专利名称：用于提供功率放大器的自适应电源电压控制的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明的各种实施方式总体上涉及通信。
背景技术：
诸如蜂窝系统(例如扩频系统(诸如码分多址(CDMA)网络) 或时分多址(TDMA)网络)的无线通信系统为用户提供了移动的便 利性以及丰富的业务和功能。此便利性已经得到持续增长的消费者人 群的明显接纳，将其作为认可的通信模式，用于传送语音和数据(包 括文本和图形信息.)方面的商务和个人使用。因而，移动终端的种类 (例如电话)已经在增多。因此，制造商正持续地接受挑战以生产具 有更强大功能、更长操作时间以及更小外形因素的终端。这些设备的 一个重要部件是功率放大器(PA)。
传统上，无线设备应用中所采用的功率放大器要求使用隔离器。 例如，PA输出连接至隔离器，使得PA的负载可以保持几乎恒定，而 不考虑天线阻抗造成的负载变动，其中天线阻抗随着不同的操作条件 而改变。然而，为了节约成本以及减小外形因素，在现代电话中通常 省略这种隔离器。此约束给功率放大器设计带来了巨大的工程挑战。 即，大的负载变化可能对这些电话的操作带来负面影响。这种负载变 化可以由电压驻波比(VSWR)来表征，其中PA要被设计成针对一 定VSWR周期内的负载而工作。
因此，需要一种方法来提供高效的功率放大器。
发明内容
本发明解决了这些以及其他需求，其中，提供了一种用于提供功 率放大器的自适应电源电压控制的方法。
5根据本发明实施方式的一个方面， 一种设备，包括电压检测器， 其被配置为检测电压摆动；以及功率检测器，其被配置为检测功率。 该设备还包括控病器，其耦合至所述电压检测器和所迷功率检测器。 所述控制器被配置为接收指定所需输出功率的信号，以及使用检观']至J 的电压摆动和检测到的功率来确定在特定负载条件下对应于所需输
出功率的电源幅值(rail)电压。此外，该设备包括转换器，其被配 置为施加所确定的电源幅值电压以生成所需输出功率。
根据本发明实施方式的另一方面， 一种方法，包括接收指定所需 输出功率的信号。该方法还包括检测电压摆动以及检测功率。此外， 该方法包括使用所检测到的电压摆动和所检测到的功率来确定在特 定负载条件下对应于所需输出功率的电源幅值电压；以及施加所确定 的电源幅值电压以生成所需输出功率。
根据本发明实施方式的,又一方面， 一种设备，包括用于接收指定 所需输出功率的信号的装置。该设备还包括用于检测电压摆动的装置 以及用于检测功率的装置。此外，该设备包括用于使用所检测到的电 压摆动和所检测到的功率来确定在特定负载条件下对应于所需输出 功率的电源幅值电压的装置；以及用于施加所确定的电源幅值电压以 生成所需输出功率的装置。
本发明的其他方面、特征和优势从下文的详细描述中很容易明 了，其简单地通过示出多个特定实施方式和实现(包括构思以执行本 发明的最佳模式)来描述。本发明也能够有其他的不同实施方式，并 且可以在多个明显的方面修改其多个细节，而都不偏离本发明的精神 和范围。相应地，附图和描述本质上应视为示意性的而不是限制性的。
在附图中通过示例方式而不是限制方式示出本发明，其中类似附 图标记指代类似的元件，其中
图1是根据本发明的各种实施方式的、能够提供无隔离器的功率 放大器的自适应电源电压控制的通信系统的图示；图2是示出根据本发明实施方式的、能够支持自适应电源电压控 制的功率放大器的组件的图示；
图3是根据本发明的卖施方式的、能够支持自适应电源电压控'制
的功率放大器的示例性电路图4是示出了当具有图1的系统的功率放大器的负载阻抗从较高
阻抗改变为较低阻抗时的场景的图示；
图5是示出了图1的系统的功率放大器的输入信号已经被增大以
便增大晶体管电压摆动从而维持不变的输出功率电平的场景的图示； 图6示出了通过降低集电极幅值电压来移动AC负载线的图示； 图7是根据本发明的实施方式的、用于从图1的系统的功率放大
器得到期望的输出功率的过程的流程图8是可以用于实现本发明各种实施方式的硬件图示；
图9A和图9B是能够支持本发明.各种实施方式的不同蜂窝移动电
话系统的图示；
图IO是根据本发明的实施方式的、能够在图9A和图9B的系统 中操作的移动台的示例性组件的图示；以及
图11是根据本发明的实施方式的、能够支持此处所描述的处理 的企业网络的图示。
具体实施例方式
公开了用于提供功率放大器的自适应电源电压控制的设备、方法 和软件。在下文描述中，出于解释的目的，阐述了多个特定细节以便 提供对本发明的实施方式的全面理解。然而，对于本领域技术人员来 说很明显，本发明的实施方式可以不需要这些特定细节或者使用等同 方案来实践。在其他实例中，公知的结构和设备以框图形式示出以避 免不必要地混淆本发明的实施方式。
