JP4376327B2 - 電源電圧の変化を検出する検出器からなる携帯用電子装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気的消去可能なデータを含むメモリと、電源電圧の変動を検出する電源電圧検出器とからなり、電源電圧により電力が供給される電子装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
非常に工業化が進んだ国では、一般大衆向けの現行の携帯用電気通信機器の寸法を小型化しようとする傾向がある。電子機器のメーカーは、重量・体積比と装置のレンジ(広がりの範囲)とに関して激しい競争に晒されている。最新の集積回路技術は、電子回路の体積を著しく削減することを可能にさせ、携帯用機器のレンジはこの小型化への歩みを制限する要因になった。実際上、一般的に移動用として考えられる場合に、この装置は電源バッテリにより給電され、そのレンジは一定の技術で重量に比例する。その結果として、バッテリにより給電される装置はそのレンジが狭くなると共に益々軽量化するので、屡々携帯用装置のバッテリが放電してしまっていることに気づくことがある。
【0003】
かくして、装置に損害を加える可能性のある一定の現象を回避するため、放電中に、電源電圧が遮断される時点を予測することが非常に重要である。特に、プロセッサと、EEPROM(電気的消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ)タイプの電気的消去可能メモリとにより構成される移動無線電話機又は他の機器は、突然の電力遮断に対抗し得ない。電圧が製造者により臨界値であるとして定義された閾値より下がるまで、電源が遮断されないならば、EEPROMの内容が損なわれる可能性がある。実際上、不十分な電圧により給電されたプロセッサは、アドレス指定システムを制御しなくなる。このプロセッサは誤ったアドレスをEEPROMに書き込み、そのアドレスで見つけられたデータを上書きする危険性がある。従って、データが失われ、無線電話機の使用に非常に有害である。
【0004】
従来の電子装置において、電源電圧検出器は、電源電圧が臨界電圧よりも降下する時点を検出し、EEPROMのデータを変更しないように電源を遮断するよう、バッテリにより発生された電源電圧を周期的に調べるため使用される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、かかる電源電圧検出器からなる装置は、その信頼性に問題があるという重大な欠点がある。実際上、周期的な調査技術に基づいて、この装置の検出精度及び信頼性は、使用される調査周期に直接的に依存する。従来のバッテリの放電曲線は放電の終了に向けて非常に急速に降下するので、電圧が放電の最後に降下する迅速さよりも非常に長い調査周期を有する現在の装置によって検出されることなく、屡々電源が遮断される。
【0006】
臨界閾値の通過を検出する機会を増加させるため調査周期を短縮することは、非常に高価な解決法であり、従来の装置で使用されるプロセッサよりも高速かつ強力なプロセッサを必要とする。
本発明は、上記の欠点を十分に解決する簡単かつ経済的な解決法の提供を目的とする。本発明は、特に、使用される電子回路の複雑さを著しく増大させることなく、従来の電源電圧検出器よりも信頼性の高い電源検出器の提供を目的とする。
【0007】
また、本発明による検出器は、EEPROMメモリに記憶されたディジタルデータを変えないように装置の電源を遮断するための臨界として定義された電圧閾値の交差を瞬時に検出し得る。
【0008】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明による上記のタイプの装置は、電源電圧を検出する検出器が、
電源電圧の降下を示す第1の信号を形成する電源電圧の連続的な監視器と、
上記信号が現れるたときメモリのデータをバックアップするバックアップ手段とからなることを特徴とする。
【0009】
