信號電平指示器及其有關的方法
2023-07-12 12:16:41
專利名稱：信號電平指示器及其有關的方法
技術領域：
本發明涉及信號電平指示器，具體涉及改進信號電平指示器效率的方法和裝置。
用戶的需求推動了電子學領域的科技進步。工業界積極的開發和生產業已促使電子元件越趨小型化，並導致出現了頗輕和尺寸有限的手持可攜式電子裝置。這種裝置典型地由電池供電。該電子裝置的運行持久性基於相關電池的壽命，這已成為向用戶推銷產品時的基本著眼點。為了最大限度地使用電池以滿足用戶的要求，須開發這些電子裝置使之功耗最佳化，還不損害用戶感覺的功能性。
用戶購買電子裝置之前，通常先要評估這些電子裝置的運行特性和有關的用戶可感覺特性。例如，用戶購買可攜式蜂窩電話機之前所考慮的該電話機運行特性是與該可攜式蜂窩電話機運行有關的電池所能容許的連續「通話時間」量或「備用時間」量。
重要的用戶可感覺特性(例如需要利用一個具有的可視單元的且可綜合在電子裝置內的顯示器向用戶顯示運行數據)與運行特性有關。例如，可攜式蜂窩電話機通常配備得可向用戶提供一個鄰近蜂窩基站通信有效性的一個可視覺指示。這通常是利用一種條形圖表式排列的多個可視單元來實現的，即根據從該鄰近蜂窩基站接收的控制信號的大小或強度依序點亮這些可視單元。可視顯示單元的這樣裝置稱為信號電平指示器或信號強度指示器。
圖1示例一種先有技術的綜合在發光二極體(LED)顯示器102內的電平指示器100。該先有技術的信號電平指示器100含有五列LED單元，每列至少有一個LED單元例如LED104。該先有技術的信號電平指示器100可視地顯示接收信號的相對強度，即從最低有效位的第一列106開始到最高有效位的第五列108結束依序地點亮各列的LED單元。這樣，高強度信號接收將點亮全部五列LED單元，而低強度信號接收只點亮第一列LED106。圖1示出中強度控制信號接收依序點亮前三列LED單元(為了圖示清楚起見，點亮的LED標有陰影線)。
如圖1所示的先有技術的信號電平指示器消耗的功率量難以接受。較強控制信號的接收導致較多LED點亮，從而導致消耗較多的電池功率。為此，現在需要一種顯示信號電平且消耗最小的功率還不損害用戶的可視覺信號電平數據清晰度的裝置和方法。製造商通過使可攜式電子裝置的用戶可感覺特性最佳化能夠增加電池的有效壽命，從而允許該電子裝置能夠較長時間的連續運行。藉此，製造商能夠生產出更能吸引用戶的產品。
圖1示出一種先有技術的信號電平指示器；圖2示出一個與附近蜂窩基站結合在一起工作的蜂窩電話機，它具有按照本發明的信號電平指示器；圖3示出按照本發明的接收通路和信號電平指示器電路的部分方框圖；圖4示出按照本發明的輸入信號的信號電平指示定時圖5A和圖5B示出按照本發明的輸入信號的信號電平指示的方法流程圖。
本發明提供一種改進的用以在一個由多個LED組成的信號電平指示器上可視地顯示接收信號大小的方法和裝置。在顯示期間多個LED被允許(enable)和被選通以使這多個LED的每個個別地被點亮。在顯示期間要點亮的LED的數目與接收信號的大小有關。多個要點亮的LED的每個個別被點亮一段時間，以便填滿該顯示時段。在顯示期結束時，該信號電平指示器的LED被禁止(disable)而進入一段休止期。在休止期結束時，再啟始一個顯示期。按照上文提到的在顯示期間通過選通LED可按照可視方式並且以電池高效率的方式顯示出接收信號的大小。
圖2示出一種可視顯示接收信號大小的可攜式電池子裝置。圖2所示的電池供電型可攜式蜂窩電話機200，它與一個附近的蜂窩基站202結合在一起工作，並具有按照本發明功能工作的一個信號電平指示器204。該蜂窩電話機200含有一個顯示器206、一個天線208、一個鍵盤210和一個耳承212。蜂窩電話機200一接通電源就可經天線208發射射頻信號，向附近的蜂窩基站202登記該蜂窩電話機200。在登記完成時和在用戶嘗試始發一個呼叫之前，蜂窩電話機200監視附近蜂窩基站202發射的射頻控制信道信號。蜂窩電話機200處理監視的控制信道信號，並在信號電平指示器204上向用戶可視地輸出這些控制信號的大小或強度。這樣的信號電平信息用以確定附近蜂窩基站202的通信有效性以及用戶能夠始發呼叫的可能性。
