JP4115607B2 - 電子装置用電力遮断保護回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般に電子装置に関し、さらに詳しくは、電子装置のための電力遮断保護回路に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
ワイヤレス通信装置などの電子装置が極めて普及したのは携帯性にも起因する。携帯性はバッテリを装置に装備することにより達成される。バッテリは、枯渇するまで、装置の構成部品を動作するための電力を供給する。構成部品が短時間しか動作できなくなる低バッテリ閾値以下にバッテリの電圧が消耗すると、装置は制御電力遮断（controlled power down）を開始する。
【０００３】
多くの電子装置は、制御電力遮断動作を持たずにバッテリの電圧レベルが、装置が直ちにしかも警告なしにオフになる電力オン・リセット（POR: power-on reset）閾値に到達するまで動作し続けるよう構成される回路構成を有する。このような即時的で警告のない電力遮断は、たとえば遠隔装置との通信開設や、データ格納動作など一度開始したら終了させなければならない機能の内部実行などの重要な動作処理が未完了のままになり問題を起こしやすい。また、このような状況では、装置のユーザに対して装置がオフになるという警告が与えられない。
【０００４】
バッテリにより電力を供給される装置の構成部品の１つに電力増幅器がある。動作中は、電力増幅器は通信媒体による送信に充分な出力レベルまで信号を増幅する。動作中に電力増幅器が飽和状態に入ることがある。飽和状態では、装置の制御回路構成が要求する出力レベルまで信号を増幅することができない。飽和中は、電力増幅器は、制御回路構成の要求に応えようとしてバッテリから過剰な電流を引き出す。バッテリ電圧が低い間に電力増幅器が飽和する環境では、電力増幅器の過剰電流ドレインにより、制御電力遮断が実行されないうちにバッテリが完全に消耗されたり、あるいは制御電力遮断が早まって実行されることがある。
【０００５】
急激なバッテリの枯渇を最小限に抑えるための既存の１つの方法が、１９９４年１月１１日に出願され、モトローラ社に譲渡されたBlack他による米国特許第５，２７８，９９４号「Power Amplifier Saturation Detection and Correction Method and Apparatus」に説明される。米国特許第５，２７８，９９４号においては、電力増幅器の出力レベルは、飽和が検出されると常に下がる。ある実施例では、飽和は、制御ループ応答の速度低下を検知することにより検出される。検出されると、出力レベルは、飽和レベルに基づく量だけ下がり、飽和レベルはループ応答時間から決定される。ループ応答時間は、飽和レベルと完全には相関しないので、バッテリの枯渇を確実に予想するためには電力レベルを多少過剰に修正する必要がある。このような過剰修正を行うと、電力増幅器の性能が犠牲になる。
【０００６】
米国特許第５，２７８，９９４号によれば急速なバッテリ消費を最小限に抑える方法が提供されるが、増幅器性能を最大にしつつ制御電力の遮断を常に実行することはできない。
【０００７】
【実施例】
電子装置は、電源，増幅器回路および電力遮断保護回路を具備する。電源は電子装置に電力を供給する。増幅器回路は、電源により電力を供給されて、入力信号を増幅して被増幅出力信号を生成し、増幅回路を制御して被増幅出力信号の電力レベルを変更することができる。電力遮断保護回路は、電源に直接的に結合されて、電源が閾値よりも下がると増幅器回路の被増幅出力信号の電力レベルを下げる。電源に基づいて増幅器回路を制御することにより、飽和過剰修正による増幅器性能の低下を避けて、電子装置を常に制御された状態で電力遮断することができる。
【０００８】
