CN104982075A - 动态功率管理控制 - Google Patents

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CN104982075A CN201480008084.1A CN201480008084A CN104982075A CN 104982075 A CN104982075 A CN 104982075A CN 201480008084 A CN201480008084 A CN 201480008084A CN 104982075 A CN104982075 A CN 104982075A
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T·R·萨顿
F·波苏
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Abstract

示例性实施例涉及增强电子设备的功率效率。一种设备可包括功率管理模块和耦合到所述功率管理模块的射频(RF)模块。该设备还可包括耦合到所述功率管理模块和所述RF模块中的每一者并且被配置成基于一个或多个RF条件来动态地调节所述功率管理模块的至少一个设置的数字模块。

Description

动态功率管理控制
相关申请的交叉引用
本申请要求于2013年2月11日提交的题为“DYNAMIC POWERMANAGEMENT CONTROL(动态功率管理控制)”的美国非临时申请S/N.13/764,350的权益，其通过援引全部明确纳入于此。
背景技术
领域
本发明一般涉及电子设备的功率管理。更具体地，本发明涉及用于基于射频性能来优化电子设备的功率效率的实施例。
背景技术
技术进步已产生越来越小且越来越强大的移动计算设备。例如，当前存在各种移动计算设备，包括无线计算设备，诸如移动无线电话和个人数字助理(PDA)。随着技术进步，移动设备的功率效率变得日益重要且降低移动设备所使用的功率量是合乎需要的。这样的降低可以造成电池寿命延长和使用移动设备的成本降低。
电子设备(诸如移动无线电话等)可包括功率管理模块，诸如功率管理集成电路(PMIC)。PMIC可被配置成从电源接收功率且响应于电子设备内的一个或多个模块(例如，射频集成电路(RFIC))的功率需求来向它们提供经调整的功率。
RFIC内的锁相环(PLL)通常对电源噪声高度敏感。这可能造成RF性能参数的降级。常规地，PMIC设置(诸如向RFIC供电的一个或多个低压差调整器(LDO)的净空电压)被静态地设置得对于最差情形射频(RF)环境而言足够高，以使得这一个或多个LDO能充分地抑制来自开关模式电源(SMPS)的噪声和毛刺。然而，静态地针对最差情形RF环境来设置LDO净空电压或其他调整器设置结果导致在RF条件改善时的功率浪费。因过剩净空电压造成的功率惩罚进一步由于来自SMPS的其他LDO次级调整中浪费的功率而倍增。
存在对改善电子设备的功率效率的需求。更具体地，存在对涉及基于至少一个RF条件来动态地调节至少一个功率管理设置的实施例的需求。
附图简述
图1是包括功率管理模块、射频模块、以及数字模块的设备的框图。
图2是根据本发明的示例性实施例的包括功率管理模块、射频模块、数字模块、以及功率效率优化环路的设备的框图。
图3解说了根据本发明的示例性实施例的电子系统。
图4是解说根据本发明的示例性实施例的方法的流程图。
详细描述
以下结合附图阐述的详细描述旨在作为本发明的示例性实施例的描述，而无意表示能在其中实践本发明的仅有实施例。贯穿本描述使用的术语“示例性”意指“用作示例、实例或解说”，并且不应当一定要解释成优于或胜过其他示例性实施例。本详细描述包括具体细节以提供对本发明的示例性实施例的透彻理解。对于本领域技术人员将显而易见的是，没有这些具体细节也可实践本发明的示例性实施例。在一些实例中，公知的结构和器件以框图形式示出以免湮没本文给出的示例性实施例的新颖性。
图1解说了包括耦合到射频(RF)模块106的功率管理模块102的设备100，RF模块106进而耦合到数字模块104。功率管理模块102可包括功率管理集成电路(PMIC)，RF模块106可包括射频集成电路(RFIC)，且数字模块104可包括数字集成电路(IC)。
功率管理模块102包括耦合在电池110与多个低压差(LDO)调整器LDO1-LDON之间的开关模式电源(SMPS)112。SMPS 112被配置成从电池110接收电压并将输出电压VOUT传达到每一低压差调整器LDO1-LDON。如本领域普通技术人员将理解的，输出电压VOUT取决于耦合到RF模块106的锁相环(PLL)120的低压差调整器LDO1所要求的净空电压VHR。
RF模块106包括耦合到混频器124的PLL 120。RF模块106还包括接收机前端(RFE)122，它被配置成经由RF信道108和天线109接收信号。RFE 122被配置成向混频器124传达收到信号，混频器124将该信号下变频并将经下变频的信号传达给模数转换器(ADC)126。在接收到模拟信号后，ADC 126可以将该模拟信号转换成数字信号并将该数字信号传达给数字模块104的调制解调器128。
