CN1153432C - 便携式通信设备及其耗电量的确定方法 - Google Patents

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Abstract

便携式通信设备(1)具有多个电子电路(212，214，216)、一个为这些电路供电的电池(270)、一个控制器(240)和一个存储器(244，310)。控制通过提供控制信号(TX str，RX str，Synth str)使这些电路响应控制其中至少一些电路。存储器(310)存储有一组与这些电路(212，214，216)响应各自控制信号的耗电量有关的预定耗电估计(TxCurrent，RxCurrent，SyntnCurrent)。这种设备还包括对这些控制信号(TX str，RX str，Synth str)进行计数、利用这组预定耗电估计确定表示从电池(270)消耗的电能的装置(247，300)。

Description

便携式通信设备及其耗电量的确定方法
技术领域
本发明与一种便携式通信设备有关，这种便携式通信设备包括多个电子电路、一个为这些电路供电的电池、一个控制器和一个存储器，其中所述控制器配置成通过提供控制信号使至少一些电路响应对这些电路进行控制。本发明还与一种确定诸如一个便携式通信设备的耗电量的方法有关。
背景技术
电池供电的便携式通信设备的用户都依赖于设备的良好的工作状态。具体地说，这些用户需要确切知道到电池所存储的电能消耗掉、必须对电池充电之前他们的设备还有多长时间可以工作。特别是对于移动电话机的用户来说更是这样。因此，本文件在非限制性的意义上以移动电话机为例说明本发明的便携式通信设备和方法。
为了得到移动电话机的剩余工作时间的确切估计，用户需要一个精确和好用的电池容量指示器或“燃料计”。图1例示了具有一个上面显示有一个作为电池容量指示的图标13的显示屏6的移动电话机1的示意图。如图1所示，电池图标13指示了大致还剩下电池初始电量的25％。移动电话机1还可以有其它显示措施来确定和指示所估计的剩余工作时间，即到必须对电池再充电之前还剩下的时间的估计。
确定剩余电池容量基本上包括两种独立的电流测量：测量流入电池(充电)的电流和测量电池消耗(放电)的电流。
充电电流通常比较容易测量。微处理器(中央处理单元)可以读取一个与流过一个小电阻的电流成正比的经A/D变换的信号。由于微处理器控制充电过程，因此它还可以得到所有有关计算在一段时间内可以提供给电池的总电流的数据。
相反，测量放电电流或电流消耗就难得多，特别是对于具有复杂功能和许多工作模式的高级电话机来说。历来，通过计算在电话机处在不同工作模式时的期望电流消耗来测量放电电流。较早的移动电话机基本上只有两个工作模式：交谈模式和待机模式。对于这样的移动电话机，在交谈模式和待机模式的电流消耗分别在实验室环境测量好后就存储在电话机的存储器内作为相应的预定耗电值。在工作中，电话机会跟踪分别花费在交谈模式和待机模式的时间，然后将相应的工作时间乘以预定耗电值计算出从电池消耗的总电量。
在美国A-5 248 929中公开了这样的方法，移动电话机内的微处理器定时地执行一个由中断驱动的软件例行程序(每100ms一次)，在这期间确定当时的工作模式。从存储器读取预定耗电值后，将得到的耗电量值加到一个累加值上，就可以确定剩余的电池电量和在交谈模式和待机模式的工作时间。
虽然以上说明的这种现有技术的方法对于只有两个工作模式的简化情况提供了一个可接受的耗电量估计，但这并不适用于具有多个工作模式的更为先进的电话机。例如，现代的TDMA(时分多址)电话机的耗电量不只取决于电话机是处在待机模式还是交谈模式；耗电量在待机模式和交谈模式分别至少受下列状态的影响：
待机模式
    邻近基站数
    寻呼频率
    背光
    LCD图标模式接通/断开
    位置更新频率
    顶部指示灯
    附件接/拆
交谈模式
    输出功率
    背光
    频带(900/1800/1900MHz)
    HR/FR/EFR(半速率/全速率/增强全速率)，即语音编码
方式
    HF算法
    DTX/非DTX(数据传输)
    DRX/非DRX(数据接收)
    附件接/折
从以上各个状态的不同组合可以产生大量的不同工作模式，因此除了以上说明的之外非常需要有另一种来确定电池的耗电量的技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的和有实质性改进的方式，确定诸如移动电话机之类的便携式通信设备对电池的耗电量。
