具有高动态范围的闭环功率控制的制作方法

专利名称：具有高动态范围的闭环功率控制的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及无线通信系统，并特别涉及用于在无线发射机中执行功率控制的方法和装置。

背景技术：
在无线通信系统和相关联的网络中，例如在全球移动通信(GSM)、增强数据速率GSM演进(Enhanced Data rate for GSMEvolution，EDGE)、宽带码分多址(WCDMA)、高速下行分组接入(High Speed Downlink Packet Access，HSDPA)系统等中，发射信号的功率控制是关键的性能和效率方面。为了在这些环境中满足严格的发射规范，包括发射功率随时间变化屏蔽(power vs.time mask)、频域发射功率辐射屏蔽，等等，特别是在各种温度范围、电源电压范围等上面满足这些规范，必须实现精确的发射功率控制，最经常利用闭环功率控制。
给定发射RF/IF路径增益变化，使用闭环控制可以实现与发射相关联的目标功率水平。经常使用闭环控制根据相关规范实现功率随时间变化屏蔽和瞬态相邻信道功率(ACP)水平，以及执行功率放大器(PA)负载切换来提高PA效率。使用现代闭环功率控制系统的基本元素，包括基带增益控制、中频(IF)增益控制、射频(RF)增益控制等中的一个或更多个，例如RF压控放大器(Voltage ControlledAmplifier，VCA)和RF PA的RF级的发射功率增益可被调整以满足要求。RF功率检测器和A/D转换器辅助数字闭环功率控制，其中，被检测的数字信号功率水平被与预先编程的参考信号比较以产生误差信号。环路滤波器通过将误差信号滤波并提供控制输出来控制该控制系统的环路动态特性(loop dynamics)，所述控制输出被转换并被用来通过例如VCA和PA功率控制级控制发射功率水平。
在例如被发射功率具有比A/D转换器更高的动态范围的情况下，常规的发射功率控制系统中出现了限制。结果，闭环功率控制范围受到限制，导致性能退化，例如功率准确性的损失、无法满足功率随时间变化屏蔽，不可接受的瞬态ACP，等等。此外，由于因跨过丧失的转换器范围在PA中负载切换能力的损失而发生的电流泄漏(currentdrain)所致，PA效率可能被降低。在与从和例如第一时隙(slot)相关联的功率水平到和第二时隙相关联的功率水平的切换相关联的发射功率转换期间出现进一步的限制。依赖于下一功率水平，转换要求斜坡上升或斜坡下降，并且在这些间隔期间的不良功率控制可能导致环路带宽的扰动，最终增大新增益水平的收敛时间或稳定时间(settlingtime)。在斜坡或转换间隔期间发射功率瞬变等可能进一步导致发射机超过功率屏蔽，并导致在至少直到之后的转换增益水平稳定为止的时间段中不稳定。



附图用于根据本发明进一步示出各种示范性实施例并说明各种原理和优点，在附图中相同的参考数字指示相同或者功能类似的元件，并且附图和下面的详细描述一起被包含在说明书中，并形成说明书的一部分。
图1是示出常规闭环发射功率控制结构的图； 图2是进一步示出图1的常规闭环功率控制结构的图； 图3是根据各种示范性实施例示出示范性发射机系统的图，所述发射机系统具有表现出具有较高的动态范围的闭环功率控制的功率控制系统； 图4是根据各种示范性实施例的图3的发射机和功率控制系统的更详细的图； 图5的流程图根据各种示范性实施例示出了示范性过程； 图6的框图根据各种示范性实施例和可替换的示范性实施例示出了一种示范性装置； 图7是示出根据各种示范性实施例获得的一系列示范性模拟结果的图；和 图8是根据示范性实施例和可替换的示范性实施例示出在示范性转换期间的各种功率水平的图。

具体实施例方式 概括来说，本发明涉及无线通信系统中的发射功率控制，用于辅助经常被称作通信单元的设备或单元之间的通信，所述通信单元例如蜂窝电话或双向无线电手机等等。本发明可被实施在混和信号功率控制系统体系结构中，提供比例如反馈A/D转换器的检测路径动态范围大得多的检测路径动态范围，以解决在很多常规系统中存在的缺点。检测路径A/D范围上的增加被通过混和信号体系结构自动地获得而不要求特殊的工厂定相步骤或者由外部主机处理器等执行的特殊的软件设置，从而导致了降低的生产成本。根据各种示范性实施例与功率控制相关联的进一步的优点包括消除了在每一次功率转换之前发生的软件设置定时问题——在例如目前的3G功率控制系统中已知的问题，以及，针对例如时隙到时隙功率转换的转换执行从当前功率水平到新功率水平的功率转换的能力。
