CN105591422A - 对便携装置供电的方法和设备 - Google Patents

Abstract

提出一种对通过连接在电源和便携装置之间的电缆对该便携装置供电的过程进行监控的方法，该方法包括：根据扩频序列施加与时间相关的电流变化到该电缆的一端；在该电缆的一端检测与时间相关的电压变化，该与时间相关的电压变化是因为施加与时间相关的电流变化造成的；以及根据与时间相关的电压变化和扩频序列确定表示电缆组件的阻抗的量。还提出了一种对通过连接在电源和便携装置之间的电缆对该便携装置供电的过程进行监控的设备。

Description

对便携装置供电的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种对便携装置供电的过程如对电池供电的装置进行充电的过程进行监控的方法和设备。该方法和设备尤其适用于通过可插拔标准电缆如USB电缆进行的移动装置如移动电话、PDA、平板电脑和笔记本的充电过程。

背景技术

通过电缆对便携装置供电是本领域已知的方法。例如，电池供电的装置可通过可插拔(可拆除)标准电缆如USB电缆将其与包括电源转换器的墙上插座适配器连接进行充电。在电池供电的装置中的充电电路负责限制流过该标准电缆的电流，以防止连接器和电缆本身过热。因为是标准的，将墙上插座适配器连接到便携装置的电缆可以用任何其他的其连接器似乎符合相同的标准但质量较差的电缆(不合标准的电缆)来替换。因此，电流限制必须设置得足够低，以使得随时间增加，连接器磨损或插头和插座之间的灰尘引起的电缆质量低或连接器阻抗增加不会在充电过程中出现安全风险。

在现有的方案中，电流限制是以相关标准的规范如USB标准规范，和设备制造商所做的评估为基础的。

然而，现有的方案没有考虑质量差的可拆卸电缆，该电缆的连接器似乎符合给出的标准(即可插入移动装置的各个插座和墙上插座适配器)，但是其不符合给定标准的规范(即不符合标准的电缆)。使用该可拆卸的电缆可能会损坏该墙上插座适配器或该电池供电的装置。此外，该现有的方案没有考虑由灰尘或磨损引起的电缆阻抗的增加。同样，根据相关标准的规范固定设置电流限制可能不能在任何情况下用最高可能的电流对该电池供电的装置进行充电。

发明内容

需要一种根据所检测的电缆的质量对该便携装置(如电池供电的装置)供电(如充电)的过程进行监控和在供电过程动态限制输入功率的方法和设备。针对该问题，本发明提供一种监控对便携装置供电的过程的方法(如对电池供电的装置充电的过程)和监控对便携装置供电的过程的设备(如对电池供电的装置充电的过程)。

本发明的一个方面涉及一种对通过连接在电源和便携装置之间的电缆对该便携装置供电的过程进行监控的方法。该方法包括根据扩频序列施加与时间相关的电流变化到该电缆的一端；在该电缆的一端检测与时间相关的电压变化；该与时间相关的电压变化是因为施加与时间相关的电流变化造成的；以及根据与时间相关的电压变化和扩频序列确定表示电缆组件的阻抗的量。该扩频序列具有多个(等长的)符号周期，在每个符号周期期间至少获得两个可能的符号(符号值)。也就是说该扩频序列可以说具有至少两个不同的电平，在多个符号周期的每一个周期期间可获得两个电平的任意一个。施加与时间相关的电流变化(电流调制)可通过从线缆的一端拉出该与时间相关的电流来实现。该电缆可以是可插拔(可拆卸)的电缆例如具有标准连接器的电缆。根据上面可以理解到线缆涉及到整个电能输送路径和包括电缆的连接器，任何的印刷电路板(PCB)线迹和电缆本身。在实施例中，表示电缆组件的阻抗的量可以是表示电缆阻抗的电阻部分(实部)的量。

上面的设置，所提出的方法能够监控对便携装置供电(如对电池供电的装置充电)的过程和确定电缆的阻抗而不需要任何类型的在便携装置和电源之间的通信。因此，该方法不受电源类型和规范影响，并可应用到任意适于对该便携装置供电的电源中。同样地，该方法独立于电缆的类型和规范工作，尤其是与连接标准无关。通过施加与时间相关的电流变化到电缆的一端(即施加根据时间变化的负载到电源)并在电缆的同一端检测与时间相关的电压变化，可以测量电缆组件的阻抗，即电能输送路径的总阻抗，电缆组件包括电缆的连接器，任何的印刷电路板线迹和电缆本身。因此，该方法产生可靠和精确的线缆组件的阻抗的结果而与该方法应用到的供电系统(如充电系统)无关，因此能够可靠控制供电过程。这能够有效防止因为电缆和连接器过热而损坏电源、电源或电缆的任何一个。

