BRPI0702890A2 - controle aprimorado de módulos amplificadores de energia regulados por comutador - Google Patents

Abstract

CONTROLE APRIMORADO DE MODULOS AMPLIFICADORES DE ENERGIA REGULADOS POR COMUTADOR. Várias versões aqui descritas relacionam-se a um bloco de gerenciamento de energia e a um bloco de amplificação utilizados no transmissor de um subsistema de comunicação. O bloco de gerenciamento de energia fornece controle aprimorado para o sinal de controle de ganho fornecido a um pré-amplificador e a voltagem de suprimento fornecida a um amplificador de energia que estão ambos no bloco de amplificação. A energia gasta pelo amplificador de energia é otimizada ao empregar um método de controle contínuo em que um ou mais laços de retro-alimentação são empregados para levar em conta várias características dos componentes do transmissor e dos valores de controle.

Description

CONTROLE APRIMORADO DE MÓDULOS AMPLIFICADORES DE ENERGIAREGULADOS POR COMUTADOR

CAMPO

Esta descrição relaciona-se genericamente adispositivos de comunicação sem fio e, maisparticularmente, ao controle do amplificador de energiaregulado por comutador que utiliza acionador de entrada.

HISTÓRICO

Dispositivos de comunicação sem fio de mão sãoenergizados por uma ou mais baterias internas. 0 principalcritério de desempenho para esses dispositivos é a vidaútil de suas baterias, e uma grande parcela da energia debateria é consumida em um bloco de amplificação de energiado transmissor do dispositivo. Em muitas aplicações sem fiomanuais, o suprimento de energia no modo comutado, quefornece a voltagem de suprimento a um amplificador deenergia no bloco de amplificação de energia, é utilizadopara reduzir o consumo geral de energia. No entanto, istoexige o controle cuidadoso do suprimento de energia no modocomutado para atingir economias de energia ótimas. Parasimplificar o controle, muitos projetos convencionaisutilizam uma técnica de controle de passo fixo, oucontinuo, para controlar o suprimento de energia no modocomutado. No entanto, sem empregar informação adicional,ambas essas técnicas poderão resultar em economias deenergia sub-ótimas, poderão ser de calibragem maiscomplicada, e poderão ter um efeito adverso nos artefatosde compressão do sinal de saída. Com a maioria dosprojetos, os artefatos de compressão são muito baixoscomparados com a energia do sinal até que a voltagem desuprimento fornecida ao amplificador de energia aproxima-sede seu limite de energia de transmissão em cujo ponto osartefatos de compressão aumentam.

SUMÁRIO

Em um aspecto, pelo menos uma versão aqui descritafornece um transmissor para um dispositivo de comunicaçãosem fio. 0 transmissor compreende um bloco de amplificaçãode energia que compreende um pré-amplificador configuradopara amplificar um sinal de transmissão e produzir um sinalde transmissão pré-amplifiçado; e um amplificador deenergia acoplado ao pré-amplificador e configurado paraamplificar o sinal de transmissão pré-amplifiçado paraproduzir um sinal de transmissão amplificado. O transmissorainda compreende um detector acoplado à saída do pré-amplificador e configurado para fornecer um sinal de saídade pré-amplificador detectado; e um bloco de gerenciamentode energia. O bloco de gerenciamento de energia compreendeum bloco de controle regulador de comutação configuradopara gerar um sinal de controle de suprimento de comutaçãocom base no sinal de saída de pré-amplificação detectado; eum suprimento de energia no modo comutado acoplado ao blocode controle regulador de comutação e configurado para gerarum sinal de voltagem de suprimento com base no sinal decontrole de suprimento de comutação e fornecer o sinal devoltagem de suprimento para o amplificador de energia.

Em outro aspecto, pelo menos uma versão aqui descritafornece um dispositivo de comunicação móvel que compreendeum processador principal configurado para controlar aoperação do dispositivo de comunicação móvel; e umsubsistema de comunicação conectado ao processadorprincipal, o subsistema de comunicação sendo configuradopara enviar e receber dados. 0 subsistema de comunicaçãocompreende um bloco de amplificação de energia, umdetector, e um bloco de gerenciamento de energia. 0 blocode amplificação de energia compreende um pré-amplificadorconfigurado para amplificar um sinal de transmissão paraproduzir um sinal de transmissão pré-amplif içadoe umamplificador de energia acoplado ao pré-amplificador econfigurado para amplificar o sinal de transmissão pré-amplificado para produzir um sinal de transmissãoamplificado. O detector é acoplado à saída do pré-amplif icador e configurado para fornecer um sinal de saídade pré-amplificador detectado. 0 bloco de gerenciamento deenergia compreende um bloco de controle regulador decomutação configurado para gerar um sinal de controle desuprimento de comutação configurado para gerar um sinal decontrole de suprimento de comutação com base no sinal desaída de pré-amplificador detectado; e um suprimento deenergia de modo comutado acoplado ao bloco de controleregulador de comutação e configurado para gerar um sinal devoltagem de suprimento com base no sinal de controle desuprimento de comutação e fornecer o sinal de voltagem desuprimento para o amplificador de energia.

Em ainda outro aspecto, pelo menos uma versão aquidescrita fornece um método de fornecer um sinal de controlede suprimento de comutação para o bloco de amplificação deenergia de um transmissor, o bloco de amplificação deenergia incluindo um pré-amplificador e um amplificador deenergia. O método compreende detectar a saída do pré-amplificador para fornecer um sinal de saída de pré-amplificador detectado; e gerar um sinal de controle desuprimento de comutação com base no sinal de saída de pré-amplificação detectado; e gerar o sinal de voltagem desuprimento ao fornecer o sinal de controle de comutaçãopara o suprimento de energia de modo comutado.

DESCRIÇÃO SUCINTA DOS DESENHOS

Para uma melhor compreensão das versões exemplaresaqui descritas e mostrar mais claramente como elas poderãoser colocadas em vigor, será feita agora referência, apenaspor meio de exemplo, aos desenhos acompanhantes em que:

A Figura 1 é um diagrama de blocos de uma versãoexemplar de um dispositivo de comunicação sem fio.

A Figura 2 é um diagrama de blocos de uma versãoexemplar de um componente do subsistema de comunicação dodispositivo móvel da Figura 1.

A Figura 3 é um diagrama de blocos de uma versãoexemplar de uma parte de um bloco de gerenciamento deenergia e um bloco de amplificação do subsistema decomunicação do dispositivo de comunicação sem fio.

A Figura 4 é um diagrama de quadro de fluxo de ummétodo exemplar que pode ser utilizado para encontrarvalores apropriados para uma função de transferência decontrole de comutação para um bloco de controle decomutação do bloco de gerenciamento de energia. E

A Figura 5 é um diagrama de blocos de uma versãoexemplar de uma controladora de limite de energia do blocode gerenciamento de energia.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Será apreciado que por simplicidade e clareza deilustração, quando considerado apropriado, os números dereferência poderão ser repetidos entre as figuras paraindicar elementos correspondentes ou análogos. Além disso,detalhes específicos poderão ser incluídos para forneceruma compreensão abrangente das versões aqui descritas. Noentanto, será compreendido por aqueles de habilidadeordinária na tecnologia que as versões aqui descritaspoderão ser praticadas sem esses detalhes específicos. Emoutros casos, métodos, procedimentos e componentes bemconhecidos nao foram descritos em detalhes de modo a nãoobscurecer as versões aqui descritas. Ademais, estadescrição não deve ser considerada como limitando o escopodas versões aqui descritas, e sim como meramentedescrevendo a implementação das várias versões aquidescritas.

Um dispositivo de comunicação sem fio é um dispositivode comunicaçao bilateral com capacidade de comunicação dedados avançada tendo a capacidade de comunicar com outrossistemas de computador. 0 dispositivo de comunicação semfio também poderá incluir a capacidade para a comunicaçãode voz. Dependendo da funcionalidade fornecida pelodispositivo de comunicação sem fio, ele poderá ser aquireferido como um dispositivo de mensagens de dados, umdispositivo de radiochamada bilateral, um telefone celularcom capacidade de mensagem de dados, um aparelho deInternet sem fio, ou um dispositivo de comunicação de dados(com ou sem capacidade de telefonia) . 0 dispositivo decomunicação sem fio comunica-se com outros dispositivosatravés de uma rede de estações transceptoras.

