BRPI0702896A2 - controle de acionamento de entrada para módulos de amplificador de energia regulados por comutador - Google Patents

Abstract

CONTROLE DE ACIONAMENTO DE ENTRADA PARA MóDULOS DE AMPLIFICADOR DE ENERGIA REGULADOS POR COMUTADOR. Várias versões aqui descritas relacionam-se a um bloco de gerenciamento de energia e 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 valores de controle.

Description

CONTROLE DE ACIONAMENTO DE ENTRADA PARA MÓDULOS DEAMPLIFICADOR DE ENERGIA REGULADOS POR COMUTADOR

CAMPO

Versões aqui descritas relacionam-se genericamente adispositivos de comunicação sem fio e, maisparticularmente, à operação aprimorada com módulos deamplificador de energia regulado por comutador.

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, juntamente como regulador de comutação, é utilizado para reduzir oconsumo geral de energia. No entanto, isto exige o controlecuidadoso do suprimento de energia no modo comutado paraatingir economias de energia ótimas. Muitos projetosconvencionais utilizam uma técnica de controle de passofixo, ou contínuo, para controlar o suprimento de energiano modo comutado. No entanto, a utilização de um reguladorde comutação para reduzir a voltagem de suprimento aoamplificador de energia, resulta em várias dificuldades,tanto na calibragem na fábrica como no desempenho dodispositivo. Por exemplo, com esses métodos de controle decomutação convencionais, há uma não linearidade na curva decontrole resultante, que torna difícil a calibragem e acompensação de temperatura.

SUMÁRIO

Em um aspecto, pelo menos uma versão aqui descritafornece um transmissor para um dispositivo de comunicaçãosem fio. O 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 bloco de gerenciamento de energia quecompreende: um bloco de suprimento de energia configuradopara gerar e fornecer um sinal de voltagem de suprimento eo amplificador de energia; e um bloco de controle decompensação configurado para ajustar um sinal de controlede ganho automático (AGC) para controlar o ganho do pré-amplif icador , o bloco de controle de compensação sendoacoplado à saída do bloco de suprimento de energia paragerar um sinal de correção de ganho com base no sinal devoltagem de suprimento para modificar o sinal AGC.

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; um subsistemade comunicação conectado ao processador principal, osubsistema de comunicação sendo configurado para enviar ereceber dados. O subsistema de comunicação compreende umbloco de amplificação de energia que compreende um pré-amplificador configurado para amplificar um sinal detransmissão e 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 e produzir um sinal detransmissão amplificado; e um bloco de gerenciamento deenergia que compreende um bloco de suprimento de energiaconfigurado para gerar e fornecer um sinal de voltagem desuprimento e ao amplificador de energia; e um bloco decontrole de compensação configurado para ajustar o sinal decontrole de ganho automático (AGC) para controlar o ganhodo pré-amplificador, o bloco de controle de compensaçãosendo acoplado à saída do bloco de suprimento de energiapara gerar um sinal de correção de ganho com base no sinalde voltagem de suprimento para modificar o sinal AGC.

Em ainda outro aspecto, pelo menos uma versão aquidescrita fornece um método de controlar o ganho do bloco deamplificação de energia do transmissor, o bloco deamplificação de energia incluindo um pré-amplificador e umamplificador de energia. 0 método compreende gerar efornecer um sinal de voltagem de suprimento e aoamplificador de energia; gerar um sinal de correção deganho com base no sinal de voltagem de suprimento; emodificar o sinal de controle de ganho automático (AGC)para controlar o ganho do pré-amplif icador com base nosinal de correção de ganho.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

Para uma melhor compreensão das versões aqui descritase mostrar mais claramente como elas poderão ser colocadasem vigor, será feita agora referência, apenas por meio deexemplo, 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 do transmissor da Figura 2 tendo umbloco de gerenciamento de energia e um bloco deamplificação.

A Figura 4 é um diagrama de blocos de uma parte de umtransmissor convencional que emprega o esquema degerenciamento de energia por regulador de comutação decontrole contínuo.

A Figura 5 é um gráfico de um sinal de controle deganho verso sinal de suprimento de energia variável e daenergia do sinal de transmissão amplificado para otransmissor da Figura 4.

A Figura 6 é um diagrama de blocos de uma parte deoutro transmissor convencional que emprega o esquema degerenciamento de energia do regulador de comutação paracontrole de passo.

A Figura 7 é um gráfico do sinal de controle de ganhoverso sinal de suprimento de energia variável e da energiade sinal de transmissão amplificada para o transmissor daFigura 6.

A Figura 8 é um gráfico do sinal de transmissãoamplificado verso o sinal de controle de ganho para otransmissor da Figura 3 com e sem o laço de compensação. E

A Figura 9 é um diagrama de blocos de uma versãoexemplar de um bloco de controle do limite de energia quepode ser utilizado no bloco de gerenciamento de energia dotransmissor da Figura 3.

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 não 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 comunicação bilateral com capacidade de comunicação dedados avançada tendo a capacidade de se comunicar comoutros sistemas de computador. 0 dispositivo de comunicaçãosem fio também poderá incluir a capacidade para acomunicação de voz. Dependendo da funcionalidade fornecidapelo dispositivo de comunicação sem fio, ele poderá seraqui referido 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 comunicação104 recebe mensagens e as envia para uma rede sem fio 180.

Em uma versão, o subsistema de comunicação 104 poderá serconfigurado de acordo com as normas CDMA2 000, ou com asnormas do Global System for Mobile Communication (GSM) e doGeneral Packet Radio Services (GPRS). A rede sem fioGSM/GPRS é utilizada em todo o mundo e espera-se que essasnormas 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. O enlace sem fio que conecta o subsistema decomunicação 104 à rede representa um ou mais canais defreqüência de rádio (RF) diferentes, operando de acordo comprotocolos definidos especificados para a comunicaçãoCDMA2 000 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 100 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 130 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 básicasdo dispositivo, 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,do subsistema de I/O auxiliar 112, da porta de dados 114,do subsistema de comunicação de curto alcance 122, ou dequalquer outro 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 curtoalcance. Exemplos da comunicação de curto alcance poderãoincluir normas desenvolvidas pela Infrared Data Association(IrDA), Bluetooth, e a família 802.11 de normasdesenvolvidas pelo IEEE.

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. O 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. O 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. O 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.

O projeto particular do subsistema de comunicação 104é dependente da rede 18 0 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 18 0 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 152 poderão ser controlados adaptivamenteatravés de algoritmos de controle de ganho automáticoimplementados 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. Ocanal 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. O pré-amplificador e oamplificador de energia estão ambos no bloco deamplificação de energia do transmissor 152. 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 para modificar ocontrole AGC do pré-amplificador e linearizar a relaçãoentre a energia do sinal de transmissão amplificado e osinal de controle de ganho AGC que é fornecido ao bloco deamplificação.

