CN100492922C - 用于振荡器模式切换的方法及对应的振荡器装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出用于模式切换振荡器的方法及相应的振荡器装置，其在与第一振荡器(201)的消耗电平变化相应的过渡阶段期间，在移动电话中产生时基，以求助于第二振荡器(202)，所述过渡阶段与从通信状态通向休眠状态相符，其中在稳定性和谱纯度方面所需要的特征明显地不如用于第一振荡器所需的特征那么受限；一旦第一振荡器的操作被稳定，第一振荡器就再次被用来提供用作为移动电话时基的信号。归功于本发明，32kHz振荡器的使用不再是必要的。第一振荡器在移动电话的休眠状态中消耗较少；其可持续地用于该休眠状态中以产生移动电话的时基。
Description
技术领域
本发明的目的是一种用于振荡器模式切换的方法，该振荡器介入于用以在移动电话中产生时基的处理中。本发明的另一目的是一种允许实施该方法的振荡器装置。具体来说，本发明提供了一种方案，用以允许振荡器装置中存在的振荡器从对应于第一消耗电平(level)的第一操作模式转变到与小于第一操作电平的第二操作电平相应的第二操作模式，同时维持作为来自振荡器装置的输出而获得的信号的高精确度和谱纯度。
本发明的领域一般是移动电话领域。在该领域中，向用于移动电话的微处理器提供很精确的时基是至关重要的，尤其使得电话可在它们所属的蜂窝电话网络上被完全地同步。一般来说，时基由振荡器如晶控振荡器提供。因此，例如在GSM的情况下，单个振荡器起初被设置用以在13MHz(兆赫兹)提供时钟信号，以同步电话操作。这样的振荡器应当连续地表现出提升的谱纯度，因而应当消耗数量可观的能量。
被这样的振荡器过多消耗所困扰的移动电话制造者不可抵挡地转向一种使至少两个振荡器发挥作用的架构。该架构的实例的示意性表示在图1中给出。在此图中，移动电话100以简化的方式包括无线电模块101和用于处理基带信息的模块102。无线电模块101特别地用于借助移动电话执行的各种发射/接收操作。无线电模块连接到天线106。为此目的，它必须接收由称为高频振荡器的第一晶控振荡器103提供的特别精确的时钟信号，该振荡器例如在13MHz递送在温度和时间上很稳定和具有较高谱纯度的信号。例如，第一振荡器可以是VCXO(压控晶体振荡器)或VTXCO(电压温度控制晶体振荡器)型振荡器。在其他实施例中，第一振荡器在26MHz提供信号。
基带模块102特别地用于解译由网络接收的信息集合，以解调所接收的某些信号。该模块接收由第二晶控振荡器104提供的时钟信号，该振荡器在低于第一振荡器频率的频率递送信号，一般为32KHz(千赫兹)。第二振荡器104表现较低的谱纯度和频率，不如第一振荡器稳定，特别使得振荡器消耗较少。它特别地用作为用于移动电话白昼时间时钟的时基。
基本上，能够区分用于移动电话的三个利用状态：第一状态，称为停止状态，其中电话被关机，不能接收呼叫；第二状态，称为休眠状态，其中电话使用者没有借助于其电话进行通信，但是其中使用者可触及其电话；第三状态，称为通信状态，其中使用者使用电话进行通信。一般地，当移动电话处于休眠状态时，它必须继续具有活动性，称为休眠活动性：它尤其应当监视其寻呼通道，以便能够被持续地可及和确保监视任务，包括在其所连接到的小区附近的各小区上的各种信号测量和检测操作。
移动电话休眠状态的活动阶段使得第一振荡器103的使用成为必要。然而，这些休眠状态活动阶段不是连续的：寻呼和监视任务是周期性的，在精确限定的时间发生。为了限制能耗，尤其是在休眠状态期间，建议仅在其高频必不可少的休眠状态活动阶段期间使用第一振荡器。在休眠状态中，剩余时间只使用第二振荡器104。为此目的，用于第一振荡器103的激活/去激活信号Senable由处理模块102发送到第一振荡器。此信号控制第一振荡器103的开始和停止。此外，第一振荡器103接收称为自动频率控制信号Safc的信号，其作用将随后详述。