上記電源電圧の連続的な監視器は、電源電圧が固定閾値を越えるときに限りプロセッサを使用する利点を有する。上記プロセッサは他の動作を実行するため、特に、無線電話機の場合に移動局と基地局との間の通信を測定するため利用可能になる。
連続的な監視器が電源電圧レベルを示す第2の信号を生成することを特徴とする電源電圧検出器からなる上記のタイプの電子装置による本発明の第1の特徴は、バッテリを再充電するべき時点を予測するためユーザがバッテリの充電レベルを制御し得る利点を提供する。
【0010】
上記連続的な監視器が過負荷を示すため第3の信号を生成することを特徴とする電源電圧検出器による本発明の第2の特徴は、第3の信号が現れたとき電源が遮断される結果としてバッテリの爆発が回避される付加的な利点を提供する。
本発明の他の興味深い特徴によれば、上記タイプの電子装置は、制御素子の割込を夫々に発生し、上記信号に応答して割込プログラムを起動する少なくとも一つの割込入力を有する制御素子を更に含む。
【0011】
本発明の他の特徴によれば、上記タイプの電子装置は、連続的な監視器が、電源電圧の値を設定値と比較し、上記の夫々の信号を生成するため比較器を更に有することを特徴とする。この特徴により、一方で使用されるバッテリのタイプ、他方でユーザの需要の関数として検出閾値を定義する手段が得られる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下の実施例の説明を参照して本発明の上記及び他の面を示し、かつ、明らかにする。
図1に示された電子装置は無線電話機であるが、電源電圧検出器は電源が電源電圧により供給される電子装置であれば他の電子装置でも構わない。
【0013】
図1に示された無線電話機は、電源バッテリ11を収容するハウジング11と、特に図3に示されているような電子回路、即ち、スクリーン12と、キーボード13と、イヤホン14と、マイクロホン15と、無線信号を基地局17と交換するためアンテナ16と協働するトランシーバー(図示しない)とにより構成される。
【0014】
図2に時間(t)に対してグラフ化されたバッテリの放電曲線(Vbat)は、放電の最後に電圧の降下が加速すること表わす。t1、t2、t3、t4及びt5により示された時点は、電源電圧Vbatを測定する従来技術により公知の周期的な調査器により記録されたサンプルの例を示す。
図2においてSSは臨界閾値を表わし、従来技術の調査器によるこの臨界閾値の検出は、アドレスエラーの危険性が非常に高くなるので、EEPROMメモリへのあらゆる書込を禁止するのに十分な大きさの電圧降下Vbatを通知する。SCは電源遮断閾値を表わし、電源電圧がこの電源遮断閾値を越えると電源が遮断される。かくして、電源電圧が電源遮断閾値SCを越える前に臨界閾値SSを検出することが不可欠である。
【0015】
しかし、サンプルt4とt5との間で、臨界閾値SS及び電源電圧遮断閾値SCは連続した2回のサンプリングの間に越えられるので、検出器が臨界閾値SSの交差を検出することなく、電源電圧曲線は電源電圧遮断閾値SCを通過する。この例は、まさに従来の検出器の信頼性の不足を示す例である。
図3のブロック図は、本発明による検出器に使用される種々の素子を示す図である。制御素子30は、プロセッサ31と、電気的消去可能プログラマブル書き込み専用メモリ(EEPROM)32と、ランダムアクセスメモリ(RAM)33と、読み出し専用メモリ(ROM)34とにより形成される。
【0016】
装置の主動作プログラムは読み出し専用メモリ34に格納される。ランダムアクセスメモリ33は、有用な変数を格納するため読み出し専用メモリ34と並行して使用される。消去可能データは装置が使用されている間に変更されるべきEEPROM32に格納される。検出されるべき電圧閾値に対応する設定値は、制御素子30によりアクセスされ得るようにメモリ32のテーブル32aに配置される。
【0017】
バスネットワーク35は、キーボード13からの信号をプロセッサ31及びプロセッサ31との間で移動する信号用のシリアルIIC(内部集積回路)バスとEEPROM32と、スクリーン12とに伝送する割込バスを含む。トランシーバー36は、無線電話機のユーザを移動電話網に接続するため上記のデバイスと通信する。
