JPH11284543A - 携帯電子装置のための電子回路 - Google Patents
携帯電子装置のための電子回路Info
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- JPH11284543A JPH11284543A JP10359031A JP35903198A JPH11284543A JP H11284543 A JPH11284543 A JP H11284543A JP 10359031 A JP10359031 A JP 10359031A JP 35903198 A JP35903198 A JP 35903198A JP H11284543 A JPH11284543 A JP H11284543A
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Abstract
を支援する電子回路であって、特に大電流パルス要件を
伴う低電圧用途に適した電子回路を提供する。 【解決手段】 携帯電子装置の電子回路は、エネルギ源
インタフェース,エネルギ源インタフェースに結合され
る負荷,最大動作電圧を有するエネルギ格納回路および
スイッチ回路を備える。スイッチ回路は、エネルギ格納
回路と直列にエネルギ源インタフェースに結合される。
スイッチ回路は、負荷において最大動作電圧を超える電
圧が存在するとそれに応答して、切換可能にエネルギ格
納回路を分離するよう動作する。
Description
ための電子回路の分野に関する。
者市場は、より小型で、より高度な機能を提供する携帯
電子装置を常に要求し続ける。このような装置には、少
数ながら例をあげると、コンパクト・ディスク・プレー
ヤ,双方向無線機,セルラ電話およびコンピュータ装置
がある。このような装置が小型になるにつれて、これら
の装置に電力を供給するためのより小型の携帯エネルギ
源に対する需要が高まる。
て、このような装置の消費エネルギが削減され、それに
伴って妥当な時間的期間の間、装置を動作させるために
必要とされる携帯エネルギ源の寸法が小さくなった。し
かし、増幅器回路などのある種の回路は、より高い電圧
におけるほうが効率よく動作することにかわりはない。
ルギ源は依然としてあまりに大きく、あまりに重く、多
くの高電力用途に関しては充分に長い間継続しない場合
がある。一例としては、バッテリまたはバッテリ・パッ
クなどの携帯エネルギ源は、装置により引き出される電
流において短期間のサージを処理しなければならないこ
とが多い。バッテリは、装置の平均的電流よりも実質的
に高いピーク電流を供給するだけの充分な力をもたねば
ならない。従って、エネルギ要件についてはより小型の
バッテリでも充分であるにも関わらず、装置の電力要件
を満たすためにバッテリをより大型にしなければならな
いことが多い。
り小型のバッテリと並列に接続されるキャパシタを備え
るエネルギ・システムによって装置に電力を供給するこ
とができる。この場合は、キャパシタがエネルギ・シス
テムのインピーダンスを効果的に下げる。電流パルスの
間、適切に選択されたキャパシタは、その等価直列抵抗
(ESR: equivalent series resistance)が低いため
に、システム内の電圧降下を小さくすることになる。寸
法と重量を最小限に抑えるために、キャパシタは装置の
動作電圧よりも余り大きくない最大動作電圧を有するよ
うに選択される。
源インタフェースに加えて、装置には補助エネルギ源と
接続する補助エネルギ源インタフェースが含まれる。補
助エネルギ源は、自動車用バッテリなどのより大型のエ
ネルギ源であり、小型のバッテリに伴う問題を起こさな
いものである。これにより、装置の作業者は、補助エネ
ルギ源を用いることによって装置の動作時間を長くする
という選択肢を持つ。補助エネルギ源は、主エネルギ源
の公称動作電圧よりも大きな公称動作電圧を提供するこ
とができる。
び同様の必要性に対処し、さらにそれを支援する電子回
路であって、特に大電流パルス要件を伴う低電圧用途に
