专利名称：在电磁处理器中用于控制的装置、方法和制品的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及电磁处理，尤其涉及电磁处理器中的功率控制。
背景技术：
电磁波和信号(下文称为“电磁波”)用于许多不同目的。举例来说，为了传送消息，比如，可以通过衰减和/或放大电磁波特性，例如像调制电流或射频(RF)波的幅度、频率或相位以发送数据时看到的那样处理电磁波。举另一个例子来说，可以通过衰减和/或放大电磁波特性，例如像调制电路中的调制电压或电流时看到的那样，以受控方式利用电磁波传送功率。此外，像通过处理功率特性可以经由电磁波传送情报时那样，可以将这些使用结合在一起。
电磁波特性处理可以通过数字或模拟技术实现。数字和模拟衰减和/或放大也可以结合在一起，也就是说，可以让相同的电磁波在系统内经受各种类型的数字和/或模拟衰减和/或放大，以便实现所需任务。
但是，处理电磁波特性可能不容易。举例来说，由于许多原因，可能难以选择适当技术或部件来修正电磁波特性。这些原因之一牵涉到要修正的电磁波的类型。举例来说，像60Hz功率波那样的低频波可能需要与如24GHz雷达波那样的高频波不同的处理技术。因此，通常的做法是将具有不同特性的不同部件用于不同电磁波。举例来说，用在60Hz功率波的计算机内的开关半导体具有与用在24GHz雷达系统中的功率半导体不同的功率管理特性。
电磁处理可用在任意数量的系统中，和一般说来，通过线性或非线性技术来实现。线性技术一般提供除了标定之外，外形与输入信号相对接近的输出信号。非线性技术一般提供不具有与输入信号相对接近的外形的输出信号。
作为例子，非线性或线性放大器都可用于许多不同的应用。非线性放大器可用于开/关放大-即，不需要生成输入信号的精确放大，仅放大信号的场合。线性放大器可用于希望精确、放大再现的场合。
因此，当希望精确再现时，线性放大器是合乎需要的。但是，线性放大器的低效率可能使它的使用不合乎一些状况的需要。效率指的是放大器将DC(直流)功率输入转变成功率输出的能力。线性放大器比非线性放大器更低效，因为，为了输出强度相同的信号，它比非线性放大器吸收更多的功率。此外，即使没有放大，线性放大器也需要静态电流，或来自电源的电流。在像电池电源那样，电源有限的应用中，非线性放大器可能是合乎需要的，因为非线性放大器通常需要非常少或不需要静态电流。
但是，在信号处理的一些领域，比如，射频(RF)领域中，非线性技术导致低于希望的结果。举例来说，尽管由于它们的信号再现精度，在RF接收器中线性放大器是合乎需要的，但线性放大器要求的功率吸收限制了它们的可用性，尤其在便携式电池驱动器件中。
在现有技术中已经作过克服这些困难的尝试。举例来说，放大器组合-利用多个放大器放大同一信号-是试图平衡线性的益处和非线性的益处的一种方法。但是，到目前为止，这样的尝试受各种各样困难的制约。举例来说，放大器组合方法使用诸如变压器或四分之一波线之类的部件，求和放大器的输出，以便驱动负载。这些部件使放大器阵列的成本和规模都增大。
于是，如果将线性放大器精度与非线性放大器的相对高效率和低功率吸收特性结合在一起使用，对电磁处理的技术是有帮助的。
发明内容
本发明的实施例包括控制电子器件的输出特性的装置、方法和制品。结合一个实施例，该装置适合电磁处理，和包括控制器和接收输入信号的处理器，以及处理器包括与控制器通信的一个或多个级，控制器能够调节输入信号和一个或多个级以生成输出信号。
结合另一个实施例，用于电磁处理的方法包括接收包括幅度部分和相位部分的输入信号，通过来自控制器的控制信号调节相位部分的特性，和根据幅度部分生成输出信号。
图1是按照本发明的控制系统的示范性实施例的方块图；图1A是按照本发明的控制系统的另一个示范性实施例的方块图；图2是表示图1A的实施例的转移特性的曲线图；
图3是表示图2的转移特性的模型化的曲线图；图4是表示用于功率控制的方法的示范性实施例的流程图；图5是按照本发明的控制系统的另一个示范性实施例的方块图；和图6和7是示出图5的示范性实施例的转移特性的曲线图。
具体实施例方式
本发明的实施例包括适合处理电磁波和信号的装置、方法和制品。本发明的实施例包括适合用在电磁处理中的控制系统。为了举例说明，在图1中表示了控制系统的示范性实施例。应该明白，这里公开的控制系统可以在像，例如放大器、衰减器、发送器、接收器、换能器或其它电磁处理器那样的各种各样应用中实现。
