CN102164189A - 使用具有多对抽头的电源组的移动通信设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种移动通信设备，具有功率放大器和电源组。所述电源组包括：电荷存储组件；第一对抽头，与所述电荷存储组件相连，用于向所述移动通信设备的组件供电；以及第二对抽头，与所述电荷存储组件相连，用于向所述功率放大器供电，当在所述移动通信设备中安装功率时，所述第二对抽头位于比所述第一对抽头更接近所述功率放大器的位置。由于第二对抽头位于更接近功率放大器的位置，可以使包括多抽头电源组的功率放大器电流环路更小。更小的功率放大器电流环路的一个优势可以是减少RF干扰信号的发射。

Description

使用具有多对抽头的电源组的移动通信设备
技术领域
本申请总体上涉及移动通信设备的电源组，并且更具体地涉及使用具有多对抽头的电源组的移动通信设备。
背景技术
在具有电荷存储组件的电源组(如电池)的功率分配网络中，电源电压中的波动可以由例如射频功率放大器电路抽取的脉冲式高电流所导致。依靠功率分配网络传播到其他组件的波动可以引起不利效果。对于例如音频电路，波动可以引起可听到的蜂鸣声。附加地，与功率放大器电路相关的电源组的特定配置可以允许生成显著的电磁干扰。
发明内容
一种移动通信设备的电源组包括：电荷存储组件和用于向a)移动通信设备的组件以及b)功率放大器供电的多对抽头。向功率放大器供电的抽头对可以位于比其他抽头对更接近功率放大器的位置，从而允许功率放大器电流环路小于在仅具有单对抽头的电源组的情况下存在的功率放大器电流环路。
根据本申请的方面，提供了一种移动通信设备。所述移动通信设备包括功率放大器和电源组。所述电源组包括：电荷存储组件；第一对抽头，与所述电荷存储组件的端子相连，用于至少向所述移动通信设备的音频电路供电；以及第二对抽头，与所述电荷存储组件的端子相连，用于向所述功率放大器供电，在所述移动通信设备中安装功率时，所述第二对抽头位于比所述第一对抽头更接近所述功率放大器的位置。
当结合附图来审视下面对本发明的特定实施例的描述时，本发明的其他方面和特征对于本领域普通技术人员来说将变得显而易见。
附图说明
现在参照附图，附图示出了作为示例的本公开内容的实施例，附图中：
图1示出了功率分配网络，具有包含功率放大器的前端模块和电源组；
图2示意性地示出了图1的功率分配网络的前端模块；
图3示出了移动通信设备，其中移除了电池盖以暴露图1的电源组和图2的功率放大器；
图4示意性地示出了在功率分配网络中使用的前端模块，其中由具有多个电池的多抽头电源组来供电；
图5示出了透视图形式的图4的多抽头电源组，其中针对各抽头标识了所提出的位置；
图6示意性地示出了在功率分配网络中使用的前端模块，其中由具有超电容器和电池的混合电源组来供电；以及
图7示意性地示出了在功率分配网络中使用的前端模块，功率分配网络包括附加组件，其中由图6的混合电源组的适配版本来供电，其中适配电源组包括允许超电容器向附加组件供电的抽头。
具体实施方式
图1示出了具有前端模块(FEM)124和单一电源组120的功率分配网络100。电源组120包括电荷存储组件。如下面将要讨论的，电荷存储组件可以是存储电荷的任何组件，如化学功率电池或超电容器。功率分配网络100被配置为在移动通信设备中使用。移动通信设备包括处理器102，用于控制移动通信设备的整体操作，或用于控制移动通信设备的所选操作。移动通信设备的组件包括外壳(图中未示出)和多个用户接口组件104。用户接口组件104可以包括输入设备(例如具有多个按键的键盘、按钮、轨迹球或触摸板)以及输出设备(例如显示器)，输出设备可以包括全图形、或全色彩、液晶显示器(LCD)。在一些实施例中，显示器可以包括触摸屏显示器。在这种实施例中，键盘可以包括虚拟键盘。还可以备选地使用其他类型的输出设备。部分地响应于移动通信设备的用户对键盘上按键的促动，处理器102控制显示器的操作。
