BR0007756B1 - Dispositivo de comunicação portátil, e, método para determinar consumo de energia para um dispositivo de comunicação alimentado por bateria portátil - Google Patents

Description

“DISPOSITIVO DE COMUNICAÇÃO PORTÁTIL, E, MÉTODO PARA DETERMINAR CONSUMO DE ENERGIA PARA UM DISPOSITIVO DE COMUNICAÇÃO ALIMENTADO POR BATERÍA PORTÁTIL” Campo Técnico [0001] A presente invenção relaciona-se a um dispositivo de comunicação portátil, que inclui uma pluralidade de circuitos eletrônicos, uma bateria para suprir energia aos circuitos, um controlador e uma memória, o controlador sendo disposto para controlar a operação de pelo menos alguns dos circuitos provendo sinais de controle, aos quais os circuitos são responsivos. A invenção também se relaciona a um método de determinar consumo de energia para um tal dispositivo de comunicação portátil.

Fundamentos da Técnica [0002] Usuários de dispositivos de comunicação alimentados por bateria portáteis são dependentes de um dispositivo completamente funcional. Mais especificamente, os usuários precisam saber exatamente por quanto tempo seus dispositivos permanecerão funcionais, até que a energia elétrica armazenada na bateria tenha sido consumida e a bateria tenha que ser recarregada. Isto é particularmente verdade para usuários de telefones móveis. Conseqüentemente, para o resto deste documento um telefone móvel é usado, em um sentido não limitante, para exemplificar o dispositivo e método de comunicação portátil inventivo. [0003] Para determinar uma estimação precisa do tempo operacional restante do telefone móvel, o usuário precisa de um indicador de capacidade de bateria preciso e de bom funcionamento ou um “medidor de combustível”. Figura 1 ilustra um telefone móvel esquemático 1 que tem um mostrador 6, sobre o qual um ícone 13 é apresentado como um indicador de capacidade de bateria. Como mostrado na Figura 1, o ícone de bateria 13 indica que aproximadamente 25% resta da carga de bateria inicial. O telefone móvel 1 pode ter facilidades de exibição adicionais para determinar e indicar um tempo restante estimado de operação, isto é, uma estimação do tempo de partida até que a bateria terá que ser recarregada. [0004] Determinar a capacidade de bateria restante basicamente inclui duas medições de corrente separadas; uma medição para a corrente que flui na bateria (carga) e uma medição para a corrente consumida da bateria (descarga). [0005] A corrente de carga é freqüentemente relativamente fácil para medir. Um microprocessador (CPU) pode ler um sinal convertido por AID, que é diretamente proporcional à corrente que flui por um resistor pequeno. Uma vez que o microprocessador controla o processo de carga, ele também terá acesso a todos os dados pertinentes para calcular a corrente total, que foi provida à bateria durante um certo período tempo. [0006] Medir a corrente de descarga ou consumo de corrente, por outro lado, é muito mais difícil, particularmente para telefones avançados com funcionalidade complexa e muitos modos operacionais. Tradicionalmente, corrente de descarga é medida calculando o consumo de corrente esperado, quando o telefone está em modos operacionais diferentes. Telefones móveis anteriores basicamente tinham dois modos operacionais somente; modo de conversa e modo de espera. Para tais telefones móveis, o consumo de corrente em modo de conversa e modo de espera, respectivamente, era medido uma vez em um ambiente de laboratório de teste e armazenado em memória no telefone como um valor de consumo predeterminado respectivo. Em operação, o telefone manteria rastreamento do tempo gasto em modo de conversa e em modo de espera, respectivamente, e subseqüentemente calcularia a quantidade total de corrente consumida da bateria multiplicando os tempos operacionais respectivos com os valores de consumo predeterminados. [0007] Uma tal aproximação é exposta em US-A-5 248 929, em que um microprocessador no telefone móvel regularmente executa uma rotina de software acionada por interrupção (uma vez a cada 100 ms), durante a qual o modo operacional momentâneo é determinado. Os valores de consumo predeterminados são lidos da memória, e o valor de consumo de energia resultante é somado a um valor acumulado, que por sua vez é usado para determinar capacidade de bateria restante e tempo operacional em modo de conversa e modo de espera. [0008] Embora provendo uma estimação de consumo de energia aceitável para um cenário simplificado com apenas dois modos operacionais, a aproximação da técnica anterior descrita acima não provou ser aplicável a telefones mais avançados que têm uma pluralidade de modos operacionais. Por exemplo, o consumo de energia em um telefone de TDMA contemporâneo (“Acesso Múltiplo por Divisão de Tempo”) não só depende de se o telefone está em modo de espera ou modo de conversa; o consumo de energia é afetado por pelo menos as condições seguintes em modo de espera e modo de conversa, respectivamente: Modo de Espera • Número de estações base vizinhas • Freqüência de radiolocalização • Iluminação de mostrador • Modo de ícone de LCD ligado/ desligado • Freqüência de atualização de localização • Indicador de topo • Acessório conectado/ desconectado Modo de Conversa • Potência de saída • Iluminação de mostrador • Banda (900/1800/1900 MHz) • HR/FR/EFR (Meia Taxa/ Taxa completa/ Taxa completa aumentada), isto é, modo de codificador de voz • Algoritmo de HF • DTX/ sem DTX (Transmissão de Dados) • DRX/ sem DRX (Recepção de Dados) • Acessório conectado/ desconectado [0009] Um número muito grande de modos operacionais diferentes pode originar de várias combinações de condições individuais acima, e conseqüentemente há uma necessidade urgente por um modo alternativo, diferente do descrito acima, de determinar consumo de energia de bateria.

