CN103888090A - 功率放大装置及应用该功率放大装置的无线信号传送器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种功率放大装置,其中包含参考信号产生器、数字功率放大器及数据产生器。该参考信号产生器提供具有交替出现的致能状态与禁能状态的一参考信号。该数字功率放大器根据参考信号及一输入信号产生一输出信号。当参考信号处于致能状态时,该数据产生器交替提供一同相信号与一正交相位信号至该数字功率放大器,做为输入信号。当参考信号处于禁能状态时,该数据产生器提供一固定信号做为输入信号。
Description
技术领域
本发明与数字信号处理技术相关,并且尤其与节省功率消耗的数字信号处理技术相关。
背景技术
随着电子技术的进步,平板计算机和智能型手机等各种行动式电子装置皆蓬勃发展、日渐普及。对于行动式电子装置制造者来说,如何在提供多样功能的同时,降低功率消耗以延长操作及待机时间,一直是备受关注的重要议题。此外,近年来强调节能减碳的环保意识逐渐抬头,无论是固定式或行动式电子装置,都被期待具备更低的电力消耗量、更高的能源使用效率。
就无线通讯装置而言,用以收发信号的传送器/接收器通常是耗电量最高的硬件单元。图1A呈现采用数字正交调变(digital quadrature modulation,DQM)的传送器的局部电路范例。多任务器10用以根据一选择信号将同相信号I或正交相位信号Q交替提供至数字功率放大器100。数字逻辑电路12根据多任务器10输出的信号M产生多个信号,用以分别控制多个与门(AND gate)14。当图1A中的频率信号具有高电压准位(或称处于致能状态),数字逻辑电路12的各个输出信号会通过该等与门14,进入相对应的数字-模拟转换单元16。相对地,当该频率信号具有低电压准位(或称处于禁能状态),该等与门14的输出信号便皆为低准位电压,与数字逻辑电路12的输出信号无关。
图1B为单一个数字-模拟转换单元16的功能示意图。开关16B受到与门14的输出信号控制,并且被假设为一个理想的开关(不导通状态的阻抗为无限大且无寄生电容)。当与门14的输出信号为高准位电压,开关16B会导通,使电流I得以流过负载16A。当与门14的输出信号为低准位电压,开关16B被关闭,电流I也因此被关闭。由此可看出,与门14的输出信号会影响通过负载16A的电流大小。此外,通过负载16A的电流大小会影响数字功率放大器100的输出信号。
图1C为上述频率信号、选择信号和数据信号M的时序图。该频率信号和选择信号都是工作周期为50%的方波信号,且选择信号的频率是频率信号的频率的两倍。当选择信号具有高电压准位,多任务器10输出同相信号I至数字功率放大器100;当选择信号具有低电压准位,多任务器10输出正交相位信号Q至数字功率放大器100。由图1A和图1C可看出,在图中标示的时间区段T内,无论数据信号M的内容为何,该等与门14的输出信号皆为零。然而,选择信号在时间区段T内的准位变化仍然会使得数据信号M发生改变。因此,即使数字功率放大器100的输出信号在时间区段T内不受数据信号M的影响,数字逻辑电路12依旧会随着数据信号M的变化而进行相对应的运作,形成无谓的功率消耗。此外,负载16A可具有储存和释放能量的能力。在时间区段T内,虽然没有电流通过开关16B,负载16A中的动能循环仍然可能与数据信号M相关。
发明内容
为解决上述问题,本发明提出一种新的功率放大装置及无线信号传送器。藉由避免数字功率放大器中的数字逻辑电路的无谓切换,功率放大装置的整体功率消耗可被大幅降低。