尽管针对无线网络以及扩频技术(例如码分多址(CDMA)、宽 带CDMA (WCDMA)等)讨论本发明的某些实施方式，但是本领域 普通技术人员可以认识到，本发明的实施方式可以应用于任何通信系统类型(例如有线网络等)以及其他传输技术(例如TDMA、增强
UTRAN (通用陆地无线接入网络))。
图1是根据本发明的各种实施方式、能够提供无隔离器的功率放 大器的自适应电源电压控制的通信系统的图示。通信系统100可以是 无线网络或有线系统，其包括通过信道103与其他终端105通信的终 端101。如图所示，除其他部件外，终端101包括收发机107,用于 发射和接收信号；在一种示例性实施方式中，终端101实现为图10 所示的移动台。收发机107耦合至功率放大器109,其用于放大收发 机107提供的信号。此外，收发机107可以包括用于支持与终端105 进行通信的电路，例如信号处理组件。在一种实施方式中，终端101 是无线设备，因此，其可以拥有天线(未示出)以用于发射和接收射 频(RF)信号。PA109还能够接收用于指定PA109的所需输出功率 的外部输入。在此安排下，PA 109外部的单个控制可以指示PA 109 确定在任意给定输出功率和负载条件下其自己的电源幅值电压和静 态电流设置。
可以认识到， 一般而言，当功率放大器被设计为满足一定电压驻 波比(VSWR)周期内的负载变化的线性要求(例如，如CDMA系 统中相邻信道功率或ACPR要求所指定的线性要求)时，满足线性的 最差情况条件可能是位于VSWR周期上的特定点(其被描述为VSWR 周期上的特定阶段)。VSWR周期上的此最差情况阶段实际上是由例 如功率放大器的输出管脚和此激活设备的集电极/漏极之间的电路转
换而来的。经转换的最差情况负载对应于激活设备的集电极/漏极看到 的最大阻抗。这是源于此事实使用有限的功率电源幅值，可允许的 电压摆动会被削波并且集电极/漏极看到的最高阻抗等于在给定输出 功率处的最高集电极/漏极摆动电压(V。)——也即，只要功率放大 器被设计成在最高阻抗处不满足ACPR要求之前对集电极/漏极电压 摆动进行削波。在特定VSWR周期上或周期内的任何其他点表示较 低的集电极/漏极电压摆动。因此，功率电源幅值进行的削波会更少， 从而使ACPR(线性)会比上面提到的最差情况条件更好。换言之，在VSWR周期内除了最差情况负载条件之外的其他任何点上有更多
的ACPR富余。然而，在最差情况下满足ACPR的这个保证预示着当 功卓放大器正工作在VSWR周期上或内的其他任何点处时，其效率
一目当<氐。
为了解决上述问题，功率放大器109被配置为监控集电极/漏极电 压摆动(V。)和来自PA 109的正向功率(P。)，功率电压幅值电压 (VJ被调整。此过程提供了对PA 109的有效操作，因而改善了通 话时间(假设终端101实现为蜂窝电话)。
在某些实施方式中，通信系统IOO是无线网络，其支持多个终端 101、 105,如针对图9A和图9B所描述的。
图2是示出了根据本发明的实施方式、能够支持自适应电源电压 控制的功率放大器的组件的图示。在此示例中，PA109包括用于接收 待放大的信号的输入以及用于指定所需功率电平的另.一 输入，其中所 需功率电平将要从PA 109输出。放大过程由驱动级晶体管201和末 级晶体管203的组合来完成。这些晶体管201、 203可以是任何类型 的晶体管，包括场效应晶体管(FET)、双极结晶体管(BJT)、金 属氧化物半导体(MOS)晶体管等。出于解释的目的，将晶体管201、 203描述为具有发射机、基极和集电极的B汀。
DC-DC转换器207分别通过DC馈电205a和205b向驱动级晶体 管201和末级晶体管203供给集电极幅值电压(Vec) 。 DC馈电205b 耦合至晶体管203的功率电源幅值，并且表示天线(未示出)的改变 的负载阻抗。DC-DC转换器207可以调整功率电源幅值电源(Vrr), 以允许对于所需电压摆动来说刚好足够的DC(直流)电压。此调整 可以基于对集电极电压摆动(V。)和PA 109的正向功率(P。)的监 控来进行。利用DC-DC转换器207来改善较低(回退backed-off)功 率下的效率；这是因为较低的功率不像峰值功率情况下需要全部电压 摆动。在这种情况下，可以优化任意给定负载条件下的效率，如图4-图6所示(通过负载线位置的水平移动以适应负载阻抗改变来表示)。
具体地，末级晶体管203的集电极摆动电压(V。)输入至电压检测器209。末级晶体管203的集电极摆动电压(V。)还通过匹配单元 2J1输入至输出功率釆样器(例如方向性耦合器)213。输出功率采样 器213继而#放大后的信号输出至PA输出，并将》i大后的信号馈送 至功率检测器211。特别地，为了监控正向功率P。，连接至PA 109 输出的输出功率采样器213对正向功率进行采样。接着，通过功率检 测器211来检测此采样后的正向功率。电压4金测器209以及功率一全测 器2U的输出继而输入至控制器215。然后，控制器215可以生成所 需的集电极幅值电压，从而提供有效的PA 109操作。