更具体地，各种发明概念和原理被具体实施在蜂窝通信系统、基础设施部件或者通信单元或设备中，更具体地是被具体实施在发射机系统、集成电路以及其中的方法中，用于执行闭环发射功率控制。应该注意，除了意味着静态基础设施部件和移动台的典型集合以外，术语无线通信系统可以经常被用来指示单独的系统部件，特别是在这些部件包括例如收发机等的一组特征的情况下。这些术语中的每一个均可以表示通常与服务提供商和/或用户相关联的设备或系统，并且可以包括可被用于公共网络或在例如企业网络的私有网络中使用的基础设施部件和/或无线移动设备。无线通信单元的额外例子包括个人数字助理、个人任务簿(personal assignment pad)以及其他的为无线运行配备的便携式个人计算机、蜂窝手机或设备，或其等同物，只要这些单元被根据这里所讨论的原理和概念安排和构建。还应该注意，根据这里所讨论和描述的各种示范性实施例和可替换的示范性实施例，本发明涉及具体实施在硬件、软件、硬件和软件的组合，和/或例如混和信号集成电路(IC)的IC中的发射机、收发机、发射功率控制单元，等等。
提供本描述以便以使本领域技术人员能实施的方式进一步说明执行本发明的一个或更多个实施例的示范性模式。还提供了描述以便增强对发明原理及其优点的理解和领悟，而非以任何方式限制本发明。本发明只由所附权利要求限定，包括任何在本申请进行期间所做的修改以及所授权的那些权利要求的所有等同物。
要理解，例如第一和第二等的关系术语的使用，如果有的话，只是被用来将一个实体、项目或动作与另一个区分，不一定要求或意味着这些实体、项目或动作之间任何实际的这种关系或者顺序。
如所指出的那样，当被实施时，发明功能和发明原理中的很多被利用混和信号IC或软件和IC的组合最好地支持，软件和IC的组合例如数字信号处理器和对应的软件，或者具有可编程特征的专用IC。预期普通技术人员当被这里公开的概念和原理指导时，尽管可能经过大量努力以及很多由例如可用的时间、当前的技术以及经济考虑推动的设计选择，将很容易地能够利用最少的实验产生这些软件指令或IC。因此，为了简洁以及使根据本发明的原理和概念变模糊的风险最小，对这些软件和IC的进一步的讨论，如果有的话，将限于针对优选实施例的原理和概念来说必不可少的内容。
除了一般类型的发射功率控制设备以外，特别关心的通信设备是提供或辅助与例如蜂窝广域网(WAN)上的语音/数据通信服务相关联的发射功率控制的那些，例如常规双向系统和设备，各种蜂窝电话系统，包括模拟和数字蜂窝、CDMA(码分多址)及其变种、GSM、GPRS(通用分组无线服务)、例如UMTS(通用移动通信服务)系统的3G系统、EDGE(增强数据速率GSM)系统、像802.16、802.20或Flarion的互联网协议(IP)无线广域网、集成数字增强网络及其变种或演进。而且，所关心的无线通信单元或者设备能够具有一般被称作WLAN能力的短距离无线通信能力，例如IEEE 802.11、蓝牙，或者高性能无线局域网(Hiper-Lan)，等等，最好使用CDMA、跳频、OFDM或TDMA接入技术。
因此，根据下面将描述的各种示范性实施例，例如混和信号集成电路等的集成电路(IC)可被配置成辅助发射功率控制，例如涉及参考路径、检测路径和功率控制路径的闭环功率控制。功率控制可以包括在不同的与例如复合发射信号发射的发射相关联的功率水平之间的控制，例如零到非零水平、非零到零水平，或者第一到第二非零水平，这将为普通技术人员所理解。还将会理解，不同的功率水平可以与发射功率水平转换相关联，所述转换与例如时隙到时隙转换、信道到信道转换、频率到频率转换、发射机开启/预热或关闭等相关联。因此，例如上面所指出的，不同的功率水平包括与发射功率转换相关联的转换前功率水平和转换后功率水平。
如所指出的那样，示范性IC可以包括参考路径，被配置成提供参考信号和在一个延迟之后产生的增益补偿信号；检测路径，被配置成根据所述增益补偿信号处理和功率水平对应的被检测信号，例如通过施加模拟增益值，以便提供增益补偿的被检测信号，例如从包括模拟增益值的被检测信号转换来的数字反馈信号。所述示范性IC还可以包括功率控制路径，功率控制路径被配置成根据所述参考信号、所述增益补偿的被检测信号和与增益补偿信号相关联的环路补偿因子产生功率控制值。所述功率控制值可被用于为不同的发射功率水平设置功率水平。
为了更好地理解本发明的原理，参考如图1中所示的常规闭环功率控制结构100。预定用于发射的信息信号101可以包括I和Q信道调制数据。信息信号101被输入脉冲整形滤波器102和用于模拟转换的数模转换器(digital to analog converter，DAC)103。DAC 103的输出被输入到发射DAC重构滤波器104以便执行额外的处理，这将为普通技术人员所理解。发射DAC重构滤波器104的输出被输入到混频器(mixer)105，在混频器105处，本机振荡器(Local Oscillator，LO)信号被与其相乘，形成发射频带信号，所述发射频带信号被输入到压控放大器(Voltage Controlled Amplifier，VCA)106和/或功率放大器(PA)107，用于最终控制发射间隔期间和例如复合时隙信号或其他复合发射信号，或者发射或发射/接收天线108上的相关联发射信号的发射相关联的发射功率水平。在本领域将理解，这里讨论和描述的原理可以进一步应用在发射分集环境中，例如使用两个或更多个天线来提供复合发射信号的发射和控制的那些系统。常规的闭环功率控制块110可以基于通过例如功率检测器从一部分发射频带信号获取的功率水平执行闭环功率控制。