在休眠状态非活动阶段期间，第二振荡器保证时基的维持，以允许维持与有关电话所连接到的蜂窝电话网络的同步。因此在休眠状态活动阶段之外，知道与第一振荡器103相关的第二振荡器104的频率时序是重要的。为此目的，提供了系统105的存在，其用于测量与第一振荡器103相关的第二振荡器104的滑动。当移动电话处于通信状态中时，以及可能在休眠状态活动阶段期间，测量系统105由此接收与第一振荡器103发出的信号相应的第一信号SH1以及与第二振荡器104发出的信号相应的第二信号SH2，以例如通过第一信号进行第二信号的校准。由此可免于第二振荡器104的移位，因此在休眠状态非活动阶段期间具有获得时基的时钟信号，特性在其中被精确地控制，并且其允许维持与网络的同步。
背景技术
然而，这样一种用于限制与高频振荡器的表现相关的高功耗的方案并不令人满意；事实上，该方案有若干问题：
首先，在上述方案中，有必要使用两个晶控振荡器，这就首先增加了用于产生时基的装置所占据的体积-这在制造商孜孜以求以使介入元件小型化的移动电话领域中是相当大的障碍，另一方面增加了这种装置的制造成本。
此外，用于测量第一和第二振荡器之间滑动的系统的出现则增加了移动电话的制造成本。
最后，介入上述方案中的高频振荡器一旦是活动的就消耗相当大量的能量；如上所示，高频振荡器不仅用于通信状态，而且用于一定的休眠状态阶段期间。
因此，现有技术中的移动电话操作在允许为电话产生时基的振荡器装置消耗电平方面并不尽如人意：首先，第二晶控振荡器以及用于测量第一和第二振荡器之间滑动的系统的出现会增加移动电话的制造成本；第二，在移动电话休眠周期期间的能耗仍可能被增加，尤其是在下述情况时：设法在移动电话从通信状态转变到休眠状态的过渡阶段中修改用于高频振荡器的电源电平，而无需影响第一振荡器产生的信号质量。
此外，从现有技术中可知公开号为WO 02/47247的PCT专利申请，其公开了一种使用单个基准振荡器的多模无线电通信设备；但是该文献未公开这样的方案，其用于在从高消耗模式切换到低消耗模式或者相反时管理振荡器装置的过渡阶段。
发明内容
本发明提出了一种针对上述问题的方案。
在本发明中，运用了这样的事实，移动电话中使用的用于产生时基的某类高频晶控振荡器可消耗得较少，特别是当振荡器用于休眠状态中时：事实上，当移动电话处于通信状态中时，移动电话中循环的电流将可能干扰高频振荡器的高精确度和高的谱纯度，如果后者不具有用以允许它抵抗这些电流所产生的干扰的显著消耗电平。但是，当移动电话不再处于通信状态中时，移动电话中循环的电流会小很多，因此不可能干扰高频振荡器的稳定性，即使后者具有较低消耗电平。因此，高频振荡器在休眠状态中操作时会比在通信状态中操作时以不那么显著的消耗电平来供电。
然而，困难出现在切换高频振荡器-此后指定为第一振荡器-的操作模式期间，其使得振荡器从第一消耗电平例如2毫安培转变到第二消耗电平例如100微安培；事实上，这样的切换涉及了在第一振荡器电平处的介入，其中随后将给出实例；该介入造成了在从第一振荡器过渡的阶段期间的频率滑动，其与该振荡器的功能是完全不兼容的，为此需要高精确度。为了弥补该困难，在本发明中提出了在过渡阶段期间产生时基以求助于第二振荡器，其在稳定性和谱纯度方面所需的特征明显地没有对于第一振荡器所需的特征那么受限；一旦第一振荡器的操作被稳定，第一振荡器被再次用来提供作为移动电话时基的信号。
归功于本发明，32KHz振荡器的使用不再是必要的。与来自现有技术的高频振荡器相应的第一振荡器，在移动电话的休眠状态中消耗较少；高频振荡器可被持续地用于该休眠状态中-除了少数过渡阶段之外，后者标记了休眠状态的输入或输出-以产生移动电话的时基。
因此本发明本质上涉及一种用于切换振荡器装置的模式的方法，该振荡器装置被用在移动电话中以通过递送输出信号来产生时基，以从对应于第一消耗电平的第一操作模式转变到对应于第二消耗电平的第二操作模式，该第二消耗电平小于该第一消耗电平，其特征在于，该方法在从第一模式通向第二模式期间包括过渡阶段，其包含不同步骤，包括：
