SE515626C2 - Anordning för utbyte av digital information mellan elektriska kretsar genom ström och spänningssekvens samt batteri med sådan anordning - Google Patents

Description

. . | . »- 515 2626 huvudsak om hur reglering skall ske av laddningsström och spänning under laddningsperioden. För att göra detta är det önskvärt att ha tillgång till mer eller mindre detaljerad information om individuella batterienheter. Statisk information avseende exempelvis batterityp och dynamisk information såsom det aktuella laddningstillståndet etc. kan vara av intresse.

Information kan lagras i och erhållas från en batterienhet med användning av olika typer av teknik. En enkel teknik är naturligtvis att använda ett digitalt minne, såsom t.ex. ett EEPROM enligt känd teknik, som exemplifieras av US-patentet ,534,765 av Kreisinger et al. Kommunikation mellan minnet och en batteriladdare realiseras i US 5,534,765 med användning av den inom tekniken kända I2C tvåtrådsprotokoll-specifikationen.

Det kan noteras att den i US 5,534,765 angivna lösningen i själva verket stödjer sig enbart på användning av I2C- protokollet, och är sålunda, relativt sett, en komplex lösning i fråga om t.ex. behov av en synkroniserings-klocksignal.

En enklare lösning avseende lagring av information i en batterienhet, och även anordningarna för utvinnning av information från batterienheten till en anordning vid vilken batterienheten är fästad, anges i US 5,489,834 av Pitkanen.

Information om batterityp är kodad i form av ett motstånds resistansvärde. Mätning av ett spänningsfall över det informationsbärande motståndet används för att fastställa dess resistans, vilket då tolkas som batterityp.

För att medge kodning av många olika batterityper kräver denna lösning att olika batterier behöver utrustas med olika motstånd.

Eftersom detta är en lösning med användning av analoga kretsar måste potentiellt störande effekter såsom temperaturändringar, manifesterade i resistivitetsändring, beaktas vid kodning av information i motstånden.

SAMANFATTNING AV UPPFINNINGEN På grund av den ovan diskuterade teknikens ståndpunkt kvarstår ett antal problem att lösa avseende lagring och utvinning av 3 §~11¶%';§ï-il;ï ,.. s 1 s 626 information mellan en elektrisk anordning och ett tillbehör såsom en batterienhet fästad vid anordningen.

Ett problem som löses genom föreliggande uppfinning är följaktligen hur man skall möjliggöra en enkel lösning för informationsöverföring mellan en första elektrisk anordning, såsom en batterienhet, och en andra elektrisk anordning, såsom en bärbar kommunikationsanordning, där den första anordningen innehåller information som krävs för rätt användning av anordningarna.

Inom ramen för det allmänna problemet finns det ett problem avseende hur enkel informationsöverföring skall medges via en enda kommunikationsledning, utan något behov av synkronisering av informationsöverföringsdelen_ Syftet med föreliggande uppfinning är att eliminera ovan angivna problem. Detta uppnås i korthet genom medel i form av elektriska anordningar belägna i en första anordning som kommunicerar via en enda kommunikationsledning med kretsar i en andra elektrisk anordning.

Mera i detalj anges en elektrisk anordning för sändning av digitalt kodad information från en första elektrisk anordning till en digital processor i en andra elektrisk anordning. Detta arrangemang innefattar en kodare belägen i den första elektriska anordningen, vilken kodare innehåller den digitalt kodade informationen, och en enda kommunikationsledning i stånd att överföra elektriska informationssignaler som representerar informationen mellan de elektriska anordningarna, samt en avkodare belägen i den andra elektriska anordningen, där avkodaren är i stånd att avkoda informationssignalerna till information och tillföra informationen till processorn i den andra anordningen.