驱动级偏置单元217从控制器215接收偏置并将偏置提供给驱动 级晶体管201。类似地，末级偏置单元219从控制器215接收偏置并 将偏置提供给末级晶体管203。为了阻抗匹配，匹配单元221也可以 包含在PA 109内。
图3是根据本发明的实施方式、能够支持自适应电源电压控制的 功率放大器的示意性电^各图。在此场合下，PA 109包括作为匹配单元 的输入匹配网络301、级间匹配网络302以及输出匹配网络303。偏 置电路305、 307可以由电子偏置电路实现。VBAT表示用于将电源 馈送至偏置电路305、 307以及DC-DC转换器309的电池终端。控制 器311 (例如，数字信号处理器(DSP)、实时软件或模拟控制器) 控制DC-DC转换器309。输入控制可以是模拟电压/电流或者数字表 示；例如，如果使用模拟控制，则电压/电流可以是用于最差情况负载 条件的电源幅值电压的线性或非线性的缩小或放大形式。如前所述， 通过将集电极摆动电压(V。)和所需功率(P。)馈送至控制器311, 集电极/漏极电源幅值电压(Vrr)可以适当地调整以提供对于给定负 载条件下所需(或所期望的)输出功率来说足够的DC电压。
特别地，在PA输出处，所需功率(P。)被馈送至控制器311， 并且相应的初始输入功率(Pi)被注入PA输入级。基于产生最差情 况负载阻抗(Z1—max)的P。来计算用于驱动级晶体管313和末级晶 体管315的偏置以及所需的集电极幅值电压(V —max)。然后，调整 P,直到对于实际负载阻抗Zl(由317表示)达到P。。当由于天线负载变化而改变Z1时，P。会改变，因而调整Pi以保持相同的P。。当集电 极摆动电压(V。)低于Vrr—max的目标值时，对集电极摆动电压(V。) 进行测量；继而基于测量的V。计算新的Vrr。这确保了在任恃负载条 件下，对于给定的P。， Vrr总是最优的。还可以优化用于驱动级317
和末级319的偏置(不过，它们可以保持在基于用于最差情况阻抗的
特征的默认值)。
控制器311耦合至电压检测器321,电压检测器321可以包括高 值电容或者高值电阻，其后跟随峰值/包络检测器(如图所示)。功率 检测器323也可以利用峰值/包络检测器或均方根(RMS)功率检测 器(未示出)。为了避免晶体管313、 315的集电极/漏极负担过重， 监控V。的一种特别方式可以通过使用小电容(也即高电容量)或大 电阻(也即高阻值)来实现，此小电容或大电阻对集电极/漏极处的射 频(RF)电压进行采样，然后使用峰值/包络检测器来检测晶体管315 的电压摆动V。。
在上述安排下，PA 109的集电极/漏极电源幅值电压(Vrr)总是 被调整为允许对于可变负载下的任何输入功率(P。)而言刚好足够的 集电极/漏极电压摆动(V。)。因此，PA 109在其最大效率条件下操 作，因而能够有效地延长电池续航时间(例如增长蜂窝电话的通话时 间)。这也取得了降低终端109的温度的有效效果。
图4是示出了当具有图1的系统的功率放大器的负载阻抗从较高 阻抗改变为较低阻抗时的场景的图示。具体地，该场景涉及驱动级晶 体管201和末级晶体管203的集电极看到的、从较高阻抗Rl到校低 阻抗R:/的负载阻抗。如图所示，集电极电压摆动由V。表示。假设在 此高阻抗情形下，集电极电压摆动中没有削波。当负载阻抗降低时， 集电极处的电压摆动V。减少至V。，，因而输出功率P。减少至P。'。也 即，P。表示阻抗降低之前的输出功率。负载从较高阻抗到较低阻抗的
改变在ic对Vce的图中示出，其中ic是集电极电流，Vce是集电极-发
射机电压。该图还示出了晶体管的基极电流ib。该基极电流ib与输入
信号成比例变化。基极电流偏置到级别Ir。该图还示出了施加到集电极的集电才及幅值电压Vccl以及饱和电压Vk。
图5是示出了图1的系统的功率放大器的输入信号已经'被增大以
便增大晶体管电压摆动从而维持不变的输出功率电平的场景的图示。
如图所示，如果驱动输入信号增加，则集电极摆动电压降低至V。"。 输出功率保持与以前相同。集电极电压摆动的降低导致集电极DC-电 压-余量未被用于整个摆动，其转化为DC功率的浪费。
图6是示出了通过降低集电极幅值电压来移动A C负载线的图示。 具体地，该图示出了通过将集电极幅值电压从Vccl降低至Vw来移动 AC(交流)负载线。在此情况下，浪费的电压余量被消除了，从而 改善了 PA 109的效率。集电才及幅值电压的变化可以通过感应给定输 出功率下的集电极电压摆动来进行控制。这确保了有足够的DC电压
