专利名称：用于无线调制解调器的自适应电流限制器的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及无线通信技术。更具体而言，本发明涉及控制无线调制解调器从主机电源提取的电流。
背景技术：
集成电路卡(或“PC卡”)经常被使用在移动通信和计算中。在一种特殊应用中，PC卡包括插入膝上型计算机或个人数字助理(PDA)的PCMCIA槽中的无线调制解调器。PCMCIA是“个人计算机存储卡国际协会(Personal Computer Memory CardInternational Associate)”的首字母缩写词，其发布了关于PC卡的标准。通常，主设备(也就是膝上型计算机或PDA)被连接至直流-直流(DC/DC)转换器，该转换器用于将主机电源电压转换为向PC卡供电的电压源。
为了使无线调制解调器有效地使用经过转换的电力，PC卡的输出阻抗必须与调制解调器天线的输入阻抗很好地匹配。如果天线未被定向用于正确的传输、被折断、或者与抑制其辐射射频(RF)功率的能力的物体接触，则有可能出现阻抗不匹配。不匹配的结果是传输弱RF信号，并可能发生下面两种情况。第一，将在无线调制解调器中的功率放大器(PA)的功率控制回路中增加PA输出功率，以补偿由于天线不匹配而引起的PA输出损耗。第二，当无线网络的基站接收到弱RF信号时，基站将发送用于调制解调器的请求，以增加其输出功率，而不知道弱信号由天线不匹配造成。这两种情况可导致无线调制解调器的PA从主机电源提取过量的电流，即，所提取的电流比主机电源被设计能够提供的电流大。该现象经常被称为“电流过提取(current overdraw)”。电流过提取是不希望的，因为其可能损坏电源，使主设备重启，和/或使调制解调器过热。
防止电流过提取的解决方案可以是使用固定硬件限制器，以限制功率放大器DC电轨(power rail)。不幸地是，该解决方案存在两个问题。第一，传统硬件电流限制器仅能保证约20％的阈值精度。此精度的不确定等级太大，以至于功率放大器不能控制和防止电流过提取。第二，使用固定硬件限制可能会导致发送电流过提取条件的“假警报”给主机，但是，该主机实际上可具有输送特定电流提取(current draw，又称最大电流)需要量的能力(也就是“强”电源)。相反地，使用固定硬件限制还可能会导致不发送电流过提取条件的警告给主机，该主机也许不具有输送特定电流提取需要量的能力(也就是“弱”电源)。这些问题在多时隙系统中同时存在，系统中的电流需求量根据每个传输脉冲(burst)分配的传输时隙的数量而变化。
发明内容
总体而言，本发明的方法和装置涉及无线调制解调器。具体而言，本发明的方法和装置涉及控制来自主机电源的无线调制解调器的电流提取。该方法和装置还尤其适用于但不限于多时隙GSM(全球数字移动电话系统，Global System for Mobile Communications)/GPRS(通用分组无线业务，General Packet Radio Service)网络。
根据本发明的一个方面，用于无线调制解调器的电流限制器包括电流传感器，用于测量无线调制解调器从主设备的电源提取的电流；电流电压转换器，连接至电流传感器，用于将无线调制解调器提取的所测量的电流转换为表示所测量的电流提取的电压；参考电压发生器，用于产生用来限定调制解调器可从主设备的电源提取的最大电流的参考电压；以及电压比较器，连接至电流电压转换器和参考电压发生器，用于将表示所测量的电流的电压与参考电压进行比较，并当表示所测量的电流提取的电压大于参考电压时，产生电流过提取信号。
根据本发明的另一方面，限制来自主机电源的PC卡无线调制解调器的电流提取的方法包括以下步骤，确定调制解调器从主机电源提取的电流；将所测量的电流转换为表示所测量的电流提取的电压；将表示所测量的电流提取的电压与参考电压进行比较；当表示所测量的电流提取的电压超过参考电压时，产生电流过提取信号。
以下描述和主张本发明的其它方面，通过参考说明书的其余部分和附图可进一步理解本发明的特性和优点。
图1示出根据本发明的实施例的自适应电流限制系统的框图；图2示出根据本发明的实施例的用于图1所示的系统的示范性自适应电流限制器；以及图3示出根据本发明的实施例的用于图2所示自适应电流限制器中的示范性电流传感器电路。
具体实施例方式