図１に示される通信システム１００は、通信リンク１０３を介して通信する遠隔電子装置１０１と局部電子装置１０２とによって構成される。図示される実施例においては、遠隔および局部装置１０１，１０２は、それぞれ基地局とワイヤレス通信装置であり、リンク１０３は無線周波数（RF）信号などの通信信号によって構成される。局部装置１０２は、アンテナ１０４，受信部１０６，シンセサイザ部１０８，主制御部１１０，送信部１１２および電源１１４を備える。電源１１４は、１つ以上の可消耗（depletable）バッテリ１１１とメモリ１１３とを備える。バッテリ１１１は、各部１０６，１０８，１１０，１１２に対して接続部１１６を介して電力を供給する。メモリ１１３は電源情報を含み、接続部１１５を介して主制御部１１０に結合される。電源１１４は、３．６V，５００mΩ，５００mA時の電源その他の適切な代替電源である。
【０００９】
動作中は、局部装置１０２は、電源１１４により供給される電力を消費する。主制御部１１０は、メモリ１１７に格納される動作命令に応じて局部装置１０２の動作を制御する。主制御部１１０は、命令に応じて、同調送信情報を接続部１１８を介してシンセサイザ部１０８に通信する。シンセサイザ部１０８は、同調情報に応答して、接続部１２０を介して受信部１０６を同調し、リンク１０３のRF信号をアンテナ１０４および接続部１２２を介して受信する。受信機部１０６は、RF信号を受信データおよび音声信号に変換し、これらの受信データおよび音声信号は接続部１２４を介して主制御部１１０に結合され処理される。シンセサイザ部１０８は、送信データおよび音声信号を含むことができる送信情報に応答して、送信情報をRF信号に変換し、このRF信号を接続部１２６を介して送信部１１２に結合する。送信部１１２は、RF信号を増幅し、接続部１２８上に被増幅信号を出力し、アンテナ１０４によって放出する。局部装置１０２は、電源１１４が枯渇状態に近くなるまでこのように動作する。図示される実施例においては、局部装置１０２の動作は、約２５０mAの速度で電源１１４を消耗する。
【００１０】
局部装置１０２の動作中は、主制御部１１０は、メモリ１１３に格納される電源閾値とメモリ１１７に格納される電力管理命令とに基づいて電源１１４の消耗状態を管理する。電力管理命令によって、主制御部１１０は、接続部１１６を介して電源１１４の消耗状態を監視する。主制御部１１０は、電源１１４の電圧レベルを検出し、この電圧レベルを低バッテリ閾値または電力遮断閾値と比較する。電力遮断閾値は電源１１４のメモリ１１３に格納され、それよりも低いと各部１０６，１０８，１１２が限られた時間量だけしか動作することのできない電圧レベルを定義する。電源１１４の電圧が電力遮断閾値よりも下がり、所定の時間的期間（メモリ１１７に格納される）の間そのままであると、主制御部１１０は、電力管理命令に従って、接続部１２４，１１８，１３０をそれぞれ介して電力遮断信号を通信することによって、各部１０６，１０８，１１２の制御電力遮断を開始する。図示される実施例においては、３．６V，５００mΩ，５００mA時電源に関する電力遮断閾値は、約２．８５Vであり、所定の時間的期間は約３５msで、制御電力遮断を実行するのにかかる時間は約８００msである。
【００１１】
局部装置１０２の動作中は、電源１１４は、送信部１１２による、特に送信部１１２の増幅器回路１３２による消耗に極めて敏感である。増幅器回路１３２は、ポート１３９〜１４２を含む。ポート１３９は、電源入力であり、接続部１１６に結合されて、電源１１４からの電力を受け取る。ポート１４０はRF信号入力であり、接続部１２６に結合されて、増幅のためのRF入力信号を受信する。ポート１４１は制御ポートである。ポート１４２はRF信号出力であり、接続部１２８に結合されて、アンテナ１０４に被増幅RF出力信号を提供する。動作中は、増幅器回路１３２はポート１４０におけるRF入力信号を増幅して、ポート１４２における被増幅RF出力信号とする。被増幅RF出力信号の電力レベルは、増幅器回路１３２の増幅レベルにより設定され、これはポート１４１において受信される制御信号によって制御可能に可変される。