低域フィルタ
【課題】本発明は、コードレス電子機器内におけるフィルタ方法を提供する。
【解決手段】前記方法は、フィルタ網と、マイクロコントローラと、セル電圧及びセル電流を有する複数のバッテリーセルとを接続することを具備しても良い。前記方法は、少なくとも１つのスイッチトキャパシタ低域フィルタを複数のバッテリーセルに接続することを具備しても良く、前記少なくとも１つのスイッチトキャパシタ低域フィルタは、前記フィルタ網から信号を受信するように構成される。前記方法は、フィルタ網から受信した前記信号をフィルタし、フィルタされた信号入力をアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）に送信し、前記ＡＤＣから出力を生成することも具備する。
【解決手段】前記方法は、フィルタ網と、マイクロコントローラと、セル電圧及びセル電流を有する複数のバッテリーセルとを接続することを具備しても良い。前記方法は、少なくとも１つのスイッチトキャパシタ低域フィルタを複数のバッテリーセルに接続することを具備しても良く、前記少なくとも１つのスイッチトキャパシタ低域フィルタは、前記フィルタ網から信号を受信するように構成される。前記方法は、フィルタ網から受信した前記信号をフィルタし、フィルタされた信号入力をアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）に送信し、前記ＡＤＣから出力を生成することも具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯用電子機器用低域フィルタに関する。
【０００２】
本願は、２００５年１２月１９日出願の米国仮出願６０／７５１，６２５の利益を請求するとともに、その全ての開示内容がこの引用によって本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
低域フィルタは、複合信号の低周波数成分を通過させるとともに、高周波成分を減衰させる様々な応用例において利用可能である。低域フィルタの応用例の一つは、バッテリーパックで電源供給されるようなコードレス電子機器の内部への応用である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
低域フィルタは、コードレス電子機器において、パルス幅変調（ＰＷＭ）電流及び電圧波形内の、電圧及び電流スパイクをフィルタするのに利用できる。機器の中には、コンティニュアス・タイムフィルタ、不完全（ｎｏｎ−ｆｕｌｌｙ）差動トポロジー及び低次フィルタなどを利用してパルス幅変調（ＰＷＭ）された電流及び電圧波形の電圧及び電流スパイクをフィルタしようとするものもある。従来の低次フィルタの一つに抵抗コンデンサ（ＲＣ）低域フィルタがある。この特定の構成では、１００％のリップルを有する方形波を利用しても良い。ＲＣ低域フィルタは、バッテリーセルの平均電圧に対し１６ビットの精度（即ち９６ｄＢの減衰）を得るためには、１００ｋΩの抵抗と、１．５μＦのキャパシタを必要とする。しかしながら、これらの抵抗値及びキャパシタ値においては、整定時間が過度に長くなることがある。例えば、これらの値を使うと、当該ＲＣ低域フィルタの整定時間は、およそ１０＊τ（ここでτ＝ Ｒ＊Ｃ）であり、６５秒にもなる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願明細書は、携帯用電子機器で利用するための構成が可能な低域フィルタについて一般的に説明する。本発明により、バッテリーパックのセル電圧を平均化するように構成された、完全に統合された低域フィルタが提供される。例えば、コードレスドリルのような電動機器は、ドリルのバッテリーパックのセル電圧を平均化するために、低域フィルタを具備しても良い。いくつかの実施例においては、フィルタは、パルス波変調周波数に対し、低周波カットオフ及び１６ビット（９６ｄＢ）挿入損失があっても良い。このように、本願明細書は、バッテリーパックのセル電圧を平均化するように構成可能であり、整定時間を短くする低域フィルタについて説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
特許請求の範囲に記載された事項の実施例における特徴は、図面を参照しながら以下の詳細な説明が進むにつれて明らかになる。図面内の番号は部品などを示している。
【０００７】
詳細な説明を実例となる実施例を参照しながら行うが、そこからの多くの代替例、修正例、変形例が当業者にとって明らかである。
【０００８】
図１は、本発明に従うコードレス電子機器１００の一つの代表的な実施例を図示している。いくつかのコードレス電子機器の例が含まれるが、それは電動機器（ドリル、丸のこぎり、やすり、ねじ回しなど）あるいはラップトップコンピュータ、携帯電話、個人用デジタル機器に限定されない。もちろん、他の機器も、本発明の目的から逸脱することなく利用可能である。
【０００９】
実施例１００に示される機器は、バッテリー供給モード時に、負荷１０４に電力を供給できるバッテリーパック１０２を具備している。バッテリーパック１０２は、フィルタ網１０６、バッテリーセル１０８、マイクロコントローラ（μＣ）１１０、充電／放電スイッチ１１２、低域フィルタ１１４、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）１１５及びバッテリー端子１１６，１１８を具備していても良い。バッテリー端子１１６，１１８は負荷１０４に接続され、かつそこへ電力を供給するように構成される。バッテリーパック１０２は、完全に取り外し可能あるいは置換可能なユニットであっても良いし、もしくはデバイス１００の内部で一体構造を成す様に形成しても良いことが想定される。バッテリー供給モード時に負荷１０４に電力を供給することに加え、バッテリーパック１０２は、バッテリー充電モード時には、ＡＣＤＣアダプタのように直流電源（図示せず）で再充電しても良い。もちろん、代替の再充電方法も、本発明の目的内である。バッテリーパック１０２は、バッテリー供給モード時あるいはバッテリー充電モード時におけるバッテリーパック１０２の操作を容易にするために構成され得る充電／放電スイッチ１１２を具備しても良い。
【００１０】
いくつかの実施例においては、負荷１０４もしくはモータから発生するノイズにより変動が生じることがある。例えば、バッテリーセル１０８に発生する負荷あり／負荷なしの際の変動がおよそ１ボルトであるのに対し、モータ（例えば直流ブラシモータ）から発生するノイズが、さらに３ボルトの変動を追加することもある。これらの変形例では、バッテリーセル１０８とフィルタ網１０６間の信号にノイズが発生する可能性がある。この信号は、直流電圧信号もしくはパルス幅変調信号のいずれをも含む場合があり、機器１００の相対速度を制御する場合もある。いくつかの実施例においては、フィルタ網１０６は、バッテリーセル１０８により供給される信号ノイズを、負荷に起因する直流の変動だけを残すようにフィルタするように構成することができる。例えば、フィルタ網１０６は、前記変動を平滑化し、かつバッテリーセル１０８からの信号を（例えばおよそ２０ｄＢ）減衰させることができる。この減衰した信号は、その後低域フィルタ１１４に入力され、前記低域フィルタ１１４はさらに前記信号を（たとえば、さらに６０−７０ｄＢ）減衰させても良い。いくつかの実施例においては、フィルタ網１０６は、ＲＣフィルタトポロジーを具備しても良い。
【００１１】
低域フィルタ１１４の出力は、その後アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）１１５に入力してもよい。ＡＤＣ１１５は、アナログ信号を、関連するデジタル信号に変換するように構成されたアナログ・デジタル変換器の一種であればよく、シングルスロープ積分型ＡＤＣ、デュアルスロープ積分型ＡＤＣ、またはシグマデルタ型ＡＤＣのいずれであってもよい。もちろん、代替によるＡＤＣもまた本発明の目的内である。いくつかの実施例では、ＡＤＣ１１５は１６ビットの分解能を提供するよう構成される。これは、全減衰量であるおおよそ９０ｄＢに該当する。
