CN103313363B - 功率管理装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种功率管理装置和方法。该功率管理装置，适用于一移动装置，包括一射频电路、一功率放大器、一处理器，以及一直流对直流转换器。该处理器用以产生一基频信号。该射频电路根据该基频信号产生一射频信号。该功率放大器根据一供应电压放大该射频信号以产生一输出信号。该处理器用以检测该射频信号的一包络，并根据该射频信号的该包络产生一控制信号。该直流对直流转换器根据该控制信号操作于一平均功率追踪模式或一追踪信号包络模式，并据以产生该供应电压。

Description

功率管理装置和方法
技术领域
本发明涉及一种功率管理装置，特别是涉及可于一移动装置中切换一平均功率追踪模式(AveragePowerTrackingMode，APTMode)或是一追踪信号包络模式(EnvelopeTrackingMode，ETMode)的功率管理装置。
背景技术
在先前的移动装置中，直流对直流转换器(DirectCurrentToDirectCurrentConverter，DCtoDCConverter)控制功率放大器(PowerAmplifier，PA)的省电模式有两种：一为平均功率追踪模式(AveragePowerTrackingMode，APTMode)，另一为追踪信号包络模式(EnvelopeTrackingMode,ETMode)，且系统于设计时便在此两者中择一而行，无法在此两者间做切换。在平均功率追踪模式中，移动装置是离散地(Discretely)调整功率放大器的供应电位。而追踪信号包络模式则是基于一反馈的射频信号以调整功率放大器的供应电位。
发明内容
平均功率追踪模式和追踪信号包络模式两者各有其胜出的输出功率范围。当移动装置的输出功率处于一较高的范围时，操作于追踪信号包络模式的直流对直流转换器将使功率放大器节省更多的电力。反之，当移动装置输出功率处于一较低的范围时，操作于平均功率追踪模式的直流对直流转换器将使功率放大器节省更多的电力。为了兼得此两者的优势，需要设计一种新的功率管理装置，以减少功率放大器的电力消耗量，实现移动装置待机时间的优化。
在一实施例中，本发明提供一种功率管理装置，适用于一移动装置，包括：一处理器，产生一基频信号；一射频电路，耦接至该处理器，根据该基频信号产生一射频信号；一功率放大器，耦接至该射频电路，根据一供应电压放大该射频信号以产生一输出信号；以及一直流对直流转换器，耦接于该处理器与该功率放大器之间，并提供该供应电压给该功率放大器，其中：该处理器用以检测该射频信号的一包络，并根据该射频信号的该包络产生一控制信号；以及该直流对直流转换器根据该控制信号操作于一平均功率追踪模式或一追踪信号包络模式，并据以产生该供应电压。
在另一实施例中，本发明提供一种功率管理方法，适用于一移动装置，包括下列步骤：经由一处理器，产生一基频信号；经由一射频电路，根据该基频信号产生一射频信号；经由一功率放大器，根据一供应电压放大该射频信号以产生一输出信号；经由该处理器，检测该射频信号的一包络，并根据该射频信号的该包络产生一控制信号；以及经由一直流对直流转换器，根据该控制信号，操作于一平均功率追踪模式或一追踪信号包络模式，并据以产生该供应电压。
在一实施例中，本发明提供一种移动装置，包括：一电池，用以提供电力；一天线；以及一功率管理装置，包括：一处理器，产生一基频信号；一射频电路，耦接至该处理器，根据该基频信号产生一射频信号；一功率放大器，耦接至该射频电路，根据一供应电压放大该射频信号以产生一输出信号；以及一直流对直流转换器，耦接于该处理器与该功率放大器之间，并提供该供应电压给该功率放大器，其中：该处理器用以检测该射频信号的一包络，并根据该射频信号的该包络产生一控制信号；该直流对直流转换器根据该控制信号操作于一平均功率追踪模式或一追踪信号包络模式，并据以产生该供应电压；以及该天线耦接到该功率管理装置，并用以传送该输出信号。
附图说明
图1是显示根据本发明一实施例所述的功率管理装置的示意图；
图2是显示根据本发明另一实施例所述的功率管理装置的示意图；
图3是显示根据本发明一实施例所述的功率管理装置的处理器执行一选择程序的流程图；