用于RF摆动。应当注意，此处所示场景假设了非失真波形，但是在 实际应用中允许一定的削波以便在效率和有限线性要求之间进行权 衡。这种线性要求由ACPR要求所规定。
图7是根据本发明的一种实施方式、用于从图1的系统的功率放 大器得到期望的输出功率的过程的流程图。在此示例中，为了从PA 109获得期望的输出功率(同时维持高效的PA操作)，对输出功率 P。以及集电极电压摆动V。进行连续监控。该监控允许适当调整PA输 入功率和集电极幅值电压。在步骤701,将所需输出功率输入到控制 器215。在步骤702,将相应的初始输入功率供给至PA输入。接下来， 在步骤705,基于产生最差情况负载阻抗(ZL—max)的P。来确定用于 驱动级晶体管201和末级晶体管203的偏置以及最大所需集电极幅值 电压(Vrr—max)。在步骤707,继而将所确定的偏置施加在晶体管上。
按照步骤709，由控制器215测量PA 109的输出功率以确定是否 已达到所期望的输出功率。在步骤711,调整输入功率Pi直到对于实 际负载阻抗Zl达到P。。
在步骤713,测量集电极摆动电压V。。如果V。低于Vrr—maJ々目 标值(在步骤715确定)，则在步骤717基于V。以确定新的Vno并 将其施加在晶体管201、 203上(步骤719)。可选地，在经平衡的PA配置(未示出)中，可以实施上述方案 从而监控与两个并行末级相关联的输出晶体管的集电极处的集电极
电压摆动(例如V。a和V。J ,并选择二者中最大的，即V。二max(V。a,
vob}。
此外，可以优化用于驱动级晶体管201和末级晶体管203的偏置； 然而应当注意，此偏置可以保持在基于用于最差情况阻抗的特征的默认值。
在一种实施方式中，每个功率控制周期(也即，每1.25ms)重复 所描述的过程。此过程有利地确保了在任意负载条件下，对于给定的
P。, Vrr是最优的。相对于天线的操作条件改变所引入的负载变化而言，
预定持续时间(例如1.25ms)是短持续时间。在这种条件下，PA109 在其针对负载变化最高效状态下操作。
本领域普通技术人员会认识到，用于提供功卑放大器的自适应电 源电压控制的过程可以经由软件、硬件(例如，通用处理器、数字信 号处理器(DSP)芯片、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列 (FPGA)等)、固件或其组合来实现。下面将详细描述用于执行上 述功能的示例性硬件。
件。计算系统800口包括总'线8^1或其他用于;专送l息的k信装置，以 及耦合至总线801用于处理信息的处理器803。计算系统800还包括 主存储器805，诸如随机访问存储器(RAM)或其他动态存储设备， 其耦合至总线801以用于存储信息和将由处理器803执行的指令。主 存储器805还可以用于存储在处理器803执行指令期间的临时变量或 其他中间信息。计算系统800还可以包括只读存储器(ROM) 807或 其他静态存储设备，其耦合至总线801用于存储静态信息和用于处理 器803的指令。诸如磁盘或光盘的存储设备809耦合至总线801以用 于永久存储信息和指令。
计算系统800可以经由总线801耦合至显示器811 (诸如液晶显 示器或有源矩阵显示器)以用于向用户显示信息。输入设备813 (诸如包括字母和其他键的键盘)可以耦合至总线801以用于将信息和命
令选择传送至处理器803。输入设备'813可以包括光标控制(诸如鼠 标、轨趁球或光标方向键)以用于将方向信息和命令选冲李传送至处理 器803以及用于控制显示器811上的光标运动。
根据本发明的各种实施方式，可以响应于处理器803执行包含在 主存储器805的指令安排而由计算系统800提供此处所描述的过程。 这种指令可以从另一计算机可读介质(诸如存储设备809 )读入主存
储器805。包含在主存储器805中的指令安排的执行使得处理器803 执行此处所描述的过程步骤。也可以采用多处理布置中的一个或多个 处理器来执行包含在主存储器805中的指令。在可选实施方式中，可 以使用硬线电路来代替软件指令或与软件指令结合来实现本发明的 实施方式。在另一示例中，可以使用诸如现场可编程门阵列(FPGA) 的可重配硬件，在此硬件中，其逻辑门的功能和连接拓朴通常可以通 过对存储器查找表编程而在运行时定制。因此，本发明的实施方式不 限于硬件电路和软件的任何特定组合。
计算系统800还包括耦合至总线801的至少一个通信接口 815。 通信接口 815提供耦合至网络链^各(未示出)的双向数据通信。通信 接口 815发送和接收携带表示各种信息类型的数字数据流的电信号、 电磁信号或光信号。此外，通信接口 815可以包括外围接口设备，诸 如通用串行总线(USB)接口、 PCMCIA (个人计算机存储卡国际协 会)接口等。