Com referência agora à Figura 3, é nela mostrada umdiagrama de blocos de uma versão exemplar de uma parte dotransmissor 152 que pode ser utilizado no subsistema decomunicação 104 do dispositivo de comunicação sem fio 100.O transmissor 152 inclui um bloco de amplificação deenergia 204, um bloco de gerenciamento de energia 206, umisolador opcional 210 e um acoplador de saída opcional 211.O acoplador de saída 212 é conectado à antena 156 atravésde um duplexador 260. O duplexador 260 também estáconectado ao receptor 150 (não mostrado). Em alguns casos,o acoplador de saída 212 pode ser conectado ao detector 234para a limitação da energia. Estruturas que são adequadaspara a antena 156, o isolador 210, o acoplador de saída 212e o duplexador 260 são comumente conhecidas daqueleshabilitados na tecnologia e não serão mais descritas.

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. 0 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 218. O sinal de transmissão 218 éamplificado pelo bloco de amplificação de energia 2 04 paraproduzir um sinal de transmissão amplificado 220 para atransmissão sem fio. 0 sinal de transmissão amplificado 220é então enviado através do isolador 210, do acoplador desaída 211, e do duplexador 260 para ser irradiado pelaantena 156. O isolador 210 protege o bloco de amplificaçãode energia 204 de reflexos ou outra energia do sinal quevem dos componentes fluxo abaixo, (isto é, a antena 156). Osinal de transmissão amplificado 220 é suficientementeamplificado de modo que ele é recebido com pouca ou nenhumaperda de dados na estação base remota ou outro dispositivode comunicação.

O bloco de amplificação de energia 204 inclui um pré-amplificador 222 e um amplificador de energia 224. O pré-amplificador 222 é um amplificador de ganho variável etipicamente tem uma ampla faixa de energia. O pré-amplificador produz um sinal de transmissão pré-amplifiçado228. O ganho do pré-amplificador 222 é variado parafornecer uma primeira quantidade de ganho dependendo donível de energia desejado para o sinal de transmissãoamplificado 220. O ganho do pré-amplificador 222 é ditadopor um sinal de controle de ganho 226 fornecido pelo blocode controle de limite de energia 240. 0 amplificador deenergia 224 então amplifica o sinal de transmissão pré-amplificado 228 para fornecer o restante do ganhonecessário. 0 amplificador de energia 224 pode fornecer umganho substancial, mas tipicamente tem um ganho de energiamenor que o pré-amplif icador 222. Será compreendido parauma pessoa habilitada na tecnologia que o amplificador deenergia 224 poderá incluir um ou múltiplos estágios deamplificação.

Um filtro (não mostrado) poderá opcionalmente seracrescentado após o pré-amplificador 222 para remover oruído que é introduzido dentro do sinal de transmissão pré-amplificado 228 pelo pré-amplificador 222 e estágiosanteriores do dispositivo de comunicação sem fio 100. Ascaracterísticas específicas do filtro, como a faixa defreqüência da banda de passagem ou a ordem do filtro,dependerá do ruído que deve ser filtrado. Aqueleshabilitados na tecnologia serão capazes de selecionarparâmetros apropriados para o filtro.

O bloco de amplificação de energia de saída 204 écontrolado pelo bloco de gerenciamento de energia 206. 0bloco de gerenciamento de energia 206 inclui um acoplador232, um detector 234, um bloco de controle regulador decomutação 236, um suprimento de energia de modo comutado23 8, um bloco de controle de limite de energia 24 0, umbloco de controle de compensação 242 e um somador 244. Obloco de gerenciamento de energia 2 04 pode ser dividido emtrês subcomponentes: um bloco de suprimento de energiatambém conhecido como o laço de controle regulador decomutação, um laço de retro-alimentação de compensação e umlaço de retro-alimentação de limitação de energia. O laçode controle regulador de comutação inclui o acoplador 232,o detector 234, o bloco de controle regulador de comutação236, e o suprimento de energia de modo comutado 238. 0 laçode retro-alimentação de compensação inclui os componentesdo laço de controle regulador de comutação bem como o blocode controle de compensação 242, e o somador e recebeentrada do sinal de controle AGC 2 54 e do sinal de controleTX_lim 246. O laço de retro-alimentação de limitação deenergia inclui o acoplador 232, o detector 234, e o blocode controle de limite de energia 24 0 e recebe entradas dasaída do somador 244 e do sinal de controle TX_lim 246.

Também deve ser observado que o bloco de controle delimite de energia 24 0, o bloco de controle de compensação242, o somador 244 e o sinal de controle TX_lim 246 sãoopcionais em algumas versões. Nessas versões, o sinal AGC éfornecido como o sinal de controle de ganho 226 para o pré-amplificador 222. Ademais, dependendo da aplicaçãoparticular, o laço de controle de limite de energia e olaço de compensação podem ser utilizados separadamente.

Esses laços são discutidos em maior detalhe abaixo.

Em qualquer ponto durante a operação, o amplificadorde energia 224 requer um sinal de voltagem de suprimento230 com uma magnitude que é suficiente de modo que o sinalde transmissão amplificado 220 pode ser produzido com nomáximo um nível máximo de distorção aceitável. Se oamplificador de energia 224 está sempre operando com omesmo nível de distorção aceitável, então uma correção fixado dado de banda base correspondente pode ser feita paracontrapor-se à distorção enquanto economiza energia. Assim,quando o sinal de transmissão amplificado 22 0 está emqualquer energia dentro da faixa dinâmica do transmissor, oamplificador de energia 224 deve ter espaço superiorconstante para assegurar que o sinal de transmissãoamplificado 220 é, no máximo, sempre distorcido da mesmamaneira.

Uma razão para a perda de energia significativa nobloco de amplificação de energia 2 04 é que o sinal detransmissão amplificado 220 raramente está no nível máximomencionado acima e normalmente está a um nível de energiabem mais baixo. 0 espaço superior excessivo entre avoltagem de suprimento 23 0 fornecida ao amplificador deenergia 224 e a magnitude do sinal de transmissãoamplificado 220 é dissipado como calor. Para evitar estaperda de energia, o suprimento de energia de modo comutado238 é controlado pelo bloco de controle regulador decomutação 236 para fornecer o sinal de voltagem desuprimento 230 com uma certa magnitude tal que há umaquantidade pequena, mas suficiente, de espaço superior paraproduzir o sinal de transmissão amplificado 22 0 comdistorção aceitável. O bloco de controle regulador decomutação 23 6 e o suprimento de energia de modo comutado238 compreendem o bloco de suprimento de energia.