- 在第二振荡器上施加递送第一信号的第一振荡器的操作频率，该第一信号然后被用作为来自振荡器装置的输出信号；
- 将由第二振荡器递送的第二信号用作来自振荡器装置的输出信号；
- 切换第一振荡器的操作模式以使其从第一操作模式转变到第二操作模式；
- 在第一振荡器上施加第二振荡器的操作频率；
- 将由第一振荡器递送的第一信号用作来自振荡器装置的输出信号。
根据本发明的方法有利地包括如下之中的一个或多个附加特征：
- 第一振荡器是高频晶控振荡器；
- 第二振荡器是电感电容型振荡器或者压控电阻电容型振荡器或者甚至是压控环振荡器；
- 第一操作模式对应于移动电话的通信状态；
- 第二操作模式对应于移动电话的休眠状态；
- 包括在第二振荡器上施加第一振荡器的操作频率的步骤实施第一锁相环；
- 包括在第一振荡器上施加第二振荡器的操作频率的步骤使得第二锁相环发挥作用。
本发明还涉及一种使用于移动电话中的振荡器装置，以通过递送输出信号来产生时基，具体包括第一振荡器，其特征在于，该装置包括：
- 第一锁相装置，用于将来自第一振荡器的操作频率施加在第二振荡器上；
- 第二锁相装置，用于将来自第二振荡器的操作频率施加在第一振荡器上；
控制系统，命令第一位置和第二位置之间开关的切换(toggling)，在第一位置中由第一振荡器递送的第一输出信号被用作振荡器装置的输出信号，在第二位置中由第二振荡器递送的第二输出信号被用作振荡器装置的输出信号，该第二位置在从对应于该装置第一消耗电平的第一模式的第一振荡器操作模式到对应于第二消耗电平的第二操作模式的切换操作期间被采用。
在根据本发明的装置中，有利地，第一振荡器是高频晶控振荡器，第二振荡器是电感电容型振荡器或者压控电阻电容型振荡器或者甚至是压控环振荡器。
在阅读如下说明书和查阅附图时，本发明及其他各种应用将被更好地理解。
附图说明
给出的附图仅用于标示目的，而不以任何方式限制本发明。这些附图示出了：
- 在图1中，已经描述的来自现有技术的移动电话构架的图示；
- 在图2中，根据本发明的振荡器装置的图示；
- 在图3中，在根据本发明的振荡器装置中介入的第一振荡器的实施方式实例；
- 在图4A、4B和4C中，在根据本发明的装置中介入的第二振荡器的实施方式的三个实例。
具体实施方式
图2示出了根据本发明的振荡器装置200的实例。振荡器装置200基本上包括：
- 第一振荡器201，能够递送很稳定和具有高的谱纯度的第一高频信号S1；该第一振荡器是VCXO型晶控振荡器。该振荡器接收二进制信号Sb，其允许振荡器从对应于高消耗的第一模式转变到对应于低消耗的第二模式。此外，第一振荡器201接收称为AFC(自动频率控制)信号的SAFC信号，其允许对振荡器装置200的全部操作进行管理的微控制器，持续地将移动电话中使用的时基调谐到该电话在其上操作的电话网络中介入的时基。AFC信号可通过断续器K4的断开来切断。在实例中，第一信号S1具有如下特征：
- 短期稳定性：每摄氏度0.2ppm(百万分之几)；
- 温度稳定性：对于从-20到+70摄氏度的温度范围，大于或小于7.5ppm的变化；
- 起始精确度：大于或小于10ppm；
- 频率：13MHz或26MHz。
- 第二振荡器202，能够递送第二高频信号S2，是电感电容型振荡器或者压控电阻电容型振荡器或者甚至是压控环振荡器型。最后一类振荡器是以串联的奇数数量的转换开关的公知方式组成的；振荡频率是由在与每个转换开关串联插入的场效应晶体管的栅极上施加的可变电压控制的。第二振荡器202仅表现短期稳定性，例如对于10毫秒的0.1ppm。它在温度方面不是特别稳定，表现不出可与第一振荡器201相媲美的谱纯度或起始精确度。其性质允许它完全地集成于集成电路中，其解决了与根据本发明的振荡器装置中出现第二振荡器相关的成本和臃肿问题。