根据本发明的一具体实施例为一种功率放大装置,其中包含一参考信号产生器、一数字功率放大器及一数据产生器。该参考信号产生器用以提供一参考信号;该参考信号具有交替出现的一致能状态与一禁能状态。该数字功率放大器根据该参考信号及一输入信号产生一输出信号。当该参考信号处于该致能状态时,该数据产生器交替提供一同相信号与一正交相位信号至该数字功率放大器,做为该输入信号。当该参考信号处于该禁能状态时,该数据产生器提供一固定信号做为该输入信号。
根据本发明的另一具体实施例为一种无线信号传送器,其中包含一射频信号产生器、一数字功率放大器、一天线及一数据产生器。该射频信号产生器用以提供一射频信号;该射频信号具有交替出现的一致能状态与一禁能状态。该数字功率放大器根据该射频信号及一输入信号产生一输出信号。该天线用以发射该数字功率放大器的该输出信号。当该射频信号处于该致能状态时,该数据产生器轮流提供一同相信号与一正交相位信号至该数字功率放大器做为该输入信号。当该射频信号处于该禁能状态时,该数据产生器提供一固定信号做为该输入信号。
藉由以下发明详述及所附图式,本发明的优点与精神可以被进一步了解。
附图说明
图1A呈现采用数字正交调变的传送器的局部电路范例;
图1B为单一个数字-模拟转换单元的功能示意图;
图1C为频率信号、选择信号和数据信号的时序图。
图2A为根据本发明的一具体实施例中的功率放大装置的功能方块图;
图2B为其信号时序图。
图2C和图2D为根据本发明的另外两个具体实施例的信号时序图。
图3A为根据本发明的另一具体实施例中的功率放大装置的功能方块图;
图3B为其信号时序图。
图4A为根据本发明的又一具体实施例中的功率放大装置的功能方块图;
图4B为其信号时序图。
图5为根据本发明的一具体实施例中的无线信号传送器的功能方块图。
具体实施方式
请参考图2A,其为根据本发明的一具体实施例的功率放大装置200,其包含参考信号产生器22、数字功率放大器24及数据产生器26。于实际应用中,功率放大装置200可被整合于各种具有功率放大需求的电子装置,亦可独立存在。须说明的是,此处所谓本发明一辞用以指称该等实施例所呈现的发明概念,但其涵盖范畴并未受限于该等实施例本身。
参考信号产生器22用以提供一参考信号;该参考信号具有交替出现的一致能状态与一禁能状态。以下说明假设该参考信号为工作周期等于50%的频率信号,且当该参考信号具有高电压准位时为处于致能状态,具有低电压准位时为处于禁能状态。本发明所属技术领域中具有通常知识者可理解,本发明的范畴不以此假设为限。
数字功率放大器24用以根据参考信号产生器22提供的参考信号及数据产生器26提供的输入信号产生一输出信号。如图2A所示,此实施例中的数字功率放大器24包含数字逻辑电路24A、多个与门24B和多个数字-模拟转换单元24C。数据产生器26提供的信号会被数字逻辑电路24A转换为多个控制该等与门24B的信号。当该参考信号具有高电压准位,数字逻辑电路24A的各个输出信号会通过与门24B,进入相对应的数字-模拟转换单元24C,被施以数字-模拟转换。相对地,当该参考信号具有低电压准位,无论数字逻辑电路24A的输出信号为何,各个与门24B的输出信号将保持为低准位电压。
数字-模拟转换单元24C的功能相似于图1B所呈现的数字-模拟转换单元16。须说明的是,数字-模拟转换单元24C的实施方式不以特定电路架构为限。数字功率放大器24的输出信号会与该等数字-模拟转换单元24C中的电流大小相关。因此,当该参考信号处于致能状态,数字功率放大器24的输出信号会随着该输入信号的变化而改变。相对地,当该参考信号处于禁能状态,数字功率放大器24的输出信号便与当时进入数字功率放大器24的输入信号无关。
