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技術 監視される回路の動作状態を示す出力信号を生成するための装置、バッテリを充電するためのバッテリ充電器、および監視される回路に関連する状態情報を生成するための方法

出願人 リニアーテクノロジーエルエルシー
発明者 トーマス・ピー・ハックロバート・シィ・ドブキンアルフォンソ・センツオリアンドリュー・ビショップ
出願日 2007年2月22日 (13年8ヶ月経過) 出願番号 2007-042721
公開日 2007年9月13日 (13年2ヶ月経過) 公開番号 2007-236191
状態 特許登録済
技術分野 電池の充放電回路 電池等の充放電回路 二次電池の保守(充放電、状態検知) DC‐DCコンバータ
主要キーワード スペクトル構成要素 可聴周波増幅器 入力制御線 状態ピン 鋸歯状信号 高周波パルス列 閾値電流レベル デューティサイクル値
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (20)

課題

この装置は、監視される回路動作状態を示す出力信号を生成するために構成される。

解決手段

監視される回路に関連する入力信号は、入力ノードにおいて受取られる。入力ノードに結合されたパルス列発生器は、所定の周波数で第1のデューティサイクル値と第2のデューティサイクル値との間で交互になるデューティサイクルにおいて所定の繰返し率パルス列を発生させるために構成される。デューティサイクルおよび周波数は、監視される回路の動作状態を示す。

概要

背景

背景
発光ダイオードもしくは光の他の供給源または反射は、電子ステムにおいて低コスト視覚状態表示をもたらす。たとえば、単一のLEDは、単にオンオフにすることによって、またはデューティファクタパルスパターンもしくは周波数のさまざまな組合せでオンおよびオフを点滅させることによっていくつかの状態を示すことができる。出力電圧および電流も他の電子機器に状態を与えるために用いられ得るが、視覚表示での使用には限りがある。状態表示器の一般的な用途はバッテリ充電器におけるものであり、バッテリ充電器では、いつバッテリ充電しているか、いつバッテリがフル充電されるか、いつバッテリに欠陥があるのか、またはある温度未満もしくはある温度を超えるバッテリなどの充電中エラー状況にいつバッテリが遭遇したかをエンドユーザは知る必要がある。

既存の技術に伴う共通の問題は、人間が解釈できるように十分に遅い速度でLEDが情報を提示しなければならないというものである。これは通常、点滅パターン複雑性などに応じて点滅周波数を10Hzまたはそれ未満に制限する。さらに、周波数によるコーディングは通常、確実に状態が正確に識別されるようにするためにさまざまな点滅周波数間で少なくともオクターブの分離を必要とする。

図1は典型的な状態信号を示し、領域Aは長い持続時間のロジックローで示される状態1を示し、領域Bは50%のデューティサイクルを有する低周波パルスで示される状態2を示し、領域Cは25%のデューティサイクルを有する低周波パルスで示される状態3を示し、領域Dは高周波方形波で示される状態4を示し、領域Eは長い持続時間のロジックハイで示される状態5を示す。これらの波形は、LEDによる視覚状態表示のために用いられ得るパルス列の多くの組合せのうちのわずかしか表わしていない。これらの状態と状態4との間の周波数の差を、すぐに視覚的に解釈できるように十分に異なったものにするために、状態2および3では1〜2ヘルツ点滅速度が必要であるかもしれない。状態4が状態5と混同される可能性があるため、状態4は10ヘルツよりもはるかに速く点滅すべきではない。10ヘルツをはるかに上回る周波数では、人間の目はパルス光源を継続的にオンの光源であると解釈する。

概要

この装置は、監視される回路動作状態を示す出力信号を生成するために構成される。監視される回路に関連する入力信号は、入力ノードにおいて受取られる。入力ノードに結合されたパルス列発生器は、所定の周波数で第1のデューティサイクル値と第2のデューティサイクル値との間で交互になるデューティサイクルにおいて所定の繰返し率のパルス列を発生させるために構成される。デューティサイクルおよび周波数は、監視される回路の動作状態を示す。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

監視される回路動作状態を示す出力信号を生成するための装置であって、前記監視される回路に関連する入力信号受取るための入力ノードと、前記入ノードに結合され、所定の周波数で第1のデューティサイクル値と第2のデューティサイクル値との間で交互になるデューティサイクルにおいて所定の繰返し率パルス列を発生させるために構成されるパルス列発生器とを含み、前記デューティサイクルおよび周波数は、前記監視される回路の動作状態を示し、前記装置はさらに、前記パルス列が印加される出力ノードを含む、装置。

請求項2

デューティサイクル情報はプロセッサに供給されるように適合され、周波数情報はユーザが認識可能な出力機器に供給されるように適合される、請求項1に記載の装置。

請求項3

前記ユーザが認識可能な出力機器は、発光機器である、請求項2に記載の装置。

請求項4

前記出力ノードは、プロセッサおよび発光機器に結合されるように適合され、前記デューティサイクルは前記プロセッサに状態情報を伝え、前記周波数はユーザに状態情報を伝える、請求項1に記載の装置。

請求項5

前記第1のデューティサイクル値は、前記発光機器が比較的低い強度の視覚的合図を与えるように比較的低く、前記第2のデューティサイクル値は、前記発光機器が比較的高い強度の視覚的合図を与えるように比較的高い、請求項4に記載の装置。

請求項6

前記第1のデューティサイクル値は約10%またはそれ未満であり、前記第2のデューティサイクル値は約90%またはそれより大きい、請求項5に記載の装置。

請求項7

さらに、前記所定の周波数は、前記発光機器が比較的高い強度と比較的低い強度との間で視覚的に交互になる視覚的合図を与えるようにある値において交互になる、請求項5に記載の装置。

請求項8

前記所定の周波数は約10Hzまたはそれ未満である、請求項7に記載の装置。

請求項9

前記パルス列の前記所定の繰返し率は、可聴周波数帯の範囲外である、請求項1に記載の装置。

請求項10

前記所定の繰返し率は、約20KHzよりも大きい、請求項9に記載の装置。

請求項11

前記パルス列発生器は、前記監視される回路の前記動作状態に基づいて、前記第1および第2のデューティサイクル値、ならびに前記所定の周波数を変更するために構成される、請求項1に記載の装置。

請求項12

前記パルス列発生器はさらに、前記監視される回路の前記動作状態を示すビットパケットを発生させ、前記パルス列に前記ビットパケットを組込むために構成される、請求項1に記載の装置。

請求項13

前記ビットパケットは1つ以上のビットを含む、請求項12に記載の装置。

請求項14

前記ビットの繰返し率は、可聴周波数帯の範囲外である、請求項13に記載の装置。

請求項15

前記ビットの前記繰返し率は、約20KHzよりも大きい、請求項14に記載の装置。

請求項16

前記パルス列発生器は、前記パルス列におけるパルスの間隔に前記ビットパケットを組込む、請求項12に記載の装置。

請求項17

前記パルス列発生器は、前記パルス列からスプリアスグリッチを除去するために構成される回路を含む、請求項1に記載の装置。

請求項18

命令を得るために、所定の周波数で第3のデューティサイクル値と第4のデューティサイクル値との間で交互になるデューティサイクルにおいて所定の繰返し率のパルス列を受取り復号するためのデコーダと、前記命令に基づいて前記装置を制御するためのコントローラとをさらに含む、請求項1に記載の装置。

請求項19

前記パルス列は、前記命令を伝えるためのビットパケットをさらに含む、請求項18に記載の装置。

請求項20

バッテリ充電するためのバッテリ充電器であって、バッテリの動作状態を検出する検出器と、前記デコーダに結合され、所定の周波数で第1のデューティサイクル値と第2のデューティサイクル値との間で交互になるデューティサイクルにおいて所定の繰返し率のパルス列を発生させるために構成されるパルス列発生器とを含み、前記デューティサイクルおよび周波数は、前記バッテリの動作状態を示し、前記バッテリ充電器はさらに、前記パルス列が印加される出力ノードを含む、バッテリ充電器。

請求項21

前記出力ノードは、プロセッサおよび発光機器に結合されるように適合され、前記デューティサイクルは前記プロセッサに状態情報を伝え、前記周波数はユーザに状態情報を伝える、請求項20に記載のバッテリ充電器。

請求項22

前記第1のデューティサイクル値は、前記発光機器が比較的低い強度の視覚的合図を与えるように比較的低く、前記第2のデューティサイクル値は、前記発光機器が比較的高い強度の視覚的合図を与えるように比較的高い、請求項21に記載のバッテリ充電器。

請求項23

前記第1のデューティサイクル値は約10%またはそれ未満であり、前記第2のデューティサイクル値は約90%またはそれより大きい、請求項22に記載のバッテリ充電器。

請求項24

さらに、前記所定の周波数は、前記発光機器が前記比較的高い強度と前記比較的低い強度との間で視覚的に交互になる視覚的合図を与えるようにある値において交互になる、請求項22に記載のバッテリ充電器。