移动通信设备的组件还可以包括：音频电路106，可以控制向用户呈现音频警报(铃音)、电话呼叫中接收到的音频以及基于设备存储器(图中未示出)中保存的数字音乐文件的音频。
移动通信设备的组件还可以包括：与已知的全球定位系统(GPS)一起使用的接收器108。将GPS接收器108示为与GPS接收器天线118A通信连接。
移动通信设备的组件还可以包括：在短距离通信子系统中使用的收发器110，使得移动通信设备和其他临近的系统或设备(不一定是类似的设备)之间能够通信。例如，短距离通信子系统可以包括红外设备和相关联的电路和组件、或BluetoothTM通信模块，以提供与支持类似功能的系统和设备之间的通信。将Bluetooth收发器110示为与Bluetooth收发器天线118B通信连接。
移动通信设备的组件还可以包括：在无线局域网通信子系统中使用的收发器112。电气和电子工程师协会(IEEE)已经确定了一系列标准，被称作IEEE 802.11标准。可以由已知的Wi-Fi联盟来认证支持IEEE 802.11标准的产品。将Wi-Fi收发器112示为与Wi-Fi收发器天线118C通信连接。
移动通信设备的组件还可以包括：在第一无线电信子系统中使用的收发器114。第一无线电信子系统可以基于已知的宽带码分多址(W-CDMA)标准。将W-CDMA收发器114示为与W-CDMA收发器天线118D通信连接。
移动通信设备的组件还可以包括：在第二无线电信子系统中使用的收发器116。第二无线电信子系统可以基于已知的全球移动通信系统(GSM)和GSM演进的增强数据速率(EDGE)标准。将GSM/EDGE收发器116示为通过FEM 124与GSM/EDGE收发器天线118E通信连接。
处理器102、用户接口104、音频电路106、GPS接收器108、Bluetooth收发器110、Wi-Fi收发器112、W-CDMA收发器114和GSM/EDGE收发器116都维持与功率管理集成电路(PMIC)122的连接。PMIC 122和FEM 124维持与电源组120的连接。电源组120通过第一抽头132A维持与电池充电电路126的连接，并且与FEM 124的组件一样，通过第二抽头134A维持与电源基准电压的连接。另一对抽头包括将多抽头电源组120与FEM 124相连的第三抽头132B，以及将多抽头电源组120与电源基准电压相连的第四抽头134B。
电源组120可以例如容纳锂离子电池，该电池具有从4.2V到3.2V的操作范围。然而，本文所述的概念不受限于任何特定形式的能量存储或电池化学。
在图2中示出了图1的FEM 124的组件。FEM 124包括(但不一定限于)与GSM/EDGE收发器116的输出和低通滤波器204的输入相连的功率放大器202。在一个状态下，开关206将低通滤波器204的输出与天线匹配电路208相连，天线匹配电路208与GSM/EDGE收发器天线118E相连。在另一个状态下，开关206将天线匹配电路208的输出与带通滤波器210的输入相连。带通滤波器210的输出与GSM/EDGE收发器116的输入相连。
将功率放大器202示为包括多个级(不单独引用)，每一级从电源组120的第三抽头132B接收电源电压。类似地，每一级与电源组120的第四抽头134B共享电源基准电压。
在操作中，GSM/EDGE收发器116可以引起功率放大器202在所谓的“脉冲模式”下进行操作。已知功率放大器操作的脉冲模式引起在电源组120的第一端子132A处提供的电源电压的变化。由于高脉冲式电流，电源电压中的变化或波动可以高达峰值至峰值400mV。不幸的是，该波动可以从电源组120传播到PMIC 122，传播到其他组件。对于音频电路106，该波动可以引起可听到的蜂鸣声(对于基于GSM通信的设备，很多设备经历在217Hz处的蜂鸣)，已经认识到消除该蜂鸣声是困难和代价较高的。
可以将功率放大器电流环路定义为通过电源组120和功率放大器202来形成。由于传统功率放大器电流环路的相对大的面积，可以示出功率放大器操作的脉冲模式引起发射可测量的磁辐射。这种发射可以示为对其他电路的干扰，如在助听器中的电路，特别是在使用T-磁线圈(或T-线圈)来拾取音频信号的助听器中的电路。当辐射与功率分配网络100向其提供功率的移动通信设备的外壳内和/或外的各种换能器和其他组件耦合时，来自功率放大器电流环路的磁辐射的发射也可能是有问题的。