参照图1，示出了根据本发明的实施例的自适应电流限制系统10的框图。系统10包括PC卡无线调制解调器100，其包括基带和RF部件；以及自适应电流限制器110。PC卡无线调制解调器100包括连接器102，用于将PC卡无线调制解调器100连接至主机106的插槽104。主机106可包括膝上型计算机、手持计算机、个人数字助理(PDA)、或者无线调制解调器100的天线108能从其上无线传送信息(例如数据)的其它装置。下面更详细的说明，自适应电流限制器110经由PA传感线112监控无线调制解调器100的功率放大器(power amplifier，缩写为PA)的瞬时电流，并根据例如主机电源能力、每个传输帧分配的传输时间(Tx)间隙的数量、以及传送信号的RF频带，动态调节PA的电流限制阈值。自适应电流限制器110还可被配置为举例来说在PA的电流提取(currentdraw，又称最大电流)超过过电流电平的情况下，经由过电流线116发送过电流信号给无线调制解调器100。举例来说，在系统10检测到天线不匹配的情况下，自适应电流限制器110还可经由主机接口102发送出错信号给系统的用户。这里应该指出，尽管系统10显示自适应电流限制器110和PC卡无线调制解调器为分立组件，在可选实施例中，电流限制器可以是无线调制解调器的一部分，而不是分立组件。
参照图2，示出根据本发明的实施例的用于系统10中的示范性自适应电流限制器20。电流限制器20被连接至DC/DC转换器200，其将来自主设备的电源的DC输入电压DCIN转换为DC输出电压DCOUT。DC/DC转换器在本领域是公知的，因此这里将不详细描述。如图2所示，DCOUT提供电力给PC卡无线调制解调器，包括无线调制解调器的功率放大器(PA)201。在特定示范性实施例中，主设备的电源提供5伏的DC输入电压，DC/DC转换器200是补偿型转换器，其将DC输出电压降压至具有大约3.5伏的标称值的输出电压DCOUT，并且DCOUT被用于向PCMCIA兼容PC卡无线调制解调器供电。
电流限制器20包括电流传感器电路202、电压比较器204、中央处理器(CPU)206(例如微处理器、ASIC、或可编程控制器)、数模转换器(DAC)208、及电流限制器关闭电路210。除了当通过PA 201的电流源超过过电流电平时，接受过电流信号，断开PA 201的电源之外，电流限制器关闭电路210还可用次级的、并可能更高的、固定的过电流阈值提供次级保护。例如，如果CPU 206因为某种原因不能响应来自比较器204的中断信号，则将使用次级固定过电流阈值。例如，如果CPU上的固件失控，这就可能发生。可用于执行初级和次级保护功能的装置是由Micrel，Inc.出售的no.MIC2545A/2549A的可编程电流限制高侧开关(ProgrammableCurrent Limit High-Side Switch)。本领域技术人员将容易地理解其它电路也可用于执行这些功能。
电流传感器电路202检测PA 201的DC电轨上的瞬时DC电流并将其转换为电压VOUT。VOUT被耦合至电压比较器204的第一输入端，并与被耦合至比较器204的第二输入端的参考电压VREF比较。DAC 208产生参考电压VREF，参考电压的值可被CPU 206调节。其它参考电压发生器可被使用并且本领域技术人员可容易地理解。CPU 206用于提供数字信号，如上所述，数字信号被DAC 208转换成模拟电压，因此，VREF阈值被下列中的一个或多个因素确定主机电源能力、当前Tx时隙的数量和RF工作频带。当VOUT大于参考电压VREF时，表示由PA 201提取的瞬时DC电流已超过预定极限，电压比较器204的输出端提供中断信号给CPU 206。
为提高自适应电流限制器电路的精度，预校准处理可在工厂测试期间执行。示范性预校准处理指示CPU 206将PA安排进不同恒定的电流提取状态中。对于这些电流提取状态中的每一个，由DC/DC转换器200提取的DC电流和电流传感器202输出电压VOUT被测量和记录。所测量的DC电流然后被标准化并且VOUT被平均。然后，标准化的DC电流和平均的VOUT被用于确定测试中电流限制器的偏移。偏移可被储存在非易失性存储器中并作为可加至电压比较器204的参考电压设置上的补偿偏移。尽管这里描述了电压偏移补偿表，本领域技术人员将理解可开发和使用其它补偿表。例如，温度补偿表也可被用于提高自适应电流限制器电路的精度。
