專利名稱：便攜電子裝置的電子電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及便攜電子裝置的電子電路領(lǐng)域。
消費(fèi)市場(chǎng)不斷需求更小的并提供更先進(jìn)特性的便攜電子裝置。這些裝置的例子包括密致盤播放機(jī)、雙向無(wú)線電、蜂窩電話、和計(jì)算機(jī)裝置，在此僅列舉幾個(gè)。隨著這些裝置變得更小，增加了對(duì)這些裝置供電的更小的便攜電源的需求。
在較低電壓工作的電子電路有助于降低這些裝置的能耗，因此有助于減小在合理時(shí)間期間范圍操作這些裝置所需的便攜電源的尺寸。然而，諸如放大器電路之類的某些電路總是在較高電壓工作時(shí)最有效。
盡管有低電壓的改進(jìn)，便攜電源可能仍然太龐大、太重，或?qū)υS多大功率應(yīng)用來說不能維持足夠長(zhǎng)時(shí)間。對(duì)于諸如電池或電池組之類的便攜電源必須經(jīng)常處理由裝置引起的電流的短期波動(dòng)。電池必須足夠耐用以提供可能明顯高于裝置平均電流的峰值電流。因此，電池可能經(jīng)常具有較大尺寸以滿足該裝置的功率要求，即使一個(gè)較小的電池足以滿足能量要求。
為幫助緩解這些問題，可由一個(gè)包括與較小電池并聯(lián)的電容的能量系統(tǒng)向裝置供電。在此，電容有效地降低能量系統(tǒng)的阻抗。在一個(gè)電流脈沖期間，適當(dāng)選擇的電容將因其較低的等效串聯(lián)電阻(ESR)降低系統(tǒng)中的電壓降。為使尺寸和重量保持最小，可選擇電容的最大工作電壓使其不明顯大于該裝置的工作電壓。
除使主電源接口與主電源連接外，裝置可包括一個(gè)輔助電源接口，以便與一個(gè)輔助電源連接。輔助電源可以是諸如汽車電池之類不存在與較小電池關(guān)聯(lián)的問題的較大電源。因此，該裝置的操作者具有利用輔助電源延長(zhǎng)該裝置工作時(shí)間的選項(xiàng)。輔助電源可提供比主電源的額定工作電壓大的額定工作電壓。
因此，需要一種適應(yīng)和進(jìn)一步支持便攜電子裝置的這些及類似要求的電子電路，特別是適于帶有大電流脈沖要求的低電壓應(yīng)用的電子電路。


圖1是包括一個(gè)移動(dòng)站和一個(gè)基站的通信系統(tǒng)的示意方框圖，示出了移動(dòng)站的電子電路。
圖2是一個(gè)簡(jiǎn)化替換實(shí)施例的電子電路的示意圖。
便攜電子裝置的電子電路包括一個(gè)構(gòu)成用于與電源耦合的電源接口，一個(gè)耦合到電源接口的負(fù)載，一個(gè)具有最大工作電壓的儲(chǔ)能電路，和一個(gè)開關(guān)電路。該開關(guān)電路與儲(chǔ)能電路串聯(lián)耦合到電源接口，并在負(fù)載超過最大工作電壓時(shí)響應(yīng)該電壓從電源接口可切換地?cái)嚅_儲(chǔ)能電路。
圖1是包括一個(gè)移動(dòng)站102和一個(gè)基站104的通信系統(tǒng)100的示意方框圖。移動(dòng)站102是一個(gè)便攜電子裝置，更具體地說是一個(gè)便攜無(wú)線通信裝置。移動(dòng)站102和基站104在無(wú)線通信信道上通過射頻(RF)信號(hào)通信。
在該實(shí)施例中，通信系統(tǒng)100是一個(gè)蜂窩式電話系統(tǒng)，更具體地說是一個(gè)按照時(shí)分多址(TDMA)協(xié)議工作的蜂窩式電話系統(tǒng)，例如在日本使用的個(gè)人數(shù)字蜂窩(PDC)系統(tǒng)。正如所熟知的，按照TDMA協(xié)議工作的移動(dòng)站是一種需要脈沖電流的應(yīng)用。在TDMA協(xié)議的每個(gè)發(fā)射時(shí)隙期間需要相對(duì)大的電流，而在每個(gè)非發(fā)射時(shí)隙期間，例如TDMA協(xié)議的每個(gè)接收時(shí)隙中需要相對(duì)小的電流。