在图2中更详细地示出了常规闭环功率控制块110。发射频带信号可以被输入到功率检测器201和抗混叠滤波器202，用于在输入模数转换器(Analog to Digital Converter，ADC)203之前进行调整。ADC 203产生从发射频带信号采样的数字反馈信号，所述数字反馈信号被输入到求和器或减法器204。在将数字反馈信号与参考信号组合之后，误差信号205被产生，并被输入环路滤波器206。环路滤波器206的输出被输入到自动输出控制器(Automatic Output Controller，AOC)数模转换器(DAC)207，并被输入到AOC DAC重构滤波器208，AOC DAC重构滤波器208产生实际的功率控制信号，然后，所述实际的功率控制信号被输出到VCA 106和/或PA 107，并用来控制天线108处的功率水平。将会理解，需要由发射机产生各种功率水平并相应地放大。
但是，由于常规闭环功率控制块110提供的控制不充足导致出现了限制。例如，环路滤波器206的带宽在功率控制水平变化期间可能被扰动。例如，新的参考值的应用和对应的反馈值的产生之间的延时可能引起这种扰动，所述延时是由于例如一个或更多个与控制环路相关联的路径中的转换延迟等所致。在时隙到时隙功率转换期间，例如从前一功率水平转换到新的功率水平期间，常规的功率控制系统还经历问题，对于在例如GPRS发射系统、EDGE发射系统、WCDMA发射系统、HSDPA发射系统等的系统中可能规定的多时隙发射(multi-slot transmission)来说，要求所述转换。虽然某些文献可能描述作为输出功率水平的函数改变检测路径增益，但是这些描述未能讨论在闭环功率控制系统内在满足发射系统功能和性能目标并且还保持恒定环路增益带宽的同时怎样实现检测路径增益改变。具体来说，现有技术未能讨论为了在保持恒定环路带宽的同时为实现期望的目标功率水平在参考信号路径和控制信号路径中要求的功能。
因此，可以构造/安排例如如图3中所示的根据各种示范性实施例的发射机系统300，发射机系统300具有耦合到发射机放大器340的功率控制系统310。系统300的很多部分，包括功率控制系统或闭环功率控制系统310可以被实施在包括混和信号集成电路的一个或更多个集成电路中。功率控制系统可被用来保持恒定的环路增益以及其他此后将更详细地描述的优点。闭环功率控制单元320可以被实施在例如混和信号集成电路(IC)、执行软件的处理器和模拟电路等中，或者被实施为上述元件，闭环功率控制单元320能够在例如ADC 203中的转换之前修改检测路径中的模拟增益值，并且还在参考路径中产生参考信号或参考值325供在减法器204(被设置成提供差值的加法器)中用于产生误差信号205。闭环功率控制块320还可以包括用于环路增益稳定的环路补偿，导致从一个到另一个功率水平的转换期间的恒定环路增益带宽。
一般，图3的发射机系统300或功率控制系统310被配置成辅助处于不同的功率水平上或在不同的功率水平之间的发射功率控制，所述功率水平例如时隙1中的功率水平1、时隙2中的功率水平2，等等，与从发射机放大器340的发射相关联。发射机放大器340包括信号输入341、信号输出343，以及增益控制输入345。注意，信号输出可以被看作来自VCA 106或者功率放大器(PA)107的输出，其中，对于在输入341的给定输入，输出水平或功率水平根据控制输入345处的信号或值改变。功率控制系统310被耦合到发射机放大器，并被配置成提供被直接或间接地耦合到增益控制输入的增益控制值。
如下面将更详细地描述的那样的功率控制系统包含参考信号发生器326，或包含被配置成提供参考信号并且在一些实施例中提供增益补偿信号的路径。在一些实例中，参考发生器采用对应于两个功率水平之间的转换的斜坡轮廓。在一个或更多个实施例中，参考路径或参考发生器还提供增益补偿信号。系统310还包括检测器路径或检测器327，它被耦合到发射机放大器的信号输出343和参考信号发生器，并被配置成提供对应于信号输出343处的信号或功率水平的反馈信号。在一些实施例中，检测路径被配置成根据增益补偿信号处理例如对应于来自发射机放大器的输出信号或功率水平的被检测信号，以便在减法器(被配置成取差值的加法器)204处提供增益补偿的被检测信号。还包括功率控制路径、控制电路或控制器328，它被耦合到参考信号发生器和反馈信号或来自检测器(由减法器204)的经增益补偿的被检测信号，并被配置成提供对应于参考信号和反馈信号的(在一些实施例中被补偿)增益控制值。例如，功率控制路径可以被配置成根据参考信号、增益补偿信号和与所述增益补偿信号相关联的环路补偿因子产生功率控制值，其中，所述功率控制值适于设置发射功率水平。
为了更好地理解图3的具有闭环功率控制系统310和闭环功率控制单元320的发射机系统300，在图4中示出了发射机系统400的一个实施例的详细的图，发射机系统400包括闭环功率控制单元420(单元320的实施例)，为了说明的目的，根据各种示范性实施例闭环功率控制单元420可以代表混和信号IC的一部分。一般来说，提供参考信号325的功能块可以被看作参考发生器或路径326，检测器路径327至少包括控制单元420的从抗混叠滤波器202到ADC 203的部分，例如模拟增益单元或可控/可变增益放大器423，并且可以被看作也包括功率检测器201、滤波器202、ADC 203等中的一个或更多个。