Com referência primeiro à Figura 1, é nela mostrada umdiagrama de blocos de uma versão exemplar de um dispositivode comunicação sem fio 100 que também poderá ser referidocomo um dispositivo de comunicação móvel. 0 dispositivo decomunicação sem fio 100 compreende um número decomponentes, como a unidade de controle 102 que controla aoperação geral do dispositivo de comunicação sem fio 100. Aunidade de controle 102 poderá ser um microprocessador ouuma microcontroladora. Qualquer microcontroladoracomercialmente disponível, como a microcontroladoradisponível da ARM, Motorola, Intel e assemelhadas poderáser utilizada para a unidade de controle 102.

As funções de comunicação, incluindo a comunicação dedados e possivelmente a de voz, são efetuadas através dosubsistema de comunicação 104. 0 subsistema de comunicação1104 recebe mensagens e envia mensagens para uma rede semfio 180. Em uma versão, o subsistema de comunicação 104poderá ser configurado de acordo com as normas CDMA2000, oucom as normas do Global System for Mobile Communication(GSM) e do General Packet Radio Services (GPRS). A rede semfio GSM/GPRS é utilizada em todo o mundo e espera-se queessas normas eventualmente serão suplantadas pelas normasEnhanced Data GSM Environment (EDGE) e Universal MobileTelecommunications Service (UMTS). Novas normas ainda estãosendo definidas, mas acredita-se que elas terãosimilaridades com o comportamento de rede aqui descrito etambém será compreendido que se pretende que o dispositivoutilize qualquer outra norma adequada que seja desenvolvidano futuro. 0 enlace sem fio que conecta o subsistema decomunicação 104 à rede representa um ou mais canais deradiofreqüência (RF) diferentes, operando de acordo comprotocolos definidos especificados para a comunicaçãoCDMA2 OOO ou a comunicação GSM/GPRS. Com os protocolos derede, esses canais são capazes de suportar tanto acomunicação de voz comutada por circuito como a comunicaçãode dados comutados por pacote.

A unidade de controle 102 também interage comsubsistemas adicionais como a memória de acesso aleatório(RAM) 106, a memória flash 108, a tela 110, um subsistemade entrada/saída auxiliar (I/O) 112, uma porta de dados114, um teclado 116, um alto-falante 118, um microfone 120,um subsistema de comunicação de curto alcance 122 e outrossubsistemas de dispositivo 124. Alguns desses componentespoderão ser opcionais dependendo do tipo particular dedispositivo de comunicação sem fio. Outros tipos dedispositivos de armazenamento não voláteis conhecidos natecnologia poderão ser utilizados em vez da memória flash108. 0 teclado 116 poderá ser uma almofada do tipotelefone, um teclado alfanumérico ou outro tecladoadequado.

Alguns dos subsistemas do dispositivo de comunicaçãosem fio 100 efetuam funções relacionadas à comunicação,enquanto outros subsistemas poderão fornecer funções"residentes" ou no dispositivo. Por meio de exemplo, a tela110 e o teclado 116 poderão ser utilizados tanto parafunções relacionadas com a comunicação, como entrar umamensagem de texto para transmissão pela rede 180, comofunções residentes no dispositivo como a calculadora ou alista de tarefas. O software de sistema operacional, evários outros algoritmos, utilizados pela unidade decontrole 102 são tipicamente armazenados em um armazémpersistente como a memória flash 108, que poderáalternativamente ser uma memória de apenas leitura (ROM) ououtro elemento de armazenamento similar (não mostrado).Aqueles habilitados na tecnologia apreciarão que o sistemaoperacional, aplicações especificas de dispositivos, oupartes das mesmas, poderão ser carregadas temporariamenteem um armazém volátil como a RAM 106.

O dispositivo de comunicação sem fio 10 0 poderá enviare receber sinais de comunicação pela rede 180 após haveremsido completados os procedimentos de registro ou deativação de rede necessários. O acesso à rede é associadoao assinante ou usuário do dispositivo de comunicação semfio 100. Para identificar o assinante, o dispositivo decomunicação sem fio 100 requer um Subscriber IdentityModule ou cartão "SIM" 126 ou um R-UIM (Removable UserIdentity Module) a ser inserido em uma interface SIM 128:(ou uma interface R-UIM) para comunicar com a rede 180. 0cartão SIM ou R-UIM 126 é um tipo de "cartão inteligente"convencional que é utilizado para identificar o assinantedo dispositivo de comunicação sem fio 100 e personalizar odispositivo de comunicação sem fio 100, entre outrascoisas. Alternativamente, informação de identificação dousuário também pode ser programada dentro da memória flash108. Serviços poderão incluir: varredura na Web e mensagenscomo correspondência eletrônica, correspondência por voz,Short Message Service (SMS), e Multimedia MessagingServices (MMS). Serviços mais avançados poderão incluir:pondo de venda, serviço de campo e automatização da equipede vendas.

O dispositivo de comunicação sem fio 100 é umdispositivo energizado por bateria e inclui uma interfacede bateria 132 para receber uma ou mais bateriasrecarregáveis 130. A interface de bateria 132 é acoplada aum regulador (não mostrado) que auxilia a bateria 13 0 afornecer energia de suprimento V+ para o dispositivo decomunicação sem fio 100. Embora a tecnologia atual faça usode uma bateria, tecnologias de fontes de energia futurascomo microcélulas de combustível poderão fornecer a energiado dispositivo de comunicação sem fio 100.

A unidade de controle 102, além de suas funções desistema operacional, permite a execução de aplicações desoftware no dispositivo de comunicação sem fio 100. Umconjunto de aplicações que controlam as operações dodispositivo básico, incluindo aplicações de comunicações dedados e de voz normalmente serão instaladas no dispositivode comunicação sem fio 100 durante sua fabricação. Outraaplicação que poderá ser carregada no dispositivo decomunicação sem fio 100 poderá ser um gerente de informaçãopessoal (PIM) . O PIM tem a capacidade de organizar e degerenciar itens de dados de interesse para o assinantecomo, mas sem a eles se limitar, correspondênciaeletrônica, eventos de calendário, correspondências de voz,compromissos, e itens de tarefas. A aplicação PIM tem acapacidade de enviar e de receber itens de dados através darede sem fio 180. Em uma versão, os itens de dados PIM sãoperfeitamente integrados, sincronizados, e atualizadosatravés da rede sem fio 18 0 com os itens de dadoscorrespondentes do assinante do dispositivo de comunicaçãosem fio armazenados e/ou associados a um sistema decomputador hospedeiro. Esta funcionalidade cria umcomputador hospedeiro espelhado no dispositivo decomunicação 100 com relação a esses itens. Isto éparticularmente vantajoso quando o sistema de computadorhospedeiro é o sistema de computador do escritório doassinante do dispositivo de comunicação sem fio.

Aplicações adicionais também poderão ser carregadas nodispositivo de comunicação sem fio 100 através da rede 180,o subsistema de I/O auxiliar 112, a porta de dados 114, osubsistema de comunicação de curto alcance 122, ou qualqueroutro subsistema de dispositivo adequado 124. Estaflexibilidade na instalação da aplicação aumenta afuncionalidade do dispositivo de comunicação sem fio 100 epoderá fornecer funções aprimoradas no dispositivo, funçõesrelacionadas à comunicação, ou as duas. Por exemplo,aplicações de comunicação segura poderão permitir quefunções de comércio eletrônico e outras transaçõesfinanceiras sejam realizadas utilizando o dispositivo decomunicação sem fio 100.

A porta de dados 114 permite ao assinante estabelecerpreferências através de um dispositivo externo ou aplicaçãode software e amplia as capacidades do dispositivo móvel100 ao fornecer baixas de informação ou de software para odispositivo móvel 100 que não através de uma rede decomunicação sem fio. A via de baixa alternativa, porexemplo, poderá ser utilizada para carregar uma chave decriptografia no dispositivo móvel 100 através de umaconexão direta e, desta forma, confiável para fornecercomunicação segura no dispositivo.

O subsistema de comunicação de curto alcance 122fornece a comunicação entre o dispositivo de comunicaçãosem fio 100 e diferentes sistemas ou dispositivos, sem autilização da rede 180. Por exemplo, o subsistema 122poderá incluir um dispositivo infravermelho e circuitos ecomponentes associados para a comunicação de curto alcance.Exemplos da comunicação de curto alcance poderão incluirnormas desenvolvidas pela Infrared Data Association (IrDA),Bluetooth, e a família 802.11 de normas desenvolvidas peloIEEE.