可以示出，可以将在发送期间出现在功率放大器202处的射频(RF)干扰信号(任何不想要的信号)经由电源线路耦合至其他电路104、106、108、110、112、114、116、122、126。如果例如干扰信号变为与在电源组120相耦合，则可以示出，由于电池结构，可以由电源组120来辐射这些干扰信号。电池结构可以例如涉及与移动通信设备外壳相连的、电源组120的第一抽头212(即，正触点)。在这种情况下，可以示出，移动通信设备外壳可以具有类似天线的行为。
图3示出了移动通信设备300，其中移除了电池盖以暴露多抽头电源组120(参见图1)和来自图2的功率放大器202。图中示出第一迹线312将第三抽头134B与功率放大器202相连。类似地，图中示出第二迹线314将第四抽头132B与功率放大器202相连。
图3示出了示例移动通信设备300，其中移除了电池盖以暴露多抽头电源组120和来自图2的功率放大器202。图中示出第一迹线312将第三抽头132B与功率放大器202相连。类似地，图中示出第二迹线314将第四抽头134B与功率放大器202相连。相比而言，单抽头电源组可以具有抽头132A和134A，而不具有抽头132B和134B，迹线将功率放大器202与抽头132A和134A相连。在通过抽头132A和134A将功率放大器202与电源组120相连的情况下的电流环路与经由抽头132B和134B的连接所形成的电流环路不同。具体地，后者的电流环路将更小，因为抽头132B和134B比抽头132A和134A更接近功率放大器202。如下面将讨论的，更小的电流环路有助于减少RF干扰。此外，电源组120和功率放大器202之间的电流环路不与抽头132A和134A直接电耦合，抽头132A和134A可以向其他组件供电。
图4示出了具有多对抽头的电源组420的示例实施。多抽头电源组420容纳第一可再充电电池422A和第二可再充电电池422B。第一电池422A具有与电池充电电路426相连的第一抽头412A和与功率分配网络的公共电源电压相连的第二抽头414A。第二电池422B的第二抽头414B也与功率分配网络的公共电源电压相连。第二电池422B的第一抽头412B与电池充电电路426相连。第二电池422B的第一抽头412B还与前端模块(FEM)424相连。FEM 424还与公共电源电压相连。FEM 424具有类似于图2中FEM 124所示的结构(图中未示出)。在备选实施中，电池充电电路426内置于多抽头电源组420中，同时维持图4所示的所有连接。
多抽头电源组420包括电池标识器和温度传感器428。电池标识器和温度传感器428与处理器102(图1)相连。电池标识器部分适于在电池ID抽头416处输出信号。温度传感器部分适于在温度抽头418处输出信号。
可选地，图4的电路可以包括置于第二电池422B的第一抽头412B与FEM 424之间的滤波器436。可以认为这种滤波器用于减少来自FEM424的射频噪声的传播，更具体地，减少来自FEM 424中的功率放大器的射频噪声的传播(当使用功率放大器时)。事实上，噪声可以源自功率分配网络100的任何地方。
取代仅两个电荷存储组件的情况，可以将多抽头电源组420设计为具有三个或更多电荷存储组件。可以将这些另外的电荷存储组件中的每一个(图中未示出)与特定的电路相关联。例如，可以将具有对应抽头的第三电荷存储组件与包含与Wi-Fi收发器112一起使用的功率放大器在内的模块相关联。
在该情况下，可以专门针对与Wi-Fi收发器112一起使用的功率放大器的功率处理需求来选择第三电荷存储组件。例如，与Wi-Fi收发器112一起使用的功率放大器可以具有仅2.5W的峰值功率抽取，这显著地低于与GSM/EDGE收发器116一起使用的功率放大器的12W的峰值功率抽取。相应地，可以将第三电荷存储组件选择为与第二电池422B不同。附加地，可以将第三电荷存储组件和包含与Wi-Fi收发器112一起使用的功率放大器在内的模块之间的连接中的滤波器选择为与在第二电池422B和图4的FEM 424之间的连接中的滤波器436不同。