移動(dòng)站102包括一個(gè)配置在小的、便攜外殼(未示出)中的電子電路106。電子電路106包括一個(gè)電源接口108，一個(gè)電源接口114，控制電路120，一個(gè)接收機(jī)122，一個(gè)發(fā)射機(jī)124，一個(gè)天線126，用戶接口電路128，一個(gè)調(diào)節(jié)器130，和一個(gè)開關(guān)電路132。發(fā)射機(jī)124包括一個(gè)調(diào)制器134，一個(gè)功率放大器(PA)136，一個(gè)電解質(zhì)電容器138，和一個(gè)開關(guān)電路140。接收機(jī)122和發(fā)射機(jī)124耦合到用于從和向具有天線105的基站104接收和發(fā)射RF信號(hào)的天線126。調(diào)制器134耦合到控制電路120和PA136。PA136有一個(gè)耦合到電源接口108的偏置輸入端146。開關(guān)電路140與電解質(zhì)電容器138串聯(lián)耦合到電源接口108。電解質(zhì)電容器138最好具有大于1mF的電容。
控制電路120耦合到接收機(jī)122對(duì)其進(jìn)行控制，并用于接收和處理來自通過天線126接收的RF信號(hào)的信息。另外，控制電路120耦合到發(fā)射機(jī)124對(duì)其進(jìn)行控制，并用于處理和發(fā)射帶有RF信號(hào)的信息。在一種典型結(jié)構(gòu)中，控制電路120產(chǎn)生控制和數(shù)據(jù)信息并將其送到調(diào)制器134調(diào)制成RF信號(hào)。經(jīng)調(diào)制的RF信號(hào)送到PA136，以便經(jīng)天線126通過通信信道以大功率傳輸。
控制電路120通過控制線145耦合到開關(guān)電路132并控制開關(guān)電路132，通過控制線144耦合到開關(guān)電路140并控制開關(guān)電路140。開關(guān)電路132和140最好是各自包括一個(gè)本領(lǐng)域中熟知的，在電子電路106中適當(dāng)耦合的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)或功率FET(未示出)。例如，開關(guān)電路140可包括一個(gè)源極耦合到偏置輸入端146，漏極耦合到電解質(zhì)電容器138，和柵極耦合到控制線140的功率FET。功率FET最好能處理至少0.5安培的電流并具有低于120mΩ的“接通”電阻。作為替換，開關(guān)電路132和140各自包括一個(gè)以更新的技術(shù)改進(jìn)設(shè)計(jì)的微型機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)。通常，MEMS是一種經(jīng)常在集成電路(IC)中制造的機(jī)械裝置或開關(guān)。MEMS最好具有大承受電壓(standoff voltage)和很小的“接通”電阻。
同樣耦合到控制電路120的用戶接口電路128包括檢測(cè)用戶輸入并提供用戶輸出響應(yīng)的電路。在一種典型結(jié)構(gòu)中，用戶接口電路128包括檢測(cè)用戶啟動(dòng)鍵(例如電話和功能鍵)的鍵檢測(cè)電路，在顯示器上顯示信息的顯示電路，以及一個(gè)揚(yáng)聲器和一個(gè)話筒(未示出)。
控制電路120最好包括一個(gè)或多個(gè)諸如微處理器和數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)之類的處理器，這些處理器各自具有軟件程序和用于處理、控制和操作的存儲(chǔ)器。