【0018】
電源検出回路37は、本発明による電源電圧検出器を利用するため制御素子30及び電源バッテリ11協働する。
図4には、電源検出回路37の好ましい一実施例が電子回路の形式で示されている。電源バッテリ11は、例えば、3乃至5.5ボルトの値の範囲内に収まり、バッテリの充電・放電の機能と共に変化する電源電圧Vbatを生成する。抵抗素子R0及びR1は抵抗値が固定されている。抵抗素子R2は可変抵抗値を有し、制御素子30により電圧Vbatの値及び検出したい電圧閾値の関数としてプログラムされることが意図されている。抵抗値をディジタル的にプログラムし得る抵抗素子R2は市販されている。例えば、ダラスセミコンダクタ(Dallas Semiconductor)製のポテンショメータDS1804 NV を使用することが可能である。
【0019】
本発明の好ましい実施例によれば、抵抗素子R2は制御素子30により制御される。制御素子30の一方の出力CMDは、特に、以下の式、
VR2=Vbat × R2/(R1+R2)
によって分圧ブリッジリンケージの形で発生する電源電圧Vbatの関数として抵抗素子R2の値を実時間制御するため抵抗素子R2に直結される。
【0020】
遮断器として配置されたトランジスタTは、割込プログラムを起動するため、特に、トランジスタTのベースに供給されたVR2に一致する電圧の関数として制御素子30の割込ITを発生し得る。抵抗素子R1及びR2がトランジスタTと一体的に動作することにより、電源電圧の連続的な監視器に利用されるトランジスタTの導通状態の連続的な試験が実現される。
【0021】
本発明の利点として、この試験は、制御素子30の介入を伴うことなく、自然、かつ、連続的に行われる。これは、トランジスタTのベースとエミッタとの間の電位差Vbeと関係し、トランジスタの導通閾値と称される電子現象を利用する。トランジスタのベースの電位VR2が導通閾値Vbe(一般的に、Vbe=0.6ボルト)よりも高いとき、トランジスタTはトランジスタTの導通条件に従って導通する。この電位VR2が導通閾値Vbeよりも低いとき、トランジスタは逆阻止条件に依存して阻止される。
【0022】
上記条件は図4において実際的に照合される。VR2<Vbeである限り、トランジスタTは阻止され、コレクタ上の電圧はVbatに一致する。R2の値は、制御素子30により固定され、一定値を維持し、電源電圧Vbatの増加は電圧VR2の値を増加させる。VR2>Vbeであるとき、トランジスタTは導通し、コレクタ上の電圧は実質的に零になる。
【0023】
検出器は、バッテリの充電中に、コレクタ上の電圧が零電圧である(トランジスタTは導通する)とき制御素子30の割込が起動され、バッテリの放電中に、コレクタ上の電圧がVbatに近い(トランジスタTは阻止される)とき、割込が起動されるように任意にプログラムされる。制御素子30の割込ポートは、通常、バッテリの放電中にハイ論理レベルで作動状態であり、充電中にロー論理レベルで作動状態である。
【0024】
かくして、電源検出回路37によれば、抵抗素子R2の端子上の電圧VR2の値が電源電圧Vbatの検出閾値を表わす制御素子30の割込閾値を決定する。このように本発明の原理は、抵抗素子R2の抵抗値を検出が望まれる電源電圧の閾値の関数として固定する。従って、制御素子30はその制御出力CMDを利用する。
【0025】
図5に示されたテーブル32aの例において、抵抗素子R2の抵抗値は、先に検出された閾値の関数として論理的な順番、即ち、充電中に値が減少し放電中に値が増加する順番で、設定値ρ0乃至ρ5であると想定される。抵抗素子R32に生じ得るテーブル32aの中の最大値は、(値ρ0により検出された)過負荷閾値に対応し、最小値は(値ρ5により検出された)電力遮断閾値に対応する。テーブル32aは、制御素子30の夫々の割込を発生し、割込プログラムを起動するため検出されるべき閾値と同数の設定値を含む。
【0026】
【実施例】