- 转换开关K3，用作为振荡器装置200的输出信号Ss或第一信号S1或第二信号S2；
- PLL(锁相环)型的第一锁相装置203，其在第一输入E1处接收第一信号S1，在第二输入E2处接收第二信号S2，由此包括锁相环。该第一锁相装置203允许来自第一振荡器201的操作频率施加于第二振荡器202上；它提供输出信号S3，其直接地传送到第二振荡器202。
- 第二PLL型锁相装置204，其在第一输入E′1处接收第二信号S2，在第二输入E′2处接收第一信号S1，由此包括锁相环。第二锁相装置204允许来自第二振荡器202的操作频率施加于第一振荡器201上；它提供输出信号S4，其直接地传送到第一振荡器201。
- 第一断续器K1，设置于将第二锁相装置204连接到第二振荡器201的连接上。
- 第二断续器K2，设置于将第一锁相装置203连接到第二振荡器202的连接上。
现在详述可直接适用于振荡器装置200的根据本发明的方法的实现例子：
- 预备步骤：当移动电话处于通信状态中时，振荡器装置200的配置如下：
K1断开，K4闭合，K2处于无关紧要的位置；二进制信号采用与第一振荡器201的高消耗相应的第一值，例如0；转换开关K3处于高位置，其方式为使得输出信号Ss对应于第一信号S1。
- 在根据本发明的方法中，当电话进入休眠状态中时，观察到过渡阶段，各种步骤在该阶段中被重复：
- 步骤1：K2闭合，第二振荡器202还可在频率方面逐渐地稳定在第一振荡器201的频率上。
- 步骤2：K4断开：第一振荡器201由此被隔离；第二振荡器202就有时间在频率方面稳定在第一振荡器201的频率上。
- 步骤3：K2断开：第二振荡器202由此被隔离；它因此可保持由第一振荡器201在其上施加的频率。这里称为频率存储。
- 步骤4：遵照转换开关K3而行事以将其置于低位置，其方式为使得输出信号Ss对应于第二信号S2。振荡器装置200然后将由第二振荡器202施加的时基提供给移动电话。确保使输出信号Ss在稳定性和精确度方面表现可接受的特征，但是仅仅在短的时长上。
- 步骤5：二进制信号Sb采用与第一振荡器201的低消耗相应的第二值，例如1；这里是指第一振荡器201的切换。同时，K1闭合，其方式为使得第一振荡器201可由此在频率上逐渐稳定在第二振荡器202的频率上。
- 步骤6：K1断开。第一振荡器201由此被隔离；它因此可保存由第二振荡器202施加于其上的频率。
- 步骤7：遵照转换开关K3而行事以再次将其置于高位置，其方式为使得输出信号Ss对应于第一信号S1。振荡器装置200然后将由第一振荡器201施加的时基提供给移动电话，但是，与预备步骤中的情况相反，第一振荡器201在低消耗模式中操作。确保使得输出信号Ss在长的时长上在稳定性和精确度方面表现极佳特征。当移动电话处于休眠状态中时，可维持步骤7所促成的低消耗模式。
为了脱离休眠状态以便返回通信状态，其必须伴随有第一振荡器201模式的新变化，以使其从低消耗模式转变到高消耗模式，上述操作是以已经在步骤1至7中给出的次序来执行的。仅有的区别在于步骤5一级，其中二进制信号Sb是在与用于第一振荡器201的高消耗相应的第一值期间采用的。因此在步骤7处结束，其中振荡器装置200向移动电话提供由操作于高消耗模式中的第一振荡器201再次施加的时基。仍确保了具有在长的时长上在稳定性和精确度方面表现极佳特征的输出信号Ss。当移动电话处于通信状态中时，维持步骤7所促成的状态。
图3示出了能够使用于根据本发明的方法和振荡器装置中的第一振荡器201的实施方式的实例。第一振荡器201接收AFC信号作为输入和提供第一信号S1作为输出。它具体地包括与电子电路301相关联的石英晶体300，该电子电路具体地包括MOSFET型晶体管302和电组件集合，其允许第一信号S1以所需频率来获得。
该电组件集合基本上包括第一组件支路303和第二组件支路304。当第一振荡器201处于高消耗模式中时，第一组件支路和第二组件支路介入于电子电路301中，以产生第一信号S1；因此，当处于通信状态中时，能够保证与移动电话中循环的破坏性电流相关的高稳健性。
