CN1096140C - 移动通信终端的供电装置和方法 - Google Patents

移动通信终端的供电装置和方法 Download PDF

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Abstract

一种移动通信终端的供电装置，包括变换电池电压的DC/DC变换器。该装置在通信终端的接收模式中调节变换器变换的电压并提供给接收器和基带信号处理器，在发送模式将变换器变换的电压变换为对应于发送AGC电压的电压，并提供给接收器和基带信号处理器、发送器和功率放大器。该装置采用单一的DC/DC变换器，并据发送功率改变变换器的输出电压，有助于减小通信终端的大小和电压调节器和功放的损耗，使功效最佳并延长电池寿命。

Description

移动通信终端的供电 装置和方法
                           技术领域
本发明涉及移动通信终端的供电装置和方法，尤其涉及有助于减小移动终端的大小并增加其功效的供电装置和方法。
                           背景技术
诸如CDMA(Code Division Multiple Access，码分多址)终端和GSM(Global System for Mobile communication，全球移动通信系统)终端等的移动通信终端采用可再充电电池，用以将供电电压提供给移动通信终端。移动通信终端的供电装置包括DC/DC变换器，用以将电池提供的DC电压变换为移动通信终端各个部分的几个操作电压。
图1示出移动通信终端的常规供电装置。如图所示，供电装置将电池10提供的DC电压7.2V下变换(或降压)到接收器和基带信号处理器30用的DC电压3.9V，和下变换到发送器和功率放大器40用的DC电压5.0V。为此，该常规供电装置包括：DC/DC变换器20，用以将电池10提供的DC电压7.2V变换为接收器和基带信号处理器30用的DC电压3.9V；和DC/DC变换器22，用以将电池10提供的DC电压7.2V变换为发送器和功率放大器40用的DC电压5.0V。这里，DC/DC变换器22提供的DC电压经由开关SW提供到发送器和功率放大器40，以便仅在发送模式中将DC/DC变换器22输出的变换后的DC电压提供给发送器和功率放大器40，从而在接收模式中减小功率消耗。以这种方式，移动通信终端减小总的功率消耗并延长电池寿命。
然而，常规的供电装置包括几个DC/DC变换器，这不利于减小移动通信终端的大小。
                          发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种有助于减小移动通信终端的大小的紧凑的供电装置和供电方法。
本发明的另一个目的是提供一种使移动通信终端的功效最佳的供电装置和供电方法。
本发明的再一个目的是提供一种延长移动通信终端的寿命的供电装置和供电方法。
为了达到本发明的一个目的，提供了一种控制移动通信终端中的供电电压的方法。该移动通信终端包括接收器和基带信号处理器、发送器、功率放大器和供电装置，该供电装置用于利用DC/DC变换器变换来自电池的DC电压。该方法包括步骤：(a)在移动通信终端的接收模式中，调节由DC/DC变换器变换的DC电压，并将调节后的DC电压提供给接收器和基带信号处理器；和(b)在移动通信终端的发送模式中，将由DC/DC变换器变换的DC电压变换为对应于根据发送功率确定的发送AGC电压的DC电压，并将变换后的DC电压提供给接收器和基带信号处理器、发送器和所述功率放大器。
为达到本发明的另一个目的，提供的一种用于移动通信终端的供电装置包括一接收器和基带信号处理器以及一发送器和功率放大器。该供电装置包括一DC/DC变换器，用以变换来自电池的DC电压。在移动通信终端的接收模式中，该供电装置调节DC/DC变换器变换的DC电压并将调节后的DC电压提供给接收器和基带信号处理器。在发送模式中，该供电装置将DC/DC变换器变换的DC电压变换为对应于根据发送功率确定的发送AGC(Automatic Gain Control，自动增益控制)电压的DC电压，并将变换后的电压提供给接收器和基带信号处理器、发送器和功率放大器。
该供电装置采用单一的DC/DC变换器，并根据发送模式中的发送功率自适应地改变DC/DC变换器的输出电压。因此，该供电装置有助于减小移动通信终端的大小和减小电压调节器和功率放大器的功率损耗，从而使功效最佳并延长了电池寿命。