図示される実施例においては、増幅器回路１３２は、６０パーセントの効率で、１mWないし４Wまで制御可能な増幅レンジを有するGSM（移動体通信世界規準：Global Standard for Mobile Communication）クラス２タイプのRF増幅器である。図面では、単段しか持たないが、代替例として増幅器回路１３２は、上記に引用された米国特許第５，２７８，９９４号に図示および説明される、エキサイタ段２０５および電力増幅器段２０３を有する多段増幅器とすることもできることが当業者には理解頂けよう。
【００１２】
増幅器回路１３２は、自動出力制御（AOC: automatic output control）ドライブ発生器１３４，結合器１３６および増幅器制御回路１３８によって構築される制御ループによって制御される。AOCドライブ発生器１３４は、ポート１４４〜１４６を含む。ポート１４４は電源入力であり、接続部１１６に結合されて電源１１４から電力を受け取る。ポート１４５はデータ入力であり、接続部１３０に結合されて、主制御部１１０から制御データを受け取る。制御データには、たとえば、電力レベル情報，オフセット情報，飽和漸減寸法（saturation step down size）および増幅器制御開始／停止情報が含まれる。ポート１４６は信号入力であり、接続部１４９に結合されて飽和検出信号を受信する。ポート１４７は信号出力であり、接続部１４８に結合される。AOCドライブ発生器１３４は、デジタル信号プロセッサ（DSP: digital signal processor）およびアナログ−デジタル変換器（D/A）を備えるが、これらは上記に引用される米国特許第５，２７８，９９４号に図示および説明されるDSP２２３およびD/A２２１またはその他の適切な代替のハードウェア実行例などである。動作中は、AOCドライブ発生器１３４は、ポート１４５で受信されたデータとポート１４６で受信された飽和検出情報とに応答して、ポート１４７を介して接続部１４８上にAOCドライブ信号AOCドライブ（AOC DRIVE）を発生する。AOCドライブ信号AOCドライブのフォーマットは、通信システム１００の種類によって可変する。たとえば、GSMシステムにおいては、AOCドライブ信号AOCドライブは、上昇余弦波形の一部からモデリングすることができる。
【００１３】
結合器１３６には方向性があり、一端は増幅器回路１３２のポート１４２において接続部１２８に電磁結合され、他端は接続部１５０を介して増幅器制御回路１３８に結合される。動作中は、結合器１３６は、過剰な損失なしに被増幅RF出力信号の電力レベルを増幅器制御回路１３８に結合する。
【００１４】
増幅器制御回路１３８はポート１５２〜１５７を含む。ポート１５２は電源入力であり、接続部１１６に結合されて電源１１４から電力を受け取る。ポート１５３はデータ入力であり、接続部１３０に結合されて、主制御部１１０から制御データを受け取る。ポート１５４は信号入力であり、接続部１４８に結合されてAOCドライブ信号AOCドライブを受信する。ポート１５５は信号入力であり、接続部１５０に結合されて、結合器１３６から被増幅RF出力信号の帰還電力レベルを受け取る。ポート１５６は信号出力であり、接続部１５８を介して増幅器回路１３２のポート１４１に結合される。ポート１５７は信号出力であり、接続部１４９に結合される。増幅器制御回路１３８は、上記に引用される米国特許第５，２７８，９９４号に図示および説明される飽和検出および制御ループに従って配列され相互接続される検出器および比較器回路構成を備える。
【００１５】
