CN1130094C - 便携电子装置的电子电路 - Google Patents

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Abstract

一种用于便携电子装置的电子电路(200)包括一个电源接口(202)，一个耦合到电源接口(202)的负载(204)，一个具有最大工作电压的储能电路(206)，和一个开关电路(208)。开关电路(208)耦合到与储能电路(206)串联的电源接口(202)。开关电路(208)工作以响应在负载(204)超过最大工作电压的电压可切换地断开储能电路(206)。

Description

便携电子装置的电子电路
本发明涉及便携电子装置的电子电路领域。
消费市场不断需求更小的并提供更先进特性的便携电子装置。这些装置的例子包括密致盘播放机、双向无线电、蜂窝电话、和计算机装置，在此仅列举几个。随着这些装置变得更小，增加了对这些装置供电的更小的便携电源的需求。
在较低电压工作的电子电路有助于降低这些装置的能耗，因此有助于减小在合理时间期间范围操作这些装置所需的便携电源的尺寸。然而，诸如放大器电路之类的某些电路总是在较高电压工作时最有效。
尽管有低电压的改进，便携电源可能仍然太庞大、太重，或对许多大功率应用来说不能维持足够长时间。对于诸如电池或电池组之类的便携电源必须经常处理由装置引起的电流的短期波动。电池必须足够耐用以提供可能明显高于装置平均电流的峰值电流。因此，电池可能经常具有较大尺寸以满足该装置的功率要求，即使一个较小的电池足以满足能量要求。
为帮助缓解这些问题，可由一个包括与较小电池并联的电容的能量系统向装置供电。在此，电容有效地降低能量系统的阻抗。在一个电流脉冲期间，适当选择的电容将因其较低的等效串联电阻(ESR)降低系统中的电压降。为使尺寸和重量保持最小，可选择电容的最大工作电压使其不明显大于该装置的工作电压。
除使主电源接口与主电源连接外，装置可包括一个辅助电源接口，以便与一个辅助电源连接。辅助电源可以是诸如汽车电池之类不存在与较小电池关联的问题的较大电源。因此，该装置的操作者具有利用辅助电源延长该装置工作时间的选项。辅助电源可提供比主电源的额定工作电压大的额定工作电压。
因此，需要一种适应和进一步支持便携电子装置的这些及类似要求的电子电路，特别是适于带有大电流脉冲要求的低电压应用的电子电路。
图1是包括一个移动站和一个基站的通信系统的示意方框图，示出了移动站的电子电路。
图2是一个简化替换实施例的电子电路的示意图。
便携电子装置的电子电路包括一个构成用于与电源耦合的电源接口，一个耦合到电源接口的负载，一个具有最大工作电压的储能电路，和一个开关电路。该开关电路与储能电路串联耦合到电源接口，并在负载超过最大工作电压时响应该电压从电源接口可切换地断开储能电路。
图1是包括一个移动站102和一个基站104的通信系统100的示意方框图。移动站102是一个便携电子装置，更具体地说是一个便携无线通信装置。移动站102和基站104在无线通信信道上通过射频(RF)信号通信。
在该实施例中，通信系统100是一个蜂窝式电话系统，更具体地说是一个按照时分多址(TDMA)协议工作的蜂窝式电话系统，例如在日本使用的个人数字蜂窝(PDC)系统。正如所熟知的，按照TDMA协议工作的移动站是一种需要脉冲电流的应用。在TDMA协议的每个发射时隙期间需要相对大的电流，而在每个非发射时隙期间，例如TDMA协议的每个接收时隙中需要相对小的电流。
移动站102包括一个配置在小的、便携外壳(未示出)中的电子电路106。电子电路106包括一个电源接口108，一个电源接口114，控制电路120，一个接收机122，一个发射机124，一个天线126，用户接口电路128，一个调节器130，和一个开关电路132。发射机124包括一个调制器134，一个功率放大器(PA)136，一个电解质电容器138，和一个开关电路140。接收机122和发射机124耦合到用于从和向具有天线105的基站104接收和发射RF信号的天线126。调制器134耦合到控制电路120和PA136。PA136有一个耦合到电源接口108的偏置输入端146。开关电路140与电解质电容器138串联耦合到电源接口108。电解质电容器138最好具有大于1mF的电容。