適した電子回路が必要とされる。
合するために構築されるエネルギ源インタフェースと、
エネルギ源インタフェースに結合される負荷と、最大動
作電圧を有するエネルギ格納回路と、スイッチ回路とを
備える。スイッチ回路は、エネルギ格納回路と直列にエ
ネルギ源インタフェースに結合され、負荷において最大
動作電圧を超える電圧が存在するとそれに応答して、エ
ネルギ源インタフェースからエネルギ格納回路を切換可
能に分離する。
備える通信システム100の概略ブロック図である。移
動局102は携帯電子装置であって、さらに詳しくは、
携帯無線通信装置である。移動局102と基地局104
とは、無線通信チャネル上に無線周波数(RF)信号を介
して通信する。
はセルラ電話システムであり、さらに詳しくは、日本で
用いられるパーソナル・デジタル・セルラ(PDC: Perso
nalDigital Cellular)システムなどの時分割多重接続
(TDMA: time-division multiple access)プロトコル
に準拠して動作するセルラ電話システムである。周知の
如く、TDMAプロトコルに準拠して動作する移動局は、パ
ルス化電流を必要とする用途である。TDMAプロトコルの
各送信時間スロットの間には比較的大きな電流が必要と
されるが、TDMAプロトコルの各受信時間スロットなどの
非送信時間スロットの間には比較的小さな電流しか必要
とされない。
(図示せず)内に配置される電子回路106を備える。
電子回路106は、エネルギ源インタフェース108,
エネルギ源インタフェース114,制御回路構成12
0,受信機122,送信機124,アンテナ126,ユ
ーザ・インタフェース回路構成128,調整器130お
よびスイッチ回路132を備える。送信機124は、変
調器134,電力増幅器(PA: power amplifier)13
6,電気化学キャパシタ138およびスイッチ回路14
0を備える。受信機122と送信機124とは、アンテ
ナ126に結合され、アンテナ105を有する基地局1
04との間でRF信号を受信および送信する。変調器13
4は、制御回路構成120とPA136とに結合される。
PA136は、エネルギ源インタフェース108に結合さ
れるバイアス入力146を有する。スイッチ回路140
は、電気化学キャパシタ138と直列にエネルギ源イン
タフェース108に結合される。電気化学キャパシタ1
38は、好ましくは1mFより大きな容量を有する。
合されて、制御を行い、アンテナ126を通じて受信さ
れるRF信号からの情報の受信および処理を行う。さら
に、制御回路構成120は、送信機124に結合され
て、制御を行い、RF信号を伴う情報の処理と送信を行
う。通常の構造においては、制御回路構成120は、制
御およびデータ情報を生成し、それを変調器134に送
付してRF信号の変調を行う。変調されたRF信号は、PA1
36に送られ、通信チャネル上にアンテナ126を介し
て高電力送信される。
じてスイッチ回路132に結合され、それを制御し、さ
らに制御線144を通じてスイッチ回路140に結合さ
れて、それを制御する。好ましくは、スイッチ回路13
2,140は、それぞれ、当技術では周知の電界効果ト
ランジスタ(FET: field-effect transistor)または電
力FET(図示せず)を備え、これは電子回路106内に
適切に結合される。たとえば、スイッチ回路140は、
バイアス入力146に結合されるソースと、電気化学キ
ャパシタ138に結合されるドレインと、制御線144
に結合されるゲートとを有する電力FETを備える。好ま
しくは、電力FETは、少なくとも0.5アンペアの電流
を処理することができ、120mΩ未満の「オン」抵抗
を有する。あるいは、スイッチ回路132,140は、
より最新の技術革新において設計されるマイクロ電気機
械システム(MEMS: microelectromechanical system)
をそれぞれ備えることもある。一般に、MEMSは、集積回
路(IC)内によく作成される機械的装置またはスイッチ
