SE514258C2 - Portabel kommunikationsanordning samt metod för att bestämma dess effektförbrukning - Google Patents

Description

W 514 258 2 uppskattning av den tid, som kvarstår tills batteriet måste laddas upp.

Bestämning av återstående batterikapacitet inbegriper väsentligen två separata strömmätningar; en mätning för strömmen, som flyter till batteriet (laddning), och en mätning för strömmen, som förbrukas av batteriet (urladd- ning).

Laddströmmen är ofta tämligen enkel att mäta. En (CPU) som är direkt proportionell mot strömmen genom ett litet mikroprocessor kan avläsa en A/D-omvandlad signal, motstånd. Eftersom mikroprocessorn styr laddningsprocessen, kommer den också att ha tillgång till alla relevanta data för att beräkna den totala ström, som har tillförts batte- riet under en viss tidsperiod.

Att mäta urladdningsströmmen eller strömförbrukningen är emellertid mycket svårare, särskilt för avancerade telefoner med komplex funktionalitet och många drifttill- stånd. Traditionellt mäter man urladdningsströmmen genom att beräkna den förväntade strömförbrukningen, när tele- fonen befinner sig i olika drifttillstånd. Tidigare mobil- telefoner hade väsentligen endast tvà drifttillstånd; samtalsläge och beredskapsläge. För sådana mobiltelefoner mätte man strömförbrukningen i samtalsläge respektive beredskapsläge en gång för alla i laboratorietestmiljö och lagrade dessa i ett minne i telefonen som respektive förut- bestämda förbrukningsvärden. I drift höll telefonen reda på den tid, som tillbringats i samtalsläge respektive bered- skapsläge, och senare beräknades den totala strömmen, som förbrukats från batteriet, genom att multiplicera de respektive drifttiderna med de förutbestämda förbruknings- värdena.

Ett sådant tillvägagångssätt visas i US-A-5 248 929, där en mikroprocessor i mobiltelefonen regelbundet exekve- rar en avbrottsstyrd mjukvarurutin (en gång varje 100 ms), varvid det momentana drifttillståndet bestäms. De förut- lO 5å4 258 3 bestämda förbrukningsvärdena läses från minnet, och det resulterande effektförbrukningsvärdet adderas till ett ackumulerat värde, vilket i sin tur används för att bestämma återstående batterikapacitet och drifttid i samtalsläge samt beredskapsläge. Även om det ovan beskrivna, tidigare kända tillväga- gángssättet ger en acceptabel uppskattning av effekt- förbrukning för ett förenklat scenario med endast två drifttillstànd, kan detta tillvägagångssätt inte användas för mera avancerade telefoner med många drifttillstånd.

Effektförbrukningen hos en modern TDMA-telefon ("Time Division Multiple Access") beror exempelvis inte enbart på huruvida telefonen befinner sig i beredskapsläge eller samtalsläge; effektförbrukningen påverkas av åtminstone följande faktorer i beredskapsläge respektive samtalsläge: Beredskapsläge ~ Antal angränsande basstationer - Avsökningsfrekvens - Bakgrundsbelysning - LCD-ikonläge på/av ~ Positionsuppdateringsfrekvens ~ Toppindikator - Tillbehör anslutet/bortkopplat Samtalsläge ~ Uteffekt - Bakgrundsbelysning ~ Band (900/1800/1900 MHz) 0 HR/FR/EFR ("Half Rate/Full Rate/Enhanced Full Rate"), dvs talkodarläge - HF-algoritm - DTX/ingen DTX (datasändning) - DRX/ingen DRX (datamottagning) - Tillbehör anslutet/bortkopplat 514 258 4 Ett mycket stort antal olika drifttillstånd kan upp- komma ur olika kombinationer av individuella faktorer enligt ovan, och följaktligen finns det ett påtagligt behov av ett alternativt sätt, annat än det ovan beskrivna, för att bestämma effektförbrukning för batteriet.

