特征在于用于修改的設(shè)備包括一個(gè)與伺服電路命令輸入端相連的參考信號(hào)發(fā)生器(15)，它具有一個(gè)控制輸入，以被預(yù)見(jiàn)電路所控制。
8．根據(jù)權(quán)利要求5到7之一所述的設(shè)備，其特征在于伺服電路包括多個(gè)用于不同處理電路(10,22,23)的調(diào)節(jié)器(9,20,21)。
9．根據(jù)權(quán)利要求5到8之一所述的設(shè)備，其特征在于伺服電路包括一個(gè)容量為大約10μF的輸出電容。
全文摘要
為解決一設(shè)備(1)通常在一移動(dòng)電話中調(diào)節(jié)的瞬態(tài)現(xiàn)象(6)所帶來(lái)的問(wèn)題,我們?cè)谠撘苿?dòng)電話中設(shè)置一個(gè)相對(duì)于電力消耗增加的預(yù)期時(shí)期(T)的調(diào)節(jié)電路的預(yù)先(T’)補(bǔ)償(7)。因此,在一個(gè)使用期間之外超過(guò)供電電壓工作的限制閾值(3)不會(huì)在移動(dòng)設(shè)備的工作上產(chǎn)生有害的效應(yīng)。
文檔編號(hào)H04B1/40GK1302481SQ0080067
公開(kāi)日2001年7月4日 申請(qǐng)日期2000年4月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月26日
發(fā)明者文森特·隆巴, 克里斯托弗·勞弗蘭德 申請(qǐng)人:阿爾卡塔爾公司