である。好ましくは、MEMSは大きなスタンドオフ電圧と
非常に小さい「オン」抵抗を有する。
は、これも制御回路構成120に結合され、ユーザ入力
を検出して、ユーザ出力応答を行うための回路構成を備
える。通常の構造においては、ユーザ・インタフェース
回路構成128は、ユーザが起動したキー(電話キーや
機能キー)を検出するキー検出回路構成と、ディスプレ
イ内に情報を表示する表示回路構成と、スピーカおよび
マイクロフォン(図示せず)とを備える。
クロプロセッサおよびデジタル信号プロセッサ(DSP: d
igital signal processor)など、各々が処理,制御お
よび動作を行うためのソフトウェア・プログラムとメモ
リとを有するプロセッサまたはプロセッサ群を備える。
ッチ回路132を介して調整器130と制御回路構成1
20とに結合され、エネルギ源インタフェース114
は、ダイオード142を介して調整器130に結合さ
れ、また制御回路構成120にも結合される。エネルギ
源インタフェース108は、主エネルギ源110のイン
タフェース112に結合するために電気的および機械的
に構築され、エネルギ源インタフェース114は、補助
エネルギ源116のインタフェース118に結合するた
めに電気的および機械的に構築される。好ましくは、エ
ネルギ源インタフェース108は、インタフェース11
2の電気コンタクトと直接的に接触するための電気コン
タクトを備え、エネルギ源インタフェース114は、イ
ンタフェース118の電気コンタクトと直接的に接触す
るための電気コンタクトを備える。
10により提供される公称動作電圧よりも大きな公称動
作電圧を提供する。補助エネルギ源116の公称動作電
圧は、電気化学キャパシタ138の最大動作電圧または
最大動作電圧定格よりも大きい。
よび/または、接続された場合は、補助エネルギ源11
6の電気的エネルギから電気的に動作する。主エネルギ
源110がエネルギ源インタフェース108に接続され
ると、制御回路構成120は、エネルギ源インタフェー
ス114において補助エネルギ源116が使用可能であ
るか否かを検出するよう動作する。補助エネルギ源11
6が使用可能でない場合は、制御回路構成120は、制
御線144,145を介して、スイッチ回路132,1
40を閉じる(あるいはその閉路を維持する)。この場
合は、エネルギ源インタフェース108が調整器130
に結合され、電気化学キャパシタ138がエネルギ源イ
ンタフェース108とバイアス入力146とに結合され
る。調整器130は、主エネルギ源110から電気的エ
ネルギを受け取り、そこから主電源電圧(V)を生成す
る。
路をバイアスする。しかし、電気化学キャパシタ138
は、主エネルギ源110から連続的なまたは周期的な電
気的エネルギを受け取り、主電源電圧より大きな電圧に
荷電される。電気化学キャパシタ138は、効率を上
げ、PA136の高電流需要による低電圧降下を削減する
ために設けられる。従って、PA136は、高電力送信と
効率を上げるためにより大きな電圧でバイアスされる。
16が使用可能であることを検出すると、制御回路構成
120は制御線144,145を通じてスイッチ回路1
32,140を開く(あるいは開状態を維持する)。こ
の場合は、エネルギ源インタフェース108が調整器1
30から分離され、電気化学キャパシタ138がエネル
ギ源インタフェース108とバイアス入力146とから
分離される。電気化学キャパシタ138は、エネルギ源
インタフェース108から切換可能に分離されて、最大
動作電圧を超える電圧が電気化学キャパシタ138に起
こることを避ける。この場合は、調整器130が補助エ
ネルギ源116から電気的エネルギを受け取り、そこか
ら主電源電圧を生成する。補助エネルギ源116の公称
動作電圧は、電気化学キャパシタ138を用いなくとも
効率的な高電力送信に関してPA136を動作させるのに
充分な大きさである。
の電圧における電圧検出を用いて補助エネルギ源116
の使用可能性を検出する。この場合、電圧比較器(図示
せず)が制御回路構成120に含まれる。ここでは、制