处理器803可以在接收代码的同时执行所传输的代码和/或将代 码存储在存储设备809或其他非易失性存储器中以便以后执行。以此 方式，计算系统800可以获得载波形式的应用代码。
此处所用的术语"计算机可读介质，，是指参与向处理器803提供 指令以用于执行的任何介质。此类介质可以采取多种形式，包括但不 限于非易失性介质、易失性介质以及传输介质。非易失性介质包括， 例如光盘或磁盘，诸如存储设备809。易失性介质包括动态存储器， 诸如主存储器805。传输介质包括同轴线、铜线和光纤器件，包含包括总线801的线路。传输介质也可以采用声波、光波或电磁波的形式，
诸如在射频(RF)和红外(IR)数据通信期间生成的波。计算机可读 介质的常规形式包括，例如软盘、柔性盘、硬盘、磁带、任何其他磁 性介质、CD-ROM、 CDRW、 DVD、任何其他光学介质、穿孔卡、纸 带、光标示窗体、具有孔图案或其他光学可识别指示的任何其他物理 介质、RAM、 PROM以及EPROM、闪速-EPROM、任何其他存储芯 片或盒、载波、或计算机可读取的任何其他介质。
可以包含计算机可读介质的各种形式来向处理器提供指令以用 于执行。例如，用于执行至少部分本发明的指令最初可以产生于远程 计算机的磁盘上。在这种情形下，远程计算机将指令载入到主存储器 并使用调制解调器通过电话线发送指令。本地系统的调制解调器在电 话线上接收数据，使用红外发射机将数据转换为红外信号并将该红外 信号发射至便携式计算设备，诸如个人数字助理(PDA)或膝上型计 算机。便携式计算设备上的红外检测器接收由该红外信号生成的信息 和指令并将数据放到总线上。总线将数据传送至主存储器，处理器从 主存储器取回并执行该指令。可选地，主存储器所接收的指令可以在 由处理器执行之前或之后存储在存储设备上。
图9A和9B是能够支持本发明的各种实施方式的不同蜂窝移动电 话系统的图示。图9A和图9B示出了示例性蜂窝移动电话系统，每 个系统都有移动台(例如手持电话)和基站，在移动台和基站中具有
(作为数字信号处理器(DSP)的一部分的)已安装的收发机、硬件、 软件、集成电路、和/或半导体设备。作为示例，无线网络支持国际电 信联盟(ITU)针对国际移动电信2000 (IMT-2000)定义的第二代和 第三代(2G和3G)业务。出于解释的目的，针对cdma2000架构来 阐述无线网络的载波和信道选择功能。作为IS-95的第三代版本， cdma2000是在第三代合作伙伴计划2 ( 3GPP2 )中被标准化的。
无线网络900包括与基站子系统(BSS) 903通信的移动台901
(例如，手持电话、终端、台、单元、设备或接至用户的任何接口形 式(诸如"可穿戴，，电路等))。根据本发明的一种实施方式，此无
15线网络支持国际电信联盟(ITU )针对国际移动电信2000 (IMT-2000 ) 定义的第三代(3G)业务。
在此示例中，BSS 903包括基站收发台(BTS) 905和基站控如J器
(BSC) 907。尽管示出了单个BTS，但是可以意识到，通常有多个 BTS例如通过点到点链^各连接至BSC。每个BSS 903通过传输控制 实体或分组控制功能(PCF) 911链接至分组数据服务节点(PDSN) 909。由于PDSN909用作对外部网络(例如互联网913或其他私有客 户网络915)的网关，因此PDSN 909可以包括接入、授权和计费系 统(AAA) 917,以便安全地确定用户的身份和权限以及跟踪每个用 户的行为。网络915包括网络管理系统(NMS ) 931,其链接至一个 或多个^:据库933,此数据库可以通过由归属AAA 937保护的归属代^ 理(HA) 935来访问。
尽管示出了单个BSS 903,但是可以意识到通常有多个BSS 903 连接至移动交换中心(MSC) 919。 MSC 919提供到电路交换电话网 络(诸如公共交换电话网络(PSTN) 921)的连接。类似地，还可以 意识到，MSC 919可以连4妄至同一网络900上的其他MSC 919或连 接至其他无线网络。MSC 919通常配置有访问位置寄存器(VLR)923 数据库，此数据库保存有关于MSC 919的活跃订户的临时信息。VLR 923数据库内的数据在很大程度上是归属位置寄存器(HLR) 925数 据库的备份，HLR数据库存储详细的订户服务订购信息。在一些实现 中，HLR925和VLR923是同一物理数据库；然而，HLR925可以位 于例如通过信令系统9号(SS7)网络进行访问的远程位置处。包含 订户特定的认证数据(诸如认证密钥)的认证中心(AuC ) 927与HLR 925相关联以用于认证用户。此外，MSC919连接至短消息服务中心