如本领域普通技术人员将领会的，PLL 120可对电源噪声高度敏感，这可造成RF性能参数(诸如误差向量幅值(EVM)以及比特差错率(BER))的降级。此外，常规地，功率管理模块102的一个或多个设置是静态地针对最差情形RF环境来配置的。例如，功率管理模块102的LDO净空电压被静态地设置以充分抑制来自SMPS 112的噪声和毛刺。然而，静态地针对最差情形RF环境设置调整器设置(例如，LDO净空电压)可能结果导致在RF环境改善(即，相对于最差情形RF环境改善)时浪费功率。另外，过剩的LDO净空电压可进一步因来自SMPS 112的其他LDO(例如，LDO2-LDON)次级调整中浪费的功率而增加功率惩罚。
为了解决功率效率问题，常规电子设备已尝试使PLL噪声敏感度最小化来降低LDO净空电压。然而，降低PLL噪声敏感度通常以更高的功耗或更大的管芯面积为代价。因此，不是在LDO内部浪费功率，而是代之以在PLL内浪费功率。此外，如上所述，静态地针对不良RF条件设置LDO净空电压导致在RF环境改善时有不需要的功耗。
解决功率效率问题的另一方法包括从SMPS直接向RFIC供电，并且因此移除LDO并且因而消除了LDO内的功率浪费。然而，没有LDO来抑制噪声和/或毛刺(它们可能存在)，则SMPS不能被用在脉冲-频率调制(PFM)模式中。结果，SMPS被迫使在脉宽调制(PWM)模式中运行，这在低负载电流期间可能会使效率严重降级。如将理解的，绝大多数RF模式中的负载电流处的PWM效率与PFM相比而言非常差。
如本文所描述的，各示例性实施例涉及与基于一个或多个RF条件来动态地调节一个或多个功率设置相关的实施例。根据一个示例性实施例，一种设备可包括功率管理模块和耦合到该功率管理模块的射频(RF)模块。该设备还可包括耦合到该功率管理模块和该RF模块中的每一者并且被配置成基于一个或多个RF条件来动态地调节该功率管理模块的至少一个设置的数字模块。
根据另一示例性实施例，本发明包括用于优化电子设备的功率效率的方法。这样的方法的各种实施例可包括接收一个或多个射频(RF)条件并基于该一个或多个RF条件来动态地调节至少一个功率管理设置。本公开的又一示例性实施例包括存储指令的计算机可读介质存储，这些指令在由处理器执行时使该处理器执行根据本文描述的一个或多个实施例的指令。
即使考虑随后的描述、所附的附图以及附加的权利要求，本发明的其他方面以及各种方面的特征和益处对于本领域技术人员来说将会是显而易见的。
图2解说了根据本发明的一示例性实施例的设备200。设备200包括耦合到射频(RF)模块206的功率管理模块202，RF模块206进而耦合到数字模块204。仅作为示例，功率管理模块202可包括功率管理集成电路(PMIC)且RF模块206可包括射频集成电路(RFIC)。此外，数字模块204可包括数字集成电路(IC)。
功率管理模块202包括耦合到多个低压差调整器LDO1-LDON的开关模式电源(SMPS)212。如图2所解说的，SMPS 212被配置成向每一低压差调整器LDO1-LDON传达输出电压VOUT。如上所述，SMPS 212的输出电压VOUT可依赖于低压差调整器LDO1所需的净空电压VHR，低压差调整器LDO1耦合到RF模块206的PLL 120。
RF模块206包括锁相环(PLL)120，PLL 120被配置成从低压差调整器LDO1接收电源电压VDD。PLL 220还被配置成向混频器124传达信号，如本领域普通技术人员将理解的。RF模块206还包括接收机前端(RFE)122，它被配置成经由RF信道108和天线109接收信号。RFE 122被配置成向混频器124传达收到信号，混频器124将该信号下变频并将经下变频的信号传达给模数转换器(ADC)126。在接收到模拟信号后，ADC 126可以将该模拟信号转换成数字信号并将该数字信号传达给数字模块204的调制解调器228。注意，调制解调器228可包括或被配置成接收与涉及设备200的RF条件的各种参数有关的信息。例如，调制解调器228可包括与设备200的比特差错率(BER)、设备200的收到信号强度指示符(RSSI)、设备200的误差向量幅值(EVM)、或它们的任何组合有关的RF信息。
数字模块204还包括耦合到数字模块204的调制解调器228以及功率管理模块202的SMPS 112的算法单元230。根据本发明的示例性实施例，算法单元230被配置成接收来自调制解调器228的一个或多个信号并将一个或多个数字控制信号传达给SMPS 212。更具体地，算法单元230可被配置成接收来自调制解调器228的与设备200的RF条件有关的一个或多个参数，诸如BER、RSSI、EVM、或它们的任何组合。响应于接收到与RF条件有关的信息，算法单元230可以将一个或多个控制信号传达给SMPS 212以供调节功率管理模块202的一个或多个设置。作为非限定性示例，算法单元230可以将一个或多个控制信号传达给SMPS 212以供调节SMPS 212的开关频率、SMPS 212的一个或多个内部控制电路、或者低压差调整器LDO1-LDON的净空电压VHR。注意，根据一个示例性实施例，功率管理模块设置可以在设备200的相关联的收发机(图2中未示出；参见图3的收发机320)不在活跃地传送或接收之时被改变。还要注意，根据一个示例性实施例，净空电压VHR并且因而输出电压VOUT可以在操作期间基于当前RF条件被基本上持续地调节。
