Brevet FR2792781A1 — publié le 20001027

Procédé et dispositif d'alimentation électrique dans un appareil mobile La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif d'alimentation électrique dans un appareil mobile, notamment d'alimentation électrique d'un circuit de traitement numérique, et en particulier dans un téléphone mobile. Le but de l'invention est de résoudre des problèmes d'alimentation qui se produisent dans les dispositifs portables, muni d'une batterie d'autonomie dont la tension chute peu à peu au cours de l'utilisation et dont la tension disponible peut descendre en dessous d'une valeur critique pour laquelle un fonctionnement des circuits numériques de l'appareil mobile, ou portable, n'est plus garanti. Dans la téléphonie mobile, et plus généralement dans les appareils portables, une batterie fournissant une tension d'alimentation utile Vu est reliée à des circuits de traitement numérique par l'intermédiaire d'un circuit de régulation. Cette batterie peut par ailleurs être reliée à d'autres circuits directement, si pour ces autres circuits la valeur d'alimentation n'a pas besoin d'être régulée. Le principe d'un circuit de régulation consiste à prévoir un écart de tension entre la tension disponible aux bornes de la batterie et une tension plus faible disponible en sortie du circuit de régulation. L'asservissement, op la régulation de la tension de sortie du circuit de régulation se réalise par la modulation de cet écart, plus la tension de batterie chute plus l'écart est réglé à une valeur faible. Dans la pratique l'écart est obtenu au moyen d'une chute de tension dans un transistor, de type bipolaire ou de type à effet de champ (MOS) avec les conséquences suivantes. Lorsque la tension de batterie devient faible, et que l'écart, la tension émetteur collecteur ou la tension drain source respectivement, est limité, la polarisation du transistor impose que le courant de polarisation qui passe dans ce transistor soit important. On aboutit alors à un paradoxe que plus la batterie est déchargée, plus sa tension est faible, et plus il faut la faire débiter pour arriver à maintenir en sortie du circuit de régulation une tension d'alimentation satisfaisante. En outre dans ce cas, deuxième paradoxe, on arrive à consommer dans le circuit de régulation, pour la régulation de la tension, plus de courant que le circuit de traitement n'est susceptible d'en consommer lui-même. Le résultat d'une telle démarche est d'abréger rapidement le reste d'autonomie de l'appareil portable. Une solution pour remédier en partie à ce problème consiste, au lieu d'augmenter le courant de polarisation, à prévoir des transistors plus gros. Indépendamment du fait que les transistors plus gros sont plus chers, ils occupent surtout plus de place sur un circuit intégré qui les comporte. Ceci est d'autant plus pénalisant qu'en général dans un appareil portable, de manière à administrer au plus juste la question des consommations, plusieurs circuits de régulation sont réalisés sur un même circuit intégré. L'occupation de surface nécessitée par les transistors jouant le rôle de ballast est alors rédhibitoire. En outre lorsqu'une consommation électrique évolue brusquement, à une date donnée, le temps de montée du circuit de régulation est trop long. De sorte qu'on observe en sortie du circuit de régulation une évolution transitoire de la tension régulée au cours de laquelle celle-ci baisse d'abord puis dépasse la valeur de régulation avant de se stabiliser à cette dernière. La durée de cette réponse transitoire, notamment pendant la période de baisse peut être de l'ordre de 10 microsecondes. Dans un appareil portable, notamment dans un téléphone mobile, une horloge interne rapide, dans un exemple connu à 13 MHz, cadence les circuits numériques. Les 10 microsecondes de déficit de tension correspondent alors à plus d'une centaine de temps de cycle de ces circuits de traitement. Dans certaines situations, notamment lorsque la batterie approche de la fin de son autonomie, le démarrage des traitements qui impliquent un surcroît de consommation s'effectue alors dans de mauvaises conditions puisque pendant ces cycles d'horloge les circuits de traitement sont sous-alimentés. Pour résoudre ce dernier problème, dans l'état de la technique on sait placer en entrée ou en sortie des circuits de régulation, mais de préférence en entrée, des gros