控制电路120耦合到接收机122对其进行控制，并用于接收和处理来自通过天线126接收的RF信号的信息。另外，控制电路120耦合到发射机124对其进行控制，并用于处理和发射带有RF信号的信息。在一种典型结构中，控制电路120产生控制和数据信息并将其送到调制器134调制成RF信号。经调制的RF信号送到PA136，以便经天线126通过通信信道以大功率传输。
控制电路120通过控制线145耦合到开关电路132并控制开关电路132，通过控制线144耦合到开关电路140并控制开关电路140。开关电路132和140最好是各自包括一个本领域中熟知的，在电子电路106中适当耦合的场效应晶体管(FET)或功率FET(未示出)。例如，开关电路140可包括一个源极耦合到偏置输入端146，漏极耦合到电解质电容器138，和栅极耦合到控制线140的功率FET。功率FET最好能处理至少0.5安培的电流并具有低于120mΩ的″接通″电阻。作为替换，开关电路132和140各自包括一个以更新的技术改进设计的微型机电系统(MEMS)。通常，MEMS是一种经常在集成电路(IC)中制造的机械装置或开关。MEMS最好具有大承受电压(standoff voltage)和很小的″接通″电阻。
同样耦合到控制电路120的用户接口电路128包括检测用户输入并提供用户输出响应的电路。在一种典型结构中，用户接口电路128包括检测用户启动键(例如电话和功能键)的键检测电路，在显示器上显示信息的显示电路，以及一个扬声器和一个话筒(未示出)。
控制电路120最好包括一个或多个诸如微处理器和数字信号处理器(DSP)之类的处理器，这些处理器各自具有软件程序和用于处理、控制和操作的存储器。
电源接口108通过开关电路132耦合到调节器130和控制电路120，电源接口114通过二极管142耦合到调节器130和控制电路120。电和机械地构成电源接口108以便与主电源110的接口112耦合，电和机械地构成电源接口114以便与辅助电源116的接口118耦合。最好是电源接口108包括电触点，以便与接口112的电触点直接接触，电源接口114包括电触点，以便与接口118的电触点直接接触。
辅助电源116提供比主电源110提供的额定工作电压大的额定工作电压。辅助能源116的额定工作电压也比电解质电容器138的最大工作电压或最大工作电压额定值大。
电子电路106在连接时由来自主电源110和/或辅助电源116的电能电操作。当主电源110连接到电源接口108时，控制电路120工作以检测是否可在电源接口114得到辅助电源116。如果不能得到辅助电源，控制电路120通过控制线144和145闭合开关电路132和140(或保持开关电路的闭合)。在此，电源接口108耦合到调节器130，电解质电容器138耦合到电源接口108和偏置输入端146。调节器130从主电源110接收电能并从其产生主供电电压(V)。
主供电电压偏置电子电路106的大部分电路。然而，电解质电容器138从主电源110接收连续或间断的电能并被充电到比主供电电压大的电压。电解质电容器138满足效率并用于降低因PA136需要的大电流造成的低电压降。因此，PA136针对大功率传输而被偏置较大的电压并提高效率。
如果控制电路120检测到可得到辅助电源116，控制电路120通过控制线144和145使开关电路132和140断开(或保持断开状态)。在此，电源接口108从调节器130断开，电解质电容器138从电源接口108和偏置输入端146断开。电解质电容器138从电源接口108可切换地断开以避免电解质电容器138的电压超过其最大工作电压。在此，调节器130从辅助电源116接收电能并从其产生主供电电压。辅助电源116的额定工作电压足够大，以便操作PA136以有效的大功率传输而不使用电解质电容器138。
控制电路120最好在预定电压利用电压检测来检测辅助电源116的可利用性，其中一个电压比较器(未示出)包括在控制电路120中。在此，当在电源接口108处的电压大于主电源110的额定工作电压时，或在电源接口114处的电压等于或大于辅助电源116的额定工作电压或电解质电容器138的最大工作电压时，控制电路120断开开关电路132和140。作为替换，例如，控制电路120响应来自仅可由辅助电源116启动的机械开关(未示出)的信号断开开关电路132和140。