Um sinal de justificação 258 é um sinal de controleque é fornecido ao bloco de gerenciamento de energia 206pela unidade de controle 102. O sinal de justificação 258 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 retro-alimentação/decontrole. O sinal de justificação 258 justifica ou reduz asvariações causadas por esses recuos/tolerâncias. Isto podeser feito ao amostrar a saída do suprimento de energia demodo comutado 23 8 durante a operação e ajustar o valor parao sinal de justificação 258 para obter um desempenhoaceitável. Além disso, os artefatos de compressão dotransmissor 152 podem ser medidos e o valor do sinal dejustificação 258 ajustado até a quantidade desejada dedistorção ser observada. 0 sinal de justificação 258 podeser opcional em alguns projetos, dependendo da pilha detolerância.

O detector 234 percebe o sinal de transmissão pré-amplificado 228, que é o acionamento de entrada para oamplificador de energia 224, através do acoplador 232. 0detector 234 então produz um sinal de saída pré-amplifiçadodetectado 256. Em algumas implementações, o detector 234pode ser uma aproximação de um verdadeiro detector RMS comuma saída escalada linear. No entanto, detectores tendooutras formas de saída, incluindo a saída em log, tambémpoderão ser utilizados. Ademais, detectores não RMS tambémpodem ser utilizados. A localização do detector 234 resultana estabilidade do laço e em economia de energia ao nãoacoplar com a saída do amplificador de energia 224 paraperceber o sinal de transmissão amplificado 220. A expansãode ganho do amplificador de energia 224 resultaria em umsistema de controle com pólos de mão direita, se o detector234 for colocado onde ele pode ser influenciado pelaexpansão do ganho (isto é, no lado da saída do amplificadorde energia 224). Com o detector 234 na saída doamplificador de energia 224, 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 230. A expansão deganho resultante aumentaria ainda mais a energia detectada.

O processo então escalaria. Isto é evitado colocando odetector 234 na saída do pré-amplificador 222.

Uma pessoa habilitada na tecnologia pode selecionar oacoplador apropriado 232 a utilizar com o detector 234.

Este processo de seleção terá por base parâmetros como otipo de amplificador de energia 224, sintonia dos váriosblocos de controle no bloco de gerenciamento de energia206, e metas de desempenho geral pretendidas para o blocode gerenciamento de energia 206. Um acoplador direcionalpode ser utilizado para o acoplador 232, mas uma derivaçãoresistiva também poderá ser utilizada se o pré-amplificador222 tiver isolamento reverso suficiente.

O sinal de saída pré-amplifiçado detectado 256 e osinal de justificação 258 são fornecidos ao bloco degerenciamento de energia 206 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 222 e controlar o suprimento de energiade modo comutado 23 8 para fornecer o sinal de voltagem desuprimento 230 a um certo nível. Deve-se observar que afonte principal de variação no projeto de transmissor não édevida às características térmicas do amplificador deenergia 224 mas sim as variações nas características etérmicas e de freqüência do pré-amplificador 222, que sãoruins. Conseqüentemente, ao detectar a energia de saída 228do pré-amplificador 222, a maioria da variação notransmissor 152 pode ser removida enquanto diminuem asperdas de energia no transmissor 152.

O bloco de controle regulador de comutação 236controla o suprimento de energia de modo comutado 238 comum sinal de controle de suprimento de energia 264, quepoderá ser um sinal contínuo, um sinal modulado de largurade pulso ou um sinal modulado de densidade de pulso. 0suprimento de energia de modo comutado 238 é controladopara fornecer o sinal de voltagem de suprimento 230 demaneira ótima com base no sinal de justificação 258 e nosinal de saída pré-amplifiçado detectado 256. O sinal devoltagem de suprimento 230 é a fonte de energia para oamplificador de energia 224. Além disso, em algumasimplementações, poderá ser desejável utilizar um filtro nasaída do suprimento de energia de modo comutado 23 8 parafiltrar certos componentes de ruído de alta freqüência dosinal de voltagem de suprimento 230.

O bloco de controle regulador de comutação 236utiliza um dispositivo de controle para fornecer a voltagemde controle para o suprimento de energia de modo comutado238 para emitir a magnitude correta para o sinal devoltagem de suprimento 230. Vários dispositivos de controleestão associados a diferentes fornecimentos de energia demodo comutado para controlar a sua saída, e alguémhabilitado na tecnologia saberia como implementar o bloco236 com o dispositivo de controle apropriado. O suprimentode energia de modo comutado 238 poderá ser um conversor decomutação CC-CC. No entanto, uma ampla classe dedispositivos poderá ser utilizada como o suprimento deenergia de modo comutado 23 8 desde que a voltagem de saída,a corrente, a eficiência e os requisitos de ruído do blocode amplificação 204 sejam satisfeitos.

Em algumas versões, o bloco de controle regulador decomutação 238 pode utilizar a função de transferência decontrole de comutação para gerar o sinal de controle desuprimento de energia 264. Neste caso, a função detransferência de controle de comutação pode ser gerada aopesquisar em diferentes níveis de energia de saída para oamplificador de energia 224, e diminuir o sinal de voltagemde suprimento desses níveis até um nível mínimo aceitávelde espaço superior ser obtido para cada nível de energia.

Isto fornece uma primeira relação entre o nível de energiado amplificador de energia 224 e o nível do sinal devoltagem de suprimento 230. Esses níveis de energiadiferentes são então relacionados ao nível do acionamentode entrada (isto é, a saída do detector 234) enquanto osinal de voltagem de suprimento 230 é mantido no nívelmínimo que foi acabado de descobrir para cada nível deenergia para obter uma relação entre o nível do acionamentode entrada e o nível de energia do amplificador de energia224. Essas duas relações são então combinadas para definira função de transferência de controle de comutação entre asaída do detector 234 e a saída do suprimento de energia demodo comutado 238.

A resposta de passo da função de transferência decontrole de comutação pode então ser observada, queratravés de modelagem ou de efetivos testes, e certosparâmetros da função de transferência são ajustados paraobter o tempo aceitável de acordo com os requisitos dotransmissor 152. As etapas para efetuá-lo são as seguintes:1) medir a resposta de passo do sistema, 2) analisar oformato da resposta para determinar a compensaçãonecessária para as funções de transferência para satisfazeros requisitos de tempo, 3) aplicar a compensação e testar osistema, e 4) voltar à etapa um se necessário e repetir atéo desempenho ficar satisfatório. Este processo érazoavelmente iterativo pois às vezes são encontradosalguns efeitos colaterais indesejados durante os testes. Afunção de transferência de controle de comutação pode entãoser definida neste ponto ao olhar na resposta de passo dosblocos de gerenciamento de energia e de amplificação 202 e204 e gerar o inverso apropriado.

