DE69432509T2

DE69432509T2 - Schaltnetzteile für Zeitmultiplex-Vielfachzugriff-Funktelefonsystemen

Info

Publication number: DE69432509T2
Application number: DE69432509T
Authority: DE
Inventors: Erkka Sointula
Original assignee: Nokia Oyj; Nokia Inc
Current assignee: Nokia Oyj; Nokia Inc
Priority date: 1993-11-22
Filing date: 1994-11-18
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2014-11-19
Also published as: EP0654911A2; FI94685B; JPH07202795A; EP0654911A3; JP3442881B2; EP0654911B1; DE69432509D1; FI94685C; FI935182A0; US5519711A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung, die in Zeitmultiplex-Mehrfachzugriff-Funktelephonsystemen verwendet werden, um eine eingestellte umschaltbare Spannungsversorgung zu implementieren.
In Zeitmultiplex-Mehrfachzugriff-Funktelephonsystemen ist der Sender nur zeitweise eingeschaltet, wie z. B. in dem GSM-System (Groupe Special Mobile) etwa ein Achtel der Zeit. Wegen des internen Widerstands der Akkus werden Schwankungen in der Betriebsspannung mit der Rate der Einstellung des Sendens erzeugt. Dies verursacht Störungen in den Funktionen des Senders und des Empfängers. In der Situation kann durch Parallelschaltung eines großen Kondensators zu den Akkus Abhilfe geschaffen werden.
Die von dem Ladezustand des Akkus und von der Kompatibilität zwischen den verschiedenen Arten von Akkus verursachte Schwankung in der Betriebsspannung beschränkt ebenfalls den Entwurf und die Energiewirtschaftlichkeit einer Vorrichtung. Eine bekannte Art, die Probleme zu verringern, ist die Verwendung einer umschaltbaren Spannungsquelle, d. h. einer sogenannten umschaltbaren Spannungsversorgung (SMPS), zwischen dem Akku und der Elektronik.
Bei dem Erzeugen einer Versorgungsspannung mit Hilfe von Schaltungen sind mehrere Verfahren bekannt. Solche Konstruktionen sind bei ständig Energie verbrauchenden Produkten nützlich.
Die Technologie des Standes der Technik ist unten mit Bezug auf die beigefügte 1, die eine im Stand der Technik bekannte Schaltung zum Erzeugen der Betriebsspannung mit Hilfe einer Schaltung darstellt, beschrieben. Verschiedene umschaltbare Spannungsversorgungen, die im Gebiet bekannt sind, sind z. B. im Literaturhinweis "Advanced Linear European Seminars for Precision Design of the 90's", herausgegeben von Texas Instruments, UK 1990, beschrieben. Die 1 zeigt eine Spannungsquelle 1, die eine SMPS 2 mit Gleichstrom versorgt. Eine SMPS schließt eine Induktionsspule ein, die über einen Schalter mit Energie versorgt wird. Wenn der Schalter geöffnet wird, wird von der Induktionsspule eine Spitzenspannung erzeugt, die einen Kondensator, ebenfalls innerhalb der SMPS, auflädt. Der Kondensator glättet die Ausgangsspannung.
Probleme werden von den in der SMPS erzeugten Spitzenspannungen verursacht, wenn die Schalter darin bei eingeschaltetem Strom ein- und ausgeschaltet werden. Durch eine a-fache Erhöhung der Spannung des Akkus erhöht sich der von dem Akku zu liefernde Strom relativ zu dem Strom zu der Last um das a-fache. Die Energieverluste steigen ebenfalls.
In Funktelephonen wurde die obenerwähnte Konstruktion im allgemeinen jedoch nicht verwendet, in erster Linie aufgrund der elektromagnetischen Störungen, die sie verursacht, jedoch ebenfalls wegen des beschränkten Raums und der Ineffizienz. Für eine hohe Wirksamkeit müssen die Schaltzeiten der Spannungsquelle kurz sein, und dies wiederum steigert besonders in den analogen Teilen des Telephons die Störungen.
In der finnischen Patentanmeldung FI-916007 "Circuit for increasing the storage battery voltage in the course of short-term loading" ist eine alternative Schaltung für das Erzeugen einer Betriebsspannung durch das Schalten eines von der Batterie geladenen Kondensators in Reihe mit der Batterie, um die Versorgungsspannung zu erhöhen, offenbart. Jedoch kann in der Konstruktion die Veränderung der Betriebsspannung, die von dem Ladezustand des Akkus und durch Kompatibilitätsprobleme, die mit verschiedenen Akkuarten verbundenen sind, verursacht wird, nicht völlig beseitigt werden.
In der Europäischen Patentanmeldung EP 239393 "Intermittently driven transmitter" ist eine Anordnung offenbart, um die Spannungsversorgung eines leistungsfähigen Senders mit Hilfe einer Kapazität durchzuführen. Die Konstruktion ist jedoch nicht von der Art, daß sie für die Verwendung in weniger leistungsfähigen zeitmultiplexierten Funktelephonsystemen geeignet ist.