動作中は、増幅器制御回路１３８は、ポート１５３における増幅器制御開始信号の受信に応答して、ポート１５４において受信されるAOCドライブ信号AOCドライブをポート１５６で出力し、増幅器回路１３２の被増幅出力信号の電力レベルを設定する。増幅器制御回路１３８は、さらに、AOCドライブ信号AOCドライブをポート１５５の被増幅RF出力信号の帰還電力レベルと比較して、増幅器回路１３２が飽和状態にあるか否かを判定する。増幅器回路１３２が飽和状態にあるときは、増幅器制御回路１３８は、飽和レベルに対応する強度を有する飽和検出信号をポート１５７に出力し、望ましい場合は、AOCドライブ発生器にAOCドライブ信号AOCドライブを返送させ、電力回路１３２を飽和状態から取り出す。
【００１６】
前述のように、飽和検出および過剰修正を用いて電源１１４の消費を最小限に抑えると、増幅器回路１３２の性能が犠牲になる。このような過剰修正に頼らずに、局部装置１０２の送信部１１２は、電力遮断保護回路１６０を採用して、電源１１４の急速な枯渇を最小限に抑え、主制御部１１０による制御電力遮断を確実に実行し、増幅器性能を最適化する。電力遮断保護回路には、電圧基準１６２，比較器１６４およびスイッチ１６６が含まれる。
【００１７】
電源基準１６２はポート１６８〜１７０を備える。ポート１６８は電源入力であり、接続部１１６に結合されて電源１１４から電力を受け取る。ポート１６９は接地入力であり、電気接地１７１に結合される。ポート１７０は電圧出力である。動作中は、好ましくは温度安定バンドギャップ電圧発生器またはその他の適切な装置である電圧基準１６２が、ポート１７０において基準電圧レベルを出力する。図示される実施例においては、基準電圧レベルは約２．８Vである。
【００１８】
比較器１６４は、ポート１７２〜１７６を備える。ポート１７２は電源入力であり、接続部１１６に結合されて電源１１４から電力を受け取る。ポート１７３は接地入力であり、電気接地１７１に結合される。ポート１７４は電圧入力であり、抵抗素子１７８を介して接続部１１６に結合され、電源１１４の電圧レベルを受け取る。抵抗素子１７８は、電源１１４に一致するために必要な電圧降下をポート１７４に与え、好ましくは、約１０kΩの値を有する抵抗または他の適切な代替素子である。ポート１７５は電圧入力であり、抵抗素子１８０を介して電圧基準１６２のポート１７０に結合される。抵抗素子１８０は、電圧基準１６２により供給される基準電圧レベルに一致するために必要な電圧降下をポート１７５に与え、好ましくは、約１１kΩの値を有する抵抗または他の適切な代替素子である。ポート１７６は信号出力であり、抵抗素子１８１を介してポート１７５に結合される。抵抗素子１８１は、ポート１７６における信号出力レベル間の急速な移行を防ぐためにヒステリシスのレベルを設定し、好ましくは、約１００kΩの値を有する抵抗または他の適切な代替素子である。図示される実施例においては、比較器１６４は、アナログ比較器または適切な代替の比較器である。動作中は、比較器１６４はポート１７４および１７５で受け取られる電圧レベルを比較する。ポート１７４の電圧レベルがポート１７５の基準電圧レベルと等しいか、あるいはそれよりも大きい場合は、比較器１６４はポート１７６において低電圧出力信号を生成する。ポート１７４の電圧レベルがポート１７５の基準電圧レベルよりも低い場合は、比較器１６４はポート１７６に高電圧出力信号を生成する。
【００１９】
スイッチ１６６はポート１８２〜１８４を備える。ポート１８２は制御入力であり、比較器１６４のポート１７６に結合されて低または高電圧出力信号を受信する。ポート１８３は、接続部１４８を介してAOCドライブ発生器１３４のポート１４７に結合され、また抵抗素子１８６を介して増幅器制御回路１３８のポート１５４に結合される。抵抗素子１８６は、AOCドライブ信号AOCドライブの減衰量を判定し、好ましくは、約１０kΩの値を有する抵抗または他の適切な代替素子である。ポート１８４は電気接地１７１に結合される。動作中は、スイッチ１６６はポート１８２の低または高電圧出力信号に応答してオフのままになり、ポート１８３および１８４の接続を外すか、あるいはオンとなって、それらの間に導電経路を設けることによりポート１８３，１８４をそれぞれ接続する。抵抗素子１８１は、スイッチ１６６がオンになる閾値がスイッチ１６６がオフになる閾値よりも確実に低くなるようにして、急速なオン／オフの移行を防ぐ。図示される実施例においては、スイッチ１６６は、切換FET（電界効果トランジスタ）などのポート１８２〜１８４がそれぞれゲート，ドレインおよびソースであるトランジスタ・スイッチであるか、あるいは他の適切なスイッチである。