图4是显示根据本发明一实施例所述的功率管理装置的示意图；
图5A是显示于不同操作模式下电池电流的示意图；
图5B是显示根据本发明一实施例所述的智能切换模式下电池电流的示意图；
图6是显示根据本发明一实施例所述的功率管理方法的流程图；
图7是显示根据本发明一实施例所述的移动装置的示意图。
附图符号说明
100、200、400～功率管理装置；
110～射频电路；
120～功率放大器；
130～处理器；
140～直流对直流转换器；
150～包络回授电路；
160～控制器；
430～数据机芯片；
440～交换式电源供应器；
450～衰减器；
700～移动装置；
710～电池；
720～天线；
SB～基频信号；
SC1、SC2、SS～控制信号；
SF～射频信号；
SOUT～输出信号；
VCC1～供应电压；
VCC2～偏压。
具体实施方式
图1是显示根据本发明一实施例所述的功率管理装置100的示意图。功率管理装置100适用于一移动装置，移动装置可以是手机(MobilePhone)、笔记型计算机(Notebook)，或是平板计算机(TabletPC)。功率管理装置100可以包括：射频电路110、功率放大器(PowerAmplifier，PA)120、处理器130，以及直流对直流转换器(DirectCurrentToDirectCurrentConverter，DCtoDCConverter)140。
处理器130用以产生一基频信号(BasebandSignal)SB。射频电路110电性耦接至处理器130，并根据基频信号SB产生一射频信号(RadioFrequencySignal，RFSignal)SF，其中射频信号SF的频率高于基频信号SB。在一实施例中，射频电路110可以是一收发机(transceiver)。功率放大器120电性耦接至射频电路110，并根据一最小但足够的供应电压VCC1无失真地放大射频信号SF一放大倍率以产生一输出信号SOUT。处理器130用以检测射频信号SF的包络(Envelope)，并根据射频信号SF的包络产生一控制信号SS。直流对直流转换器140电性耦接于处理器130与功率放大器120之间，并提供供应电压VCC1给功率放大器120。更精确地说，直流对直流转换器140根据控制信号SS，操作于一平均功率追踪模式(AveragePowerTrackingMode，APTMode)或一追踪信号包络模式(EnvelopeTrackingMode，ETMode)，并据以产生供应电压VCC1。
当操作于追踪信号包络模式时，直流对直流转换器140动态地调整供应电压VCC1以使功率放大器120能以最小但足够的供应电压VCC1无失真地放大射频信号SF，其中供应电压VCC1的波形将和射频信号SF的波形相似。另外，当操作于平均功率追踪模式时，直流对直流转换器140离散地调整供应电压VCC1。
图2是显示根据本发明另一实施例所述的功率管理装置200的示意图。在此实施例中，功率管理装置200还包括一包络回授电路150和一电源管理电路160。处理器130通过包络回授电路150来接收射频信号SF。包络回授电路150可用以处理射频信号SF，并将处理过的射频信号SF传送给处理器130。在一些实施例中，包络回授电路150可以是一衰减器(Attenuator)，其用以衰减射频信号SF，以避免大振幅的射频信号SF损坏处理器130。电源管理电路160可产生控制信号SC1或偏压(BiasVoltage)VCC2，以分别调整直流对直流转换器140的功能和功率放大器120的功能。例如：电源管理电路160可以调整直流对直流转换器140的一供应电位以启动或关闭直流对直流转换器140，或(且)调整功率放大器120的偏压VCC2以使功率放大器120操作于适当的线性区(LinearRegion)。直流对直流转换器140可提供必要的供应电位VCC1以节省移动装置的功率消耗。另外，处理器130还用以产生控制信号SC2以调整射频电路110的功能。例如：处理器130可用以初始化射频电路110，或(且)调整射频信号SF的频率。