Samanfattning av uppfinningen Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhanda- hålla ett nytt och väsentligt förbättrat sätt att bestämma effektförbrukning för batteriet i en portabel kommunika- tionsanordning, exempelvis en mobiltelefon.

Allmänt betraktat har syftet uppnåtts genom den upp- finningsmässiga insikten, att man för en godtycklig kommu- nikationsanordning, vars olika elektroniska kretsar styrs genom att styrsignaler avges från en central styrenhet (såsom en mikroprocessor eller CPU), kan bestämma förlag- rade effektförbrukningsvärden för individuella kretsar och senare använda dessa i styrenheten för att räkna före- komsten av olika styrsignaler och beräkna en total effekt- förbrukning från resultaten av räkningen samt de förut- bestämda individuella förbrukningsvärdena.

Uppfinningen är särskilt väl lämpad för en TDMA- telefon, som använder olika styrpulser eller "strober" för att slå på och av olika radiokretsar, exempelvis effekt- förstärkare, filter och synteskretsar, samt även andra elektroniska kretsar, exempelvis D/A-omvandlare. Alla strober kontrolleras fullständigt av mikroprocessorn på ett sådant sätt, att telefonen kan sända och mottaga i korrekt tidslucka.

Ovanstående syfte har närmare bestämt uppnåtts genom en portabel kommunikationsanordning och en metod för att bestämma dess effektförbrukning enligt bifogade själv- ständiga patentkrav. Andra syften, särdrag och fördelar med föreliggande uppfinning kommer att framgå av följande *<1 514-258 detaljerade beskrivning, av bifogade ritningar samt även av underkraven.

Kort beskrivning av ritningarna En föredragen utföringsform av föreliggande upp- finning kommer nu att beskrivas närmare i detalj under hänvisning till bifogade ritningar, pà vilka: FIG 1 är en översiktlig frontvy av en mobiltelefon med en grafisk indikator för återstående batterikapacitet, FIG 2 är ett översiktligt blockschema över de viktigaste elektroniska och elektriska komponenterna i den i FIG 1 visade mobiltelefonen, FIG 3 schematiskt illustrerar en hårdvarurealisering av en del av funktionaliteten hos den föredragna utförings- formen samt FIG 4 är ett flödesschema över en annan del av funk- tionaliteten hos den föredragna utföringsformen, implemen- terad i mjukvara.

Detaljerad redogörelse av en föredragen utföringsform En föredragen utföringsform av föreliggande upp- finning kommer nu att beskrivas i detalj genom att hänvisa till en i FIG 1 visad mobiltelefon. Som redan nämnts, är föreliggande uppfinning emellertid lika tillämplig för alla andra portabla kommunikationsanordningar, vilka omfattas av definitionerna i de självständiga patentkraven.

Mobiltelefonen 1 är en cellulär GSM TDMA telefon och innefattar en antenn 2, en toppindikator 3 för att indikera driftstatus, en högtalare 4, volymjusteringsknappar 5, en grafisk display 6, en uppsättning tangenter i en knappsats 7 samt en lucka 8, som är vridbart monterad på ett telefon- hölje 11 medelst en gángled 12. Luckan 8 har en talöppning 9 för mottagning av akustisk talenergi frán användaren av telefonen. Den akustiska energin överförs genom luckan 8, W H 514 258 6 via en på ritningen ej visad intern ljudledande kanal, till en intern mikrofon (ej visad) i telefonhöljet 11.

Displayen 6 innefattar en indikator 14 för signal- styrka, en indikator för telefonoperatör, en datumindikator och en indikator 13 för återstående batterikapacitet.

Mobiltelefonens viktigaste elektroniska kretsarran- gemang illustreras i FIG 2. Från en övergripande synvinkel innefattar kretsarrangemanget en antenn 200, ett radioblock 210, ett kanalkodnings/avkodningsblock 220, ett talkod- nings/avkodningsblock 230, ett styrblock 240, en mikrofon 250, en högtalare 260 och ett batteri 270. Förutom styr- blocket 240 har samtliga blocken 200, 210, 220, 230, 250, 260 och 270 en utformning och en konstruktion, som är väl- kända och typiska för en på marknaden vanligt förekommande TDMA-telefon. Dessa block ges därför endast en kortfattad beskrivning nedan; den detaljerade arkitekturen hos dessa block är välkänd för fackmannen.