在優選實施例中，信號電平指示器204由五個垂直排列的LED組成，位於顯示器206的一端。雖然，這裡使用了LCD，但信號電平指示器也可由LCD顯示器、真空螢光顯示器、其它發光器件諸如電燈泡、或任何其它可視單元來構成。信號電平指示器204的LED是垂直排列的，最低有效位的LED位於底部。這種排列與用戶的自然視覺的等級相對應，較弱信號由位於較低位置的少量LED的點亮來顯示，而較強信號由位於較高位置以下的多個LED點亮來顯示。但需注意，LED的數目及其排列方式可按使用的要求來變化。
結合考慮信號電平指示器204的LED及其排列，須使這些LED以高效地能讓用戶感覺和分辨所顯示信息的方式被點亮。如上文參照圖1的說明，這種先有技術可視顯示輸入信號強度是連續點亮按相應比例數目的LED；於是，較強信號由連續點亮的較多LED來顯示。雖然連續點亮LED可方便地向用戶轉達可分辨的信號強度信息，但在可攜式電子裝置中這種點亮消耗電池功率用量是不可接受的。為使功耗最佳化又不犧牲用戶感覺接收信號強度的能力，本發明根據輸入信號強度以一種速率選通信號電平指示器的多個LED。
圖3示出按照本發明的接收通路和信號電平指示器的方框圖。該方框圖包括一付天線300、一個接收電路301、一個處理器302和一個存儲器308。顯示器子組件310的一個控制寄存器311耦合到處理器302上。控制寄存器311還耦合到亮度控制器312和陰極場驅動器313及陽極電流源319上，陽極電流源319耦合到由第一個至第五個LED314—318組成的信號電平指示器304上。請注意還可以使用附加的處理器，這取決於該電子裝置的複雜程度。
在接收一個已調製射頻信號諸如上述的與蜂窩電話系統有關的控制信號時，天線300進行接收和轉換射頻信號成為電信號，並將它耦合到接收機電路301上。接收機電路301工作通常濾波該接收信號，將該信號下變頻，對下變頻的信號解調，對解調後的信號解碼，再把解碼後的信號饋送到該電子裝置內含的其它電路單元。
處理器302不僅控制接收機電路301的操作，而且接收從接收機電路301輸出的解碼信號。一旦接收到模擬信號，就讓它通過模/數轉換器(A/D)306以轉換成為相應的離散數位訊號。模/數轉換器306對該模擬信號取樣，有效地輸出一個數字離散值，其範圍在0與255之間，它代表接收信號的幅度或大小或強度。請注意，如果接收機電路301輸出到處理器302的解碼信號是數位訊號，則無需模/數轉換器306轉換。
因利用射頻接收通路的電子裝置通常具有一個相關的「噪聲底限(noise floor)」，故需考慮到固有的系統噪聲須使處理器302修改數位化接收信號的大小。在優選實施例中，定義「噪聲底限」的一個參數已存儲在與處理器302相連接的存儲器308中。處理器302利用這個參數有效地修改由數位化接收信號的大小所定義的其範圍為0至255的數位化數值。其結果是，數位化範圍的實際下界從0提升到30，於是處在噪聲底限之內的數位化接收信號的大小被設定為30。
類似地，考慮到最大的系統性能，處理器302修改數位化接收信號的大小。處理器302利用一個已存儲在存儲器308中用以定義射頻接收通路的實際峰值性能的一個類似的參數。在優選實施例中，數位化範圍的實際上界從255降低到100。為此，超過實際峰值性能的數位化接收信號的大小被設定為100。於是，代表接收信號大小的數位化數值的實際範圍是在30至100之間。