图5示出了透视图形式的多抽头电源组420，其中针对第一抽头412A、第二抽头414A、第三抽头412B、第四抽头414B、电池ID抽头416以及温度抽头418标识了所提出的位置。
可选地，可以如图6所示，用备选电荷存储组件来替换图4的多抽头电源组420中的第二电池422B。在图6中，FEM 424从混合电源组620接收功率。混合电源组620包括超电容器623和可再充电电池622。
一般地，超电容器类似于常规电容器，只是超电容器在小型封装中提供非常高的电容。通过静态电荷来完成，而不是通过电化学过程(如以常规化学电池的方式)来完成能量的存储。与常规电容器一样的，超电容器具有正板和负板。通过对正和负板施加电压差，可以在超电容器中存储电荷。常规电容器一般包括导电箔和干式分隔器，而超电容器一般包括特殊的电极和电解质。
来自Nihombashi，Chuo，Tokyo，Japan的TDK的已知部件No.EDLC152344-551-2F-30是可以用于超电容器623的组件的示例。该示例组件的规格包括：尺寸23x44x1.5mm；额定电压4.2V连续偏置，5.7V间歇偏置；以及标称电容550mF。然而，本文所述的概念不受限于任何特定超电容器、或任何特定电容、或电荷存储或电荷分隔的任何特定结构。
与多抽头电源组420的第一电池422A一样，混合电源组620的电池622具有与电池充电电路126相连的第一抽头612A和与功率分配网络的公共电源电压相连的第二抽头614A。超电容器623的第二抽头614B也与功率分配网络的公共电源电压相连。超电容器623的第一抽头612B和电池622的第一抽头612A与超电容器充电电路621相连，超电容器充电电路621置于超电容器623的第一抽头612B和电池622的第一抽头612A之间。降压DC至DC转换器628将超电容器623的第一抽头612B与FEM 424相连。
可以将超电容器充电电路621实施为标准开关电源，其可以是具有预定充电电流的升压转换器或降压转换器。
混合电源组620包括电池标识器和温度传感器626。电池标识器和温度传感器626与处理器102(图1)相连。电池标识器部分适于在电池ID抽头616处提供混合电源组620的标识。温度传感器部分适于感测混合电源组620内的温度，并且在温度抽头618处向处理器102提供指示温度的输出信号。
图6的混合电源组620可以适于具有向移动通信设备的附加组件供电的附加抽头对。图7示出了适配的混合电源组720
与图6的混合电源组620一样，适配的混合电源组720的电池622具有与电池充电电路126(图1)相连的第一抽头612A和与功率分配网络的公共电源电压相连的第二抽头614A。超电容器623的第二抽头614B也与功率分配网络的公共电源电压相连。与图6的电路一样，超电容器623的第一抽头612B和电池622的第一抽头612A与超电容器充电电路621相连，超电容器充电电路621置于超电容器623的第一抽头612B和电池622的第一抽头612A之间。降压DC至DC转换器628将超电容器623的第一抽头612B与FEM 424相连。
与图6的混合电源组620一样，适配的混合电源组720包括电池标识器和温度传感器626。电池标识器和温度传感器626与处理器102(图1)相连。电池标识器部分适于在电池ID抽头616处提供适配的混合电源组720的标识。温度传感器部分适于感测适配的混合电源组720内的温度，并且在温度抽头618处向处理器102提供指示温度的输出信号。
图7的电路包括可以在移动通信设备中找到的附加组件。附加组件包括发光二极管(LED)732。与LED 732相关联且相连的是控制器730。控制器730与适配的混合电源组720的第五抽头734相连，其中第五抽头734和超电容器623的、与第三抽头612B相连的相同端子相连。附加地，控制器730与处理器102(图1)相连。与第五抽头734配对的是第六抽头736，其中第六抽头736和超电容器623的、与第四抽头614B相连的相同端子相连。