数据产生器26包含一多任务器26A和一控制器(于此实施例中为与门26B)。与门26B的两输入信号分别是参考信号产生器22提供的参考信号和藉由延迟该参考信号而产生的一个延迟信号,其时序关系如图2B所示。与门26B的输出信号被用以控制多任务器26A选择输出同相信号I或正交相位信号Q。由图2B可看出,在参考信号处于致能状态的时间区段T1之内,该控制信号在前半段时间控制多任务器26A输出同相信号I,在后半段时间则是控制多任务器26A输出正交相位信号Q。另一方面,在参考信号处于禁能状态的时间区段T2之内,该控制信号不变,皆控制多任务器26A输出正交相位信号Q。
由以上说明可知,当该参考信号处于禁能状态,数据产生器26固定提供正交相位信号Q做为传送至数字功率放大器24的输入信号。实务上,相较于该参考信号,同相信号I和正交相位信号Q都属于低频信号。因此,该输入信号在时间区段T2之内通常不会出现电压状态变换。相对应地,在时间区段T2之内,数字逻辑电路24A亦无需进行逻辑切换运作,因而避免了原本的无谓损耗。相较于先前技术,数字功率放大器24的整体功率消耗被大幅降低。
于另一实施例中,图2A中的与门26B被替换为一与非门(NAND gate),相对应的控制信号和输入信号如图2C所示。在这个情况下,当参考信号处于禁能状态时,数据产生器26固定提供同相信号I做为传送至数字功率放大器24的输入信号。这种做法同样能达到减少数字逻辑电路24A的功率消耗的效果。
于又一实施例中,图2A中的延迟信号被替换为该参考信号的两倍频信号,相对应的控制信号和输入信号如图2D所示。在这个情况下,当参考信号处于禁能状态时,数据产生器26固定提供正交相位信号Q做为传送至数字功率放大器24的输入信号。这种做法同样能达到减少数字逻辑电路24A的功率消耗的效果。
根据本发明的另一具体实施例为如图3A所示的功率放大装置300,其信号时序图绘示于图3B。此实施例中的数据产生器36包含多任务器36A、控制器36B、开关36C和缓冲器36D。数字功率放大器34包含数字逻辑电路34A、多个与门34B和多个数字-模拟转换单元34C,其操作细节可参考与数字功率放大器24相关的说明。开关36C和缓冲器36D串接于多任务器36A及数字功率放大器34之间。其中,缓冲器36D可藉由一闩锁器(latch)来实现。控制器36B负责提供控制信号给多任务器36A,并提供开关信号给开关36C。
由图3B可看出,参考信号产生器32产生的参考信号可经由控制器36B提供给开关36C,以做为开关36C的开关信号。当参考信号处于致能状态,开关36C被设定为导通,使得缓冲器36D将多任务器36A的输出信号传递至数字功率放大器34。当参考信号处于禁能状态,开关36C被设定为不导通。缓冲器36D会暂存开关36C被设定为不导通前多任务器36A的输出信号,并将其暂存结果提供至数字功率放大器34。于此实施例中,每一次开关36C被设定为不导通前多任务器36A的输出信号为正交相位信号Q,因此,在参考信号处于禁能状态期间,缓冲器36D会持续提供正交相位信号Q做为输入信号。这种做法显然能达到减少数字逻辑电路34A的功率消耗的效果。
根据本发明的另一具体实施例为如图4A所示的功率放大装置400,其信号时序图绘示于图4B。实施例中的数据产生器46包含多任务器46A、控制器46B、开关46C和电压供应器46D。数字功率放大器44包含数字逻辑电路44A、多个与门44B和多个数字-模拟转换单元44C,其操作细节可参考与数字功率放大器24相关的说明。在此实施例中,参考信号产生器42所产生的参考信号亦经由控制器46B提供给开关46C,以做为开关46C的开关信号。当参考信号处于致能状态,开关46C被设定为将多任务器46A的输出信号传递至数字功率放大器44。当参考信号处于禁能状态,开关46C被设定为将电压供应器46D耦接至数位功率放大器44,使电压供应器46D提供一特定电压信号做为输入信号。实务上,该特定电压信号可具有一接地电压或电源供应电压,但不以此为限。由于该特定电压信号不会导致数字逻辑电路44A进行逻辑切换运作,因此亦能达到减少数字逻辑电路44A的功率消耗的效果。