应该注意到，术语“信号”在这里用于描述已经以某种方式处理过的电磁波。另外，如这里所使用的术语“信号”应该广义地解释为包括像例如电流或电磁场(非限制性地包括接通或断开的直流电、或包含一种或多种数据流的交流电或电磁载波)那样，将数据从一个场合传送到另一个场合的任何方式。通过可以以模拟或数字形式实现的调制，可以将例如数据叠加在载流或载波上。如这里所使用的术语“数据”也应该广义地理解为包括像，例如和非限制性地，像声音那样的音频、文本和/或视频等那样的任何类型情报或其它信息。
图1示出了系统200的一个实施例，系统200包括像放大器那样的处理器202、和控制器204。在其它实施例中，处理器202可以包括像，例如D/A转换器那样的其它部件。在图1中用幅度部分am和相位部分pm表示输入信号。幅度部分am可以包括低频信号，而相位部分pm可以被调制成高频RF载波。
表示在图1中的放大器202包括控制端口203和控制端口206。控制端口203接收幅度部分am，正如下面更详细描述的那样，幅度部分am可影响输入信号的放大。类似地，控制端口206接收相位部分pm，正如下面所述的那样，相位部分pm可影响输入信号的相位和/或放大。幅度部分am和相位部分pm可以以任何方式生成。在一个实施例中，I，Q数据由信号调制器转换成极性信号，以产生包含输入信号的幅度部分am的模拟或数字数据控制信号、和包含输入信号的相位部分pm的电磁信号。例如对于极性转换器的矩形(rectangular)可以用于以R、P(sin)和P(cos)形式输出极坐标。R坐标代表波的幅度特性。P(sin)和P(cos)坐标代表波的相位特性。
在所表示的实施例中，放大器202包括像，例如如图所示的三个偏置级那样的一个或多个偏置级，每个偏置级含有相关控制端口sc1210、sc2212、和sc3214。在这个实施例中，控制器204通过线路sc1、sc2、和sc3与三个偏置级的控制端口sc1210、sc2212、和sc3214通信。一般说来，控制器204可以用于通过线路sc1、sc2、和sc3调节每个偏置级，以便控制放大器202的增益。应该明白，含有三个偏置级的放大器202是一个示范性实施例，也可以使用含有任意个级和任意个控制端口的放大器。在这个实施例中，放大器202进一步包括输出端口218。最好，放大器202在处理幅度部分pm和相位部分am的过程中，以控制端口sc1210、sc2212、和sc3214控制的速率控制放大器的每个偏置级的参考电压量，并且，在表示在图1中的输出端口218上提供像Pout那样的输出信号。
在本实施例中，在输入端口206、控制端口sc1210、sc2212、和sc3214、和输出端口218之间可能存在多个转移特性。转移特性可以是，例如电压、电流、功率、ACPRn(其中，n可以是任意整数值)、RHO、相位改变、AM/AM或AM/PM特性、相位噪声、和BER等。例如像电压、电流、和/或功率那样的输出信号Pout的一个或多个特性可以表示成控制端口sc1210、sc2212、和sc3214上的一个或多个控制信号的函数。因此，在一个实施例中，输出信号Pout可以采取如下形式f(s0)＝f(sc1，sc2，sc3)方程1其中，sc1、sc2、和sc3分别代表控制端口sc1210、sc2212、和sc3214上的控制信号。控制信号在转移特性上为器件选择一个工作点。
如图1A所示，在其它实施例中，系统200可以进一步包括像衰减器216，或可替代地，放大器那样，可以用硬件或软件，或硬件和软件的组合实现的输入器件。在表示在图1A中的实施例中，衰减器216是作为放大器202的一部分提供的，但是，应该明白，并非要求这样，如有需要，衰减器216可以作为分离器件提供。放大器202进一步包括从控制器204接收控制信号sc0的控制端口208。在这个实施例中，控制信号sc0和相位部分pm输入衰减器216中，和衰减器216输出然后输入到放大器202的第一偏置级的信号Pin。一般说来，控制信号sc0与衰减器216结合在一起，可以用于调节信号Pin。在这个实施例中，采用控制信号sc0和衰减器216来调节输入到放大器202的第一级的信号Pin的功率电平和动态范围之一或两者。尽管图1A将衰减器216描绘成放大器202的一部分，但应该明白，可替代地，衰减器216可以在放大器202的外部。在一个实施例中，衰减器216设置像，例如功率电平那样的Pin的特性。因此，关于这个示范性实施例，输出信号Pout可以采取如下形式f(s0)＝f(sc0，sc1，sc2，sc3) 方程2其中，sc0代表功率输入信号Pin，和sc1、sc2、和sc3分别代表控制端口sc1210、sc2212、和sc3214上的控制信号。如上所述，控制信号和功率输入信号Pin在转移特性曲线上为器件选择一个工作点，下面将对此作更详细描述。