Sumário da Invenção [0010] O objetivo da presente invenção é prover um modo novo e substancialmente melhorado de determinar consumo de energia de bateria para um dispositivo de comunicação portátil, tal como um telefone móvel. [0011] Geralmente, o objetivo tem sido alcançado pela realização inventiva que para qualquer dispositivo de comunicação, os circuitos eletrônicos diferentes dos quais são controlados submetendo sinais de controle de um controlador central (um tal microprocessador ou CPU), valores de consumo de energia pré-armazenados para circuitos individuais podem ser predeterminados e subseqüentemente usados pelo controlador para contabilizar a ocorrência de sinais de controle diferentes e calcular um consumo de energia total dos resultados da conta e dos valores de consumo individuais predeterminados. [0012] A invenção é adaptada particularmente para um telefone de TDMA, que usa pulsos de controle diferentes ou “pulsos” para ligar e desligar circuitos de rádio diferentes, por exemplo, amplificador de potência, filtros e sintetizador, como também outros circuitos eletrônicos, por exemplo, conversores D/A. Os pulsos são todos completamente controlados pelo microprocessador de um tal modo, que o telefone pode enviar e receber no intervalo de tempo correto. [0013] Mais especificamente, o objetivo acima foi alcançado por um dispositivo de comunicação portátil e um método de determinar o consumo de energia dele de acordo com as reivindicações de patente independentes anexas. Outros objetivos, características e vantagens da presente invenção aparecerão da exposição detalhada seguinte, dos desenhos anexos como também das reivindicações dependentes.

Breve Descrição dos Desenhos [0014] Uma concretização preferida da presente invenção será descrita agora em mais detalhe, referência sendo feita aos desenhos acompanhantes, nos quais: [0015] Figura 1 é uma vista frontal esquemática de um telefone móvel que tem um indicador gráfico para capacidade de bateria restante, [0016] Figura 2 é um diagrama de blocos esquemático dos componentes eletrônicos e elétricos principais do telefone móvel mostrado em Figura 1, [0017] Figura 3 esquematicamente ilustra uma implementação de hardware de parte da funcionalidade da concretização preferida, e [0018] Figura 4 é um fluxograma de outra parte da funcionalidade da concretização preferida, que é implementada em software.