【００１２】
バッテリーセル１０８は、リチウム・イオンセルのような種々の電池化学反応式バッテリーであってもよい。他のタイプのバッテリーとしては、鉛酸蓄電池、ニッケル・カドミウム、リチウム・イオン重合体、ニッケル水素化物、アルミニウムもしくは他の再充電可能なバッテリーが挙げられるが、これらに限定されるものではない。バッテリーセル１０８は、バッテリー端子１１６，１１８に接続されるとともに、マイクロコントローラ１１０と通信することができる。さらには、バッテリーセル１０８は、望ましい電圧、容量もしくは電力密度を提供するように、直列、並列あるいはそれらの組み合わせによる配列となるように構成しても良い。
【００１３】
マイクロコントローラ１１０は、フィルタ網１０６に接続され、バッテリーセル１０８の電圧レベルを監視するように構成されても良い。マイクロコントローラ１１０は、様々な処理を達成するために命令を実行できるように構成されたプロセッサまたは制御器の一種であればよい。マイクロコントローラ１１０は、低域フィルタ１１４を制御すると同時に、チャネル選択を制御してもよい。このことは、図４及び図５を参照して後述される。いくつかの実施例では、マイクロコントローラ１１０は、各バッテリーセルの温度を測定して、セルが特定の温度より上か下かを判定しても良い。さらには、マイクロコントローラ１１０は、電源管理制御器１２０から命令を受信し実行するように構成しても良い。これらの命令は、どのバッテリーセルを低域フィルタ１１４に接続するかということに関して特定の命令を具備しても良い。この判定は、バッテリーセル１０８の電圧状態に基づいてもよく、マイクロコントローラ１１０により判定される。マイクロコントローラ１１０は、（例えば電源管理制御部１２０を介して）充電／放電スイッチの状態を制御しても良い。
【００１４】
充電／放電スイッチ１１２は、バッテリーセル１０８と通信しても良く、バッテリーパック１０２内部の電流の方向を決定する。充電／放電スイッチ１１２が、「充電」位置にあるときは、電流は端子１１６、１１８からバッテリーセル１０８に流れる。反対に、充電／放電スイッチ１１２が「放電」位置にあるときは、機器の電源を供給するために、電流は負荷１０４に供給される。電流反転バッテリーダイオード回路（図示せず）は、充電／放電スイッチ１１２により制御され、バッテリーパック１０２のＶＰＡＣＫ−端子１１６とＶＰＡＣＫ＋端子１１８に接続しても良い。これにより、逆電流と逆バイアス電圧による、バッテリーパック１０２もしくは他の内部構成要素の損傷を防止することができる。この保護には、様々な構成要素の一種を用いて提供され、前記様々な構成要素の一種には半導体ダイオード（ショットキー）と金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）も含まれるが、これらに限定されるものではない。
【００１５】
スイッチトキャパシタトポロジーを有する低域フィルタ２１４の一実施例が図２に示される。低域フィルタ２１４は電子回路により実装されるとともに、図１に示されるようにフィルタ網１０６を通じてバッテリーセル１０８に接続してもよい。低域フィルタ２１４は、入力端子２０２，２０４を具備するとともに、各々が入力を受け取るように構成しても良い。本発明の１つの代表的実施例においては、入力は１００％のリップルを有する方形波であっても良い。他の波形もまた想定することができ、のこぎり波、方形波、正弦波、三角波も含まれるが、これらに限定されるものではない。いくつかの実施例においては、入力端子２０２，２０４が差動信号を受信し、同相雑音を低減するように構成しても良い。
【００１６】
低域フィルタ２１４は、出力端子２０６，２０８を有するオペアンプ２２２を具備しても良い。低域フィルタ２１４は、出力端子２０６，２０８で、フィルタされた出力信号を提供する。いくつかの実施例では、オペアンプ２２２は、差分入出力を有するオペアンプであっても良い。出力２０６，２０８の差分は、個々のバッテリーセルの実電圧に対応する。出力端子２０６，２０８は、種々の回路に出力するように構成される。前記回路には、サンプル・ホールド部、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）もしくはバッテリーガスゲージ回路が含まれるが、それらに限定されるものではない。バッテリーガスゲージ回路（図示せず）は、バッテリーセル１０８の残量を監視し、かつ装置１００のユーザーに対してその残量表示を提供してもよい。いくつかの表示器には、充電状態表示器と、中央処理装置（ＣＰＵ）を有するガスゲージと、有さないガスゲージとが含まれる。ガスゲージ回路は、バッテリー残量及びシステム動作時間（即ち、バッテリーが空になるまでの時間）を計算するオンボードプロセッサに組み込んでも良い。さらには、ガスゲージ回路は、バッテリーの充電及び放電電流を測定するように構成しても良い。独立したＡＤＣがバッテリー電圧及び温度を測定するために使用しても良い。ガスゲージ回路は、装置１００内部のいかなる適した場所に設置してもよい。前記適した場所としては、マイクロコントローラ１１０内部または電源管理制御器１２０があるが、これらに限定されるものではない。
【００１７】
いくつかの実施例では、さらにスイッチ２２４やキャパシタ２２６のような複数の電子部品を具備しても良い。低域フィルタ２１４のスイッチ２２４は、クロック信号（例えばｐｈｉ１やｐｈｉ２）に応答しても良く、前記クロック信号はシステムクロック（図示せず）により制御しても良い。システムクロックはマイクロコントローラ１１０の内部に含まれても良い。いくつかの実施例では、抵抗を必要とせず、利用面積を最小とすることができる。
【００１８】
図３は、本発明の一実施例に従った次数２の低域フィルタのｐｈｉ１及びｐｈｉ２シグナルのタイミング図３００を示している。タイミング図で示されるように、ｐｈｉ１とｐｈｉ２は、同時にアクティブになることはない。さらには、ｐｈｉ１とｐｈｉ２のクロックサイクルは、オン位置にある場合と、オフ位置にある場合とで入れ替わっている。ｔ＿ｎｏｎ＿ｏｖｅｒｌａｐで示されるように、ｐｈｉ１とｐｈｉ２の両方が同時に非活性化される短い期間が存在しても良い。いくつかの実施形態においては、クロック位相のクロックエッジは、制御され平滑化されてもよく、それによりクロックのシグナルパスへの静電結合及び電荷注入効果が低減される。これについての詳細は後述される。
【００１９】
電荷注入は、スイッチトランジスタにより駆動されるキャパシタ両端のポテンシャル差分に、誤差電圧を引き起こす可能性がある。低域フィルタ２１４は、最小サイズのＣＭＯＳスイッチを利用しても良い。例えば、電荷注入を最小化するために比較的小さいＣＭＯＳスイッチなどを利用しても良い。例えば、これらのスイッチは、様々なサイズのＰＭＯＳあるいはＮＭＯＳタイプのスイッチから構成しても良い。さらに、クロック位相（ｐｈｉ１及びｐｈｉ２）はインターリーブされても良く、それによりポリ−絶縁体−ポリ（ＰＩＰ）キャパシタの寄生容量による影響が低減され、電荷注入によりもたらされたオフセットが最小化される。
【００２０】
さらには、低域フィルタ１１４、２２４などスイッチの数は、可能であればスマッシングスイッチ（ｓｍａｓｈｉｎｇ ｓｗｉｔｃｈ）により制御されても良く、それにより電荷注入が低減される。本技術において理解されるように、スマッシングスイッチは、スイッチトキャパシタフィルタのスイッチを制御する、特別なスイッチ群であり、非常に高速かつ制御された時間でターンオフが可能である。それによりさらに電荷注入が低減され得る。
【００２１】
低域フィルタ２１４の精度は、精確にマッチングされた容量比により改善される。キャパシタマッチングにより、カットオフ周波数が外部クロック周波数に比例するフィルタが構成される。カットオフ周波数はクロック周波数によって変化し得るので、外部の電子回路を必要とせず、追加の外部キャパシタもしくは誘導子も必要としない。スイッチトキャパシタフィルタは、水晶発信器を用いても良いし、クロック周波数を変化させることにより広範囲でカットオフ周波数が変化するフィルタを使用しても良い。いくつかの実施例においては、いかなる高周波信号をも取り除き、不要なエイリアシングを防止するために、パッシブＲＣ低域フィルタをスイッチトキャパシタの先に具備しても良い。