主电源110最好包括具有适合于手持便携尺寸和重量的一个电池(或多个电池)，并且可以是电池组。电池组通常包括至少一个带有适合包装的电池单元和装在移动站102上并与移动站102连接的机构。这些电池可以是现有的碱性电池。电源接口108可以是任何适合的电池或电池组接口。另外，辅助电源116最好是汽车电池，而电源接口114是为许多蜂窝电话所共有的任何适合的多端连接器接口。例如，电源接口114可以是一个多端连接器接口，构造成适合利用一个适当的连接器与汽车的香烟点燃器连接。
可以有几种系统结构。在一种结构中，主电源110是提供约3.6伏额定工作电压的锂离子电池，辅助电源116是提供约13.8伏额定工作电压的汽车电池。电解质电容器138具有约0.07法的电容量和约4.8伏的最大工作电压。调节器130产生约2.7伏的主供电电压。
在另一种结构中，主电源110是提供约1.5伏额定工作电压的单个单元电池，辅助电源116是提供约3伏额定工作电压的锂离子电池。电解质电容器138具有约0.07法电容量和约2.4伏最大工作电压。调节器130产生约0.9伏的主供电电压。
控制电路120可响应其它系统条件同样可切换地断开电解质电容器138。例如，主电源110可以是可再充电电源并具有明显大于其额定工作电压的满充电工作电压。选择电解质电容器138具有大于主电源110的额定工作电压但小于满充电工作电压的最大工作电压。当主电源110在满充电工作电压被再充电并连接到电源接口108时，控制电路120经控制线144操作以断开开关电路140(断开电解质电容器138)，同时保持开关电路132闭合工作。控制电路120保持开关电路140断开，直到主电源110提供小于最大工作电压的工作电压。
作为另一个实例，控制电路120响应移动站102的工作状态断开电解质电容器138。例如，移动站102以操作的备用状态(低功率状态)和操作的通话状态(高功率状态)工作。在备用状态期间，移动站102工作以接收一个寻呼或一个呼叫，电子电路106从主电源110得到一个相对小的电流。诸如发射机124之类的电子电路106的几个电路降低功率并且在备用状态中不使用。在通话状态期间，移动站102工作以便通过话音或数据信号与基站104通信，电子电路106从主电源110得到一个相对大的电流。在每个发射时隙期间得到大电流的诸如发射机124和P136之类的电子电路106的几个附加电路处在使用中。控制电路120通过供工作之用的主电源110在通话状态期间闭合开关电路140和在备用状态期间断开开关电路140。电解质电容器138在备用状态期间断开以避免电流泄漏，从而降低移动站102的能耗。电解质电容器138最好在备用状态的大部分持续时间断开；然而，较短的持续时间仍是有益的。该实例容易与上面描述的实例和实施例组合(例如，当可得到辅助电源116时，开关电路140在通话状态期间断开)。
可以理解，除了被称为电解质电容器的之外，电源接口108可以可切换地耦合到诸如一个电容器、一个大电容器、一个超大电容器，或其它适当电路等储能电路。电解质电容器由于在尺寸上比具有相同电容量的传统介质或电解电容器小得多而被优选。还应理解，电解质电容器138可以可切换地耦合到除PA136外的负载。
图2是电子电路200一个简化替换实施例的示意方框图。电子电路200包括一个电源接口202，一个负载204，一个储能电路206，和一个开关电路208。负载204与电源接口202并联耦合。储能电路206与开关电路208串联耦合，储能电路206和开关电路208与电源接口202并联耦合。
电子电路200的构成及其操作与图1的电子电路106中的相似。构成电源接口202用于与第一电源和第二电源(两者均未示出)耦合，每个电源用来分开向负载204供电。第一电源提供第一额定工作电压，第二电源提供比第一额定工作电压大和比储能电路206的最大工作电压大的第二额定工作电压。
当耦合到第一电源并可在电源接口202得到时，开关电路208闭合。储能电路206耦合到电源接口202并满足效率和用于降低因负载204对大电流的需求造成的低电压降。当耦合到第二电源并可在电源接口202得到时，开关电路208断开。储能电路206从电源接口202断开以避免在储能电路206的电压超过最大工作电压。从第二电源提供的更高的额定工作电压减少了将储能电路206与电源接口202耦合的需要。