以下の表は、本発明の好ましい実施例に従って設定値ρ0乃至ρ5に対応したディジタル値の例を与える。このディジタル値は、抵抗素子R2として、ダラスセミコンダクタ製の100調整段階のポテンショメータDS1804 NV を採用し、抵抗素子R1として400kΩの抵抗を採用することにより実現された。電圧Vbat及びR2の抵抗は、夫々、ボルト及びキロオームで示されている。ポテンショメータの調整段階は、製造元の仕様に準拠した0乃至100の無次元数である。
【0027】
【表1】
【0028】
抵抗素子R2のプログラミングは、図6を参照するに、夫々、
【0029】
【外1】
【0030】
によって示されている3個の出力ポートにより形成された制御素子30の出力CMDを接続する特定のバスにより行われる。図6の(A)のタイミングチャートには、時間に対し4段階で素子R2の抵抗値を増大させる上記の3個のポートの状態がグラフ化され、同図の(B)には、3段階で素子R2の抵抗値を減少させる上記3ポートの状態がグラフ化されている。
【0031】
【外2】
【0032】
は、素子R2の抵抗値を変更するためロー論理レベルに下げられる。素子R2の抵抗値を増加させるため、
【0033】
【外3】
【0034】
はハイレベルに上げられ、素子R2の抵抗値を減少させるため、
【0035】
【外4】
【0036】
はローレベルに下げられる。ローレベルで作動状態である
【0037】
【外5】
【0038】
は、素子R2の抵抗値を1段階ずつ増加又は減少させるため使用される。
制御素子30の割込ITは、設定値に対応した各電圧閾値の検出後に、バッテリの充電及び放電中に発生される。検出された設定値に依存して、割込プログラムは電源を遮断し(ρ5での検出)、充電の停止(ρ0での検出)、又は、電源電圧レベルの表示(ρ1、ρ2、ρ3又はρ4での検出)する。
【0039】
特定のメッセージのユーザへの伝達を可能にさせるあらゆるデバイスが電源電圧レベルを知らせるため本発明において使用される。例えば、装置が図3に示された例の如く、制御スクリーンを有するならば、電源電圧レベルは、スクリーン12上にアイコン12a又はバッテリ11の充電/放電レベルを表わす特定のメッセージを表示し得る表示装置により示される。スクリーン上に表示され続けるアイコン12aは、電源電圧閾値がバッテリの充電及び放電中に検出されると即座にスクリーン上に表示し、又は、スクリーンから消去するのに適当なバーを表わす。装置が、例えば図1に示される如く、イヤホン14を有するならば、音声信号を放出するデバイスがバッテリの充電レベルを示すため使用され得る。
【0040】
以下、図7を参照して図4に示されている電源電圧検出器の動作を説明する。同図に示されたオートマトンは、2個の2進変数(CH,IT)と、6個の設定値を想定することができる1個の変数(ρ)とにより決定された本発明による検出器の種々の状態を表わす20個の安定状態により構成される。
装置が充電器への負荷となると共にスイッチオンされる毎に、主プログラムは、バッテリの充電レベルを試験し、かつ、バッテリが完全に放電しているか又は既に一部充電されているかに依存して、充電から開始し、又は、充電を続けるため適切な設定値を素子R2の抵抗に割り当てるため、変数CHをCH=1と設定し、ハイレベルの例外を用いて(ITは通常充電中にローレベルで作動状態である)、割込ITを作動状態にさせる。
【0041】
従って、制御素子30は割込が誘発される(例外によってハイレベルで作動状態になる)まで、減少する順番でテーブル32aの値を走査する。検出器は、かくして、割込(IT=1)の発生の可能性の十分に検出し得るタイミングτである状態から別の状態に移る(設定値ρ4乃至ρ0により表わされた)状態C0乃至C4を記述し、検出器をC5乃至C9のうちいずれかの状態に移して終了する。割込プログラムは、バッテリの充電レベルを表示するため検出された設定値ρ0乃至ρ4を格納する。割込は低レベルで再プログラムされる。次に、充電中(CH=1)の間に新しい割込(IT=0)毎に、検出器は図7において矢印で示された順番に従って後続の状態を規定する。割込プログラムは電源電圧のレベルを更新し、状態C6乃至C9のうちのいずれか一つの状態から状態C5乃至C8のうちのいずれか一つの状態に移るとき設定値を減少させ、或いは、状態C5から状態Cが達成されたとき充電を停止するため充電器を動作できない状態にさせる。
