功耗受控的收发机的制作方法

专利名称：功耗受控的收发机的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及收发机设备，更具体地，涉及一种用于控制收发机设备的功耗的技术。本发明尤其适用于使用电池电源的移动收发机。
背景技术：
一些通信标准支持使用时分双工(TDD)功能，还功能规定了在分离时间间隔期间执行的收发机的信号发送模式和信号接收模式。例如，诸如时分码分多址(TDCDMA)、时分同步码分多址(TDSCDMA)、Hiperlan2、IEEE 802.11a和/或其它标准之类的通信标准可以使用TDD功能。这种通信标准还可以使用不同的频率范围，例如如在下面表1中所示的。

表1如表1所示的通信标准还需要使用在输入功率和输出功率之间具有线性关系的用于信号发送的功率放大器。为了满足该线性要求，这种放大器在发送模式期间需要较高的偏置电流，并因此消耗相对大量的功率。例如，以20dB增益发送30dB的峰值输出功率电平的典型功率放大器在发送模式期间需要450mA的DC偏置电流。功率放大器的这种高偏置电流的需要显著地增加了在发送模式期间设备的整体功耗。例如，利用例如移动收发机的设备，功率放大器所消耗的峰值功率占发送模式期间设备的总功耗的70％或更多。因此，用于信号发送的功率放大器会消耗大量功率，这对于诸如移动收发机之类的使用电池功率的便携式设备，尤其成问题。此外，功率放大器的功耗还会使设备按照不希望的方式产生热。
因此，需要一种控制收发机设备的技术，以避免上述问题，从而在仍然满足功率放大器的线性要求的同时减少功耗。本发明可以解决这些和/或其它问题。

发明内容
根据本发明的方面，公开了一种收发机设备。根据示范实施例，该收发机设备包括功率放大装置，用于放大发送信号。设置了控制装置，用于根据与功率放大装置相关联的三阶互调分量的功率电平，来控制功率放大装置。
根据本发明的另一个方面，公开了一种控制收发机设备的方法。根据示范实施例，该方法包括步骤检测与收发机设备的功率放大器相关联的三阶互调分量的功率电平；以及响应于检测，来控制功率放大器。


通过参考下面对本发明实施例的说明，结合附图，本发明的上述及其他特征和优点以及获得它们的方式将变得显而易见，并且可以更好地理解本发明，图中图1是根据本发明示范实施例的收发机设备的方框图；图2是进一步示出了图1的数字滤波器和功率电平估计器的示范细节的图；图3至6是示出了与图1和2的数字滤波器和功率电平估计器相关联的示范频率响应的图；图7是进一步示出了图1的功率放大器的示范细节的图；图8是示出了示范输出功率频谱屏蔽(spectrum mask)的图；以及图9是示出了根据本发明示范实施例的步骤的流程图。
具体实施例方式
此处给出范例来示出本发明的优选实施例，并且决不应该将这些范例理解为限制本发明的范围。
现在参考附图，具体地参考图1，示出了根据本发明示范实施例的收发机设备100。在图1中，收发机设备100包括信号发射和接收装置，例如信号发射和接收10；切换装置，例如开关12；衰减装置，例如衰减器14；低噪声放大装置，例如低噪声放大器(LNA)16；第一可变放大装置，例如可变增益放大器(VGA)18；解调装置，例如解调器20；第一低通滤波装置，例如低通滤波器(LPF)22和24；模数转换装置，例如模数转换器(ADC)26和28；控制装置，例如控制器30；数模转换装置，例如数模转换器(DAC)38、40和42；第二低通滤波装置，例如LPF 44和46；调制装置，例如调制器48；同步装置，例如锁相环(PLL)50；第三低通滤波装置，例如LPF 52；第二可变放大装置，例如VGA 54；以及功率放大装置，例如功率放大器56。控制器30包括数字滤波装置，例如数字滤波器32；功率电平估计装置，例如功率电平估计器34；以及比较装置，例如比较器36。例如，可以使用一个或多个集成电路(IC)来实现图1的一些上述单元。为了说明的清楚性，在图1中未示出与收发机设备100相关联的一些传统单元(例如一些控制信号、功率信号)和/或其它传统单元。收发机设备100可以被实现为移动无线收发机，例如电话、寻呼机、个人数字助理(PDA)和/或其它设备。