condensateurs, par exemple de 3300 MF. L'inconvénient présenté par ces gros condensateurs est leur encombrement ainsi que leur prix et le coût des opérations nécessaires à leur installation dans l'appareil mobile. En outre, Lorsque divers circuits de traitement de signal d'un téléphone mobile sont utilisés simultanément, par exemple un circuit de reconnaissance vocale, un circuit d'annulation d'effets larsen ou autres, le gros condensateur finit par être déchargé de sorte que son utilité est inexistante au moment o on en a besoin. L'invention a pour objet de remédier à ces problèmes et notamment d'éviter que la tension d'alimentation régulée ne devienne inférieure à une tension critique de fonctionnement, au moment o on commence à en avoir besoin. Dans l'invention, et en particulier dans les cas des téléphones mobiles de type GSM, on a remarqué que les dates auxquelles se produisent les augmentations d'alimentation électrique sont connues à l'avance. Tout simplement, dans la téléphonie mobile de type TDMA (Time Division Multiple Access, accès multiple à répartition dans le temps), les circuits d'un téléphone mobile ne sont sollicités que pendant une fenêtre temporelle d'une trame. Une telle fenêtre temporelle dont la durée est connue, dans un exemple de 577 microsecondes, se reproduit de trame en trame en respectant une synchronisation de trame. Il est donc possible de connaître exactement le début d'une telle fenêtre temporelle d'utilisation. Dans l'invention, on fait en sorte que le phénomène transitoire du circuit de régulation se produise alors dans des conditions telles qu'il ne gêne pas, pendant la fenêtre temporelle utile, I'établissement d'une tension régulée à une valeur attendue. En pratique, par anticipation et avec une durée égale à la durée du transitoire, on provoque par déréglage de la régulation du circuit de régulation une précompensation de la chute de tension qui se produit immanquablement au moment o l'augmentation désirée de consommation électrique se produit. Dans le même esprit, avant une consommation utile on peut provoquer par anticipation une consommation du même ordre que la consommation utile de manière à ce que, dans ce cas, le transitoire se produise avant la durée utile de la fenêtre temporelle. Dans les deux cas on modifie par anticipation un mode de fonctionnement du circuit de régulation. On montrera par la suite que cette anticipation est de nature à neutraliser les effets néfastes, d'un changement de mode brutal du circuit de régulation. L'invention a donc pour objet un procédé d'alimentation électrique d'un circuit de traitement numérique dans un appareil mobile dans lequel - on mesure une tension d'alimentation de ce circuit de traitement, - on compare cette tension d'alimentation à une référence, et - on régule un circuit d'asservissement fournissant cette tension d'alimentation en fonction d'un écart entre cette tension d'alimentation et cette référence, caractérisé en ce que - on repère temporellement une date prévisible d'augmentation d'un besoin en alimentation électrique, et - on modifie par anticipation le mode de fonctionnement du circuit d'asservissement. L'invention a également pour objet un appareil mobile muni d'un circuit de traitement numérique et d'un dispositif d'alimentation électrique de ce circuit de traitement numérique, ce dispositif d'alimentation électrique comportant un circuit d'asservissement d'une tension d'alimentation de ce circuit de traitement à une valeur de référence, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit pour prédire une date d'une augmentation d'une consommation du circuit de traitement et des moyens pour modifier par anticipation le mode de fonctionnement du circuit d'asservissement. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci ne sont présentées qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent: - Figure 1: des chronogrammes montrant les différentes étapes du procédé de l'invention; - Figure 2: une représentation schématique du circuit de régulation dans un appareil notamment un appareil portable muni d'une batterie. La figure 1 montre plusieurs diagrammes temporels. Le premier diagramme temporel montré est un diagramme temporel de consommation montrant que dans l'appareil concerné la consommation électrique subit une variation brutale au début d'une fenêtre temporelle 1 et que cette consommation reste à un niveau élevé pendant toute la durée de cette fenêtre temporelle. Dans le cadre de la téléphonie mobile de type TDMA, on peut considérer que la fenêtre temporelle 1 est celle pendant laquelle un téléphone mobile, au cours d'une trame est amené à transmettre les informations de communication à une station de base ou à recevoir des informations en provenance decelle-ci. En dehors de cette fenêtre temporelle on peut considérer que le circuit est mis au repos et par conséquent en dehors de cette fenêtre la consommation est quasiment nulle. Dans d'autres domaines d'appareils portables, notamment de microordinateurs portables, si des variations brutales de consommation sont impliquées à des dates aléatoires (par exemple un accès à un disque dur) ces dates aléatoires sont cependant prévisibles. Au besoin on retarde leur mise en service pour disposer de l'anticipation nécessaire. Le diagramme temporel situé en dessous du premier diagramme temporel montre une tension d'utilisation Vu disponible à la sortie d'une batterie. S'il n'y a pas de dispositif de régulation, pendant la période de la fenêtre temporelle 1 la tension disponible subit un affaiblissement brutal 2 pouvant amener une tension résiduelle à une valeur inférieure à une valeur 3 de seuil. Pour éviter une chute de tension liée à la résistance interne de la batterie, il est connu de placer en parallèle avec celle-ci des gros condensateurs provoquant une décharge lente 4 de la tension utilisable. Les condensateurs doivent être gros parce qu'en pratique la constante de temps qu'ils occasionnent avec la charge connectée à la batterie doit être supérieure à la durée de la fenêtre temporelle 1. Dans ces conditions on peut espérer qu'à la fin 5 de la fenêtre temporelle la tension d'alimentation n'est pas descendue en dessous du seuil 3. En dessous de ce deuxième diagramme temporel est présenté un troisième diagramme temporel dans lequel une tension régulée Vr est inférieure à la tension utile Vu mais présente, notamment pendant la majeure partie de la durée de la fenêtre temporelle 1, une valeur régulée supérieure à la tension du seuil 3 minimal. On constate néanmoins sur ce troisième diagramme qu'au moment o la fenêtre temporelle 1 débute, le circuit de régulation est insuffisamment réactif et un phénomène transitoire 6 se produit. Ce phénomène 6 amène la tension Vr disponible en sortie du régulateur à tendre vers la valeur du seuil 3 voire dans les cas les plus critiques à y devenir inférieure. Dans un exemple, pour fixer les idées, la tension Vu de batterie vaut de l'ordre de 3,3 volts, la tension régulée Vr vaut dans un exemple préféré 2,8 volts le seuil 3 étant lui situé à 2,7 volts: tension au-delà de laquelle les circuits numériques n'ont plus un fonctionnement correct. La durée de l'impulsion négative 6 peut être de l'ordre de 10 microsecondes ce qui comme indiqué précédemment peut être rédhibitoire. Dans l'invention on ne va pas véritablement empêcher l'existence du phénomène transitoire 6. En effet l'empêchement de ce phénomène reviendrait à vouloir polariser les circuits de, régulation avec un courant de polarisation tel qu'il serait supérieur au courant que le circuit de régulation doit débiter. Par contre on a repéré, notamment dans le domaine de la téléphonie mobile de type TDMA, que la consommation de courant de la fenêtre temporelle 1 se produisait à une date T connue d'avance. En pratique, à cette date T les circuits de l'appareil portable reçoivent des ordres OT de mise en service, ce qui provoque justement l'augmentation de la consommation. Dans ces conditions, sachant que la date T est connue, on s'arrange dans l'invention pour modifier par anticipation le mode de fonctionnement du circuit d'asservissement. Dans la pratique deux solutions sont possibles. Comme représenté d'une manière préférée sur un quatrième diagramme temporel de la figure 1 on modifie par anticipation la valeur de consigne de la tension régulée de manière à ce que celle-ci passe d'une valeur Vr à une valeur Vr+. L'anticipation se produit à partir d'une date T' en envoyant un ordre OT' pour modifier le mode de fonctionnement du circuit d'asservissement. Aussi à la date T, postérieure à la date T', le phénomène de mise en service de l'asservissement se produit à partir d'une tension régulée Vr+ supérieure, de manière à ce qu'en aucun cas une tension minimale résultant de cette mise en