御回路構成120は、エネルギ源インタフェース108
の電圧が主エネルギ源110の公称動作電圧よりも大き
いとき、あるいはエネルギ源インタフェース114の電
圧が補助エネルギ源116の公称動作電圧または電気化
学キャパシタ138の最大動作電圧に等しいかそれより
も大きいときに、スイッチ回路132,140を開く。
あるいは、たとえば、制御回路構成120は、補助エネ
ルギ源116によってのみ作動可能な機械的スイッチ
(図示せず)からの信号に応答して、スイッチ回路13
2,140を開く。
ドヘルドの携帯に適した寸法と重量を有するバッテリ
(またはバッテリ群)を備え、バッテリ・パックである
場合もある。バッテリ・パックは、通常、持ち運びと、
移動局102への接続に適した外装と機構とを備える少
なくとも1つのバッテリ・セルを具備する。バッテリ
は、既製のアルカリ・バッテリでよい。エネルギ源イン
タフェース108は、任意の適切なバッテリまたはバッ
テリ・パック・インタフェースとする。さらに好ましく
は、補助エネルギ源116は、エネルギ源インタフェー
ス114が多くのセルラ電話に共通の任意の適切な多重
ピン・コネクタ・インタフェースである、自動車用バッ
テリである。たとえば、エネルギ源インタフェース11
4は、適切なコネクタを用いて自動車のシガレット・ラ
イタ・インタフェースに接続するよう構成される多重ピ
ン・コネクタ・インタフェースとすることができる。
る構造においては、主エネルギ源110は、約3.6ボ
ルトの公称動作電圧を提供するリチウム・イオン・バッ
テリであり、補助エネルギ源116は、約13.8ボル
トの公称動作電圧を提供する自動車用バッテリである。
電気化学キャパシタ138は、約0.07ファラドの容
量と、約4.8ボルトの最大動作電圧を有する。調整器
130は、約2.7ボルトの主電源電圧を生成する。
は、約1.5ボルトの公称動作電圧を提供する単セル・
バッテリであり、補助エネルギ源116は、約3ボルト
の公称動作電圧を提供するリチウム・イオン・バッテリ
である。電気化学キャパシタ138は、約0.07ファ
ラドの容量と、約2.4ボルトの最大動作電圧を有す
る。調整器130は、約0.9ボルトの主電源電圧を生
成する。
に応答しても、電気化学キャパシタ138を切換可能に
分離することがある。たとえば、主エネルギ源110
は、再充電可能なエネルギ源であって、公称動作電圧よ
りもかなり大きな満充電動作電圧を有することがある。
電気化学キャパシタ138は、主エネルギ源110の公
称動作電圧よりも大きいが、満充電動作電圧よりは小さ
い最大動作電圧を有する。主エネルギ源110が満充電
動作電圧において再充電され、エネルギ源インタフェー
ス108に接続されると、制御回路構成120は、制御
線144を介してスイッチ回路140を開き(電気化学
キャパシタ138を分離し)、スイッチ回路132を閉
じるための動作を行う。制御回路構成120は、主エネ
ルギ源110が、最大動作電圧よりも小さい動作電圧を
提供するまで、スイッチ回路140を開のままにする。
移動局102の動作モードに応答して、電気化学キャパ
シタ138を分離することがある。たとえば、移動局1
02は、スタンバイ動作モード(低電力モード)と、会
話動作モード(高電力モード)で動作する。スタンバイ
・モードの間は、移動局102は、ページまたは呼を受
信するよう動作し、この場合は電子回路106は、主エ
ネルギ源110から比較的小さい電流を引き出す。送信
機124などの、電子回路106のいくつかの回路は、
電力遮断され、スタンバイ・モードでは使用されない。
会話モードの間は、移動局102は、音声またはデータ
信号で、基地局104と通信を行うように動作し、この
場合は、電子回路106は、主エネルギ源110から比
較的大きな電流を引き出す。電子回路106の中で、送
信機124,PA136など、各送信時間スロットの間に
多くの電流を引き出すいくつかの別の回路が使用状態に
なる。主エネルギ源110が動作のために用いられる場
合は、制御回路構成120は、会話モードの間はスイッ