Kodaren tillför informationen digitalt kodad på åtminstone en utgångsterminal. En variabel spänningsgenerator är belägen i den andra anordningen och ansluten till kommunikationsledningen, och är i stånd att avge en följd av spänningsnivåer till kommunikationsledningen. En spänningsberoende strömgenerator är ~ . t; ..,. -n- in 515 4626 belägen i den första anordningen och ansluten till nämnda åtminstone en utgångsterminal hos kodaren och kommunikationsledningen, där strömgeneratorn är i stånd att avge informationssignalerna i form av en sekvens av strömnivåer genom kommunikationsledningen. Sekvensen av strömnivåer beror både på spänningsnivån som detekteras på kommunikationsledningen och den digitalt kodade informationen på nämnda åtminstone en utgängsterminal hos den anslutna kodaren. En strömdetektor är belägen i den andra anordningen och är ansluten mellan kommunikationsledningen och avkodaren.

En fördel med föreliggande uppfinning är att endast en kommunikationsledning krävs för överföringen av information mellan anordningarna.

En annan fördel med en anordning enligt uppfinningen är att ingen elektrisk effekt förbrukas när anordningen ej används för överföring av information.

Ytterligare en fördel är att anordningen enligt uppfinningen är möjlig att implementera med användning av endast ett fåtal och enkla komponenter.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Fig. la visar en schematisk vy av en anordning enligt föreliggande uppfinning, innefattande en batterienhet och en elektrisk anordning.

Fig. lb visar en schematisk vy av kretsar ingående i en batterienhet enligt föreliggande uppfinning.

Fig. lc visar en schematisk vy av kretsar i en elektrisk anordning enligt föreliggande uppfinning.

Fig. 2a-c visar schematiska diagram av variationer och sekvenser av spänningsnivåer och strömnivåer som är representativa för information som överförs mellan en batterienhet och en elektrisk anordning enligt föreliggande uppfinning.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER En första föredragen utföringsform av en anordning enligt föreliggande uppfinning visas schematiskt i fig. 1. En batterienhet 100 år elektriskt och mekaniskt ansluten till en elektrisk anordning 101. Batterienheten 100 och anordningen 101 visas schematiskt i blockschemaform för att understryka det faktum att den föreliggande uppfinningen hänför sig till en mångfaldig samling av batteridrivna elektriska apparater. Av samma skäl har de verkliga organen för mekanisk och elektrisk anslutning utelämnats från ritningen. Det är även underförstått att batterienheten 100 och anordningen 101 är mekaniskt och elektriskt anslutningsbara och löstagbara från varandra.

Ett typiskt exempel på detta slags arrangemang är en portabel mobiltelefonterminal utrustad med en löstagbar batterienhet. En fackman inom området är emellertid i stånd att implementera föreliggande uppfinning inom andra typer av batteridrivna anordningar utan att behöva utnyttja åtgärder av uppfinningskaraktär.

Batterienheten 100 innefattar en battericell 102, eller en samling av celler, med en positiv terminal 123 och en negativ terminal 124. Den negativa terminalen betecknas som signaljord såsom antyds genom signaljordsymbolen 125. Terminalerna 103,104 är anslutna till anordningen 101, såsom fackmannen inser, och visas därför endast schematiskt i figuren.

En kodare 106, som innehåller information som kommer att beskrivas i närmare detalj nedan i anslutning till fig. 1b, är ansluten via en kodaranslutningsledning 109 till en spånningsberoende strömkälla 105. Funktionen hos den spånningsberoende strömkällan 105 kommer att beskrivas nedan i samband med fig. lb.

En anordningskommunikationsledning 107 är ansluten mellan den spånningsberoende strömkällan 105 i batterienheten 100 och en strömdetektor 112 i anordningen 101. Såsom angetts ovan ligger det utanför området för föreliggande uppfinning att ange några särskilda förbindningsorgan, eftersom elektriska u. , , , . , . . . . . - | -~ 5156 626 í"â~;f»fï.iífi ïf :í- förbindningsorgan av olika typer för detta slags kommunikation är känd inom tekniken. Ytterligare detaljer avseende strömdetektorns funktion kommer att beskrivas nedan i samband med fig. lc.