为了举例说明本发明的实施例，在控制信号的某些指定范围内将示范性器件的转移特性当作直线段来对待。图2描绘了像放大器202那样的示范性器件的转移特性的型样，其中，像端口sc1210那样的控制端口上控制信号之一的控制参数是电压。控制电压是可以按需要选择的变量。仅仅为了举例说明，在一个示范性实施例中，控制电压可以在2伏到2.7伏的范围上，以0.1伏的分辨率变化。类似地，分辨率是仍然可以按需要选择的变量。如图2所示的曲线图上的每条曲线代表在示范性范围为-12到2dBm、分辨率为1dBm的Pin上示范性器件的转移特性。正如图3所描绘的那样，任意两个0.1伏间隔之间的转移特性是直线段。
描绘在图2中的转移特性曲线上任何线段的线性方程可以用如下方程表示ynP1=(ye-ys)(xe-xs)(x-xe)+ye]]>方程3其中，“s”和“e”表示线段上的起点和终点。因此，xe和ye分别变成线段的x和y截距。上标“Pi”标识与输入功率Pin相对应的特性曲线，而下标“n”用于标识同一曲线上的线段。Pin的值确定器件的工作线段位于哪条曲线上。表示在图2中的控制端口Sc1210上的像，例如电压那样的控制信号确定曲线上的哪条线段代表器件的工作线段。
控制所表示的示范性实施例中的特性一般牵涉到从转移特性曲线上的一个工作点即可用(serving)线段到同一条或另一条转移特性曲线上的另一个工作点即目标线段的移动。例如回头参照图2，当希望从工作曲线P2-线段5移动到P3-线段7时，放大器202的工作点必须从线段y5P2=(ye-ys)(xe-xs)(x-xe)+ye]]>方程4移到线段y7P3=(ye-ys)(xe-xs)(x-xe)+ye.]]>方程5方程2和3中线段的起点和终点取决于转移特性曲线上各个线段的位置。
在优选实施例中，根据输出特性定义可用线段和/或目标线段。输出特性可以通过控制变量来定义。例如假设作出从像电流、电压或功率那样的输出信号Pout1的特性移动到输出信号Pout2的特性的判定。包括基元Sc0 1、Sc1 1、Sc2 1、和Sc3 1的输出激励矢量将与输出信号Pout1相联系，和包括Sc0 2、Sc1 2、Sc2 2、和Sc3 2的目标激励矢量将与所需输出信号Pout2相联系。然后，输出特性确定激励的哪个或哪些基元发生变化。例如在输出特性使输出电流最小的实施例中，可以将控制变量定义如下ControllingVariable=f[min(dI0dsc0,dI0dsc1,dI0dsc2,dI0dsc3)]]]>方程6和在确定激励的哪个或哪些基元发生变化过程中要遵循的特性是电流随Sc0、Sc1、Sc2、和Sc3的最小单位变化量。
根据本发明的实施例的方法可以从这里提供的本发明的单元的结构和功能的描述中得到理解。图4描绘了控制像表示在图1中的放大器202那样的器件的输出的方法500的另外实施例的流程图。为了举例说明，所述实施例中的方法涉及以满足像，例如电压、电流、功率、ACPRn(其中，n可以是任意整数值)、RHO、相位改变、AM/AM或AM/PM特性、相位噪声、和BER等那样的一组约束为条件的放大器的控制。在步骤502中控制系统接收像输出特性那样的控制指令。最好，控制指令由控制器在步骤204中接收。接着，控制器在步骤504中确定激励，然后，在步骤506中将激励施加于受控制系统控制的处理器。然后，激励可以作用在处理器上以生成输出信号。在施加激励506之后或基本上与施加激励506同时，在步骤508中设置像功率电平那样的输入功率Pin的特性。正如上面结合图2所述的那样，设置输入功率Pin的特性和将激励施加于处理器限定了处理器的转移特性曲线上的可用线段510。
在步骤511中控制系统接收第二控制指令。第二控制指令511可以是输出特性。在步骤512中确定与输出特性相联系的控制变量，和在步骤514中根据控制变量限定目标线段。目标线段代表转移特性曲线上根据第二控制指令生成所需Pout的线段。
在一个实施例中，描述在图4中的方法进一步包括在步骤516中计算目标转换阈值的步骤。在计算出阈值之后，在步骤518中对从可用线段到目标线段的请求转换是否合适作出判定。判定转换是否合适的准则可能涉及关于一个或多个控制变量，或处理器的一个或多个输出特性的变化率的最小或最大极限。如果转换不合适，可以在步骤512中确定新的控制变量，或在步骤504中引入新的激励。