概括地说，这个目的的实现是基于创造性地认识到对于任何通信设备其中的各个电子电路都由中央控制器(诸如微处理器或中央处理单元)给出的控制信号控制，因此预先存储的对于各个电路的耗电值可以预先确定，供控制器以后使用。控制器对出现的各种控制信号进行计数，根据计数结果和预先确定的各个耗电值计算出总耗电量。
本发明特别适合用不同的控制脉冲或“选通脉冲”接通和断开不同的无线电电路(例如功率放大器、滤波器和合成器，以及其他电子电路，例如D/A变换器)的TDMA电话机。这些选通脉冲都完全受微处理器的控制，使得电话机可以在正确的时隙内进行发送和接收。
具体地说，以上目的由按照所附这些独立专利权利要求设计的便携式通信设备和确定它的耗电量的方法实现。本发明的其他目的、特色和优点可以从以下详细说明、附图和从属权利要求中清楚地看出。
附图说明
下面将参考附图详细说明本发明的一个优选实施例，在这些附图中：
图1为具有剩余电池电量图形标志的移动电话机的正视示意图；
图2为图1所示的移动电话机的主要电子和电气器件的原理方框图；
图3示意性地例示了这个优选实施例的部分功能的硬件实现；以及
图4为这个优选实施例的另一部分功能的软件实现的流程图。
具体实施方式
下面将参照图1所示的移动电话机1详细说明本发明的一个优选实施例。然而，如已经提到的那样，本发明同样适用于所有在独立权利要求中明确的其他便携式通信设备。
移动电话机1是一个蜂窝GSM TDMA电话机，包括一个天线2，一个指示工作状态的顶部指示灯3，一个扬声器4，一些音量调整按钮5，一个图形显示器6，一组在一个小键盘7内的按键，以及一个通过铰链12按枢轴安装在电话机外壳11上的翻盖8。翻盖8有一个用来接收电话机用户的嗓音声能的语音开口9。声能通过翻盖8经一个图中未示出的内部导声道传送到一个电话机外壳外壳11内的内置麦克风(未示出)。
显示屏6显示有一个信号强度指示14，一个话务员指示，一个日历指示15，以及一个剩余电池电量指示13。
图2例示了移动电话机的主要电子线路。从全局来看，这个电路包括一个天线200，一个无线电部件210，一个信道编码/解码部件220，一个语音编码/解码部件230，一个控制部件240，一个麦克风250，一个扬声器260，以及一个电池270。除了控制部件240，所有部件200、210、220、230、250、260和270都具有与市场上通常可买到的TDMA电话机相同的众所周知的典型结构。因此，下面只对这些部件作简要说明，详细情况对于熟悉的人员来说是众所周知的。
语音编码/解码部件230包括一个语音编码器232，一个与麦克风250的输出端连接的输入端，以及一个与部件220内的信道编码器222的输入端连接的输出端。信道编码器222的输出端与是无线电部件210的一部分的发射机212的输入端连接。发射机212的输出端连接到天线200上。因此，以众所周知的方式，麦克风250接收用户所说的语音输入，将它变换成相应的电信号，提供给语音编码器232。语音编码器232用HR、FR或EFR对信号语音编码后，将结果提供给信道编码器222，按照GSM TDMA标准执行信道编码。信道编码器222的输出送给包括诸如功率放大器、滤波器和混频器之类的各种电子电路的发射机212。发射机212的输出是一个在例如900MHz频带内的高频TDMA信号，提供给天线200发射，成为从天线200向外界传播的电磁波。
相应，一个进入的TDMA信号被天线200接收后，由无线电部件210内的接收机214处理。接收机214的工作情况基本上是发射机212的工作情况的倒置。接收机214的输出在部件220的信道解码器224内解码后，再由部件230的语音解码器234解码。所得到的输出提供给扬声器260，将电信号变换成声音的声波，发射给用户。
电池270配置成为模块化部件210、220、230和240内的各个电子电路供电。更可取的是，电池270可以是任何市售的可充电电池，诸如锂离子电池或镍镉电池之类。
控制块240包括一个与存储器244双向连接的微处理器或CPU(中央处理单元)242。除了其他一些功能，CPU 242还通过一些如图2中的单向箭头所示的控制信号对部件210、220和230内的各个器件以及A/D变换器248进行控制。具体地说，消耗电池270的大部分电能的无线电部件210的各组成部分由CPU 242和所配合的定时信号产生器246通过相应的脉冲控制信号或“选通脉冲(strobe)”进行控制。因此，在CPU242控制下，选通脉冲“TX str”由定时产生器246提供给发射机212。类似，选通脉冲“RX str”控制接收机214，而选通脉冲“Synth str”控制合成器216。A/D变换器248由独立的选通脉冲控制。
至此，控制部件240的体系结构和在各选通脉冲控制下的工作情况基本上与一个标准的GSM TDMA电话机相同。