service ne franchisse la valeur du seuil 3. Entre les dates T' et T le circuit de régulation en pratique consomme plus de courant. En effet l'écart entre la tension Vu et la tension Vr+ est moins important que l'écart entre la tension Vu et la tension Vr. Néanmoins cette surconsommation n'est pas pénalisante ici dans le cas d'un appareil portable parce que la durée T'T est faible. Dans un exemple cette durée est de l'ordre du transitoire 6, par exemple de l'ordre de microsecondes. Elle peut être même inférieure, par exemple égale à la moitié de façon à permettre uniquement une montée 7 de la tension régulée, sans palier à la nouvelle valeur Vr+. En pratique l'ordre OT visible sur un cinquième diagramme temporel peut être arrêté dès l'arrivée de l'ordre OT, ou éventuellement légèrement plus tard. Dans tous les cas on fera en sorte que pendant la majeure partie de la durée de la fenêtre temporelle 1 I'ordre OT' soit coupé de façon à ce que la tension régulée soir à nouveau Vr. Dans l'invention, on repère donc temporellement la date T et on modifie par anticipation à la date T' le mode de fonctionnement du circuit d'asservissement. On modifie en conséquence la valeur de référence de cet asservissement. En variante, connaissant la date T à laquelle la consommation subit une variation brutale, il serait possible de provoquer une fausse consommation par anticipation dans les mêmes conditions avec un ordre OT' qui serait appliqué cette fois-ci, non plus sur une grandeur de consigne d'un asservissement, mais sur un circuit dissipatif annexe relié en sortie au régulateur. Dans ces conditions le transitoire 6 montré sur le troisième diagramme temporel, même s'il était amené à franchir la tension de seuil 3 ne serait pas pénalisant parce qu'il se produirait à une période pendant laquelle le circuit de traitement ne serait pas utilisé. La figure 2 montre un appareil mobile 8 muni d'un circuit de traitement numérique 9 et d'un dispositif 10 d'alimentation électrique du circuit de traitement 9. Le circuit 10 comporte un asservissement d'une tension d'alimentation Vr de ce circuit de traitement à une valeur de référence V0. L'asservissement dans un exemple comporte un transistor 11 dans un exemple de type MOS, relié à une batterie 12 d'une part et au circuit de traitement 9 d'autre part. La tension Vr est mesurée par un pont diviseur 13 dont un curseur est relié à une première entrée d'un circuit comparateur 14. Le circuit comparateur 14 reçoit sur une autre entrée un signal de consigne V0 produit par un générateur 15 d'une source de référence. La sortie du circuit comparateur 14 est reliée à la grille de commande du transistor 1l1. Le transistor 1l 1 pourrait néanmoins être un transistor bipolaire. L'appareil 8 comporte par ailleurs, dans le cas d'un téléphone mobile un circuit d'amplification 1 6 relié à un aérien et à un circuit de réception 1 7, lui-même également relié fonctionnellement au circuit de traitement 9. Les circuits 16, 17 et 9 reçoivent des signaux de commande en provenance d'un microprocesseur 18 cadencé dans une horloge 19. D'une manière connue, le microprocesseur]8 comporte un séquenceur ou une machine d'état susceptible de produire des ordres OT de mise en service de l'amplificateur 1 6, du circuit de réception i 7 et du circuit de traitement 9. Dans l'invention, par anticipation à la date T d'application de l'ordre OT, le séquenceur ou la machine d'état du microprocesseur 18 seront capables de produire les ordres OT' vus ci- dessus de mise en service du régulateur 10. Dans la variante préférée l'ordre OT' est appliqué au générateur 15 qui applique alors une autre valeur de consigne Vl sur la deuxième entrée de commande du comparateur 14. Autant VO impose Vr autant Vi impose Vr+. Il est possible que les traitements du circuit 9 puissent être de différentes natures. Dans ce cas l'appareil 8 comportera plusieurs circuits, par exemple les circuits 20 et 21 comparables au circuit 9. Il est possible que tous ces circuits 20 et 21 ne soient pas sollicités en même temps que le circuit 9. S'ils sont sollicités en même temps, un seul circuit de régulation 1 0 peut suffire à l'alimentation électrique de tous ces circuits. Par contre, $'ils sont sollicités indépendamment les uns des autres, il est préférable de réaliser des circuits de régulation dédiés en duplication respectivement 22 et 23. En agissant ainsi la surconsommation