請求項25

前記所定の周波数は約10Hzまたはそれ未満である、請求項24に記載のバッテリ充電器。

請求項26

前記パルス列の前記所定の繰返し率は、可聴周波数帯の範囲外である、請求項20に記載のバッテリ充電器。

請求項27

前記所定の繰返し率は、約20KHzよりも大きい、請求項26に記載のバッテリ充電器。

請求項28

前記パルス列発生器は、前記監視される回路の前記動作状態に基づいて、前記第1および第2のデューティサイクル値、ならびに前記所定の周波数を変更するために構成される、請求項20に記載のバッテリ充電器。

請求項29

前記検出器は、前記バッテリが充電しているかどうか、および前記バッテリが所定の条件にあるかどうかを検出するように構成され、前記パルス列発生器は、前記所定の条件に応答して前記パルス列を発生させる、請求項20に記載のバッテリ充電器。

請求項30

前記所定の条件は、前記バッテリに欠陥があるかどうか、および前記バッテリが温度範囲外にあるかどうかを含み、前記パルス列発生器は、検出された前記条件に基づいて、前記第1および第2のデューティサイクル値、ならびに前記所定の周波数を変更する、請求項29に記載のバッテリ充電器。

請求項31

前記パルス列発生器はさらに、前記監視される回路の前記動作状態を示すビットパケットを発生させ、前記パルス列に前記ビットパケットを組込むために構成される、請求項20に記載のバッテリ充電器。

請求項32

前記ビットパケットは1つ以上のビットを含む、請求項31に記載のバッテリ充電器。

請求項33

前記ビットの繰返し率は、可聴周波数帯の範囲外である、請求項32に記載のバッテリ充電器。

請求項34

前記ビットの前記繰返し率は、約20KHzよりも大きい、請求項33に記載のバッテリ充電器。

請求項35

前記パルス列発生器は、前記パルス列におけるパルスの間隔に前記ビットパケットを組込む、請求項31に記載のバッテリ充電器。

請求項36

前記パルス列発生器は、前記パルス列からスプリアスグリッチを除去するために構成される回路を含む、請求項20に記載のバッテリ充電器。

請求項37

命令を得るために、所定の周波数で第3のデューティサイクル値と第4のデューティサイクル値との間で交互になるデューティサイクルにおいて所定の繰返し率のパルス列を受取り、復号するためのデコーダと、前記命令に基づいて前記装置を制御するためのコントローラとをさらに含む、請求項20に記載のバッテリ充電器。

請求項38

前記パルス列は、前記命令を伝えるためのビットパケットを含む、請求項37に記載のバッテリ充電器。

請求項39

監視される回路に関連する状態情報を生成するための方法であって、前記監視される回路に関連する入力信号を受取るステップと、前記入力信号に基づいて、所定の周波数で第1のデューティサイクル値と第2のデューティサイクル値との間で交互になるデューティサイクルにおいて所定の繰返し率のパルス列を発生させるステップとを含み、前記デューティサイクルおよび周波数は、前記監視される回路の動作状態を示す、方法。

請求項40

前記パルス列をプロセッサおよびユーザが認識可能な出力機器に出力するステップをさらに含み、前記デューティサイクルは前記プロセッサに前記状態情報を伝え、前記周波数は前記ユーザが認識可能な出力機器を介してユーザに前記状態情報を伝える、請求項39に記載の方法。

請求項41

前記パルス列を発生させるステップは、前記監視される回路の前記動作状態を示すビットパケットを発生させるステップと、前記パルス列に前記ビットパケットを組込むステップとを含む、請求項39に記載の方法。

技術分野

0001

優先権の主張
この特許出願およびそこから発行されるいかなる特許も、2006年2月28日に出願された米国仮特許出願番号第60/777,121号の優先権を主張し、この仮特許出願は引用によって全文が本明細書に援用される。

0002

技術分野
この開示は概して、バッテリ充電器などの回路またはシステムの状況についての情報を伝える信号を発生させるための方法論および回路に関し、より詳細には、プロセッサおよびユーザの両方にとって認識可能であるような態様でそのように行なうことに関する。

背景技術

0003

背景
発光ダイオードもしくは光の他の供給源または反射は、電子システムにおいて低コスト視覚状態表示をもたらす。たとえば、単一のLEDは、単にオンオフにすることによって、またはデューティファクタパルスパターンもしくは周波数のさまざまな組合せでオンおよびオフを点滅させることによっていくつかの状態を示すことができる。出力電圧および電流も他の電子機器に状態を与えるために用いられ得るが、視覚表示での使用には限りがある。状態表示器の一般的な用途はバッテリ充電器におけるものであり、バッテリ充電器では、いつバッテリ充電しているか、いつバッテリがフル充電されるか、いつバッテリに欠陥があるのか、またはある温度未満もしくはある温度を超えるバッテリなどの充電中エラー状況にいつバッテリが遭遇したかをエンドユーザは知る必要がある。

0004

既存の技術に伴う共通の問題は、人間が解釈できるように十分に遅い速度でLEDが情報を提示しなければならないというものである。これは通常、点滅パターン複雑性などに応じて点滅周波数を10Hzまたはそれ未満に制限する。さらに、周波数によるコーディングは通常、確実に状態が正確に識別されるようにするためにさまざまな点滅周波数間で少なくともオクターブの分離を必要とする。

0005

図1は典型的な状態信号を示し、領域Aは長い持続時間のロジックローで示される状態1を示し、領域Bは50%のデューティサイクルを有する低周波パルスで示される状態2を示し、領域Cは25%のデューティサイクルを有する低周波パルスで示される状態3を示し、領域Dは高周波方形波で示される状態4を示し、領域Eは長い持続時間のロジックハイで示される状態5を示す。これらの波形は、LEDによる視覚状態表示のために用いられ得るパルス列の多くの組合せのうちのわずかしか表わしていない。これらの状態と状態4との間の周波数の差を、すぐに視覚的に解釈できるように十分に異なったものにするために、状態2および3では1〜2ヘルツ点滅速度が必要であるかもしれない。状態4が状態5と混同される可能性があるため、状態4は10ヘルツよりもはるかに速く点滅すべきではない。10ヘルツをはるかに上回る周波数では、人間の目はパルス光源を継続的にオンの光源であると解釈する。

発明が解決しようとする課題

0006

これらの制約によって、視覚状態表示用に設計されるバッテリ充電器の状態ピンマイクロプロセッサマイクロコントローラまたは他のデジタル機器にとっては不十分なイン
ターフイスであることが明らかになる。状態を判断するために、マイクロプロセッサは最低周波パルス列の1つ以上のサイクルについて状態ピンを観察しなければならない。これは、たとえば状態1から状態5までの変化を状態2の事象であると誤解することを防ぐために必要である。状態を読取るために十分に長い時間が使用されない場合には、多くの他の誤解された状態の組合せが起こり得る。状態線上で端縁が発生するときに状態ピンからの状態線がマイクロプロセッサにハードウェア割込を与える、またはインテリジェント端縁サンプリング技術が用いられる最良の実現例においてでさえ、マイクロプロセッサは状態を判断するために過剰な量の時間待つ必要がある可能性がある。本明細書に記載される主題は上述の欠点に対処する。

課題を解決するための手段

0007

開示の概要
本明細書に詳述される実施例は、監視される回路の動作状態を示す出力信号を生成するための装置、バッテリ充電器、および監視される回路に関連する状態情報を生成するための方法を記載する。一局面では、この装置は、監視される回路に関連する入力信号受取るための入力ノードを含んでもよい。この装置は、入力ノードに結合され、所定の周波数で第1のデューティサイクル値と第2のデューティサイクル値との間で交互になるデューティサイクルにおいて所定の繰返し率のパルス列を発生させるために構成されるパルス列発生器も含んでもよい。デューティサイクルおよび周波数は、監視される回路の動作状態を示す。パルス列が印加される出力ノードがこの装置に設けられることが可能である。

0008

別の局面では、バッテリ充電器はバッテリの動作状態を検出する検出器を含んでもよい。このバッテリは、検出器に結合され、所定の周波数で第1のデューティサイクル値と第2のデューティサイクル値との間で交互になるデューティサイクルにおいて所定の繰返し率のパルス列を発生させるために構成されるパルス列発生器も有してもよい。デューティサイクルおよび周波数は、バッテリの動作状態を示す。バッテリは、パルス列が印加される出力ノードを含み得る。

0009

さらに別の局面では、監視される回路に関連する状態情報を生成するための方法は、監視される回路に関連する入力信号を受取ることを含んでもよい。所定の繰返し率のパルス列は、この入力信号に基づいて、所定の周波数で第1のデューティサイクル値と第2のデューティサイクル値との間で交互になるデューティサイクルにおいて発生されてもよい。デューティサイクルおよび周波数は、監視される回路の動作状態を示す。