Talkodnings/avkodningsblocket 230 innefattar en tal- kodare 232, vars ingång är förbunden med en utgång pà mikrofonen 250 och vars utgång är förbunden med en ingång på en kanalkodare 222 i blocket 220. En utgång på kanal- kodaren 222 är förbunden med en ingång på en sändare 212, som är en del av radioblocket 210. En utgång på sändaren 212 är förbunden med antennen 200. På välkänt vis tar således mikrofonen 250 emot en talad hörbar insignal från en användare och omvandlar denna till en motsvarande elektrisk signal, vilken tillförs talkodaren 232. Tal- kodaren 232 tillämpar antingen HR, FR eller EFR-talkodning på signalen och avger resultatet till kanalkodaren 222, vilken genomför kanalkodning enligt GSM TDMA-standard.

Utsignalen från kanalkodaren 222 matas till sändaren 212, som innefattar diverse elektroniska kretsar såsom effekt- förstärkare, filter och blandare. Utsignalen från sändaren 212 är en högfrekvent TDMA-signal i exempelvis 900 MHz- bandet, vilken tillförs antennen 200 och avges i fria *l 514 258 7 luften som elektromagnetiska vågor med utbredning frán antennen 200.

På motsvarande vis tas en inkommande TDMA-signal emot vid antennen 200 och bearbetas av en mottagare 214 i radio- blocket 210. Funktionen för mottagaren 214 är väsentligen den omvända mot funktionen för sändaren 212. En utsignal från mottagaren 214 avkodas i en kanalavkodare 224 i blocket 220 och avkodas vidare av en talavkodare 234 i blocket 230. Dess utsignal tillförs högtalaren 260, vilken omvandlar den elektriska signalen till akustiska ljudvågor, som avges till användaren.

Batteriet 270 är anordnat att strömförsörja de olika elektroniska kretsarna i modulerna 210, 220, 230 och 240.

Företrädesvis är batteriet 270 något kommersiellt tillgäng- ligt uppladdningsbart batteri, exempelvis ett litium-jon- batteri eller NiCd-batteri.

Styrblocket 240 innefattar en mikroprocessor eller CPU (centralprocessor) 242, som är dubbelriktat förbunden med ett minne 244. Bland övriga funktioner styr CPUn 242 de olika komponenterna i blocken 210, 220 och 230, samt även en A/D-omvandlare 248, medelst styrsignaler, vilka representeras av enkelriktade pilar i FIG 2. Närmare bestämt styrs komponenterna i radioblocket 210, vilket förbrukar en majoritet av den totala elektriska energi, förbrukas från batteriet 270, av CPUn 242 och en till- hörande tidskontrollerande enhet 246 medelst respektive SOITI styrsignalpulser eller "strober". En "TX str"-strob avges följaktligen av den tidskontrollerande enheten 246, under styrning från CPUn 242, till sändaren 212. På liknande vis styr en "RX str"-strob mottagaren 214, medan en "Synth str"-strob styr en synteskrets 216. En separat strob styr A/D-omvandlaren 248.

Hittills är arkitekturen hos styrblocket 240 samt dess arbetssätt medelst olika strober väsentligen identiska med en GSM TDMA-telefon av standardtyp.

N Ü í514 258 8 Enligt den föredragna utföringsformen förses styr- blocket 240 med en strobdetektor 247, som är anordnad att detektera förekomsten av strober (dvs styrpulser med uppgift att slå på och av specifika kretsar), vilka avges av den tidskontrollerande enheten 246 på individuella styr- ledningar, som sträcker sig mellan den tidskontrollerande enheten 246 och sändaren 212, mottagaren 214 och syntes- kretsen 216 i radioblocket 210. Syftet med strobdetektorn 247 är att räkna antalet TX-strober, RX-strober och Synth- strober. De räknade värdena kommer att användas av CPUn 242 för att bestämma en total effektförbrukning från batteriet 270, vilket kommer att beskrivas i närmare detalj nedan.