(SMSC) 929,其存储和转发去往和来自无线网络900的短消息。 在蜂窝电话系统的典型操作期间，BTS 905从发起电话呼叫或其 他通信的多个移动单元901接收和解调多个反向链路信号。给定BTS 905接收到的每个反向链路信号在该站内进行处理。得到的数据转发 至BSC 907。 BSC 907提供呼叫资源分配和移动管理功能，包括BTS905之间的软切换配合。BSC 907还将接收到的数据路由至MSC 919， MSC 919继而提供附加的路由和/或交换以与PSTN 921对接。MSC 919还负责呼叫建立、呼叫终止、管理MSC间切换和补充业务，以 及手机、计费和记账信息。类似地，无线网络900发送前向链路消息。 PSTN 921与MSC 919对接。MSC 919另外与BSC 907对接，BSC 907 继而与BTS卯5通信，BTS 905调制多个前向链路信号并将其发射至 多个移动单元901。
如图9B所示，通用分组无线业务(GPRS)架构950的两个关4建 元件是服务GPRS支持节点(SGSN) 932和网关GPRS支持节点 (GGSN) 934。此外，GPRS架构包括分组控制单元(PCU) 936和 链接至账单系统939的计费网关功能(CGF)938。 GPRS移动台(MS) 941采用订户身份模块(SIM) 943。
,PCU936是负责GPRS相关功能(诸如,空中接口访问控制、空中 接口上的分组调度以及分组封包和重组)的逻辑网元。通常，PCU 936 在物理上与BSC 945集成；然而，它可以配置有BTS 947或SGSN 932。 SGSN932提供与MSC 949等同的功能，包括移动性管理、安全、以 及访问控制功能，不过是在分组交换域。而且，SGSN 932例如通过 基于帧中继的接口 、使用BSS GPRS协议(BSSGP )与PCU 936连接。 尽管只示出了一个SGSN，但是可以意识到可以采用多个SGSN 931,
的个人发展计划(PDP)上下文期间发生RA更新时，SGSN/SGSN 接口允许从旧的SGSN分组隧道传送至新的SGSN。尽管一个给定的 SGSN可以服务多个BSC 945，但是任何给定的BSC 945通常与一个 SGSN932对接。同样，SGSN 932可选地通过使用GPRS增强移动应 用部分(MAP)的基于SS7的接口与HLR 951连接，或者通过使用 信令链接控制部分(SCCP)的基于SS7的接口与MSC 949连接。 SGSN/HLR接口允许SGSN 932向HLR 951提供位置更新以及取得 SGSN服务区域内的GPRS相关的订户信息。SGSN/MSC接口支持电 路交换业务和分组数据业务之间的协调，诸如针对语音呼叫而寻呼订户。最后，SGSN 932与SMSC 953对接以支持通过网络950的短消 息收发功能。
'GGSN 934是针对外部分组数据网络(诸如互联网913或其他私 有客户网络955 )的网关。网络955包括链接至一个或多个数据库959 的网络管理系统(NMS) 957,该数据库通过PDSN961访问。GGSN 934指派互联网协议(IP)地址，并且可以作为远程认证拨入用户月良 务主机来认证用户。位于GGSN 934的防火墙同样执行防火墙功能以 限制未授权业务。尽管只示出了一个GGSN 934，但是可以意识到给 定SGSN 932可以与 一个或多个GGSN 933对接以允许用户数据在两 个实体之间以及去往和来自网络950进行隧道传送。当外部数据网络 通过GPRS网络950初始化会话时，GGSN 934向HLR951查询当前 服务MS 941的SGSN 932。
'BTS 947和BSC 945管理无线接口，包括控制哪个移动台(MS) 941在什么时间可以冲妻入无线信道。这些元件基本上在MS 941和 SGSN 932之间传递消息。SGSN 932管理与MS 941的通信，发送和 接收数据以及保持跟踪其位置。SGSN 932还注册MS 941、 i人证MS 941以及对发送至MS 941的数据加密。
图IO根据本发明的实施方式、能够在图9A和图9B的系统中操 作的移动台(例如手持电话)的示例性组件图示。通常，无线接收机 使用前端和后端特征来定义。接收机的前端包括所有射频(RF)电路， 而后端包括所有基带处理电路。相关的电话内部组件包括主控制单元 (MCU) 1003、数字信号处理器(DSP) 1005以及包括麦克风增益 控制单元和扬声器增益控制单元的接收机/发射机单元。主显示单元 1007向用户提供显示器以支持各种应用和移动台功能。音频功能电路 1009包括麦克风1011以及放大从麦克风1011输出的语音信号的麦克 风放大器。从麦克风1011输出的放大后的语音信号馈送到编码器/解 码器(编解码器CODEC) 1013。