En avkodare 110 är ansluten till strömdetektorn 112 via en avkodaranslutningsledning 111, och avkodaren 110 är i sin tur ansluten till en processor 108. Processorn 108 styr, såsom är känt inom tekniken, alla funktioner i anordningen 101, såsom exempelvis signalering och upprätthållande av radioförbindelser om anordningen 101 är en mobiltelefonterminal. Organ för signalering och upprättande och vidmakthållande av radioförbindelser visas i fig. la i form av en enda anordningsspecifik enhet 130. Processorn 108 är vidare ansluten till en variabel spänningskälla 113 via en första processoranslutningsledning 114. Den variabla spänningskällan 113 är ansluten via strömdetektorn 112 till anordningskommunikationsledningen 107.

Anordningsprocessorn 108 är även ansluten till battericellen 102 i batterienheten 100 via en matningsledning 103 och en signaljordledning 104. Det bör framhållas att, ehuru det ej visas i figuren, alla andra enheter utöver processorn 108 som ingår i anordningen 101 likaså strömmatas via dessa ledningar 103 , 104 .

Självfallet kan kretsarna i batterienheten 100 vara fysiskt belägna antingen i separata enheter, såsom visas i fig. 1, eller vara integrerade i en enda enhet såsom en så kallad tillämpningsspecifik integrerad krets (ASIC).

Fig. 1b visar i större detalj de i batterienheten 100 ingående enheterna samt deras inbördes förhållande. Kodaren 106 är ansluten till en digital multiplexor 204 via kodaranslutningsledningen 109, som visas i form av en 8-bit parallell dataöverföringsledning. Självfallet är kodare och multiplexorer med parallell överföring väl kända inom tekniken och behöver ej beskrivas vidare, med undantag av att kodaren kan ha vilken som helst komplexitetsgrad, från ett enkelt nät av diskreta komponenter till en godtycklig form av digitalt minne. 51š 626 En 3-bitars digital anslutningsledning 205 förbinder multiplexorn 204 och en analog-till-digitalomvandlare (A/D- omvandlare) 206 som i sin tur är ansluten till anordningsanslutningsledningen 107. Multiplexorn 204 är vidare ansluten till en väljarenhet 204 via en väljarstyrledning 203.

Väljarenheten 202 är ansluten mellan signaljord 125 och anordningsanslutningsledningen 107 via en strömgenerator 201.

Beträffande funktionen hos de i fig. lb schematiskt beskrivna enheterna, tar A/D-omvandlaren 206 emot en analog signal via anordningsanslutningsledningen 107 i form av en spänningsnivå såsom kommer att beskrivas vidare nedan i samband med figurerna 2a-c. I enlighet med teknikens ståndpunkt digitaliserar A/D- omvandlaren 206 spänningsnivån och justerar sin digitala utgång så att den digitala anslutningsledningen 205 avger en 3-bitars adress till multiplexorn 204. Multiplexorn 204 väljer enligt känd teknik en kodad bit som avkänns via 8-bitars kodaranslutningsledningen 109, och sänder denna digitala en- bitsinformation 254 till väljaranslutningsledningen 203.

Väljarenheten 202 är i stånd att enligt känd teknik avkänna den digitala informationen som leds via väljaranslutningsledningen och justera sitt tillstånd till ett av tvâ tillstånd, Varav ett är anslutet och det andra tillståndet är frånkopplat. I det anslutna tillståndet bringar väljarenheten 202 strömgeneratorn att mata en förutbestämd ström till anordningsanslutningsledningen 107. I det frånkopplade tillståndet isolerar väljarenheten 202 anordningsanslutningsledningen 107 från signaljord 125 och ingen ström tillåts flyta genom anordningsanslutningsledningen 107.