該數位化數值的實際範圍進而用於確定須點亮的LED的數目，以正確地指示該接收信號的大小或強度。處理器302利用存儲在存儲器308中的表示組成綜合的信號電平指示器304的LED數目的一個參數，為組成信號電平指示器304的LED確定點亮閾值的值。處理器302實現這一點是利用數學上將數位化數值的實際範圍除以組成信號電平指示器304的LED數目。在優選實施例中，數位化數值的實際範圍為70(峰值100「減去」噪聲底限30)，信號電平指示器304由五個LED單元314—318組成；因此，遞增的點亮步級為14(70「除以」5)；五個LED單元314—318的閾值點亮值分別為30、44、58、72和86。鑑此，例如如果數位化接收信號的大小為50，則前兩個LED314和315將被點亮；類似地，如果信號大小為75，則前四個LED314—317將被點亮。
一旦確定了要點亮的LED的數目，處理器302就確定要點亮的LED數目中的每一個的點亮時間。於是允許LED點亮，發生在顯示期內。在優選實施例中，顯示期的持續期是利用存儲器308中一個值來設定的，約為0.5秒。然後，處理器302確定點亮時間，亦即根據數位化接收信號的大小將顯示期在要點亮的LED的個數中等分。再利用上述的例子，如果前兩個LED314和315要點亮，則這前兩個LED314和315的每一個各自點亮0.25秒(0.5秒「除以」2)；如果前四個LED314—317要點亮，則這前四個LED314—317的每一個各自點亮0.125秒(0.5秒「除以」4)。據此，各自點亮時間隨接收信號的大小而反比地變化。
處理器302利用一個定時器307來協助控制要點亮的LED個數中各自點亮時間。定時器307協調從處理器302向控制寄存器311傳輸的數據的控制寄存器311，接著控制組成信號電平指示器304的LED314—318各自點亮。例如，如果前兩個LED314和315要各自被點亮0.25秒，則控制寄存器311在0.5秒顯示期開始時從處理器302接收數據，來個別地點亮第一個LED314，同時，定時器307復位和初始化。在定時器307歷經0.25秒之後，處理器302令控制寄存器311關斷第一個LED314並點亮第二個LED315。定時器307歷經0.5秒之後，處理器302令控制寄存器311關斷第二個LED315，這樣，改進了信號電平指示器的用戶可視性，同時降低了該信號電平指示器的電池消耗。
顯示器子組件310的控制寄存器311響應從處理器302來的數據控制信號，點亮所需要的LED。陽極電流源319耦合在控制寄存器311與信號電平指示器304之間，向信號電平指示器304的LED314—318提供電流。陰極場驅動器313利用一條復用的5到1總線也耦合在控制器存器311與信號電平指示器304之間，並分別地耦合到LED314—318。控制寄存器311通過激勵陰極場驅動器313的相應的輸出(亦即對相應的LED提供偏置)來點亮各相應的LED。由陽極電流源319提供的電流允許流過LED而使它被點亮。亮度控制器312耦合在控制寄存器311與陰極場驅動器313之間，可以附加地調節流過被偏置的LED的電流。動態的亮度控制可用於信號電平指示器304的已點亮的LED必須通過一個基本上不透明的透鏡蓋被感覺到的應用場合。
圖4示出說明指示輸入信號大小示例的定時圖。該定時圖示出在與一個「允許/禁止」循環信號420相配合的情況下輸入信號421與信號電平指示器304的五個LED414至418結果點亮活動性之間的對應關係。該「允許/禁止」循環信號420涉及到約0.5秒的顯示期(由高位置線指明)，在此期間LED被允許點亮，還涉及到約1.5秒的休止期(由定時線條中的低位置線指明)，在此期間LED被禁止和不被點亮。五個LED414—418中某一個的點亮由高位置線指明，而其低位置線指明不點亮。該例是在接收輸入信號421具有圖4所示的幅值32、94和65的情況下得出的並在下文討論。