信号发送和接收10操作用于发送和结束信号，并且可以被实现为任意种类的信号发送和接收单元，例如天线、输入/输出终端和/或其它单元。根据示范实施例，信号发送和接收10操作用于按照无线方式来发送和接收信号。
开关12操作用于根据收发机设备100的发送模式和接收模式来切换信号。根据示范实施例，开关12通过响应于处理器(未示出)提供的控制信号(TX/RX)、在发送模式期间将发送信号从功率放大器56传递给信号发送和接收10、并且在接收模式期间将接收信号从信号发送和接收10传递给衰减器14，来启用收发机设备10的TDD功能。如稍后将讨论的，在发送模式期间，泄漏信号可以通过开关12到达收发机设备100的信号接收单元。这些泄漏信号包括由于功率放大器56的非线性效应而产生的三阶互调分量。这些泄漏信号是主要与开关12的发送和接收通路之间发现的寄生电容相关联的寄生效应，并且在特定频率范围内是不可避免的。根据示范实施例，开关12对这些泄漏信号施加近似30dB的衰减。
衰减器14操作用于衰减开关12提供的信号，从而产生衰减的信号。根据示范实施例，衰减器14操作用于响应于TX/RX控制信号，在发送模式期间提供附加的30dB衰减，并且在接收模式期间旁路。在发送模式期间衰减器14所提供的衰减降低了在LNA 16的输入处的泄漏信号的电平，从而有助于避免其饱和效应。
LNA 16操作用于在发送模式期间发送衰减器14所提供的衰减信号，并且在接收模式期间放大开关12提供的接收信号。VGA 18操作用于可变地发送LNA 16所提供的信号，从而产生放大的信号。
解调器20操作用于解调VGA 18所提供的放大信号，从而产生解调信号。根据示范实施例，解调器20产生解调的I和Q信号，并且可以操作用于解调具有多种不同类型调制的信号，例如二相相移键控(BPSK)调制、四相相移键控(QPSK)调制、正交幅度调制(QAM)和/或其它类型的调制。
LPF 22和24操作用于滤波解调器20所提供的解调信号，从而产生滤波的信号。根据示范实施例，LPF 22和24用作抗混淆滤波器(aliasing filter)，并且分别滤波解调的I和Q信号。此外，根据示范实施例，LPF 22和24的带宽足以通过经过开关2的泄漏信号，所述泄漏信号表示由于功率放大器56的非线性效应而产生的三阶互调分量。
ADC 26和28分别操作用于将LPF 22和24所提供的滤波信号从模拟格式转换为数字格式。根据示范实施例，由VGA 18缩放提供给ADC 26和28的信号，以便横跨ADC 26和28的工作范围。
控制器30操作用于根据与功率放大器56相关联的三阶互调分量的功率电平估计，来控制功率放大器56。如以上所示，这种三阶互调分量由在发送模式期间经过开关12的泄漏信号表示，并且是由于功率放大器56的非线性效应而产生的。根据示范实施例，控制器30在发送模式期间处理泄漏信号，从而检测三阶互调分量的功率电平。控制器30将检测到的功率电平与预定参考功率电平所表示的功率电平相比较，并且根据该比较，在发送模式期间控制与分量放大器56相关联的偏置电流。稍后将进一步提供控制器30的细节。
DAC 38、40和42操作用于将信号从数字格式转换为模拟格式。根据示范实施例，DAC 38操作用于将比较器36所提供的数字信号转换为用于控制与功率放大器56相关联的偏置电流的模拟信号。此外，根据示范实施例，DAC 40和42分别操作用于将数字处理的I和Q信号转换为模拟信号。LPF 44和46分别操作用于滤波DAC 40和42所提供的模拟信号，从而产生滤波的信号。
调制器48操作用于调制LPF 44和46所提供的滤波信号，从而产生调制的信号。根据示范实施例，调制器20操作用于调制I和Q信号，并且可以操作用于执行多种不同类型的调制，例如BPSK调制、QPSK调制、QAM和/或其它类型的调制。PLL 50操作用于产生控制解调器20和调制器48的同步信号。
LPF 52操作用于滤波调制器48所提供的调制信号，从而产生滤波的信号。VGA 54操作用于可变地放大LPF 52所提供的滤波信号，从而产生放大的信号。
