专利名称：电源管理装置和方法
技术领域：
本发明涉及电源管理，特别涉及一种用于射频收发机的电源管理装置和方法。
背景技术：
随着半导体和电子信息技术的发展，个人消费类电子产品得到了广泛的应用，如 多媒体播放器、手机等。由于消费类电子产品大多是便携式终端设备，使用电池供电，因此， 为了延长待机时间，降低产品功耗、提高电池电量的利用率就成为一个重要的课题。当今的便携式电子产品以及应用于便携式产品的集成电路中往往包括专门的电 源管理装置(Power Management Unit，PMU)，对电源输出至各工作模块的功率、电压、电流 等进行控制，一般是在待机模式下停止供电或提供较小的功率，从而降低功耗，延长待机时 间。已经公开的申请号为200510023391. X的中国专利申请中公开了一种手机系统电 源管理及省电的方法，使用一 32KHz的慢时钟来控制电源管理模块，并将系统的定义为三 个状态睡眠、闲置和运转，睡眠状态下所有硬件组块的电源被切断，运转状态下所有硬件 全部供电，闲置状态部分硬件被切断电源或置于低耗电状态，从而降低了系统的功耗。上述 方案中的电源管理方法将系统分为三个状态，在每种状态下采用固定的供电方式，对硬件 模块进行供电或切断电源，但是上述方案在运转状态下的供电信号是固定的，即对所有硬 件提供相对应的固定的工作电压或工作电流，实际上硬件模块在运转状态下其具体的工作 状态在不同时刻不完全相同而且是在不断改变的，另外上述方案也没有考虑众多的环境因 素，所以仍然会造成功耗过大的问题，降低系统待机时间。因此，需要一种电源管理装置和方法，根据系统和硬件的实际工作状态和工作环 境对电源供电方式和供电信号进行调整和优化，降低系统功耗。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种电源管理装置和方法，对系统电源的工作效率和电 源提供给功能单元的供电信号进行优化，以降低系统功耗。为解决上述问题，本发明提供了一种电源管理装置，包括检测单元，检测所述功能单元的工作状态和/或工作环境，产生对应的检测信号；电源输出单元，输入所述检测信号，根据所述检测信号对应的工作状态和/或工 作环境产生所述供电信号。可选的，所述工作状态包括功能单元的工作模式，所述检测单元包括模式检测器， 检测所述功能单元的工作模式，所述对应的检测信号包括模式检测信号。可选的，所述功能单元包括功率放大器，所述工作状态包括所述功率放大器的功 耗，所述检测单元包括功率检测器，检测所述功率放大器的输出功率，所述对应的检测信号 包括功率检测信号。可选的，所述工作环境包括功能单元的环境温度，所述检测单元包括温度传感器，
4检测所述功能单元的环境温度，所述对应的检测信号包括温度检测信号。可选的，所述工作环境包括电池的供电电压，所述检测单元包括电压传感器，检测 所述电池的供电电压，所述对应的检测信号包括电池检测信号。可选的，所述电源输出单元包括线性电源、开关电源和控制电路，所述控制电路输 入所述检测信号，根据所述检测信号对应的工作状态和/或工作环境，选用所述开关电源 和/或线性电源产生所述供电信号。可选的，所述控制电路还根据所述检测信号控制所述开关电源的开关频率。可选的，所述控制电路还根据所述检测信号对应的工作状态和/或工作环境，调 整所述供电信号的大小。可选的，所述功能单元包括射频收发机，所述射频收发机的工作模式包括待机模 式、接收模式和发送模式。可选的，所述电源输出单元包括线性电源、开关电源和控制电路，在待机模式，所 述控制电路选用所述开关电源产生所述供电信号；在接收模式，所述控制电路选用所述线 性电源产生所述供电信号；在发送模式，所述控制电路选用所述开关电源产生所述供电信号。为解决上述问题，本发明提供了一种电源管理方法，包括检测所述功能单元的工作状态和/或工作环境；根据所述工作状态和/或工作环境产生所述供电信号。可选的，所述工作状态包括功能单元的工作模式。可选的，所述功能单元包括功率放大器，所述工作状态包括所述功率放大器的功