在实施例中，该方法还包括根据定义的方案产生扩频序列。相应地，该扩频序列不需要存储，可以适应各个情况。

在实施例中，扩频序列可以是伪随机或随机序列。通过使用伪随机或随机序列，扩频谱方法用于确定该电缆组件的阻抗。根据这样的设置，(伪)随机调制电流被拉到电缆组件。调制的(伪)随机性质可确定表示阻抗的量，与墙上插座适配器输出电压的任何交流分量的频率和振幅无关。理由是使用(伪)随机扩频序列能够避免与电源开关频率纹波即与电源电压的频谱的峰值混叠。此外，当使用(伪)随机调制电流时，通过计算与时间相关的电压变化和(伪)随机扩频序列之间的互相关联，能够很方便地确定与时间相关的电压变化的振幅。使用(伪)随机扩频序列进一步使可听噪声最小化，否则该可听噪声可由调制电流产生。

在实施例中，扩频序列是二进制序列。也就是说，在每个符号周期期间，可获得两个可能的符号值的一个，如符号值±1或0，1。在该二进制序列中，这些符号值的每一个在多个符号周期中获得，例如，符号值+1在多个符号周期中获得，记忆符号-1在多个符号周期中获得。

在实施例中，该方法还包括关联步骤，即将与时间相关的电压变化和扩频序列相互关联。这对应于与时间相关的电压变化通过扩频序列的解扩。(相互)关联的结果对应于电压变化的振幅。该表示电缆组件的阻抗的量可根据与时间相关的电压变化与扩频序列的关联的结果进行计算。计算表示阻抗的量可通过将关联的结果除以与时间相关的电流变化的振幅如除以产生该与时间相关的电流变化的电流吸收器的电流增益实现。通过将与时间相关的电压变化与扩频序列相互关联，可以除去供电系统对确定阻抗的干扰，并且甚至更小的变压变化的振幅都能够可靠地检测到。

该关联步骤可包括将该与时间相关的电压变化乘以该扩频序列。这可包括通过移除各个恒定分量适当地平移与时间相关的电压变化和扩频序列的电平，即将与时间相关的电压变化和该扩频序列以其各自的零电平或中心电平设置为中心。该关联步骤可还包括将乘法的结果关于时间求平均值(即时间平均)。平均周期对应于扩频序列的周期(长度，持续时间)。时间平均的结果对应于电压变化的振幅。之后可根据获得的与时间相关的电压变化和该扩频序列的乘积的时间平均，计算表示电缆组件的阻抗的量。计算表示阻抗的量可通过将所获得的时间平均值除以与时间相关的电流变化的振幅实施。

在实施例中，与时间相关的电压变化和/或扩频序列可相对于彼此移相，从而与时间相关的电压变化和/或扩频序列可彼此之间同步(即校准)。通常，电流调制产生的所检测的与时间相关的电压变化以及控制电流调制的扩频序列被充分逼近同步。任何剩下的相位移动，如通过各个滤波器或转换器或电线所需要的时间产生的相位移动，可通过移相操作去除。

在实施例中，扩频序列(以及相应地与时间相关的电流变化)可具有给定的长度，以及时间平均的步骤包括执行该乘法的结果对该扩频序列的指定长度的时间积分。扩频序列的时间的指定长度可理解成扩频序列的持续时间并且是由在扩频序列中的符号周期的数量乘以符号周期得到的。

在实施例中，检测与时间相关的电压变化可包括在电缆的一端检测与时间相关的电压信号，和去除(滤波)与时间相关的电压信号的DC分量。因此，能够可靠和方便地确定与时间相关的电流变化。

在实施例中，可以选择与时间相关的电流变化的振幅(即电流调制的振幅)，从而与时间相关的电压变化小于对该便携装置供电的电压，即电源输出的电压。换句话说，与时间相关的电流变化的振幅可选择小于对便携装置供电的电流，即电源输出的电流。这避免了对便携式装置供电的实际过程的干扰。因为从使用扩频谱方法产生的扩频增益能够很好地抵御供电系统中的任何窄带噪声，包括电源的开关噪声，(伪随机或随机)电流调制的振幅可保持低水平而不影响确定阻抗的精确度。

在实施例中，该方法可包括将在不同时间获得的表示电缆组件的阻抗的量的值进行比较；以及根据比较结果确定表示电缆组件的阻抗的量的变化率。因此可以识别电缆组件的阻抗关于时间的变化趋势，以及如果可能的话，可采取避免损坏电缆和电源和便携装置的插座的超前措施。该超前措施包括减少对便携装置供电的电流和/或电压或干脆停止对该便携装置供电。

在实施例中，该方法还包括根据所确定的表示电缆组件的阻抗的量调整对该便携装置供电的电流和/或电压(即电源输出的电流和/或电压)。通常电源的输出功率可以调整，因此，可以确保用电源的最优输出功率对该便携装置供电，而没有损坏电缆或用于容纳电缆的连接器的电源和便携装置的插座的风险。

在实施例中，电缆可以是具有标准连接器如根据USB标准的连接器的可插拔电缆(可拆卸电缆)，进一步，该电源可以是开关电源，即通过电源开关或导通开关的切换操作获得小于输入电压的输出电压的电源。该开关电源可包括反激式转换器或降压转换器。