在设备200的所构想的操作期间，每一低压差调整器LDO1-LDON的净空电压VHR可被设置成初始值。例如，每一低压差调整器LDO1-LDON的净空电压VHR可被初始地设置成针对最差情形RF条件的最大值。此外，调制解调器228可以向算法单元230传达与当前RF条件(例如，设备200的BER、RSSI、和/或EVM)有关的信息(例如，参数)。响应于此，算法单元230可以向SMPS 212传达控制信号以动态地调节净空电压VHR。例如，如果设备200的RF条件已经改善(即，相对于先前读数)，则算法单元230可以向SMPS 212传达控制信号以动态地降低净空电压VHR。根据另一示例，如果设备200的RF条件已经降级(即，相对于先前读数)，则算法单元230可以向SMPS 212传达控制信号以动态地升高净空电压VHR。根据一个示例性实施例，净空电压VHR可以按相对较小的增量来动态地调节。仅作为示例，净空电压VHR可以按12.5mV的步幅进行调节。
在设备200的另一所构想的操作期间，SMPS 212的开关频率可被设置为初始值。例如，SMPS 212的开关频率可被初始设置为针对最差情形RF条件的最大值。此外，调制解调器228可以向算法单元230传达与当前RF条件(例如，BER、RSSI、和/或EVM)有关的信息(例如，参数)。响应于此，算法单元230可以向SMPS212传达控制信号以动态地调节SMPS 212的开关频率。例如，如果设备200的RF条件已经改善(即，相对于先前读数)，则算法单元230可以向SMPS 212传达控制信号以动态地降低开关频率。作为另一示例，如果设备200的RF条件已经降级(即，相对于先前读数)，则算法单元230可以向SMPS 212传达控制信号以动态地升高开关频率。
在设备200的又一所构想的操作期间，SMPS 212的一个或多个控制电路可被设置为初始配置。例如，SMPS 212的一个或多个控制电路可被初始设置成针对最差情形RF条件的高功率模式。此外，调制解调器228可以向算法单元230传达与设备200的当前RF条件(例如，BER、RSSI、和/或EVM)有关的信息(例如，参数)。响应于此，算法单元230可以向SMPS 212传达控制信号以动态地调节该一个或多个控制电路的配置。例如，如果设备200的RF条件已改善(例如，超出阈值)，则算法单元230可以向SMPS 212传达控制信号以按低功率模式动态地配置一个或多个控制电路。作为另一示例，如果设备200的RF条件已降级(例如，超出阈值)，则算法单元230可以向SMPS 212传达控制信号以按高功率模式动态地配置该一个或多个控制电路。
因此，根据本发明的示例性实施例，设备200可包括功率优化环路，该功率优化环路包括配置成接收与一个或多个RF条件有关的信息并响应于此传达用以调节一个或多个功率设置的控制信号的算法单元。注意，根据一个示例性实施例，如本文所描述的，功率优化环路可具有慢出动速率和快退避速率，以确保对RF性能的最低限度影响。更具体地，在RF条件在改善时，功率管理模块202的一个或多个功率优化设置(例如，净空电压VHR)可被缓慢地修改以缓慢地增进设备200的功率效率。此外，在RF条件在降级时，功率管理模块202的这一个或多个功率优化设置(例如，净空电压VHR)可被迅速地修改以迅速地增加设备200的功耗。此外，如上所述，在相关联的收发机不在活跃地传送或接收时，功率优化设置可被调节，以使得峰值EVM不降级。另外，因为功率优化设置可以按可选择的增量来调节(例如，净空电压VHR可以按12.5mV增量来调节)，所以在几乎任何RF条件下均可节省功率。
图3是无线通信设备300的框图。在这一示例性设计中，无线通信设备300包括数字模块204、收发机320、以及功率管理模块202。除了算法单元230和调制解调器228之外，数字模块204还可包括存储器235。注意，虽然存储器235被描绘为处于算法单元230外部，但算法单元230可包括存储器235。此外，算法单元230和/或存储器235可包括指令，这些指令在由无线通信设备300(例如，无线通信设备300的处理器)读取并执行时可使得无线通信设备300执行实现和/或使用本发明的各实施例所必需的步骤。
收发机320包括支持双向无线通信的发射机330和接收机340。一般而言，无线通信设备300可包括用于任何数目的通信系统、任何数目的频带、以及任何数目的天线的任何数目的发射机和任何数目的接收机。