^^ ο可选的，所述工作环境包括功能单元的环境温度。可选的，所述工作环境包括电池的供电电压。可选的，所述产生所述供电信号包括选用开关电源和/或线性电源产生所述供 电信号。可选的，所述产生所述供电信号还包括控制所述开关电源的开关频率。可选的，所述产生所述供电信号还包括调整所述供电信号的大小。可选的，所述功能单元包括射频收发机，所述射频收发机的工作模式包括待机模 式、接收模式和发送模式，所述产生所述供电信号包括在待机模式，选用所述开关电源产 生所述供电信号；在接收模式，选用所述线性电源产生所述供电信号；在发送模式，选用所 述开关电源产生所述供电信号。上述技术方案通过检测功能单元的工作状态和/或工作环境，并依据检测的工作 状态和/或工作环境来调整提供给所述功能单元的供电信号，也就是依据硬件模块的实际 运转状态对系统的电源进行管理，因此可以有效地降低系统功耗，延长系统待机时间。
图1是本发明实施例的电源管理装置的示意图；图2是本发明实施例的电源管理装置的内部结构示意图；图3是本发明实施例的电源管理方法的流程示意图。
具体实施例方式现有技术中对系统电源的管理一般是通过对系统中的部分或者硬件模块供电或 切断电源来实现功耗控制的，但是在供电的情况下采用固定的供电方式，如对硬件输出固 定电压或电流的供电信号，并没有针对硬件的实际工作状态进行优化，存在功耗过大的问 题。本发明的技术方案在电源管理装置中增加检测单元，对相关的功能单元的工作状态以 及工作环境进行检测，从而实时的调整所述电源管理装置的工作效率和输出的供电信号， 降低系统功耗。现有技术中的电源主要包括线性电源和开关电源，线性电源的工作原理主要是先 将输入的直流电信号经过线性变压器后降低电压幅值，再经过滤波后得到直流电信号，为 功能单元中的硬件电路供电；开关电源的工作原理主要是通过高速切换的开关信号来控制 开关管的导通和截止，将直流电信号转化为高频率的电信号，提供给变压器进行变压和整 流，从而产生一组或多组供电信号，为功能单元中的硬件电路供电。二者相比，线性电源输 出的供电信号纹波较小，但效率较低；开关电源输出的供电信号纹波较大，但效率较高。所 述效率指的是电源输出的供电信号功率与输入的电源信号功率的比值。现有技术中，往往 根据实际需求仅采用其中的一种电源进行供电，或者同时兼有两种电源，但是对于固定的 功能单元或硬件电路，仅固定使用其中的一种电源来供电，并不根据功能单元或硬件电路 的工作状态进行实时的调整，没有充分利用两种电源的特点来实现功耗的优化控制。本发明提供了一种电源管理装置，增加了检测单元，对功能单元的工作状态和/ 或工作环境进行实时的检测，并相应的调整供电方式和供电信号，在保证系统正常工作的 前提下，提高电源管理装置的工作效率并调整供电信号的大小，实现对功耗的优化控制。为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明 的具体实施方式
做详细的说明。在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不 同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类 似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式
的限制。图1示出了本发明实施方式的电源管理装置的功能模块示意图，如图1所示，包 括检测单元101，检测功能单元103的工作状态和/或工作环境，产生对应的检测信号；电 源输出单元102，输入所述检测信号，根据所述检测信号对应的工作状态和/或工作环境产 生供电信号，提供给所述功能单元103，所述产生供电信号可以包括调整供电信号的大小和 供电效率。在实际工作过程中，所述检测单元101对所述功能单元103的工作状态和/或 工作环境进行实时的监控，并产生相应的检测信号输入至所述电源输出单元102，所述电源 输出单元102根据当前的检测信号对应的工作状态和/或工作环境，对供电信号的大小、供 电信号的纹波大小以及整个电源管理装置的工作效率进行相应的调整，在保证所述功能单 元103正常工作的前提下降低其功耗。