CN101032089A - 用于动态范围功率控制的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于发射机队列(10)中的电流有效率的动态功率范围控制的系统，可包括：开关混频器(18)，其耦合到开关分级衰减器(20)；开关功率驱动器(22)，其耦合到该开关分级衰减器。对于关于该系统的70dB以上的动态功率范围，可以基本上保持线性和效率。动态功率范围控制均可以在射频范围中进行，并且可以连同输出功率一起，动态地开关电流。发射机可以提供超过30dB的连续功率控制和超过45dB的离散功率控制。开关功率驱动器可以进一步包括经由堆叠电流舵(202)的连续功率控制和经由电流开关IQ加法器放大器(204、206、208、209、214、216、218、219)的分级功率控制，其中导引电流开关IQ加法器放大器可以提供超过60dB的功率控制范围。

Description

用于动态范围功率控制的方法和系统
联邦赞助研发项目声明
美国政府支持的研究涉及到本发明并且在此处具有确定的权力。
技术领域
本发明通常涉及发射机，并且更具体地，涉及用于同发射机一起使用的有效率的动态范围功率控制的方法和系统。
背景技术
由于隔离要求、所需要的电流量和线性要求，实用中在射频(RF)队列中具有超过70dB的功率控制范围的能力是非常困难的。为了获得所需要的功率控制范围，并且适当的隔离通常意味着在队列中使用数个级，每个级消耗电流或者对路径损耗有贡献，并且产生了噪声和非线性。而且，对于这样的宽的功率控制范围，以电流有效率的方式在所有的衰减设定下保持所需的或者基本的信号线性也是非常困难的。CDMA、WCDMA和其他的直接序列扩频系统需要具有相对高的载波抑制规范的大的功率控制范围(+70dB)。更常见地，现在蜂窝电话包括多频带操作，其需要这样的大的功率控制范围。
现有的系统未能在不牺牲隔离、线性和电流效率中的一个或多个的情况下提供这样的大的功率控制范围。已知的发射机队列典型地使用较高的电流和部件数目，并且通常在基带频率处提供至少部分其功率控制范围，这产生了许多上文提到的抑制问题。而且，已知的系统未能通过结合连续的功率控制范围，控制功率输出的电流有效率的方式，提供均处于RF频率下的全面的功率控制范围。而且，现有的发射机队列未能解决失真和漏电流之间的折衷。
发明内容
在本发明的第一实施例中，一种用于发射机队列中的电流有效率的动态功率范围控制的系统，可以包括：开关混频器，其耦合到开关分级衰减器；和开关功率驱动器，其耦合到该开关分级衰减器。在该系统中，对于关于系统的70dB以上的动态功率范围，可以基本上保持线性和效率。动态功率范围控制均可以在射频范围中进行，并且可以连同输出功率一起，动态地开关电流。在一个具体实施例中，发射机提供超过30dB的连续功率控制和在预定的dB分级数目下超过45dB的离散功率控制。开关混频器和开关分级衰减器可以基于FET，并且该系统可以完全集成在CMOS电路或双极型电路中。开关功率驱动器可以进一步包括经由电流导引的连续功率控制，或者更具体地，开关功率驱动器可以是组合堆叠电流舵和电流开关IQ加法器放大器，其中电流开关IQ加法器放大器可以提供超过60dB的功率控制范围。开关功率驱动器还可以包括并联增益驱动器，其提供了相对宽的带宽。
在本发明的第二实施例中，一种用于发射机队列中的电流有效率的动态功率范围控制的系统，可以包括，用于在发射机队列中提供超过70dB的功率控制范围的装置、用于在整个功率控制范围中保持基本的信号线性和电流效率的装置、以及用于通过使失真效果分布在发射机队列中的多个部件上使失真最小的装置。多个部件可以是基带驱动器、混频器、分级衰减器和输出驱动器中的至少一个。用于提供超过70dB的功率控制范围的装置可以包括：用于提供超过30dB的连续功率控制和在5dB的分级下提供超过45dB的离散功率控制的装置。用于在整个功率控制范围中保持基本的信号线性的装置可以包括用于利用所有的衰减设定保持基本的信号线性的装置。该系统可以进一步包括用于通过在发射机队列的开启和关闭的过程中使用连续的上升函数减轻边带干扰的装置，并且可以进一步包括用于抑制载波信号的装置。