Med fortsättning av en mera detaljerad beskrivning av de i anordningen 101 ingående enheterna visar fig. 1c avkodaren 110 ansluten till processorn 108. Avkodaren 110 är vidare ansluten till en komparator 152 med en tvåledningars differentialingångsanslutning 153 som är ansluten över en impedansenhet 151, som sålunda verkar som en strömdetektor såsom redan antytts ovan i samband med fig. la. Impedansenheten 151 är kopplad i serie mellan den variabla strömkällan 113, vilken är i i. nn s1å 626 form av en digital-till-analogomvandlare (D/A-omvandlare) 113.

D/A-omvandlaren 113 är i sin tur ansluten till och styrs av processorn 108 via den första processoranslutningsledningen 114 som i denna utföringsform är i form av en 3-bitars digitalanslutning.

Vad beträffar funktionen hos dessa enheter är processorn 108 i stånd att mata ett 3-bitars digitalt tal, representerande en spänningsnivå, till D/A-omvandlaren 113. D/A-omvandlaren 113 omvandlar det digitala talet till en spänning, som leds via anordningsanslutningsledningen 107 till kretsen i batterienheten 100.

Elektrisk ström från strömgeneratorn 201 i batterienheten 100 flyter via anordningsanslutningsledningen 107 genom impedansenheten 151. Denna ström skapar ett spänningsfall över impedansenheten 151, som avkänns av komparatorn 152. Denna avkänning av komparatorn 152 resulterar i att en digital signal 154 leds till avkodaren 110. Denna signal motsvarar den digitala en-bitars informationen 254 som utmatats från kodaren 106 via multiplexorn 204 i batterienheten 100.

Fig. 2a-c åskådliggör i form av diagram olika spännings- och strömnivåer som är representativa för informationen som överförs mellan batterienheten 100 och anordningen 101.

Fig. 2a visar ett diagram av spänningen V som funktion av tiden t. Det visas en representation av en typisk spänningsnivåvariation 304 som utmatas från D/A-omvandlaren 112 i anordningen 101. D/A-omvandlaren 112 som styrs av t.ex. programvara i anordningsprocessorn 108, tar emot en följd av ökande digitala tal, med början vid en första tidpunkt t1 vid en första spänningsnivå V0 och ökande till en andra spänningsnivå V1 vid en senare tidpunkt t9. Såsom diskuterats ovan avkänns denna spänningsnivåvariation 304 av A/D-omvandlaren 206 i batterienheten 100 och omvandlas till en digital adress såsom diskuteras ovan i samband med fig. lb och nedan i samband med fig. 2 b. 5159 626 Fig. 2b visar ett diagram av spänningen V som funktion av tiden t. Det visas ett exempel på en binär sekvens 314 av spänningsnivàer som utmatas från multiplexorn 204 när den stegar igenom olika adresser medelst 3-bitars-adressen som inmatats från A/D-omvandlaren 206, där 3-bitars adressen härrör från den analoga spänningsnivåvariationen 301 som ovan diskuterats i samband med fig. 2a.

Sekvensen 314 leds via väljaranslutningsledningen 203 till väljarenheten 202 i batterienheten 100. Såsom i korthet antytts ovan i samband med fig. lb, representerar sekvensen 314 binär information som härrör från kodaren, varvid informationsbiten "1" matas ut mellan en första tidpunkt tl och en andra tidpunkt t2 och en andra informationsbit "O" matas ut mellan den andra tidpunkten t2 och en tredje tidpunkt t3, vilket fortsätter med informationsbitar tills en nionde tidpunkt t9 uppnåtts.

Fig. 2c visar ett diagram av elektrisk ström I som funktion av tiden t. En sekvens 324 av strömnivàer visas som utmatas från strömgeneratorn 201 till anordningsanslutningsledningen 107.

Strömsekvensen 324 förorsakar en motsvarande sekvens av binära spänningsniváer (ej visat i figuren) såsom avkänt över impedansenheten 151 av komparatorn 154 och leds till avkodaren 110.