【００２２】
いくつかの実施例では、低域フィルタ２１４は、例えば、いくつかのフィルタをカスケードすることにより、およそ３，４ビット分の精度を改善、つまり１１ビットから１３，１４ビットに精度を改善するように構成しても良い。
【００２３】
低域フィルタ２１４は、スイッチング電荷注入を低減するための特徴を具備してもよく、それにより同相信号除去が改善され、直流の精度（非線形性を含む）が改善される。いくつかの実施例では、低域フィルタの整定時間が１ミリセカンドより少なくなり、かつ出力が１６ビットの分解能を提供することが可能である。
【００２４】
図２に示されたものに合致する複数の次数２の低域フィルタは、より高い次数のフィルタを形成するためにカスケード接続しても良い。例えば、３つのそのような低域フィルタをカスケード接続して、次数６のフィルタを形成することができる。さらには、ここで説明された実施例に従って、様々な異なる構成要素を使うことができる。例えば、高い絶対精度を有し、温度に対して低感度を有する特定の構成要素を選択しても良い。例えば、動作中の構成要素からのノイズを最小化するために、低容量の抵抗やキャパシタ及び低ノイズ増幅器を使用しても良い。
【００２５】
図４は、本発明に従った代表的な実施例４００の図を示している。バッテリーセル４０８は、スイッチ４０７を介して負荷４０４及びフィルタ網４０６と接続しても良い。バッテリーパック４０８は、初期リップルレベル信号を有するセル電圧を、ＲＣ網のようなフィルタ網に印加するように構成しても良い。フィルタ網４０６は、前記初期リップルレベルを所定量減衰させ、図４に示されるように（中間リップルレベルｌｅｖｅｌ＿ｌのような）中間リップルレベル信号を提供しても良い。いくつかの実施例では、前記減衰はおよそ２０ｄＢである。前記中間リップルレベル信号は、セル電圧チャネルレベルシフタ４３０に送信しても良い。セル電圧チャネルレベルシフタ４３０は、いくつかのバッテリー電圧レベルシフタ（ＢＶＬＳ）４３２ａ，４３２ｂなどを具備しても良く、それぞれが特定のチャネルに対応付けられてもよい。前記バッテリー電圧レベルシフタ４３２ａ，４３２ｂは、（第２中間リップルレベル信号ｓｉｇｎａｌ＿２のような）第２中間リップルレベル信号を生成するように構成しても良い。前記信号は、対応するバッテリー電圧レベルシフタ４３２を出て、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）４３４に入力され、前記信号は変換・選択される。ＡＤＣ４３４は、レベルシフトされたバッテリーセルチャネル信号入力を低域フィルタ４１４に入力しても良い。低域フィルタ４１４の出力は、フィルタされたバッテリーセルチャネル信号であっても良く、サンプル・ホールド部４３６に送信されても良い。サンプル・ホールド部４３６は、第２アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）４３８に対して標本抽出されたバッテリーセルチャネル信号を提供しても良い。ＡＤＣ４３８は、その後、各セルチャネルに対応するデータ出力を、マイクロプロセッサ４３９に提供しても良い。上記のように、低域フィルタ４１４は、スイッチトキャパシタフィルタ及び／もしくは次数６のフィルタであっても良い。
【００２６】
図５は、本発明に従うもう一つの代表的な実施例５００を示している。この実施例は、図４内のいくつかの構成要素あるいはすべての構成要素を組み合わせても良く、さらにデュアルチャネルＡＤＣフィルタ技術を具備しても良い。この実施例において、電流チャネル５５０が構成されても良く、電流チャネル５５０がバッテリーの電流リップルレベル信号（例えば電流リップルレベル信号ｓｉｇｎａｌ＿Ａ）を受信するように構成しても良い。この実施例では、さらにスイッチ５５２を具備していても良く、前記スイッチ５５２は、バイポーラトランジスタ（ＢＪＴ）や、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）のようなトランジスタでも良い。スイッチ５５２は、信号（例えばバッテリー電流リップルレベルｌｅｖｅｌ＿Ａ）を、追加のＲＣ網５５４に提供しても良い。ＲＣ網５５４は、前記バッテリー電流リップルレベルを、中間リップルレベル（例えば中間リップルレベルｌｅｖｅｌ＿Ｂ）まで減衰させても良い。前記中間リップルレベル信号は、その後反転及び非反転信号を有するプログラム可能な利得増幅器（ＰＧＡ）５５６への入力となっても良い。ＰＧＡ５５６は、前記中間リップルレベル信号を増幅するように構成しても良い。ＰＧＡ５５６は、信号を増幅するための適切な構成部品をいくつ利用しても良い。前記適切な構成部品には、オペアンプ、スイッチ、抵抗などが含まれるが、これらに限定されるものではない。増幅された信号（中間リップルレベルｌｅｖｅｌ＿Ｃ）は、その後、追加の低域フィルタ回路５５８に入力しても良い。いくつかの実施例においては、低域フィルタ５５８は次数２のフィルタであっても良い。さらに、低域フィルタ５５８はスイッチトキャパシタでも良いし、ここで説明されたものに類似したものでも良い。低域フィルタ５５８は、前記入力された信号を減衰し、デュアルチャネルアナログ・デジタル変換器５６０へ減衰された信号（減衰信号ｓｉｇｎａｌ＿Ｄ）を提供するように構成しても良い。
【００２７】
デュアルチャネルＡＤＣ５６０は、複数の入力をインターリーブするためにマルチプレクサを利用するように構成しても良い。例えば、セル電圧チャネル５３０と電流チャネル５５０の両方からの出力は、図５に示されるように、デュアルチャネルＡＤＣ５６０の入力にしても良い。いくつかの実施例では、デュアルチャネルＡＤＣ５６０は、チャネルを奇チャネル５６２及び偶チャネル５６４に配分しても良い。例えば、もし１０チャネルがデュアルチャネルＡＤＣ５６０への入力であるならば、チャネル１，３，５，７，９は奇チャネルに配分しても良い。同様にして、チャネル２，４，６，８，１０は偶チャネルに配分しても良い。これらの偶及び奇チャネルは、選択されて、図５に記載された低域フィルタ５１４に入力されても良い。いくつかの実施例では、低域フィルタは複数のフィルタを具備していても良い。例えば、偶及び奇チャネル信号は、次数６を有するスイッチトキャパシタ低域フィルタへの入力としても良い。いくつかの実施例においては、低域フィルタ５１４の出力が、負荷に起因するいかなる変動をも取り除き、直流リップルレベル信号を提供しても良い。この直流リップルレベル信号は、その後サンプル・ホールド段階５３６に入力され、追加のＡＤＣ５３８に入力される。これにより、例えば、各バッテリーセルに対し１６ビットの分解能を提供し得る。
【００２８】
図６は、本発明のもう一つの実施例６００を示しており、電子機器内でのフィルタ方法を説明している。この方法は、フィルタ網、マイクロコントローラ及びあるセル電圧及び電流を有する複数のバッテリーセルを接続することを具備しても良い（６０２）。スイッチトキャパシタ低域フィルタは、バッテリーパックに接続され、フィルタ網から信号を受け取るように構成しても良い（６０４）。この方法は、少なくとも一つのスイッチトキャパシタ低域フィルタを経由してフィルタ網より受信された信号をフィルタすることを具備しても良い（６０６）。この方法は、さらに、フィルタされた信号入力をＡＤＣに送信し（６０８）、そしてＡＤＣからの出力を生成する（６１０）ことを具備しても良い。前記方法は、さらに、次のような追加の段階を具備しても良い。バッテリーパックから負荷へ電源を回送する、そして／またバッテリーパックを再充電し、上記複数のバッテリーセル容量の表示を提供する段階である。前記方法では、さらにここで説明された、ＡＤＣ、セル電圧チャネルレベルシフタ、サンプル・ホールド部などの構成要素のいずれかまたは全てを利用して、様々な信号を生成もしくは処理しても良い。
【００２９】