                          附图说明
结合附图参照下列详细描述，本发明的上述和其它目的、特征和优点将变得更加明白，附图中相同的参考标号表示类同的部件。附图中：
图1是说明移动通信终端的常规供电装置的方框图；
图2是说明根据本发明实施例的移动通信终端的供电装置的方框图；
图3是图2的电压控制电流源60的详细电路图；
图4A至4C是说明提供有根据本发明实施例的供电电压的功率放大器44的输出特性的图；和
图5是说明采用本发明的通用移动通信终端的方框图。
                        具体实施方式
下面将参照附图描述本发明的优选实施列。在下列描述中，公知的功能或结构没有详细描述，因为它们会使本发明因不必要的细节而导致不清楚。
图2示出根据本发明的移动通信终端的供电装置。该供电装置对可再充电电池10提供的DC电压进行下变换，并将下变换后的DC电压提供给移动通信终端的各单元。与常规的一种供电装置不同，本发明的供电装置采用单个的DC/DC变换器20，从而有助于减小整个移动通信终端的大小。
此外，本发明的供电装置通过自适应地控制供电电压而使移动通信终端的功效最佳。传统方式中，在发送模式中，供电装置提供恒定的DC电压5V给接收器和基带信号处理器30、发送器42和功率放大器44。因此，即使用DC电压3.9V也可以正常操作的调节器便造成不必要的功率消耗。
同时，采用PSK(Phase Shift Keying，相移键控)调制的移动通信终端的发送器使用A类或AB类功率放大器用以线性放大。当输出功率变得小于饱和输出功率时，这种线性功率放大器的功效陡然降低。对此功率放大器提供恒定的DC电压额外降低了功效。例如，在一IS-95 CDMA通信终端中，天线端口的发送功率控制在-50dBm和32dBm之间的82dB范围内。当具有饱和输出功率32dBm的功率放大器输出低于0dBm的功率时，功效最大为10％。换言之，对于饱和输出功率，最好，功率放大器被提供DC电压5.0V作为操作电压。然而，当输出低于0dBm的功率时，允许给功率放大器提供小于5.0V的DC电压作为操作电压。由此得到启示，根据本发明的供电装置在发送模式中与输出功率成比例自适应地从3.9V到5.0V改变操作电压，而不是提供恒定的操作电压5.0V。结果，当发送功率低时，供电装置降低DC/DC变换器20的输出电压，以减小DC/DC变换器20和相应调节器之间的相对电压差，并降低电压提供给功率放大器。
在图2中，电池10提供DC电压7.2V。DC/DC变换器20具有一个输入端、一输出端和一反馈端。输入端从电池10接收DC电压，输出端连接到外围电路50。此外，反馈端输出恒定的DC电压VFB。电阻R2连接在外围电路50的输出端和DC/DC变换器20的反馈端之间，而电阻R1连接在反馈端和地之间。适于用作DC/DC变换器20的装置可用线性技术公司(LinearTechnology Co.)的LTC 1265降压DC/DC变换器模块。在这种情况下，DC/DC变换器20在反馈端输出1.25V的DC电压VFB。因此，DC/DC变换器20输出的由下式确定输出电压VOUT：
VOUT＝VFB(1+R2/R1)＝1.25×(1+R2/R1)[V]    ...(1)
由公式(1)可知，输出电压VOUT取决于R2和R1的阻值。
此外，在DC/DC变换器20的反馈端和地之间，电压控制电流源60和电阻R1并联连接。电压控制电流源60接收根据发送功率变化的发送自动增益控制(TX_AGC)电压，并控制取决于接收的TX_AGC电压的电流IC。电流IC的变化将改变流经电阻R2的电流IT，从而改变DC/DC变换器20的输出电压VOUT。
为方便解释，假定移动通信终端在接收模式中要求3.9V的输出电压VOUT，而在发送模式中要求3.9-5.0V的输出电压VOUT。
现在参照图2和图3，将详细解释供电装置如何在接收模式中提供给移动通信终端恒定的DC电压3.9V，而在发送模式中提供给移动通信终端可变的DC电压3.9-5.0V。
在移动通信终端的接收模式中，3.9V的电压VOUT公共提供到电压调节器72和74。此时，开关SW响应于非激活发送模式信号TX_MODE而关断(或断开)，以使输出电压VOUT不提供到电压调节器76和功率放大器44。电压调节器72和74将电压VOUT分别调节为DC电压3.3V和3.6V，并将调节后的电压提供给接收器和基带信号处理器30。