電源接口108通過開關(guān)電路132耦合到調(diào)節(jié)器130和控制電路120，電源接口114通過二極管142耦合到調(diào)節(jié)器130和控制電路120。電和機(jī)械地構(gòu)成電源接口108以便與主電源110的接口112耦合，電和機(jī)械地構(gòu)成電源接口114以便與輔助電源116的接口118耦合。最好是電源接口108包括電觸點(diǎn)，以便與接口112的電觸點(diǎn)直接接觸，電源接口114包括電觸點(diǎn)，以便與接口118的電觸點(diǎn)直接接觸。
輔助電源116提供比主電源110提供的額定工作電壓大的額定工作電壓。輔助能源116的額定工作電壓也比電解質(zhì)電容器138的最大工作電壓或最大工作電壓額定值大。
電子電路106在連接時(shí)由來自主電源110和/或輔助電源116的電能電操作。當(dāng)主電源110連接到電源接口108時(shí)，控制電路120工作以檢測(cè)是否可在電源接口114得到輔助電源116。如果不能得到輔助電源，控制電路120通過控制線144和145閉合開關(guān)電路132和140(或保持開關(guān)電路的閉合)。在此，電源接口108耦合到調(diào)節(jié)器130，電解質(zhì)電容器138耦合到電源接口108和偏置輸入端146。調(diào)節(jié)器130從主電源110接收電能并從其產(chǎn)生主供電電壓(V)。
主供電電壓偏置電子電路106的大部分電路。然而，電解質(zhì)電容器138從主電源110接收連續(xù)或間斷的電能并被充電到比主供電電壓大的電壓。電解質(zhì)電容器138滿足效率并用于降低因PA136需要的大電流造成的低電壓降。因此，PA136針對(duì)大功率傳輸而被偏置較大的電壓并提高效率。
如果控制電路120檢測(cè)到可得到輔助電源116，控制電路120通過控制線144和145使開關(guān)電路132和140斷開(或保持?jǐn)嚅_狀態(tài))。在此，電源接口108從調(diào)節(jié)器130斷開，電解質(zhì)電容器138從電源接口108和偏置輸入端146斷開。電解質(zhì)電容器138從電源接口108可切換地?cái)嚅_以避免電解質(zhì)電容器138的電壓超過其最大工作電壓。在此，調(diào)節(jié)器130從輔助電源116接收電能并從其產(chǎn)生主供電電壓。輔助電源116的額定工作電壓足夠大，以便操作PA136以有效的大功率傳輸而不使用電解質(zhì)電容器138。
控制電路120最好在預(yù)定電壓利用電壓檢測(cè)來檢測(cè)輔助電源116的可利用性，其中一個(gè)電壓比較器(未示出)包括在控制電路120中。在此，當(dāng)在電源接口108處的電壓大于主電源110的額定工作電壓時(shí)，或在電源接口114處的電壓等于或大于輔助電源116的額定工作電壓或電解質(zhì)電容器138的最大工作電壓時(shí)，控制電路120斷開開關(guān)電路132和140。作為替換，例如，控制電路120響應(yīng)來自僅可由輔助電源116啟動(dòng)的機(jī)械開關(guān)(未示出)的信號(hào)斷開開關(guān)電路132和140。
主電源110最好包括具有適合于手持便攜尺寸和重量的一個(gè)電池(或多個(gè)電池)，并且可以是電池組。電池組通常包括至少一個(gè)帶有適合包裝的電池單元和裝在移動(dòng)站102上并與移動(dòng)站102連接的機(jī)構(gòu)。這些電池可以是現(xiàn)有的堿性電池。電源接口108可以是任何適合的電池或電池組接口。另外，輔助電源116最好是汽車電池，而電源接口114是為許多蜂窩電話所共有的任何適合的多端連接器接口。例如，電源接口114可以是一個(gè)多端連接器接口，構(gòu)造成適合利用一個(gè)適當(dāng)?shù)倪B接器與汽車的香煙點(diǎn)燃器連接。