0010

この開示のさらなる局面および利点は、以下の詳細な説明から当業者に容易に明らかになり、この開示を実施するために企図される最良の形態を単に例示する目的で、この開示の単なる例示的な実施例が示され、記載される。認識されるように、この開示は他のおよび異なる実施例が可能であり、そのいくつかの詳細は、すべてこの開示から逸脱することなく、さまざまな明白な点で修正が可能である。したがって、図面および説明は実際には例示的であるようにみなされるべきであり、限定的であるようにみなされるべきではない。

0011

本明細書において主張される主題の例が添付の図面の図に示され、図中では、参照数字は同様の要素を指す。

発明を実施するための最良の形態

0012

詳細な説明
図2は、本明細書に記載される本発明の主題を実現するバッテリ充電器を示す例示的な図である。バッテリ充電器10は、正の入力電源電圧VIN(たとえば、5V)を受取るために、キャパシタ12でバイパスをつけられたピンVCCを含む。このピンはバッテリ充電
器10に電力を与える。ピンBATは充電電流出力ノードであり、そこにバッテリ14が接続される。ピンNTCはNTC(負の温度係数)(Negative Temperature Coefficient)サーミスタ温度監視回路への入力である。通常の動作下で、サーミスタ16はピンNTCから接地に接続され、サーミスタの公称値までの値を有する抵抗器18はピンNTCから入力電源電圧VINに接続される。たとえば、ピンNTCにおける電圧高温時に0.35VIN未満に降下したとき、またはピンNTCにおける電圧が低温時に0.75VINを上回って増加したとき(「NTC故障」)、バッテリ14の充電は一時停止される。ピンIDETは電流検出閾値プログラムピンである。ピンIDETに結合された抵抗器20は、閾値電流レベルIDETECTをセットする。バッテリ充電器10は、充電電流がレベルIDETECTよりも大きいかどうかを監視する。充電電流がレベルIDETECTよりも大きいとき、バッテリ14が充電されていることが表示される。バッテリ充電器10は、バッテリ充電器10の内部回路を接地に結合するピンGNDも含む。バッテリ充電器はさらに、バッテリ14に欠陥があるかどうかを検出するように構成されてもよい。

0013

/CHRGピンは、オープンドレイン充電状態出力である。NMOSトランジスタ図14におけるトランジスタESD7参照)は、/CHRGピンを引下げるように結合される。マイクロプロセッサ、マイクロコントローラまたは他の電子機器およびLED22は、図2に示されるようにこの/CHRGピンに結合されてもよい。LED22は、抵抗器24を介して入力電源電圧VINに結合される。この実施例では、/CHRGピンは代替的には、バッテリ14が充電している状態、バッテリ14が充電していない状態、バッテリの温度が範囲外である状態(NTC故障)、およびバッテリに欠陥がある状態ではあるが、それらの状態に限定されない状態を示すことができる。

0014

たとえば、バッテリ充電器10がバッテリ14を充電し、充電電流が抵抗器20によってセットされたレベルIDETECTよりも大きいときには、NMOSトランジスタは継続的に電流を引下げ、したがって、LED22はロジックハイ状態(図1の領域E参照)を示す。それに対して、充電電流がレベルIDETECT未満に降下する(充電していない)ときには、NMOSトランジスタはハイインピーダンス状態にあり、したがって、LED22はロジックロー状態(図1の領域A参照)を示す。さらに、NTC故障またはバッテリの欠陥が発生したときには、図3に示されるパルス列が/CHRGピンからプロセッサおよびLED22に与えられる。

0015

図3のパルス列は、LED22による視覚状態表示のために十分に遅い速度でバッテリ14の状態(たとえば、NTC故障またはバッテリの欠陥)を搬送するのに対して、この開示の特徴と一致して、マイクロプロセッサには高速で状態を与える。パルス列は、鋸歯の形状の元の低周波パルス列(「鋸歯状パルス列」)に対してより高い周波数においてさらなる端縁を含む。鋸歯状パルス列では、デューティサイクルは、低周波パルス列の周波数(この開示では「交互になる周波数」または「点滅周波数」)に従って、より高いデューティファクタとより低いデューティファクタとの間で交互になる可能性がある。デューティサイクル情報はマイクロプロセッサに状態を伝えるのに対して、点滅周波数情報は視覚状態表示のためにLED22に状態を伝える。LED22は点滅周波数に従って点滅する。デューティサイクルおよび点滅周波数を変更することによって、マイクロプロセッサおよびLED22に異なる状態が伝えられることが可能である。図3は、この図を単純化するために、整数周波数割合を有する高周波パルス列および低周波パルス列を示す。なお、高周波パルス列および低周波パルス列の割合は例示の目的で調整される。

0016

上述のように、デューティサイクル情報はマイクロプロセッサと通信するために用いられるのに対して、周波数情報は人間と通信するために用いられることになる。図3の鋸歯状パルス列では、人間の目の臨界フリッカ周波数よりもはるかに高い周波数で鋸歯が発生する。したがって、この鋸歯はLED22の視覚状態表示に影響を及ぼすことはない。そ
れに対して、LEDは低周波パルス繰返し周波数(点滅周波数)において明状態暗状態との間で交互になっているように見える。たとえば、デューティファクタはLEDの暗状態の間はできる限り低くあるべきであるが、依然としてマイクロプロセッサによって単純に解釈できるようにする。LEDがほとんどオフになっているように見せるためには約10%またはそれ未満のデューティサイクル(暗状態)が必要であろうということを実験結果は示している。LEDがほとんどオンであるように見せるためには、約90%またはそれより大きなデューティサイクル(明状態)が必要であろう。

0017

低周波パルス(点滅周波数)は通常、視覚的解釈を容易にするために約1から10Hzに制限される。図3に示される低周波パルス列は、図4に示されるように、低パルス列繰返し周波数の基本波および高調波スペクトルエネルギを生成する。

0018

同様に、高周波パルス列は、そのパルス繰返し周波数の基本波および高調波でスペクトル構成要素を生成する。時間領域(図3)において、鋸歯状パルス列は(オフセットのために調整された)低周波パルス列および高周波パルス列を乗算することによって生成されると考えられることができる。

0019

時間領域における乗算が周波数領域における畳み込み(convolution)を生み出すので、鋸歯状パルス列のスペクトルは低周波パルス列および高周波パルス列の両方の基本波および高調波の和ならびに差周波数を含む。この技術を用いる電子機器における可聴干渉を回避するために、高周波パルス繰返し周波数は、高周波パルスの基本波未満のより低い側波帯を占めるように、約20KHzプラスわずかな追加量よりも好ましくは大きなものであるはずである。もちろん、個人間で差がある。すなわち、18KHzの信号を認識できない人もいれば、22KHzの信号を認識できる人もいる。しかしながら、大半の人は約20KHzもしくはそれより大きな信号を聞くことができないまたは無視できることが周知であるので、現実的な理由で高周波パルス繰返し周波数を約20KHzよりも大きくなるようにセットすることは妥当なことであろう。

0020

臨界フリッカ周波数(人間の目がパルス光源を継続的にオンであると解釈する周波数)は、輝度が高まるにつれて増大し、フェリーポーターの法則(Ferry-Porter Law)によって見積もられることができる。高いLED点滅速度は低いLED点滅速度よりも高いLED輝度(および高いLED電流)を必要とする。高いLED点滅速度で動作するとき、図2における抵抗器24は、より低い点滅速度で動作するときよりも低い値を必要とする。

0021

いくつかの状態を伝えるためにいくつかのLED点滅速度が用いられる場合には、LED電流が最高点滅速度をサポートするのに十分に大きなものでなければならないか、またはLED電流を各点滅速度に合わせてもよい(図1参照)。図5は、トランジスタMa、Mb、Mc、MdおよびMeを含む、鋸歯状パルス列のさまざまな点滅速度についてLED電流を調整するための回路トポロジーの一例である。この例では、トランジスタMaおよびMdは低い点滅速度の場合に低電流を与え、トランジスタMbおよびMeは高い点滅速度の場合に高電流を与える。LED電流を合わせる利点は、低い点滅速度で電力消費が低減されることである。

0022

鋸歯状パルス列の発生が以下に記載される。図6発生器30の例示的なブロック図であり、この発生器30は低周波パルス発生器32と、高周波パルス発生器34と、XNORゲート36とを含んでもよい。鋸歯状パルス列を発生させるために、XNORゲート36は、低周波パルス発生器32および高周波パルス発生器34からの低周波パルス列および高周波パルス列を組合せる。XNORゲート36は、低周波パルス列および高周波パルス列が同一の論理状態を有するたびにロジックハイを生成することによって鋸歯状パルスを生成する(図3参照)。同様の態様で、排他的ORゲートがXNORゲート36の代わ
りに用いられてもよいが、結果として生じる鋸歯状パルス列は図3に示される鋸歯状パルス列の補数である。

0023

発生器30はさらに、さまざまな状態信号を発生させるためにイネーブルになる、デューティサイクルおよび周波数プログラミングについての制御線を含む。制御信号が制御線を介して発生器30に入力されると、図1の領域Aから領域Eに示される状態信号のすべてが発生器30によって発生され得ることを当業者は理解するであろう。