A função de transferência de controle de comutaçãopode 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 operam 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 a ela o transforme de Laplace, 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.

Com a utilização de um esquema de controle contínuopara o bloco de controle regulador de comutação 236 e osuprimento de energia de modo comutado 23 8 para produzir osinal de voltagem de suprimento 23 0, sem qualquerinformação ou retro-alimentação adicional, tende aintroduzir uma grande não linearidade na relação entre osinal de controle de ganho automático (AGC) 254 e a energiado sinal de transmissão amplificado 220. Esta nãolinearidade é o resultado da mudança no ganho experimentadapelo amplificador de energia 224 quando a magnitude dosinal de voltagem de suprimento 23 0 muda (isto é, expansãodo ganho quando as condições de esconso para o amplificadorde energia 224 são modificadas). O esconso de entrada énormalmente gerado internamente pelo amplificador deenergia 224. É possível controlar a corrente quiescente doamplificador de energia 224. Economias de energiaadicionais podem ser obtidas ao justificar a correntequiescente se for desejado. A não linearidade torna difícila calibragem e a compensação de temperatura.

Com referência agora à Figura 4, é nela mostrada umdiagrama de blocos de uma parte do transmissor convencional300 que emprega um esquema de gerenciamento de energia deregulador comutador de controle contínuo. 0 transmissor 300inclui um pré-amplificador 322, um amplificador de energia324, um bloco de controle regulador de comutação 336 e umsuprimento de energia de modo comutado 338. 0 transmissorrecebe o sinal de transmissão 218 que é amplificado pelopré-amplificador 322 e então pelo amplificador de energia330 para produzir o sinal de transmissão amplificado 320. 0ganho do pré-amplificador 322 é controlado pelo sinal AGC254. O sinal AGC 254 também é passado para o bloco decontrole regulador de comutação 336, que utiliza estainformação para selecionar o controle de suprimento deenergia do modo comutado 338 para produzir os valoresnecessários para o sinal de voltagem de suprimento 330.

Com referência agora à Figura 5, é nela mostrada umgráfico de uma curva 390 do sinal AGC 254 verso o sinal devoltagem de suprimento 330, e a curva 391 do sinal AGC 254verso a energia do sinal de transmissão amplificado 320para o transmissor 300. A região 392 do gráfico mostraclaramente a não linearidade entre o sinal AGC 254 e osinal de voltagem de suprimento 330, e a energia do sinalde transmissão amplificado 320. Esta não linearidade tornadifícil calibrar o transmissor 300. Essas curvas também sãodenominadas curvas de controle. A não linearidade é oresultado da expansão de ganho experimentada peloamplificador de energia 324 quando sua voltagem desuprimento é aumentada. Às vezes, a expansão de ganho podeser minimizada ao manter um esconso constante nos estágiosanteriores do amplificador de energia 324. No entanto,fazê-lo diminui a eficiência de energia se nenhuma medidaadicional for tomada. No caso de amplificadores de energia,que têm uma voltagem de suprimento mínima limitada devido àestrutura do circuito esconso, ganhos de eficiênciaadicionais podem ser alcançados ao fixar o suprimento docircuito esconso a uma voltagem mais alta e diminuir avoltagem de suprimento do estágio final abaixo da voltagemde suprimento mínima limitada anterior.

Como resultado desses problemas, alguns projetosconvencionais utilizam uma segunda abordagem em que oconversor de comutação é controlado por passo em vez de sercontinuamente controlado. Isto leva a economias de energiamenos ótimas e etapas de calibragem adicionais pois cadaestado precisa ser calibrado separadamente.

Com referência agora à Figura 6, é nela mostrada umdiagrama de blocos de uma parte de outro transmissorconvencional 400 que emprega um esquema de gerenciamento deenergia de regulador comutador de controle de passo. 0transmissor 400 inclui um pré-amplificador 422, umamplificador de energia 424 e um suprimento de energia demodo comutado 438. O transmissor 400 é fornecido com osinal de transmissão 218 que é amplificado pelo pré-amplificador 422 e então pelo amplificador de energia 424para produzir um sinal de transmissão amplificado 420. 0ganho do pré-amplificador 422 é controlado pelo sinal AGC254 fornecido por um processador associado. Um sinal decontrole de passo 470 controla o suprimento de energia demodo comutado 438 para produzir um sinal de voltagem desuprimento 430.

Com referência agora à Figura 7, é nela mostrado umgráfico de várias curvas do sinal AGC 154 verso o sinal devoltagem de suprimento 43 0 e a energia do sinal detransmissão amplificado 420 para o transmissor 400 paradois estados diferentes do esquema de gerenciamento decomutador de controle de passo. A curva 4 90 representa aenergia do sinal de transmissão amplificado 420 verso osinal AGC 254 durante o primeiro estágio. A curva 491representa o sinal de voltagem de suprimento 430 verso osinal AGC 254 durante o segundo estágio. A curva 493representa o sinal de voltagem de suprimento 430 verso osinal AGC 254 durante o segundo estado. Enquanto a relaçãoentre a energia do sinal de transmissão amplificado 420 e osinal AGC 254 é linear até um ponto de saturação, acalibragem ainda é difícil pois a calibragem precisa serfeita para cada estado separadamente.

Com referência novamente à Figura 3, as dificuldadesde calibragem advêm da variação de ganho do amplificador deenergia 224 quando a magnitude do sinal de voltagem desuprimento 23 0 é modificada. Quando o sinal de voltagem desuprimento 23 0 é aumentado, o ganho do amplificador deenergia 224 também aumenta. Em esquemas de controleanteriores, o sinal de voltagem de suprimento 230 écontrolado como uma função do sinal AGC 254. Quando o sinalAGC 254 aumenta, o ganho do amplificador de energia 224aumenta previsivelmente, mas a saída aumenta bem maisrapidamente em certos pontos da curva. Isto é devido aoefeito conjunto do ganho pré-acionador aumentado e amudança de ganho no amplificador de energia 224 devido amudanças na magnitude do sinal de voltagem de suprimento230. Assim, os enroscados da curva de controle podem sereliminados ao aplicar compensação adicional ao sinal AGC254 antes dele atingir o pré-amplificador 222.