在发射路径中，可包括数据处理器的数据模块204可处理要被传送的数据。数模转换器(图3中未示出)(其可以处在数字模块204或收发机320内)可以接收经处理的数据并将模拟输出信号提供给发射机330。在发射机330内，模拟输出信号可被放大、滤波以移除数模转换所造成的镜像、进一步放大、并从基带上变频到RF。经上变频的信号随后在被路由通过交换机/双工器350之前可经历进一步的滤波和/或放大，并且经由天线360被发射。
在接收路径中，天线360可接收来自基站和/或其他发射机站的信号并且提供收到信号，该收到信号通过开关/双工器350被路由并且被提供给接收机340。在接收机340内，在被滤波和/或放大后，接收到的信号可从RF被下变频到基带。经下变频的信号随后可经历附加放大和/或滤波以获得模拟输入信号。模数转换器(图3中未示出)(其可以在数字模块204或收发机320内)可以将模拟输入信号数字化并提供各采样以供数字模块204处理。
图3解说了实现直接变频架构的发射机330和接收机340，该直接变频架构在一级中使信号在RF与基带之间变频。发射机330和/或接收机340还可实现超外差式架构，该超外差式架构在多级中使信号在RF与基带之间变频。本地振荡器(LO)发生器370生成并提供用于上变频和下变频的发射LO信号和接收LO信号。可包括图2中解说的PLL 120的锁相环(PLL)380接收来自数据模块204的控制信息并且向LO发生器370提供控制信号以生成处在正确频率的发射LO信号和接收LO信号。功率管理模块202接收电池电压(Vbat)和/或电源电压(Vps)并生成用于数字模块204和收发机320的供电电压。收发机320的全部或一部分可被实现在一个或多个模拟IC、射频IC(RFIC)、混合信号IC等上。例如，收发机320可被实现在RF模块(如图2中解说的RF模块206)内。
图4是解说根据一个或多个示例性实施例的方法400的流程图。方法400可包括接收一个或多个射频(RF)条件(由标号402描绘)。仅作为示例，该一个或多个RF条件可包括比特差错率(BER)、收到信号强度指示符(RSSI)、和/或误差向量幅值(EVM)。方法400还可包括基于该一个或多个RF条件来动态地调节至少一个功率管理设置(由标号404描绘)。例如，净空电压、开关频率、以及控制电路配置(例如，高功率模式或低功率模式)中的一者或多者可响应于该一个或多个RF条件来动态地调节。
本领域技术人员应理解，信息和信号可使用各种不同技术和技艺中的任何一种来表示。例如，贯穿上面描述始终可能被述及的数据、指令、命令、信息、信号、位(比特)、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光粒子、或者其任何组合来表示。
本领域的技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的示例性实施例来描述的各种解说性逻辑框、模块、电路、和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件、或两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、块、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员可针对每种特定应用以不同方式来实现所描述的功能性，但此类实现决策不应被解读为致使脱离本发明的示例性实施例的范围。
结合本文中公开的示例性实施例描述的各种解说性逻辑框、模块、以及电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或者设计成执行本文中描述的功能的其任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协同的一个或多个微处理器、或者任何其他此类配置。
在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现，则各功能可作为一条或多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储或其他磁存储设备、或者能被用来携带或存储指令或数据结构形式的期望程序代码且能被计算机访问的任何其他介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其他远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘常常磁性地再现数据，而碟用激光光学地再现数据。以上组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。