可以有幾種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在一種結(jié)構(gòu)中，主電源110是提供約3.6伏額定工作電壓的鋰離子電池，輔助電源116是提供約13.8伏額定工作電壓的汽車電池。電解質(zhì)電容器138具有約0.07法的電容量和約4.8伏的最大工作電壓。調(diào)節(jié)器130產(chǎn)生約2.7伏的主供電電壓。
在另一種結(jié)構(gòu)中，主電源110是提供約1.5伏額定工作電壓的單個(gè)單元電池，輔助電源116是提供約3伏額定工作電壓的鋰離子電池。電解質(zhì)電容器138具有約0.07法電容量和約2.4伏最大工作電壓。調(diào)節(jié)器130產(chǎn)生約0.9伏的主供電電壓。
控制電路120可響應(yīng)其它系統(tǒng)條件同樣可切換地?cái)嚅_電解質(zhì)電容器138。例如，主電源110可以是可再充電電源并具有明顯大于其額定工作電壓的滿充電工作電壓。選擇電解質(zhì)電容器138具有大于主電源110的額定工作電壓但小于滿充電工作電壓的最大工作電壓。當(dāng)主電源110在滿充電工作電壓被再充電并連接到電源接口108時(shí)，控制電路120經(jīng)控制線144操作以斷開開關(guān)電路140(斷開電解質(zhì)電容器138)，同時(shí)保持開關(guān)電路132閉合工作?？刂齐娐?20保持開關(guān)電路140斷開，直到主電源110提供小于最大工作電壓的工作電壓。
作為另一個(gè)實(shí)例，控制電路120響應(yīng)移動(dòng)站102的工作狀態(tài)斷開電解質(zhì)電容器138。例如，移動(dòng)站102以操作的備用狀態(tài)(低功率狀態(tài))和操作的通話狀態(tài)(高功率狀態(tài))工作。在備用狀態(tài)期間，移動(dòng)站102工作以接收一個(gè)尋呼或一個(gè)呼叫，電子電路106從主電源110得到一個(gè)相對(duì)小的電流。諸如發(fā)射機(jī)124之類的電子電路106的幾個(gè)電路降低功率并且在備用狀態(tài)中不使用。在通話狀態(tài)期間，移動(dòng)站102工作以便通過話音或數(shù)據(jù)信號(hào)與基站104通信，電子電路106從主電源110得到一個(gè)相對(duì)大的電流。在每個(gè)發(fā)射時(shí)隙期間得到大電流的諸如發(fā)射機(jī)124和P136之類的電子電路106的幾個(gè)附加電路處在使用中。控制電路120通過供工作之用的主電源110在通話狀態(tài)期間閉合開關(guān)電路140和在備用狀態(tài)期間斷開開關(guān)電路140。電解質(zhì)電容器138在備用狀態(tài)期間斷開以避免電流泄漏，從而降低移動(dòng)站102的能耗。電解質(zhì)電容器138最好在備用狀態(tài)的大部分持續(xù)時(shí)間斷開；然而，較短的持續(xù)時(shí)間仍是有益的。該實(shí)例容易與上面描述的實(shí)例和實(shí)施例組合(例如，當(dāng)可得到輔助電源116時(shí)，開關(guān)電路140在通話狀態(tài)期間斷開)。
可以理解，除了被稱為電解質(zhì)電容器的之外，電源接口108可以可切換地耦合到諸如一個(gè)電容器、一個(gè)大電容器、一個(gè)超大電容器，或其它適當(dāng)電路等儲(chǔ)能電路。電解質(zhì)電容器由于在尺寸上比具有相同電容量的傳統(tǒng)介質(zhì)或電解電容器小得多而被優(yōu)選。還應(yīng)理解，電解質(zhì)電容器138可以可切換地耦合到除PA136外的負(fù)載。
圖2是電子電路200一個(gè)簡(jiǎn)化替換實(shí)施例的示意方框圖。電子電路200包括一個(gè)電源接口202，一個(gè)負(fù)載204，一個(gè)儲(chǔ)能電路206，和一個(gè)開關(guān)電路208。負(fù)載204與電源接口202并聯(lián)耦合。儲(chǔ)能電路206與開關(guān)電路208串聯(lián)耦合，儲(chǔ)能電路206和開關(guān)電路208與電源接口202并聯(lián)耦合。