综上所述,当参考信号处于致能状态,根据本发明的数据产生器会轮流提供同相信号I与正交相位信号Q至数字功率放大器做为输入信号。相对地,当参考信号处于禁能状态,根据本发明的数据产生器则是提供一固定信号做为数字功率放大器的输入信号。须说明的是,参考信号的工作周期和致能/禁能状态设定皆不以以上几个实施例中的假设为限。举例而言,图2B中的控制信号的工作周期不一定要为25%。
根据本发明的另一具体实施例为如图5所示的无线信号传送器500,其中包含射频信号产生器52、数字功率放大器54、数据产生器56和天线58。射频信号产生器52用以提供一射频信号;该射频信号具有交替出现的一致能状态与一禁能状态。数字功率放大器54根据该射频信号及一输入信号产生一电流,并且数字功率放大器54的一输出信号与该电流相关。当该射频信号处于该致能状态,该电流与该输入信号相关。当该射频信号处于该禁能状态,该电流与该输入信号无关。当该射频信号处于该致能状态,数据产生器56轮流提供一同相信号与一正交相位信号至数字功率放大器54做为该输入信号。该射频信号处于该禁能状态,数据产生器56提供一固定信号做为该输入信号。天线58用以发射数字功率放大器54的输出信号。
无线信号传送器500中各硬件模块的详细实施方式和实施结果可参见先前与功率放大装置200、300、400相关的段落,于此不再赘述。此外,先前在介绍功率放大装置200、300、400时描述的数种电路操作流程变化,亦可应用至无线信号传送器500,其细节不再赘述。
如上所述,本发明提出一种新的功率放大装置及无线信号传送器。藉由避免数字功率放大器中的数字逻辑电路的无谓切换,功率放大装置的整体功率消耗被大幅降低。
藉由以上较佳具体实施例的详述,是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神,而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地,其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。
Claims (20)
1.一种功率放大装置,包含:
参考信号产生器,用以提供参考信号,该参考信号具有交替出现的致能状态与禁能状态;
数字功率放大器,用以根据该参考信号及输入信号产生输出信号;以及
数据产生器,当该参考信号处于该致能状态时,该数据产生器交替提供同相信号与正交相位信号至该数字功率放大器做为该输入信号,当该参考信号处于该禁能状态时,该数据产生器提供固定信号至该数字功率放大器做为该输入信号。
2.如权利要求1所述的功率放大装置,其特征在于,该固定信号为该同相信号、该正交相位信号或特定电压信号。
3.如权利要求1所述的功率放大装置,其特征在于,该数据产生器包含多任务器及控制器,该同相信号与该正交相位信号分别为该多任务器的输入信号;该控制器根据该参考信号产生控制信号,用以控制该多任务器选择该同相信号或该正交相位信号做为该多任务器的输出信号。
4.如权利要求3所述的功率放大装置,其特征在于,该多任务器的输出信号即为提供至该数字功率放大器的该输入信号。
5.如权利要求4所述的功率放大装置,其特征在于,该控制器包含与门,该与门的两输入信号分别为该参考信号与延迟信号,该延迟信号藉由将该参考信号延迟而产生,该与门的输出信号为该控制信号。
6.如权利要求4所述的功率放大装置,其特征在于,该控制器包含与门,该与门的两输入信号分别为该参考信号与倍频信号,该倍频信号的频率为该参考信号的频率的两倍,该与门的输出信号为该控制信号。