Exposição Detalhada de uma Concretização Preferida [0019] Uma concretização preferida da presente invenção será descrita agora em detalhes se referindo a um telefone móvel 1 mostrado em Figura 1. Porém, como já mencionado, a presente invenção é igualmente aplicável a todos os outros dispositivos de comunicação portáteis, que recaem sob as definições nas reivindicações independentes. [0020] O telefone móvel 1 é um telefone de GSM TDMA celular e inclui uma antena 2, um indicador de topo 3 para indicar estado operacional, um alto-falante 4, botões de ajuste de volume 5, um mostrador gráfico 6, um conjunto de teclas em um teclado 7, uma aba 8, que é articuladamente montada a um alojamento de telefone 11 por meio de uma dobradiça 12. A aba 8 tem uma abertura de voz 9 para receber energia acústica vocal do usuário do telefone. A energia acústica é transmitida pela aba 8, por um canal de guia de som interno não mostrado no desenho, a um microfone interno (não mostrado) no alojamento de telefone 11. [0021] O mostrador 6 inclui um indicador de intensidade de sinal 14, um indicador de operador de telefone, um indicador de data 15 e um indicador de capacidade de bateria restante 13. [0022] Os circuitos eletrônicos principais do telefone móvel são ilustrados em Figura 2. De um ponto de vista global, o circuito inclui uma antena 200, um bloco de rádio 210, um bloco de codificação/ decodificação de canal 220, um bloco de codificação/ decodificação de voz 230, um bloco de controle 240, um microfone 250, um alto-falante 260 e uma bateria 270. Exceto para o bloco de controle 240, todos os blocos 200, 210, 220, 230, 250, 260 e 270 têm um projeto e estrutura, que são bem conhecidos e típicos para um telefone de TDMA comumente disponível no mercado. Portanto, a estes são dadas uma breve descrição abaixo; a arquitetura detalhada deles é bem conhecida à pessoa qualificada. [0023] O bloco de codificação/ decodificação de voz 230 inclui um codificador de voz 232, uma entrada do qual é conectada a uma saída do microfone 250 e uma saída do qual é conectada a uma entrada de um codificador de canal 222 em bloco 220. Uma saída do codificador de canal 222 é conectada a uma entrada de um transmissor 212, que é parte do bloco de rádio 210. Uma saída do transmissor 212 é conectada à antena 200. Conseqüentemente, de um modo bem conhecido, o microfone 250 recebe um sinal de voz de um usuário e a converte em um sinal elétrico correspondente, que é fornecido ao codificador de voz 232. O codificador de voz 232 aplica codificação de voz tanto HR, FR ou EFR ao sinal e fornece o resultado para o codificador de canal 222, que executa codificação de canal de acordo com o padrão de GSM TDMA. A saída do codificador de canal 222 é alimentada ao transmissor 212, que inclui vários circuitos eletrônicos, tais como amplificador de potência, filtros e misturadores. A saída do transmissor 212 é um sinal de TDMA de alta freqüência em, por exemplo, na banda de 900 MHz, que é fornecido à antena 200 e é emitido em espaço livre como ondas eletromagnéticas que se propagam da antena 200. [0024] Correspondentemente, um sinal de TDMA de chegada é recebido à antena 200 e é processado por um receptor 214 no bloco de rádio 210. Basicamente, a operação do receptor 214 é o inverso daquela do transmissor 212. Uma saída do receptor 214 é decodificada em um decodificador de canal 224 em bloco 220 e é, além disso, decodificada por um decodificador de voz 234 em bloco 230. A saída dele é fornecida ao alto-falante 260, que converte o sinal elétrico em ondas sonoras acústicas a serem emitidas ao usuário. [0025] A bateria 270 é disposta para prover energia aos vários circuitos eletrônicos em módulos 210, 220, 230 e 240. Preferentemente, a bateria 270 é qualquer bateria recarregável comercialmente disponível, tal como uma bateria de Li-ion ou NiCd. [0026] O bloco de controle 240 inclui um microprocessador ou CPU (Unidade de Processamento Central) 242, que é conectada de forma bidirecional a uma memória 244. Entre outras funções, a CPU 242 controla os vários componentes em blocos 210, 220 e 230, como também um conversor A/D 248, por meio de sinais de controle indicados como setas unidirecionais em Figura 2. Mais especificamente, os componentes do bloco de rádio 210, que consomem uma maioria da energia elétrica total consumida da bateria 270, são controlados pela CPU 242 e um gerador de temporização 246 associado por meio de sinais de controle pulsados respectivos ou “pulsos”. Por conseguinte, um pulso de “TX str” é fornecido por gerador de temporização 246, sob controle de CPU 242, ao transmissor 212. Semelhantemente, um pulso de “RX str” controla o receptor 214, enquanto um pulso de “Synth str” controla um sintetizador 216. Um pulso separado controla o conversor A/D 248. [0027] Até este ponto, a arquitetura do bloco de controle 240 como também a operação dele por