A topologia mostrada do bloco de gerenciamento deenergia 206 na Figura 3 é projetado para encarar asdeficiências nos esquemas de controle de comutadormostrados nas Figuras 4 a 7. O bloco de gerenciamento deenergia 2 06 emprega um laço de retro-alimentação decompensação para criar uma relação substancialmente linearentre o sinal AGC 254 e a energia do sinal de transmissãoamplificado 220. O laço de retro-alimentação de compensaçãoinclui o bloco de controle de compensação 242 e o somador244. O bloco de controle de compensação é um estimador queamostra o sinal de voltagem de suprimento 232 na saída dosuprimento de energia de modo comutado 210 e traduz o sinalde voltagem de suprimento 230 em um sinal de correção deganho 252. O sinal de correção de ganho 252 é entãosubtraído do sinal ATGC 254 através do somador 244 paraproduzir um sinal de controle de ganho modificado 262. Olaço de retro-alimentação de compensação age para anular osmaus efeitos introduzidos ao variar a magnitude do sinal devoltagem de suprimento 230 ao amplificador de energia 224.

A função de transferência de compensação pode serutilizada pelo bloco de controle de compensação 242 paratraduzir um valor para o sinal de voltagem de suprimento230 a um valor para o sinal de correção de ganho 252.Primeiro, a relação entre o ganho e o sinal de voltagem desuprimento 230 para o amplificador de energia 224 édeterminada para vários amplificadores de energia. Uma vezuma relação média tenha sido obtida, ela é invertida,levando em conta algumas características médias do pré-amplificador 222, como a inclinação de controle do pré-amplificador 222, para produzir a função de transferênciade compensação tal que há uma relação linear entre o ganhoe o sinal de voltagem de suprimento 232. Uma característicaa considerar é o ganho médio verso a curva de voltagem decontrole para o pré-amplificador 222. As característicastérmicas podem ser compensadas na energia superior ao casaras características do detector e a cadeia do transmissor.Alternativamente, outro projeto, que utiliza compensação desoftware de força bruta, poderá ser utilizado que tem acompensação pela temperatura em todos os níveis de energia.

Uma vez selecionada a função de transferência decompensação, as propriedades transientes são examinadas aoolhar à resposta de passo para ter certeza de que ela seenquadra dentro de limites aceitáveis. Nos 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 tiver sido selecionada e sintonizada.

Em projetos que também utilizam a função de transferênciade limitação de energia, que é discutida abaixo, osparâmetros para o bloco de controle de limite de energia240 são fixados altos para não ter o efeito de selecionar esintonizar a função de 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 23 0 ea velocidade de mudança deste sinal é utilizada paradeterminar o valor para o sinal de correção de ganho 252. Avelocidade de mudança do sinal de voltagem de suprimento230 pode ser utilizada para antecipar o estado em queestará o amplificador de energia 224 a seguir pois levaalgum tempo para os demais circuitos se adaptarem. Em umprojeto alternativo, poder-se-ia monitorar os outrosparâmetros de esconso.Quando a função de transferência de compensação érealizada com um filtro, o transformada de Laplace éaplicado à resposta de tempo ou resposta de impulso quecorresponde à função de transferência de compensação, e ofiltro é então sintetizado com base nos pólos e zeros quesão gerados pela operação do transformada de Laplace. Aseleção da função de transferência de compensação permite acompensação não apenas das mudanças de ganho estáticas mastambém a variação dinâmica devido aos hiatos nos blocos decontrole e de energia. A função de transferência decompensação tem um termo linear e um termo derivativo deprimeira ordem.

Com referência agora à Figura 8, é mostrada nela umgráfico da energia do sinal de transmissão amplificadoverso o sinal AGC 254 para o transmissor 152 com e sem olaço de retro-alimentação de compensação. A curva 290mostra a energia do sinal de transmissão amplificado 220como uma função do sinal AGC 254 sem o laço de retro-alimentação de compensação. A curva 282 mostra a energia dosinal de transmissão amplificado 220 como uma função dosinal AGC 254 com o laço de retro-alimentação decompensação. A região 295 destaca o fato de que o laço deretro-alimentação de compensação remove a não linearidade.A região 296 destaca o fato de que o laço de retro-alimentação de compensação diminui ou adia os efeitos desaturação.

O laço de retro-alimentação de limitação de energia dobloco de gerenciamento de energia 206 é projetado paraprever e corrigir uma condição de sobre energia antes delaocorrer. O laço de retro-alimentação de limitação deenergia inclui o bloco de controle de limite de energia240, o acoplador 232, o detector 234, e o somador 244. 0sinal de controle de ganho 226 é fixado pelo bloco decontrole de limite de energia 24 0 com base em váriasentradas. O sinal AGC 254 e o sinal de controle TX_lim 246são fornecidos pela unidade de controle 102.

Alternativamente, esses sinais podem ser fornecidos por umprocessador no subsistema de comunicação 104, se eleexistir. O sinal de controle TX_lim 246 especifica aenergia permitida máxima da saída do amplificador deenergia 224. O sinal de controle TX_lim 246 é um sinal CCque está relacionado à freqüência operacional dodispositivo de comunicação sem fio 100. Quando a freqüênciaoperacional muda, o valor do sinal de controle TX_lim 24 8muda de maneira correspondente. 0 sinal AGC 254 émodificado pela saída do bloco de controle de compensação242. O detector 234 sente a magnitude do sinal pré-amplificado 228 e gera um sinal de saída de detectorcorrespondente 256 que é enviado para o bloco de controlede limite de energia 240. O bloco de controle de limite deenergia 240 monitora o sinal de saída do detector 256 paradeterminar quando a magnitude do sinal do pré-amplificador228 supera a magnitude do sinal de controle de limite deenergia de transmissão TX_lim 246.

Quando a magnitude do sinal de pré-amplificador 228supera o limite de energia de transmissão, o bloco decontrole de limite de energia 24 0 ajusta o valor do sinalAGC modificado 262 para reduzir o acionamento de entradapara o amplificador de energia 224 ao controlar o ganho dopré-amplificador 222. O efeito do acionamento de entradareduzido é uma redução na energia do sinal de transmissãoamplificado 220. O sinal AGC modificado 262 já estámodificado pela saída do bloco de controle de compensação242 para linearizar a energia de saída do bloco deamplificação 2 04 com relação ao sinal de controle de ganho226. Separar a função de limitação de energia da função decontrole de compensação também diminui os requisitos deprecisão do bloco de controle de compensação 242.