在本发明的第三实施例中，一种用于发射机队列中的电流有效率的动态功率范围控制的方法，可以包括步骤，在发射机队列中提供超过70dB的功率控制范围，在整个功率控制范围中保持基本的信号线性和电流效率(诸如通过利用所有的衰减设定保持基本的信号线性)，并且通过使失真效果分布在发射机队列中的多个部件上使失真最小。如前文提及的，发射机队列可以提供超过30dB的连续功率控制和在预定的dB分级数目下超过45dB的离散功率控制。该方法可以进一步包括如下步骤：通过在发射机队列的开启和关闭的过程中使用连续的上升函数减轻边带干扰。而且，应当注意，通过使大部分功率控制范围保持在发射机队列的RF部分中，可以抑制载波信号。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的具有大的动态功率范围的发射机队列的框图，在该动态功率范围中保持电流效率和线性。
图2是根据本发明的实施例的图1的发射机队列的一部分的框图，其提供了开关混频器和分级衰减器的进一步的细节。
图3是根据本发明的实施例的图2的部分发射机队列的模型示图。
图4是根据本发明的实施例的具有电流导引的并联分布的输出驱动器。
图5是根据本发明的实施例说明了发射机队列中的电流有效率的动态功范围控制的方法的流程图。
具体实施方式
尽管本说明书以定义了被视为新颖的本发明的特征的权利要求为结论，但是可以确信，通过结合附图考虑下面的描述，可以更好地理解本发明，在附图中沿用了相似的参考数字。
参考图1，示出了具有至少70dB的功率控制范围的发射机队列10。发射机队列10可以完整地集成在全CMOS实施例中，或者可替换地可以集成到双极型技术。发射机队列10可以包括接收基带输入的基带滤波器12和电流控制基带驱动器14。功率控制主要在发射机队列的两个部分中进行，即分压器部分或电路16和电流控制输出驱动器22。分压器电路16是宽带宽的，这是因为未使用电阻器，并且因此不会由用于分压器的电阻器产生RC滤波。分压器部分16可以包括混频器18和分级衰减器20，其将参考图2和3得到进一步的描述。发射机队列10可以是完整的发射机系统的一部分，该系统包括耦合到天线26的功率放大器24、耦合到ROM查找表格30的DSP控制器28、基带解调器或控制器32、用于选择性地将解调器模块34耦合到用于反馈的天线的开关33和耦合器27、以及可以经由基带解调器/控制器32和/或DSP控制器28控制发射机队列10中的设定的用户程序36。
在一个特定的实施例中，对于80dB或更高的整体功率控制，队列10提供超过30dB(诸如35dB或更高)的连续的功率控制范围和在5dB的分级下超过45dB的离散功率控制。该配置使得能够使用连续的上升函数减轻发射机开启和关闭过程中的边带干扰。参考图2，RF队列部分50可以包括基带驱动器52，其后紧随分压器电路16。该分压器可以包括基于FET的正交开关混频器18，其后紧随基于FET的开关分级衰减器20。参考图3，可以使用电路150构建分压器16的模型，其中电路150具有提供了互补输入电压Vin和Vinx的基带驱动器152，由Rmix表示的混频器(电阻器154和155)以及由并联负载RL表示的衰减器156。因此，分压器的输出电压可以表示为：
Vout＝Vin(RL/(RL+Rmix))
或者
Voutx＝Vinx(RL/(RL+Rmix))
然后，分压器电路16之后可以紧随有分布式开关功率驱动器22，如图4所示，其还并入了经由电流导引的连续功率控制。FET开关分级衰减器20结合FET开关混频器18工作，通过创建具有非常大的带宽的基于FET的分压器电路16，提供5、10、15dB的衰减分级。混频器18具有开关，其由互补本地振荡器信号LO和LOx控制。开关分级衰减器20中的衰减分级由衰减控制信号控制，其可由DSP控制器28(参看图1)提供。再参考图4，输出驱动器22使用组合堆叠电流舵202(其由连续功率控制信号203控制)和电流开关IQ加法器放大器(204、206、208、209、214、216、218和219)，其具有超过60dB的功率控制范围。电流开关IQ加法器放大器由衰减控制信号210控制。这两个模块提供了在不使线性劣化的同时控制输出功率的电流效率的手段。应当注意，尽管说明了求和实施例，但是非求和的实施例同样在本发明的考虑范围内。因此，如果实施例具有约35dB的连续功率控制的堆叠电流舵、具有总量为30dB(以10dB为分级增量)的分级功率控制的开关放大器、以及具有15dB分级(以5dB为增量)的功率控制的分压器，则在发射机队列中可以具有整体为80dB的动态功率控制。而且，应当注意，利用电流导引，电流舵202可以命令将电流导引到电源(输入)或负载(输出)中。电流舵使得能够以连续的平滑的方式(未分级)比例缩放功率。