0024

この例では、低周波数に対する高周波数の割合が、起こり得る周波数の組合せごとに整数である場合に最良の結果が得られることができる。この制約がなければ、この例では、高周波パルス列および低周波パルス列における端縁間に、固定されたタイミング関係は存在しない可能性がある。これは、鋸歯状パルスにおいてグリッチおよびラントパルスを生み出す傾向があり、低周波パルス列の端縁付近で鋸歯の幅の変動を生み出す傾向があり、マイクロプロセッサによる解釈を複雑にする。

0025

整数周波数割合を有するクロックを生成するためにいくつかの方法が用いられてもよい。高周波クロックは、周波数乗算器によってまたはアナログもしくはデジタル位相ロックループを介して、低周波クロックから発生されてもよい。図7は、整数周波数を有するクロックを生成するための発生器の一例である。図7の発生器40では、低周波クロックを発生させるために高周波クロックが分割される。発生器40は、周波数分割器42と、スキュー除去ユニット44と、パルス整形器46aおよび46bと、XNORゲート47と、グリッチ除去ユニット48とを含む。

0026

図7における周波数分割器42は、リップルキャリーを用いて同期式のものである場合もあれば、非同期式のものである場合もある。完全に同期式の分割器伝搬遅延を出力するために低クロックを有し、これはスキュー除去の必要性をなくし、グリッチ除去回路需要を低減し得る。非同期式分割器は伝搬遅延を出力するためにはるかに高いクロックを有し、スキュー除去またははるかに大きなグリッチ除去を必要とする。しかしながら、非同期式分割器の消費電力は典型的にはより少ない(特に、高周波数でクロックされたCMOSベース論理において明白である)。

0027

パルス整形器46aおよび46bは、単安定マルチバイブレータまたは小型の状態機械とともに構成されてもよい。状態機械が用いられる場合には、それぞれのマスタクロックとして、パルス整形器46aは低周波クロックを用いることができ、パルス整形器46bは高周波クロックを用いることができる。状態機械が低周波経路上で用いられる場合には、スキュー除去ユニット44はパルス整形器の後に置かれてもよい。高周波クロックでクロックされたD型フリップフロップは、スキュー除去ユニット44のために用いられることが可能である。XNORゲート47は、パルス整形器46aおよび46bからの出力を組合せ、組合せられた信号をグリッチ除去ユニット48に供給する。グリッチ除去ユニット48は、RCローパスフィルタおよびシュミットトリガを含んでもよい。高周波クロック、周波数分割器の割合、およびパルス整形器によって生成されたパルス幅は、さまざまな状態条件を示すようにプログラミングされてもよい。

0028

図8は、グリッチ除去された鋸歯状パルスを発生させるための発生器の別の例である。この構成では、ロジックデコーダ56は3つのパルス、すなわちSRラッチ60をセットするための1つのパルス、およびSRラッチ60をリセットするための別のパルス、ならびに論理ゲート53をディスエーブルにすることによって次のリセット信号スキップするための信号を与える。スキップリセット信号は、変調周波数がローからハイ遷移するときにトリガされる単発の信号を介して発生される。このラッチは次いで、最後のリセットパルスが発生された後、都合のよい間隔として選択された7カウントを用いてリセット
される。セットされたパルスおよびリセットされたパルスは、カウンタデコーダ52の1つの状態の間だけ続く。デコーダ56は、数分の1の高周波クロックとしてパルス幅を選ぶように入力制御線を介してプログラミングされるこれらのパルスを生成する。ロジックデコーダ56からのセットされた出力およびリセットされた出力は常に、両方の出力が同時にハイになることを防ぐ態様でプログラミングされる。カウンタ/デコーダ52は、高周波クロックの周波数分割を行なうフリップフロップQ1,Q2,...,QN(図示せず)も含む。カウンタ/分割器54は、低速度の変調周波数を生成するために中波クロックの周波数分割を行なうフリップフロップQ1,Q2,...,QM(図示せず)を含む。

0029

デコーダ58の出力は、SRラッチ60の入力を入れ替えることができる(双投スイッチとして示される)組合せ論理または伝送ゲート59に送られる。この態様で、ロジックデコーダ56の最も左側の出力は、スイッチが上方位置にあるとフリップフロップをセットするが、スイッチが下方位置にあるとフリップフロップをリセットする。ロジックデコーダ56の第2の出力は、スイッチが上方位置にあるとリセットをもたらし、スイッチが下方位置にあるとセットをもたらす。最終結果は、スイッチが下がった状態でSRラッチ60のQ出力がパルス列を生成することになるというものであり、このパルス列はスイッチが上がった状態でのパルス列の補数である。スキップリセット信号のタイミングによって、SRラッチ60はいかなるグリッチが発生することも確実に防ぐ。

0030

前に記載された技術の他に、典型的な状態機械に基づく十分に同期式の構成が用いられてもよい。図9は、このような状態機械によって実現される発生器の一例を示す。発生器70は、カウンタ/分割器72と、デコーダ74と、Dフリップフロップ76とを含む。図9では、状態線は鋸歯状信号を変更するためのデコーダ74への追加の入力である。たとえば、デューティサイクル10−90は、状態線からの入力に応じて5−95に変更されることが可能である。

0031

以下に、上の発生器の、バッテリ充電器の中での実現例が記載される。図10および図12図14は、/CHRGピンにおいてNMOSプルダウントランジスタを駆動するための例示的な回路を示す。図10および図12図14の回路は、たとえば図7の発生器40に対応する。

0032

図10は、発振器(高周波クロック発生器)の回路トポロジーの一例である。発振器80では、切換え可能な定電流ソース(トランジスタM4、M11、M18およびM22)ならびに電流シンク(トランジスタM31、M37、M45およびM47)を介してキャパシタC1を交互に充電および放電することによって、線CAP上で三角波が生成される。交差結合されたNANDゲートU2およびU3によって形成されるSRラッチは、電流がソースされるかまたはシンクされるかを判断する。SRラッチの状態は、差動対M19およびM20ならびにM25およびM26によって形成される2つの比較器によって判断され、これらの差動対の閾値ノードMHおよびML上の電圧によってセットされる。ノードMHおよびML上の電圧が、キャパシタC1を充電および放電するために用いられる電流との密な、供給電圧に比例した関係を維持するので、周波数は電源電圧および温度変動に反応しない。

0033

方形波がノードHigh Freq Clkにおいて利用可能であり、その周波数はこの例では49KHzである。入力TESTがハイに駆動される場合には、動作周波数は約100倍に増大される。さらに、発振器80を遮断し、節電するためにピンENABLEが含まれる。

0034

より詳細には、端子ZTC2は、ダイオードに接続されたトランジスタM32およびM39に電源電流を与える。NMOSトランジスタM39、M40、M41、M42、M4
3、M44、M45およびM47は電流ミラーストリングを形成する。ネイティブなNMOSトランジスタM32、M33、M34、M35、M36およびM37はカスコードストリングを形成する。トランジスタM32はカスコード機器のための電圧をセットし、トランジスタM39は電流ミラー機器のための電圧VGSをセットする。トランジスタM38は、インバータU4を介してピンENABLEの状態に基づいてオンおよびオフにされる。トランジスタM38をオフにすることによって、電流ミラー機器M39、M40、M41、M42、M43、M44、M45およびM47がオフになる。

0035

トランジスタM6、M7、M8、M9、M10およびM11は電流ミラー機器である。トランジスタM13、M14、M15、M16、M17およびM18はカスコード機器である。トランジスタM5およびM12はカスコード電圧をセットするために用いられ、トランジスタM6は電流ミラー機器の電圧VGSをセットする。トランジスタM1およびM2は、電流ミラー機器M6、M7、M8、M9、M10およびM4およびM11、ならびにカスコード機器M13、M14、M15、M16、M17およびM18をオンまたはオフにするために用いられる。

0036

トランジスタM7およびM14によって形成される電流ソースは2つの基準電圧を与える。すなわち、1つは、ノードML上で発振器80の下限電圧をセットする、抵抗器R2における電圧降下であり、もう1つは、ノードMH上で上限電圧をセットする、抵抗器R1およびR2間の電圧降下である。

0037

下位電圧比較器は、上述の差動対トランジスタM25およびM26を含み、そのテール電流はトランジスタM8およびM15によってセットされる。差動対のドレインは、電流ソースM42およびM43、ならびに電流ミラーM27およびM28に接続されるカスコード機器M35およびM36に結合される。トランジスタM28のドレインは、シュミットトリガU5の入力に接続される。シュミットトリガU5の出力XLは、線CAP上の電圧が下限電圧まで下がったときにローに駆動される。