射频部分1015放大功率并且转换频率，以便经由天线1017与基 站通信，基站包括在移动通信系统(例如图9A或图9B系统)中。功率放大器(PA) 1019和发射机/调制电路响应于MCU1003而操作， 其中PA 1019的输出耦合至双工器1021或循环器或天线开关，这是 本领域所i知的。PA 1019还耦合至电池接口和功率控制单元1020。
在使用中，移动台1001的用户对着麦克风1011说话，他或她的 话语连同检测到的任何背景噪声 一起转换为模拟电压。该模拟电压继 而通过模数转换器(ADC) 1023转换为数字信号。控制单元1003将 数字信号路由至DSP 1005以在其中进行处理，诸如语音编码、信道 编码、加密以及交织。在该示例性实施方式中，经处理的语音信号由 未单独示出的单元使用码分多址(CDMA)蜂窝传输协议进行编码， 如在电信工业联盟的TIA/EIA/IS-95-A用于双模宽带扩频蜂窝系统的 移动台-基站兼容性标准中所描述的；在此处通过引用将其全文并入。
接着，已编码的信号被路由至均衡器1025以补偿在通过空中传 输期间发生的任何频率相关的损伤，诸如相位和幅度失真。在均衡该 比特流之后，调制器1027将该信号与RF接口 1029生成的RF信号 进行合成。调制器1027通过频率或相位调制生成正弦波。为了准备 传输的信号，上变频器1031将从调制器1027输出的正弦波与合成器 103 3生成的另 一 正弦波进行合成以得到期望的传输频率。该信号继而 通过PA 1019发送以将信号放大至适当的功率电平。在实际系统中， PA 1019用作可变增益放大器，其增益由DSP 1005根据从网络基站 接收到的信息来控制。然后，在双工器1021内对信号滤波以及可选 地将信号发送至天线耦合器1035以匹配阻抗，从而提供最大功率传 送。最后，经由天线1017将信号发射至本地基站。可以提供自动增 益控制(AGC)以控制接收机末级的增益。信号可以由此转发至连接 至公共交换电话网络(PSTN)或其他电话网络的远程电话(可以是 另一蜂窝电话)、其他移动电话或陆上线路。
经由天线1017接收发射至移，台1001的语音信号，并立即由低 噪放大器(LNA) 1037对其进行放大。下变频器1039将载波频率降 低，解调器1041去除RF只留下数字比特流。继而信号通过均衡器 1025并且由DSP 1005处理。数模转换器(DAC) 1043转换信号，并且将得到的输出通过扬声器1045发送给用户，所有这些都在主控制
单元(MCU) 1003的控制下进行——该MCU可以实现为中央处理单 元(CPU)(未示A )。
MCU 1003 4^收各种信号，包括来自4建盘1047的输入信号。MCU 1003分别将显示命令递送给显示器1007以及将切换命令递送给语音 输出切换控制器。进一步地，MCU 1003与DSP 1005交换信息，并 且可以访问可选并入的SIM卡1049和存储器1051。此外，MCU 1003 执行移动台所需的各种控制功能。取决于实现，DSP 1005可以对语 音信号执行各种传统数字处理功能中的任一功能。附加地，DSP1005 根据麦克风1011所检测的信号来确定本地环境的背景噪声级别，以 及将麦克风1011的增益设置为用于补偿移动台1001的用户的自然倾 向而选择的级别。
编解码器(CODEC) 1013包括ADC 1023和DAC 1043。存储器, 1051存储包括入呼铃音的各种数据，并且其能够存储其他数据，包括 经由例如全球互联网接收的音乐数据。软件模块可以驻留在RAM存 储器、闪存、寄存器或本领域公知的任何其他形式的可写存储介质中。 存储器设备1051可以是，但不限于，单个存储器、CD、 DVD、 ROM、 RAM、 EEPROM、光存储器或能够存储数字数据的任何其他非易失性 存储介质。
可选并入的SIM卡1049例如携带重要信息，诸如蜂窝电话号码、 载波提供服务、订购细节以及安全信息。SIM卡1049主要用于识别 无线网络上的移动台1001。卡1049还包含用于存储个人电话号码记 录、文本消息以及用户特定移动台设置的存储器。
图ll示出了示例性企业网，其可以是利用基于分组和/或基于单 元的技术(例如异步传输模式(ATM)、以太网、基于IP等)的任 何类型的数据通信网络。企业网1101为有线节点1103以及无线节点 1105-1109 (固定的或移动的)提供连接，这些节点每个都配置为执 行上述处理。企业网1101可以与各种其他网络通信，诸如WLAN网 络1111 (例如IEEE 802.11 ) 、 cdma2000蜂窝网络1113、电话网络1116 (例如PSTN)或公共数据网1117 (例如互耳关网)。
尽管已经结合多个实施方式和实现描述了本发明，但是本发明并 不限于此，而是覆盖落入所喊权利要求范围内的各种明显的变形和專 同布置。尽管在权利要求中以特定组合表示本发明的特征，但是可以 预料到，这些特4正可以按照其他组合和顺序来安排。