本発明は、従来技術を超える多くの利点を提供する。例えば、スイッチトキャパシタ低域フィルタは、コードレス電子機器のセル電圧及び電流を平均化するように構成してもよい。いくつかの実施例においては、平均電圧を１６ビットまでの精度で供給しつつ、整定時間を１ミリ秒より短くなるように構成可能である、より高次数の低域フィルタが提供される。
【００３０】
本説明によるどの実施例においても、「回路」は、例えば、単独もしくはどのような組み合わせも、ハードワイヤード回路も、プログラム可能な回路も、ステートマシン回路、及び／又はプログラム可能な回路により実行される命令を格納するファームウェアを含んでも良い。どの実施例において説明されている処理構成要素のいずれも、ソフトウェア、ファームウェア、ハードワイヤード回路、及び／又はそれらの組み合わせにより実装されることをまず理解するべきである。
【００３１】
本説明で用いられている用語や表現は、説明の用語として用いられているものであり、限定するための用語として用いられているものではなく、それらの用語や表現を用いるに当たり、本説明で示されたあるいは説明された特徴を持ついかなる均等物（もしくはその部分）を排除する意図も存在しない。また、特許請求の範囲内で様々な修正例が可能なものであると解される。他の修正例、変形例もしくは置換例も可能である。このように、特許請求の範囲はこれらすべての均等物を含むように意図されたものである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本発明に合致したコードレス電子機器の代表的な実施例を表す図である。
【図２】図２は、本発明に従って利用できる低域フィルタの代表的な実施例を表す図である。
【図３】図３は、本発明に関連するタイミング図である。
【図４】図４は、本発明に従う代表的な実施例を図示している。
【図５】図５は、本発明に関連するもう一つの代表的な実施例を図示している。
【図６】図６は、本発明の他の代表的な実施例に合致する方法を示している。
【符号の説明】
【００３３】
２０２ 入力端子
２０４ 入力端子
２０６ 出力端子
２０８ 出力端子
２１４ 低域フィルタ
２２２ オペアンプ
２２４ スイッチ
２２６ キャパシタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯用電子機器用低域フィルタに関する。
【０００２】
本願は、２００５年１２月１９日出願の米国仮出願６０／７５１，６２５の利益を請求するとともに、その全ての開示内容がこの引用によって本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
低域フィルタは、複合信号の低周波数成分を通過させるとともに、高周波成分を減衰させる様々な応用例において利用可能である。低域フィルタの応用例の一つは、バッテリーパックで電源供給されるようなコードレス電子機器の内部への応用である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
低域フィルタは、コードレス電子機器において、パルス幅変調（ＰＷＭ）電流及び電圧波形内の、電圧及び電流スパイクをフィルタするのに利用できる。機器の中には、コンティニュアス・タイムフィルタ、不完全（ｎｏｎ−ｆｕｌｌｙ）差動トポロジー及び低次フィルタなどを利用してパルス幅変調（ＰＷＭ）された電流及び電圧波形の電圧及び電流スパイクをフィルタしようとするものもある。従来の低次フィルタの一つに抵抗コンデンサ（ＲＣ）低域フィルタがある。この特定の構成では、１００％のリップルを有する方形波を利用しても良い。ＲＣ低域フィルタは、バッテリーセルの平均電圧に対し１６ビットの精度（即ち９６ｄＢの減衰）を得るためには、１００ｋΩの抵抗と、１．５μＦのキャパシタを必要とする。しかしながら、これらの抵抗値及びキャパシタ値においては、整定時間が過度に長くなることがある。例えば、これらの値を使うと、当該ＲＣ低域フィルタの整定時間は、およそ１０＊τ（ここでτ＝ Ｒ＊Ｃ）であり、６５秒にもなる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願明細書は、携帯用電子機器で利用するための構成が可能な低域フィルタについて一般的に説明する。本発明により、バッテリーパックのセル電圧を平均化するように構成された、完全に統合された低域フィルタが提供される。例えば、コードレスドリルのような電動機器は、ドリルのバッテリーパックのセル電圧を平均化するために、低域フィルタを具備しても良い。いくつかの実施例においては、フィルタは、パルス波変調周波数に対し、低周波カットオフ及び１６ビット（９６ｄＢ）挿入損失があっても良い。このように、本願明細書は、バッテリーパックのセル電圧を平均化するように構成可能であり、整定時間を短くする低域フィルタについて説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
特許請求の範囲に記載された事項の実施例における特徴は、図面を参照しながら以下の詳細な説明が進むにつれて明らかになる。図面内の番号は部品などを示している。
【０００７】
詳細な説明を実例となる実施例を参照しながら行うが、そこからの多くの代替例、修正例、変形例が当業者にとって明らかである。
【０００８】
図１は、本発明に従うコードレス電子機器１００の一つの代表的な実施例を図示している。いくつかのコードレス電子機器の例が含まれるが、それは電動機器（ドリル、丸のこぎり、やすり、ねじ回しなど）あるいはラップトップコンピュータ、携帯電話、個人用デジタル機器に限定されない。もちろん、他の機器も、本発明の目的から逸脱することなく利用可能である。
【０００９】
実施例１００に示される機器は、バッテリー供給モード時に、負荷１０４に電力を供給できるバッテリーパック１０２を具備している。バッテリーパック１０２は、フィルタ網１０６、バッテリーセル１０８、マイクロコントローラ（μＣ）１１０、充電／放電スイッチ１１２、低域フィルタ１１４、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）１１５及びバッテリー端子１１６，１１８を具備していても良い。バッテリー端子１１６，１１８は負荷１０４に接続され、かつそこへ電力を供給するように構成される。バッテリーパック１０２は、完全に取り外し可能あるいは置換可能なユニットであっても良いし、もしくはデバイス１００の内部で一体構造を成す様に形成しても良いことが想定される。バッテリー供給モード時に負荷１０４に電力を供給することに加え、バッテリーパック１０２は、バッテリー充電モード時には、ＡＣＤＣアダプタのように直流電源（図示せず）で再充電しても良い。もちろん、代替の再充電方法も、本発明の目的内である。バッテリーパック１０２は、バッテリー供給モード時あるいはバッテリー充電モード時におけるバッテリーパック１０２の操作を容易にするために構成され得る充電／放電スイッチ１１２を具備しても良い。
【００１０】
いくつかの実施例においては、負荷１０４もしくはモータから発生するノイズにより変動が生じることがある。例えば、バッテリーセル１０８に発生する負荷あり／負荷なしの際の変動がおよそ１ボルトであるのに対し、モータ（例えば直流ブラシモータ）から発生するノイズが、さらに３ボルトの変動を追加することもある。これらの変形例では、バッテリーセル１０８とフィルタ網１０６間の信号にノイズが発生する可能性がある。この信号は、直流電圧信号もしくはパルス幅変調信号のいずれをも含む場合があり、機器１００の相対速度を制御する場合もある。いくつかの実施例においては、フィルタ網１０６は、バッテリーセル１０８により供給される信号ノイズを、負荷に起因する直流の変動だけを残すようにフィルタするように構成することができる。例えば、フィルタ網１０６は、前記変動を平滑化し、かつバッテリーセル１０８からの信号を（例えばおよそ２０ｄＢ）減衰させることができる。この減衰した信号は、その後低域フィルタ１１４に入力され、前記低域フィルタ１１４はさらに前記信号を（たとえば、さらに６０−７０ｄＢ）減衰させても良い。いくつかの実施例においては、フィルタ網１０６は、ＲＣフィルタトポロジーを具備しても良い。