Som exempel kan informationen som lagras i kodaren 106 och representeras av spänningsniväerna och strömnivàerna i fig. 2a-c innefatta information såsom batterityp, tillverkarkoder, tillverkningsdatum, kapacitet etc. Varje typ av information hänförlig till batterienheten 100 och dess funktion tillsammans med en anordning 101 faller inom området för föreliggande uppfinning.

Claims (13)

5151226 PATENTKRAV

1. Elektrisk anordning för överföring av digitalt kodad information från en första elektrisk anordning (100) till en digital processor (108) i en andra elektrisk anordning (101), innefattande: - en kodare (106) belägen i den första elektriska anordningen (100), vilken kodare (106) innehåller digitalt kodad information, - en enda kommunikationsledning (107) i stånd att leda elektriska informationssignaler representerande information mellan de elektriska anordningarna (100,101), - en avkodare (110) belägen i den andra elektriska anordningen (101), vilken avkodare (110) är i stånd att avkoda informationssignalerna till information och mata information till processorn (108) i den andra anordningen (101), kännetecknad av att: - nämnda kodare (106) innehåller den digitalt kodade informationen på åtminstone en utgångsterminal (109), - en variabel spänningsgenerator (113) belägen i den andra anordningen (101) och ansluten till kommunikationsledningen (107), vilken spänningsgenerator (113) är i stånd att mata en följd av spänningsnivåer (301) till kommunikationsledningen (107), - en spänningsberoende strömgenerator (105) belägen i den första anordningen (100) och ansluten till nämnda åtminstone en utgångstermninal (109) hos kodaren (106) och kommunikationsledningen (107), vilken strömgenerator (105) är i stånd att utmata informationssignalerna i form av en sekvens av strömnivåer (324) genom kommunikationsledningen (107), vilken sekvens av strömnivåer (324) beror både av den på kommunikationsledningen (107) detekterade spänningsnivån och den digitalt kodade informationen på nämnda åtminstone en utgångsterminal (109) hos den anslutna kodaren (106), - en strömdetektor (112) belägen i den andra anordningen (101) och ansluten mellan kommunikationsledningen (107) och avkodaren (110) .

2. Anordning enligt krav 1, kännetecknad av att den spänningsberoende strömgeneratorn (105) innefattar: s s " 6 - en analog-till-digitalomvaådlašäz(206) som har en analog ingångsterminal och åtminstone en digital utgångsterminal (205), - en multiplexor (204) som har åtminstone en adressingångsterminal ansluten till nämnda åtminstone en digitala utgångsterminal (205) hos analog-till- digitalomvandlaren (206), åtminstone en dataingångsterminal ansluten till nämnda åtminstone en utgångsterminal (109) hos kodaren (106), samt en utgångsterminal (203) i stånd att avge signaler från vilken som helst av de åtminstone en dataingångsterminalerna beroende på vad som inmatas från den åtminstone en adressingångsterminalen (205), - en strömgenerator (201) som har åtminstone en strömutgångsterminal ansluten till kommunikationsledningen (107) och en styringångsterminal ansluten till utgångsterminalen (203) hos multiplexorn (204), vilken strömgenerator (201) är i stånd att kopplas till och från i beroende av de från multiplexorn (204) inkommande signalerna.

3. Anordning enligt något av krav 1 till 2, kännetecknad av att sekvensen av spånningsnivåer (301) som alstras av den variabla spånningsgeneratorn (113) år kontinuerlig mellan en första spänningsnivå (V0) och an andra spänningsnivå (V1).

4. Anordning enligt något av krav 1 och 2, kännetecknad av att sekvensen av spänningsnivåer som alstras av den variabla spånningsgeneratorn (113) innefattar ett antal diskreta spånningsnivåer mellan en första spänningsnivå och en andra spänningsnivå.