provoquée dans les circuits 10 ou 22 ou 23 entre les ordres OT' et OT sera uniquement limitée aux circuits 9, 20 et 21 respectivement qui sont effectivement en service. La figure 2 montre encore schématiquement qu'avec l'invention on peut se passer d'un gros condensateur 24 dont le rôle était d'assurer la décroissance amortie 4 du deuxième diagramme temporel vu ci-dessus. De ce fait on gagne en coût et en place. Dans la représentation de la figure 2, les circuits d'amplification 1 7 et de réception 16 qui sont des circuits analogiques peuvent ne pas avoir besoin d'une stabilisation aussi rigoureuse de leur tension d'alimentation. Leur sensibilité à cette tension est moins critique. En conséquence ils peuvent être branchés à la batterie 1 2 directement sans passer par un circuit de régulation 1 0. De préférence le circuit de régulation 10 comportera alors un condensateur 25 monté en parallèle entre la masse et la sortie du circuit 10. Le condensateur 25 n'a pas besoin d'être très gros: un condensateur de l'ordre de 10 pF peut suffire dans le cadre de la téléphonie mobile. Finalement on observe qu'en agissant avec le procédé de l'invention on est capable d'assurer une bonne régulation et un bon traitement des signaux, même lorsque la batterie est proche de sa fin d'autonomie parce qu'on est capable de déplacer les instants auxquels une chute de tension due à la mise en service de la régulation se produit, à une date différente de celle à laquelle la tension régulée est utile. REVENDICATIONS 1 - Procédé d'alimentation électrique d'un circuit (9) de traitement numérique dans un appareil (8) mobile dans lequel - on mesure (13) une tension d'alimentation (Vr) de ce circuit de traitement, - on compare (14) cette tension d'alimentation à une référence (VO), et - on régule (11) un circuit d'asservissement fournissant cette tension d'alimentation en fonction d'un écart entre cette tension d'alimentation et cette référence caractérisé en ce que - on repère temporellement une date prévisible (T) d'augmentation d'un besoin en alimentation électrique, et - on modifie (OT') par anticipation (T') le mode de fonctionnement du circuit d'asservissement. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que - pour modifier on change la valeur de la référence (V0, V1) pour augmenter la tension (Vr+) d'alimentation. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que - pour modifier on provoque une augmentation d'une consommation électrique avant la date prévisible. 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que - on répartit le circuit de traitement en plusieurs circuits séparés (9, 20, 21) alimentés individuellement, - on repère temporellement une date prévisible d'augmentation d'un besoin en alimentation électrique d'un circuit séparé, et - on modifie par anticipation le mode de fonctionnement d'un circuit (10, 22, 23) d'asservissement dédié à ce circuit séparé. - Appareil mobile muni d'un circuit (9) de traitement numérique et d'un dispositif (10) d'alimentation électrique de ce circuit de traitement numérique, ce dispositif d'alimentation électrique comportant un circuit d'asservissement d'une tension d'alimentation (Vr) de ce circuit de traitement à une valeur de référence (V0), caractérisé en ce qu'il comporte un circuit (18) pour prédire une date (T) d'une augmentation d'une consommation du circuit de traitement et des moyens pour modifier (OT') par anticipation (T') le mode de fonctionnement du circuit d'asservissement. 6 - Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit pour prédire comporte un circuit séquenceur, ou une machine d'état, et une horloge (19) pour activer ce séquenceur ou cette machine d'état. 7 - Appareil selon l'une des revendications 5 à 6, caractérisé en ce que les moyens pour modifier comportent un générateur (15) de signaux de référence relié à une entrée de consigne du circuit d'asservissement, ce générateur de signaux de référence étant muni d'une entrée de pilotage pour être piloté par le circuit pour prédire. 8 - Appareil selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le circuit d'asservissement comporte plusieurs régulateurs (9, 20, 21) dédiés à des circuits de traitement (10, 22, 23) différents. 9 - Appareil selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que le circuit d'asservissement comporte un condensateur avec une capacité de l'ordre de pF en sortie.