meio de pulsos diferentes é essencialmente idêntica a um telefone de GSM TDMA padrão. [0028] De acordo com a concretização preferida, o bloco de controle 240 é provido com detetor de pulso 247, que é arranjado para detectar a ocorrência de pulsos (isto é, pulsos de controle tendo o propósito de ligar e desligar circuitos específicos) submetidos pelo gerador de temporização 246 em linhas de controle individuais, que se estendem entre o gerador de temporização 246 e o transmissor 212, receptor 214 e sintetizador 216 do bloco de rádio 210. O propósito do detetor de pulsos 247 é contar o número de pulsos de TX, pulsos de RX e pulsos de Synth. Como será descrito em mais detalhe abaixo, os valores contados serão usados pela CPU 242 para determinar um consumo total de energia da bateria 270. [0029] Antes de prover uma descrição detalhada das funções do detetor de pulsos 247 e da CPU 242 para determinar valor de consumo de energia total supracitado, o conceito inventivo de usar pulsos de controle ou pulsos para o propósito de determinar consumo de energia será discutido a seguir. [0030] Como já mencionado, um telefone de TDMA usa um número de pulsos de controle ou pulsos, que são usados para ligar e desligar entre outras coisas vários circuitos de rádio. Os pulsos são todos completamente controlados pela CPU 242 de tal modo, que o telefone é capaz de enviar e receber no intervalo de tempo de TDMA correto. Por exemplo, o pulso de TX é ativado pelo menos uma vez para cada grupo de TDMA a fim de ligar transmissor 212 e os componentes incluídos nele, tal como o amplificador de potência (PA). O transmissor ativado, pelo pulso de TX, exatamente antes do intervalo de tempo correto e é então imediatamente desativado depois deste intervalo de tempo, comutando o pulso de TX de, por exemplo, um valor lógico alto para um valor lógico baixo. Em modo de conversa normal, isto é, para uma chamada de voz, o pulso de TX é gerado exatamente uma vez a cada grupo de TDMA pela CPU 242 e pelo gerador de temporização 246, por tanto tempo quanto a chamada de telefone em andamento perdure. No caso de uma chamada de dados (DTX), por outro lado, o número de pulsos de TX pode ser dois ou mais (multi-intervalos) em cada grupo de TDMA. [0031] Agora, uma vez que o pulso de TX ativa/ desativa um conjunto bem definido de circuitos eletrônicos no transmissor 212, e como o consumo de energia individual de cada um destes circuitos é bem conhecido e/ou pode ser medido com precisão uma vez para tudo em um ambiente de laboratório de teste, o pulso de TX é associado, de acordo com a invenção com um valor de consumo de corrente específico predeterminado, que representa a corrente consumida por todos os circuitos de transmissor relevantes na ativação por um pulso de TX. [0032] Por conseguinte, contando o número de vezes que o pulso de TX acontece, o consumo de energia total, causado por pulsos de TX durante um determinado período de tempo, pode ser facilmente calculado multiplicando o resultado da conta com o valor de consumo de energia predeterminado por pulso de TX. [0033] Como uma vantagem importante, o esquema inventivo descrito acima será completamente independente de se o telefone foi usado para uma chamada de voz (envolvendo exatamente um pulso de TX por grupo de TDMA) ou uma chamada de dados (multi-intervalos; possivelmente envolvendo mais do que um pulso de TX por grupo de TDMA). O detetor 247 manterá simplesmente rastreamento de todos os pulsos de TX, independente de em quais grupos eles podem aparecer. [0034] O raciocínio acima é aplicável também ao pulso de RX e ao pulso de Synth. Além disso, pode ser aplicado a outros pulsos de controle ou pulsos, tal como um pulso de A/D para controlar o conversor A/D 248. [0035] Retornando à descrição detalhada da concretização preferida, o detetor de pulsos 247 inclui um registro de contador de pulso 300 mostrado em Figura 3. Uma vez que o consumo de energia durante um pulso de TX depende do nível de potência momentâneo da transmissão, o registro de contador de pulso 300 inclui uma pluralidade, ou n, de células de memória TxStrobe[0], TxStrobe[1], TXStrobe[2],... TxStrobe[n-1]. Além disso, o registro de contador de pulso 300 inclui uma célula de memória RxStrobe e uma célula SynthStrobe para o pulso de controle (RX str) para o receptor 214 e o pulso de controle (Synth str) para o sintetizador 216, respectivamente. [0036] Inicialmente, todas as células de memória são apagadas isto é, isto é, colocadas para 0. Então, a cada vez que um TxStrobe é gerado pelo gerador de temporização 246, o detetor de pulsos 247 aumentará os conteúdos de memória em célula de memória TxStrobe[i], onde i corresponde ao nível de potência de transmissão momentâneo. Correspondentemente, os conteúdos de memória em célula de memória RxStrobe serão incrementados quando detectando um pulso de RX, os conteúdos de memória em