0038

上位電圧比較器は、差動対トランジスタM19およびM20を含む。テール電流はトランジスタM44によってセットされる。電流ソースM9およびM10は、トランジスタM19およびM20のドレインに結合される。差動対の出力は、電流ミラーM23およびM24に接続されたカスコード機器M16およびM17に結合され、シュミットトリガU1に入る。シュミットトリガU1は、線CAP上の電圧が上限電圧に到達するときにローになる出力XHを与える。

0039

図11は、図10に示される発振器80の例示的な波形である。時間T1において、線CAPの電圧は比較器下限電圧MLに到達する。この状況下で、下位電圧比較器(M25およびM26)は、シュミットトリガU5の出力XLが強制的にローになるようにし、SRラッチ(U2およびU3)の出力がローになるようにする。したがって、上位電流ソース(M4、M11など)がオンにされ、下位電流ソース(M45、M47など)がオフにされ、線CAPの電圧を増大させる。同時に、高周波信号High Freq Clk、すなわち図10の発振器からの出力はローになる。キャパシタ電圧が比較器下限MLを上回って上昇するとき、シュミットトリガU5の出力(XL)はハイになるが、SRラッチの出力は出力ロー状態にラッチされたままであり、したがって、高周波信号High Freq Clkはローのままである。

0040

時間T2において、線CAPの電圧は比較器上限電圧MHに到達する。上位比較器(M19およびM20)は、シュミットトリガU1の出力XHが強制的にローになるようにし、SRラッチ(U2およびU3)の出力がハイになるようにする。したがって、上位電流ソース(M4、M11など)がオフにされ、下位電流ソース(M45、M47など)がオ
ンにされ、線CAPの電圧を減少させる。高周波信号High Freq Clkはハイになる。線CAPの電圧が比較器上限電圧MH未満に減少するとき、シュミットトリガU1の出力(XH)はハイになるが、SRラッチの出力は出力ハイ状態にラッチされたままであり、したがって、高周波信号High Freq Clkはハイのままである。

0041

上述のように、上位および下位比較器は、線CAPの電圧レベルに従ってSRラッチに印加されるように、セットされた信号およびリセットされた信号を発生させる。SRラッチは、シュミットトリガU1の出力XHまたはシュミットトリガU5の出力XLがローになるまでその出力電圧をハイまたはローに保つためにメモリ機能を有する。発振器の方形波高周波信号High Freq Clkは、SRラッチのこのようなメモリ機能を利用することによって発生される。

0042

シュミットトリガU1の入力には、発振器80が遮断されたときにSRラッチを強制的に公知の状態にするトランジスタM21が存在する。トランジスタM29は、トランジスタM21と同様の機能を有する。

0043

ピンTESTは、インバータU6およびトランジスタM46に接続される。ピンTESTがハイに駆動されるとき、発振器80はテストの目的でより高い周波数を有するクロックを生成する。より大きな充電電流が、カスコード電流ソースを介さずにキャパシタC1に流入する。インバータU6は、トランジスタM30をオフにしてキャパシタC1を線CAPから切離すために用いられる。小さなキャパシタンスおよびより大きな充電電流は、テストのための非常にすばやい発振周波数をもたらす。

0044

図12は、図7の周波数分割器42の一例である。図10の発振器80の出力は、低周波パルスを生成する周波数分割器90に結合される。周波数分割器90は、N(N:整数)Dフリップフロップ92を含む。図13に示される擬似ラッチDフリップフロップが、Dフリップフロップ92として用いられてもよい。

0045

周波数分割器90は、復号を単純化するためおよび電力消費を低下させるために、十分に同期式の構成ではなくリップル計数に基づく。しかしながら、リップル計数は伝搬遅延を出力するために同期式分割器よりも高いクロックを生成し、したがって、スキュー除去回路を必要とする。さらに、フリップフロップの段の数は、発振器周波数および鋸歯状パルスパターンの所望の特徴に基づいて、さまざまな構成で異なる可能性がある。

0046

図14は、バッテリ充電器10とともに用いられ得る鋸歯状パルス発生器およびグリッチ除去装置の一例である。図15A〜図15Eは、図10の発振器80、図12の周波数分割器90、および図14の鋸歯状パルス発生器100によって発生される例示的な波形である。なお、高周波パルスおよび低周波パルス間の割合は例示の目的で調整される。図14に示されるように、鋸歯状パルス発生器100は、低周波パルス(図15D)および高周波パルス(図15E)を受取る。この例では、高周波クロックパルスの周波数は49KHzであり、低周波クロックパルスの周波数は1Hzであり、そのデューティサイクルは50%である。鋸歯状パルス発生器100は、NTC故障信号(または、バッテリ欠陥信号)(図15C)も受取る。ハイ状態におけるNTC故障信号はたとえば、ピンNTC(図2参照)における電圧が高温時に0.35VIN未満に降下するかまたは低温時に0.75VINを上回って上昇すること(NTC故障)を示す。

0047

フリップフロップU10の出力は1Hzの方形波(信号BLINK)である。信号BLINKは、NTC故障が発生しない限りローに保持される(図15C)。D型フリップフロップU10は、周波数分割器90からの低周波クロックのスキュー除去をもたらす。なぜなら、周波数分割器90(リップルカウンタ)が過剰な伝搬遅延を生成するためである
。出力Qからの低周波クロックパルス(信号BLINK)の端縁は、高周波クロックパルスの端縁と同期される。

0048

高周波パルスおよびNTC故障信号はNANDゲートU9に与えられ、その出力はインバータU11、トランジスタM50およびM51、抵抗器R10、キャパシタC10、シュミットトリガU12ならびにNANDゲートU13によって形成される回路に結合される。この回路は、NANDゲートU13の出力において高デューティファクタ、すなわち高周波パルス列を生成する。NANDゲートU9の出力は、NTC故障信号がローであるときにはハイ状態のままである。NANDゲートU9は、NTC故障信号に従ってインバータU11への高周波信号クロックをゲート制御する。

0049

NANDゲートU13の出力(高周波パルス列)および信号BLINK(低周波パルス列)は、インバータU14およびU15、ならびにトランジスタM52〜M55およびM57〜M60によって形成されるXNORゲートに送られる。信号BLINKがハイ状態とロー状態との間で交互になるので、抵抗器R11に接続されたXNORゲートの出力は、高デューティファクタと低デューティファクタとの間で交互になる(図3の「鋸歯状パルス列」参照)。

0050

抵抗器R11、キャパシタC11およびシュミットトリガU16によって形成されるグリッチ除去装置は、XNORゲートの出力において発生する可能性があるラントパルスおよびグリッチを除去する。

0051

ANDゲートU17は、XNORゲートの出力、およびバッテリ14(図2参照)が充電されていることを示す信号CHAGING(図15B)を受取る。ANDゲートU17は、バッテリの充電が実際に行なわれるときにプルダウントランジスタESD7が/CHRGピンを介してしか電流を下げることができないことを確実にする。たとえばバッテリの充電がイネーブルにされ、入力電源電圧VINが十分に高いときには、信号CHARGINGはハイに駆動される。

0052

バッテリ14が充電されているとき、ANDゲートU17の出力はハイ状態にある(図15A)。これは、/CHRGピンを引下げるプルダウントランジスタESD7をオンにし、LED22をオンにし、マイクロプロセッサピンを駆動する(図2参照)。したがって、ユーザおよびプロセッサは、バッテリ14が充電していることを認識できる。それに対して、バッテリが充電されていないとき、ANDゲートU17の出力はローであり、プルダウントランジスタESD7はオフにされる。NTC故障が発生するとき、鋸歯状パルスがANDゲートU17から出力され、トランジスタESD7は点滅周波数に従って繰返しオンおよびオフにされる(図15A)。このように、LED22は低周波パルスの周波数(交互になる周波数)に基づいて点滅し、マイクロプロセッサは鋸歯状パルス列のデューティサイクルに基づいてNTC故障の発生を認識する。

0053

上の例では、バッテリの異なるエラーを表示するために、より高いデューティファクタとより低いデューティファクタとの間で交互になるようにデューティサイクルおよび点滅周波数を変更することが可能であろう。このような修正は当業者によって容易になされ得る。たとえば、図6では、発生器30はデューティサイクルおよび周波数に関する命令を組合せることによってさまざまな鋸歯状パルス列を与えることが可能である。

0054

34.375KHzの高周波パルスが以下の例で用いられる。この周波数は、可聴周波数帯の範囲外であるが、わずかに適度なクロック速度を有するマイクロプロセッサによって測定可能であり得る。以下に記載されるように、34.375KHzの高周波パルスは、2.2MHzの発振器によって発生される信号から得られることができる。表1に示さ
れるように、/CHRGピンの出力はこの例では、充電状態、非充電状態、範囲外のバッテリ温度(NTC故障)および無反応バッテリ(欠陥)を示し得る。

0055

0056

故障していない状態は、DC表現が完全にオンおよび完全にオフであることによって表わされる。残りの2つの状態は故障状態であり、低周波点滅および高周波デューティサイクルの変調された搬送波の両方によって記載される。この技術によって、デューティサイクルが4.7%または95.3%であるとマイクロプロセッサが判断すれば、マイクロプロセッサはNTC故障の発生を認識できる。デューティサイクルが9.4%または90.6%であると判断されるとき、マイクロプロセッサはバッテリに欠陥があると判断できる。