7.如权利要求3所述的功率放大装置,其特征在于,该数据产生器进一步包含开关及缓冲器,串接于该多任务器及该数字功率放大器之间;当该参考信号处于该致能状态时,该开关被设定为导通,并且该缓冲器将该多任务器的输出信号传递至该数字功率放大器;当该参考信号处于该禁能状态时,该开关被设定为不导通,该缓冲器暂存该开关被设定为不导通前该多任务器的输出信号,并将被暂存的该信号继续提供至该数字功率放大器。
8.如权利要求7所述的功率放大装置,其特征在于,该缓冲器为闩锁器。
9.如权利要求3所述的功率放大装置,其特征在于,该数据产生器进一步包含开关及电压供应器,当该参考信号处于该致能状态时,该开关被设定为将该多任务器的输出信号传递至该数字功率放大器;当该参考信号处于该禁能状态时,该开关被设定为将该电压供应器耦接至该数字功率放大器,使该电压供应器提供特定电压信号至该数字功率放大器做为该输入信号。
10.如权利要求1所述的功率放大装置,其特征在于,该输出信号相关于该数字功率放大器的内部电流,当该参考信号处于该致能状态时,该内部电流与该输入信号相关,当该参考信号处于该禁能状态时,该内部电流与该输入信号无关。
11.一种无线信号传送器,包含:
射频信号产生器,用以提供射频信号,该射频信号具有交替出现的致能状态与禁能状态;
数字功率放大器,根据该射频信号及输入信号产生输出信号;
天线,用以发射该数字功率放大器的该输出信号;以及
数据产生器,当该射频信号处于该致能状态时,该数据产生器交替提供同相信号与正交相位信号至该数字功率放大器做为该输入信号,当该射频信号处于该禁能状态时,该数据产生器提供固定信号做为该输入信号。
12.如权利要求11所述的无线信号传送器,其特征在于,该固定信号为该同相信号、该正交相位信号或特定电压信号。
13.如权利要求11所述的无线信号传送器,其特征在于,该数据产生器包含多任务器及控制器,该同相信号与该正交相位信号分别为该多任务器的输入信号;该控制器根据该射频信号产生控制信号,用以控制该多任务器选择该同相信号或该正交相位信号做为该多任务器的输出信号。
14.如权利要求13所述的无线信号传送器,其特征在于,该多任务器的输出信号为提供至该数字功率放大器的该输入信号。
15.如权利要求14所述的无线信号传送器,其特征在于,该控制器包含与门,该与门的两输入信号分别为该射频信号与延迟信号,该延迟信号藉由将该射频信号延迟而产生,该与门的输出信号为该控制信号。
16.如权利要求14所述的无线信号传送器,其特征在于,该控制器包含与门,该与门的两输入信号分别为该射频信号与倍频信号,该倍频信号的频率为该射频信号的频率的两倍,该与门的输出信号为该控制信号。
17.如权利要求13所述的无线信号传送器,其特征在于,该数据产生器进一步包含开关及缓冲器,串接于该多任务器及该数字功率放大器之间;当该射频信号处于该致能状态时,该开关被设定为导通,并且该缓冲器将该多任务器的输出信号传递至该数字功率放大器;当该射频信号处于该禁能状态时,该开关被设定为不导通,该缓冲器暂存该开关被设定为不导通前该多任务器的输出信号,并将被暂存的该信号继续提供至该数字功率放大器。
18.如权利要求17所述的无线信号传送器,其特征在于,该缓冲器为闩锁器。
19.如权利要求13所述的无线信号传送器,其特征在于,该数据产生器进一步包含开关及电压供应器,当该射频信号处于该致能状态时,该开关被设定为将该多任务器的输出信号传递至该数字功率放大器;当该射频信号处于该禁能状态时,该开关被设定为将该电压供应器耦接至该数字功率放大器,使该电压供应器提供特定电压信号至该数字功率放大器做为该输入信号。
20.如权利要求11所述的无线信号传送器,其特征在于,该输出信号相关于该数字功率放大器的内部电流,当该参考信号处于该致能状态时,该内部电流与该输入信号相关,当该参考信号处于该禁能状态时,该内部电流与该输入信号无关。
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