【００１１】
低域フィルタ１１４の出力は、その後アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）１１５に入力してもよい。ＡＤＣ１１５は、アナログ信号を、関連するデジタル信号に変換するように構成されたアナログ・デジタル変換器の一種であればよく、シングルスロープ積分型ＡＤＣ、デュアルスロープ積分型ＡＤＣ、またはシグマデルタ型ＡＤＣのいずれであってもよい。もちろん、代替によるＡＤＣもまた本発明の目的内である。いくつかの実施例では、ＡＤＣ１１５は１６ビットの分解能を提供するよう構成される。これは、全減衰量であるおおよそ９０ｄＢに該当する。
【００１２】
バッテリーセル１０８は、リチウム・イオンセルのような種々の電池化学反応式バッテリーであってもよい。他のタイプのバッテリーとしては、鉛酸蓄電池、ニッケル・カドミウム、リチウム・イオン重合体、ニッケル水素化物、アルミニウムもしくは他の再充電可能なバッテリーが挙げられるが、これらに限定されるものではない。バッテリーセル１０８は、バッテリー端子１１６，１１８に接続されるとともに、マイクロコントローラ１１０と通信することができる。さらには、バッテリーセル１０８は、望ましい電圧、容量もしくは電力密度を提供するように、直列、並列あるいはそれらの組み合わせによる配列となるように構成しても良い。
【００１３】
マイクロコントローラ１１０は、フィルタ網１０６に接続され、バッテリーセル１０８の電圧レベルを監視するように構成されても良い。マイクロコントローラ１１０は、様々な処理を達成するために命令を実行できるように構成されたプロセッサまたは制御器の一種であればよい。マイクロコントローラ１１０は、低域フィルタ１１４を制御すると同時に、チャネル選択を制御してもよい。このことは、図４及び図５を参照して後述される。いくつかの実施例では、マイクロコントローラ１１０は、各バッテリーセルの温度を測定して、セルが特定の温度より上か下かを判定しても良い。さらには、マイクロコントローラ１１０は、電源管理制御器１２０から命令を受信し実行するように構成しても良い。これらの命令は、どのバッテリーセルを低域フィルタ１１４に接続するかということに関して特定の命令を具備しても良い。この判定は、バッテリーセル１０８の電圧状態に基づいてもよく、マイクロコントローラ１１０により判定される。マイクロコントローラ１１０は、（例えば電源管理制御部１２０を介して）充電／放電スイッチの状態を制御しても良い。
【００１４】
充電／放電スイッチ１１２は、バッテリーセル１０８と通信しても良く、バッテリーパック１０２内部の電流の方向を決定する。充電／放電スイッチ１１２が、「充電」位置にあるときは、電流は端子１１６、１１８からバッテリーセル１０８に流れる。反対に、充電／放電スイッチ１１２が「放電」位置にあるときは、機器の電源を供給するために、電流は負荷１０４に供給される。電流反転バッテリーダイオード回路（図示せず）は、充電／放電スイッチ１１２により制御され、バッテリーパック１０２のＶＰＡＣＫ−端子１１６とＶＰＡＣＫ＋端子１１８に接続しても良い。これにより、逆電流と逆バイアス電圧による、バッテリーパック１０２もしくは他の内部構成要素の損傷を防止することができる。この保護には、様々な構成要素の一種を用いて提供され、前記様々な構成要素の一種には半導体ダイオード（ショットキー）と金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）も含まれるが、これらに限定されるものではない。
【００１５】
スイッチトキャパシタトポロジーを有する低域フィルタ２１４の一実施例が図２に示される。低域フィルタ２１４は電子回路により実装されるとともに、図１に示されるようにフィルタ網１０６を通じてバッテリーセル１０８に接続してもよい。低域フィルタ２１４は、入力端子２０２，２０４を具備するとともに、各々が入力を受け取るように構成しても良い。本発明の１つの代表的実施例においては、入力は１００％のリップルを有する方形波であっても良い。他の波形もまた想定することができ、のこぎり波、方形波、正弦波、三角波も含まれるが、これらに限定されるものではない。いくつかの実施例においては、入力端子２０２，２０４が差動信号を受信し、同相雑音を低減するように構成しても良い。
【００１６】
低域フィルタ２１４は、出力端子２０６，２０８を有するオペアンプ２２２を具備しても良い。低域フィルタ２１４は、出力端子２０６，２０８で、フィルタされた出力信号を提供する。いくつかの実施例では、オペアンプ２２２は、差分入出力を有するオペアンプであっても良い。出力２０６，２０８の差分は、個々のバッテリーセルの実電圧に対応する。出力端子２０６，２０８は、種々の回路に出力するように構成される。前記回路には、サンプル・ホールド部、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）もしくはバッテリーガスゲージ回路が含まれるが、それらに限定されるものではない。バッテリーガスゲージ回路（図示せず）は、バッテリーセル１０８の残量を監視し、かつ装置１００のユーザーに対してその残量表示を提供してもよい。いくつかの表示器には、充電状態表示器と、中央処理装置（ＣＰＵ）を有するガスゲージと、有さないガスゲージとが含まれる。ガスゲージ回路は、バッテリー残量及びシステム動作時間（即ち、バッテリーが空になるまでの時間）を計算するオンボードプロセッサに組み込んでも良い。さらには、ガスゲージ回路は、バッテリーの充電及び放電電流を測定するように構成しても良い。独立したＡＤＣがバッテリー電圧及び温度を測定するために使用しても良い。ガスゲージ回路は、装置１００内部のいかなる適した場所に設置してもよい。前記適した場所としては、マイクロコントローラ１１０内部または電源管理制御器１２０があるが、これらに限定されるものではない。
【００１７】
いくつかの実施例では、さらにスイッチ２２４やキャパシタ２２６のような複数の電子部品を具備しても良い。低域フィルタ２１４のスイッチ２２４は、クロック信号（例えばｐｈｉ１やｐｈｉ２）に応答しても良く、前記クロック信号はシステムクロック（図示せず）により制御しても良い。システムクロックはマイクロコントローラ１１０の内部に含まれても良い。いくつかの実施例では、抵抗を必要とせず、利用面積を最小とすることができる。
【００１８】
図３は、本発明の一実施例に従った次数２の低域フィルタのｐｈｉ１及びｐｈｉ２シグナルのタイミング図３００を示している。タイミング図で示されるように、ｐｈｉ１とｐｈｉ２は、同時にアクティブになることはない。さらには、ｐｈｉ１とｐｈｉ２のクロックサイクルは、オン位置にある場合と、オフ位置にある場合とで入れ替わっている。ｔ＿ｎｏｎ＿ｏｖｅｒｌａｐで示されるように、ｐｈｉ１とｐｈｉ２の両方が同時に非活性化される短い期間が存在しても良い。いくつかの実施形態においては、クロック位相のクロックエッジは、制御され平滑化されてもよく、それによりクロックのシグナルパスへの静電結合及び電荷注入効果が低減される。これについての詳細は後述される。
【００１９】
電荷注入は、スイッチトランジスタにより駆動されるキャパシタ両端のポテンシャル差分に、誤差電圧を引き起こす可能性がある。低域フィルタ２１４は、最小サイズのＣＭＯＳスイッチを利用しても良い。例えば、電荷注入を最小化するために比較的小さいＣＭＯＳスイッチなどを利用しても良い。例えば、これらのスイッチは、様々なサイズのＰＭＯＳあるいはＮＭＯＳタイプのスイッチから構成しても良い。さらに、クロック位相（ｐｈｉ１及びｐｈｉ２）はインターリーブされても良く、それによりポリ−絶縁体−ポリ（ＰＩＰ）キャパシタの寄生容量による影響が低減され、電荷注入によりもたらされたオフセットが最小化される。
【００２０】
さらには、低域フィルタ１１４、２２４などスイッチの数は、可能であればスマッシングスイッチ（ｓｍａｓｈｉｎｇ ｓｗｉｔｃｈ）により制御されても良く、それにより電荷注入が低減される。本技術において理解されるように、スマッシングスイッチは、スイッチトキャパシタフィルタのスイッチを制御する、特別なスイッチ群であり、非常に高速かつ制御された時間でターンオフが可能である。それによりさらに電荷注入が低減され得る。