在示范性实施例中，结合图4所述的方法可以应用于像表示在图5中那样的控制系统的可替代实施例。图5示出了控制系统600，控制系统600包括像电压控制衰减器那样的衰减器601、具有第一级604、第二级606和第三级608的放大器602、和控制器610。在这个实施例中，第一级604和第二级606每一级都是电压增益放大器。在这个实施例中，举例来说，第三级608可以是由总共11个的多个晶体管或晶体管分段组成的晶体管阵列。另外，在某些实施例中，放大器602可以被实现成接收像如图1所示那样的分离幅度和相位部分。例如幅度部分可以比如用于通过调节与晶体管/分段连接的一个或多个偏置控制部件，控制各种各样的晶体管/分段。偏置控制部件可以包括例如在需要的时候可以起电流源作用的开关晶体管。幅度部分可以包括例如偏置控制部件接收的数字字，以便如果位是“1”或“高电平”，接通相应偏置控制部件和让电流流到合适晶体管/分段。
在这个示范性实施例中，有关每个各自控制信号的控制器110发送的控制特性是电压。衰减器601接收电压控制信号Vpin，将功率电平Pin设置到放大器602中。在这个实施例中，放大器602的第一级604和第二级606的控制电压每一个都受调节电压Vb12控制。在其它实施例中，可以通过分离控制信号独立地控制第一级604和第二级606。有关第三级608的控制电压被显示成Vb3。放大器602接收的控制电压可以是偏置该放大器602的一个或多个级的DC偏置控制电压。在这个实施例中，分段驱动器的偏置电流受电压Vb3控制。Vb12和Vb3排他性地影响偏置电路，而电压Vcc向放大器602的其余电路供电。通过在Pin的各种值上检查放大器602的转移特性，可以表示放大器602的总平均输出功率Pout和与Pout相联系的输出电流。
另外，结合本发明的各种各样实施例，也可以按需要实现特定信号的标定方面。正如下面更详细描述的那样，对于本发明的各种各样实施例，存在几种可以用于实现标定的可替代途径。一般说来，标定可以在基带或RF中，或者，可替代地，可以在基带和RF的组合中进行。例如参照如图5所示的实施例(和类似地，参照如图1所示的实施例)，举例来说，可以通过包括标定部件609的输入器件所代表的硬件或软件，例如通过修正滤波系数那样在基带中实现标定。在这个实施例中，标定部件609通过从控制器610接收控制信号Vamp，调整影响第三级608的工作的幅度部分的包络的峰峰电平来工作。并且，在图5的实施例中，标定也可以(可替代地)作为第三级608的Vb3控制的一部分在RF中实现。类似地，对于图1的实施例，标定可以作为第三级g3的sc3控制的一部分来实现。
图6和7示出了对于范围从-12dBm到1dBm的Pin的值，如图5所示的放大器602的示范性实施例的转移特性曲线。显示在图上的每条连续线代表在特定范围内Pin的值。图6示出了Vb3在2.6V的常数值上，Vb12在2到2.7V的范围上的Pout。图7示出了在相同条件下的Iout。
在一些实施例中，举例来说，对于某些发送器、接收器、和收发器实施例，可以为特定输入信号、载波和输出信号定制器件，例如像CDMA(码分多址)、CDMA2000、W-CDMA(宽带码分多址)、GSM(全球移动通信系统)、和TDMA(时分多址)那样的各种类型蜂窝式电话，以及有线和无线的其它各种类型装置，例如Bluetooth(蓝牙)、802.1a、-b、-g、雷达、1xRTT、无线电装置、GPRS、多计算机和单计算机或非计算机通信器件、和手提器件等。各种各样实施例支持的调制方案例如包括用在GSM中的GMSK；用在DECT和Bluetooth中的GFSK；用在EDGE中的8-PSK；用在IS-2000中的OQPSK和HPSK；用在TDMA中的p/4DQPSK；和用在802.11中的OFDM。
就这里公开的实施例处理需要模拟和数字部件两者的电磁波和信号来说，这些实施例可以按需要使用模拟和数字部件两者。例如蜂窝式电话实施例可以使用模拟和数字部件两者。各种类型的系统结构也可用于构建这些实施例。例如可以按需要在像集成电路或专用集成电路组件那样的半导体处理器上配备这些实施例或各种各样部件；一些例子包括硅(Si)、硅锗(SiGe)或镓化砷(GaAs)基底。
尽管已经如此描述了本发明的少数几个特定实施例，但本领域的普通技术人员可以容易地作出各种各样的变更、修改、和改进。虽然在这里未明确陈述，但通过本公开变得显而易见的这样变更、修改、和改进将成为本描述的一部分，并且，将在本发明的精神和范围之内。本领域的普通技术人员将由此认识到，本发明的实施例或它们的各种各样部件和/或特征可以完全由硬件或软件组成，和/或可以是硬件和软件的组合。于是，正如本领域的普通技术人员所熟知的那样，附图的每个方块、和附图的这些方块的组合可以以许多不同方式具体化。于是，上文的描述只是举例说明，而不是限制。本发明只像定义在所附权利要求书和它的等效物中的那样受到限制。