总而言之，在电源组120中至少可以包括第二抽头集合(132B、134B，图1)，以形成多抽头电源组120。在第二抽头集合(132B、134B)的位置更接近功率放大器202的情况下，可以使包括图1的多抽头电源组120的功率放大器电流环路比包括图1的电源组120的功率放大器电流环路更小。更小的功率放大器电流环路的益处之一可以是减少RF干扰信号的发射。
图1的FEM 124被配置为使得，在操作中，FEM 124从GSM/EDGE收发器116接收信号以在GSM/EDGE收发器天线118E上发送。附加地，图1的FEM 124被配置为使得，在操作中，FEM 124从GSM/EDGE收发器天线118E接收信号，并且将接收到的信号发送到GSM/EDGE收发器116。从电源组120接收到的功率便于图1的FEM 124的操作。
从多抽头电源组120接收到的功率便于图1的FEM 124的操作。显然，多抽头电源组120可以包括单一电池(图中未示出)或包括如图4、6和7中所讨论的多个电荷存储组件。
方便地，迹线312、314、多抽头电源组120和功率放大器202形成图3中的功率放大器电流环路，该环路比由功率放大器202和电源组120的抽头132A和132B之间的迹线所形成的功率放大器电流环路更小。
已知在印刷电路板(PCB)上相对长的电源迹线占用了PCB的不动产，并且维持了相对高的等价串联电阻(ESR)，可以将其认为对于电源组所提供的电源效率是有害的。图3中定义的所提出的减少面积的功率放大器电流环路的另一结果是减少了电源迹线的长度，从而保留了PCB的不动产并且减少了电源迹线的ESR，导致增加了使用来自多抽头电源组120的功率的效率。
以类似于图1的FEM 124的方式，图4的FEM 424被配置为使得，在操作中，FEM 424从GSM/EDGE收发器116接收信号以在GSM/EDGE收发器天线118E上发送。附加地，以类似于图1的FEM 124的方式，图4的FEM 424被配置为使得，在操作中，FEM 424从GSM/EDGE收发器天线118E接收信号，并且将接收到的信号发送到GSM/EDGE收发器116。从多抽头电源组420接收到的功率便于图4的FEM 424的操作。
在操作中，电池标识器和温度传感器428的电池标识器部分在电池ID抽头416处输出多抽头电源组420的标识。附加地，电池标识器和温度传感器428的温度传感器部分感测多抽头电源组420内的温度，并且在温度抽头418处向处理器102提供指示温度的输出信号。
显著地，在操作中，尽管从第二电池422B抽取功率，可以认为在脉冲模式下操作的FEM 424所引起的电压波动与由第一电池422A供电的电路是隔离的。相应地，可以通过减少去耦合组件的数量并且减少对高电源抑制比具有较低要求的一些有源设备的成本，来显著地简化其他电路104、106、108、110、112、114、116、122、126的电路复杂度。
以类似于图1的FEM 124的方式，图6的FEM 424被配置为使得，在操作中，FEM 424从GSM/EDGE收发器116接收信号以在GSM/EDGE收发器天线118E上发送。附加地，以类似于图1的FEM 124的方式，图4的FEM 424被配置为使得，在操作中，FEM 424从GSM/EDGE收发器天线118E接收信号，并且将接收到的信号发送到GSM/EDGE收发器116。从混合电源组620接收到的功率便于图6的FEM 424的操作。
在操作中，在图6的电路中，降压DC至DC转换器628将在超电容器623的第一抽头612B处可用的电压转换为较低的电压，并且使该较低的电压对于FEM 424可用。尽管从超电容器623抽取功率，可以认为在脉冲模式下操作的FEM 424所引起的电压波动与由电池622供电的电路是隔离的。