Innan det ges en detaljerad beskrivning av funk- tionerna hos strobdetektorn 247 och CPUn 242 för att bestämma ovan nämnda totala effektförbrukningsvärde, kommer det uppfinningsmässiga konceptet att använda styrpulser eller strober i syfte att bestämma effektförbrukning att diskuteras härnäst.

Som redan nämnts, använder en TDMA-telefon ett antal styrpulser eller strober, vilka utnyttjas för att slå på och av exempelvis olika radiokretsar. Stroberna styrs alla fullkomligt av CPUn 242 på ett sådant sätt, att telefonen kan sända och mottaga i korrekt TDMA-tidslucka. TX-stroben aktiveras exempelvis åtminstone en gång för varje TDMA-ram för att slå på sändaren 212 och de däri ingående komponen- terna, exempelvis effektförstärkaren (PA). Sändaren aktive- ras, genom TX-stroben, precis före korrekt tidslucka och deaktiveras därefter omedelbart efter denna tidslucka, genom att växla TX-stroben från exempelvis ett högt logiskt värde till ett lågt logiskt värde. I normalt samtalsläge, dvs för ett talsamtal, alstras TX-stroben exakt en gång i varje TDMA-ram av CPUn 242 och den tidskontrollerande enheten 246, under så lång tid som det pågående telefonsam- talet varar. Når det är fråga om ett datasamtal (DTX), kan 514 2581 9 däremot antalet TX-strober vara två eller flera (multi- lucka) i varje TDMA-ram.

Eftersom TX-stroben aktiverar/deaktiverar en väldefi- nierad uppsättning elektroniska kretsar i sändaren 212, och eftersom den individuella effektförbrukningen för var och en av dessa kretsar är välkänd och/eller kan mätas med nog- grannhet en gäng för alla i en laboratorietestmiljö, för- knippas nu TX-stroben enligt uppfinningen med ett förutbe- stämt specifikt strömförbrukningsvärde, vilket represen- terar den ström, som förbrukas av alla relevanta sändar- kretsar vid aktivering av en TX-strob.

Genom att räkna antalet gånger som TX-stroben före- kommer, kan man följaktligen enkelt beräkna den totala effektförbrukningen, som förorsakats av TX-strober under en given tidsperiod, genom att multiplicera resultatet av räkningen med det förutbestämda effektförbrukningsvärdet per TX-strob.

Som en viktig fördel kommer den ovan beskrivna upp- finningsmässiga metoden att vara helt oberoende av huruvida telefonen har använts för ett talsamtal (inbegripande exakt en TX-strob per TDMA-ram) eller ett datasamtal (multilucka; eventuellt inbegripande mer än en TX-strob per TDMA-ram).

Detektorn 247 kommer helt enkelt att hålla reda pá alla TX- strober, oberoende av i vilka ramar, som de kan tänkas upp- träda.

Ovanstående resonemang kan tillämpas även pà RX- stroben och Synth-stroben. Det kan vidare tillämpas pà andra styrpulser eller strober, exempelvis en A/D-strob för att styra A/D-omvandlaren 248.

Med hänvisning åter till den detaljerade beskriv- ningen av den föredragna utföringsformen innefattar strob- detektorn 247 ett pulsräknarregister 300, som visas i FIG 3. Eftersom effektförbrukningen under en TX-strob beror pà den momentana effektniván för sändningen, innefattar puls- räknarregistret 300 ett flertal, eller n, minnesceller W B 514 258 TxStrobe[0], TxStrobe[1], TxStrobe[2], TxStrobe[n-1].

Pulsräknarregistret 300 innefattar vidare en minnescell RxStrobe och en cell, Synthstrobe, (RX str) till mottagaren 214 respektive styrpulsen (Synth str) till för styrpulsen synteskretsen 216.