Com referência agora à Figura 9, é nela mostrado umdiagrama de blocos de uma versão exemplar do bloco decontrole de limite de energia 24 0. 0 bloco de controle delimite de energia 240 inclui um somador 502, um Clipper504, um integrador 506, uma função de transferência delimitação de energia 508, e um segundo somador 510. O blocode controle de limite de energia 24 0 pode antecipar umacondição de sobre energia antes dela ocorrer e fornece umvalor apropriado para o sinal de controle de ganho 226impedir a ocorrência da condição de sobre energia. Baseia-se na seleção de valores particulares para a função detransferência de limitação de energia 508, e ao examinartanto o sinal de erro de energia (isto é, a saída dosomador 502) e a velocidade de mudança do sinal de erro deenergia (isto é, o sinal de erro 512) antes de gerar umnovo valor para o sinal de controle de ganho 226. Avelocidade de mudança desses sinais está relacionada àvelocidade de mudança da saída do detector 203. Se houveruma alta velocidade de mudança, há a probabilidade de haverum exagero na energia de saída do que resultará umacondição de sobre energia.

O sinal de erro de energia é obtido quando o somador502 subtrai o sinal TX_lim 246 do sinal de saída pré-amplifiçado detectado 256. O sinal de erro de energia éentão passado seqüencialmente através do Clipper 504, dointegrador 506, e da função de transferência de limitaçãode energia 508 para produzir o sinal de erro 512. O Clipper504 produz um sinal de erro de energia podado ao convertertodos os valores de entrada negativos para zero, e passarvalores positivos com um fator de ajuste para compensarpela quantidade de correção considerada necessária paracorrigir o pior erro AGC. Assim, a saída do Clipper 504 ézero quando o sinal TX_lim 24 6 tem uma amplitude maior queo sinal de saída pré-amplificado detectado 256. Ainda, ovalor de saída do Clipper 504 é igual à diferença deamplitude entre o sinal de saída pré-amplificado detectado256 e o sinal TX_lim 246 multiplicado por um fator deajustamento quando a magnitude do sinal de saída pré-amplificado detectado 256 for maior que a magnitude dosinal TX_lim 246. O fator de ajustamento é utilizado parafins de escala para compensar pela sensibilidade dos várioscomponentes que são utilizados. Sem o Clipper 504, o blocode controle de limite de energia 240 forçaria o transmissor152 a processar na energia máxima independentemente dovalor do sinal AGC 254. O integrador 506 então integra osinal de erro de energia podado para fornecer um sinal deerro de energia integrado (para atingir erro residual deenergia zero na energia transmitida quando o bloco decontrole de limite de energia 240 se acomoda). O integrador506 pode ser implementado em hardware ou em software.

A função de transferência de limitação de energia 508tem um termo linear e um termo derivativo de primeiraordem. A função de transferência de limitação de energia508 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 156 e o fornecimento de energia demodo comutado 210 poderá não responder com rapidezsuficiente por conta própria. No entanto, quando uma grandevelocidade de mudança do erro integrado é detectada, pode-se supor que o limite foi ou logo será superado e que osinal de saída precisa ser rapidamente podado. Estafuncionalidade é fornecida pelos vários blocos no bloco decontrole de limite de energia 207 incluindo a função detransferência de limitação de energia 408. A função detransferência de limitação de energia 508 é escolhida paraobter o desempenho transiente do bloco de controle delimite de energia 24 0, e pode ser selecionada com base noconhecimento anterior das rampas de energia formatadasdiferentes no controle do limite da energia de transmissão.

O termo "rampa de energia" refere-se à relação entreenergia e tempo que é utilizada para transicionar entrediferentes níveis de energia. 0 conhecimento do formatoesperado permite um projeto mais preciso da função detransferência de limitação de energia.

Quando o limite de energia do transmissor TX_lim ésuperado, o sinal de erro 512 é subtraído do sinal AGCmodificado 262 pelo somador 510 para produzir o sinal decontrole de ganho 226 para controlar o ganho do pré-amplificador 222. 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 226 é o sinal AGC modificado262. O sinal AGC modificado 262 é gerado ao subtrair asaída do bloco de controle de compensação 242 do sinal AGC 254.

A função de transferência de limitação de energia 508pode ser gerada ao selecionar vários valores para o sinaldetectado 234, assim testando vários níveis de sobreenergia com relação ao valor do sinal de controle deenergia de transmissão TX_lim 246, e selecionar valorespara a função de transferência tal que o nível do sinal deerro 512 é ajustado de modo que o sinal de controle deganho 226 resulta em um nível aceitável de acionamento deentrada fornecido pela saída do pré-amplificador 222. Istofixa as características de estado estável da função detransferência de limitação de energia 508. Ascaracterísticas transientes da função de transferência delimitação de energia 508 são então observadas ao olhar naresposta de passo da função de transferência de limitaçãode energia 508. Os valores da função de transferência delimitação de energia 508 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 primeiro antes de sintonizar a função detransferência de limitação de energia.

Deve-se observar que a limitação de energiaindependente da velocidade de dados é fornecida pelaescolha do detector 234 e o modo como o bloco de controlede limite de energia 240 é sintonizado. À medida que aproporção de energia de pico à média muda, a saídaobservada do detector 234 varia se ele não for um detectorRMS verdadeiro. A precisão da função de transferência delimitação de energia 508 dependerá de detectar a energiaRMS verdadeira. Outrossim, alguns detectores terão umasaída log. Com a saída log, a parte superior da escala émais comprimida de modo que o controle fino da energia desaída envolve comparar diferenças de voltagemcrescentemente menores. Com detector RMS verdadeiro linear,a medição é independente da velocidade do dato e aextremidade superior da escala é expandida.

Como com a função de transferência de compensação, afunção de transferência de limitação de energia 508 podeser implementada em hardware com um filtro.Alternativamente, essas funções de transferência poderãoser implementadas com software (isto é, como uma tabela depesquisa). Para a implementação por software, o tempo deresposta depende da latência garantida do softwareutilizado para fazer os cálculos/pesquisas. Em umprocessador com muitas aplicações processandoconcorrentemente, isto resulta em: 1) eficiência de código,e 2) se o sistema operacional pode assegurar latênciasgarantidas quando da execução de código em tempo real. Paraas implementações de software da função de transferência, aanálise é feita utilizando etapas de tempo discretas. Emgeral, o tempo dos componentes é ajustado para fornecer ummelhor encaixe nos requisitos de tempo que são estipuladospela norma e pelos provedores da rede. O valor para umparâmetro de tempo poderá precisar ser negociado contra ovalor para outro parâmetro de tempo.

Ao colocar o detector 234 após o pré-amplificador 222e antes do amplificador de energia 224, é possível eliminaro isolador 210 e o acoplador de saída 212. Em contraste, seo detector 234 foi colocado na saída do amplificador deenergia 224, o isolador 210 e o acoplador de saída 212seriam obrigados a impedir que a energia refletida fossesentida pelo detector 234. Ainda, haveria perda de energiano sinal de transmissão amplificado 220 devido a amostragemfeita pelo detector 234 se ele foi colocado na saída doamplificador de energia 224.