【0042】
装置がスイッチオンされる毎に、及び、装置が充電器から取り外されるとき、主プログラムは、バッテリの放電レベルを設定し、適切な設定値を素子R2の抵抗に割り当てるため、変数CHをCH=0に設定し、(割込ITは通常放電中にハイレベルで作動状態である)ローレベルの例外を用いて割込ITを作動状態にさせる。
【0043】
従って、(ローレベルで作動状態である例外を用いて)割込を誘発させるため、増大する方向にテーブル32aの中の設定値が走査される。かくして、検出器は、割込(IT=0)が検出器を状態D5乃至D9のうちいずれか一つの状態に置くまで、(設定値ρ1乃至ρ5により表わされた)状態D0乃至D4を記述する。割込プログラムは、次に、バッテリの充電レベルを表示するため検出された設定値ρ1乃至ρ5を格納する。割込はハイレベルで再プログラムされる。その後、放電中(CH=0)に、新しい割込(IT=1)毎に、検出器は図7において矢印で示された順番に後続の状態を規定する。割込プログラムは、状態D6乃至D9のうちのいずれか一つの状態から状態D5乃至D8のうちのいずれか一つの状態に移るとき、電源電圧レベルを更新し、設定値を増加させ、或いは、状態D5から状態Dに移るとき、電源を遮断する。
【0044】
本発明の一つの利点によれば、正しい設定値を素子R2の抵抗に割り当てるため意図された充電又は放電の開始の処理全体に影響を与えることなく、放電モード(CH=0)から充電モード(CH=1)に切り替え、逆に充電モードから放電モードに切り替えることが可能である。充電状態C6乃至C9から充電モードに移すため変数CHをCH=0と置き、放電状態D6乃至D9から充電モードに移すため変数CH=1とすれば十分である。抵抗素子R2はその値をρ1乃至ρ4に保持し、バッテリの充電レベルは格納され、割込ITは適当な論理レベル(放電モードへの切り替え用の例外を用いたローレベル、又は、充電モードへの切り替え用の例外を用いたハイレベル)で再プログラムされる。
【0045】
本発明の検出器の他の実施例は図8に簡単な電子回路の形式で示されている。この検出器は、制御素子30と、ディジタル・アナログ変換器80と、比較器81とからなる。
制御素子30は、検出することが望まれる電圧閾値に対応した設定値を計算しテーブル32aに格納する。制御素子30は、出力82を介して上記設定値をディジタル・アナログ変換器80に伝達し、ディジタル・アナログ変換器80は、設定値を、回路中の他のアナログ素子により理解され得る検出されるべき電圧閾値Vpに変換する。図4を参照して説明された検出器の場合と同様に、制御素子30は、バッテリの充電/放電に追従するため電圧Vpを論理的な順番に設定する。比較器81は、比較の結果85の関数として、制御素子30の割込ITを発生させるため、入力83及び84に夫々供給された電圧Vp及び電源電圧Vbatを比較する。Vp=Vbatの場合に、割込ITは、電源電圧Vbatが検出閾値を上回ることを示す信号を作成するため発生される。
【0046】
かくして、電子装置は、ディジタルデータを変化させることなく電源を遮断し、電源バッテリの充電レベルをいつでも表示し、過負荷がないときに充電を停止させるため、電源電圧の閾値の交差を瞬時に検出し得る簡単かつ経済的な電源電圧検出器により構成される。
本発明は、上記の如く説明、表現された実施例に限定されないことは明らかである。本発明の範囲内に含まれる本発明の実施例の他の変形は当業者に明らかである。例えば、分圧ブリッジを形成する夫々の素子R1及びR2の配置は変更してもよい。また、トランジスタTは他の任意のスイッチングデバイスにより置換することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による電子装置の一例である。
【図2】時間に対しグラフ化された電源電圧を表わす電源バッテリの従来の放電曲線を示す図である。
【図3】図1に示された装置の回路ブロック図である。
【図4】本発明による検出器の好ましい一実施例を示す図である。