详细地，参考路径或参考发生器由启动斜坡触发401触发，启动斜坡触发401可被用来指示转换，并参与将例如新的目标功率水平加载到锁存器1402和将前一功率设置的值(PWR_PREV)存储到锁存器2 403中。锁存器1 402和锁存器2 403的内容可被称作PWR_NEW405和PWR_PREV 404，这些值可被输入求和器节点406以产生包括大小和符号位407的差值。在408确定差的绝对值。将会理解，符号位407可以提供对转换所需的功率控制方向的指示，因此可以被输入参考斜坡查找表(LUT)409，并且可以基于由触发器401发起的符号位407，从LUT选择和提供斜坡上升或斜坡下降轮廓。如下面进一步讨论的那样，可以缩放来自LUT的参考斜坡轮廓，例如在乘法器410处乘以功率差的大小以便形成或提供中间斜坡信号。符号位407也可以被输入选择器或复用器412并被用来确定是否在加法器411处将PWR_NEW(例如符号位是1413)或PWR_PREV(例如符号位是0414)加到与被选择的斜坡上升或斜坡下降轮廓相关联的值，例如中间斜坡信号，从而产生或提供对应于参考信号的斜坡信号415。
将会理解，在例如从一个功率水平到另一个的转换期间的功率控制可能发生在数字电路的几个连续周期上，因此参考斜坡值将包含例如一系列向下趋势的参考值，对于斜坡下降轮廓，在功率控制环路中可以连续地应用这些参考值，或者相反，包含一系列向上趋势的参考值，对于斜坡上升轮廓在功率控制环路中可以连续地应用这些参考值。将会理解，斜坡上升轮廓(来自LUT)可以包含从0到1的值，并且斜坡下降轮廓可以包含从1到0的值。数学描述可以如下对于斜坡上升参考值产生ref_ramp(斜坡信号415)＝LUT_output*abs[(pwr_new 413)-(pwr_prev 414)]+pwr_prev 414，其中，如果sign[(pwr_new 413)-(pwr_prev 414)]＝0(符号为负)，则LUT_output是从0到1的值。相反，对于斜坡下降参考值产生ref_ramp 415＝LUT_output*abs[(pwr_new 413)-(pwr_prev 414)]+pwr_new 413，其中，如果sign[(pwr_new 413)-(pwr_prev 414)]＝1(符号为正)，则LUT_output是从1到0的值。
来自参考斜坡LUT 409的参考值可以在乘法器410处和与差408相关联的绝对值、大小等相乘以便形成例如中间参考值，所述中间参考值可以在求和节点411与从复用器412选择的pwr_new 413和pwr_prev 414其中之一相加以产生参考斜坡值，例如斜坡信号415，斜坡信号415可以是例如N+M位值。例如，差408可以是N位值，但是在与来自参考斜坡LUT 409的参考值相乘以后，中间值可能是例如N+M位值，以便为例如控制环路部分内的加和乘的计算提供更大的数学精确度。
在各种实施例中参考路径或参考信号发生器326还包括比较单元416，比较单元416被耦合到斜坡信号415，并被配置成提供对应于斜坡信号的幅度或值的增益补偿信号417。所述比较单元实质上耦合到斜坡轮廓或其经缩放的形式，并被安排用于根据斜坡轮廓的范围提供增益补偿信号。斜坡信号415可以被输入阈值比较单元416，其中，例如斜坡信号的幅度的值可以被与例如TH1、…THN的许多预先编程的阈值水平连续地比较。当经过特定阈值水平THi时，产生与例如第i个增益值相关联的控制信号或增益补偿信号417。将会理解，可以用一种形式或另一种形式使用所述增益补偿信号来补偿或增益补偿所述功率控制系统。如所绘出的那样，检测路径或检测器327包含被配置成将模拟增益值施加到被检测信号的模拟增益级或单元423，所述被检测信号被安排成驱动ADC转换器203。所述ADC被配置成将来自模拟增益级的输出信号转换为经增益补偿的被检测信号，所述经增益补偿的被检测信号是对应于发射机放大器的信号输出处的信号水平的反馈信号。模拟增益单元具有对应于增益补偿信号的增益或模拟增益，例如，所述增益或模拟增益由参考信号发生器提供的增益补偿信号控制或可由其控制，以便限制反馈信号的幅度范围。
例如，经过(crossing)阈值水平可以指示例如模拟增益级423处的增益的反馈增益需要被基于斜坡信号415的当前值更改。为了准确地检测发射机的信号输出、例如发射基带信号的功率水平，而不过驱动(over drive)例如ADC 203的反馈A/D级或对其驱动不足，增益改变可能是必要的。如所指出的那样与例如第i个增益值相关联的控制信号或增益补偿信号417可被用来在例如线性增益G1、…GN的可能的检测增益中选择检测路径模拟增益值Gi，其中，G1反映最低的增益设置并且GN指示最高的增益设置。