图3是显示根据本发明一实施例所述的功率管理装置的处理器130执行一选择程序的流程图。如图3所示，步骤S310-S350由处理器130所执行。在步骤S310中，处理器130检测射频信号SF的包络。在步骤S320中，处理器130根据射频信号SF的包络，取得输出信号SOUT的输出功率。值得注意的是，由于功率放大器120的放大倍率是间接地由处理器130所决定，故处理器130可根据该放大倍率和目前的射频信号SF的包络运算出目前的输出信号SOUT的输出功率。在步骤S330中，处理器130判断输出信号SOUT的输出功率是否大于一临界值？若输出功率大于该临界值，在步骤S340中，处理器130控制直流对直流转换器140操作于一追踪信号包络模式(ETMode)中并据以产生适当的供应电压VCC1，而功率放大器120再根据供应电压VCC1放大射频信号SF。若输出功率小于或等于该临界值，在步骤S350中，处理器130控制直流对直流转换器140操作于一平均功率追踪模式(APTMode)中并据以产生适当的供应电压VCC1，而功率放大器120再根据供应电压VCC1放大射频信号SF。换言之，处理器130根据输出信号SOUT的输出功率，使直流对直流转换器140选择追踪信号包络模式或是平均功率追踪模式两者之一并据以产生供应电压VCC1供给功率放大器120。在一实施例中，该临界值可以设定为6dBm。
图4是显示根据本发明一实施例所述的功率管理装置400的示意图。在本发明较佳实施例中，处理器为一数据机芯片(ModemIC)430，而直流对直流转换器为一交换式电源供应器(SwitchModePowerSupply，SMPS)440。另外，包络回授电路为一衰减器450，而数据机芯片430根据衰减后的射频信号SF的包络来选择交换式电源供应器(SwitchModePowerSupply，SMPS)440的操作模式。
图5A是显示于不同操作模式下电池电流的示意图，其中横轴代表输出信号SOUT的输出功率，而纵轴代表移动装置的电池电流。如图5A所示，在输出信号SOUT的输出功率小于或等于一临界值时，平均功率追踪模式(APTMode)中的电池电流消耗量小于追踪信号包络模式(ETMode)中的电池电流消耗量；而在输出信号SOUT的输出功率大于该临界值时，平均功率追踪模式(APTMode)中的电池电流消耗量大于追踪信号包络模式(ETMode)中的电池电流消耗量。由此可知，适当地切换两种操作模式将能使移动装置更节省电力。
图5B是显示根据本发明一实施例所述的智能切换模式下电池电流的示意图，其中横轴代表输出信号SOUT的输出功率，而纵轴代表移动装置的电池电流。如图5B所示，在本发明中，根据输出信号SOUT的输出功率是否大于该临界值，直流对直流转换器140将在追踪信号包络模式和平均功率追踪模式之间进行切换，以使移动装置更节省电力。
图6是显示根据本发明一实施例所述的功率管理方法的流程图。该方法适用于一移动装置。首先开始，在步骤S610中，经由一处理器，产生一基频信号。在步骤S620中，经由一射频电路，根据该基频信号产生一射频信号。在步骤S630中，经由一功率放大器，根据一供应电压放大该射频信号以产生一输出信号。在步骤S640中，经由该处理器，检测该射频信号的一包络，并根据该射频信号的该包络产生一控制信号。最后，在步骤S650中，经由一直流对直流转换器，根据该控制信号，操作于一平均功率追踪模式或一追踪信号包络模式，并据以产生该供应电压。该方法的其他细部特征和前述功率管理装置的特征相似。
图7是显示根据本发明一实施例所述的移动装置700的示意图。移动装置700可以是手机(MobilePhone)、笔记型计算机(Notebook)，或是平板计算机(TabletPC)。如图7所示，移动装置700至少包括：电池710、天线720，以及功率管理装置100。电池710用以提供电力给移动装置700。天线720电性耦接到功率管理装置100，并用以传送功率管理装置100所产生的输出信号，或接收无线信号。功率管理装置100的内部元件和性能如之前所述。值得注意的是，功率管理装置100亦可以取代为图2所示的功率管理装置200或是图4所示的功率管理装置400。
本发明所提供的功率管理装置和移动装置可以自动地在平均功率追踪模式和追踪信号包络模式之间进行切换。这将使移动装置更节省电力，并有效地延长移动装置的使用时间。