Em uso, o sinal recebido como uma mensagem de texto,uma mensagem de correspondência eletrônica, ou uma baixa depágina da Web será processado pelo subsistema decomunicação 104 e entrado na unidade de controle 102. Aunidade de controle 102 então processará o sinal recebidopara saída na tela 110 ou alternativamente para osubsistema de 1/0 auxiliar 112. 0 assinante também poderácompor itens de dados, como mensagens de correspondênciaeletrônica, por exemplo, utilizando o teclado 116 emconjunto com a tela 110 e possivelmente o subsistema de 1/0auxiliar 112. 0 subsistema auxiliar 112 poderá incluirdispositivos como: uma tela de toque, o mouse, esfera paraapontar (TrackBall), detector de impressão digitalinfravermelho, ou uma esfera rolante com capacidade depressionamento de botão dinâmico. 0 teclado 116 poderá serum teclado alfanumérico e/ou o teclado do tipo telefone. 0item composto poderá ser transmitido pela rede 150 atravésdo subsistema de comunicação 104.

Para a comunicação de voz, a operação geral dodispositivo de comunicação sem fio 100 é substancialmentesimilar, exceto que a maioria dos sinais recebidos sãoemitidos para o alto-falante 118, e a maioria dos sinaispara transmissão são transduzidos pelo microfone 120.Subsistemas alternativos de I/O de voz ou de áudio, como osubsistema de gravação de mensagem de voz, também poderãoser implementados no dispositivo de comunicação sem fio100. Embora a saída de sinal de voz ou de áudio é efetuadaessencialmente através do alto-falante 118, a tela 110também poderá ser utilizada para fornecer informaçãoadicional como a identidade da parte que chama, a, duraçãoda chamada de voz, ou outra informação relacionada achamada de voz.

Com referência agora à Figura 2, é mostrado umdiagrama de blocos do componente subsistema de comunicação104 da Figura 1. O subsistema de comunicação 104 compreendeum receptor 150, um transmissor 152, um ou mais elementosde antena embutidos ou internos 154, 156, osciladoreslocais (LOs) 158, e um módulo de processamento como oprocessador de sinal digital (DSP) 160.

0 projeto particular do subsistema de comunicação 104é dependente da rede 180 em que o dispositivo móvel 100pretende operar, assim deve ser compreendido que o projetoilustrado na Figura 2 serve apenas como um exemplo. Ossinais recebidos pela antena 154 através da rede 180 sãoentrados no receptor 150, que poderá efetuar funções dereceptor comuns como a amplificação do sinal, a conversãodescendente da freqüência, a filtragem, a seleção de canal,e a conversão analógico-para-digital (A/D). A conversão A/Dde um sinal recebido permite que funções de comunicaçãomais complexas como a demodulação e a decodificação sejamefetuadas no DSP 160. De maneira similar, os sinais a seremtransmitidos são processados, incluindo a modulação e acodificação, pelo DSP 160. Esses sinais processados peloDSP são entrados no transmissor 152 para a conversãodigital-para-analógico (D/A), a conversão ascendente dafreqüência, a filtragem, a amplificação e a transmissãopela rede 180 através da antena 156. O DSP 160 não apenasprocessa os sinais de comunicação, mas também fornece ocontrole para o receptor e o transmissor. Por exemplo, osganhos aplicados aos sinais de comunicação no receptor 150e no transmissor 180 poderão ser controladosadaptativamente através de algoritmos de controle de ganhoautomático implementados no DSP 160.

O enlace sem fio entre o dispositivo móvel 100 e arede 180 poderá conter um ou mais canais diferentes,tipicamente canais RF diferentes, e protocolos associadosutilizados entre o dispositivo móvel 100 e a rede 180. 0canal RF é um recurso limitado que precisa ser conservado,tipicamente devido aos limites na largura de banda geral ea energia de bateria limitada do dispositivo móvel 100.

Quando o dispositivo móvel 100 está inteiramenteoperacional, o transmissor 152 é tipicamente chaveado ouligado apenas quando estiver enviado para a rede 180 efica, de outra forma, desligado para conservar recursos. Demodo similar, o receptor 150 é periodicamente desligadopara conservar energia até ele ser necessário para recebersinais ou informação (se houver) durante períodos de tempodesignados.

As várias versões aqui descritas relacionam-se a umbloco de gerenciamento de energia que pode ser utilizado notransmissor 152 do subsistema de comunicação 104. O blocode gerenciamento de energia fornece o controle aprimoradopara o sinal de controle de ganho fornecido ao pré-amplificador e a voltagem de suprimento fornecida a umamplificador de energia. 0 pré-amplificador e oamplificador de energia estão ambos no bloco deamplificação de energia do transmissor 512. A energia gastapelo amplificador de energia é otimizada ao empregar umcontrole contínuo em que pelo menos um laço de retro-alimentação é empregado para levar em conta váriascaracterísticas de certos componentes do transmissorincluindo o pré-amplificador e o amplificador de energiabem como vários sinais de controle. A estrutura e ametodologia de processamento empregadas pelo bloco degerenciamento de energia também resulta em um desempenho nodomínio de código constante, como será explicado em maiordetalhe abaixo.

Nos sistemas de comunicação que empregam canais decódigo ortogonais para combinar e separar vários fluxos dedados, o projetista precisa ter cuidado para não combinar,vazar ou acrescentar acidentalmente ruído aos diferentescanais ao distorcer o sinal composto. Na maioria dosprojetos, o amplificador final (normalmente o amplificadorde energia) é o dispositivo com maior probabilidade de seracionado dentro da operação não linear. Isto éparticularmente verdadeiro quando técnicas de economia deenergia são utilizadas. Se o grau em que o amplificador deenergia é comprimido varia consideravelmente durante suafaixa de operação, é possível que os efeitos indesejáveisno domínio do código estarão presentes em alguns níveis deenergia e não em outros. Isto torna a pré-compensação dosvários canais de código impossível a menos que tenhamos omeio de variar a compensação com a modificação nas demandasde energia. O amplificador de energia com compressão quaseconstante auxiliará no projeto geral de um transmissor comdesempenho no domínio de código constante e ajudará asimplificar o projeto de banda base sem sacrificar aeficiência de energia.

Com referência agora à Figura 3, é nela mostrada umdiagrama de blocos de uma versão exemplar de uma parte dotransmissor 152, o duplexador 260 e a antena 156 dosubsistema de comunicação 104. O transmissor 152 inclui umbloco de gerenciamento de energia 202, um detector 203, umacoplador 205, um bloco de amplificação de energia 204, umisolador 209 e um acoplador de saída 211. 0 isolador 209 eo acoplador de saída 211 são opcionais conforme é descritomais abaixo. O duplexador 260 também está conectado aoreceptor 150 (não mostrado). O bloco de gerenciamento deenergia 202 inclui um bloco de controle de limite deenergia 207, um bloco de controle regulador de comutação208, um suprimento de energia no modo comutado 210, umbloco de controle de compensação 212, e um somador 213. 0bloco de amplificação de energia 204 inclui um pré-amplificador 214, e um amplificador de energia 216. Emversões alternativa, o acoplador de saída 211 pode seralimentado a um detector para a limitação de energia emalguns casos.

Também deve ser observado que o bloco de controle delimite de energia 207, o bloco de controle de compensação212, o somador 213, e o sinal de controle TX_lim 224 sãoopcionais em algumas versões. Nessas versões, o sinal AGTC222 é fornecido como o sinal de controle de ganho 23 0 parao pré-amplificador 214. Dependendo da aplicação particular,o laço de controle de limite de energia e o laço decompensação podem ser utilizados separadamente. Esses laçossão discutidos em maior detalhe abaixo.