此外，增益补偿信号417或控制信号可以被施加或耦合到延迟单元418，延迟单元418被配置成提供经延迟的补偿信号419。延迟单元具有预先确定的或固定的延迟，对应于例如检测路径或检测器中的例如ADC 203的转换延迟的延迟。因此，经延迟的补偿信号可被使用或者实际上被针对例如ADC 203的延迟的检测路径延迟进行补偿。参考路径或参考发生器还包含增益补偿器430，增益补偿器430还包括例如乘法器421和复用器431，它被耦合到经延迟的补偿信号419，并被配置成将对应于例如经延迟的补偿信号的增益补偿信号的增益补偿施加到例如斜坡轮廓的斜坡信号415，以便提供参考信号325。每当检测路径模拟增益被改变到增益值Gi时，斜坡信号415在乘法器421中被与从选择器或复用器430选择的增益补偿值Gi/G1相乘。经延迟的补偿信号419选择的作为结果的增益补偿值，例如G1/G1值431(1.0)、G2/G1值432、G3/G1值433、GN/G1值434，可以被输出到乘法器421，并用来缩放斜坡信号以提供参考信号。因此延迟的增益补偿信号或经延迟的补偿信号控制增益补偿器来补偿通过检测路径的延迟，例如通过ADC 203的延迟。
我们已经描述了参考路径或参考发生器326，它可以实施在例如集成电路中，并提供参考信号并且在一些实施例中提供增益补偿信号。参考路径或发生器至少包括被配置成存储新发射功率水平的第一寄存器402；被配置成存储先前的发射功率水平的第二寄存器403；被配置成产生新发射功率水平和先前的发射功率水平之间的差的差节点406，所述差包括大小和符号；包含多个参考斜坡轮廓的查找表(LUT)409；以及，被配置成产生对应于参考信号的斜坡信号的斜坡发生器(410-412)，所述斜坡发生器包含乘法器410和加法器411，乘法器410用于将所述差的大小与从LUT 409获取的多个参考斜坡轮廓值其中之一相乘以便提供中间斜坡信号，加法器411用于基于由复用器412提供的符号将中间斜坡信号与新发射功率水平和先前的发射功率水平其中之一相加。
应该注意，依靠延迟单元418以时间对齐的方式施加增益补偿来保证相同的增益改变量被施加到参考路径和检测路径。如果参考路径内针对检测路径增益改变的补偿未被执行，则闭环功率控制系统将转向错误的目标功率水平。因此在这样的时间在参考路径中复用器431处通过经延迟的补偿信号419施加延迟单元418处的延迟补偿，以便与减法器204处的反馈信号或增益补偿的被检测信号对齐。因此，检测路径和参考路径中的任何增益改变被时间对齐，并且这帮助避免任何不期望的环路瞬变等。如下面将讨论的那样，控制器或控制电路或控制路径中的环路补偿单元440和乘法器424被用来将该路径中的改变在时间上对齐，并保持恒定的环路增益和环路带宽。
参考发生器将提供参考信号325，例如，乘法器421将产生N位参考值，所述参考值可被与来自ADC 203的增益补偿的被检测信号或N位数字反馈信号一起输入到例如减法器204的求和节点。在计算了差、例如参考值和检测路径中的反馈信号之间的差的大小以后，误差信号422被产生，并被提供给控制电路或功率控制路径328。控制电路或控制路径包括乘法器424和例如复用器的环路补偿单元440，环路补偿单元440被配置成根据通过例如ADC 203的检测路径的延迟施加对应于增益补偿信号的增益补偿。乘法器424被配置成通过将误差信号和环路补偿因子相乘产生功率控制值或对应于增益控制值的值，其中，如所指出的那样，误差信号被从参考信号和增益补偿的被检测信号之间的差导出。环路补偿单元被耦合到经延迟的补偿信号419(对应于增益补偿信号)，并被配置成提供环路补偿因子，其中，在一个或更多个实施例中，所述环路补偿因子包括与增益补偿信号相关联的增益补偿因子的倒数。
例如，误差信号422还在乘法器424与环路补偿因子或值G1/Gi相乘。将会理解，环路补偿因子是上面所提到的检测路径增益补偿值或模拟增益值的倒数。环路补偿值包括值G1/G1 441(1)、值G1/G2442、值G1/G3 443，以及值G1/GN 444。无论何时参考路径和检测路径增益被改变到例如与Gi相关联的值，环路补偿保证恒定的环路带宽。如果像在常规闭环功率控制系统中那样不施加环路增益补偿，则环路动态特性将受到不利地影响，包括环路不稳定和不能满足针对各种目标功率水平在PA 107的输出处所期望的功率随时间变化屏蔽。由于环路补偿单元或复用器被从经延迟的补偿信号驱动，所以控制路径中增益上的变化与参考路径的增益上的变化在时间上对齐。
因此，以时间对齐方式在参考路径内施加检测增益补偿和在例如误差信号路径的功率控制路径内施加环路增益补偿，允许环路滤波器206的N位功率控制信号425在执行检测路径增益改变时保持不被影响。如所指出的那样，在使用AOC DAC 207及其重构滤波器AOCDAC重构滤波器208将数字控制信号转换为模拟格式以后，环路滤波器206的输出处的平均功率控制信号被施加到基带、IF或RF增益控制级。