チ回路140を閉じ、スタンバイ・モードの間はスイッ
チ回路140を開く。電気化学キャパシタ138は、ス
タンバイ・モードの間は分離されて電流漏洩を回避し、
それによって移動局102の消費電力を削減する。好ま
しくは、電気化学キャパシタ138は、スタンバイ・モ
ードの大半の期間の間分離される。しかし、この期間が
短いとさらに有益である。この例は、上記の実例および
実施例と容易に組み合わせることができる(たとえば補
助エネルギ源116が使用可能のとき、スイッチ回路1
40が会話モードの間は開かれる)。
パシタ,スーパーキャパシタ,ウルトラキャパシタまた
はその他の適切な回路などの電気化学キャパシタと称さ
れる以外のエネルギ格納回路に切換可能に結合されるこ
とが理解頂けよう。電気化学キャパシタは、同じ容量を
持つ従来の誘電性キャパシタまたは電解キャパシタより
もはるかに寸法が小さいので、電気化学キャパシタが好
適である。また、電気化学キャパシタ138は、PA13
6以外の負荷に切換可能に結合されることも理解頂けよ
う。
0の概略ブロック図である。電子回路200は、エネル
ギ源インタフェース202,負荷204,エネルギ格納
回路206およびスイッチ回路208を備える。負荷2
04は、エネルギ源インタフェース202と並列に結合
される。エネルギ格納回路206はスイッチ回路208
と直列に結合され、エネルギ格納回路206およびスイ
ッチ回路208は、エネルギ源インタフェース202と
並列に結合される。
と同様に構築され、動作する。エネルギ源インタフェー
ス202は、第1エネルギ源と第2エネルギ源(いずれ
も図示せず)に結合するよう構築され、これらのエネル
ギ源はそれぞれ、負荷204に電力を供給するために別
々に用いられる。第1エネルギ源は第1公称動作電圧を
提供し、第2エネルギ源は第1公称動作電圧よりも大き
く、エネルギ格納回路206の最大動作電圧よりも大き
い第2公称動作電圧を提供する。
ス202に結合され、そこで使用可能になると、スイッ
チ回路208が閉じられる。エネルギ格納回路206
は、エネルギ源インタフェース202に結合され、効率
を上げて、負荷204の高電流需要による低電圧降下を
削減するために設けられる。第2エネルギ源がエネルギ
源インタフェース202に結合され、そこで使用可能に
なると、スイッチ回路208が開かれる。エネルギ格納
回路206は、エネルギ源インタフェース202から分
離されて、最大動作電圧を超える電圧がエネルギ格納回
路206に現れることを避ける。第2エネルギ源から供
給される、より高い公称動作電圧によって、エネルギ格
納回路206をエネルギ源インタフェース202に結合
する必要性が減じられる。
比較器(図示せず)を用いて所定の電圧よりも大きい電
圧がエネルギ源インタフェース202から検出される
と、それに応答して動作する。この場合は、スイッチ回
路208は、エネルギ源インタフェース202の電圧が
第1公称動作電圧よりも大きいか、あるいは第2公称動
作電圧または最大動作電圧と等しいかそれよりも大きい
場合に、開くよう構築される。あるいは、たとえば、ス
イッチ回路208は、第2エネルギ源によってのみ起動
可能となる機械的スイッチ(図示せず)からの信号に応
答して、開くよう構築される。
路206は、キャパシタまたは電気化学キャパシタであ
り、負荷204は図1に関連して説明される電力増幅器
である。また、スイッチ回路208は、図1に関連して
説明される電力FETまたはMEMSを備える。第1および第
2エネルギ源は、図1に関連して説明されるバッテリま
たはバッテリ・パック(好ましくはアルカリおよび/ま
たはリチウム・イオン・バッテリを含む)などの携帯エ
ネルギ源である。スイッチ回路208は、図1に関連し
て説明される低電力モードおよび高電力モードに応答し
て動作することができる。かくして、図1および図2の
実施例の状況を組み合わせることは、容易に明白であ
り、理解頂けよう。
帯電子装置の消費電力と寸法とを小さくする助けとな
る。たとえば、電子回路200を利用する携帯電子装置
は、小型のバッテリとエネルギ格納回路206とによっ