O dispositivo de comunicação sem fio 100 gera um sinalde dado que é para ser transmitido utilizando o transmissor152. O sinal de dado é tipicamente um sinal de freqüênciacomparativamente baixa que é geralmente referido como osinal de banda base. O sinal de banda base é processado porvários componentes (não mostrados mas comumente conhecidosdaqueles habilitados na tecnologia) do subsistema decomunicação 104 e misturado com um sinal de portadora tendouma freqüência substancialmente mais alta para produzir umsinal de transmissão 225. O sinal de transmissão 225 éamplificado pelo bloco de amplificação de energia 204 paraproduzir um sinal de transmissão amplificado 227 para atransmissão sem fio. 0 sinal de transmissão amplificado 227é então enviado através do isolador 209, do acoplador desaída 211, e do duplexador 26 0 para ser irradiado pelaantena 156. O isolador 209 protege o bloco de amplificaçãode energia 204 de reflexos ou outra energia do sinal quevem dos componentes fluxo abaixo, como a antena 156. Oisolador 209 pode, às vezes, ser utilizado para estabilizaro desempenho do duplexador 260.

O pré-amplificador 214 é um amplificador de ganhovariável que produz um sinal de transmissão pré-amplifiçado229. O ganho do pré-amplificador 214 é variado parafornecer uma primeira quantidade de ganho dependendo donível de energia desejado para o sinal de transmissãoamplificado 227. O ganho do pré-amplificador 214 é ditadopor um sinal de controle de ganho 230 fornecido pelo blocode controle de limite de energia 207. O amplificador deenergia 216 então amplifica o sinal de transmissão pré-amplificado 229 para fornecer o restante do ganhonecessário. Um filtro (não mostrado) poderá opcionalmenteser acrescentado após o pré-amplificador 214 para remover oruído que é introduzido dentro do sinal de transmissão pré-amplificado 229 pelo pré-amplificador 214 e estágiosanteriores do dispositivo de comunicação sem fio 100. Umapessoa habilitada na tecnologia será capaz de selecionarparâmetros apropriados para este filtro.

Em qualquer ponto durante a operação, o amplificadorde energia 216 requer um sinal de voltagem de suprimento232 com uma magnitude que é suficiente de modo que o sinalde transmissão amplificado 227 pode ser produzido com nomáximo um nível máximo de distorção aceitável. Se oamplificador de energia 216 está sempre operando com omesmo nível de distorção aceitável, então uma correção fixado dado de banda base correspondente pode ser feito paracontrapor-se à distorção enquanto economiza energia. Assim,quando o sinal de transmissão amplificado 227 está emqualquer energia dentro da faixa dinâmica do transmissor, oamplificador de energia 216 deve ter espaço superiorconstante para assegurar que o sinal de transmissãoamplificado 227 é, no máximo, sempre distorcido da mesmamaneira.

Uma razão para a perda de energia significativa nobloco de amplificação de energia 204 é que o sinal detransmissão amplificado 227 raramente está no nível máximomencionado acima e normalmente está a um nível de energiabem mais baixo. O espaço superior excessivo entre avoltagem de suprimento 232 fornecida ao amplificador deenergia 216 e a magnitude do sinal de transmissãoamplificado 227 é dissipado como calor. Para evitar estaperda de energia, o suprimento de energia de modo comutado210 é controlado pelo bloco de controle regulador decomutação 208 para minimizar o espaço superior mas permitirque o amplificador de energia 216 produza o sinal detransmissão amplificado 227 com a energia máximainstantânea que é necessária para a transmissão.

Um sinal de justificação 220 é um sinal de controleque é fornecido ao bloco de gerenciamento de energia 202pela unidade de controle 102. O sinal de justificação 220 éutilizado para remover a variação unidade-a-unidade durantea calibragem pela fábrica do dispositivo de comunicação semfio 100. A variação deve-se a recuos causados por variaçãode peças para os componentes utilizados para construir otransmissor 152 e os laços de controle. O sinal dejustificação 220 justifica ou reduz as variações causadaspor esses recuos/tolerâncias. Isto pode ser feito aoamostrar a saída do suprimento de energia de modo comutado210 durante a operação e ajustar o valor para o sinal dejustificação 220 para obter um desempenho aceitável. Alémdisso, os artefatos de compressão do transmissor 152 podemser medidos e o valor do sinal de justificação 220 ajustadoaté a quantidade desejada de distorção é observada. 0 sinalde justificação 220 pode ser opcional em alguns projetos,dependendo da pilha de tolerância.

O detector 203 percebe o sinal de transmissão pré-amplif içado 229, que é o acionamento de entrada para oamplificador de energia 216, através de um acoplador 205. 0detector 203 então produz um sinal de saída pré-amplifiçadodetectado 221. Em algumas implementações, o detector 203pode ser uma aproximação de um verdadeiro detector RMS comuma saída escalada linear. No entanto, detectores tendooutras formas de saída, incluindo a saída em Iog, tambémpoderão ser utilizados. A localização do detector 203resulta na estabilidade do laço e em economia de energia aonão acoplar com a saída do amplificador de energia 216 paraperceber o sinal de transmissão amplificado 227. A expansãode ganho do amplificador de energia 216 resultaria em umsistema de controle com pólos de mão direita, se o detector203 for colocado onde ele pode ser influenciado pelaexpansão do ganho (isto é, no lado da saída do amplificadorde energia 216) . Com o detector 203 na saída doamplificador de energia 216, um aumento de energia, causadopela expansão de ganho ou talvez por ruído, por exemplo,faria com que a saída detectada aumentasse e acionasse paracima o sinal de voltagem de suprimento 232. A expansão deganho resultante aumentaria ainda mais a energia detectada.O processo então escalaria. Isto é evitado colocando odetector 203 na saída do pré-amplificador 214.

Uma pessoa habilitada na tecnologia pode selecionar oacoplador apropriado 205 a utilizar com o detector 203.Este processo de seleção terá por base parâmetros como otipo de amplificador de energia 216, sintonia dos váriosblocos de controle no bloco de gerenciamento de energia202, e metas de desempenho geral pretendidas para o blocode gerenciamento de energia 202. Um acoplador direcionalpode ser utilizado para o acoplador 205, mas uma derivaçãoresistiva também poderá ser utilizada se o pré-amplificador214 tiver isolamento reverso suficiente.

O sinal de saída pré-amplifiçado detectado 221 e osinal de justificação 220 são fornecidos ao bloco degerenciamento de energia 2 02 para limitar a energia desaída do bloco de amplificação 204. Isto é feito aoutilizar esses sinais, bem como outra informação discutidaabaixo, para efetuar pelo menos uma entre ajustar o ganhodo pré-amplificador 214 e controlar o suprimento de energiade modo comutado 210 para fornecer o sinal de voltagem desuprimento 232 a um certo nível. Deve-se observar que afonte principal de variação no projeto de transmissor não édevida às características térmicas do amplificador deenergia 216 mas sim as variações nas características etérmicas e de freqüência do pré-amplif icador 214, que sãofracas. Conseqüentemente, ao detectar a energia de saída229 do pré-amplificador 214, a maioria da variação notransmissor 152 pode ser removida enquanto diminuem asperdas de energia no transmissor 152.

O bloco de controle regulador de comutação 208controla o suprimento de energia de modo comutado 210 parafornecer o sinal de voltagem de suprimento 232 de maneiraótima com base no sinal de justificação 220 e no sinal desaída pré-amplifiçado detectado 221. O bloco de controle decomutação 208 aplica uma função de transferência decontrole de comutação para o sinal de saída pré-amplifiçadodetectado 221 e o sinal de justificação 220 para gerar umsinal de controle de suprimento de comutação 22 8 paracontrolar o suprimento de energia de modo comutado 210.

Além disso, em algumas implementações, poderá ser desejávelfiltrar certos componentes de ruído de alta freqüência dosinal de voltagem de suprimento 232. 0 suprimento deenergia de modo comutado 210 poderá ser um conversorcomutador DC-DC. Entretanto, uma ampla classe dedispositivos poderá ser utilizada como o suprimento deenergia de modo comutado 210 desde que os requisitos devoltagem de saída, de corrente, de eficiência e de ruído dobloco de amplificação 204 sejam satisfeitos.