本发明虽以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明的范围，本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可做若干的更动与润饰，因此本发明的保护范围是以本发明的权利要求为准。

Claims (14)

1.一种功率管理装置，适用于一移动装置，包括：
一处理器，产生一基频信号；
一射频电路，耦接至该处理器，并根据该基频信号产生一射频信号；
一功率放大器，耦接至该射频电路，并根据一供应电压放大该射频信号以产生一输出信号；以及
一直流对直流转换器，耦接于该处理器与该功率放大器之间，并提供该供应电压给该功率放大器，
其中：
该处理器用以检测该射频信号的一包络，并根据该射频信号的该包络产生一控制信号；以及
该直流对直流转换器根据该控制信号操作于一平均功率追踪模式或一追踪信号包络模式，并据以产生该供应电压；
其中该处理器还用以根据该射频信号的该包络取得该输出信号的一输出功率；
其中若该输出功率大于一临界值，则该处理器使该直流对直流转换器选择该追踪信号包络模式，而若该输出功率小于或等于该临界值，则该处理器使该直流对直流转换器选择该平均功率追踪模式。
2.如权利要求1所述的功率管理装置，还包括：
一包络回授电路，其中该处理器通过该包络回授电路接收该射频信号。
3.如权利要求2所述的功率管理装置，其中该包络回授电路为一衰减器。
4.如权利要求1所述的功率管理装置，还包括：
一电源管理电路，用以分别调整该直流对直流转换器和该功率放大器的功能。
5.如权利要求1所述的功率管理装置，其中该处理器为一数据机芯片。
6.如权利要求1所述的功率管理装置，其中该直流对直流转换器为一交换式电源供应器。
7.一种功率管理方法，适用于一移动装置，包括下列步骤：
经由一处理器，产生一基频信号；
经由一射频电路，根据该基频信号产生一射频信号；
经由一功率放大器，根据一供应电压放大该射频信号以产生一输出信号；
经由该处理器，检测该射频信号的一包络，并根据该射频信号的该包络产生一控制信号；以及
经由一直流对直流转换器，根据该控制信号，操作于一平均功率追踪模式或一追踪信号包络模式，并据以产生该供应电压；
其中所述之功率管理方法，还包括：
经由该处理器，根据该射频信号的该包络取得该输出信号的一输出功率；
若该输出功率大于一临界值，则经由该处理器，使该直流对直流转换器选择该追踪信号包络模式；以及
若该输出功率小于或等于该临界值，则经由该处理器，使该直流对直流转换器选择该平均功率追踪模式。
8.如权利要求7所述的功率管理方法，还包括：
经由该处理器，通过一包络回授电路接收该射频信号。
9.如权利要求8所述的功率管理方法，还包括：
经由该包络回授电路，衰减该射频信号。
10.如权利要求7所述的功率管理方法，还包括：
经由一电源管理电路，分别调整该直流对直流转换器和该功率放大器的功能。
11.一种移动装置，包括：
一电池，用以提供电力；
一天线；以及
一功率管理装置，包括：
一处理器，产生一基频信号；
一射频电路，耦接至该处理器，并根据该基频信号产生一射频信号；
一功率放大器，耦接至该射频电路，并根据一供应电压放大该射频信号以产生一输出信号；以及
一直流对直流转换器，耦接于该处理器与该功率放大器之间，并提供该供应电压给该功率放大器，
其中：
该处理器用以检测该射频信号的一包络，并根据该射频信号的该包络产生一控制信号；
该直流对直流转换器根据该控制信号操作于一平均功率追踪模式或一追踪信号包络模式，并据以产生该供应电压；以及
该天线耦接到该功率管理装置，并用以传送该输出信号；
其中该处理器还用以根据该射频信号的该包络取得该输出信号的一输出功率；
其中若该输出功率大于一临界值，则该处理器使该直流对直流转换器选择该追踪信号包络模式，而若该输出功率小于或等于该临界值，则该处理器使该直流对直流转换器选择该平均功率追踪模式。
12.如权利要求11所述的移动装置，其中该功率管理装置还包括：
一包络回授电路，其中该处理器通过该包络回授电路接收该射频信号。
13.如权利要求11所述的移动装置，其中该处理器为一数据机芯片。
14.如权利要求11所述的移动装置，其中该直流对直流转换器为一交换式电源供应器。
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