当提供给晶体管302漏极的电流I1强度被减弱时，该电流是在从高消耗模式转变到低消耗模式产生的，断续器集合被断开，该实例中以标号K5、K6和K7示出，其方式为使得第二支路304的组件不再介入电子电路301中以产生第一信号S1。因此，第一振荡器201以低电流振荡的能力被提高。
图4A、4B和4C分别示出了振荡器的第一实例401、第二实例402和第三实例403，其可用作为在图2中所述本发明实施例的实例中的第二振荡器202。
Claims (10)
1.一种用于切换振荡器装置(200)的模式的方法，该振荡器装置使用于移动电话中以通过递送输出信号(Ss)来产生时基，以从对应于第一消耗电平的第一操作模式转变到对应于第二消耗电平的第二操作模式，该第二消耗电平小于该第一消耗电平，其特征在于，该方法包括从第一模式过渡到第二模式的过渡阶段，所述过渡阶段包含以下各步骤：
-在第二振荡器(S2)上施加递送第一信号(S1)的第一振荡器(201)的操作频率，该第一信号(S1)然后用作为来自振荡器装置(200)的输出信号(Ss)；
-将由第二振荡器(202)递送的第二信号(S2)用作为来自振荡器装置(200)的输出信号(Ss)；
-将第一振荡器(201)的操作模式从第一操作模式切换到第二操作模式；
-在第一振荡器(201)上施加第二振荡器(202)的操作频率；
-将由第一振荡器(201)递送的第一信号(S1)用作为来自振荡器装置(200)的输出信号(Ss)。
2.根据前述权利要求的方法，其特征在于，第一振荡器(201)是高频晶控振荡器。
3.根据前述权利要求的至少一项的方法，其特征在于，第二振荡器(202)是电感电容型振荡器或压控电阻电容型振荡器或压控环振荡器。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，第一操作模式对应于移动电话的通信状态。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于，第二操作模式对应于移动电话的休眠状态。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于，包括在第二振荡器(202)上施加第一振荡器(201)的操作频率的所述步骤实施第一锁相环。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于，包括在第一振荡器(201)上施加第二振荡器(202)的操作频率的所述步骤实施第二锁相环。
8.一种振荡器装置(200)，使用于移动电话中以通过递送输出信号(Ss)来产生时基，包括第一振荡器(201)，其特征在于，该装置还包括：
-第一锁相装置(203)，将来自第一振荡器(201)的操作频率施加于第二振荡器(202)上；
-第二锁相装置(204)，将来自第二振荡器(202)的操作频率施加于第一振荡器(201)上；
-控制系统，命令转换开关(K3)在第一位置和第二位置之间的切换，在该第一位置中，由第一振荡器(201)递送的第一输出信号(S1)被用作为振荡器装置(200)的输出信号(Ss)，在第二位置中，由第二振荡器(202)递送的第二输出信号(S2)被用作为振荡器装置(200)的输出信号(Ss)，该第二位置在从与该装置的第一消耗电平对应的第一模式的第一振荡器(201)操作模式到与第二消耗电平对应的第二操作模式的切换操作期间被采用。
9.根据前述权利要求的振荡器装置，其特征在于，第一振荡器(201)是高频晶控振荡器。
10.根据权利要求8的振荡器装置，其特征在于，第二振荡器(202)是电感电容型振荡器或压控电阻电容型振荡器或压控环振荡器。
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