具有幅值32的接收輸入信號421是一個弱信號，導致第一個LED414點亮0.5秒的整個顯示期。在休止期接收時，輸入信號的幅度被規定為可使信號電平指示器的五個LED相繼地顯示。通過幅度與確定的點亮閾值的值相比較(參見對圖3的討論)來具體地規定這些LED。具有幅值32的接收信號規定點亮一個LED。然後，一個被規定的LED的個別點亮時間被計算為0.5秒。請注意，在一個LED的情況下，該LED被點亮整個顯示期。在顯示期起始時刻422，第一個LED414被點亮。在顯示期結束時刻424，第一個LED414被關斷。
在0.5秒的顯示期內接收的具有幅值94的輸入信號421是一個強信號，導致所有的五個LED414—418都被點亮。在隨後的休止期期間，接收信號被再取樣，並被確定具有幅值94，這規定所有五個LED都被點亮。然後計算五個規定的LED的每一個的個別點亮時間為0.1秒。在隨後的顯示期的起始時刻426，第一個LED414被點亮0.1秒。在這0.1秒時間結束時，LED414被關斷，而使第二個LED415點亮0.1秒。在顯示期的0.2秒過去和第二個LED415已點亮0.1秒以後，第二個LED415被關斷，而第三個LED416被點亮。在顯示期的0.3秒過去和第三個LED416已點亮0.1秒以後，第三個LED41 6被關斷，而第四個LED417被點亮。在顯示期的0.4秒過去和第四個LED417已點亮0.1秒以後，第四個LED417被關斷，而第五個LED418被點亮。當0.5秒的顯示期結束時，第五個LED418已點亮0.1秒而被關斷。
接收的具有幅值65的輸入信號421是一個中等強度信號，導致在0.5秒的顯示期內三個LED414—416被點亮。計算這三個LED414—416的每個個別點亮時間為約0.167秒。據此，在0.5秒顯示期內自第一個LED414開始，三個LED414—416中的每一個將個別地被點亮約0.167秒。
如前所述，利用多個LED的點亮而連續地顯示信號電平信息，所消耗功率量是不可接受的。上面的顯示信號電平信息的例子提出了不犧牲可視分辨的一種節省功率的方法。實現節省功率是通過使多個LED點亮短時間實現的。按照上述方式選通信號電平指示器，信號電平信息可由多個被點亮的LED單元來顯示，而其消耗功率量是先前的信號電平指示器的一個LED連續被點亮0.5秒消耗的功率量。
通過使信號電平顯示期與較長的休止期互相插接保持了用戶的可視解析度和視覺感覺。這可防止信號信息不致發生從「一起運行」中單獨地取樣的事件。儘管顯示期和休止期的持續期分別為0.5秒和1.5秒，但這些時間可以用其它的時間值來代替，亦能使信號電平指示器提供可視的分辨。此外，因個別LED點亮時間隨接收信號的大小相反地變化，故用戶不僅利用點亮的LED的數目，而且利用LED依序被點亮的速率，便利地區分出接收信號的顯示幅度。
圖5A和圖5B示出在一個信號電平指示器上指示輸入信號大小的一種方法的流程圖。該過程從步驟500開始，接收一個輸入信號並傳送到處理器302。在步驟502該輸入信號的幅值被數位化，隨後處理器302根據數位化的幅值確定被點亮的LED的數目，以便在信號電平指示器204、304上成比例地顯示出輸入信號的幅度。在步驟504然後處理器302計算每一個要被點亮的LED的個別點亮時間，即將0.5秒的顯示期長度除以要被點亮的LED的個數。在步驟506，如果無一LED要被點亮，在這個階段這通常只發生在該電子裝置經受系統故障的情況下，則在步驟508使全部LED被禁止，並在步驟530該過程退出。這些先導步驟通常是在信號電平指示器休止期內執行的。在休止期內，信號電平指示器的LED都被禁止，而不被點亮。