本发明的另一个方面涉及一种对通过连接在电源和便携装置之间的电缆对该便携装置供电的过程进行监控的设备。该设备包括：可控(调节)的电流吸收器，用于根据扩频序列施加与时间相关的电流变化到该电缆的一端；电压检测装置，用于在该电缆的一端检测与时间相关的电压变化；该与时间相关的电压变化是因为施加与时间相关的电流变化造成的；以及计算装置，用于根据与时间相关的电压变化和扩频序列确定表示电缆组件的阻抗的量。通过拉出根据该扩频序列进行控制的与时间相关的电流，电流吸收器可施加与时间相关的电流变化到电缆的一端。在上面可以理解到电缆涉及到整个电能输送路径和包括电缆的连接器，任何的印刷电路板(PCB)线迹和电缆本身。在实施例中，表示电缆组件的阻抗的量可以是表示线缆阻抗的电阻部分(实部)的量。

在实施例中，该装置可进一步包括序列发生器，用于产生扩频序列。该二进制扩频具有多个多个(等长的)符号周期，在每个符号周期期间至少获得两个可能的符号(符号值)。序列发生器可用于产生扩频序列作为伪随机或随机序列。序列发生器还可用于产生扩频序列作为二进制序列。该序列发生器包括线性反馈移位寄存器结构。线性反馈移位寄存器结构包括多个串联的位移寄存器和一个或多个逻辑串联的异或门，其中位移寄存器的给定子集的输出送到各个对应的异或门，以及串联的异或门的输出反馈到第一个位移寄存器。

在实施例中，该设备可还包括脉冲整形滤波器，用于根据扩频序列产生控制该电流吸收器的控制信号(调制信号)作为输入信号。脉冲整形滤波器可以是有限冲激响应滤波器，如上升余弦滤波器。提供脉冲整形滤波器能够将电流调制的带宽限制到给定的频率范围，如电缆的阻抗最具有电阻性的频率范围。

在实施例中，该计算装置包括：乘法器，用于根据该扩频序列转换该与时间相关的电压变化(即将该与时间相关的电压变化乘以该扩频序列)；数值积分器，用于将乘法的结果进行时间平均；以及阻抗计算器，用于根据时间平均计算表示电缆组件的阻抗的量。在这里，乘法和随后的积分可以说对应于与时间相关的电压变化与扩频序列的(相互)关联，从而乘法器和数值积分器可以说是形成用于将与时间相关的电压变化与该扩频序列关联的关联仪。

在实施例中，该计算装置还包括移相器(相位控制器)，用于通过将与时间相关的电压变化和该扩频序列一者或两者的相位进行位移，使该与时间相关的电压变化与该扩频序列同步。换句话说，该移相器实现与时间相关的电压变化的产生和检测的同步化(校准)。如上面指出的，该乘法器可用于在同步之后将与时间相关的电压变化乘以扩频序列。换句话说，该乘法器用于实施扩频序列的一个值与时间相关的电压变化的一个值的瞬时相乘。相乘的结果是近似不变的信号，该信号的振幅对应于与时间相关的电压变化的振幅并与电缆组件的阻抗成正比。

在实施例中，该扩频序列(以及相应地，与时间相关的电流变化)可具有给定的长度，该数值积分器可用于通过执行该乘法的结果对该指定长度的时间积分对该乘法的结果进行时间平均。

在实施例中，该电压检测装置用于在该电缆的一端检测与时间相关的电压；以及该设备包括用于除去(滤波)该与时间相关的电压的DC分量的滤波器。该滤波器可以是，例如带通滤波器或高通滤波器，并且也减少噪声。该滤波器可匹配该脉冲整形滤波器的脉冲波形。

在实施例中，该电流吸收器可用于以与时间相关的电压变化的振幅小于对该便携装置供电的电压的方式施加该与时间相关的电压变化。相应地，该电流吸收器可用于以与时间相关的电流变化的振幅小于对该便携装置供电的电流的方式施加该与时间相关的电流变化。

在实施例中，该计算装置可用于将在不同时间获得的表示电缆组件的阻抗的量的值进行比较；以及根据比较结果确定表示电缆组件的阻抗的量的变化率。因此可以识别电缆组件的阻抗关于时间的变化趋势，以在损坏可能发生之前相应量的变化。

在实施例中，该设备可包括控制器(如充电控制器)，用于根据所确定的表示电缆组件的阻抗的量和/或量的变化率控制对该便携装置供电的电流和/或电压。该控制器可用于控制便携装置的负载电流(如电池的电池电流)。流过电缆的电流通过负载电流和负载电压(如电池电压)与输入电压(即电源的输出电压)的比值确定。该控制器可进一步用于根据所确定的表示电缆组件的阻抗的量和/或量的变化率指示该电源调整该电源的电流限制。

应当注意的是，该方法步骤和设备特征可在许多方面互换。特别是如本领域的技术人员所知的，所披露的设备的细节可实施为方法，以及所披露的方法步骤实施为设备特征。对上述方法步骤的任何陈述理解成还与相应的装置特性相关，在某种程度上，他们是适用的。