【００２１】
低域フィルタ２１４の精度は、精確にマッチングされた容量比により改善される。キャパシタマッチングにより、カットオフ周波数が外部クロック周波数に比例するフィルタが構成される。カットオフ周波数はクロック周波数によって変化し得るので、外部の電子回路を必要とせず、追加の外部キャパシタもしくは誘導子も必要としない。スイッチトキャパシタフィルタは、水晶発信器を用いても良いし、クロック周波数を変化させることにより広範囲でカットオフ周波数が変化するフィルタを使用しても良い。いくつかの実施例においては、いかなる高周波信号をも取り除き、不要なエイリアシングを防止するために、パッシブＲＣ低域フィルタをスイッチトキャパシタの先に具備しても良い。
【００２２】
いくつかの実施例では、低域フィルタ２１４は、例えば、いくつかのフィルタをカスケードすることにより、およそ３，４ビット分の精度を改善、つまり１１ビットから１３，１４ビットに精度を改善するように構成しても良い。
【００２３】
低域フィルタ２１４は、スイッチング電荷注入を低減するための特徴を具備してもよく、それにより同相信号除去が改善され、直流の精度（非線形性を含む）が改善される。いくつかの実施例では、低域フィルタの整定時間が１ミリセカンドより少なくなり、かつ出力が１６ビットの分解能を提供することが可能である。
【００２４】
図２に示されたものに合致する複数の次数２の低域フィルタは、より高い次数のフィルタを形成するためにカスケード接続しても良い。例えば、３つのそのような低域フィルタをカスケード接続して、次数６のフィルタを形成することができる。さらには、ここで説明された実施例に従って、様々な異なる構成要素を使うことができる。例えば、高い絶対精度を有し、温度に対して低感度を有する特定の構成要素を選択しても良い。例えば、動作中の構成要素からのノイズを最小化するために、低容量の抵抗やキャパシタ及び低ノイズ増幅器を使用しても良い。
【００２５】
図４は、本発明に従った代表的な実施例４００の図を示している。バッテリーセル４０８は、スイッチ４０７を介して負荷４０４及びフィルタ網４０６と接続しても良い。バッテリーパック４０８は、初期リップルレベル信号を有するセル電圧を、ＲＣ網のようなフィルタ網に印加するように構成しても良い。フィルタ網４０６は、前記初期リップルレベルを所定量減衰させ、図４に示されるように（中間リップルレベルｌｅｖｅｌ＿ｌのような）中間リップルレベル信号を提供しても良い。いくつかの実施例では、前記減衰はおよそ２０ｄＢである。前記中間リップルレベル信号は、セル電圧チャネルレベルシフタ４３０に送信しても良い。セル電圧チャネルレベルシフタ４３０は、いくつかのバッテリー電圧レベルシフタ（ＢＶＬＳ）４３２ａ，４３２ｂなどを具備しても良く、それぞれが特定のチャネルに対応付けられてもよい。前記バッテリー電圧レベルシフタ４３２ａ，４３２ｂは、（第２中間リップルレベル信号ｓｉｇｎａｌ＿２のような）第２中間リップルレベル信号を生成するように構成しても良い。前記信号は、対応するバッテリー電圧レベルシフタ４３２を出て、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）４３４に入力され、前記信号は変換・選択される。ＡＤＣ４３４は、レベルシフトされたバッテリーセルチャネル信号入力を低域フィルタ４１４に入力しても良い。低域フィルタ４１４の出力は、フィルタされたバッテリーセルチャネル信号であっても良く、サンプル・ホールド部４３６に送信されても良い。サンプル・ホールド部４３６は、第２アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）４３８に対して標本抽出されたバッテリーセルチャネル信号を提供しても良い。ＡＤＣ４３８は、その後、各セルチャネルに対応するデータ出力を、マイクロプロセッサ４３９に提供しても良い。上記のように、低域フィルタ４１４は、スイッチトキャパシタフィルタ及び／もしくは次数６のフィルタであっても良い。
【００２６】
図５は、本発明に従うもう一つの代表的な実施例５００を示している。この実施例は、図４内のいくつかの構成要素あるいはすべての構成要素を組み合わせても良く、さらにデュアルチャネルＡＤＣフィルタ技術を具備しても良い。この実施例において、電流チャネル５５０が構成されても良く、電流チャネル５５０がバッテリーの電流リップルレベル信号（例えば電流リップルレベル信号ｓｉｇｎａｌ＿Ａ）を受信するように構成しても良い。この実施例では、さらにスイッチ５５２を具備していても良く、前記スイッチ５５２は、バイポーラトランジスタ（ＢＪＴ）や、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）のようなトランジスタでも良い。スイッチ５５２は、信号（例えばバッテリー電流リップルレベルｌｅｖｅｌ＿Ａ）を、追加のＲＣ網５５４に提供しても良い。ＲＣ網５５４は、前記バッテリー電流リップルレベルを、中間リップルレベル（例えば中間リップルレベルｌｅｖｅｌ＿Ｂ）まで減衰させても良い。前記中間リップルレベル信号は、その後反転及び非反転信号を有するプログラム可能な利得増幅器（ＰＧＡ）５５６への入力となっても良い。ＰＧＡ５５６は、前記中間リップルレベル信号を増幅するように構成しても良い。ＰＧＡ５５６は、信号を増幅するための適切な構成部品をいくつ利用しても良い。前記適切な構成部品には、オペアンプ、スイッチ、抵抗などが含まれるが、これらに限定されるものではない。増幅された信号（中間リップルレベルｌｅｖｅｌ＿Ｃ）は、その後、追加の低域フィルタ回路５５８に入力しても良い。いくつかの実施例においては、低域フィルタ５５８は次数２のフィルタであっても良い。さらに、低域フィルタ５５８はスイッチトキャパシタでも良いし、ここで説明されたものに類似したものでも良い。低域フィルタ５５８は、前記入力された信号を減衰し、デュアルチャネルアナログ・デジタル変換器５６０へ減衰された信号（減衰信号ｓｉｇｎａｌ＿Ｄ）を提供するように構成しても良い。
【００２７】
デュアルチャネルＡＤＣ５６０は、複数の入力をインターリーブするためにマルチプレクサを利用するように構成しても良い。例えば、セル電圧チャネル５３０と電流チャネル５５０の両方からの出力は、図５に示されるように、デュアルチャネルＡＤＣ５６０の入力にしても良い。いくつかの実施例では、デュアルチャネルＡＤＣ５６０は、チャネルを奇チャネル５６２及び偶チャネル５６４に配分しても良い。例えば、もし１０チャネルがデュアルチャネルＡＤＣ５６０への入力であるならば、チャネル１，３，５，７，９は奇チャネルに配分しても良い。同様にして、チャネル２，４，６，８，１０は偶チャネルに配分しても良い。これらの偶及び奇チャネルは、選択されて、図５に記載された低域フィルタ５１４に入力されても良い。いくつかの実施例では、低域フィルタは複数のフィルタを具備していても良い。例えば、偶及び奇チャネル信号は、次数６を有するスイッチトキャパシタ低域フィルタへの入力としても良い。いくつかの実施例においては、低域フィルタ５１４の出力が、負荷に起因するいかなる変動をも取り除き、直流リップルレベル信号を提供しても良い。この直流リップルレベル信号は、その後サンプル・ホールド段階５３６に入力され、追加のＡＤＣ５３８に入力される。これにより、例えば、各バッテリーセルに対し１６ビットの分解能を提供し得る。
【００２８】
図６は、本発明のもう一つの実施例６００を示しており、電子機器内でのフィルタ方法を説明している。この方法は、フィルタ網、マイクロコントローラ及びあるセル電圧及び電流を有する複数のバッテリーセルを接続することを具備しても良い（６０２）。スイッチトキャパシタ低域フィルタは、バッテリーパックに接続され、フィルタ網から信号を受け取るように構成しても良い（６０４）。この方法は、少なくとも一つのスイッチトキャパシタ低域フィルタを経由してフィルタ網より受信された信号をフィルタすることを具備しても良い（６０６）。この方法は、さらに、フィルタされた信号入力をＡＤＣに送信し（６０８）、そしてＡＤＣからの出力を生成する（６１０）ことを具備しても良い。前記方法は、さらに、次のような追加の段階を具備しても良い。バッテリーパックから負荷へ電源を回送する、そして／またバッテリーパックを再充電し、上記複数のバッテリーセル容量の表示を提供する段階である。前記方法では、さらにここで説明された、ＡＤＣ、セル電圧チャネルレベルシフタ、サンプル・ホールド部などの構成要素のいずれかまたは全てを利用して、様々な信号を生成もしくは処理しても良い。