在步驟510信號電平指示器的LED被點亮的顯示期開始於第一個LED314、414被點亮。在步驟512，第一個LED314、414被點亮先前在步驟504計算出的個別LED的點亮時間。如果在步驟514第二個LED315、415要被點亮，則要步驟516該第二個LED315、415被點亮，並使第一個LED34、414關斷。然而，如果第一個LED314、414是唯一要被點亮的LED，則在步驟508全部LED被關斷，在步驟530顯示期退出。在步驟518，第二個LED315、415被點亮先前在步驟504計算出的個別LED的發亮時間。按照上述方式依序地點亮和關斷繼續下去，直到在步驟502因所確定的要點亮的所有LED都已個別地被點亮在步驟504計算出的時間段時為止。與本方法有關聯的這些迭代步驟的次數呈現於圖中，它不會超過信號電平指示器204、304中存在的LED的實際數目，在步驟502用變量「n」表不。
總之，本發明為高效和可視感覺的可攜式電子裝置提供了一種信號電平指示器。輸入信號的大小可在組成信號電平指示器的一系列按等級排列的可視單元例如LED上向用戶顯示出來。一接收到輸入信號，就根據該輸入信號的幅值規定可使用的LED的數目。此外，也確定了規定的LED中的每個LED個別被點亮的時間。在接續的顯示期內，規定的LED的每一個都個別地被點亮那段時間。這樣，被點亮的LED的個數和每個LED個別地被點亮的時間是隨著輸入信號的幅度而變化的。按照上述的方式點亮信號電平指示器便實現了功率節省。信號電平信息，能由多個被點亮的LED單元顯示，而其消耗功率量與先前的信號電平指示器中一個LED連續被點亮0.5秒所消耗的功率相同。再則，利用信號電平指示器的顯示期與較長的休止期相插接，保持用戶的可視解析度和可視覺的感覺。
除了如上討論的可視地顯示接收射頻信號的幅度之外，本發明中的信號電平指示器及其相關的方法還可用以作為其它的電平指示器，例如電池電平指示器。
權利要求
1.一種具有信號電平指示器的可攜式電子裝置，可視地指示至少一個輸入信號的幅度，其特徵在於，包括多個可視單元；一個處理器電路，可操作地被耦合用以選通所述多個可視單元的被點亮數目的單元，該數目與至少一個輸入信號的幅度成比例。
2.按照權利要求1的可攜式電子裝置，其特徵在於，所述處理器電路個別地點亮所述的多個可視單元被點亮數目的每個單元，點亮時段與該至少一個輸入信號的幅度相關聯。
3.按照權利要求2的可攜式電子裝置，其特徵在於，所述的時段隨該至少一個輸入信號的幅度而反向變化。
4.按照權利要求2的電子裝置，其特徵在於，所述處理器電路在顯示期間允許所述被點亮數目的多個可視單元被點亮，所述處理器電路在休止期間禁止所述多個可視單元被點亮。
5.一種在可操作地耦合到處理器電路的多個可視單元上可視地指示一個輸入信號幅度的方法，其特徵在於，所述的方法包括以下步驟(a)在處理器電路的至少一個輸入端上接收輸入信號；(b)選通被點亮數目的多個可視單元。
6.按照權利要求5的方法，其特徵在於，所述步驟(a)還包括以下步驟(a1)確定出多個可視單元被點亮的數目，該多個可視單元被點亮的數目與該輸入信號的幅度成比例。
7.按照權利要求6的方法，其特徵在於，所述步驟(a)還包括以下子步驟(a2)計算被點亮數目的多個可視單元的每個個別被點亮的時間，所述的被點亮時間隨該輸入信號的幅度反向變化。
8.按照權利要求5的方法，其特徵在於，所述的步驟(b)包括以下步驟(b1)允許所述的被點亮數目的多個可視單元被點亮一個顯示期。
9.按照權利要求8的方法，其特徵在於，所述步驟(b)包括以下子步驟(b2)使被點亮數目的多個可視單元的每個被點亮各自的點亮時間。
10.按照權利要求5的方法，其特徵在於，包括以下步驟(c)在休止期內禁止多個可視單元被點亮。
全文摘要
一種信號電平指示器(204，304)利用點亮許多個(例如5個)發亮二極體(LED)(314-318，414-418)中每一個一段各自點亮時間。被點亮的個數和被點亮的每一個LED各自的時段，並隨輸入信號(421)的幅度而變化。
文檔編號H04B17/00GK1129484SQ95190557
公開日1996年8月21日 申請日期1995年5月8日 優先權日1994年6月23日
發明者馬西婭·瓊·奧廷, 約翰·保羅·克雷默 申請人:摩託羅拉公司