電子電路200的構(gòu)成及其操作與圖1的電子電路106中的相似。構(gòu)成電源接口202用于與第一電源和第二電源(兩者均未示出)耦合，每個(gè)電源用來分開向負(fù)載204供電。第一電源提供第一額定工作電壓，第二電源提供比第一額定工作電壓大和比儲(chǔ)能電路206的最大工作電壓大的第二額定工作電壓。
當(dāng)耦合到第一電源并可在電源接口202得到時(shí)，開關(guān)電路208閉合。儲(chǔ)能電路206耦合到電源接口202并滿足效率和用于降低因負(fù)載204對(duì)大電流的需求造成的低電壓降。當(dāng)耦合到第二電源并可在電源接口202得到時(shí)，開關(guān)電路208斷開。儲(chǔ)能電路206從電源接口202斷開以避免在儲(chǔ)能電路206的電壓超過最大工作電壓。從第二電源提供的更高的額定工作電壓減少了將儲(chǔ)能電路206與電源接口202耦合的需要。
開關(guān)電路208最好是響應(yīng)利用電壓比較器(未示出)從電源接口202檢測(cè)到的比預(yù)定電壓大的電壓工作。在此，構(gòu)成開關(guān)電路208以便在電源接口202的電壓比第一額定工作電壓大、或等于或大于第二額定工作電壓或最大工作電壓時(shí)斷開。作為替換，例如，構(gòu)成開關(guān)電路208以便響應(yīng)來自僅可由第二電源啟動(dòng)的機(jī)械開關(guān)(未示出)的信號(hào)斷開。
在該優(yōu)選實(shí)施例中，儲(chǔ)能電路206是一個(gè)電容器或電解質(zhì)電容器，負(fù)載204是一個(gè)如相對(duì)于圖1描述的功率放大器。另外，開關(guān)電路208包括如相對(duì)于圖1描述的一個(gè)功率FET或一個(gè)MEMS。第一和第二電源是便攜電源，例如如相對(duì)于圖1描述的電池或電池組(最好包括堿性和/或鋰離子電池)。開關(guān)電路208可以響應(yīng)如相對(duì)于圖1描述的低和高功率狀態(tài)工作。因此，圖1和2的實(shí)施例方面的組合是很顯然的并很容易理解。
因此，根據(jù)本發(fā)明的電子電路有助于降低便攜電子裝置的功耗和尺寸。例如，利用電子電路200的便攜電子裝置可通過用于有效工作的小電池和儲(chǔ)能電路206，或用具有足夠供有效工作用的額定工作電壓和超過最大工作電壓的較大電池工作。通過選擇最大工作電壓低于較大電池的額定工作電壓，減小了儲(chǔ)能電路206和便攜電子裝置的尺寸。
雖然已給出并描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例，可對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。例如，這種電路可在除PDC系統(tǒng)之外的諸如GSM系統(tǒng)之類的系統(tǒng)中工作的便攜無(wú)線通信裝置中使用。因此，其意圖是在所附權(quán)利要求中覆蓋落入本發(fā)明真實(shí)精神和范圍內(nèi)的所有這類變化和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1．一種用于便攜電子裝置的電子電路，該電子電路包括一個(gè)第一電源接口；一個(gè)負(fù)載，所述負(fù)載耦合到所述第一電源接口；一個(gè)儲(chǔ)能電路，所述儲(chǔ)能電路具有一個(gè)最大工作電壓；和一個(gè)開關(guān)電路，所述開關(guān)電路與所述儲(chǔ)能電路串聯(lián)耦合到所述第一電源接口，所述開關(guān)電路響應(yīng)在所述負(fù)載處超過最大工作電壓的電壓從所述第一電源接口可切換地?cái)嚅_所述儲(chǔ)能電路。