Das Patent JP61144131 offenbart eine Schaltung für das wirksame Bereitstellen von Energie für ein Funkgerät, das Signalbündel sendet.
Das Patent FR 2660093 offenbart z. B. das Aufladen einer Sendeschaltung, das kurz vor dem Senden eines Signalbündels stattfindet. Die Signaldarstellung der 2 offenbart z. B. deutlich, daß der Literaturhinweis nicht die Synchronisation mit einem TDMA-Rahmen beinhaltet, wo die Zeitintervalle in der Größenordnung von Millisekunden liegen.
Der TDMA ist in der Veröffentlichung EP 613257 , die nach dem Prioritätsdatum der vorliegenden Erfindung veröffentlicht wurde, enthalten. In der Veröffentlichung empfängt der Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer kein Einstellungssignal, jedoch wird der Umsetzer durch das Schließeneines Schalters mit Batteriespannung versorgt. Auf dieselbe Art und Weise wird die gespeicherte Gleichstromspannung von einem Kondensator dem Sender durch das Schließen eines Schalters zugeführt.
In Übereinstimmung mit der Erfindung wird eine Schaltung für die Erzeugung einer Betriebsspannung in einem Funktelephon geschaffen, das in einem Zeitmultiplex-Mehrfachzugriff-System betrieben werden kann, in dem entsprechende Zeitschlitze für das Senden und Empfangen von Signalen zugewiesen werden, wobei die Schaltung umfaßt:
– eine Spannungsquelle,
– eine umschaltbare Spannungsversorgung, die mit der Spannungsquelle verbunden ist und während Betriebsperioden derselben eine Spitzenspannung bereitstellt,
– einen Speicherkondensator, der so angeschlossen ist, daß er die Spitzenspannungen empfängt, um auf einen gewünschten Spannungspegel aufgeladen zu werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltsteuermittel vorgesehen ist, das den Betrieb der umschaltbaren Spannungsversorgung so steuert, daß sie so eingestellt wird, daß sie außerhalb der Empfangszyklen und/oder der Sendezyklen des Signals arbeitet.
Wie wiederum in der früheren Patentanmeldung FI-916007 gezeigt ist, wird die Spannung darin ohne jede Stabilisierung erhöht, während in der vorliegenden Erfindung eine normale Regelung (z. B. durch Pulsbreitenmodulation) im Verlauf der "An"-Zeit durchgeführt wird.
Die Erfindung wird unten mit Bezug auf die 2 bis 4 der beigefügten Figuren ausführlicher beschrieben, von denen:
1 die obenbeschriebene Schaltung des Standes der Technik für das Erzeugen einer Betriebsspannung mit Hilfe einer SMPS zeigt,
2 eine Schaltung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für das Erzeugen einer Betriebsspannung zeigt.
3 zeigt die Zustandsdaten der SMPS, des Senders und des Empfängers einer Schaltung gemäß der Erfindung als Funktion der Zeit.
4 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für die Energieversorgung eines Mobiltelephons.
Anhand der 2 bis 4 werden unten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
2 zeigt eine Schaltung gemäß der Erfindung für das Erzeugen einer Betriebsspannung, insbesondere für ein Funktelephon. Eine Spannungsquelle 1 versorgt eine SMPS 2, die den Strom ein- und ausschaltet und somit eine gewünschte pulsierende Spannung erzeugt, mit Gleichspannung. Die SMPS wird mit Hilfe eines Steuerblocks 4 gesteuert, so daß die SMPS für jene Zeitintervalle ausgeschaltet ist, in denen ein Signal gesendet oder empfangen wird. Wenn sowohl das Senden als auch der Empfang ausgeschaltet sind, schaltet der Steuerblock 4 die SMPS 2 ein, und die SMPS 2 speichert die Energie in dem Kondensator 3. Die Schaltung könnte jedoch so beschaffen sein, daß sichergestellt wird, daß die SMPS nur außerhalb der Sendezeiträume und/oder außerhalb der Empfangszeiträume 'an' ist.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Arbeitsweise der umschaltbaren Spannungsquelle in den TDMA-Telephonen in der Weise eingestellt, daß sie außerhalb der Empfangs- und/oder Sendezyklen stattfindet. Die Einstellung des Betriebs der umschaltbaren Spannungsversorgung 2 kann mit Hilfe von Synchronisationsmitteln innerhalb des Telephons zum Betrieb in den entsprechenden Zeitschlitzen der TDMA synchronisiert werden. Die Art und Weise, in der diese Synchronisation erreicht werden kann, ist wohlbekannt. Die Synchronisation, die einen TDMA-Rahmenimpuls verwendet, ist in FI-916007 erwähnt, worauf zuvor Bezug genommen wurde. Die tatsächliche Zeitspanne, für die die SMPS außerhalb der eingeschränkten Zeitspannen 'an' ist, ist eine Entwurfsoption.