5. Anordning enligt krav 4, kännetecknad av att sekvensen av diskreta spänningsnivåer är diskontinuerlig.

6. Anordning enligt något av krav 1 till 5, kännetecknad av att kodaren (106) består av ett nät av diskreta komponenter, vilket nät har åtminstone en utgångsterminal motvarande den åtminstone en utgångsterminalen hos kodaren (106).

7. Anordning enligt något av krav 1 till 5, kännetecknad av att kodaren (106) är åtminstone delvis utförd som en digital minnesenhet som har lagrad information representerad på f, u. _.. . , ._ .. _ . ~. ~. .. ». » - - z : , .. I, a -. » _ 12 .U V.. ,... -H _- « . . . . . . -- u - v ,3 - ' I I Q U H Å ' K ' H d. v” åtminstone en utgångsterminal svarande mot den åtminstone en utgångsterminalen hos kodaren (106).

8. Anordning enligt något av krav 1 till 5, kännetecknad av att kodaren (106) är utförd åtminstone delvis som programvara i en processor (108) vilken har åtminstone en programmerbar utgångsterminal svarande mot den åtminstone en utgångsterminalen hos kodaren (106).

9. Batterienhet (100) för strömmatning av en bärbar kommunikationsanordning (101), innefattande: - åtminstone en battericell (102), - åtminstone två strömmatningsterminaler (103,104) - en kommunikationsterminal (107) för utbyte av information med anordningen (101), - en kodare (106) innehållande digitalt kodad information, vilken batterienhet kännetecknas av att: - kodaren (106) innehåller den digitalt kodade informationen på åtminstone en utgångsterminal (109), - en spänningsberoende strömgenerator (105) ansluten till den åtminstone en utgångsterminalen (109) hos kodaren (106) och kommunikationsterminalen (107), vilken strömgenerator (105) är i stånd att utmata informationssignalerna i form av en sekvens av strömnivàer (324) till kommunikationsterminalen (107), vilken sekvens av strömnivàer (324) beror både på en på kommunikationsterminalen (107) detekterad spänningsnivå och den digitalt kodade informationen på åtminstone en utgångsteminal (109) hos den anslutna kodaren (106).

10. Batterienhet (100) enligt krav 9, kännetecknad av att den spänningsberoende strömgeneratorn (105) innefattar: - en analog-till-digitalomvandlare (206) med en analog ingångsterminal och åtminstone en digital utgångsterminal (205), - en multiplexor (204) som har åtminstone en adressingångsterminal ansluten till den åtminstone en digitala utgångsterminalen (205) hos analog-till-digitalomvandlaren (206), åtminstone en dataingångsterminal ansluten till den åtminstone en utgångsterminalen (109) hos kodaren (106), och en utgångsterminal (203) i stånd att leda signaler från vilken som helst av de åtminstone en dataingångsterminalerna beroende på 51513626 vad som inmatats från den åtminstone en adressingångsterminalen (205), - en strömgenerator (201) med åtminstone en strömutgångsterminal ansluten till kommunikationsledningen (107) och en styringångsterminal ansluten till utgångsterminalen (203) hos multiplexorn (204), vilken strömgenerator (201) är i stånd att kopplas till och från i beroende av de inkommande signalerna från multiplexorn (204).

11. Batterienhet enligt något av krav 9 till 10, kännetecknad av att kodaren (106) består av ett nät av diskreta komponenter, vilket nät har åtminstone en utgångsterminal svarande mot den åtminstone en utgångsterminalen hos kodaren (106).

12. Batterienhet enligt något av krav 9 till 10, kännetecknad av att kodaren (106) är utförd åtminstone delvis som en digital minnesenhet med lagrad information representerad på åtminstone en utgångsterminal svarande mot den åtminstone en utgångsterminalen hos kodaren (106).

13. Batterienhet enligt något av krav 9 till 10, kännetecknad av att kodaren (106) är utförd åtminstone delvis som programvara i en processor (108) som har åtminstone en programmerbar utgångsterminal motsvarande den åtminstone en utgångsterminalen hos kodaren (106).