附图说明

下面解释的发明是结合附图的示例方式，其中：

图1示意性地示出了本发明的实施例可能应用的作为例子的供电系统。

图2A和2B是本发明实施例的用于电缆监控的示意示出的电路的方块图。

图3是本发明实施例的用于电缆监控的示意示出的流程图。

图4是用于产生伪随机二进制序列的电路的示意图。

图5示意地示出了本发明实施例的确定表示电缆阻抗的量的方法。

具体实施方式

应当注意的是，如说明书中陈述的包括其最佳实施方案的方法和设备可单独使用或结合本说明书中揭露的其他方法和设备使用。此外，如说明书中陈述的方法和设备的所有方面可任意结合。特别是权利要求中的特征可彼此以任意方式结合。进一步，如果没有明确表示，实施例可相互之间自由组合。

在下面，将参考充电系统，该充电系统作为模范体现供电系统。披露不应理解为限定为充电系统，或电池供电的装置的充电，应当理解成通常与供电系统和对便携式装置供电相关。

图1示出了本发明实施例可应用的作为供电系统的例子的充电系统的高级系统方块图。移动装置100(模范性地体现便携装置如电池供电的装置)通过充电电缆300(模范性地体现电缆)连接于电源200如墙上插座适配器。该充电电缆300是可插拔(可拆卸)电缆并具有连接器310，320，连接器是根据给定的连接标准或充电标准如USB标准的标准连接器。电源200具有用于容纳充电电缆300的至少一个连接器的插座210，移动装置100具有用于容纳充电电缆300的至少一个连接器的插座110。插座是根据如充电电缆300的连接器310，320同样的给定的连接标准或充电标准如USB标准的标准插座。提供标准的插座110，210允许充电系统的用户使用兼容的电缆来对移动装置100充电。

电源200包括AC/DC电流转换器210，AC/DC电流转换器可以是开关转换器，如反激式转换器或降压转换器，电源200可以是开关电源。

移动装置100包括充电电路120，充电电路执行对该移动装置100的电池130充电的过程相关的功能(模范性地体现执行对便携装置供电的过程相关的功能的电路)。充电电路120可具有控制电源200输出给定(充电)电流和/或(充电)电压的功能，例如根据连接标准或充电标准交换信息控制电源200输出给定(充电)电流和/或(充电)电压。移动装置100还包括阻抗测量电路(用于电缆监控的电路，电缆监控电路)，该阻抗测量电路通过确定包括充电电缆(可插拔电缆、可拆卸电缆)300的电缆组件的阻抗(模范性地体现了表示阻抗的量)实行电缆监控。

监控电缆组件的阻抗允许考虑可插拔电缆300的质量，使用者可能用到的用于连接电源200和移动装置100的不同的可插拔电缆之间的质量可能不同，和允许考虑可插拔电缆300的老化。根据电缆监控的结果，充电电路120的输入功率(充电电路120的输出功率)可根据插拔电缆300的质量(即阻抗或阻抗的实部)进行调整。如下面将会见到的，电缆监控不要求使用者的任何输入并可应用于任何可插拔电缆和任何电源，而不需要移动装置100(即充电电路120)和电源200之间的任何额外的通信。

图2A是本发明实施例的用于电缆监控(电缆监控电路)500，即用于确定电缆组件的阻抗的电路的示意示出的电路的方块图。电缆监控电路500可设置在移动装置100的内部并可独立于执行电池充电功能的充电电路或与该充电电路集成一体。

该电缆监控电路包括输入节点501，输出节点502，序列发生器510，脉冲整形滤波器520，可控电流吸收器540，滤波器550，乘法器560，移相(相位控制器)器565，数值积分器570，阻抗计算器580，以及控制器590。滤波器550是用于移除输入信号的恒定分量的滤波器。在实施例中，滤波器550可用于匹配脉冲整形滤波器520的脉冲波形。乘法器560，移相器565，数值积分器570和阻抗计算器580可包含于计算装置中。

可选地，如图2B所示的实施例中，电缆监控电缆可进一步包括数字-模拟转换器(DAC)530以及模拟-数字转换(ADC)535。若该电缆监控电路包括ADC535，滤波器550是BPF。该电缆监控电路可进一步包括与(第一)脉冲整形滤波器的脉冲形状匹配的第二脉冲整形滤波器525。第一、第二脉冲整形滤波器520，525可以是有限冲激响应(FIR)滤波器，如上升余弦滤波器。

序列发生器510输出给定长度和具有给定符号周期的扩频序列。该扩频序列可以是伪随机或所及序列。在多个符号周期的每个符号周期期间获得两个符号(符号值)的一个。脉冲整形滤波器520进行脉冲波形过滤和DAC530进行可选的数模转换后，电流吸收器540给由扩频序列控制的电源200引入附加负载(除了充电电路施加的负载)。生成的对应于扩频序列的水平的电流水平可以调整，即电流吸收器540的电流增益(电流调制振幅)可以调整。滤波器550移除与时间相关的输入电压的直流分量，即在充电电缆300的移动装置端检测到的与时间相关的输入电压的直流分量。如上面指出的，滤波器550可用于匹配脉冲整形滤波器520的脉冲波形。可选的ADC535转换到数字领域后，乘法器560将已滤波的输入电压信号和乘以(伪)随机扩频序列。数值积分器570执行乘法的结果对时间的积分。积分周期与(伪)随机扩频序列同步，即积分是在执行给定的长度(持续时间)执行的。由上面的乘法和随后的关于时间的积分，乘法器560和数值积分器580计算(伪)随机扩频序列和已滤波的输入电压信号之间的关联性(相互关联性)。阻抗计算可在数字领域实行。当电流调制振幅，关联输出和(伪)随机扩频序列的长度已知的时，可以计算包括充电电缆300的电缆组件的阻抗。