功率放大器56操作用于放大VGA 54所提供的信号的功率，从而产生放大的发送信号。根据示范实施例，功率放大器56包括多个级联级，并且通常在其输入功率和输出功率之间要求线性。根据本发明的原理，可以在发送模式期间，根据由于功率放大器56的非线性效应而产生的三阶互调分量的检测功率电平，来自适应地控制功率放大器56的最后一级的偏置电流。通过控制功率放大器56的该偏置电流，本发明可以在满足根据适当输出功率频谱屏蔽的其线性要求的同时，有利地减少其功耗。稍后将进一步提供功率放大器56的细节。
参考图2，进一步提供了图1的数字滤波器32和功率电平估计器34的示范细节。在图2中，数字滤波器32包括插值装置，例如插值器60；脉冲成形装置，例如脉冲成形滤波器(PSF)62；延迟装置，例如延迟器64；加法装置，例如加法器66；以及陷波滤波器装置，例如陷波滤波器68。此外，在图2中，功率电平估计器34包括绝对值产生装置，例如绝对值产生器70；加法装置，例如加法器72；以及累加装置，例如累加器74。例如，可以使用一个或多个IC来实现图2的一些上述单元。为了说明的清楚性，在图2中未示出与图2的单元相关联的一些传统单元(例如控制信号、功率信号)和/或其它传统单元。
插值器60操作用于使用ADC 26和28所提供的数字信号来执行符号时间恢复操作，从而产生同步信号。根据示范实施例，插值器60输出这些同步信号以及ADC 26和28所提供的其它数字信号。
PSF 62操作用于滤波插值器60所提供的数字信号，从而产生滤波的信号。根据示范实施例，PSF 62操作用于响应于TX/RX控制信号，在发送模式期间执行高通滤波操作，并且在接收模式期间执行低通滤波操作。根据该示范实施例，PSF 62的高通滤波操作在0至2.5MHz的频率波段中具有50dB的抑制，以便隔离表示由于功率放大器56的非线性效应而产生的三阶互调分量的泄漏信号。特别地，这些泄漏信号可以在从2.5至5MHz的频率波段内具有明显的能量。如图2所示，在接收模式期间，PSF 62的滤波信号被提供进行附加数字处理。例如，可以使用具有图3的图形300所表示的频率响应的升余弦滤波器来组成PSF 62。根据示范实施例，可以通过倒置升余弦滤波器来进行PSF 62的高通滤波操作，从而产生如图4的图形400所表示的频率响应。
延迟器64操作用于向插值器60所提供的数字信号施加延迟，从而产生延迟的信号。根据示范实施例，延迟器64所施加的延迟等于PSF 62所产生的处理延迟。
加法器66操作用于从延迟器64所提供的延迟信号中减去PSF 62所提供的滤波信号，从而产生合成的输出信号。
陷波滤波器68操作用于对加法器66所提供的输出信号进行滤波，从而参数滤波的信号。根据示范实施例，可以使用具有系数
以及如图5的图形500所示的正常频率响应的简单陷波滤波器来构成陷波滤波器68。根据示范实施例，PSF 62的高通滤波操作所产生的滤波信号可以使陷波滤波器68产生如图6的图形600所示的累积频率响应。
绝对值产生器70操作用于产生陷波滤波器68所提供的滤波信号的绝对值信号，加法器72操作用于将绝对值产生器70所提供的绝对值信号与累加器74的输出信号相加，从而产生合成的输出信号。
累加器74操作用于根据预设信号来在预定时间段上累加加法器72所提供的输出信号的幅度，从而产生合成的输出信号。根据示范实施例，累加器74在每个预设时间段结束处提供输出信号，该输出信号是由于功率放大器56的非线性效应而产生的三阶互调分量的功率电平的估计。如图2所示，累加器74的输出信号被提供给比较器36(参见图1)，比较器36将输出信号预预定参考功率信号相比较。按照这种方式，可以根据该比较来控制预功率放大器56相关联的偏置电流。
现在参考图7，进一步提供图1的功率放大器56的示范细节。特别地，图7示出了根据本发明示范实施例的功率放大器56的多个级联级(例如3级)的最后一级。在图7中，功率放大器56包括电容器C1至C4、晶体管Q1和Q2、径向短截线(stub)RS1和RS2、电阻器R1至R5、四分之一波长短截线S1至S6以及电压输入V1和V2。如图7所示，功率放大器56还包括用于接收来自DAC 38和VGA 54的输入的输入端子，以及用于将输出提供给开关12的输出端子。根据示范实施例，晶体管Q2是使用GaAs构成的场效应管(FET)。针对功率放大器56的单元而选择的特殊值是设计选择问题。