【００２０】
動作中は、電力遮断保護回路１６０は、主制御部１１０により制御電力遮断を管理することができるようにならないうちに、増幅器回路１３２により電源１１４が消耗されることを防ぐ。電力遮断保護回路１６０は、電源１１４が電圧基準１６２により定義される閾値より下に電源１１４が下がると、増幅器回路１３２の被増幅RF出力信号の電力レベルを下げる。特に、比較器１６４によって電源１１４の電圧レベルが電圧基準１６２の基準電圧レベルよりも低いと判定されると、スイッチ１６６は、接続部１４８と増幅器制御回路１３８のポート１５４との、電気接地１７１への結合をオンにする。これによりAOCドライブ信号AOCドライブが減衰され、増幅レベルが下がるか、あるいは増幅器回路１３２を抑制する。増幅器回路１３２の電流ドレインが小さくなり、電源１１４の消耗が遅くなる。これによって、制御電力遮断を行うことができ、ユーザには可聴警告を介するなどして、局部装置１０２が電力遮断されることに対する警告を充分に与えることができる。
【００２１】
電力遮断保護回路１６０は、さらに増幅器回路１３２の性能を最適化する。電力遮断保護回路１６０の電圧基準１６２の基準電圧レベルは、主制御部１１０が制御電力遮断を実行する電力遮断閾値より低く設定される。また、電力遮断保護回路１６０の比較器１６４は、電源１１４の電圧レベルが基準電圧レベルよりも下がると直ちに、AOCドライブ信号AOCドライブを減衰し、増幅器回路１３２を抑制するようにスイッチ１６６を駆動する。この電力遮断保護構造により、最悪の場合の枯渇状態においても、少なくとも電源１１４の電圧レベルが所定の時間的期間の間電力遮断閾値より低く留まるまで、また制御電力遮断を実行するのにかかる時間の間は、電源１１４は完全には枯渇しない。この構造は、電源１１４に対して過剰な負荷が起こり、局部装置１０２が制御されないままに電力遮断する危険がある移行条件の間に、増幅器回路１３２を抑制するに過ぎない。その結果、電力遮断保護回路１６０は、増幅器回路１３２の性能を不必要に犠牲にしないようにする。
【００２２】
本発明の特定の実施例が図示および説明され、好適なものとされるが、修正も可能である。たとえば、電力遮断保護回路１６０に、マイクロプロセッサと、複数の基準電圧レベル値を含むメモリとを代わりに採用して、局部装置１０２が多くの異なる種類および／または容量のバッテリと互換性をもつ場合に正確な電力遮断保護を行えるようにすることもできる。本発明はワイヤレス通信装置に組み込まれて図示および説明されるが、電力遮断保護回路１６０は、ページャ，ラップトップ・コンピュータ，パーソナル・デジタル・アシスタント，コードレス電話などの他の電子装置内で有益に用いることもできることが理解頂けよう。従って、添付の請求項は本発明の精神および範囲に入るこれらすべての変更および修正を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】電力遮断保護回路を採用する電子装置を備えるワイヤレス通信システムの部分ブロック図と部分概略図である。
【符号の説明】
１００ 通信システム
１０１ 遠隔装置
１０２ 局部装置
１０３ 通信リンク
１０４ アンテナ
１０６ 受信部
１０８ シンセサイザ部
１１０ 主制御部
１１１ バッテリ
１１２ 送信部
１１３，１１７ メモリ
１１４ 電源
１１５，１１６，１１８，１２０，１２２，１２４，１２６，１２８，１３０，１４８，１４９，１５０，１５８ 接続部
１３２ 増幅器回路
１３４ AOCドライブ発生器
１３６ 結合器
１３８ 増幅器制御回路