图2A和2B中示出的电缆监控电路在下面进行详细的描述。

序列发生器510产生扩频序列s(t)。扩频序列是(伪)随机扩频序列。在实施例中，扩频序列是二进制序列，在该二进制序列的符号周期的每一个符号周期期间获得两个可能的符号(符号值)的一个，如0，1或±1。

在本发明的其余部分，不是为了限制目的，将参考二进制序列作为扩频序列。可以理解，发明的全部也涉及扩频序列不是二进制序列的一般情况。例如，扩频序列可能也是三元序列(有三种可能的符号值)，四元序列(有四种可能的符号值)等等。一般来说，扩频序列可以表示不同的符号值，N等于或大于两个。

二进制序列具有给定的长度和给定的时期，给定的长度等于二进制序列中符号的数量(符号周期的数量)乘以符号周期。二进制序列s(t)的一个例子，符号值+1和1在图5的右上方示出。

序列发生器510可包括线性反馈移位寄存器结构，线性反馈移位寄存器结构用于产生(伪)随机二进制序列。这样的线性反馈移位寄存器结构的例子示于图4。线性反馈移位寄存器结构包括多个移位寄存器512a-512j，移位寄存器从第一个移位寄存器到最后移位寄存器串联连接。移位寄存器给定子集的输出在移位寄存器之间的相应的节点511a-511c拔出并输入到各个相应的逻辑XOR门513a-513c的第一端口。XOR门从第一个XOR门到最后一个XOR门串联连接，从而给定的XOR门的输出输入到串联的下一个XOR门的第二个端口。最后一个移位寄存器511d的输出输入到串联的第一XOR门的第二端口。串联的最后一个XOR门513c的输出输入到第一个移位寄存器512a。在图4的例子中，第四、十、十二移位寄存器的输出被抽出并输入到各自相应的XOR门。而图4展示了具体的线性移位寄存器结构的例子，可以理解的是，移位寄存器的数量，XOR门的数量，抽出用于输入到相应的XOR门的节点的位置利用并不局限于该具体的例子。

一般来说，长度L_PSR＝2N–1的伪随机二进制序列可以用长度为N的线性移位寄存器结构(即由N个移位寄存器)生成。移位寄存器的反馈网络可以由多项式进行描述。例如图4中所示的例子，生成伪随机序列长度的多项式L_PSR＝4096由x¹²+x¹¹+x¹⁰+x⁴+1得出。

电流吸收器540实行的电流调制需要在电缆300的阻抗是基本上是电阻性的频率(频率范围)实施。在上端，频率范围由电缆300的谐振频率限制(通常接近23kHz)。在下端，频率范围限制在5kHz。低于这个频率，电源200的反激式转换器的校准带宽将会影响确定电缆组件阻抗的结果。电缆长度和电源200的输出电容的因素也会影响频率的选择。

根据以上所述，电缆300可以视为有限带宽传输通道。因此，电流调制需要带宽限制，如通过脉冲波形滤波或作为电流吸收器540设计的副产品，以防止符号间干扰(ISI)。虽然通常电流吸收器540的电流调制的码片速率相当低，使用用于调制电流的矩形脉冲形状会产生不确定的传输带宽，并通过有限带宽信道传输产生的信号将导致ISI。

在实施例中，为了实现电流调制的带宽限制(与时间相关的电流变化)，序列发生器的510输出的二进制序列s(t)输入到脉冲整形滤波器520，脉冲整形滤波器可以是FIR滤波器，如上升余弦滤波器。脉冲整形滤波器520输出的调制信号(控制电流吸收器540的控制信号)可以写成以下公式：

$m\left(t\right)=\underset{k}{\Σ}{a}_{k}p(t-{\mathrm{kT}}_S)$

其中a_k是二进制序列的第k个元素(符号)，p(t)是所使用的脉冲形状。为了防止ISI，脉冲形状的时域要求是：

其中Ts是采样周期(符号周期或符号长度)。该要求由上升余弦滤波器输出的上升余弦脉冲满足。

脉冲整形滤波器520输出的调制信号可选地受DAC530的数字模拟转换的影响。

可控的电流吸收器540(可控电流发生器)产生调整的负载电流(电流调制，与时间相关的电流变化)Δi(t)，调整的负载电流根据该二进制序列s(t)控制。更详细地，该可控电流吸收器540根据调整信号m(t)产生调整的负载电流，可选地在DAC530进行数字模拟转换之后。

换句话说，电流吸收器540产生的电流调制Δi(t)由二进制序列s(t)产生。实际上控制电流吸收器540实施的电流调制的信号是脉冲波形滤波后序列产生器510的输出。