3 zeigt die Zustandsdaten der SMPS, des Senders und des Empfängers einer Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung als Funktion der Zeit. Die Ein- und Aus-Zeiten der SMPS 2 als Funktion der Zeit sind mit dem Bezugszeichen 5 bezeichnet. Die Ein- und Aus-Zeiten des Senders als Funktion der Zeit sind mit dem Bezugszeichen 6 bezeichnet. Die Ein- und Aus-Zeiten des Empfängers als Funktion der Zeit sind mit dem Bezugszeichen 7 bezeichnet.
Folglich wird die Energie in den Kondensatoren 3, die so nahe wie möglich am Verbrauchspunkt angeordnet sind, gespeichert. Somit können die von der Spannungsquelle in den anderen Funktionen des Telephons verursachten Störungen minimiert werden.
4 zeigt den Betrieb von Schaltungen in Übereinstimmung mit der Erfindung im Kontext eines TDMA-Funktelephons 8. Eine TDMA-Schlitz-Steuerung 9 liefert ein Signal an die Schaltsteuerung 4, die wiederum den Betrieb des Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzers oder der SMPS 2 reguliert. Der in der SMPS 2 erzeugte Spannungspegel wird an eine Last 10 übertragen. Eine Antenne 11 wird verwendet, um die Signale in den jeweiligen zugewiesenen Zeitschlitzen zu empfangen und zu senden.
Die Anordnungen in Übereinstimmung mit den Ausführungsformen der Erfindung können z. B. in Handtelephonen mit Hilfe von kleinen Elektrolytkondensatoren mit hoher Kapazität und niedrigem Innenwiderstand implementiert werden.
In Ausführungsformen der Erfindung kann die Spannung auf eine einfache Art und Weise erhöht und stabilisiert werden, ohne daß elektromagnetische Störungen (EMI) der Vorrichtung während empfindlicher Betriebszeiten, d. h. während des Empfangs und der Übertragung, eine Störung verursachen.
Mit Hilfe der Erfindung können eine gute Effizienz und ein Fehlen. der Störung erzielt werden. Beim Verwenden der Stabilisierung kann die TX-Effizienz optimiert werden. Die Schaltung ist so einfach wie möglich. Die Schaltkomponente kann zu einer Schaltung, z. B. mit der Spannungssteuerung des Senders, integriert werden.
In Anbetracht der vorangehenden Beschreibung ist für den Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich, daß verschiedene Änderungen innerhalb des Umfangs der Erfindung vorgenommen werden können. Insbesondere kann die Erfindung bei anderen TDMA-Funktelephonsystemen als jenen, die unter dem GSM-Protokoll betrieben werden, verwendet werden.
Der Umfang der vorliegenden Offenbarung schließt irgendein neuartiges Merkmal oder irgendeine neuartige Kombination von Merkmalen, die darin explizit oder implizit offenbart sind, oder irgendeine Verallgemeinerung davon unabhängig davon, ob sie sich auf die beanspruchte Erfindung bezieht oder beliebige oder alle von der vorliegenden Erfindung angesprochenen Probleme mildert, ein. Der Anmelder weist hiermit darauf hin, daß für solche Merkmale während der Verfolgung dieser Anmeldung oder irgendeiner beliebigen weiteren solchen Anmeldung, die davon abgeleitet ist, neue Ansprüche formuliert werden können.

Claims

Schaltung für die Erzeugung einer Betriebsspannung in einem Funktelephon, das in einem Zeitmultiplex-Mehrfachzugriff-System betreibbar ist, in dem entsprechende Zeitschlitze für das Senden und Empfangen von Signalen zugewiesen werden, wobei die Schaltung umfaßt: – eine Spannungsquelle (1), – eine umschaltbare Spannungsversorgung (2), die mit der Spannungsquelle (1) verbunden ist und während Betriebsperioden derselben eine Spitzenspannung bereitstellt, – einen Speicherkondensator (3), der so angeschlossen ist, daß er die Spitzenspannungen empfängt, um auf einen gewünschten Spannungspegel aufgeladen zu werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltsteuermittel (4) vorgesehen ist, das den Betrieb der umschaltbaren Spannungsversorgung (2) so steuert, daß sie so eingestellt wird, daß sie außerhalb der Empfangszyklen und/oder der Sendezyklen des Signals arbeitet.
Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltsteuermittel (4) so angeschlossen ist, daß es ein TDMA-Schlitz-Steuersignal empfängt, so daß die Einstellung des Betriebs der umschaltbaren Stromversorgung (2) mit Hilfe der TDMA-Rahmenimpulse synchronisiert ist.