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子電路，其中所述儲(chǔ)能電路包括一個(gè)電解質(zhì)電容器。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子電路，其中所述負(fù)載包括一個(gè)功率放大器。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子電路，其中所述開關(guān)電路包括一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
5．一種便攜電子裝置，包括一個(gè)第一電源接口，構(gòu)成的所述第一電源接口用于與第一電源耦合；一個(gè)第二電源接口，構(gòu)成的所述第二電源接口用于與第二電源耦合；一個(gè)發(fā)射機(jī)，所述發(fā)射機(jī)包括一個(gè)功率放大器；一個(gè)儲(chǔ)能電路；一個(gè)第一開關(guān)電路，與所述儲(chǔ)能電路串聯(lián)的所述第一開關(guān)電路連接到所述功率放大器的偏置輸入端；和控制電路，所述控制電路耦合到所述第一開關(guān)電路。
6．根據(jù)權(quán)利要求5所述的便攜電子裝置，其中所述儲(chǔ)能電路包括一個(gè)電解質(zhì)電容器。
7．根據(jù)權(quán)利要求5所述的便攜電子裝置，其中所述控制電路工作，以響應(yīng)在所述第二電源接口得到的第二電壓斷開所述第一開關(guān)電路。
8．根據(jù)權(quán)利要求5所述的便攜電子裝置，其中所述控制電路工作，以響應(yīng)在所述偏置輸入端比所述儲(chǔ)能電路的最大工作電壓大的電壓斷開所述第一開關(guān)電路。
9．根據(jù)權(quán)利要求5所述的便攜電子裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)第二開關(guān)電路，所述第二開關(guān)電路連接在所述第一電源接口和所述偏置輸入端之間，其中所述控制電路工作，以響應(yīng)在所述第二電源接口得到的第二電壓斷開所述第一開關(guān)電路和所述第二開關(guān)電路。
10．一種便攜無(wú)線通信裝置，包括一個(gè)第一電源接口，構(gòu)成的所述第一電源接口用于與一個(gè)便攜電源耦合；一個(gè)發(fā)射機(jī)，所述發(fā)射機(jī)包括一個(gè)具有一個(gè)偏置輸入端的功率放大器；一個(gè)電解質(zhì)電容器，所述電解質(zhì)電容器具有一個(gè)最大工作電壓；一個(gè)第一開關(guān)電路，耦合到所述偏置輸入端的所述第一開關(guān)電路與所述電解質(zhì)電容器并聯(lián)；和控制電路，所述控制電路耦合到所述第一開關(guān)電路，所述控制電路工作以斷開所述第一開關(guān)電路，以避免在所述電解質(zhì)電容器的電壓超過最大工作電壓。
全文摘要
一種用于便攜電子裝置的電子電路(200)包括一個(gè)電源接口(202),一個(gè)耦合到電源接口(202)的負(fù)載(204),一個(gè)具有最大工作電壓的儲(chǔ)能電路(206),和一個(gè)開關(guān)電路(208)。開關(guān)電路(208)耦合到與儲(chǔ)能電路(206)串聯(lián)的電源接口(202)。開關(guān)電路(208)工作以響應(yīng)在負(fù)載(204)超過最大工作電壓的電壓可切換地?cái)嚅_儲(chǔ)能電路(206)。
文檔編號(hào)H04B1/04GK1220567SQ9812534
公開日1999年6月23日 申請(qǐng)日期1998年12月18日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月19日
發(fā)明者杜安·拉比, 威廉·P·阿爾伯思, 路易斯·J·范納塔 申請(qǐng)人:摩托羅拉公司