电流吸收器540可用于从电缆300的一端排出与调制信号m(t)成正比的电流i(t)，即与时间相关的电流变化与调制信号m(t)成正比。

如下面解释的，电流调制的振幅A_i可以非常小(如约10mA)。也就是说，电流调制的振幅A_i可以选择小于对移动装置供电的电流，如对移动装置100的电池130充电的电流。电流调制的小振幅A_i具有以下优点：施加电流调制不会影响对移动装置100供电的实际过程。此外，施加具有小振幅A_i的电流调制仅产生用于产生电流调制的很小的功率消耗。

电流手机器540与移动装置100的插座110电连接，从而被调整的负载电流可施加到电缆300的一端。因此，电缆监控电路500通过电流吸收器540将(伪随机或随机)电流变化Δi(t)引入对移动装置100供电的电流中。

施加与时间相关的电流变化(即被调制的负载电流)到电缆300的一端，会在电缆300的一端产生电压变化Δv(t)，电压变化与包括电缆300的电缆组件的阻抗成正比。当二进制序列s(t)，电压变化Δv(t)和电流的振幅变Δi(t)已知时，可以计算电缆组件的阻抗。该计算给出从电源200的输出电容到移动设备100(充电)电路的输入的电缆组件的总阻抗。

为了确定用于计算阻抗所需要的电压变化Δv(t)，在电缆300的一端检测的电压信号(与时间相关的电压)由滤波器550进行滤波，例如，滤波器可以是带通滤波器或高通滤波器。在一般情况下，滤波器550是适于去除检测到的电压信号的直流分量的滤波器。滤波器550也可与脉冲整形滤波器520的脉冲波形匹配。

可选地，滤波器550的输出受ADC535实施的模拟数字转换影响。相应地，电缆组件阻抗的计算可在数字领域执行。

阻抗测量(阻抗计算)基于直接序列扩频方法。使用扩频方法，解扩增益提供了一个很好的抵抗在供电系统(如充电系统)中的任何窄带噪声包括电源200的开关噪声的防护。(伪随机或随机)的电流调制的振幅的A_i可以保持非常低(如约10mA)，并且解扩增益仍然提供抵抗充电系统中的任何噪音的防护。此外，由于电流的(伪)随机质量变化，电流调制信号作为噪音出现，即使电流调制的中心频率在可听范围。在扩频方法的背景中，(伪)随机二进制序列可被称为(伪)随机扩频序列，如上面已经实现的。

解调(解扩)之前，电压信号Δv(t)通过滤波器550移除直流分量之后，必须用与脉冲整形滤波器520的脉冲波形匹配的脉冲波形进行过滤。如上面指出的，这可通过将滤波器550与脉冲整形滤波器520的脉冲波形匹配来实现，或者通过提供第二脉冲整形滤波器525实现，第二脉冲整形滤波器是与(第一)脉冲整形滤波器520匹配的滤波器。

为了确定包括电缆300的电缆组件的阻抗，电缆监控电路500需要在电缆300的一端检测电压振幅的变化Δv(t)和电流振幅A_i的变化Δi(t)。如果电流的变化用调整的电流吸收器实现，电流振幅A_i的变化Δi(t)是已知的并且不需要测量。而且，如果仅仅监控阻抗的变化率，那么不需要测量或知道电流振幅A_i的变化Δi(t)。

确定电压振幅的变化Δv(t)是在一个序列期间即在二进制序列的长度(持续时间)期间用二进制序列s(t)解扩电压变化Δv(t)实现的。实际解扩由乘法器560和数值积分器560实现，它们一起作用，执行与时间相关的电压变化Δv(t)和(伪)随机二进制序列s(t)的(相互)关联。

乘法器560将时间相关的电压变化Δv(t)乘以(伪)随机二进制序列s(t)，以执行解扩。换句话说，乘法器560通过将该已滤波的输入信号乘以(伪)随机二进制序列将该已滤波的输入信号下转换为零频率。这里执行的乘法时瞬间乘法，即每个时间点上的电压变化值乘以对应的二进制序列的值。这里使用的(伪)随机二进制序列与用于生成(控制)电流调制的(伪)随机二进制序列相同，因此，所滤波的输入信号和二进制序列同步(校准)。二进制序列和电压变化之间的任何剩余的相位移动可由移相器565去除，将二进制序列施加到乘法器560前，移相器565适当地移动二进制序列的相位。将时间相关的电压变化Δv(t)乘以(伪)随机二进制序列s(t)可改变二进制序列s(t)的水平，从而二进制序列的符号值相对于零对称，如符号值+1和1。乘法器560也可说成是根据二进制序列与时间相关的电压变化的转化部分。

上面乘法的结果由以下公式得出

r(t)＝Δv(t)×s(t)

该乘法的结果充分逼近一恒定信号，该恒定信号的振幅与包括电缆300的电缆组件的阻抗大小直接成正比。通过关于二进制序列的周期(二进制序列的长度或时间)取平均值，任何供电系统(如充电系统)引入的干扰将会被过滤掉。关于二进制序列的周期取平均值可通过对该周期的时间积分来实现，