0057

欠陥のあるバッテリは以下の態様で判断されることができる。たとえば、ピンBATの電圧が2.9V未満であるとき、バッテリ充電器10はプログラムされた値の10%に充電電流を低減し得る(「トリクル充電」)。バッテリがある期間の間トリクル充電状態で留まると、バッテリ充電器10はバッテリに欠陥があると判断する。この判断に基づいて、この実施例における鋸歯状パルス発生器は、バッテリの欠陥を示すパルス列を発生させる。

0058

NTC故障信号は、4.6875%のデューティサイクルと95.3125%のデューティサイクルとの間で切換わる一連のパルスである。これらのデューティサイクル間の切換えを判断する信号は、1.526HzのLED点滅信号である。たとえば、NTC故障信号は以下によって発生されることが可能である。

0059

0060

Tcarrierの4.6875%=1.3636μs=2.2MHzクロックの3サイクル
Tcarrierの95.3125%=27.727μs=2.2MHzクロックの61サイクル
低デューティサイクルと高デューティサイクルとの間のまれな1.5Hzの遷移のときでさえプロセッサが常に確実にきれいな読取を得るように、2つの異なるデューティサイクルが(少なくとも互いの数ナノ秒以内で)対応する立上がり端縁または立下がり端縁を有することが重要である。図16はパルスの端縁の例示的な同期を示す。マイクロプロセッサが立上がり端縁から測定を開始する場合、マイクロプロセッサは常に4.7%の信号または95.3%の信号のいずれかの完全なサイクルを選ぶ。

0061

不良なバッテリ信号は、点滅周波数が6Hzであること以外はNTC故障と類似しており、これはエンドユーザにとってはより「大きく」見える。マイクロプロセッサの認識のために、デューティサイクルは10%から90%である可能性がある。不良なバッテリ表示のために5%−95%ではなく10%から90%を選択することは任意ではない。10%のデューティサイクルでは、LEDは最後までオフにされないことが明らかである。しかしながら、6Hzの点滅速度では、NTC故障の場合の1.5Hzの速度よりもLEDははるかに目立たない。6Hzでは、「暗」レベルとは一体何であるかを見分けることが困難になる。したがって、より低い5%の明度はより遅い1.5Hzのパルスのために保有され、そこではより低い5%の明度はより容易に認められるであろう。

0062

不良なバッテリ表示は以下のとおりになされ得る。
Tcarrierの9.375%=2.727μs=2.2MHzクロックの6サイクル
Tcarrierの90.625%=26.364μs=2.2MHzクロックの58サイクル
NTC故障の1.36μsのパルスと不良なバッテリ故障の2.73μsのパルスとを区別できるようにするために、マイクロプロセッサはたとえば約700KHzの最低速度で動くタイマを有する必要があるだろう。これは、同時的なマイクロプロセッサに伴う問題ではないべきである。

0063

この例では、LED変調速度に関する相当な精度がもたらされる。これらの周波数は、(この例のために)安価に2.2MHzの発振器の数分の1にされ得るように意図的に考案される。具体的には、6.104Hzはマスタクロックの218+216+215の指数のみから導出され得ることが示され得る。同様に、1.526Hz、すなわちその1/4は、同様に復号されるであろうが、2フロップ下にシフトされるであろう。したがって、原則的に、LED変調信号の各々を導出するために単一の3つの入力NANDまたはNORゲートのみが必要であるはずである。

0064

以下では、NTC故障信号および不良なバッテリ信号の例示的な発生が、図17Aおよび図17Bの助けを借りておよび発生器50を示す図8に戻って参照しながらより詳細に説明される。最初に、図8を参照しながら上述されたように、2.2MHzの入力クロックは34.375kHzのクロック(QN)を発生させるために64のカウントで分割され、同時に、この2.2MHzのクロックのうちいくつかのカウントは復号され、組合せ論理56に送られる。以下に記載されるように、出力パルスをセットまたはリセットするために、63のうちカウント0、3、6、7、59および61が選択的に用いられる。

0065

NTC故障が存在する場合、この例では5%−95%のデューティサイクルが利用されてもよい。5%のデューティサイクルは、3/64または4.6875%のデューティサイクルについて、カウント0においてSRフリップフロップ60をセットし、カウント3においてSRフリップフロップ60をリセットすることによって達成される。95%のデューティサイクルは、61/64または95.3125%のデューティサイクルについて、カウント0においてSRフリップフロップ60をセットし、カウント61においてSRフリップフロップ60をリセットすることによって達成される。

0066

不良なバッテリ故障が存在する場合、この例では10−90%のデューティサイクルが用いられてもよい。10%のデューティサイクルは、6/64または9.375%のデューティサイクルについて、カウント0においてSRフリップフロップ60をセットし、カウント6においてSRフリップフロップ60をリセットすることによって達成される。90%のデューティサイクルは、58/64または90.625%のデューティサイクルについて、カウント0においてセットし、カウント58においてリセットすることによって
達成される。

0067

変調周波数によって規定される適切な明から暗への遷移時間において5%のデューティサイクルのパルスから95%のデューティサイクルのパルスに進むとき、必要なのはカウント3からカウント61にリセット時間を修正し、カウント3において次のリセットを行なうのを省略することだけである。これは、スキップリセット信号で論理ゲート53をディスエーブルにすることによって達成される。95%から5%に逆戻りするときには、リセット時間は単にカウント61からカウント3に切換えられ、セットが最初に発生するようにリセットをスキップする必要はない。しかしながら、出力は既にハイであり、セットは出力パルスに影響を及ぼさない。同様に、10−90%のデューティサイクルの遷移の場合には、単一のリセットは省略され、リセット時間は10−90%のデューティサイクルの遷移についてスワップされ、リセット時間は90−10%の遷移の際にスワップされるのみである。変調周波数がローからハイに遷移した後に単一のリセットを省略する目的は、図17Aおよび図17Bのタイミング図の助けを借りて説明される。

0068

スキップリセット信号は、変調周波数がローからハイに遷移したときにトリガされる単発の信号を介してロジックデコーダ56内のRSラッチ(図示せず)をセットすることによって発生されてもよい。このラッチは次いで、最後のリセットパルスが発生された後、都合のよい間隔として選択された7カウントを用いてリセットされる。鋸歯状パルスのローからハイへの遷移をトリガするためにラッチが用いられるので、変調周波数はセット−リセットされたパルスと非同期であり得る。

0069

1.5Hzまたは6Hzの変調周波数は、34.375kHzのクロックパルスの16個ごとのうち5個をスキップし(または、16個ごとのうち11個を用いて)、次いで、所望の変調周波数を得るためにこの切捨てられたクロックを4096または16384で分割することによって34.375kHzの搬送信号から発生される。11/16=1/2+1/8+1/16は、219でたった今分割された、先に記載された同一の指数であることが注目される。不規則な切捨てられたクロックは、スキップされた遷移をならすために後続の一連の分割器によって平均され、ほぼ50%のデューティサイクルを有する変調周波数がもたらされる。

0070

切捨てられたクロックにおけるむらを最小にするために、16個のパルスのうち11個のパルスは均一に広げられる。これは図18におけるタイミング図とともに示される。最上部のトレースは34.375KHzのクロックを表わし、上から2番目のトレースは切捨てられたクロックを表わし、ここではクロックパルス0、5、6、11および12はスキップされている。次のトレースは切捨てられたクロックの連続する分割である。

0071

図19は、入力電源電圧がUSBを介してバッテリ充電器に与えられるのと同時にLED22およびマイクロプロセッサピンをいかに駆動するかを示す。LED22が用いられるとき、LEDはバッテリ電圧またはUSB電圧に引上げられる。問題は、マイクロプロセッサピンがロジック電源レベル未満である場合にユーザがマイクロプロセッサピンをUSB電圧まで引上げることができないことである。さらに、ロジック電源は、バッテリ充電器が自律的に動くように意図されるときにはオンでない可能性さえある。図19の回路はこれらの問題を解決することができ、図19の回路では、トランジスタ102および抵抗器104は/CHRGピンとロジック電源VLOGICとの間に結合される。トランジスタ102のドレインは抵抗器104の一端に結合され、ゲートはロジック電源VLOGICに結合された抵抗器104の別の端部に結合される。トランジスタ104のドレイン電圧はマイクロプロセッサピンを駆動する。このスキームは、低ドロップアウトダイオードにとって効果的である可能性がある。

0072

図20は、修正された鋸歯状信号の一例を示す。基本的な考え方は、各ロー状態およびハイ状態内に状態ビットの繰返しパケットを含むというものである。低周波パルス列の「低輝度」部分に組込まれる最悪の場合のビットパターンの平均的なデューティサイクルが10%未満に留まる限り、高輝度状態低輝度状態との間のコントラスト比は依然として妥当なものである。