开关电路208最好是响应利用电压比较器(未示出)从电源接口202检测到的比预定电压大的电压工作。在此，构成开关电路208以便在电源接口202的电压比第一额定工作电压大、或等于或大于第二额定工作电压或最大工作电压时断开。作为替换，例如，构成开关电路208以便响应来自仅可由第二电源启动的机械开关(未示出)的信号断开。
在该优选实施例中，储能电路206是一个电容器或电解质电容器，负载204是一个如相对于图1描述的功率放大器。另外，开关电路208包括如相对于图1描述的一个功率FET或一个MEMS。第一和第二电源是便携电源，例如如相对于图1描述的电池或电池组(最好包括碱性和/或锂离子电池)。开关电路208可以响应如相对于图1描述的低和高功率状态工作。因此，图1和2的实施例方面的组合是很显然的并很容易理解。
因此，根据本发明的电子电路有助于降低便携电子装置的功耗和尺寸。例如，利用电子电路200的便携电子装置可通过用于有效工作的小电池和储能电路206，或用具有足够供有效工作用的额定工作电压和超过最大工作电压的较大电池工作。通过选择最大工作电压低于较大电池的额定工作电压，减小了储能电路206和便携电子装置的尺寸。
虽然已给出并描述了本发明的特定实施例，可对其进行改进。例如，这种电路可在除PDC系统之外的诸如GSM系统之类的系统中工作的便携无线通信装置中使用。因此，其意图是在所附权利要求中覆盖落入本发明真实精神和范围内的所有这类变化和改进。

Claims (10)

1.一种用于便携电子装置的电子电路，该电子电路包括：
一个第一电源接口；
一个负载，所述负载耦合到所述第一电源接口；
一个耦合到所述第一电源接口和所述负载的储能电路，所述储能电路具有一个最大工作电压；
一个开关电路，所述开关电路与所述储能电路串联耦合到所述第一电源接口；以及
一个控制电路，用以控制所述开关电路响应所述控制电路检测到在所述第一电源接口上的电压超过所述储能电路的最大工作电压，将所述储能电路从所述第一电源接口和所述负载断开。
2.根据权利要求1所述的电子电路，其中所述储能电路包括一个电解质电容器。
3.根据权利要求1所述的电子电路，其中所述负载包括一个功率放大器。
4.根据权利要求1所述的电子电路，其中所述开关电路包括一个场效应晶体管。
5.一种便携电子装置，包括：
一个第一电源接口，构成的所述第一电源接口用于与第一电源耦合；
一个第二电源接口，构成的所述第二电源接口用于与第二电源耦合；
一个发射机，所述发射机包括一个功率放大器；
一个储能电路；
一个第一开关电路，与所述储能电路串联的所述第一开关电路连接到所述功率放大器的偏置输入端；和
控制电路，所述控制电路耦合到所述第一开关电路。
6.根据权利要求5所述的便携电子装置，其中所述储能电路包括一个电解质电容器。
7.根据权利要求5所述的便携电子装置，其中所述控制电路工作，以响应在所述第二电源接口得到的第二电压断开所述第一开关电路。
8.根据权利要求5所述的便携电子装置，其中所述控制电路工作，以响应在所述偏置输入端比所述储能电路的最大工作电压大的电压断开所述第一开关电路。
9.根据权利要求5所述的便携电子装置，进一步包括：
一个第二开关电路，所述第二开关电路连接在所述第一电源接口和所述偏置输入端之间，其中所述控制电路工作，以响应在所述第二电源接口得到的第二电压断开所述第一开关电路和所述第二开关电路。
10.一种便携无线通信装置，包括：
一个第一电源接口，构成的所述第一电源接口用于与一个便携电源耦合；
一个发射机，所述发射机包括一个具有一个偏置输入端的功率放大器；
一个电解质电容器，所述电解质电容器具有一个最大工作电压；
一个第一开关电路，耦合到所述偏置输入端的所述第一开关电路与所述电解质电容器并联；和
控制电路，所述控制电路耦合到所述第一开关电路，所述控制电路工作以断开所述第一开关电路，以避免在所述电解质电容器的电压超过最大工作电压。
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