因此，已经描述和讨论了适于至少部分地实施在集成电路(IC)中的功率控制系统。在一个或更多个实施例中的系统包括检测路径327，检测路径327包含驱动模数转换器203并具有对应于增益补偿信号417的增益的可变增益放大器423。还包括参考路径326，包括耦合到增益补偿器430的延迟单元418，被共同配置成为参考信号325提供对应于增益补偿信号的增益补偿和对应于和检测路径相关联的时间延迟的延迟补偿。还包括功率控制路径328，功率控制路径328包括环路补偿单元440，环路补偿单元440被配置成通过乘法器424将环路补偿因子施加到误差信号422以提供功率控制值，所述误差信号对应于参考信号和来自检测路径的增益补偿的被检测信号，所述环路补偿因子引起(account for)时间延迟并反比于对参考信号的增益补偿。在很多实施例中，集成电路还可以包括一部分或全部的发射机放大器106、107，具有根据功率控制值被控制的增益并被配置成提供对应于被检测信号的输出信号。功率控制系统或IC被特别配置成辅助不同功率水平之间的发射功率转换期间的功率控制，所述发射功率转换包括信道到信道转换、时隙到时隙转换和频率到频率转换其中之一。
将会理解，这里根据各种示范性实施例讨论和描述的原理和概念可以被具体实施在示范性方法或过程500中，如图5中所示。这种方法适于使用上述装置或其他适当配置的安排执行。501可以是硬件的初始化、软件复位或新的功率水平，等等，在501开始以后，在502检测斜坡触发。在503可以从新功率水平减去先前的功率水平，包括差的符号和大小。基于差的符号，在504可以使用斜坡下降(RAMP_DOWN)或斜坡上升(RAMP_UP)轮廓，如前面指出的那样，0和1之间的参考斜坡值用于斜坡上升，并且1和0之间的用于斜坡下降。在505，如果与差相关联的符号值为负，则斜坡下降轮廓值可以被与差的大小相乘以形成中间参考值，并且如果符号值为正，则斜坡上升轮廓值可以被与差的大小相乘以形成中间参考值。在506，如果符号值为正，则中间参考值被加到前一目标功率水平以形成参考斜坡值，例如ref_ramp 415，并且如果符号值为负，则中间参考值被加到新目标功率水平以形成参考斜坡值。在507，参考斜坡值可以被与一系列上面描述的阈值比较，以便确定要在检测路径中施加的模拟增益值。如果增益改变在508被指示，则在509在检测路径中可以调整模拟增益。如果在508没有指示增益变化，则所述示范性过程可以简单地返回以便例如在502处等待下一个斜坡触发事件。
在510，如上面所指出的那样，在509调整模拟增益以后，固定延迟可以被加入参考路径处理以补偿检测路径中的转换延迟。在511，在延迟以后，检测路径增益补偿值可以被产生，并与ref_ramp值相乘以形成最终参考信号。在512，通过将最终参考信号加到检测反馈信号的取负形式(即将两个信号相减)，误差信号可被产生。在513，环路增益补偿值可被产生，例如检测路径增益补偿值的倒数，并被与误差信号相乘以形成稳定的功率控制信号。在514，功率控制信号可被用来对例如I和Q调制数据执行发射功率控制。在515，示范性过程可以结束，不过普通技术人员将理解所述过程也可以返回到起始501，并且等待例如新的斜坡触发等等。
因此，方法500用于辅助与发射相关联的不同功率水平之间的发射功率控制。所述方法包含产生对应于功率控制环路的参考路径中的参考信号507的增益补偿值，其中，所述功率控制环路还包括检测路径和功率控制路径；基于所述增益补偿值改变施加到检测路径中的被检测信号509的增益以提供增益补偿的被检测信号；和根据所述参考信号、所述增益补偿的被检测信号和对应于增益补偿值的环路补偿因子提供功率控制值或增益513，其中，所述功率控制值适于设置发射功率水平。产生增益补偿值507还包含将斜坡信号与一个或更多个阈值比较，并基于所述比较选择增益补偿值。所述参考信号从由包含多个参考斜坡轮廓值的查找表(LUT)获取的斜坡上升轮廓和斜坡下降轮廓其中之一产生。产生所述参考信号还包含针对检测路径中的延迟510并根据增益补偿值511补偿斜坡信号。
根据各种示范性实施例和替代的示范性实施例，例如如上面所描述的那样，可以使用如图6中所示的示范性装置601实施本发明。例如，示范性装置601可以是被置于发射机、收发机、发射功率控制单元等中的装置，它包括可以被耦合到总线602的数字部分610和也可以被耦合到总线602的模拟部分620。将会理解，总线602既能够示出常见的数字总线，也可以包括模拟控制信号等等，所以通过例如到模拟部分620的数字接口能够实现模拟控制，或者可以通过到模拟部分620的模拟或准模拟控制信号直接实现模拟控制，例如如上面所描述的选择要在模拟增益级中应用的模拟增益值的数字控制线。还将会理解，数字部分610还可以包括处理器611和存储器612，虽然为了简洁没有示出，但是它们可以彼此连接，并连接到包括模拟或准模拟控制信号线的总线602，这很好理解。将会理解，处理器611可以是专用于执行这里所描述的闭环功率控制相关过程的通用处理器，或者可以是专门配置成执行闭环功率控制相关任务的专用处理器。模拟部分620还可以配备耦合到一个或更多个天线601的发射机或收发机/RF接口，并且可以包括例如在3和图4中示出的模拟部件，等等，所述天线601例如是用于发射分集发射机和收发机的多个天线601。