图2示出了本发明实施例的电源管理装置的功能模块示意图，所述电源管理装置 用于向功能单元1031提供供电信号，本实施中所述功能单元1031主要包括射频收发机，所 述射频收发机中包括功率放大器(power amplifier)，如图2所示，所述电源管理装置主要 包括电压传感器1011，检测电池的供电电压，产生电池检测信号；温度传感器1012，检测所述功能单元1031当前工作环境的温度，产生温度检测信号；功率检测器1013，检测所述 功能单元1031中的功率放大器的输出信号功率，产生功率检测信号；模式检测器1014，检 测所述功能单元1031的工作模式，产生模式检测信号；控制电路1021，输入所述电池检测 信号、温度检测信号、功率检测信号和模式检测信号，控制选择采用开关电源1022和/或线 性电源1023产生所述供电信号，并根据所述电池检测信号、温度检测信号、功率检测信号 以及模式检测信号调整所述供电信号的大小。其中，在使用开关电源1033产生供电信号 时，所述控制电路1021还对所述开关电源1022的开关信号进行控制，控制其开关频率，从 而调整所述供电信号的纹波大小和开关电源的工作效率。图2中所述电压传感器1011、温度传感器1012、功率检测器1013和模式检测器 1014对应于图1中的所述检测单元101，相应的检测信号包括所述电池检测信号、温度检测 信号、功率检测信号和模式检测信号；所述控制电路1021、开关电源1022和线性电源1023 对应于图1中的所述电源输出单元102，所述功能单元1031对应于图1中的所述功能单元 103。在本实施例中，图2中所示的各功能模块是集成在同一半导体芯片上的。本实施例中所述功能单元1031主要包括射频接收机，此外，在其他实施例中所述 功能单元1031还可以包括基带处理模块、输入输出接口模块、存储模块等。所述射频收发 机具体包括接收混频器、接收中频模块、发射混频器、发射中频模块、锁相环(PLL)、功率放 大器。本实施例中所述功能单元1031的工作状态具体包括所述射频收发机的工作模式，主 要分为待机模式，在该模式下所述射频收发机中的所有硬件模块处于待机状态，并未处于 工作状态；接收模式，在该模式下所述射频收发机中的接收混频器、接收中频模块、锁相环 和功率放大器进入工作状态，而发射混频器和发射中频模块保持待机状态；发送模式，在该 模式下所述射频收发机中的发射混频器、发射中频模块、锁相环和功率放大器进入工作状 态，而接收混频器和接收中频模块保持待机状态。需要说明的是，具体的电路设计过程决定了上述各硬件模块能够正常工作的供电 信号的典型值(typical value)，在所述具有典型值的工作电压和工作电流下，各硬件模块 具有最佳性能，各性能参数如增益(gain)、信噪比(signal noiserate, SNR)、带宽(band width)等都为最优值。如果供电信号提供的工作电压和工作电流小于所述典型值，会造成 上述性能参数变差；工作电压和工作电流大于所述典型值，会导致功耗过大，甚至会造成器 件的损伤。所述开关电源1022包括升压(boost)模块和降压(buck)模块，所述升压模块用 于输出电压高于输入电压的情况，如所述功能单元1031中某硬件模块要求的供电电压高 于电池的供电电压，则使用升压模块将电池的供电电压升高后输入至该硬件模块；与之相 反，所述降压模块用于输出电压低于输入电压的情况。所述开关电源1022的升压模块和降压模块都具有脉宽调制(pulse widthmodulation,PWM)模式和突发(burst)模式。在脉宽调制模式下，所述开关电源1022 的开关信号受脉宽调制信号调制，如果开关频率较高，则产生的供电信号的纹波较小，相应 的对硬件电路的干扰较小，但是其效率较低，使得系统功耗较大；如果开关频率较低，则产 生的供电信号的纹波较大，对硬件电路的干扰较大，但效率相对较高，可以降低功耗。在突 发模式下，使用周期较大的信号对所述脉宽调制信号进行二次调制，减少了开关次数，提高 了开关电源的效率，但是相应的输出供电信号的功率较低，在本实施例中突发模式主要用于在待机模式下对功能单元进行供电，下文将进行详细描述。与开关电源1022相比，所述线性电源1023其产生的供电信号的纹波较小，因而对 所述功能单元1031造成的干扰和噪声相对较小。