图3示出根据本发明的实施例的用于图2所示的自适应电流限制器中的电流传感器202的示范性电流传感器电路30。由PA 201提取的电流的样本(ISENSE)产生跨过传感电阻器RSENSE的传感压降VSENSE。表示被传感的电压的镜电流IM经由晶体管304和电流反射镜306被从第一差动放大器300镜像传送(mirror)至第二差动放大器302。第二放大器302被配置以使其产生与图2所示VREF相比较的VOUT。其它类型电流电压电路可被用于电流传感器202。因此，本领域技术人员将容易理解图3所示电流传感器电路30只是多种可能性中的一种。
在本发明的特定示范实施例中，图1所示自适应电流限制器10(或图2所示20)被用于监控和限制PCMCIA无线调制解调器中的功率放大器的电流提取，其被设计为符合多时隙GSM/GPRS传输协议。在该特定实施例中，CPU 206被编程以指示DAC 208提供参考电压VREF，其依赖于两个时隙或四个时隙的传输脉冲(也就是10级或12级操作)。例如主机电源的供电能力或由无线调制解调器传输的信号的频带的其它参数可被用于限定参考电压VREF。根据该示范实施例，自适应电流限制器10的电流提取阈值适应于以下的一个或多个(i)被使用的主机106的类型，(ii)被使用的TX时隙的数量，及(iii)调制解调器100所操作的RF频带。后面两个条件可随时间变化。因此，在自适应电流限制器110中的控制器(例如图2所示CPU 206)可被配置为动态地根据这些条件中的实时变化调节电流限制器阈值电压VREF。
CPU 206可被编程以响应中断信号，该中断信号以各种方式表示电流过提取条件。例如，响应于中断信号，CPU 206可被编程以将出错信号ERP发送至用户，出错信号提示用户调节PC卡无线调制解调器的天线。响应于中断信号，CPU 206也可被编程以提供电流提取衰减信号至PA 201的输入端和/或可被编程以产生信号，以减少每个传输脉冲所用的Tx时隙的数量。该响应可保护无线调制解调器不过热，保护主机电源不被损坏或重启。最后，如果调制解调器继续在保护模式下的操作延长了一段时间，CPU 206也可被编程以发送天线可能已被损坏或折断信号给用户。
在可选实施例中，如果CPU 206能够在每个Tx时隙的一开始就直接检查电流传感器202输出VOUT，DAC 208和比较器204可被省略。根据该可选实施例，VOUT可被直接连接至CPU 206，并且ADC和CPU固件可周期性地查询在例如每个TX时隙上的PA电流。
尽管上面已经对本发明的优选实施例进行了完整的描述，但是可应用各种可选方案、修改、和等同物。因此，以上的描述不应该被认为是对本发明的范围进行限制，本发明的范围由所附的权利要求限定。
权利要求
1.一种限制来自主机电源的、PC卡无线调制解调器的电流提取的方法，所述方法包括以下步骤提供具有电流限制器的PC卡无线调制解调器，所述电流限制器用于确定所述调制解调器从所述主机电源提取的电流；将所测量的电流转换为表示所测量的电流提取的电压；将表示所测量的电流提取的电压与参考电压进行比较；以及当表示所测量的电流提取的电压超过所述参考电压时，产生电流过提取信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，根据所述主机电源的电流供应能力设置所述参考电压。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，根据所述无线调制解调器的每个传输脉冲分配的时隙的数量设置所述参考电压。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，根据所述无线调制解调器的传送频率设置所述参考电压。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电流过提取信号被用于控制所述电流限制器可从所述主机电源提取的电流的量。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述PC卡无线调制解调器包括PCMCIA兼容PC卡。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电流限制器包括中央处理器(CPU)，所述中央处理器用于通过向所述无线调制解调器的用户提供出错信号，来响应所述电流过提取信号，所述出错信号用于通知所述用户所述无线调制解调器的天线未被正确定向。