Initialt rensas alla minnesceller, dvs sätts lika med noll. Varje gång en TxStrobe alstras av den tidskon- trollerande enheten 246, kommer därefter strobdetektor 247 att räkna upp minnesinnehållet vid minnescellen TxStrobefiJ, där i motsvarar den momentana sândningseffekt- nivån. Minnesinnehállet i minnescellen RxStrobe kommer på motsvarande vis att räknas upp, när en RX-strob detek- teras, och minnesinnehållet vid minnescellen Synthstrobe kommer att räknas upp efter en Synth-strob.

Som redan nämnts, förknippas ett strömförbruknings- värde med varje typ av strob, eller närmare bestämt med varje minnescell i pulsräknarregistret 300. Dessa ström- förbrukningsvärden representerar de respektive ström- mängder, som förbrukas av relevanta elektroniska kretsar vid aktivering av ifrågavarande typ av strob, samt lagras i ett tillhörande strömregister 310. Registret 310 kan vara beläget inuti strobdetektorn 247, och implementeras med fördel som ett EEPROM-minne, eller alternativt kan registret 310 för tillhörande ström lagras i det konven- tionella minnet 244.

FIG 4 illustrerar en algoritm för att bestämma en total effektförbrukning från batteriet 270 med hjälp av de strobräknarresultat, som erhållits genom strobdetektorn 247. Enligt den föredragna utföringsformen implementeras algoritmen som en mjukvarurutin, vilken lagras i minnet 244 och exekveras av CPUn 242. Vid initialisering rensas (sätts till 0) i ett första steg 400. Därefter exekveras en slinga, som innefattar steg en variabel Total_Current 410, 412 och 414, n gånger för att avsöka alla minnes- celler i pulsräknarregistret 300, som avser TX-strober. I 514 258 ll steget 410 avläses minnesinnehàllet i cellen Txstrobefij, där i löper från 0 till n-1. I steget 412 avläses mot- svarande innehåll i register TxCurrentfiJ, varvid man, erhåller det förutbestämda effektförbrukningsvärde, som är förknippat med en TX-strob vid effektnivà i. Därefter, i steget 414, räknas variabeln Total_Current upp med resul- tatet av TxStrobefi] multiplicerat med TxCurrentfiJ. Om i är mindre än n-1, ökas i med 1, varvid kontrollen återlämnas till steg 410. I annat fall överförs kontrollen till ett steg 420, där minnesinnehàllet vid register Rxstrobe av- läses, följt av avläsning av register RxCurrent i ett steg 422. I ett steg 424 ökas Total_Current med RxStrobe multi- plicerat med RxCurrent.

Därefter utförs motsvarande operationer i stegen 430-434 för register Synthstrobe, dvs registren Synthstrobe och SynthCurrent avläses, och resultatet av en multiplikation mellan dessa adderas till Total_Current.

När steget 434 har avslutats, innehåller följaktligen variabeln Total_Current ett beräknat värde på den totala effektförbrukningen från batteriet 270.

Genom att subtrahera värdet på Total_Current från ett ursprungsvärde eller föregående värde pà den totala batteriströmmen, som är tillgänglig i form av elektrisk energi lagrad i batteriet 270, kan man i ett steg 440 bestämma den återstående batteriladdningen. Därefter (FIG 1) på mobiltelefonens 1 display 6 för att återspegla den beräknade ändringen i uppdateras batteriikonen 13 återstående batteriladdning.