但是与开关电源1022相比，其效率较低， 在选用所述线性电源1023进行供电的情况下，系统功耗较大。所述控制电路1021用于控制选用所述开关电源1022和/或线性电源1023对所 述功能单元1031(本实施例中具体为射频收发机)提供供电信号。所述控制电路还可以控 制所述开关电源1022的开关信号的频率、选择升压模块或降压模块进行供电、以及选择脉 宽调制模式或者突发模式进行供电。另外所述控制电路还可以控制所述开关电源1022和 线性电源1023中的参考电压和参考电流，从而控制其输出的供电信号的大小，包括工作电 压和工作电流的大小。所述电压传感器1011用于检测电池电压，当电池电压低于预设的标准电压时，表 明电池电量不足，生成的电池检测信号输入至所述控制电路1021，降低所述开关电源1022 和线性电源1023产生的工作电压和工作电流的大小，从而减小整个系统的功耗，以损失部 分电路性能为代价延长系统待机时间。另外，在电池电量严重不足、电池电压严重低于所述 预设的标准电压时，仅仅使用所述开关电源1022进行供电而放弃使用线性电源1023进行 供电，且采用其中的升压模块产生工作电压和工作电流。由于开关电源1022的效率相对较 高，因此在电池电量不足时可以尽可能延长系统的待机时间，另外，采用升压模块可以保证 在电池电压过低的情况下，输出的工作电压的电压值仍然能满足功能单元正常工作所要求 的电压值。所述温度传感器1012用于检测工作环境的温度，当环境温度过高，高于预设的第 一标准温度时，产生的温度检测信号输入至所述控制电路1021，升高所述开关电源1022 和线性电源1023产生的工作电压和工作电流的大小，保证在较高的温度下所述功能单元 1031能够正常工作。当环境温度过低，低于预设的第二标准温度时，产生的温度检测信号输 入至所述控制电路1021，降低所述开关电源1022和线性电源1023产生的工作电压和工作 电流的大小。由于温度较低的情况下硬件电路正常工作的供电信号的典型值也随之降低， 因此，降低工作电压和工作电流一方面保证了系统的正常工作，另一方面降低了系统的功
^^ ο所述功率检测器1013用于检测所述功能单元1031中的功率放大器的输出信号的 功率，当所述输出信号的功率较小，低于预设的标准输出功率时，降低提供给所述功率放大 器的供电信号，由于此时输出信号的功率较小，使用较小的供电信号在保证其正常工作的 前提下，降低功率放大器本身的功耗；当所述输出信号的功率高于预设的标准输出功率时， 提供给功率放大器的供电信号为其供电信号的典型值，保证其正常工作。根据发明人研究统计，功率放大器的功耗占所述射频收发机总功耗的20%至 30%，本实施例的检测单元中包括了功率检测器，针对功率放大器的功耗进行专门的优化， 从而显著的降低了整个射频收发机的总功耗，延长了待机时间。需要说明的是，在本实施例 中仅包括一个预设的标准输出功率，在其他实施例中可以预设多个标准输出功率，如2个、 3个、5个等，将所述功率放大器的输出信号的功率划分为多个范围，在每个范围内对其提 供相应的供电信号，进一步优化其功耗，延长系统的待机时间。所述模式检测器1014在本实施例中优选为数字信号处理器(DSP，digitalSignal
8processor)，检测所述功能单元1031的工作状态，本实施例中具体为所述射频收发机的工 作模式，包括待机模式，接收模式和发送模式。如果所述射频收发机为待机模式，所述数字 信号处理器产生的模式检测信号输入至所述控制电路1021，控制电路1021产生控制信号， 采用所述开关电源1022对所述射频收发机进行供电，并且控制所述开关电源1022进入突 发模式。由于所述开关电源1022的效率比线性电源1023高，而且突发模式下开关电源中 开关管的开关状态切换较少，因此进一步提高了效率，降低了功耗。在本实施例中，所述数 字信号处理器还用于进行部分基带处理，产生用于发射的基带信号，以及处理接收到的基 带信号。如果所述射频收发机工作于接收模式，所述数字信号处理器产生的模式检测信号 输入至所述控制电路1021，控制电路1021产生控制信号，采用所述线性电源1023对所述射 频收发机进行供电。