célula de memória a SynthStrobe serão incrementados seguindo um pulso de Synth. [0037] Como já mencionado, um valor de consumo de corrente é associado com cada tipo de pulso, ou mais particularmente com cada célula de memória no registro de contador de pulso 300. Estes valores de consumo de corrente representam a quantidade respectiva de corrente consumida por circuitos eletrônicos relevantes na ativação pelo tipo de pulso em questão e são armazenados em um registro de corrente associado 310. O registro 310 pode ser localizado dentro do detetor de pulso 247, preferentemente implementado como uma memória EEPROM, ou alternativamente o registro de corrente associado 310 pode ser armazenado na memória convencional 244. [0038] Figura 4 ilustra um algoritmo para determinar um consumo de energia total da bateria 270 por meio dos resultados de contagem de pulsos obtidos por detetor de pulsos 247. De acordo com a concretização preferida, o algoritmo é implementado como uma rotina de software armazenada em memória 244 e executada por CPU 242. Em inicialização, uma variável Total_Current é apagada (colocada a 0) em uma primeira etapa 400. A seguir, uma malha que inclui etapas 410, 412 e 414 é executada n vezes para escanear todas as células de memória em registro de contador de pulsos 300, que estão relacionadas a pulsos de TX. Em etapa 410, o conteúdo de memória em célula TxStrobe[i] é lido, onde i é iterado de 0 a n-i. Em etapa 412, os conteúdos correspondentes em registro TxCurrent[i] são lidos, revelando o valor de consumo de energia predeterminado associado com um pulso de TX de nível de potência i. Subseqüentemente, em etapa 414, a variável Total_Current é incrementada pelo resultado de TxStrobe[i] multiplicado por TxCurrent[i]. Se i é menos que n-1, i é incrementado por 1 e o controle é retornado para etapa 410. Caso contrário, o controle é transferido para uma etapa 420, em que os conteúdos de memória em registro RxStrobe são lidos, seguido lendo registro RxCurrent em uma etapa 422. Em uma etapa 424, Total_Current é incrementada por RxStrobe multiplicado por RxCurrent. [0039] Subseqüentemente, as operações correspondentes são executadas em etapas 430-434 para registro SynthStrobe, isto é, registros SynthStrobe e SynthCurrent são lidos, e o resultado da multiplicação deles é adicionado a Total_Current. Conseqüentemente, seguindo a terminação de etapa 434, a variável Total_Current retém um valor calculado do consumo de energia total da bateria 270. [0040] Subtraindo o valor de Total_Current de um valor inicial ou prévio da corrente de bateria total disponível na forma de energia elétrica armazenada na bateria 270, a carga de bateria restante pode ser determinada em uma etapa 440. A seguir, o ícone de bateria 13 (Figura 1) é atualizado no mostrador 6 do telefone móvel 1 para refletir a mudança calculada em carga de bateria restante. [0041] O procedimento acima, que foi descrito em relação a três pulsos diferentes (pulso de TX, pulso de RX e pulso de Synth, pode ser estendido a outros pulsos e circuitos, tais como conversor A/D 248, codificador de canal 222, decodificador de canal 224, codificador de voz 232 e decodificador de voz 234. Os pulsos descritos acima todos tem um comprimento fixo em tempo e podem ser conseqüentemente armazenados, como descrito acima, na forma de valores de consumo de corrente (expressos em mAh). Porém, para pulsos que são variáveis em comprimento, os valores de consumo de energia predeterminados podem ser armazenados como valores de consumo de carga (em mA), e a duração individual de tais pulsos de comprimento variável será determinada pela CPU 242 ou pelo detetor de pulsos 247. Por exemplo, um tal comprimento de pulso variável pode ser determinado adicionando um sinal com uma freqüência bem conhecida em um registro durante a duração do pulso individual. Em execução do procedimento para determinar consumo de energia total mostrado em Figura 4, o conteúdo de um tal registro representa diretamente o tempo total durante o qual o pulso particular esteve ativo. Simplesmente multiplicando este tempo com o valor de consumo de carga associado, o consumo de energia relacionado ao pulso pode ser determinado. [0042] A invenção foi descrita acima com referência a uma concretização preferida. Porém, a presente invenção não deverá de forma alguma ser limitada pela descrição acima; o âmbito da invenção é definido melhor pelas reivindicações independentes anexas. Outras concretizações diferentes da particular descrita acima são igualmente possíveis dentro do âmbito da invenção. Por exemplo, até mesmo se de acordo com a concretização preferida a determinação do consumo de energia total é determinado em ambos hardware (detetor de pulsos 247) e software (rotina executada pela CPU 242), o esquema pode ser implementado somente em hardware, parcialmente em software e parcialmente em hardware.