Através da seleção apropriada do detector 2 03 e devalores para a função de transferência de controle decomutação, o bloco de controle regulador de comutação 208pode fornecer valores de controle para o suprimento deenergia de modo comutado 210 para manter o amplificador deenergia 216 em estado de compressão constante. Istosignifica que os artefatos de compressão do sinal detransmissão amplificado 227 são mantidos em uma fraçãoconstante do sinal de dado efetivo. Conseqüentemente,economias de energia são otimizadas ao minimizar o custo davoltagem de suprimento do amplificador de energia 216 emtodas as energias de transmissão possíveis, e os efeitos dacompressão do amplificador de energia 216 sobre o sinal detransmissão amplificado 227 torna-se uma função constanteda energia de transmissão. Isto ocorre pois o amplificadorde energia 216 está sendo fornecido com uma quantidademínima de energia de suprimento pelo sinal de voltagem desuprimento 232, enquanto ainda satisfaz váriasespecificações como a distorção aceitável máxima, por umaampla gama de energia de transmissão. Isto permite que acompensação estática seja aplicada na banda base e nãooutro método de compensação que varia com a energia detransmissão. Em outras palavras, se a compressão doamplificador de energia 216 muda como uma função daenergia, uma compensação dinâmica da energia de domínio decódigo relativa é necessária. O termo energia de domínio decódigo refere-se à proporção de energia relativa ao ruídodo canal de código em questão (os outros canais sãoortogonais e aparecem como ruído). A compensação estáticarefere-se à fixação da correção do domínio de código paracompensar pelas características do hardware mas não paravariação na energia.

A função de transferência de controle de comutação éderivada de uma caracterização da resposta do detector 203,curvas de controle do suprimento de energia de modocomutado 210, e a resposta do amplificador de energia 216ao acionamento de entrada. Esses valores são capturadospelo método 3 00.

Com referência agora à Figura 3, é nela mostrada umdiagrama de quadro de fluxo de um método exemplar 300 quepode ser utilizado para determinar valores apropriados paraa função de transferência de controle de comutação para obloco de controle regulador de comutação 208. O método 300é efetuado em vários dispositivos de comunicação sem fio eos resultados do teste são agregados para formar a funçãode transferência de controle de comutação utilizada pelobloco de controle regulador de comutação 208. O método 300tem início na etapa 302 em que o transmissor 152 é ativado.Na etapa 304, o sinal de transmissão amplificado 227 e acompressão do amplificador de energia 216 são observados.Na etapa 306, o bloco de controle regulador de comutação208 é suprimido, e o suprimento de energia de modo comutado210 é ajustado até a compressão desejada ser atingida parao amplificador de energia 216. A etapa 306 às vezes saltadiretamente (não mostrado) para a etapa 310 se o ajusta davoltagem perturba demais a energia operacional. A saída dodetector 203 (isto é, o sinal de saída pré-amplificadodetectado 221) e a fixação de controle do suprimento deenergia de modo comutado 210 são observados em uma tabelade dados na etapa 308. Na etapa 310, a energia dotransmissor 152 é ajustada e as etapas 304 a 310 sãorepetidas até serem obtidos pontos de dados suficientes.

Em outras palavras, a função de transferência decontrole de comutaçao pode ser gerada ao pesquisar váriosníveis de energia de saída diferentes para o amplificadorde energia 216, e diminuir o sinal de voltagem desuprimento desses níveis até um nível mínimo aceitável deespaço superior ser obtido para cada nível de energia. Istofornece uma primeira relação entre o nível de energia doamplificador de energia 216 e o nível do sinal de voltagemde suprimento 232. Esses diferentes níveis de energia sãoentão relacionados ao nível do acionamento de entrada (istoé, a saída do detector 2 03) enquanto o sinal de voltagem desuprimento 232 é mantido no nível mínimo acabado dedescobrir para cada nível de energia para obter uma relaçãoentre o nível do acionamento de entrada e o nível deenergia do amplificador de energia 216. Essas duas relaçõessão então combinadas para definir a função de transferênciade controle de comutação entre a saída do detector 203 e asaída do suprimento de energia de modo comutado 210. Aresposta em passo da função de transferência de controle decomutação pode então ser observada, quer através demodelagem ou de efetivos testes, e certos parâmetros dafunção de transferência são ajustados para obter um tempoaceitável.

Os pontos de dados gerados através do método 3 00 sãoentão utilizados para derivar a função de transferência decontrole de comutação ótima para o bloco de controleregulador de comutação 208. Uma opção neste ponto éempregar alguma interpolação entre os pontos medidos seassim for desejado. Embora o método 300 gere valoresestáticos para obter a função de transferência de controlede comutação do bloco de controle regulador de comutação208, o método 300 pode ser modificado quando a energia dotransmissor é passada de modo que características dinâmicassão observadas. Neste ponto, uma correção opcional pode seracrescentada para as respostas de tempo dos blocos degerenciamento de energia e de amplificação 202 e 204. Istopode ser feito quer em hardware ou em software. As etapaspara efetuá-lo são as seguintes: 1) medir a resposta depasso do sistema, 2) analisar o formato da resposta paradeterminar a compensação necessária para as funções detransferência para satisfazer os requisitos de tempo, 3)aplicar a compensação e testar o sistema, e 4) voltar àetapa um se necessário e repetir até o desempenho ficarsatisfatório. Este processo é razoavelmente iterativo poisàs vezes são encontrados alguns efeitos colateraisindesejados durante os testes. A função de transferência decontrole de comutação pode então ser definida neste pontoao olhar na resposta de passo dos blocos de gerenciamentode energia e de amplificação 202 e 204 e gerar o inversoapropriado.A função de transferência de controle de comutaçãoempregada pelo bloco de controle regulador de comutação 2 08pode ser realizada com hardware ao utilizar um filtro comuma função de passe baixo de primeira ordem linear e umrecuo. O filtro é recuado um pouco para compensar pelaresposta dos circuitos do comutador/outros circuitos quenão pperam apropriadamente em 0 volts. A implementação comoum filtro pode ser feita ao tomar a resposta de tempodesejada da função de transferência de controle decomutação, aplicar o transforme de Laplace a ela, depoissintetizar o filtro com base nos pólos e zeros que sãogerados. Contudo, a função de transferência de controle decomutação também pode ser realizada com software aoutilizar uma tabela de pesquisa.

O tempo de resposta da função de transferência decontrole de comutação é levada em conta pois a resposta detempo do transmissor inteiro 152 está sujeita a requisitoslegais para a relação entre energia e tempo que édependente da rede. Como tal, a resposta de cada bloco éconsiderada, pois, por exemplo, o desempenho ruim nosuprimento de energia de modo comutado 210 significa quemais compensação é necessária em outro lugar. A resposta detempo também é um fator quando o software é utilizado paraimplementar a função de transferência de controle decomutação. Com software, a análise é feita supondo passosde tempo discretos. A resposta de tempo para o softwaredepende em parte da latência garantida do softwareutilizado para fazer os cálculos e/ou as pesquisas. Em umprocessador com muitas aplicações processandoconcorrentemente a resposta de tempo depende de: 1)eficiência do código, e 2) o sistema operacional, que podeassegurar latências garantidas quando da execução de códigoem tempo real. Em geral, o tempo dos componentes é ajustadopara fornecer o melhor encaixe nos requisitos de tempo quesão estipulados pela norma e pelos provedores da rede. 0valor para um parâmetro de tempo poderá precisar sernegociado contra o valor para outro parâmetro de tempo.

O sinal de controle de ganho 23 0 é fixado pelo blocode controle de limite de energia 207 com base em váriasentradas. Um sinal de controle de ganho automático (AGC)222 e um sinal de controle de limite de transmissão(TX_lim) 224 são fornecidos pela unidade de controle 102.Alternativamente, esses sinais podem ser fornecidos por umprocessador no subsistema de comunicação 104, se um delesexistir. 0 sinal de controle TX_lim 224 especifica aenergia permitida máxima da saída do amplificador deenergia 216. 0 AGC 222 é modificado pela saída do bloco decontrole de compensação 212. O bloco de controle de limitede energia 207 também recebe o sinal de saída pré-amplificado detectado 221, e combina esses sinais parareduzir o acionamento de entrada ao amplificador de energia216 ao controlar o ganho do pré-amplificador 214. 0 efeitodo acionamento de entrada reduzido é uma redução na energiado sinal de transmissão amplificado 227.