１３９，１４０，１４１，１４２ 増幅器回路のポート
１４４，１４５，１４６，１４７ AOCドライブ発生器のポート
１５２，１５３，１５４，１５５，１５６，１５７ 増幅器制御回路のポート
１６０ 電力遮断保護回路
１６２ 電圧基準
１６４ 比較器
１６６ スイッチ
１６８，１６９，１７０ 電圧基準のポート
１７１ 電気接地
１７２，１７３，１７４，１７５，１７６ 比較器のポート
１７８，１８０，１８１，１８６ 抵抗素子
１８２，１８３，１８４ スイッチのポート
AOC DRIVE AOCドライブ信号

Claims (8)

1. 電子装置（１０２）であって：
   前記電子装置に電力を供給する電源（１１４）；
   前記電源に接続され、前記電源により電力が供給され、信号を増幅出力信号に増幅する増幅器回路（１３２）であって、前記増幅出力信号の電力レベルが制御可能である増幅器回路；
   AOC ドライブ信号（ AOC ドライブ）を生成する自動出力制御（AOC）ドライブ発生器（１３４）であって、前記AOCドライブ発生器の出力（１４７）において AOC ドライブ信号を出力し、前記増幅器回路の前記増幅出力信号の前記電力レベルを設定するAOCドライブ発生器；および
   前記電源に接続され、前記AOCドライブ発生器の前記出力に接続されるスイッチ（１６６）によって構成され、前記スイッチは前記電源が閾値より下がると前記AOCドライブ信号を減衰するよう選択することのできる電力遮断保護回路（１６０）；
   によって構成されることを特徴とする電子装置（１０２）。
2. 前記電力遮断保護回路が：
   前記電源に接続され、前記閾値を標示する基準電圧レベルを有する電圧基準（１６２）；および
   第１入力（１７２），第２入力（１７４）および出力（１７６）を有する比較器（１６４）であって、前記第１入力が前記電源に接続され、前記第２入力が前記電圧基準に接続され、前記比較器の前記出力が前記スイッチに接続される比較器；
   によってさらに構成されることを特徴とする請求項１記載の電子装置。
3. 前記電力遮断保護回路が電気接地（１７１）によって構成され、前記スイッチが第１，第２および第３ポート（１８２〜１８４）を有するトランジスタ・スイッチによって構成され、前記第１ポートが前記比較器の前記出力に接続され、前記第２ポートが前記AOCドライブ発生器の前記出力に接続され、前記第３ポートが前記電気接地に接続されることを特徴とする請求項２記載の電子装置。
4. 第１入力（１５４）および出力（１５８）を有する増幅器制御回路（１３８）をさらに備え、前記増幅器制御回路の前記第１入力が前記AOCドライブ発生器の前記出力および前記電力遮断保護回路に接続され、前記増幅器制御回路の前記出力が前記増幅器回路に接続されることを特徴とする請求項１記載の電子装置。
5. 一端が前記増幅器回路の出力に接続され、他端が前記増幅器制御回路の第２入力に接続される結合器（１３６）をさらに備え、前記結合器は、前記増幅出力信号の前記電力レベルを前記増幅器制御回路に結合することを特徴とする請求項４記載の電子装置。
6. 前記電力遮断保護回路が前記電源の電圧レベルと前記閾値を標示する基準電圧レベルとを比較する比較器（１６４）によってさらに構成されることを特徴とする請求項１記載の電子装置。
7. 前記電源に接続され、前記電源から選択的に電力を供給される少なくとも１つの部分（１０６，１０８，１１２）；および
   前記電源と前記少なくとも１つの部分とに接続され、電源遮断閾値より低い電源電圧の検出に応答して前記少なくとも１つの部分を電力遮断するよう制御する主制御部（１１０）； によってさらに構成されることを特徴とする請求項１記載の電子装置。
8. 前記主制御部がメモリ（１１７）によって構成され、前記主制御部の前記メモリが電力管理命令を含み、前記電源はメモリ（１１３）を有し、前記電源の前記メモリが前記電源遮断閾値を含むことを特徴とする請求項７記載の電子装置。

Images