权利要求
1. 一种设备，包括电压检测器，其配置为检测电压摆动；功率检测器，其配置为检测功率；控制器，其耦合至所述电压检测器和所述功率检测器，所述控制器被配置为接收指定所需输出功率的信号，以及使用所述检测到的电压摆动和所述检测到的功率来确定在特定负载条件下对应于所述所需输出功率的电源幅值电压；以及转换器，其配置为施加所述确定的电源幅值电压以生成所述所需输出功率。
2. 根据权利要求1所述的设备，还包括第一DC馈电和第二DC馈电，其共同表示所述特定负载条件并 且耦合至所述转换器；驱动级电路，其耦合至所述第一 DC馈电，所述驱动级电路一皮配 置为接收所述电源幅值电压；以及末级电路，其耦合至所述第二 DC馈电，所述驱动级电路被配置 为接收所述电源幅值电压。
3. 根据权利要求2所述的设备，还包括笫一匹配网络，其配置为接收待放大的输入信号，所述第一匹配 网络耦合至所述驱动级电路；第二匹配网络，其耦合至所述第一 DC馈电和所述末级电路；以及第三匹配网络，其耦合至所述第二 D C馈电和所述功率检测器。
4. 根据权利要求2所述的设备，其中所述驱动级电路包括第一晶 体管，第二偏置电路包括第二晶体管，所述设备还包括第一偏置电路，其耦合至所述驱动级电路以偏置所述第一晶体 管；以及第二偏置电路，其耦合至所述末级电路以偏置所述第二晶体管。
5. 根据权利要求4所述的设备，其中所述检测到的电压摆动对应 于所述第二晶体管。
6. 根据权利要求1所述的设备，还包括输出功率采样器，其配置为生成到所述功率检测器的功率。
7. 根据权利要求1所述的设备，其中所述特定负载条件表示特定条件下的可变天线负载。
8. 根据权利要求1所述的设备，其中所述控制器包括数字信号处 理器(DSP)、实时软件或模拟控制器。
9. 根据权利要求1所述的设备，其中所述转换器被配置为提供 DC-到-DC电压转换。
10. 根据权利要求1所述的设备，其中所述电压检测器被配置为 提供峰值包络检测或均方根(RMS)功率检测。
11. 一种系统，包括权利要求1所述的设备，所述系统还包括 收发机，其耦合至所述设备，其中所述设备被配置为放大语音信 号，所述收发机被配置为通过无线网络来发射所述经放大的语音信
12. —种方法，包括接收指定所需输出功率的信号；检测电压摆动；检测功率；使用所述检测到的电压摆动和所述检测到的功率，确定在特定负 载条件下对应于所述所需输出功率的电源幅值电压；以及 施加所述确定的电源幅值电压以生成所述所需^T出功率。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中将所述确定的电源幅值电 压通过第一 DC馈电施加到驱动级电路，并通过第二 DC馈电施加到 末级电3各。
14. 根据权利要求12所述的方法，还包括 生成第一偏置信号以偏置所述驱动级电路；以及 生成第二偏置信号以偏置所述末级电路。
15. 根据权利要求14所述的方法，其中所述检测到的电压摆动对 应于所述末纟及电^各。
16. 根据权利要求12所述的方法，^包括 由输出功率采样器生成所述功率；以及
17. 根据权利要求12所述的方法，其中所述特定负载条件表示特定条件下的可变天线负载。
18. 根据权利要求12所述的方法，其中确定步骤由控制器执行， 所述控制器包括数字信号处理器(DSP)、实时软件或模拟控制器。
19. 根据权利要求12所述的方法，其中施加步骤由转换器执行， 所述转换器被配置为提供DC-到-DC电压转换。
20. 根据权利要求12所述的方法，其中检测所述电压摆动的步骤 由电压检测器执行，所述电压检测器被配置为提供峰值包络检测或均 方根(RMS)功率检测。
21. —种设备，包括用于接收指定所需输出功率的信号的装置；用于检测电压摆动的装置；用于检测功率的装置；用于使用所述检测到的电压摆动和所述检测到的功率来确定在 特定负载条件下对应于所述所需输出功率的电源幅值电压的装置；以 及用于施加所述确定的电源幅值电压以生成所述所需输出功率的 装置。
22. —种系统，包括权利要求21所述的设备，该系统还包括 用于生成将由所述设备放大的语音信号的装置；以及用于通过无线通信信道来发射所述语音信号的收发装置。
全文摘要
提供一种用于功率放大器的自适应电源电压控制的方法。电压检测器检测电压摆动，功率检测器检测功率。控制器耦合至电压检测器和功率检测器。控制器接收指定所需输出功率的信号，以及使用检测到的电压摆动以及检测到的功率来确定在特定负载条件下对应于所要求的输出功率的电源幅值电压。转换器施加所确定的电源幅值电压以生成所需输出功率。
文档编号H03F1/02GK101479932SQ200780024457
公开日2009年7月8日 申请日期2007年6月29日 优先权日2006年6月30日
发明者W·L·恩盖 申请人:诺基亚公司