应当注意，在发射机队列中在RF部分中具有该功率控制，在处理笛卡儿(Cartesian)(IQ)调制器设计时，提供了更加宽松的绝对载波抑制规范。尽管将小的功率控制范围分配给发射机队列的基带部分，并且因此将大部分功率控制范围分配给RF模块，可能使设计复杂化，但是整体的正交全差分系统将提供良好的隔离和抑制特性。此外，该系统固有地以如下方式将其针对处理信号的失真效果分布在其各个部件中，即，使整体失真最小。
基于FET的混频器/衰减器方法连同并联分布的增益驱动器22(如图4所示)的使用，提供了关于电流开关TX功率控制队列的全CMOS实现方案的相对宽的带宽(6GHz)。整体系统可操作为，通过在整个功率控制范围上保持线性的方式，以最少的所需电流量，产生所需的输出电平。
尽管此处描述的实施例理想地适用于直接变换发射机，其中基带在一次混频中向上混频到RF，不需要中间频率(IF)，但是即使非直接变换发射机(使用IF)，也可受益于此处的权利要求的概念。应当注意，尽管如此，直接变换发射机可能成本较低，使用较少的面积，并且具有更好的漏电流特性。
发射机队列中的电流有效率的动态功率范围控制方法500，可以包括：步骤502，在发射机队列中提供超过70dB的功率控制范围；步骤504，在整个功率控制范围中保持基本的信号线性和电流效率(诸如通过利用所有的衰减设定保持基本的信号线性)；和步骤506，通过使失真效果分布在发射机队列中的多个部件上使失真最小。应当注意，还可以基于衰减器设定比例缩放基带放大器的驱动电流。如前文提及的，发射机队列可以提供超过30dB的连续功率控制和在预定的dB分级数目下超过45dB的离散功率控制，如步骤508中提及的。该方法可以进一步包括步骤510，在发射机队列的开启和关闭的过程中通过使用连续的上升函数来减轻边带干扰，以及步骤512，抑制载波信号。
因此，使用分级和连续控制的组合可以实现给定的功率电平。在一个实施例中，分级控制是电流有效率的，而仅在上升过程中使用连续衰减，以便于不浪费任何电流。在这一点上，如步骤514中示出的，可以将功率控制排序在分级和连续上升之间，以避免浪费的电流在稳定状态条件下或在发射时被导引脱离地或电源(否则将浪费)。
考虑到前面的描述，应当认识到，根据本发明的实施例可以在硬件、软件或者硬件和软件的组合中实现。根据本发明的网络或系统可以以集中式的方式在一个计算机系统或处理器中实现，或者以分布式的方式实现，其中不同的元件延伸跨越数个互连的计算机系统或处理器(诸如微处理器或DSP)。任何类型的计算机系统，或者适于执行此处描述的功能的其他装置，都是适用的。硬件和软件的典型组合可以是具有计算机程序的通用计算机系统，其中在加载和执行计算机程序时，其控制计算机系统，使其执行此处描述的功能。
考虑到前面的描述，应当认识到，根据本发明的实施例可以在被视为处于权利要求的范围和精神内的许多配置中实现。此外，除非所附权利要求中特别说明，否则上文的描述仅作为示例，并非以任何方式限制本发明。

Claims (10)

1.一种用于发射机队列中的电流有效率的动态功率范围控制的系统，包括：
开关混频器，其耦合到开关分级衰减器；和
开关功率驱动器，其耦合到开关分级衰减器，其中对于关于所述系统的70dB以上的动态功率范围，基本上保持线性和效率。
2.权利要求1的系统，其中所述开关功率驱动器进一步包括经由电流导引的连续功率控制。
3.权利要求1的系统，其中所述开关功率驱动器进一步包括组合堆叠电流舵和电流开关IQ加法器放大器。
4.权利要求1的系统，其中所述开关功率驱动器进一步包括并联增益驱动器，其提供了相对宽的带宽。
5.权利要求1的系统，其中所述动态功率范围控制均在射频范围中进行，并且连同输出功率一起，动态地开关电流。
6.一种用于发射机队列中的电流有效率的动态功率范围控制的方法，包括步骤：
在发射机队列中提供超过70dB的功率控制范围；
在整个功率控制范围中保持基本的信号线性和电流效率；以及
通过使失真效果分布在发射机队列中的多个部件上而使失真最小化。
7.权利要求6的方法，其中所述发射机队列提供超过30dB的连续功率控制和在预定的dB分级数目下超过45dB的离散功率控制。
8.权利要求6的方法，其中在整个功率控制范围中保持基本的信号线性的步骤包括：通过所有的衰减设定来保持基本的信号线性。
9.权利要求6的方法，其中所述方法进一步包括如下步骤：在发射机队列的开启和关闭的过程中通过使用连续的上升函数减轻边带干扰。
10.权利要求6的方法，其中所述方法进一步包括如下步骤：抑制载波信号。
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