Com referência agora à Figura 5, é nela mostrada umdiagrama de blocos de uma versão exemplar do bloco decontrole de limite de energia 207. O bloco de controle delimite de energia 207 inclui um somador 402, um Clipper404, um integrador 4 06, uma função de transferência delimitação de energia 408, e um segundo somador 410. O blocode controle de limite de energia 207 pode prever umacondição de sobre energia antes dela ocorrer e fornecevalores apropriados para o sinal de controle de ganho 23 0impedir que ocorra a condição de sobre energia. Isto tempor base a seleção de valores particulares para a função detransferência de limitação de energia 4 08 e pelo exametanto do sinal de erro de energia (isto é, a saída dosomador 213) e a velocidade de mudança do sinal de erro deenergia (isto é, o sinal de erro 412) antes de gerar novosvalores para o sinal de controle de ganho 230. A velocidadede mudança desses sinais está relacionada à velocidade demudança da saída do detector 203. Se houver uma altavelocidade de mudança, é provável haver um exagero daenergia de saída e uma condição de excesso de energiaresultará.

O sinal de erro de energia é obtido quando o somador402 subtrai o sinal TX_lim 224 do sinal de saída pré-amplifiçado detectado 221. Esta diferença é então passadaseqüencialmente através do Clipper 4 04, do integrador 4 06,e da função de transferência de limitação de energia 4 08para produzir o sinal de erro 412. O clipper 404 produz umsinal de erro de energia cortado ao converter todos osvalores de entrada negativos para zero, e passar valorespositivos com um fator de ajuste para dar conta daquantidade de correção considerada necessária para corrigirpelo pior erro AGC. Assim, a saída do Clipper 404 é igual adiferença de amplitude entre o sinal de saída pré-amplificado detectado 221 e o sinal TX_lim 224 multiplicadopor um fator de ajuste quando o sinal de saída pré-amplificado detectado 221 é maior que o sinal TX Iim 224. 0fator de ajuste é utilizado para fins de escala paracompensar pela sensibilidade dos vários componentes que sãoutilizados, Sem o Clipper 404, o bloco de controle delimite de energia 242 forçaria o transmissor 152 aprocessar na energia máxima independentemente do valor dosinal AGC 222. O integrador 4 06 então integra o sinal deerro de energia cortado para fornecer um sinal de erro deenergia integrado (para atingir erro residual zero naenergia transmitida quando o bloco de controle de limite deenergia 207 se acomodar). 0 integrador 406 pode serimplementado em hardware ou em software.

A função de transferência de limitação de energia 408tem um termo linear e um termo derivativo de primeiraordem. A função de transferência de limitação de energia408 processa o sinal de erro de energia integrado paradetectar uma condição de sobre energia antes dela ocorrer.Durante o rápido crescimento da energia de saída, o laço decontrole de energia, que inclui o bloco de controleregulador de comutação 2 08 e o fornecimento de energia demodo comutado 210 poderá não responder com rapidezsuficiente por conta própria. Quando uma grande velocidadede mudança do erro integrado é detectada, pode-se supor queo limite foi superado e que o sinal de saída precisa sercortado rapidamente. Esta funcionalidade é fornecida pelosvários blocos no bloco de controle de limite de energia 207incluindo a função de transferência de limitação de energia408. A função de transferência de limitação de energia 408é escolhida para obter o desempenho transiente do bloco detransferência de limitação de energia 408 também compensapelo comportamento do pré-amplificador 214 e outrosretardos no transmissor 152. Isto pode ser feito ao aplicaro conhecimento prévio das rampas de energia de formatosdiferentes ao controle do limite de energia de transmissão.

0 termo "rampa de energia" refere-se à relação entreenergia e tempo que é utilizado para transicionar entrediferentes níveis de energia. 0 conhecimento do formatodesejado, isto é, a resposta de tempo, permite um projetomais preciso da função de transferência de limitação deenergia.

Quando o limite de energia do transmissor TX_lim ésuperado, o sinal de erro 412 é subtraído do sinal AGCmodificado 223 pelo somador 410 para produzir o sinal decontrole de ganho 23 0 para controlar o ganho do pré-amplificador 214. Alternativamente, se o limite de energiaTX_lim não é superado, o sinal de erro tem o valor de 0 e osinal de controle de ganho 23 0 é o sinal AGC modificado223. O sinal AGC modificado 223 é gerado ao subtrair asaída do bloco de controle de compensação 212 do sinal AGC 222.

A função de transferência de limitação de energia 4 08pode ser gerada ao selecionar vários valores para o sinaldetectado 221, assim testando vários níveis de sobreenergia com relação ao valor do sinal de controle deenergia de transmissão TX_lim 224, e selecionar valorespara a função de transferência tal que o nível do sinal deerro 412 é ajustado de modo que o sinal de controle deganho 23 0 resulta em um nível aceitável de acionamento deentrada fornecido pela saída do pré-amplificador 214. Istofixa as características de estado estável da função detransferência de limitação de energia 408. Ascaracterísticas transientes da função de transferência delimitação de energia 4 08 são então observadas ao olhar naresposta de passo da função de transferência de limitaçãode energia 408. Os valores da função de transferência delimitação de energia 408 são então ajustados de modo que oexagero e o tempo de acomodação da resposta de passo sãoaceitáveis. Nos projetos que incluem o laço de controle decomutação, o laço de compensação, e o laço de limitação deenergia, a função de transferência de controle de comutaçãoe a função de transferência de compensação são selecionadase sintonizadas antes de sintonizar a função detransferência de limitação de energia.

Dificuldades de calibragem vêm da variação de ganho doamplificador de energia 216 quando a magnitude do sinal devoltagem de suprimento 232 é mudada. À medida que amagnitude do sinal de voltagem de suprimento 232 éaumentada, o ganho do amplificador de energia 216 tambémaumenta. Em esquemas de controle anteriores, o sinal devoltagem de suprimento 232 era controlado como uma funçãodo sinal AGC 222. Com o aumento do sinal AGC 222, o ganhodo amplificador de energia 216 aumenta previsivelmente masa saída aumenta muito mais rapidamente em certos pontos dacurva. Isto é devido ao efeito conjunto de ganho pré-acionador aumentado e a mudança no ganho no amplificador deenergia 216 devido ao sinal de voltagem de suprimento 232.

Assim, oscilações na curva de controle podem ser eliminadasao aplicar compensação adicional ao sinal AGC 222 efornecer ao pré-amplificador 214 um sinal de controle deganho modificado 230.A topologia mostrada do bloco de gerenciamento deenergia 2 04 na Figura 2 é projetada para encarar asdeficiências nos esquemas de controle de comutadorconvencionais. O bloco de gerenciamento de energia 204emprega um laço de retro-alimentação de compensação paracriar uma relação linear entre o sinal AGC 222 e a energiado sinal de transmissão amplificado 227. O laço de retro-alimentação de compensação 212 é um estimador que amostra osinal de voltagem de suprimento 232 na saída dofornecimento de energia de modo comutado 210 e traduz osinal de voltagem de suprimento 232 em um sinal de correçãode ganho 234. O sinal de correção de ganho é entãosubtraído do sinal AGC 222 através do. somador 213 paraproduzir um sinal de controle de ganho modificado 223. 0laço de retro-alimentação de compensação age para anular osefeitos danosos introduzidos pela variação da magnitude dosinal de voltagem de suprimento 232 ao amplificador deenergia 216.

Uma função de transferência de compensação pode serutilizada para traduzir um valor para o sinal de voltagemde suprimento 232 a um valor para o sinal de correção deganho 23-4. Primeiro, a relação entre o ganho e o sinal devoltagem de suprimento 232 para o amplificador de energia216 é determinada para vários amplificadores de energia.Uma vez obtida uma relação média, ela é invertida, levandoem conta algumas características médias do pré-amplificador214, como a inclinação de controle do pré-amplificador 214,para produzir a função de transferência de compensação talque há uma relação linear entre o ganho e o sinal devoltagem de suprimento 232. Uma característica do pré-amplificador 214 a considerar é o ganho médio verso a curvade voltagem de controle. As características térmicas podemser compensadas na energia superior ao casar ascaracterísticas do detector e da cadeia de transmissão.

Alternativamente, outro projeto que utiliza compensação desoftware de força bruta poderá ser utilizado que temcompensação para temperaturas a todos os níveis de energia.

Uma vez selecionada a função de transferência decompensação, as propriedades transientes são examinadas aoolhar na resposta de passo para ter certeza que ela seenquadra dentro de limites aceitáveis. Em projetos queutilizam a função de transferência de controle decomutação, a função de transferência de compensação éselecionada e sintonizada após a função de transferência decontrole de comutação ter sido selecionada e sintonizada.