【図5】図3に示されたEEPROM32内のテーブル32aを示す図である。
【図6】(A)は図5に示された素子R2の抵抗の値を増大させる素子R2の3個のポートの論理状態を示すタイミングチャートであり、(B)は素子R2の抵抗の値を減少させる素子R2の3個のポートの論理状態を示すタイミングチャートである。
【図7】図4に示された検出器の動作を説明するオートマトンを表わす図である。
【図8】本発明による検出器の他の実施例の構成図である。
【符号の説明】
11 電源バッテリ
12 スクリーン
12a アイコン
13 キーボード
30 制御素子
31 プロセッサ
32 電気的消去可能プログラマブル書き込み専用メモリ
32a テーブル
33 ランダムアクセスメモリ
34 読み出し専用メモリ
35 バスネットワーク
36 トランシーバー
37 電源検出回路
R0,R1,R2 固定抵抗素子
T トランジスタ
Claims (8)
- 電源電圧により電力が供給されることを意図した電子装置において、
前記電源電圧を連続的に監視する、電源電圧検出器であって、当該電源電圧検出器に設定されている設定値に基づいて定まる電圧閾値を、前記電源電圧が越えたことを表す割込信号を生成する、電源電圧検出器と、
少なくとも1つの割込入力を有する制御素子であって、前記割込信号が、前記1つの割込入力に入力された場合に、当該制御素子に割込が発生し、前記割込信号に対応する割込プログラムを起動する、制御素子と、
複数の前記電圧閾値に対応する複数の設定値を保持しており、前記複数の設定値は電気的消去可能であるメモリと、
を備えており、
前記複数の電圧閾値の1つである第1電圧閾値を前記電源電圧が越えたことに対応する割込信号が、前記少なくとも1つの割込入力を介して前記制御素子に入力された場合、前記制御素子は、前記複数の電圧閾値の1つである第2電圧閾値に対応する設定値を、前記電源電圧検出器に設定する、ことを特徴とする電子装置。 - 前記電源電圧検出器は、電力遮断閾値であり、且つ、前記複数の電圧閾値の1つである第3電圧閾値より、前記電源電圧が低下したことを表す第1割込信号を前記割込信号として生成するとともに、
当該電子装置は、前記第1割込信号が生成された際に前記メモリの前記設定値をバックアップするバックアップ手段を備える、ことを特徴とする請求項1記載の電子装置。 - 前記電源電圧検出器は、前記複数の電圧閾値の1つである第4電圧閾値を前記電源電圧が越えたことに対応する第2割込信号を前記割込信号として生成し、前記第2割込信号に基づいて前記電源電圧のレベルの表示が行われる、ことを特徴とする請求項1又は2記載の電子装置。
- 前記電源電圧検出器は、過負荷であることを示し、且つ、前記複数の電圧閾値の1つである第5電圧閾値を前記電源電圧が越えたことに対応する第3割込信号を、前記割込信号として生成する、ことを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか1項記載の電子装置。
- 前記電源電圧検出器は、可変抵抗を有する抵抗素子を備えており、
前記抵抗素子の端子の電圧は、前記電源電圧の関数となっており、
前記抵抗素子の電圧が基準値を越えた場合に、前記割込信号が出力され、
割込信号が前記制御素子に供給された場合、前記制御素子は、前記抵抗素子の抵抗値を変更することにより、前記電源電圧検出器の前記設定値を変更する、ことを特徴とする請求項1乃至4のうちいずれか1項記載の電子装置。 - 前記抵抗素子の端子の電圧は、スイッチとして機能して前記割込信号を生成するトランジスタを制御する、ことを特徴とする請求項5記載の電子装置。
- 前記電源電圧検出器は、前記電源電圧の値を前記設定値と比較する比較器であって、前記制御素子の前記少なくとも1つの割込入力に供給される前記割込信号を生成する比較器を備えている、ことを特徴とする請求項1乃至4のうちのいずれか1項記載の電子装置。
- 当該電子装置は無線電話機であることを特徴とする請求項1乃至7のうちいずれか1項記載の電子装置。
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