Ovanstående procedur, som har bskrivits med hänvis- ning till tre olika strober (TX-strob, RX-strob och Synth- strob), kan utsträckas till andra strober och kretsar såsom A/D-omvandlaren 248, kanalkodaren 222, kanal- avkodaren 224, talkodaren 232 och talavkodaren 234. De ovan beskrivna stroberna har alla en fast längd i tiden och kan följaktligen lagras, som beskrivits ovan, i form 514 zseâ 12 av strömförbrukningsvärden (uttryckta i mA). För stroberf med variabel längd kan emellertid de förutbestämda effekt- förbrukningsvärdena lagras som laddningsförbrukningsvärden (i mAh), och den individuella varaktigheten av sådana strober med variabla längder kommer att bestämmas av CPUn 242 eller strobdetektorn 247. längd kan exempelvis bestämmas genom att i ett register En sådan variabel strobe- addera en signal med en välkänd frekvens under varaktig- heten för den individuella stroben. Vid exekvering av proceduren för att bestämma den totala effektförbrukningen enligt FIG 4 representerar innehållet i ett sådant register direkt den totala tid, under vilken ifrågavarande strob har varit aktiv. Genom att helt enkelt multiplicera denna tid med tillhörande 1addningsförbrukningsvärde kan man bestämma effektförbrukningen för stroben.

Uppfinningen har beskrivits ovan med hänvisning till en föredragen utföringsform. Föreliggande uppfinning skall emellertid inte på något vis vara begränsat av ovanstående beskrivning; uppfinningsomràdet definieras bäst av bifogade självständiga patentkrav. Andra utföringsformer än den ovan beskrivna är lika möjliga inom ramen för upp- finningen. Även om man i den föredragna utföringsformen exempelvis bestämmer den totala effektförbrukningen i såväl hårdvara (strobdetektorn 247) som mjukvara (den av CPUn 242 exekverade rutinen), kan metoden implementeras enbart i hårdvara, enbart i mjukvara eller delvis i hård- vara och delvis i mjukvara.

Claims (7)

U 20 25 30 35 514 258 13 PATENTKRAV

1. Portabel kommunikationsanordning (1), innefattande ett flertal elektroniska kretsar (212, 214, 216), ett batteri (270) för att strömförsörja kretsarna, en styrenhet (240) och ett minne anordnad att styra åtminstone några av kretsarna genom att (244, 310), varvid styrenheten är avge styrsignaler (TX str, RX str, Synth str), för vilka kretsarna är mottagliga, kännetecknad av att minnet (310) är försett med en uppsättning förut- bestämda förbrukningsvärden (TxCurrent, RxCurrent, SynthCurrent) avseende en respektive mängd elektrisk energi, som förbrukas av kretsarna (212, 214, 216) vid mottagning av en respektive styrsignal (TX str, RX str, Synth str); samt av organ (247, 300) för att räkna styrsignalerna samt för att bestämma, med hjälp av nämnda uppsättning förut- bestämda förbrukningsvärden, ett värde (Total_Current) representerande förbrukningen av elektrisk energi från batteriet (270).

2. Portabel kommunikationsanordning enligt krav 1, kännetecknad av att den är en mobiltelefon (1), före- trädesvis en TDMA-telefon.

3. Portabel kommunikationsanordning enligt krav 1 eller 2, (212). där nämnda kretsar innefattar en radiosändare

4. Portabel kommunikationsanordning enligt något av föregående krav, där nämnda kretsar innefattar en radiomot- tagare (214).

5. Portabel kommunikationsanordning enligt något av föregående krav, (216). där nämnda kretsar innefattar en syntes- krets 10 15 20 514258 14

6. Metod för att bestämma effektförbrukning för en portabel batteridriven kommunikationsanordning (1), varvid anordningen innefattar en styrenhet (240) och elektroniska kretsar (212, 214, 216), varav åtminstone nägra är mottag- liga för styrsignaler (TX str, RX str, Synth str) fràn nämnda styrenhet, kånnetecknad av stegen att bestämma respektive antal av förekomster (TxStrobe, RxStrobe, Synthstrobe) för nämnda styrsignaler (TX str, RX str, Synth str), läsa förutbestämda förbrukningsvärden (TxCurrent, RxCurrent, SynthCurrent) avseende den effekt, som förbrukas av de elektroniska kretsarna (212, 214, 216) vid mottagning av en respektive styrsignal, samt bestämma effektförbrukningen (Tota1_Current) för anordningen (1) ur nämnda antal av förekomster samt ur nämnda förutbestämda förbrukningsvârden.

7. Metod enligt krav 6, tillämpad pà en mobiltelefon