为了全面理解根据各种示范性实施例的功率控制的有益的和预料不到的结果，在图7中，以参考路径中的检测增益补偿图710、检测路径中的检测增益变化图720、增益补偿前的误差信号图730、0dB到9dB增益变化图740、增益补偿以后的误差信号图750、电压控制图760和天线功率图770的形式示出了一系列仿真结果。在检测增益补偿图710中，在参考路径中示出了第一转换点711和第二转换点712。在检测增益变化图720中，在检测路径中示出了第一增益变化检测点721和第二增益变化检测点722。将会理解，在检测增益补偿图710和检测增益变化图720中，例如在第一转换点711和721的斜坡上升过程期间，当经过被编程的阈值水平时，参考和检测路径增益被以时间对齐的方式动态地降低9dB。类似地，在斜坡下降过程期间，参考和检测路径增益在第二转换点712和722被动态地增加9dB。
在误差信号图730中，示出第一误差信号转换点731和第二误差信号转换点732在增益补偿之前，并包括如上面所指出的可能导致环路带宽不稳定性的严重不连续性。0dB到9dB增益变化图740示出了第一示范性功率水平转换741和第二示范性功率水平转换742，代表在斜坡上升期间检测路径增益降低9dB并且在斜坡下降期间增加9dB以避免对反馈A/D级分别过驱动或驱动不足。误差信号图750示出增益补偿之后的第一误差信号转换点751和第二误差信号转换点752，并包括更为渐进的斜坡以保持恒定的环路增益带宽。因此为了避免更改环路带宽，在斜坡上升过程期间误差信号被改变+9dB，并且在斜坡下降过程期间被改变-9dB。
作为结果的稳定功率控制被在电压控制图760和天线功率图770中反映，天线功率图770示出了将很容易满足发射规范的水平。上面提及的作为结果的例如在天线功率图770中示出的斜坡上升和斜坡下降功率控制响应允许配备根据各种示范性实施例运行的功率控制系统或单元的发射机、收发机等满足期望的功率随时间变化要求而没有不期望的瞬态性能问题。
而且，如图8中所示，图800示出信道上信号810和第一转换点811与第二转换点812的发射功率水平随时间变化。图800还示出例如在图7的斜坡上升和斜坡下降期间相邻信道820和交替信道830的发射功率随时间变化。图800示出，瞬态相邻信道泄漏比率(AdiacentChannel Leakage Ratio，ACLR)满足相邻信道的33dB ACLR和交替信道的43dB的ACLR的性能要求，所述要求通常与例如WCDMA要求相关联。
本公开旨在说明如何根据本发明构造和使用各种实施例而非限制其真正的、预期的和合理的范围和精神。本发明只由可在本专利申请进行期间被修改的所附权利要求及其全部等同物限定。前面的描述并非旨在巨细无遗的或将本发明限于所公开的准确形式。按照上面的教导，修改和变化是可能的。为了提供对本发明原理及其实际应用的最佳理解，并为了使普通技术人员能够在各种实施例中采用本发明并具有适于所构思的特定使用的各种修改而选择和描述了实施例。当根据被合理、合法和公正地赋予在本专利申请进行期间可以被修改的所附权利要求及其全部等同物的宽度解释时，很多这样的修改和变化在本发明的范围以内，本发明范围由所附权利要求及其全部等同物确定。
权利要求
1.一种被配置成辅助与发射相关联的不同功率水平之间的发射功率控制的集成电路(IC)，所述IC包含
参考路径，被配置成提供参考信号和增益补偿信号；
检测路径，被配置成根据所述增益补偿信号处理与功率水平对应的被检测信号，以便提供经增益补偿的被检测信号；和
功率控制路径，被配置成根据所述参考信号、所述经增益补偿的被检测信号、和与所述增益补偿信号相关联的环路补偿因子产生功率控制值，所述功率控制值适于设置用于发射的功率水平。
2.如权利要求1所述的集成电路(IC)，其中，所述参考路径还包含
延迟单元，耦合到所述增益补偿信号，被配置成提供经延迟的补偿信号；和
增益补偿器，耦合到所述经延迟的补偿信号，并被配置成将增益补偿施加到斜坡信号以提供所述参考信号。
3.如权利要求2所述的集成电路(IC)，其中，所述参考路径还包含比较单元，所述比较单元被耦合到所述斜坡信号并被配置成提供所述增益补偿信号，所述增益补偿信号对应于所述斜坡信号的幅度。
4.如权利要求1所述的集成电路(IC)，其中，所述参考路径还包括
第一寄存器，被配置成存储新发射功率水平；
第二寄存器，被配置成存储先前的发射功率水平；
差节点，被配置成产生所述新发射功率水平和所述先前的发射功率水平之间的差，所述差包括大小和符号；
包含多个参考斜坡轮廓的查找表(LUT)；和
斜坡发生器，被配置成产生对应于所述参考信号的斜坡信号，所述斜坡发生器包含乘法器和加法器，所述乘法器用于将所述差的所述大小与从所述LUT获取的所述多个参考斜坡轮廓值中的一个相乘以便提供中间斜坡信号，并且所述加法器用于基于所述符号将所述中间斜坡信号与所述新发射功率水平和所述先前的发射功率水平中的一个相加。
5.如权利要求1所述的集成电路(IC)，其中，所述检测路径还包含被配置成将模拟增益值施加到所述被检测信号的模拟增益级，所述模拟增益值对应于所述增益补偿信号。
6.如权利要求5所述的集成电路(IC)，其中，所述检测路径还包括被配置成将来自所述模拟增益级的输出信号转换为所述经增益补偿的被检测信号的模数转换器。