按照这个优选实施例，控制部件240配置有一个选通脉冲检测器247，用来检测定时产生器246加到接在定时产生器246与无线电部件210的发射机212、接收机214和合成器216之间的各个控制线上的选通脉冲(即，使特定电路通、断的控制脉冲)。选通脉冲检测器247用来对发射(TX)选通脉冲、接收(RX)选通脉冲和合成(Synth)选通脉冲进行计数。如下面将要详细说明的那样，CPU 242将利用这些计数值确定从电池270消耗的总耗电量。
在对确定上述总耗电量的选通脉冲检测器247和CPU 242的功能进行详细说明前，将先讨论这种利用控制脉冲或选通脉冲确定耗电量的创造性构思。
如已经提到的那样，TDMA电话机利用一系列控制脉冲或选通脉冲接通和断开各个无线电电路。这些选通脉冲都完全受CPU242的控制，使得电话机能在正确的TDMA时隙内进行发送和接收。例如，发射(TX)选通脉冲至少每个TDMA帧激活一次，以便接通发射机212和其中的一些器件，诸如功率放大器(PA)之类。发射机由发射(TX)选通脉冲就在正确的时隙前激活，而在这个时隙后立即去活，例如通过使发射(TX)选通脉冲从一个高逻辑值切换为一个低逻辑值。在标准的交谈模式，即对于一个语音呼叫来说，发射(TX)选通脉冲由CPU 242和定时产生器246严格地按每个TDMA帧一个产生，直到电话通话结束。另一方面，在数据呼叫(DTX)的情况下，发射(TX)选通脉冲数可以是每个TDMA帧两个或更多个(多时隙)。
这样，由于发射(TX)选通脉冲对发射机212内的一组明确的电子电路激活/去活，而且这些电路各自的耗电量是很清楚的和/或可以在实验室环境内一次性精确测定的，因此，按照本发明，发射(TX)选通脉冲与一个表示由于一个发射(TX)选通脉冲激活所有有关的发射机电路消耗的电流的预定比电流耗电值对应。
因此，通过对出现的发射(TX)选通脉冲进行计数，可以方便地通过将计数结果乘以每个发射(TX)选通脉冲的预定耗电量计算出在给定的一段时间内这些发射(TX)选通脉冲所引起的总耗电量。
作为一个重要的优点，以上说明的创造性的方案将完全与电话机用来进行语音呼叫(每个TDMA帧就一个发射(TX)选通脉冲)还是数据呼叫(多时隙，每个TDMA帧可能有一个以上的发射(TX)选通脉冲)无关。检测器247只是跟踪所有的发射(TX)选通脉冲，不论它们是在什么帧内出现的。
以上情况也可以用于接收(RX)选通脉冲和合成(Synth)选通脉冲。此外，这还可以应用于其他控制脉冲或选通脉冲，诸如控制A/D变换器248的A/D选通脉冲之类。
再来看这个优选实施例的详细说明，选通脉冲检测器247包括一个如图3所示的脉冲计数器寄存器300。由于在一个发射(TX)选通脉冲期间的耗电量取决于传输的瞬时功率，因此脉冲计数器寄存器300包括多个或者说n个存储单元TxStrobe[0]、TxStrobe[1]、发射(TX)选通脉冲[2]、...、TxStrobe[n-1]。此外，脉冲计数器寄存器300还包括一个存储单元RxStrobe和一个存储单元SynthStrobe，分别用于给接收机214的控制脉冲(RX str)和给合成器216的控制脉冲(Synth str)。
首先，所有存储单元都清零，即都设置为0。然后，定时产生器246每产生一个TxStrobe，选通脉冲检测器247将增大存储单元TxStrobe[i]的存储内容，其中i相应于瞬时发射功率电平。相应，存储单元RxStrobe的存储内容和存储单元Synthstrobe的存储内容分别在检测到一个接收(RX)选通脉冲和一个Synth strobe时递增。
如已经提到的那样，电流耗电值与选通脉冲的类型有关，或者具体地说与脉冲计数器寄存器300内的存储单元有关。这些电流耗电值表示了有关电子电路在这类选通脉冲的激活下所消耗的相应电流量，存储在所关联的电流寄存器310内。寄存器310可以设置在选通脉冲检测器247内，最好是用一个EEPROM存储器，或者，所关联的电流寄存器310可以设置在常规存储器244内。
图4例示了一种利用选通脉冲检测器247得到的选通脉冲计数结果确定从电池270消耗的总耗电量的算法。按照这个优选实施例，这种算法用一个存储在存储器244内由CPU 242执行的软件程序实现。在第一步骤400，进行初始化初始化，将Total_Current(总电流)变量清零(设置为0)。然后，执行包括步骤410、412和414的循环n次，扫描脉冲计数器寄存器300内所有与发射(TX)选通脉冲有关的的存储单元。在步骤410，读取单元TxStrobe[i]的存储内容，其中为i从0到i的迭代。在步骤412，读取寄存器TxCurrent[i]的相应内容，得到与功率电平的发射(TX)选通脉冲i关联的预定耗电量值。接着地接着在步骤414，将变量Total_Current递增TxStrobe[i]乘以TxCurrent[i]所得到的结果。如果i小于n-1，将i加1后，控制控制返回到步骤410。否则，控制转到步骤420，读取寄存器RxStrobe的存储内容，再在步骤422读寄存器RxCurrent。在步骤424，将Total_Current递增RxStrobe乘以RxCurrent所得的结果。