根据本发明的原理，可以根据预功率放大器56相关联的三阶互调分量的功率电平，来自适应地控制功率放大器56的最后一级的偏置电流。特殊地，DAC 38所提供的模拟信号根据比较器36做出的比较，来控制功率放大器56的最后一级的偏置电流，从而定义功率放大器56的工作点。按照这种方式，可以调节功率放大器56的工作点，使得减少功耗，并且满足根据适当输出功率频谱屏蔽的线性要求。作为示例，图8是示出了TDCDMA标准的输出功率频谱屏蔽的图形800。
为了便于更好地理解本发明的发明概念，现在提供另一个示例。现在参考图9，示出了根据本发明示范实施例的步骤的流程图900。作为示例和解释，将参考图1和2的控制器30和图1和7的功率放大器56来描述图9的步骤。图9的步骤仅是示范性的，并且决不意欲限制本发明。根据示范实施例，在收发机设备100的发送模式期间执行图9的步骤。当实践图9的步骤时，对于本领域的技术人员是直观的，可以经过控制信号和/或TX/RX控制信号来控制图1和2的单元(例如衰减器14和PSF 62)。
在图9中，处理流程开始并且前进到步骤910，在此，确定收发机设备100的发送功率电平是否大于或等于预定阈值电平。根据示范实施例，可以由处理器(图1中未示出)来进行步骤910处的确定，该处理器检测并处理在收发机设备100的接收模式期间提供的一个或多个数据帧中包含的数据。此外，根据示范实施例，步骤910处使用的预定阈值电平是28dBm，尽管根据本发明也可以使用其它的电平。
如果步骤910处的确定是否定的，则处理流程前进到步骤920，在此，使与功率放大器56相关联的偏置电流保持在其当前电平。可选地，如果步骤910处的确定是肯定的，则处理流程前进到步骤930，在此，复位功率电平估计器34的累加器73(参见图2)。在步骤940处，累加器74在预定时间段上累加幅度采样，然后提供输出信号，该输出信号是由于功率放大器56的非线性效应而产生的三阶互调分量的功率电平的估计。
在步骤950处，确定来自累加器74的估计功率电平是否大于或等于预定参考功率电平。根据示范实施例，在步骤950处，比较器36通过将累加器74的输出信号与预定参考功率电平相比较，来做出确定。如果步骤950处的确定是否定的，则处理流程前进到步骤960，在此，降低与功率放大器56相关联的偏置电流。可选地，如果步骤950处的确定是肯定的，则处理流程前进到步骤970，在此，增加与功率放大器56相关联的偏置电流，从而增加其线性度。
在步骤960和970之后，处理流程返回到步骤930处，在此，如图9所示，重复上述步骤。还可以按照循环方式执行图9的步骤，使得在每个预定时间段上重复步骤910。还可以根据本发明来执行图9的步骤的其它变化。例如，可以在每个发送模式期间执行步骤930至950以及步骤960或970。该变化使得可以调节功率放大器56的偏置电流，而与收发机设备100的发送功率电平无关，并因此省略了判决步骤910。然而，由于当收发机设备100的发送功率电平大于给定电平(例如27dBm)时，本发明的功率减少优点变得更大，所以也许希望包括判决步骤910。例如，图9的步骤能够使功率放大器56的最后一级的电流下降一半(例如，从450mA到225mA)。然而，在所有情况下，应该由发送模式/接收模式时间比来加权功率减少的益处。
如上所述，本发明提供了一种用于控制收发机设备的技术，有利地减少了功耗。因此，本发明的原理尤其适用于诸如移动收发机之类的使用电池电源的设备。功耗的减少还有助于减少这种设备所产生的不希望的热量。
尽管作为具有优选设计而描述了本发明，还可以在本公开的精神和范围内修改本发明。因此，本申请意欲包含使用其通用原理的本发明的任何变化、使用或改编。例如，本发明的原理可以应用于支持除上面特别提到的示范实施例之外的通信标准的设备或装置。此外，本申请意欲覆盖偏离本公开而进入本发明所属技术领域的公知或惯例实践并且进入所附权利要求的限制内的方案。同样地，本发明仅由所附权利要求限制。
权利要求