【００２９】
本発明は、従来技術を超える多くの利点を提供する。例えば、スイッチトキャパシタ低域フィルタは、コードレス電子機器のセル電圧及び電流を平均化するように構成してもよい。いくつかの実施例においては、平均電圧を１６ビットまでの精度で供給しつつ、整定時間を１ミリ秒より短くなるように構成可能である、より高次数の低域フィルタが提供される。
【００３０】
本説明によるどの実施例においても、「回路」は、例えば、単独もしくはどのような組み合わせも、ハードワイヤード回路も、プログラム可能な回路も、ステートマシン回路、及び／又はプログラム可能な回路により実行される命令を格納するファームウェアを含んでも良い。どの実施例において説明されている処理構成要素のいずれも、ソフトウェア、ファームウェア、ハードワイヤード回路、及び／又はそれらの組み合わせにより実装されることをまず理解するべきである。
【００３１】
本説明で用いられている用語や表現は、説明の用語として用いられているものであり、限定するための用語として用いられているものではなく、それらの用語や表現を用いるに当たり、本説明で示されたあるいは説明された特徴を持ついかなる均等物（もしくはその部分）を排除する意図も存在しない。また、特許請求の範囲内で様々な修正例が可能なものであると解される。他の修正例、変形例もしくは置換例も可能である。このように、特許請求の範囲はこれらすべての均等物を含むように意図されたものである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本発明に合致したコードレス電子機器の代表的な実施例を表す図である。
【図２】図２は、本発明に従って利用できる低域フィルタの代表的な実施例を表す図である。
【図３】図３は、本発明に関連するタイミング図である。
【図４】図４は、本発明に従う代表的な実施例を図示している。
【図５】図５は、本発明に関連するもう一つの代表的な実施例を図示している。
【図６】図６は、本発明の他の代表的な実施例に合致する方法を示している。
【符号の説明】
【００３３】
２０２ 入力端子
２０４ 入力端子
２０６ 出力端子
２０８ 出力端子
２１４ 低域フィルタ
２２２ オペアンプ
２２４ スイッチ
２２６ キャパシタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリーパックを具備するコードレス電子機器と、
少なくとも１つの低域フィルタとを具備し、
前記バッテリーパックはフィルタ網と、マイクロコントローラと、セル電圧及びセル電流を有する複数のバッテリーセルとを具備し、
前記少なくとも１つの低域フィルタは前記複数のバッテリーセルに適切に接続され、前記複数のバッテリーセルのセル電圧及びセル電流を平均化するように構成されることを特徴とする装置。
【請求項２】
少なくとも１つの低域フィルタは、スイッチトキャパシタネットワークを具備することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記マイクロコントローラは、電源管理制御器から命令群を受信し、かつ実行するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記フィルタ網に適切に接続された少なくとも１つのセル電圧チャネルシフタをさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
ＲＣ網から第１信号を受信し、かつ増幅するように構成された、プログラム可能な利得増幅器をさらに具備し、
前記プログラム可能な利得増幅器は、第２信号をアナログ・デジタル変換器に提供するようにさらに構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの低域フィルタは、複数のスイッチを具備し、前記複数のスイッチは、システムクロックから送信される一連のクロック信号に応答するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの低域フィルタは、一連のカスケード接続された低域フィルタを具備し、前記カスケード接続された低域フィルタは、より高次数のフィルタを形成するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記アナログ・デジタル変換器は、少なくとも一つの入力を低域フィルタに提供するように構成されたデュアルチャネル変換器であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
第１アナログ・デジタル変換器からフィルタされた第１信号を受信するように構成された少なくとも１つのスイッチトキャパシタ低域フィルタを具備する集積回路（ＩＣ）を具備する装置であって、
前記少なくとも１つの低域フィルタは、第２アナログ・デジタル変換器にフィルタされた第２信号を送信するように構成されることを特徴とする装置。
【請求項１０】
前記複数のバッテリーセルの各電圧レベルを決定するように構成されたマイクロコントローラをさらに具備することを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記マイクロコントローラと前記複数のバッテリーセルに適切に接続されたフィルタ網をさらに具備し、
前記フィルタ網は、バッテリーセル電圧信号を受信し、かつ減衰させるように構成されることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記フィルタ網はＲＣフィルタ網であることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記第２アナログ・デジタル変換器は、少なくとも１６ビットの精度と１ミリ秒より短い整定時間を有する最終信号を生成するように構成されることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１４】
コードレス電子機器内のフィルタ方法であって、
フィルタ網と、マイクロコントローラと、セル電圧及びセル電流を有する複数のバッテリーセルとを接続し、
少なくとも１つのスイッチトキャパシタ低域フィルタと、前記複数のバッテリーセルとを適切に接続し、前記スイッチトキャパシタ低域フィルタは、前記フィルタ網から信号を受信するように構成され、
前記フィルタ網から受信した前記信号をフィルタし、
アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）にフィルタされた信号入力を送信し、
前記ＡＤＣから出力を生成することを特徴とするフィルタ方法。
【請求項１５】
前記ＡＤＣによって生成される出力は、少なくとも１６ビットの直流精度と、１ミリ秒より短い整定時間を有することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
少なくとも１つのアナログ・デジタル変換器を、セル電圧チャネルレベルシフタに適切に接続することをさらに具備し、前記ＡＤＣが減衰信号をスイッチトキャパシタ低域フィルタに送信するように構成されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのスイッチトキャパシタ低域フィルタをカスケード接続して、より高次数のフィルタを形成することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