O isolador 210 e o acoplador de saída 212 podem serremovidos pois o isolamento reverso do amplificador deenergia 224 impede que a energia refletida atinja odetector 234. O isolamento reverso do amplificador deenergia 224 é indicada pelo parâmetro Si2 que é a proporçãoentre a energia na entrada do amplificador de energia 224 ea energia na saída do amplificador de energia 224 quandonenhum sinal de entrada é fornecido ao amplificador deenergia 224 e a energia é injetada na saída do amplificadorde energia 224. Um bom isolamento reverso pode ser obtidoao controlar a capacitância do portal de dreno do estágiode ganho final do amplificador de energia 224 (paraamplificadores de energia FET) ou a capacitância da basecoletora do estágio de ganho final do amplificador deenergia 224 (para os amplificadores de energia HBT).

A remoção do isolador 210 e do acoplador de saída 212resulta em economia de custo devido a implementação dotransmissor 152 com um número reduzido de componentes. Alémdisso, a remoção do isolador 210 e do acoplador de saída212 elimina componentes adicionais quando a energia poderáser desviada ou dissipada entre o bloco de amplificação deenergia 204 e a antena 156, que reduz a quantidade de perdade energia no sinal de transmissão amplificado 220 antesdele atingir a antena 156.

No entanto, com a remoção do isolador 210 e doacoplador de saída 212, o amplificador de energia 224precisa ser casado ao duplexador 260 para impedir mudançasna energia induzidas pela carga (especialmente se oisolador 210 for removido). A energia refletida na saída doamplificador de energia 224 como resultado de deslocamentosde carga pode causar mudança na energia à frente aoperturbar o ponto de operação do amplificador de energia224. Outrossim, a energia refletida pode às vezes perturbara entrada do amplificador de energia 224 se o isolamentoreverso for ruim. No entanto, com um bom isolamento reversoe casamento no duplexador 260, o isolador 210 e o acopladorde saída 212 podem ser removidos sem incorrer aspenalidades costumeiras de precisão de energia de saídamáxima.

Deve-se observar que a arquitetura do bloco degerenciamento de energia 206 juntamente com a localizaçãodo detector 234 resulta em: 1) limitação de energia,independente da velocidade, e precisa, e 2) linearização dacurva AGTC verso energia de transmissão para o bloco deamplificação 204. Outrossim, o método de controle contínuoutilizado pelo bloco de controle regulador de comutação 236resulta em: 1) melhor economia de energia, e 2) nenhumadescontinuidade de fase no sinal transmitido durante amudança de passo na magnitude do sinal de voltagem desuprimento 230.

Cada função de transferência é sintonizada de maneiraapropriada à sua funcionalidade e as funções detransferência utilizadas nos vários blocos são diferentesumas da outras. Outrossim, a sintonização cuidadosa doslaços é necessária caso o transmissor 152 seja utilizado emsituações em que a energia de saída poderá mudar comrapidez, como durante uma sonda de acesso ou a transmissãoportalizada.

A estrutura do bloco de gerenciamento de energia 204 eo método utilizado para obter a função de transferênciapara o bloco de controle de compensação 242 ajuda adiminuir o tempo de calibragem ao remover não linearidadesna energia verso curva de resposta AGC para o bloco deamplificação de energia 204 e o bloco de gerenciamento deenergia 206. O bloco de controle de compensação 242 e ométodo correspondente também ajudam a melhorar a calibragemde energia superior ao retardar o aparecimento da saturaçãoda curva AGC. Esses dois resultados podem ser alcançadossem sacrifício de economia de energia, e sem introduzirdescontinuidades de fase como uma função da energia deoperação (o que, se existisse, precisaria ser caracterizadoe calibrado com processamento de banda base). O bloco decontrole de compensação 242 e o método correspondentetambém permitem o uso de conversores CC-CC para osuprimento de energia de modo comutado 238, o que resultaem ganhos de eficiência sem sofrer as penalidades deresposta transiente costumeiras. A necessidade de energiapode ser prevista com base na mudança do nível do sinal devoltagem de suprimento. Conversores CC-CC mais lentos podemser utilizados pois sua saída pode ser mudada antes dotempo.

Deve ser compreendido que várias modificações podemser feitas nas versões aqui descritas e ilustradas, semdesviar das versões, o espírito e escopo das quais édefinido nas reivindicações apensas.

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; eum bloco de gerenciamento de energia que compreende:um bloco de suprimento de energia configuradopara gerar um sinal de voltagem de suprimento aoamplificador de energia; eum bloco de controle de compensação configuradopara ajustar um sinal de controle de ganho automático (AGC)para controlar o ganho do pré-amplificador, o bloco decontrole de compensação sendo acoplado à saída do bloco desuprimento de energia para gerar um sinal de correção deganho com base no sinal de voltagem de suprimento paramodificar o sinal AGC.

2. Transmissor, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato do bloco de controle de compensaçãocompreender uma função de transferência de compensaçãoadaptada para produzir o sinal de correção de ganho dosinal de voltagem de suprimento e manter uma relaçãosubstancialmente linear entre o sinal AGC e a energia dosinal de transmissão amplificado e adiar os efeitos desaturação da relação.

3. Transmissor, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato do bloco degerenciamento de energia compreender ainda um bloco decontrole de limite de energia configurado para antecipar ecorrigir uma condição de sobre energia ao modificar o ganhodo pré-amplificador.

4. Transmissor, de acordo com a reivindicação 3,caracterizado pelo fato do bloco de gerenciamento deenergia compreender ainda um detector acoplado à saída dopré-amplificador para fornecer um sinal de saída pré-amplificado detectado e do bloco de controle de limite deenergia ser configurado para fornecer um sinal de controlede ganho para o pré-amplificador para limitar a energia detransmissão do bloco de amplificação de energia, o sinal decontrole de ganho tendo por base o sinal de saída pré-amplif içado detectado, um sinal de limite de energia detransmissão e o sinal AGC modificado.

5. Transmissor, de acordo com a reivindicação 4,caracterizado pelo fato do sinal AGC modificado serproduzido ao subtrair o sinal de correção de ganho do sinalAGC.