$<r\left(t\right)>=\frac{1}{T}{\&Integral;}_{T0}^{T0+T}r\left(t\right)dt$

该平均的步骤由数值积分器570执行。如上面指出的，时间平均的结果<r(t)>(时间积分)表示与时间相关的电压振幅的变化Δv(t)，并直接与包括电缆300的电缆组件的阻抗成正比。

因此，乘数器560和数值积分器570将与时间相关的电压变化Δv(t)与(伪)随机二进制序列s(t)(相互)关联，为了执行解扩，首先执行上面的乘法，随后执行上面关于时间的积分。因此乘数器560和数值积分器570可以说是用于将与时间相关的电压变化Δv(t)和(伪)随机二进制序列s(t)(相互)关联的关联装置。

解扩和平均操作的概念方块图如5所示。在电缆300的一端检测的关于时间的电压变化V_IN示例性地示于左上方610。通过滤波器550滤波后(如带通滤波或高通滤波)，即移除与时间相关的电压的直流分量后，与时间相关的电压变化Δv(t)示例性地示于左下方620。将与时间相关的电压变化Δv(t)乘以示例性地示于右上方630的二进制序列s(t)，如果有必要，经过移相器565实行适当的同步后，产生近似不变的信号r(t)，该信号示例性地示于右下方640。近似不变的信号r(t)的量级是测量的与时间相关的电压变化Δv(t)的振幅，并直接与包括电缆300的电缆组件的阻抗成正比。然后通过数值积分器570进行这个信号对二进制序列s(t)的周期的时间积分进行时间平均。

之后包括电缆300的电缆组件的阻抗Z_TOT由下面公式得出：

$Z_{TOT}=a\frac{<r\left(t\right)>}{A_i}$

其中A_i是电流调制的振幅以及a是一个常数。常数a可取决于滤波器550的增益以及可预先确定。如果滤波器550具有单位增益或足够接近整数的增益，常数a可以省略。

在高电平，阻抗(或更通常，表示阻抗的量)基于与时间相关的电压变化和二进制序列(扩频序列)进行计算。更具体地说，阻抗基于与时间相关的电压变化和二进制序列(相互)关联的结果的时间平均进行计算。

阻抗(或更通常，表示阻抗的量)然后提供给控制器590，控制器以防止损坏电缆300，电源200和移动装置100的方式，根据确定的阻抗指示充电电路120调整电源200输出的电压和/或电流。在充电系统的情况下，控制器590指示充电电路120控制移动装置100的电池130的电池电流。流过电缆300的电流由电池电流和电池电压与输入电压(即电源200输出的电压)之比来确定。控制器590可能进一步用于根据表示包括电缆300的电缆组件的阻抗的量和/或量的变化率，指示电源200调整电源200的电流限制。对电源200的指示可通过充电电路120进行。

通过比较在不同时间获得的阻抗，阻抗计算器580可进一步确定阻抗的梯度(变化率)。确定这样的梯度可允许确定阻抗开始向高值漂移的情况，电源可通过预防措施进行调整或停止。

图3是本发明实施例监控电缆的流程图。

在步骤S301，生成(伪随机或随机)二进制序列(模范地体现扩频序列)。步骤S301是由序列生成器510执行的。在步骤S302，根据二进制序列控制的与时间相关的电流变化(电流调制)被施加到电缆300的一端。步骤S302由电流吸收器540实施。在步骤S303，检测因为施加与时间相关的电流变化产生的与时间相关的电压变化。在步骤S304，计算表示电缆组件的阻抗的量。步骤S304由计算装置执行。在步骤S305，如果必要，根据所确定的量调整电源200输出的电流和/或电压。一般来说，电源200输出的充电功率在S305步骤进行调整。步骤S305由控制器590与电源200相互作用进行实施。

在步骤S301生成的二进制序列是(伪)随机二进制序列。该(伪)随机二进制序列具有给定的长度(即持续时间)，该长度由二进制序列中的符号(符号周期)的数量和符号周期确定的。

可选的模拟数字转换后，步骤S302可包括二进制序列s(t)的脉冲波形滤波，以获得用于控制电流调制的调制信号m(t)。与时间相关的电流变化Δi(t)可与调制信号m(t)成正比。这些步骤由脉冲整形滤波器520和DAC530分别执行。

步骤S303可包括在电缆300的一端检测与时间相关的电压和对检测到的电压信号进行滤波，这样检测到的电压信号的直流分量被去除。该步骤在滤波器550执行。消除直流分量的结果是与时间相关的电压变化。步骤S303可能进一步包括可选地将与时间相关的电压变化进行模拟到数字的转换。该步骤可选地由ADC535执行。步骤S305可进一步包括执行与步骤S302的脉冲波形滤波匹配的与时间相关的电压变化的脉冲波形滤波。该步骤可在滤波器550执行，或者在第二脉冲整形滤波器525执行。