フィルタすることは、１００％のリップルを有する波形をフィルタすることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記少なくとも１つのスイッチトキャパシタ低域フィルタは、方形波入力信号を受信し、かつフィルタされた出力信号を送信するように構成されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記少なくとも１つのスイッチトキャパシタは、サンプル・ホールド部への出力を提供することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
前記少なくとも１つのスイッチトキャパシタ低域フィルタは、完全差動アクティブフィルタトポロジー（ａ ｆｕｌｌｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ａｃｔｉｖｅ ｆｉｌｔｅｒ ｔｏｐｏｌｏｇｙ）を有することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１】
バッテリーパックを具備するコードレス電子機器と、
少なくとも１つの低域フィルタとを具備し、
前記バッテリーパックはフィルタ網と、マイクロコントローラと、セル電圧及びセル電流を有する複数のバッテリーセルとを具備し、
前記少なくとも１つの低域フィルタは前記複数のバッテリーセルに適切に接続され、前記複数のバッテリーセルのセル電圧及びセル電流を平均化するように構成されることを特徴とする装置。
【請求項２】
少なくとも１つの低域フィルタは、スイッチトキャパシタネットワークを具備することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記マイクロコントローラは、電源管理制御器から命令群を受信し、かつ実行するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記フィルタ網に適切に接続された少なくとも１つのセル電圧チャネルシフタをさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
ＲＣ網から第１信号を受信し、かつ増幅するように構成された、プログラム可能な利得増幅器をさらに具備し、
前記プログラム可能な利得増幅器は、第２信号をアナログ・デジタル変換器に提供するようにさらに構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの低域フィルタは、複数のスイッチを具備し、前記複数のスイッチは、システムクロックから送信される一連のクロック信号に応答するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの低域フィルタは、一連のカスケード接続された低域フィルタを具備し、前記カスケード接続された低域フィルタは、より高次数のフィルタを形成するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記アナログ・デジタル変換器は、少なくとも一つの入力を低域フィルタに提供するように構成されたデュアルチャネル変換器であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
第１アナログ・デジタル変換器からフィルタされた第１信号を受信するように構成された少なくとも１つのスイッチトキャパシタ低域フィルタを具備する集積回路（ＩＣ）を具備する装置であって、
前記少なくとも１つの低域フィルタは、第２アナログ・デジタル変換器にフィルタされた第２信号を送信するように構成されることを特徴とする装置。
【請求項１０】
前記複数のバッテリーセルの各電圧レベルを決定するように構成されたマイクロコントローラをさらに具備することを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記マイクロコントローラと前記複数のバッテリーセルに適切に接続されたフィルタ網をさらに具備し、
前記フィルタ網は、バッテリーセル電圧信号を受信し、かつ減衰させるように構成されることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記フィルタ網はＲＣフィルタ網であることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記第２アナログ・デジタル変換器は、少なくとも１６ビットの精度と１ミリ秒より短い整定時間を有する最終信号を生成するように構成されることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１４】
コードレス電子機器内のフィルタ方法であって、
フィルタ網と、マイクロコントローラと、セル電圧及びセル電流を有する複数のバッテリーセルとを接続し、
少なくとも１つのスイッチトキャパシタ低域フィルタと、前記複数のバッテリーセルとを適切に接続し、前記スイッチトキャパシタ低域フィルタは、前記フィルタ網から信号を受信するように構成され、
前記フィルタ網から受信した前記信号をフィルタし、
アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）にフィルタされた信号入力を送信し、
前記ＡＤＣから出力を生成することを特徴とするフィルタ方法。
【請求項１５】
前記ＡＤＣによって生成される出力は、少なくとも１６ビットの直流精度と、１ミリ秒より短い整定時間を有することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
少なくとも１つのアナログ・デジタル変換器を、セル電圧チャネルレベルシフタに適切に接続することをさらに具備し、前記ＡＤＣが減衰信号をスイッチトキャパシタ低域フィルタに送信するように構成されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのスイッチトキャパシタ低域フィルタをカスケード接続して、より高次数のフィルタを形成することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
フィルタすることは、１００％のリップルを有する波形をフィルタすることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記少なくとも１つのスイッチトキャパシタ低域フィルタは、方形波入力信号を受信し、かつフィルタされた出力信号を送信するように構成されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記少なくとも１つのスイッチトキャパシタは、サンプル・ホールド部への出力を提供することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
前記少なくとも１つのスイッチトキャパシタ低域フィルタは、完全差動アクティブフィルタトポロジー（ａ ｆｕｌｌｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ａｃｔｉｖｅ ｆｉｌｔｅｒ ｔｏｐｏｌｏｇｙ）を有することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−１９５３９５（Ｐ２００７−１９５３９５Ａ）
【公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００６−３４０３８２（Ｐ２００６−３４０３８２）
【出願日】平成１８年１２月１８日（２００６．１２．１８）
【出願人】（５００５２１８４３）オーツー マイクロ， インコーポレーテッド (138)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３４０３８２（Ｐ２００６−３４０３８２）
【出願日】平成１８年１２月１８日（２００６．１２．１８）
【出願人】（５００５２１８４３）オーツー マイクロ， インコーポレーテッド (138)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]