权利要求
1.一种适合电磁处理的装置，包括控制器；和包括与控制器通信的一个或多个级的处理器，该处理器适合接收输入信号；控制器能够为装置调节输入信号和一个或多个级以生成输出信号。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，一个或多个级通过来自控制器的控制信号来调节。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，一个或多个级包含包括晶体管阵列的最后一级。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，输入信号包括为了调节晶体管阵列的工作由最后一级接收的幅度部分。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，输入信号进一步包括由一个或多个级接收的相位部分，以及来自控制器的控制信号调节一个或多个级的工作以输出调节相位部分。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，由最后一级接收调节相位部分，和通过组合来自控制器的控制信号和幅度部分调节最后一级，以便生成输出信号。
7.根据权利要求2所述的装置，其中，输入信号包括由处理器接收的幅度部分和相位部分，控制器能够在幅度部分或相位部分的至少一个上进行调节以生成输出信号。
8.根据权利要求7所述的装置，进一步包括与控制器和一个或多个级通信的输入器件，其中，输入器件接收所述输入信号的相位部分或幅度部分的至少一个，以及控制器发送控制信号调节所述输入器件，以便生成输入到一个或多个级的输入信号。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，输入器件包括接收输入信号的相位部分的放大器或衰减器之一。
10.根据权利要求8所述的装置，其中，输入器件包括接收输入信号的幅度部分的标定部件。
11.根据权利要求8所述的装置，其中，一个或多个级包括偏置级。
12.根据权利要求8所述的装置，其中，一个或多个级包括数量限定的晶体管。
13.根据权利要求8所述的装置，其中，一个或多个级包括数量限定的放大器和最后一级包括晶体管阵列，其中，一个或多个级的每一个相互连接。
14.一种用于电磁处理的方法，包括接收包括幅度部分和相位部分的输入信号；通过来自控制器的控制信号调节输入信号的特性；和根据输入信号生成输出信号。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，调节步骤进一步包括提供连接在一起的一个或多个级，以及一个或多个级的每一个与控制器通信；和通过来自控制器的控制信号调节一个或多个级的工作。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，调节步骤进一步包括提供与一个或多个级中的第一个连接的衰减器或放大器；和通过来自控制器的控制信号调节衰减器或放大器的工作，以影响一个或多个级中的第一个接收的相位部分的特性。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，生成步骤进一步包括提供接收幅度部分的标定部件；和通过来自控制器的控制信号调节标定部件的工作，以影响幅度部分的特性。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，生成步骤进一步包括提供与标定部件通信的一个或多个级中的最后一个；和通过从标定部件接收的幅度部分调节一个或多个级中的最后一个的工作。
19.一种包括根据权利要求7所述的装置的制品。
20.一种包括集成电路的根据权利要求19所述的制品。
全文摘要
用于电磁处理的装置包括控制器和接收输入信号的处理器。处理器包括与控制器通信的一个或多个级。控制器能够调节输入信号和一个或多个级以生成输出信号。
文档编号H03F1/02GK1754309SQ200480004953
公开日2006年3月29日 申请日期2004年1月14日 优先权日2003年1月17日
发明者拉德万·M·R·赫塞尼 申请人:M/A-Com公司