0073

可聴性を回避するために20KHzを上回る速度で繰返すパケットの状態で複数のビット伝送される。図20における例は送られる合計3つの状態ビットを示すが、パケットの中のビットの数は任意である。データを送る厳密な方法も任意である。いかなるベースバンドシリアル伝送スキームも適用可能である。この技術は、NRZゼロ復帰マンチェスタ符号化方式、および他の自己クロッキングコード、ならびにデータコーディングのためのさまざまなパルス幅符号化技術を用いることができる。この技術は、スタートおよびストップビットランレングス限定、ならびにビットのフレーミングおよび同期を改善するための他の技術も用いることができる。

0074

図20におけるビットパケットのために、状態語110が符号化される。これは、この例で利用可能な合計23=8個の異なるビットパターンのうちの1つである。各々の個々のビットは、異なる起こり得る故障状態を表わすために用いられることができる。たとえば、ビット0はバッテリに欠陥があるかどうかを示すことができるであろう。ビット1はバッテリが通常温度範囲外にあるかどうかを示すことができるであろう。ビット2はバッテリが充電しているかどうかを示すことができるであろう。

0075

ビットパターンはより効率的に用いられることもできる。ビットを故障状態に完全に振り向けることは必要でないかもしれない。たとえば、故障情報の提供は、バッテリが充電していないときには必要でない可能性があり、他の用途次第でいくつかのビットパターンは空けられる。

0076

図21は、バッテリ充電器のために用いられる複数の状態ビットを与えるための別の鋸歯状パルス発生器の回路トポロジーの一例である。図21の回路は、たとえばビットパケットの各々がスタートビット、2つのデータビット(B0およびB1)ならびにストップビットを含む鋸歯状信号を発生させるように構成される。フリップフロップU112は、たとえば図20に示される鋸歯状信号がトランジスタのドレインから出力され得るように図14のプルダウントランジスタESD7のゲートに接続される。

0077

回路は、機器U114からU131を含む一連の同期カウンタを含む。このカウンタは、ANDゲートU101からU106およびU113によって形成されるデコーダによって復号される。スタートビット、2つのデータビット(B0およびB1)ならびにストップビットは、ANDゲートU107からU110およびORゲート111を含むマルチプレクサによって、その順序で選択される。

0078

一連のカウンタは、クロック信号CLKおよび相補的なリセットされた信号XRを受取る。一連のカウンタは、低周波信号がいかに速いものであるか、各々の個々のビットがいかに速く送られるか、および各々の個々のビットを送ることが何度繰返されるかを判断するために構成される。

0079

一連のカウンタにおける2つの下位ビットQ0およびQ1は、マルチプレクサにおけるスタートビット、2つのデータビット(B0およびB1)のうちの1つ、またはストップビットのいずれかを選択するためにデコーダに入力される。たとえば、ビットQ0がANDゲートU102およびU104に与えられ、その補数ビットXQ0がANDゲートU101およびU103に与えられる。ビットQ1はANDゲートU103およびU104に
与えられ、その補数ビットXQ1はANDゲートU101およびU102に与えられる。任意の所与の時間において、デコーダの4つの出力のうち1つだけがハイになる。たとえば、低周波信号Q6に相補的な信号XQ6を選択するための信号SEL_START、データビットB0を選択するための信号SEL_B0、データビットB1を選択するための信号SEL_B1、および低周波信号Q6を選択するための信号SEL_STOPは、その順序で順次ハイになる。信号SEL_STOPを発生させるためのインバータU105、ORゲートU106およびANDゲートU113は、どのくらいの頻度でビットパケットが送られるかをセットアップするために設けられる。

0080

デコーダの出力に基づいて、マルチプレクサはスタートビット、データビットB0、データビットB1およびストップビットのうちの1つを選択する。フリップフロップU112はORゲートU111の出力のグリッチを除去し、ORゲートU111の出力を図14におけるプルダウントランジスタESD7のゲートに印加する。

0081

図22図25は、図21で示された回路で発生される例示的な、シミュレートされた波形である。図22図25は、一連のカウンタに与えられるクロック信号CLK、スタートビット選択信号SEL_STRT、データビットB0選択信号SEL_B0、データビットB1選択信号SEL_B1、フリップフロップU131からの低周波信号Q6、およびフリップフロップU112からの出力信号OUT(ビットパケットを有する鋸歯状信号)を示す。図22はB0=LおよびB1=Lでのシミュレーションを示し、図23はB0=HおよびB1=Lを示し、図24はB0=LおよびB1=Hを示し、図25はB0=HおよびB1=Hを示す。

0082

すべての場合において、出力信号OUTは、スタートビットが後に続く長い間隔(ストップビット)で構成され、スタートビットはストップ間隔後の第1の端縁で始まる。ストップビットがロジックローである場合には、スタートビットの始まりは立上がり端縁で示される。ストップビットがロジックハイである場合には、スタートビットの始まりは立下がり端縁で示される。クロック周波数が十分に制御される場合、ビットB0およびB1の場所は、スタートビットの前縁の後に正確な量の時間待つことによって決定されることが可能である。

0083

T=0で開始する図22では、ストップビットはローであり、スタートビットの始まりはローからハイへの遷移(スタートビット=H)で示される。スタートビットの後に2つのローデータビットが続き、最終的にローストップビットになる。このプロセスが4度繰返される。最後のビットパケットの後に、その中間点においてロジックローからロジックハイに遷移するストップビットが続く(これは、低周波信号Q6がハイになった直後に発生する)。

0084

次にストップビットがロジックハイで示される場合、次のスタートビットはハイからローへの遷移(スタートビット=L)で始まる。スタートビットの後に2つのローデータビットが続き、最終的にハイストップビットになる。図23図25も他のビットの組合せのシミュレーションを示す。

0085

なお、図22図25に示されるシミュレーションは通常実現されるであろうものの単純化されたバージョンを表わす。ビットパケット周波数は、可読性を向上させるためおよびシミュレーション時間を低減するために増大されている(および、ストップビット時間は短縮されている)。さらに、より多くの一連のカウンタを復号することによってさらなるデータビットがこの基本的な構成に追加されてもよい。

0086

図21の回路の起こり得る修正例は、第1のスタートビットの補数である、第1のスタ
ートビットの後の第2のスタートビットを含むことである。これは、中間のストップビットの遷移をスタートビットの始まりであると解釈することを回避するために用いられることができる。2つの連続的なビットパケットは、含まれない場合には、状態ビットが正確に読取られたことを結論づける前に確実に合致するように比較されるべきである。

0087

この実施例では、鋸歯状パルス列は説明の目的でバッテリ充電器によって発生される。鋸歯状パルス列は、バッテリ14の状態を与えるためにマイクロプロセッサおよびLED22に与えられる。バッテリ充電器はバッテリ充電器自体を制御するためにコントローラまたは制御論理を含むことを当業者は理解するであろう。図26に示されるように、バッテリ充電器10aの制御論理90は、外部コントローラまたはマイクロプロセッサによって発生された鋸歯状パルス信号を制御信号として受取ることができ、鋸歯状パルス信号に従ってその動作モードを制御する。

0088

一例として、バッテリ充電器10aは、ビットパケットを含む、図20に示された鋸歯状パルス信号によって制御される。図20図25を参照しながら記載されたように、いくつかのビットは鋸歯状パルスパターンの属性を保ちながら鋸歯状パルス信号状態で符号化され得る。図20に示されたように、パルスパターンは(ビットパケットの開始を示す)論理1および1つ以上のデータビットが後に続く長い一連の0、または1つ以上のデータビットが後に続く(スタートビットのための)論理0が後に続く長い一連の1を含む。

0089

図27は、ビットパケットを含む鋸歯状パルス信号が復号されるバッテリ充電器10における複数ビット受信機のための制御論理の例示的な回路トポロジーである。この構成は、この例では2つのデータビットB0およびB1についてセットアップされる。この制御論理は、フリップフロップと、ANDゲートと、ORゲートと、XORゲートと、インバータとを含んでもよい。より詳細には、制御論理は、連続的な0検出器(U225〜U237およびU69)と、連続的な1検出器(U243〜U256)と、シフトレジスタ(U201〜U224)と、連続的な0検出器および連続的な1検出器による検出に基づいてシリアルシフトレジスタについてのロードおよびシフト信号を発生させるためのタイミング発生器(U240〜U242、U258〜U268)とを含む。検出器およびシフトレジスタに与えられる鋸歯状パルス信号を受取るために入力ポートERIAL_INが存在する。シフトレジスタは出力ポートP1およびP0を有し、そこから、鋸歯状パルス信号に組込まれた信号が再生される。