提供了先前对所公开的示例性实施例的描述是为了使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本发明。对这些示例性实施例的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且本文中定义的一般原理可被应用于其他实施例而不会脱离本发明的精神或范围。因此，本发明并非意在被限定于本文中所示出的示例性实施例，而是应当被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广义的范围。

Claims (20)

1.一种设备，包括：
功率管理模块；
耦合到所述功率管理模块的射频(RF)模块；以及
耦合到所述功率管理模块和所述RF模块中的每一者并且被配置成基于一个或多个RF条件来动态地调节所述功率管理模块的至少一个设置的数字模块。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述功率管理模块包括功率管理集成电路(PMIC)，所述RF模块包括射频集成电路(RFIC)，且所述数字模块包括数字集成电路。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述一个或多个参数包括收到信号强度指示符(RSSI)、误差向量幅值(EVM)、以及比特差错率(BER)中的一者或多者。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述至少一个设置包括净空电压。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述数字模块被配置成增量地调节所述净空电压。
6.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述数字模块被配置成以12.5毫伏增量来动态地调节所述净空电压。
7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述数字模块被配置成在所述一个或多个RF条件在改善时以第一速率动态地调节所述至少一个设置，且在所述一个或多个RF条件在恶化时以第二更快的速率来动态地调节所述至少一个设置。
8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述数字模块被配置成以多个调节速率之一来动态地调节所述至少一个设置。
9.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述数字集成电路被配置成在操作期间基于所述一个或多个RF条件来基本上持续地动态调节所述至少一个设置。
10.一种方法，包括：
接收一个或多个射频(RF)条件；以及
基于所述一个或多个RF条件来动态地调节至少一个功率管理设置。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，接收所述一个或多个RF条件包括从数字集成电路的调制解调器接收所述一个或多个RF条件。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，动态地调节所述至少一个设置包括从数字集成电路向功率管理集成电路(PMIC)传达控制信号以基于所述一个或多个RF条件动态地调节所述PMIC的所述至少一个设置。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，接收一个或多个RF条件包括接收收到信号强度指示符(RSSI)、误差向量幅值(EVM)、以及比特差错率(BER)中的至少一者。
14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，动态地调节至少一个功率管理设置包括动态地调节功率管理模块的净空电压、所述功率管理模块的开关频率、以及所述功率管理模块的控制电路配置中的至少一者。
15.如权利要求10所述的方法，其特征在于，动态地调节至少一个功率管理设置包括增量地调节低压差(LDO)调整器的净空电压。
16.如权利要求10所述的方法，其特征在于，动态地调节至少一个功率管理设置包括调节开关模式电源的输出电压。
17.一种存储指令的计算机可读存储介质，所述指令在由处理器执行时使所述处理器执行指令，所述指令包括：
接收一个或多个射频(RF)条件；以及
基于所述一个或多个RF条件来动态地调节至少一个功率管理设置。
18.一种设备，包括：
用于接收一个或多个射频(RF)条件的装置；以及
用于基于所述一个或多个RF条件来动态地调节至少一个功率管理设置的装置。
19.如权利要求18所述的设备，其特征在于，所述用于接收的装置包括用于接收收到信号强度指示符(RSSI)、误差向量幅值(EVM)、以及比特差错率(BER)中的至少一者的装置。
20.如权利要求18所述的设备，其特征在于，所述用于动态地调节的装置包括用于动态地调节功率管理模块的净空电压的装置。
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