6. Transmissor, de acordo a reivindicação 5,caracterizado pelo fato do bloco de controle de limite deenergia compreender:um clipper configurado para produzir um sinal de errode energia podado ao converter valores negativos de umsinal de erro de energia para zero e multiplicar os valorespositivos do sinal de erro de energia por um fator deajuste, o sinal de erro de energia sendo produzido aosubtrair o sinal de limite de energia de transmissão dosinal de saída pré-amplifiçado detectado;um integrador configurado para integrar o sinal deerro de energia podado para produzir um sinal de erro deenergia integrado; euma função de transferência de limitação de energiaconfigurada para processar o sinal de erro de energiaintegrado para detectar a condição de sobre energia antesdesta condição ocorrer e gerar um sinal de erro,em que o sinal de controle de ganho ser gerado aosubtrair o sinal de erro do sinal AGC modificado.

7. Transmissor, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 4, 5 ou 6, caracterizado pelo fato dodetector ser um entre um detector de raiz média quadradalinear (RMS) e um detector não RMS.

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-amplif içado; e um amplificador de energia acoplado ao pré-amplificador e configurado para amplificar o sinal detransmissão pré-amplifiçado para produzir um sinal detransmissão amplificado; eum bloco de gerenciamento de energia quecompreende um bloco de suprimento de energia configuradopara gerar e fornecer um sinal de voltagem de suprimentopara o amplificador de energia; e um bloco de controle decompensação configurado para ajustar um sinal de controlede ganho automático (AGC) para controlar o ganho do pré-amplificador, o bloco de controle de compensação sendoacoplado à saída do bloco de suprimento de energia paragerar um sinal de correção de ganho com base no sinal devoltagem de suprimento para modificar o sinal AGC.

9. Dispositivo de comunicação móvel, de acordo com areivindicação 8, caracterizado pelo fato do bloco decontrole de compensação compreender uma função detransferência de compensação adaptada a produzir o sinal decorreção de ganho do sinal de voltagem de suprimento emanter uma relação substancialmente linear entre o sinalAGC e a energia do sinal de transmissão amplificado e adiaros efeitos de saturação da relação.

10. Dispositivo de comunicação móvel, de acordo comqualquer uma das reivindicações 7 ou 8, caracterizado pelofato do bloco de gerenciamento de energia compreender aindaum bloco de controle de limite de energia configurado paraantecipar e corrigir uma condição de sobre energia aomodificar o ganho do pré-amplificador.

11. Dispositivo de comunicação móvel, de acordo com areivindicação 10, caracterizado pelo fato do bloco degerenciamento de energia ainda compreender um detectoracoplado à saída do pré-amplificador para fornecer um sinalde saída pré-amplifiçado detectado e o bloco de controle delimite de energia ser configurado para fornecer um sinal decontrole de ganho para o pré-amplificador para limitar aenergia de transmissão do bloco de amplificação de energia,o sinal de controle de ganho tendo por base o sinal desaída pré-amplifiçado detectado, um sinal de limite deenergia de transmissão e o sinal AGC modificado.

12. Dispositivo de comunicação móvel, de acordo com areivindicação 11, caracterizado pelo fato do sinal AGCmodificado ser produzido ao subtrair o sinal de correção deganho do sinal AGC.

13. Dispositivo de comunicação móvel, de acordo com areivindicação 12, caracterizado pelo fato do bloco decontrole de limite de energia compreender:um clipper configurado para produzir um sinal de errode energia podado ao converter valores negativos de umsinal de erro de energia para zero e multiplicar os valorespositivos do sinal de erro de energia por um fator deajuste, o sinal de erro de energia sendo produzido aosubtrair o sinal de limite de energia de transmissão dosinal de saída pré-amplifiçado detectado;um integrador configurado para integrar o sinal deerro de energia podado para produzir um sinal de erro deenergia integrado; euma função de transferência de limitação de energiaconfigurada para processar o sinal de erro de energiaintegrada para detectar a condição de sobre energia antesdesta condição ocorrer e gerar um sinal de erro,em que o sinal de controle de ganho ser gerado aosubtrair o sinal de erro do sinal AGC modificado.

14. Dispositivo de comunicação móvel, de acordo comqualquer uma das reivindicações 11, 12 ou 13, caracterizadopelo fato do detector ser um entre um detector de raizquadrada média linear (RMS) e um detector não RMS.

15. Método de controlar o ganho de um bloco deamplificação de energia de um transmissor, o bloco deamplificação de energia incluindo um pré-amplificador e umamplificador de energia caracterizado pelo fato do métodocompreender:gerar e fornecer um sinal de voltagem para oamplificador de energia;gerar um sinal de correção de ganho com base no sinalde voltagem de suprimento; emodificar o sinal de controle de ganho automático(AGC) para controlar o ganho do pré-amplif icador com baseno sinal de correção de ganho.

16. Método, de acordo com a reivindicação 15,caracterizado pelo fato do método compreender aindautilizar a função de transferência de compensação paraproduzir o sinal de correção de ganho do sinal de voltagemde suprimento e manter uma relação substancialmente linearentre o sinal AGC e a energia de saída do amplificador deenergia e adiar os efeitos de saturação da relação.

17. Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 15 ou 16, caracterizado pelo fato do métodocompreender ainda antecipar e corrigir uma condição desobre energia ao modificar o ganho do pré-amplificador.

18. Método, de acordo com a reivindicação 17,caracterizado pelo fato do método compreender aindadetectar a saída do pré-amplificador para fornecer um sinalde saída pré-amplifiçado detectado e fornecer um sinal decontrole de ganho ao pré-amplificador para limitar aenergia de transmissão do bloco de amplificação de energia,o sinal de controle de ganho tendo por base o sinal desaída pré-amplificado detectado, um sinal de limite deenergia de transmissão e o sinal AGC modificado.

19. Método, de acordo com a reivindicação 18,caracterizado pelo fato do método compreender aindaproduzir o sinal AGC modificado ao subtrair o sinal decorreção de ganho do sinal AGC.

20. Método, de acordo com a reivindicação 19,caracterizado pelo fato do método compreender ainda:produzir um sinal de erro de energia ao subtrair osinal de limite de energia de transmissão do sinal de saídapré-amplificado detectado;podar o sinal de erro de energia para produzir umsinal de erro de energia podado ao converter os valoresnegativos do sinal de erro de energia para zero emultiplicar os valores positivos do sinal de erro deenergia por um fator de ajuste;integrar o sinal de erro de energia podado paraproduzir um sinal de erro de energia integrado;processar o sinal de erro de energia integrado com umafunção de transferência de limitação de energia paradetectar a condição de sobre energia antes desta condiçãoocorrer e gerar um sinal de erro; egerar o sinal de controle de ganho ao subtrair o sinalde erro do sinal AGC modificado.

21. Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 18, 19 ou 20, caracterizado pelo fato dométodo compreender utilizar um entre um detector de raizquadrada média linear (RMS) e um detector não RMS.