Nos projetos que também utilizam a função de transferênciade limitação de energia, os parâmetros para o bloco decontrole de limite de energia 207 são fixados altos paranão ter um efeito sobre a seleção e sintonização da funçãode transferência de compensação.

A função de transferência de compensação poderá serimplementada em software por uma tabela de pesquisa ou emhardware utilizando um filtro de hardware. Quando a funçãode transferência de compensação é realizada através de umatabela de pesquisa, o sinal de voltagem de suprimento 232 esua velocidade de mudança é utilizado para determinar ovalor para o sinal de correção de ganho 234. A velocidadede mudança do sinal de voltagem de suprimento 232 pode serutilizada para antecipar o estado em que estará oamplificador de energia 216 a seguir pois leva algum tempopara os outros circuitos se ajustarem. Em um projeto maisavançado, pode-se monitorar outros parâmetros esconsos.

Quando a função de transferência de compensação érealizada com um filtro, o transforme de Laplace é aplicadoà resposta de tempo ou a resposta de impulso quecorresponde ã função de transferência de compensação, e ofiltro é então sintetizado com base nos pólos e zeros quesão gerados pela operação de transforme de Laplace. Aseleção da função de transferência de compensação permite acompensação não apenas das mudanças de ganho estáticas mastambém a variação dinâmica devida aos hiatos no controle degerenciamento de energia e nos blocos de amplificação deenergia 202 e 204. A função de transferência de compensaçãotem um termo linear e um termo derivativo de primeiraordem.

O efeito do laço de retro-alimentação de compensação éo de linearizar a relação entre a energia do sinal detransmissão amplificado 227 e o sinal AGC 222 para otransmissor 152. Outro resultado é que o laço de retro-alimentação de compensação diminui ou adia os efeitos dasaturação para esta relação. Outrossim, separar a função delimitação de energia da função de controle de compensaçãodiminui os requisitos de precisão do bloco de controle decompensação 212.

Deve-se observar que a limitação de energiaindependente da velocidade de dados precisos é fornecidapela escolha do detector 203 e o modo em que o bloco decontrole de limite de energia 207 é sintonizado. Com amudança na proporção de energia de pico para a média, asaída observada do detector 203 varia se ele não for umverdadeiro detector RMS. A precisão da função detransferência de limitação de energia 408 dependerá dedetectar a verdadeira energia RMS. Outrossim, algunsdetectores terão uma saída Iog. Com a saída log, a partesuperior da escala é mais comprimida de modo que o controlefino da energia de saída envolve comparar diferenças devoltagem crescentemente menores. Com um detector RMSverdadeiro linear, a medição é independente da velocidadedo dado e a extremidade superior da escala é expandida.Contudo, em alguns projetos, um detector não RMS pode serutilizado.

Como com a função de transferência de controle decomutação, a função de transferência de limitação deenergia 408 e a função de transferência de controle decompensação podem ser implementados em hardware com umfiltro. Alternativamente, essas funções de transferênciapoderão ser implementadas com software (isto é, como umatabela de pesquisa).

Ao colocar o detector 203 após o pré-amplificador 214e antes do amplificador de energia 216, é possível eliminaro isolador 209 e o acoplador de saída 211. Em contraste, seo detector 203 foi colocado na saída do amplificador deenergia 216, o isolador 209 e/ou o acoplador de saída 211seriam obrigados a impedir que a energia refletida fossesentida pelo detector 203. Ainda, haveriam perdas deenergia no sinal de transmissão amplificado 227 devido aamostragem feita pelo acoplador 205 se ele foi colocado nasaída do amplificador de energia 216.

0 isolador 209 e o acoplador de saída 211 podem serremovidos pois a isolação reversa do amplificador deenergia 216 impede que a energia refletida atinja odetector 203. A isolação reversa do amplificador de energia216 é indicada pelo parâmetro Si2 que é a proporção entre aenergia na entrada do amplificador de energia 216 e aenergia na saída do amplificador de energia 216 quandonenhum sinal de entrada é fornecido ao amplificador deenergia 216 e a energia é injetada na saída do amplificadorde energia 216. Uma boa isolação reversa pode ser obtida aocontrolar a capacitância do portal de dreno do estágio deganho final do amplificador de energia 216 (paraamplificadores de energia FET) ou a capacitância da basecoletora do estágio de ganho final do amplificador deenergia 216 (para os amplificadores de energia HBT).

A remoção do isolador 209 e do acoplador de saída 211resulta em uma economia de custo/espaço devido aimplementação do transmissor com um número reduzido decomponentes. Além disso, a remoção do isolador 209 e doacoplador de saída 211 elimina componentes adicionaisquando a energia poderá desviada ou dissipada entre o blocode amplificação de energia 204 e a antena 156, que reduz aquantidade de perda de energia no sinal de transmissãoamplificado 227 antes dele atingir a antena 156.

No entanto, com a remoção do isolador 209 e doacoplador de saída 211, o amplificador de energia 216precisa ser casado ao duplexador 260 para impedir mudançasna energia induzidas pela carga (especialmente se oisolador 209 é removido) . A energia refletida na saída doamplificador de energia 216 como resultado de deslocamentosde carga pode causar mudança na energia à frente aoperturbar o ponto de operação do amplificador de energia216. Outrossim, a energia refletida pode às vezes perturbara entrada do amplificador de energia 216 se o isolamentoreverso for fraco. No entanto, com um bom isolamentoreverso e casamento no duplexador 260, o isolador 209 e oacoplador de saída 211 podem ser removidos sem incorrer aspenalidades costumeiras de precisão de energia de saídamáxima.

Deve-se observar que a arquitetura do bloco degerenciamento de energia 202 juntamente com a localizaçãodo detector 203 resulta em: 1) limitação de energia,independente da velocidade, e precisa (devido a umacombinação da função de transferência de limitação deenergia 4 08 e a escolha do detector resultando em uma faixasuperior expandida), 2) linearização da curva AGTC versoenergia de transmissão para o bloco de amplificação 204, e3) compressão quase constante do amplificador de energiaverso energia de transmissor. Ainda, cada função detransferência é sintonizada de maneira apropriada à suafuncionalidade e as funções de transferência utilizadas nosvários blocos são diferentes umas da outras.

A estrutura e o método aqui descritos permitem aoperação do amplificador de energia 216 em compressãoconstante independente da energia do transmissor 152. Istoresulta em: a) economia de energia ótima pois oamplificador de energia 216 é dotado de um mínimo devoltagem de suprimento conforme descrito anteriormente, eb) desempenho de domínio de código constante. A arquiteturado transmissor 152 também permite perdas mais baixas entreo amplificador de energia 216 e a antena 156 sem incorrerpenalidades na precisão da energia.O bloco de gerenciamento de energia 2 04 pode serdividido em três subcomponentes: um laço de controleregulador de comutação, um laço de retro-alimentação decompensação e um laço de retro-alimentação de limitação deenergia. O laço de controle regulador de comutação inclui oacoplador 205, o detector 203, o bloco de controleregulador de comutação 2 08, e o suprimento de energia demodo comutado 210. O laço de retro-alimentação decompensação inclui os componentes do laço de controleregulador de comutação bem como o bloco de controle decompensação 212, e o somador 213 e recebe entradas do sinalde controle AGC 222 e o sinal de controle TX_lim 224. Olaço de retro-alimentação de limitação de energia inclui oacoplador 203, o detector 203, e o bloco de controle delimitação de energia 207 e recebe entradas da saída dosomador 213 e do sinal de controle TX_lim 224.

Várias versões foram aqui descritas apenas por meio deexemplos. Várias modificações e variações poderão serfeitas a essas versões sem desviar do espírito e escopodessas versões, que são definidos pelas reivindicaçõesapensas.

Claims (21)

1. Transmissor para um dispositivo de comunicação semfio, caracterizado pelo fato do transmissor compreender:um bloco de amplificação de energia que compreende:um pré-amplificador configurado para amplificarum sinal de transmissão para produzir um sinal detransmissão pré-amplifiçado; eum amplificador de energia acoplado ao pré-amplificador e configurado para amplificar o sinal detransmissão pré-amplifiçado para produzir um sinal detransmissão amplificado;um detector acoplado à saída do pré-amplificador econfigurado para fornecer um sinal de saída pré-amplifiçadodetectado; eum bloco de gerenciamento de energia que compreende:um bloco de controle regulador de comutaçãoconfigurado para gerar um sinal de controle de suprimentode comutação com base no sinal de saída pré-amplifiçado; eum suprimento de energia no modo comutadoacoplado ao bloco de controle regulador de comutação e-configurado para gerar um sinal de voltagem de suprimentocom base no sinal de controle de suprimento de comutação efornecer o sinal de voltagem de suprimento ao amplificadorde energia.