て動作して効率的に動作させることも、または、効率的
動作には充分であり、最大動作電圧を超える公称動作電
圧を有するより大型のバッテリによって動作することも
できる。最大動作電圧が大型のバッテリの公称動作電圧
よりも低くなるように選択することにより、エネルギ格
納回路206と携帯電子装置の寸法が削減される。
たが、変更も可能である。たとえば、このような回路
は、PDCシステム以外のシステム、たとえば汎ヨーロッ
パ・デジタル化移動体通信(GSM: Group Special Mobil
e)システムなどのシステムで動作する携帯無線通信装
置において有用である。従って、添付の請求項において
は、本発明の精神と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。
略ブロック図であって、移動局の電子回路を示す。
Claims (10)
- 【請求項1】 携帯電子装置のための電子回路であっ
て:第1エネルギ源インタフェース;前記第1エネルギ
源インタフェースに結合される負荷;最大動作電圧を有
するエネルギ格納回路;および前記エネルギ格納回路と
直列に前記第1エネルギ源インタフェースに結合される
スイッチ回路であって、前記負荷における前記最大動作
電圧を超える電圧に応答して、前記第1エネルギ源イン
タフェースから前記エネルギ格納回路を切換可能に分離
するスイッチ回路;によって構成されることを特徴とす
る電子回路。 - 【請求項2】 前記エネルギ格納回路が電気化学キャパ
シタによって構成されることを特徴とする請求項1記載
の電子回路。 - 【請求項3】 前記負荷が電力増幅器によって構成され
ることを特徴とする請求項1記載の電子回路。 - 【請求項4】 前記スイッチ回路が電界効果トランジス
タによって構成されることを特徴とする請求項1記載の
電子回路。 - 【請求項5】 第1エネルギ源に結合するよう構築され
る第1エネルギ源インタフェース;第2エネルギ源に結
合するよう構築される第2エネルギ源インタフェース;
電力増幅器を備える送信機;エネルギ格納回路;前記エ
ネルギ格納回路と直列に、前記電力増幅器のバイアス入
力に接続される第1スイッチ回路;および前記第1スイ
ッチ回路に結合される制御回路構成;によって構成され
ることを特徴とする携帯電子装置。 - 【請求項6】 前記エネルギ格納回路が電気化学キャパ
シタによって構成されることを特徴とする請求項5記載
の携帯電子装置。 - 【請求項7】 前記第2エネルギ源が前記エネルギ源イ
ンタフェースにおいて使用可能であることに応答して、
前記制御回路構成が前記第1スイッチ回路を開くよう動
作することを特徴とする請求項5記載の携帯電子装置。 - 【請求項8】 前記バイアス入力における、前記エネル
ギ格納回路の最大動作電圧よりも大きい電圧に応答し
て、前記制御回路構成が前記第1スイッチ回路を開くよ
う動作することを特徴とする請求項5記載の携帯電子装
置。 - 【請求項9】 前記第1エネルギ源インタフェースと前
記バイアス入力との間に接続される第2スイッチ回路に
よってさらに構成され、前記第2エネルギ源が前記第2
エネルギ源インタフェースにおいて使用可能であること
に応答して、前記制御回路構成が前記第1スイッチ回路
および前記第2スイッチ回路を開くよう動作することを
特徴とする請求項5記載の携帯電子装置。 - 【請求項10】 携帯エネルギ源に結合するよう構築さ
れる第1エネルギ源インタフェース;バイアス入力を有
する電力増幅器を備える送信機;最大動作電圧を有する
電気化学キャパシタ;前記電気化学キャパシタと直列に
前記バイアス入力に結合される第1スイッチ回路;およ
び前記第1スイッチ回路に結合される制御回路構成であ
って、前記電気化学キャパシタにおいて、前記最大動作
電圧を超える電圧を避けるために、前記第1スイッチ回
路を開くよう動作する制御回路構成;によって構成され
ることを特徴とする携帯無線通信装置。
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