Claims (7)

1. Dispositivo de comunicação portátil (1), incluindo uma pluralidade de circuitos eletrônicos (212, 214, 216), uma bateria (270) para suprir energia para os circuitos, um controlador (240) e uma memória (244, 310), o controlador sendo arranjado para controlar a operação de pelo menos alguns dos circuitos provendo sinais de controle (TX str, RX str, Synth str), para os quais os circuitos são responsivos, caracterizado pelo fato de que: a memória (310) é provida com um conjunto de figuras de consumo predeterminado (TxCurrent, RxCurrent, SynthCurrent) relacionado a uma quantidade respectiva de energia elétrica consumida pelos circuitos (212, 214, 216) em resposta a um sinal de controle respectivo (TX str, RX str, Synth str); e compreendendo: meio (247, 300) para contar os sinais de controle e para determinar, usando o conjunto de figuras de consumo predeterminado, um valor (Total_Current) representando o consumo de energia elétrica da bateria (270).

2. Dispositivo de comunicação portátil de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que é um telefone móvel (1), preferivelmente um telefone de TDMA.

3. Dispositivo de comunicação portátil de acordo com reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que ditos circuitos incluem um transmissor de rádio (212).

4. Dispositivo de comunicação portátil de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que ditos circuitos incluem um receptor de rádio (214).

5. Dispositivo de comunicação portátil de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que ditos circuitos incluem um sintetizador (216).

6. Método para determinar consumo de energia para um dispositivo de comunicação alimentado por bateria portátil (1), dito dispositivo incluindo um controlador (240) e circuitos eletrônicos (212, 214, 216), pelo menos alguns dos quais são responsivos a sinais de controle (TX Str, RX str, Synth str) de dito controlador, caracterizado pelo fato de que compreende: determinar números respectivos de ocorrência (TxStrobe, RxStrobe, SynthStrobe) para ditos sinais de controle (TX str, RX str, Synth str), ler valores de consumo predeterminados (TxCurrent, RxCurrent, SynthCurrent) relacionados à energia consumida pelos circuitos eletrônicos (212, 214, 216) em resposta a um sinal de controle respectivo, e determinar o consumo de energia (Total_Current) para o dispositivo (1) de ditos números de ocorrência e de ditos valores de consumo predeterminados.

7. Método de acordo com reivindicação 6, caracterizado pelo fato de ser aplicado a um telefone móvel (1).