2. Transmissor, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato do bloco de controle regulador decomutação compreender uma função de transferência decontrole de comutação que é utilizada para gerar o sinal decontrole de suprimento de comutação com base no sinal desaída pré-amplifiçado detectado.

3. Transmissor, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato do bloco decontrole regulador de comutação ser ainda configurado paratambém utilizar um sinal de justificação para gerar o sinalde controle de suprimento de comutação, o sinal dejustificação sendo gerado para compensar por tolerânciasdos componentes utilizados para construir o transmissor.

4. Transmissor, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato do blocode controle regulador de comutação ser configurado parafornecer valores de controle para o suprimento de energiade modo comutado para conter o amplificador de energia emum estado de compressão constante.

5. Transmissor, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato da função de transferência decontrole de comutação ser derivada com base em umacaracterização da resposta do detector, curvas de controledo suprimento de energia de modo comutado, e uma respostado amplificador de energia ao acionamento de entrada.

6. Transmissor, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4 ou 5, caracterizado pelo fato dobloco de gerenciamento de energia compreender ainda umbloco de controle de limite de energia configurado parafornecer um sinal de controle de ganho para o pré-amplificador para limitar a energia de transmissão do blocode amplificação de energia, em que o bloco de controle delimitação de energia é acoplado ao detector e gera o sinalde controle de ganho com base no sinal de saída pré-amplifiçado detectado, um sinal de limite de energia detransmissão e um segundo sinal de controle de ganho.

7. Transmissor, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4 ou 5, caracterizado pelo fato dobloco de gerenciamento de energia compreender ainda umbloco de controle de compensação configurado para fornecerum sinal de correção de ganho com base no sinal de voltagemde suprimento e em que o sinal de correção de ganho ésubtraído do sinal de controle de ganho automático (AGC)para gerar um sinal de controle de ganho para o pré-amplificador.

8. Dispositivo de comunicação móvel, caracterizado porcompreender:um processador principal configurado para controlar aoperação do dispositivo de comunicação móvel;um subsistema de comunicação conectado ao processadorprincipal, o subsistema de comunicação sendo configuradopara enviar e receber dados, o subsistema de comunicaçãocompreendendo:um bloco de amplificação de energia compreendendoum pré-amplificador configurado para amplificar um sinal detransmissão para produzir um sinal de transmissão pré-amplifiçado; e um amplificador de energia acoplado ao pré-amplificador e configurado para amplificar o sinal detransmissão pré-amplifiçado para produzir um sinal detransmissão amplificado;um detector acoplado à saída do pré-amplificadore configurado para fornecer um sinal de saída pré-amplificado detectado; eum bloco de gerenciamento de energia quecompreende um bloco de controle regulador de comutaçãoconfigurado para gerar um sinal de controle de suprimentode comutação com base no sinal de saída pré-amplifiçadodetectado; e um suprimento de energia de modo comutadoacoplado ao bloco de controle regulador de comutação econfigurado para gerar um sinal de voltagem de suprimentocom base no sinal de controle de suprimento de comutação efornecer o sinal de voltagem de suprimento para oamplificador de energia.

9. Dispositivo de comunicação móvel, de acordo com areivindicação 8, caracterizado pelo fato do bloco decontrole regulador de comutação compreender uma função detransferência de controle de comutação que é adaptado paragerar o sinal de controle de suprimento de comutação combase no sinal de saída pré-amplifiçado detectado.

10. Dispositivo de comunicação móvel, de acordo comqualquer uma das reivindicações 8 ou 9, caracterizado pelofato do bloco de controle regulador de comutação serconfigurado ainda para também utilizar um sinal dejustificação para gerar o sinal de controle de suprimentode comutação, o sinal de justificação sendo gerado paracompensar por tolerâncias dos componentes utilizados paraconstruir o subsistema de comunicação.

11. Dispositivo de comunicação móvel, de acordo comqualquer uma das reivindicações 8, 9 ou 10, caracterizadopelo fato do bloco de controle regulador de comutação serconfigurado para fornecer valores de controle para osuprimento de energia de modo comutado para manter oamplificador de energia em um estado de compressãoconstante.

12. Dispositivo de comunicação móvel, de acordo comreivindicação 9, caracterizado pelo fato da função detransferência de controle de comutação ser derivada combase em uma caracterização de resposta do detector, decurvas de controle do suprimento de energia de modocomutado, e de uma resposta do amplificador de energia aoacionamento de entrada.

13. Dispositivo de comunicação móvel, de acordo comqualquer uma das reivindicações 8, 9, 10, 11 ou 12,caracterizado pelo fato do bloco de gerenciamento deenergia compreender ainda um bloco de controle de limite deenergia configurado para fornecer um sinal de controle deganho para o pré-amplificador para limitar a energia detransmissão do bloco de amplificação de energia, em que obloco de controle de limite de energia ser acoplado aodetector e gerar o sinal de controle de ganho com base nosinal de saída pré-amplifiçado detectado, um sinal delimite de energia de transmissão e um segundo sinal decontrole de ganho.

14. Dispositivo de comunicação móvel, de acordo comqualquer uma das reivindicações 8, 9, 10, 11 ou 12,caracterizado pelo fato do bloco de gerenciamento deenergia compreender ainda um bloco de controle decompensação configurado para fornecer um sinal de correçãode ganho com base no sinal de voltagem de suprimento, e emque o sinal de correção de ganho ser subtraído de um sinalde controle de ganho automático (AGC) para gerar um sinalde controle de ganho para o pré-amplificador.

15. Método de fornecer um sinal de controle desuprimento de comutação a um bloco de amplificação deenergia, o bloco de amplificação de energia incluindo umpré-amplificador e um amplificador de energia,caracterizado pelo fato do método compreender:detectar a saída do pré-amplificador para fornecer umsinal de saída pré-amplifiçado detectado;gerar um sinal de controle de suprimento de comutaçãocom base no sinal de saída pré-amplifiçado detectado; egerar o sinal de voltagem de suprimento ao fornecer osinal de controle de suprimento de comutação a umsuprimento de energia de modo comutado.

16. Método, de acordo com a reivindicação 15,caracterizado pelo fato do método compreender utilizar umafunção de transferência de controle de comutação para geraro sinal de controle de suprimento de comutação com base nosinal de saída pré-amplifiçado detectado.

17. Método, de acordo com a qualquer uma dasreivindicações 15 ou 16, caracterizado pelo fato do métodocompreender ainda utilizar um sinal de justificação paragerar o sinal de controle de suprimento de comutação, osinal de justificação sendo gerado para compensar portolerâncias dos componentes utilizados para construir otransmissor.

18. Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 15, 16 ou 17, caracterizado pelo fato dométodo compreender gerar o sinal de controle de suprimentode comutação para fornecer o sinal de voltagem desuprimento para manter o amplificador de energia em estadode compressão constante durante o uso.

19. Método, de acordo com a reivindicação 16,caracterizado pelo fato do método compreender ainda derivara função de transferência de controle de comutação com baseem uma caracterização da resposta do detector, de curvas decontrole do suprimento de energia de modo comutado, e deuma resposta do amplificador de energia ao acionamento deentrada.

20. Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 15, 16, 17, 18 ou 19, caracterizado pelofato do método compreender ainda fornecer um sinal decontrole de ganho para o pré-amplificador para limitar aenergia de transmissão do bloco de amplificação de energia,em que o sinal de controle de ganho é gerado com base nosinal de saída pré-amplif içado detectado, em um sinallimite de energia de transmissão e em um segundo sinal decontrole de ganho.

21. Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 15, 16, 17, 18 ou 19, caracterizado pelofato do método compreender ainda fornecer um sinal decorreção de ganho com base no sinal de voltagem desuprimento, e subtrair o sinal de correção de ganho de umsinal de controle de ganho automático (AGC) para gerar umsinal de controle de ganho para o pré-amplificador.