附加地，相比于图1的功率分配网络100的电源组120所能维持的，超电容器充电电路621可以维持超电容器623上的更一致的电荷。
可以示出，由降压DC至DC转换器628和混合电源组620的组合所形成的功率放大器电流环路部分的ESR要低于电源组120的ESR。试验已经表明，电源组120的ESR可以是150mΩ的量级，而降压DC至DC转换器628和混合电源组620的组合的ESR可以仅为30mΩ的量级。
如本领域技术人员清楚的，如果存在多于一个高电流负载，则可以用多于一个超电容器来设计混合电源组620。
从适配的混合电源组720接收的功率便于图7的FEM 424的操作。
前文已经讨论了，已知功率放大器操作的脉冲模式引起在电池处提供的电源电压的波动，并且可以示出，该波动负面地影响其他电路的操作。还可以示出，典型移动通信设备中的其他电路可以引起电源电压的波动。这种引起波动的电路的示例是图7中LED 732和控制器730的组合。
在图7的电路中，LED 732可以在使用移动通信设备来捕捉静止照片时作为闪光灯使用。LED 732还可以在移动通信设备捕捉视频时用作提供光线的照明器。控制器730从适配的混合电源组720的第五抽头734接收功率。附加地，控制器730从处理器102(图1)接收指令。
在典型的移动通信设备中，由于高脉冲式功率消耗和由此引起的传播到其他电路的电压波动，因此不可以同时操作FEM 424和LED732。可以示出，使用超电容器723以及降压DC至DC转换器628以及超电容器充电电路721将允许FEM 424和LED 732的同时操作，且不引起显著的电源电压波动传播到其他电路。
上述实施例及其变化可以实现一个或多个优点，之前已经提到过这些优点中的一些。如上所示，当功率放大器202不与抽头132A和134A直接电耦合时，可以部分地或者实质上完全地将功率放大器所引起的电压波动与其他电路隔离，从而减少波动的效果。从而可以增强一些组件的性能。例如将波动与音频电路相隔离可以导致减少可听到的蜂鸣声。可以减少与一些通信信道的电磁干扰，如与T线圈的通信的干扰。
本申请的上述实施例仅意在作为示例。可以在不脱离由所附权利要求限定的本申请的范围的情况下，由本领域技术人员对特定实施例做出改变、修改和变化。

Claims (11)

1.一种移动通信设备，包括：
功率放大器；
电源组，包括：
电荷存储组件；
第一对抽头，与所述电荷存储组件的端子相连，用于至少向
所述移动通信设备的音频电路供电；以及
第二对抽头，与所述电荷存储组件的端子相连，用于向所述功率放大器供电，当在所述移动通信设备中安装所述功率时，所述第二对抽头位于比所述第一对抽头更接近所述功率放大器的位置。
2.根据权利要求1所述的移动通信设备，其中，所述电荷存储组件包括单一可再充电电池。
3.根据权利要求2所述的移动通信设备，其中，所述单一可再充电电池是锂离子电池。
4.根据权利要求1所述的移动通信设备，其中，所述电荷存储组件包括第一可再充电电池和第二可再充电电池。
5.根据权利要求4所述的移动通信设备，其中，所述第一可再充电电池是锂离子电池，所述第二可再充电电池是锂离子电池。
6.根据权利要求1所述的移动通信设备，其中，所述电荷存储组件包括电容器和可再充电电池。
7.根据权利要求6所述的移动通信设备，其中，所述电容器是超电容器。
8.根据权利要求6或权利要求7所述的移动通信设备，其中，所述可再充电电池是锂离子电池。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的移动通信设备，还包括：
需要电源的附加组件；
其中，所述电源组还包括：第三对抽头，与所述超电容器的端子相连，用于向所述附加组件供电。
10.根据权利要求9所述的移动通信设备，其中，所述附加组件是发光二极管。
11.根据权利要求10所述的移动通信设备，还包括：与所述发光二极管相关联并且相连的控制器，所述控制器置于所述发光二极管和所述第三对抽头中的一个抽头之间。
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