所述射频收发机工作于接收模式，表明其中的接收混频器、接收中频模 块、锁相环和功率放大器处于工作状态，在接收过程中接收到的信号功率往往较小，因此所 述接收混频器对噪声非常敏感，选用纹波较小的线性电源，可以有效的防止由供电信号本 身产生的噪声干扰，避免了其对接收信号的信噪比的影响。如果所述射频收发机工作于发送模式，所述数字信号处理器产生的模式检测信号 输入至所述控制电路1021，控制电路1021产生控制信号，采用所述开关电源1022对所述射 频收发机进行供电。所述射频收发机工作于发送模式，表明其中的发送混频器、发送中频模 块、锁相环和功率放大器处于工作状态。由于在发送过程中上述模块对噪声并不敏感，因此 选用开关电源，虽然其输出的供电信号纹波较大，但由于其效率较高，因此可以有效降低系 统功耗，延长系统待机时间。需要说明的是，在发送模式中，所述数字信号处理器产生的模 式检测信号还用于控制所述开关电源1022的开关频率，调整所述开关电源1022的工作效 率和输出供电信号的纹波大小，保证在提高工作效率的同时，供电信号的纹波并不会影响 所述射频收发机的正常工作。需要说明的是，图2所示的本实施例的电源管理装置包括了模式检测器1014、功 率检测器1013、温度传感器1012和电压传感器1011，即检测单元兼有检测功能单元1031 的工作状态(例如工作模式、功率放大器的功耗)和工作环境(例如环境温度、电池的供电 电压)的功能。在本发明的其他实施例中，可以仅包括其中的一个或其中几个的组合，如仅 包括所述模式检测器1014，根据所述功能单元1031的工作模式来产生相应的供电信号，而 不对电压、温度以及功率放大器的功率进行检测。对应上述电源管理装置，本发明的实施例还提供了一种电源管理方法，用于向功 能单元提供供电信号，如图3所示，包括执行步骤SlOl，检测所述功能单元的工作状态和/ 或工作环境；执行步骤S102，根据所述工作状态和/或工作环境产生所述供电信号。与上述实施例中的电源管理装置类似，所述功能单元优选为射频收发机，其中包 括功率放大器。所述工作状态包括所述射频收发机的工作模式，分为待机模式、接收模式和 发送模式，在待机模式，选用所述开关电源产生所述供电信号；在接收模式，选用所述线性 电源产生所述供电信号；在发送模式选用所述开关电源产生所述供电信号。所述工作状态 还包括所述功率放大器的功耗，根据所述功率放大器的输出功率，相应的控制所述供电信 号的大小，具体控制过程与上述实施例一致，这里就不再赘述。所述工作环境包括功能单元 的环境温度和/或电池的供电电压。
本实施例的电源管理方法可以选择开关电源和/或线性电源对功能单元进行供 电，具体地，可以根据所述工作模式、功率放大器的功耗、环境温度、电池的供电电压中的一 项或几项的组合选用开关电源和/或线性电源产生提供给功能单元的供电信号，并且，也 可以调整所述开关电源的开关频率以及所述供电信号的大小。具体的调整过程与上述实施 例中的电源管理装置类似，这里就不再赘述。 综上所述，本发明公开了一种电源管理装置和方法，通过对功能单元的工作状态 和/或工作环境进行检测，并相应的调整系统电源的工作效率以及提供给功能单元的供电 信号的大小，降低了系统功耗，延长了待机时间。本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域 技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发 明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明 的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案 的保护范围。
权利要求
1.一种电源管理装置，用于向功能单元提供供电信号，其特征在于，包括检测单元，检测所述功能单元的工作状态和/或工作环境，产生对应的检测信号；电源输出单元，输入所述检测信号，根据所述检测信号对应的工作状态和/或工作环 境产生所述供电信号。
2.根据权利要求1所述的电源管理装置，其特征在于，所述工作状态包括功能单元的 工作模式，所述检测单元包括模式检测器，检测所述功能单元的工作模式，所述对应的检测 信号包括模式检测信号。