1.一种设备(100)，包括接收链路和发送链路，在分离的时间间隔期间接收信号和发送信号，其特征在于，该设备还包括功率放大装置(56)，用于放大发送信号；以及控制装置(30)，用于根据与所述功率放大装置(56)相关联的三阶互调分量的功率电平估计，来控制所述功率放大装置(56)，所述互调分量由在发送模式期间经过开关到信号接收单元的泄漏信号表示。
2.根据权利要求1所述的设备(100)，其中，所述控制装置(30)控制与所述功率放大装置(56)相关联的偏置电流。
3.根据权利要求1所述的设备(100)，还包括信号发送装置(10)，用于无线地发射所述发送信号。
4.根据权利要求3所述的设备(100)，还包括切换装置(12)，用于将所述发送信号从所述功率放大装置(56)传递给所述信号发送装置(10)；以及其中，与所述切换装置(12)相关联的泄漏信号包括所述三阶互调分量。
5.根据权利要求1所述的设备(100)，其中所述收发机设备(100)包括发送模式和接收模式；以及所述控制装置(30)包括数字滤波装置(32)，用于在所述发送模式和所述接收模式期间执行数字滤波操作。
6.根据权利要求5所述的设备(100)，其中，所述数字滤波装置(32)在所述发送模式期间执行高通数字滤波操作，并且在所述接收模式期间执行低通数字滤波操作。
7.根据权利要求1所述的设备(100)，其中，仅当所述收发机设备(100)的发送功率电平超过预定阈值电平时，则所述控制装置(30)控制所述功率放大装置(56)。
8.根据权利要求7所述的设备(100)，其特征在于，仅当所述收发机设备(100)的发送功率电平未超过所述预定阈值电平时，则使偏置电平保持在其当前电平处。
9.一种控制收发机设备(100)的方法(900)，包括检测与所述收发机设备的功率放大器(56)相关联的三阶互调分量的功率电平(950)；以及响应于所述检测，来控制所述功率放大器(960，970)。
10.根据权利要求9所述的方法(900)，其中，所述控制步骤包括控制与所述功率放大器(56)相关联的偏置电流。
11.根据权利要求9或10所述的方法(900)，其特征在于，如果累加器电平低于参考电平，则降低偏置电流，并且如果所述累加器电平高于所述参考电平，则增加偏置电流，所述累加器电平是三阶互调分量的功率电平的估计值。
12.根据权利要求9至11之一所述的方法(900)，其特征在于，仅当所述收发机设备(100)的发送功率电平超过预定阈值电平时，则修改偏置电流。
13.根据权利要求9至12之一所述的方法(900)，其特征在于，仅当所述收发机设备(100)的发送功率电平未超过所述预定阈值电平，则使偏置电平保持在其当前电平处。
14.根据权利要求9至13之一所述的方法(900)，还包括使用所述功率放大器(56)来放大发送信号；以及使用开关(12)来将所述发送信号从所述功率放大器传递给信号发送单元(10)。
15.根据权利要求9至14之一所述的方法(900)，还包括使用所述信号发送单元(10)来无线地发射所述发送信号。
16.根据权利要求14所述的方法(900)，其中，与所述开关(12)相关联的泄漏信号包括所述三阶互调分量。
17.根据权利要求9所述的方法(900)，其中，如果所述收发机设备的发送功率电平超过预定阈值电平(910)，则执行所述检测和控制步骤(950-970)。
18.根据权利要求1至7之一所述的设备(100)，其中，使用例如控制器的单个组件来构造控制装置。
19.根据权利要求1至7之一所述的设备(100)，其中，使用例如开关的单个元件来构造切换装置。
全文摘要
一种用于控制收发机设备(100)的技术对于减少功耗有用，并且尤其适用于使用电池电源的移动收发机。根据示范实施例，收发机设备(100)包括功率放大器(56)，用于放大发送信号。控制器(30)根据与功率放大器(56)相关联的三阶互调分量的功率电平，来控制功率放大器(56)。
文档编号H03F1/32GK1918797SQ200580004330
公开日2007年2月21日 申请日期2005年2月9日 优先权日2004年2月13日
发明者菲利普·吉尔伯顿, 保罗·库尔特逊 申请人:汤姆森许可贸易公司