接着，在步骤430-434对寄存器SynthStrobe执行相应的操作，即读寄存器Synthstrobe和SynthCurrent，再将相乘的结果加到Total_Current上。这样，在步骤434结束后，变量Total_Current就保存有从电池270消耗的总功率。
从可得到的呈现为存储在电池270内的电能形式的总电池电流的初始值或先前值减去Total_Current的值，在步骤440就可以确定剩余的电池电量。然后，更新在移动电话机1的显示屏6上的电池图标13(图1)，反映计算出的剩余电池电量的改变。
以上相对于三种不同的选通脉冲(发射(TX)选通脉冲，接收(RX)选通脉冲和合成(Synth)选通脉冲)说明的过程可以推广到其他选通脉冲和电路，例如A/D变换器248、信道编码器222、信道解码器224、语音编码器232和语音解码器234。以上说明的选通脉冲在时间上都具有固定的长度，因此可以如上所述存储起来作为电流耗电值(用mAh表示)。然而，对于长度可变的选通脉冲，可以将预定耗电量值存储为耗电值(mA)，而由CPU 242或选通脉冲检测器247确定这种可变长度选通脉冲的逐个持续时间。例如，这样的一种可变选通脉冲长度可以通过在各个选通脉冲期间在一个寄存器内添加一个具有明确的频率的信号来确定。根据执行图4所示的确定总耗电量的过程，这样的寄存器的内容直接表示了这种特定的选通脉冲激活的总时间。只要将这时间乘以所关联的耗电值，就可以确定与这种选通脉冲有关的耗电量。
以上结合一个优选实施例对本发明进行了说明。然而，本发明并不局限于以上的说明，本发明的范围由所附各独立权利要求明确。在本发明的范围内，除以上说明的具体实施例外，其他实施例同样也是可行的。例如，按照优选实施例，确定总耗电量是用硬件(选通脉冲检测器247)和软件(CPU 242执行的程序)实现的，但是这种方案也可以完全用硬件、完全用硬件或者部分用软件和部分用硬件实现。

Claims (8)

1.一种便携式通信设备(1)，包含多个电子电路(212，214，216)、一个用于向这些电路供电的电池(270)、一个控制器(240)和一个存储器(244，310)，该控制器被配置成通过提供这些电路所响应于的控制信号(TX str，RX str，Synth str)来控制其中至少一些电路的工作，其特征在于：
所述存储器(310)被提供有一组与所述电路(212，214，216)响应于相应的控制信号(TX str，RX str，Synth str)各自消耗的电能的量有关的预定耗电数字(TxCurrent，RxCurrent，SynthCurrent)；以及
用于对控制信号进行计数并用于通过使用这组预定耗电数字来确定一个表示来自电池(270)的电能消耗的值(Total_Current)的装置(247，300)。
2.根据权利要求1所述的便携式通信设备，其特征在于它是一个移动电话机(1)。
3.根据权利要求1或2中所述的便携式通信设备，其特征在于它是一个时分多址电话机。
4.根据权利要求1或2所述的便携式通信设备，其中所述电路包括一个无线电发射机(212)。
5.根据任何以上权利要求所述的便携式通信设备，其中所述电路包括一个无线电接收机(214)。
6.根据任何以上权利要求所述的便携式通信设备，其中所述电路包括一个合成器(216)。
7.一种确定便携式电池供电的通信设备(1)的能量消耗的方法，所述设备包括一个控制器(240)和电子电路(212，214，216)，在这些电子电路中的至少一些电子电路响应来自所述控制器的控制信号(TX str，RX str，Synth str)，其特征在于：确定所述控制信号(TX str，RX str，Synth str)各自出现数(TxStrobe，RxStrobeSynthStrobe)；
读取与所述电于电路(212，214，216)响应于各自的控制信号消耗的能量有关的预定耗电值(TxCurrent，RxCurrent，SynthCurrent)；以及
根据所述出现数和所述预定耗电值确定所述设备(1)的能量消耗(Total_Current)。
8.根据权利要求7所述的方法，所述方法适用于移动电话机(1)。
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