8.根据权利要求3所述的方法，其中，所述电流限制器包括中央处理器(CPU)，所述中央处理器用于通过提供可用于减少每个传输脉冲的时隙的数量的信号，来响应所述电流过提取信号。
9.一种用于无线调制解调器的电流限制器，包括电流传感器，用于测量无线调制解调器从主设备的电源提取的电流；电流电压转换器，连接至所述电流传感器，用于将所述无线调制解调器提取的所测量的电流提取转换为表示所测量的电流提取的电压；参考电压发生器，用于产生用来限定所述电流限制器可从所述主设备的电源提取的最大电流的参考电压；以及电压比较器，连接至所述电流电压转换器和所述参考电压发生器，用于将表示所测量的电流提取的电压与所述参考电压进行比较，当表示所测量的电流提取的电压大于所述参考电压时，产生电流过提取信号。
10.根据权利要求8所述的电流限制器，其中，所述电压发生器包括中央处理器(CPU)，具有中断输入端和数字输出端，所述中断输入端用于接收所述电流过提取信号；以及模数转换器(DAC)，用于接收来自所述CPU的数字输出端的数字输出信号，并将所述数字输出信号转换成所述参考电压。
11.根据权利要求9所述的电流限制器，其中，根据所述无线调制解调器的每个传输脉冲分配的时隙的数量设置所述参考电压。
12.根据权利要求9所述的电流限制器，其中，根据所述无线调制解调器的传送频率设置所述参考电压。
13.根据权利要求9所述的电流限制器，其中，所述电流过提取信号用于控制所述电流限制器可从所述主机电源提取的电流的量。
14.根据权利要求9所述的电流限制器，其中，所述无线调制解调器包括PCMCIA兼容PC卡。
15.根据权利要求10所述的电流限制器，其中，所述CPU用于通过向所述无线调制解调器的用户提供出错信号，来响应所述电流过提取信号，所述出错信号用于通知所述用户所述无线调制解调器的天线未被正确定向。
16.根据权利要求11所述的电流限制器，其中，所述CPU用于通过提供用来减少每个传输脉冲的时隙的数量的信号，来响应所述电流过提取信号。
17.一种无线调制解调器，包括电流传感器，用于测量无线调制解调器从主设备的电源提取的电流；电流电压转换器，连接至所述电流传感器，用于将由所述无线调制解调器提取的所测量的电流转换为表示所测量的电流提取的电压；参考电压发生器，用于产生用来限定所述电流限制器可从所述主设备的电源提取的最大电流的参考电压；以及电压比较器，连接至所述电流电压转换器和所述参考电压发生器，用于将表示所测量的电流提取的电压与所述参考电压进行比较，当表示所测量的电流提取的电压大于所述参考电压时，产生电流过提取信号。
18.根据权利要求8所述的无线调制解调器，其中，所述电压发生器包括中央处理器(CPU)，具有中断输入端和数字输出端，所述中断输入端用于接收所述电流过提取信号；以及模数转换器(DAC)，用于接收来自所述CPU数字输出端的数字输出信号，并将所述数字输出信号转换为所述参考电压。
19.根据权利要求17所述的无线调制解调器，其中，根据所述无线调制解调器的每个传输脉冲分配的时隙的数量设置所述参考电压。
20.根据权利要求17所述的无线调制解调器，其中，根据所述无线调制解调器的发送频率设置所述参考电压。
21.根据权利要求17所述的无线调制解调器，其中，所述电流过提取信号用于控制所述电流限制器可从所述主机电源提取的电流的量。
22.根据权利要求17所述的无线调制解调器，其中，所述无线调制解调器是PCMCIA兼容的。
23.根据权利要求18所述的无线调制解调器，其中，所述CPU用于通过向所述无线调制解调器的用户提供出错信号，响应所述电流过提取信号，所述出错信号通知所述用户所述无线调制解调器的天线未被正确定向。
24.根据权利要求19所述的无线调制解调器，其中，所述CPU用于通过提供用于减少每个传输脉冲的时隙的数量的信号，响应所述电流过提取信号。
全文摘要
本发明提供了防止无线调制解调器从主设备(例如膝上型计算机或PDA)提取过量电流的方法和装置。该方法和装置尤其适用于但并不限于PCMCIA无线调制解调器和GSM/GPRS无线网络。
文档编号G05F1/10GK1717644SQ200380104203
公开日2006年1月4日 申请日期2003年11月25日 优先权日2002年11月27日
发明者刘平, 布鲁斯·米勒, 戈尔纳兹·萨纳耶-法尔德 申请人:施克莱无线公司