0090

鋸歯状パルス信号が入力ポートSERIAL_INに入ったとき、連続的な0検出器U225〜U237およびU269は、多数の連続的な0が入力ポートSERIAL_INでいつ発生したかを検出する。これが発生すると、ノードZERO_STRING(フリップフロップU237の出力信号)はハイになる。0のストリングの後の、入力ポートSERIAL_INでの第1の論理1は、新しいビットパターンの開始を示す。第1の論理1が現われると、ノードSTART_ZERO(ANDゲートU238の出力)はハイになる。

0091

同様の態様で、連続的な1検出器U243〜U256は、多数の連続的な1が入力ポートSERIAL_INでいつ発生したかを検出する。これが発生すると、ノードONE_STRING(フリップフロップU256の出力)はハイになる。1のストリングの後の、入力ポートSERIAL_INでの第1の論理0は、新しいビットパターンの開始を示す。第1の論理0が現われると、ノードSTART_ONE(ANDゲートU257の出力)はハイになる。

0092

ノードSTART_ZEROおよびSTART_ONEに接続されるORゲートU239の出力は、スタートパルスがいずれかのシーケンスで発生し、シフトレジスタU201
〜U224を制御するタイミング発生器U240〜U242およびU258〜U268をトリガするために用いられることを示す。シフトレジスタは、同期入力SHIFTおよびLOADを含む。入力LOADは、タイミング発生器のフリップフロップQ264およびQ268からのタイミング信号Q53およびQ52に従って、ANDゲートU201によって発生される。入力SHIFT入力は、タイミング信号Q51〜Q53に基づいて、XORゲートU212、インバータU213およびANDゲートU214によって発生される。タイミング信号Q51はフリップフロップU260から来る。フリップフロップU219およびU224はシフト機能をもたらすのに対して、フリップフロップU206およびU211は、フリップフロップU219およびU224が新しいデータへのシフトを終了するまで出力P0およびP1が状態を変化させることを防ぐ。データビットB0およびB1は、スタートビットの前縁の後に正確な量の時間待つことによって検出されることが可能である。

0093

図28は、図27に示された制御論理の動作を説明する、例示的なシミュレートされた波形を示す。図28は、下から、低周波信号Q6(図21図25参照)、鋸歯状パルス信号に組込まれる元の信号b0およびb1、入力ポートSERIAL_INに入力される鋸歯状パルス信号、ならびに信号b0およびb1に対応する出力(再生)信号P1およびP0を示す。信号b0およびb1の4つの組合せはすべて、鋸歯状パルス信号を生成する鋸歯状パルス発生器(図21)に与えられる。鋸歯状パルス信号は、データビットB0およびB1が後に続くスタートビットと、(鋸歯状パルス信号の低周波数構成要素(Q6)によって決定される)ストップビットとを含む。ビットが受取られた直後、シフトレジスタは更新し、結果を出力ポートP0およびP1に与える。すなわち、信号b0およびb1を再生するために信号P0およびP1を出力する。

0094

バッテリ充電器10aは信号P0およびP1に基づいて動作する。鋸歯状信号をバッテリ充電器10aに送ることによって、外部プロセッサはその充電挙動などの充電器の動作を変更できる。バッテリ充電器10aがプログラム可能な充電終端を有する場合には、プロセッサは1つの充電終端方法を別の充電終端方法に変更するために鋸歯状信号をバッテリ充電器10に送る。たとえば、プロセッサは、電流充電終端モードを変更するためのビットおよび新しい充電終端方法を示す別のビットを鋸歯状信号に組込むことができる。さらに、プロセッサはバッテリ充電器10aをテストするために鋸歯状信号をバッテリ充電器10aに送ることができる。たとえば、鋸歯状信号はバッテリ充電器10aに組入れられたテストモードおよびテスト条件のうちの1つを指定できる。復号された信号に基づいて、制御ユニット94は上述のように動作モードの変化を制御し、自己テストなどを行なう。

0095

鋸歯状信号は2つ以上の命令を搬送し得るので、限られた数のピンを有するバッテリ充電器にとって好適である。ユーザがバッテリ充電器の動作モードの変化を認識できるようにLED22を駆動することも可能である。なお、コントローラ90がソフトウェアまたはハードウェア回路によって実現され得ることを当業者は理解するであろう。

0096

実施例を記載してきたが、上述の教示の観点で修正および変形が当業者によってなされ得ることが注目される。この開示では、鋸歯状パルス列の発生はデジタルアプローチで説明されている。代替的には、鋸歯状パルス列を生成するために、アナログアプローチも用いられてもよい。

0097

視覚状態表示の代わりに可聴周波状態表示を実現するためにLED22をスピーカ置換えることも可能であろう。この修正は当業者によって容易に達成され得る。たとえば、点滅(交互になる)周波数は変更されてもよく、スピーカを駆動するための可聴周波増幅器が必要とされてもよい。

0098

この開示において記載された鋸歯状信号発生器はその他のシステムで実現されることが可能である。たとえば、冷蔵庫は、ウォータフィルタを有し、フィルタ取替える必要があることにユーザが気づくようにフィルタを監視する。その通知はLEDによってなされる。この開示における鋸歯状信号発生器は冷蔵庫に適用可能である。発生器は、LEDを点滅させることによって、フィルタが取替えられるべきであることをユーザに通知でき、フィルタを取替える必要があることをコンピュータに通知できる。この場合には、コンピュータは、必要であれば、オンラインでフィルタに命令するように構成されることが可能である。

0099

さらに、状態ビットを有する鋸歯状信号によって、その他のシステムのエラーコードが表わされ得る。たとえば、冷蔵庫は、診断設備光学的に結合され得る高速光リンクを含む。診断設備は、状態ビットを有する鋸歯状信号を冷蔵庫から受取り、それを復号でき、冷蔵庫にどのような問題があるかを修理人に示すことができる。

0100

したがって、特許請求の範囲および等価物によって規定されるこの開示の範囲および精神の範囲内にある変更が、開示される特定の実施例においてなされ得ることが理解されるべきである。

図面の簡単な説明

0101

情報を提供するためにLEDなどによって生成され得る状態信号の一例を示す図である。
この開示の一実施例によるバッテリ充電器を示す例示的な図である。
この開示の一実施例による低周波パルス列および高周波パルス列ならびに鋸歯状パルス列の波形の一例の図である。
図3における低周波パルス列および高周波パルス列ならびに鋸歯状パルス列に対応するスペクトルを示す例示的な図である。
この開示の一実施例による鋸歯状パルス列のさまざまな点滅速度についてLED電流を調整するための回路トポロジーの一例の図である。
この開示の実施例によるパルス発生器の第1の例示的なブロック図である。
この開示の実質例によるパルス発生器の第2の例示的なブロック図である。
この開示の実施例によるパルス発生器の第3の例示的なブロック図である。
この開示の実施例によるパルス発生器の第4の例示的なブロック図である。
この開示の実施例による発振器の回路トポロジーの一例の図である。
図10に示される発振器の例示的な波形の図である。
この開示の実施例による周波数分割器の回路トポロジーの一例の図である。
図12の周波数分割器において実現されるフリップフロップ回路の一例の図である。
この開示の実施例によるバッテリ充電器のために用いられる鋸歯状パルス発生器およびグリッチ除去装置の回路トポロジーの一例の図である。
A−Eは図10の発振器、図12の周波数分割器、および図14の鋸歯状パルス発生器によって発生される例示的な波形の図である。
この開示の実施例によるパルスの端縁の同期を示す波形の一例の図である。
この開示の実施例による鋸歯状パルス列の発生を示す例示的なタイミングチャートである。
この開示の実施例による鋸歯状パルス列の発生を示す例示的なタイミングチャートである。
この開示の実施例による切捨てられたクロック信号の発生を示す例示的なタイミングチャートである。
この開示の実施例によるバッテリ充電器の/CHRGピンの接続を示す例示的なブロック図である。
この開示の実施例による修正された鋸歯状信号の一例の図である。
この開示の実施例によるバッテリ充電器のために用いられる複数の状態ビットを与えるために構成された別の鋸歯状パルス発生器の回路トポロジーの一例の図である。
図21に示される回路で発生される例示的なシミュレートされた波形の図であり、データビットB0=LおよびデータビットB1=Lでのシミュレーションを示す図である。
図21に示される回路で発生される例示的なシミュレートされた波形の図であり、データビットB0=HおよびデータビットB1=Lでのシミュレーションを示す図である。
図21に示される回路で発生される例示的なシミュレートされた波形の図であり、データビットB0=LおよびデータビットB1=Hでのシミュレーションを示す図である。
図21に示される回路で発生される例示的なシミュレートされた波形の図であり、データビットB0=HおよびデータビットB1=Hでのシミュレーションを示す図である。
この開示の一実施例による修正されたバッテリ充電器を示す例示的な図である。
図26のバッテリ充電器に含まれる複数ビット受信機のための制御論理の例示的な回路トポロジーの図である。
図27に示される制御論理の動作を説明する、例示的なシミュレートされた波形の図である。

符号の説明

0102

10バッテリ充電器
12キャパシタ
14バッテリ
16サーミスタ
18、20、24抵抗器
22LED

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