7.如权利要求1所述的集成电路(IC)，其中，所述功率控制路径还包含被配置成通过将误差信号和所述环路补偿因子相乘来产生所述功率控制值的乘法器，所述误差信号从所述参考信号和经增益补偿的被检测信号之间的差导出。
8.如权利要求7所述的集成电路(IC)，其中，所述功率控制路径还包含环路补偿单元，所述环路补偿单元被耦合到对应于所述增益补偿信号的经延迟的补偿信号，并被配置成提供环路补偿因子，所述环路补偿因子包括与所述增益补偿信号相关联的增益补偿因子的倒数。
9.如权利要求1所述的集成电路(IC)，其中
所述检测路径包括驱动模数转换器并具有对应于所述增益补偿信号的增益的可变增益放大器；
所述参考路径包括延迟单元，该延迟单元被耦合到增益补偿器，被共同地配置成为所述参考信号提供对应于所述增益补偿信号的增益补偿和对应于与所述检测路径相关联的时间延迟的延迟补偿；并且
所述功率控制路径包括环路补偿单元，所述环路补偿单元被配置成将所述环路补偿因子施加到误差信号以提供所述功率控制值，所述误差信号对应于所述参考信号和所述经增益补偿的被检测信号，所述环路补偿因子引起所述时间延迟并反比于所述参考信号的所述增益补偿。
10.如权利要求1所述的集成电路(IC)，还包含发射放大器，所述发射放大器具有被根据所述功率控制值控制的增益，并被配置成提供对应于所述被检测信号的输出信号。
11.如权利要求1所述的集成电路(IC)，被配置成辅助在所述不同功率水平之间的发射功率转换期间的功率控制，所述发射功率转换包括信道到信道转换、时隙到时隙转换和频率到频率转换其中之一。
12.一种辅助与发射相关联的不同功率水平之间的发射功率控制的方法，所述方法包含
产生对应于功率控制环路的参考路径中的参考信号的增益补偿值，所述功率控制环路还包括检测路径和功率控制路径；
基于所述增益补偿值改变施加到所述检测路径中的被检测信号的增益以提供经增益补偿的被检测信号；和
根据所述参考信号、所述经增益补偿的被检测信号和对应于所述增益补偿值的环路补偿因子提供功率控制值，所述功率控制值适于设置用于发射的功率水平。
13.如权利要求12所述的方法，其中，产生所述增益补偿值还包含将斜坡信号与一个或更多个阈值比较，并基于所述比较选择增益补偿值。
14.如权利要求12所述的方法，还包含根据从包含多个参考斜坡轮廓值的查找表(LUT)获取的斜坡上升轮廓和斜坡下降轮廓其中之一产生所述参考信号。
15.如权利要求14所述的方法，其中，产生所述参考信号还包含针对所述检测路径中的延迟并根据所述增益补偿值补偿信号。
16.一种用于辅助从第一功率水平到第二功率水平的转换期间的功率控制的发射机系统，所述发射机系统包含
发射机放大器，具有信号输入、信号输出和增益控制输入；和
功率控制系统，耦合到所述发射机放大器，并被配置成提供耦合到所述增益控制输入的增益控制值，所述功率控制系统包含
参考信号发生器，被配置成使用对应于从所述第一功率水平
到所述第二功率水平的所述转换的斜坡轮廓提供参考信号；
检测器，耦合到所述发射机放大器和所述参考信号发生器的所述信号输出，所述检测器被配置成提供对应于所述信号输出处的信号水平的反馈信号；和
控制电路，耦合到所述参考信号发生器和来自所述检测器的所述反馈信号，所述控制电路被配置成提供所述增益控制值，所述增益控制值对应于所述参考信号和所述反馈信号。
17.如权利要求16所述的发射机系统，其中，所述检测器还包含被安排成驱动模数转换器以提供所述反馈信号的模拟增益单元，所述模拟增益单元具有受由所述参考信号发生器提供的增益补偿信号控制的增益，所述增益被控制以限制所述反馈信号的幅度范围。
18.如权利要求17所述的发射机系统，其中，所述参考信号发生器还包含比较单元和增益补偿器，所述比较单元耦合到所述斜坡轮廓以便根据所述斜坡轮廓的范围提供所述增益补偿信号，所述增益补偿器用于将增益补偿施加到所述斜坡轮廓以提供所述参考信号。
19.如权利要求18所述的发射机系统，其中，所述参考信号发生器还包含延迟单元，所述延迟单元耦合到所述增益补偿信号以控制所述增益补偿器补偿通过所述模数转换器的延迟。
20.如权利要求17所述的发射机系统，其中，所述控制电路还包含环路补偿单元，所述环路补偿单元被配置成根据通过所述模数转换器的延迟施加对应于所述增益补偿信号的增益补偿。
全文摘要
一种方法(500)和装置(300、400、601)，在发射机中在从一个发射功率水平到另一个发射功率水平的转换期间和转换时辅助功率控制环路中的闭环发射功率控制。所述装置包括参考路径(326)，被配置成提供参考信号(325)和增益补偿信号(417)；检测路径(327)，被配置成根据所述增益补偿信号处理和功率水平对应的被检测信号，以便提供经增益补偿的被检测信号；和功率控制路径(328)，被配置成根据所述参考信号、所述经增益补偿的被检测信号和与所述增益补偿信号相关联的环路补偿因子产生功率控制值，其中，所述功率控制值适于设置发射功率水平。
文档编号H03G3/10GK101116242SQ200580044361
公开日2008年1月30日 申请日期2005年12月14日 优先权日2005年1月31日
发明者马西伯·拉曼, 乔治·伊冯特, 普雷温库玛·普雷玛卡那斯安 申请人:飞思卡尔半导体公司