3.根据权利要求1所述的电源管理装置，其特征在于，所述功能单元包括功率放大器， 所述工作状态包括所述功率放大器的功耗，所述检测单元包括功率检测器，检测所述功率 放大器的输出功率，所述对应的检测信号包括功率检测信号。
4.根据权利要求1所述的电源管理装置，其特征在于，所述工作环境包括功能单元的 环境温度，所述检测单元包括温度传感器，检测所述功能单元的环境温度，所述对应的检测 信号包括温度检测信号。
5.根据权利要求1所述的电源管理装置，其特征在于，所述工作环境包括电池的供电 电压，所述检测单元包括电压传感器，检测所述电池的供电电压，所述对应的检测信号包括 电池检测信号。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电源管理装置，其特征在于，所述电源输出单元 包括线性电源、开关电源和控制电路，所述控制电路输入所述检测信号，根据所述检测信号 对应的工作状态和/或工作环境，选用所述开关电源和/或线性电源产生所述供电信号。
7.根据权利要求6所述的电源管理装置，其特征在于，所述控制电路还根据所述检测 信号控制所述开关电源的开关频率。
8.根据权利要求6所述的电源管理装置，其特征在于，所述控制电路还根据所述检测 信号对应的工作状态和/或工作环境，调整所述供电信号的大小。
9.根据权利要求2所述的电源管理装置，其特征在于，所述功能单元包括射频收发机， 所述射频收发机的工作模式包括待机模式、接收模式和发送模式。
10.根据权利要求9所述的电源管理装置，其特征在于，所述电源输出单元包括线性 电源、开关电源和控制电路，在待机模式，所述控制电路选用所述开关电源产生所述供电信 号；在接收模式，所述控制电路选用所述线性电源产生所述供电信号；在发送模式，所述控 制电路选用所述开关电源产生所述供电信号。
11.一种电源管理方法，用于向功能单元提供供电信号，其特征在于，包括检测所述功能单元的工作状态和/或工作环境；根据所述工作状态和/或工作环境产生所述供电信号。
12.根据权利要求11所述的电源管理方法，其特征在于，所述工作状态包括功能单元 的工作模式。
13.根据权利要求11所述的电源管理方法，其特征在于，所述功能单元包括功率放大 器，所述工作状态包括所述功率放大器的功耗。
14.根据权利要求11所述的电源管理方法，其特征在于，所述工作环境包括功能单元 的环境温度。
15.根据权利要求11所述的电源管理方法，其特征在于，所述工作环境包括电池的供电电压。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的电源管理方法，其特征在于，所述产生所述 供电信号包括选用开关电源和/或线性电源产生所述供电信号。
17.根据权利要求16所述的电源管理方法，其特征在于，所述产生所述供电信号还包 括控制所述开关电源的开关频率。
18.根据权利要求16所述的电源管理方法，其特征在于，所述产生所述供电信号还包 括调整所述供电信号的大小。
19.根据权利要求16所述的电源管理方法，其特征在于，所述功能单元包括射频收发 机，所述射频收发机的工作模式包括待机模式、接收模式和发送模式，所述产生所述供电信 号包括在待机模式，选用所述开关电源产生所述供电信号；在接收模式，选用所述线性电 源产生所述供电信号；在发送模式，选用所述开关电源产生所述供电信号。
全文摘要
一种电源管理装置和方法，用于向功能单元提供供电信号，所述电源管理装置包括检测单元，检测所述功能单元的工作状态和/或工作环境，产生对应的检测信号；电源输出单元，输入所述检测信号，根据所述检测信号对应的工作状态和/或工作环境产生所述供电信号。本发明根据所述功能单元的工作状态和/或工作环境对电源管理装置的工作效率和输出的供电信号进行调整，降低了系统功耗，延长了待机时间。
文档编号H04B1/40GK102136846SQ20101000336
公开日2011年7月27日 申请日期2010年1月21日 优先权日2010年1月21日
发明者栗星星 申请人:无锡里外半导体科技有限公司