步骤S304可包括将与时间相关的电压变化与二进制序列(相互)关联。将与时间相关的电压变化与二进制序列关联对应于将与时间相关的电压变化解扩。将与时间相关的电压变化与二进制序列关联可包括执行与时间相关的电压变化和二进制序列的瞬时乘法。该乘法由乘法器560执行。如果有必要，在执行该乘法之前可对二进制序列进行移相，以实现与时间相关的电压变化和二进制序列的同步(校准)。该移相由移相器565执行。将与时间相关的电压变化与二进制序列关联可进一步包括计算乘法的结果的时间平均。该时间平均可通过执行该乘法的结果对二进制序列的周期(即持续时间)的时间积分来进行计算。如上面所述，步骤S304可进一步包括，根据上面的时间平均计算表示电缆组件的阻抗的量。

应该注意的是，说明书和附图仅仅解释所提出的原则方法和设备。虽然在这里没有明确的描述或显示，本领域的技术人员能够实现体现本发明的原则和包含在本发明精神和范围的各种设置。此外，本发明概述的所有的例子和实施例最主要在于清楚地仅用于说明目的，以帮助读者理解提出的方法和装置的园里。此外，所有提供本发明的原理、方面和实施例的表述，以及其中具体的例子，旨在涵盖其等价物。

Claims (26)

1.一种对通过连接在电源和便携装置之间的电缆对该便携装置供电的过程进行监控的方法，该方法包括：

根据扩频序列施加与时间相关的电流变化到该电缆的一端；

在该电缆的一端检测与时间相关的电压变化；该与时间相关的电压变化是因为施加与时间相关的电流变化造成的；以及

根据与时间相关的电压变化和扩频序列确定表示电缆组件的阻抗的量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：产生扩频序列。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该扩频序列为伪随机或随机序列。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该扩频序列为二进制序列。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括将该与时间相关的电压变化与该扩频序列关联，其中确定表示电缆组件的阻抗的量的步骤以该关联的步骤的结果为依据。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，该关联的步骤包括：

将该与时间相关的电压变化乘以该扩频序列；以及

将乘法的结果关于时间求平均值。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该关联的步骤还包括：

将该与时间相关的电压变化和该扩频序列进行同步。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该扩频序列具有指定长度；以及关于时间求平均值的步骤包括执行乘法的结果对该指定长度的时间积分。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，检测与时间相关的电压变化的步骤包括:

在该电缆的一端检测与时间相关的电压；以及

将所检测的与时间相关的电压的DC分量去除。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，选择与时间相关的电流变化的振幅使得与时间相关的电压变化小于对该便携装置供电的电压。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

将在不同时间获得的表示电缆组件的阻抗的量的值进行比较；以及

根据比较结果确定表示电缆组件的阻抗的量的变化率。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

根据所确定的表示电缆组件的阻抗的量调整电源输出的电流和/或电压。

13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该电缆为具有标准连接器的可插拔电缆。

14.如权利要求1所述的方法，其特征在于该电源是开关电源。

15.一种对通过连接在电源和便携装置之间的电缆对该便携装置供电的过程进行监控的设备，该设备包括：

电流吸收器，用于根据扩频序列施加与时间相关的电流变化到该电缆的一端；

电压检测装置，用于在该电缆的一端检测与时间相关的电压变化；该与时间相关的电压变化是因为施加与时间相关的电流变化造成的；以及

计算装置，用于根据与时间相关的电压变化和扩频序列确定表示电缆组件的阻抗的量。

16.如权利要求15所述的设备，其特征在于，还包括：序列发生器，用于产生扩频序列。

17.如权利要求16所述的设备，其特征在于，该序列发生器用于产生该扩频序列作为伪随机或随机序列。

18.如权利要求16所述的设备，其特征在于，该序列发生器用于产生该扩频序列作为二进制序列。

19.如权利要求16所述的设备，其特征在于，该序列发生器包括线性反馈移位寄存器结构。

20.如权利要求15所述的设备，其特征在于，还包括：脉冲整形滤波器，用于产生根据该扩频序列产生控制该电流吸收器的控制信号。

21.如权利要求20所述的设备，其特征在于，该脉冲整形滤波器为有限冲激响应滤波器，尤其是上升余弦滤波器。

22.如权利要求15所述的设备，其特征在于，该计算装置包括：

乘法器，用于将该与时间相关的电压变化乘以该扩频序列；

数值积分器，用于乘法的结果进行时间平均；以及

阻抗计算器，用于根据该时间平均计算表示电缆组件的阻抗的量。

23.如权利要求22所述的设备，其特征在于，该计算装置还包括移相器，用于将该与时间相关的电压变化和该扩频序列同步。

24.如权利要求22所述的设备，其特征在于，该扩频序列具有指定长度；以及该数值积分器用于执行乘法的结果对该指定长度的时间积分对该乘法的结果进行时间平均。

25.如权利要求15所述的设备，其特征在于：

该电压检测装置用于在该电缆的一端检测与时间相关的电压；以及

该设备包括用于除去该与时间相关的电压的DC分量的滤波器。

26.如权利要求15所述的设备，其特征在于，还包括控制器，用于根据所确定的表示电缆组件的阻抗的量产生调整电源输出的电流和/或电压的命令。