在移动通信终端的发送模式中，3.9-5.0V的输出电压VOUT提供给电压调节器76和功率放大器44以及电压调节器72和74，因为开关SW响应于激活发送模式信号TX_MODE而接通(或闭合)。电压调节器76将3.9-5.0V的电压VOUT调节为DC电压3.6V，并将调节后的DC电压提供给发送器42。此外，3.9-5.0V的电压VOUT通过开关SW提供给功率放大器44作为操作电压。也就是说，在发送模式中，3.9-5.0V的电压VOUT提供给接收器和基带信号处理器30、发送器42和功率放大器44。
参照图3，电压控制电流源60包括一晶体管Q，晶体管Q是一个开关元件，可根据接收的TX_AGC电压进行开关。晶体管Q的基极通过电阻R3连接到TX_AGC电压，其集电极连接到DC/DC变换器20的反馈端，而其发射极通过电阻R5连接到地。在晶体管Q的基极和地之间，电阻R4和电容C相互并联连接。
TX_AGC电压在接收模式中为零，并在发送模式中与发送功率成比例增加。在IS-95 CDMA通信终端中，如图4B所示，天线端口的发送功率控制在-50dBm到32dBm的82dB范围之内，以使对应于此功率范围的TX_AGC电压为0.5-2.7V。
在接收模式中，电压控制电流源60接收0V的TX_AGC电压，以关断晶体管Q，从而切断电极电流IC(即IC＝0)。此时，DC/DC变换器20的输出电压VOUT由公式(1)决定。
在发送模式中，电压控制电流源60接收如图4B所示按照发送功率变化的TX_AGC电压。如果基极电压VB增加到高于0.7V或高于发射极电压VE，晶体管Q接通。此时，发射极电流IE确定为：
IE＝VE/R5[A]    ...(2)
由于基极电流可忽略不计，故集电极电流IC基本等于发射极电流IE。因此，集电极电流IC可以写为：
IC＝VE/R5[A]     ...(3)
当TX_AGC电压为VAGC时，发射极电压VE确定为：
VE＝{VAGC×R4/(R3+R4}-0.7[V]  ...(4)
通过将公式(4)代入公式(3)中的VE，集电极电流IC可写为：
IC＝{{VAGC×R4/(R3+R4}-0.7}/R5[A]    ...(5)
从公式(5)可以看到，晶体管Q的集电极电流IC取决于TX_AGC电压VAGC。此外，在发送模式中，DC/DC变换器20的输出电压VOUT是反馈电压VFB和电阻R2上电压降的和，并且可表示为：
VOUT＝VFB+IT×R2[V]    ...(6)
此外，电流IT是电流IO和IC的和，并且可写为：
IT＝IC+IO＝IC+VFB/R1[A]    ...(7)
如果用公式(7)代替公式(6)中的IT，则电压VOUT可被重写为：
VOUT＝VFB+(IC+VFB/R1)×R2
＝VFB×(1+R2/R1)+IC×R2
＝1.25×(1+R2/R1)+IC×R2[V]    ...(8)
结果，可以从公式(8)看到，输出电压VOUT是电流IC的函数，如公式(5)所示，电流IC取决于TX_AGC电压VAGC。因此，当TX_AGC电压VAGC为低时(即，当发送功率为低时)，DC/DC变换器20的输出电压VOUT降低。因此，能够减少电压调节器72、74和76的功率损耗以及功率放大器44的功率消耗，功率放大器44通常在移动通信终端中占据最大部分的功率消耗。也就是说，与常规的供电装置不同，本发明的供电装置根据发送模式中的发送功率自适应地改变DC/DC变换器20的输出电压，以使移动通信终端的功率损耗可以减小，从而延长电池寿命。
图4A示出本发明的供电装置根据发送功率的变化而改变DC/DC变换器20的输出电压VOUT的情况。在此实施例中，TX_AGC电压VAGC用于检测发送功率的变化。图4C示出该供电装置根据TX_AGC电压VAGC的变化而改变DC/DC变换器20的输出电压VOUT的情况。
如上所述的，为根据发送功率的变化控制DC/DC变换器20的输出电压VOUT，供电装置利用TX_AGC电压VAGC，而TX_AGC电压VAGC由图5所示的基带(B/B)芯片90确定。
图5示出一IS-95 CDMA通信终端。在此说明中，略去了对各元件的详细说明。相反，仅给出基带芯片90如何确定TX_AGC电压的说明。
在图5中，基带芯片90确定控制发送功率的TX_AGC电压，并将确定的TX_AGC电压加到TX_AGC电路92。该功率控制操作可以分为两个操作，第一个操作是开环功率控制操作，它是在接入基站时首先完成的。在此开环功率控制操作中，基带芯片90检测RSSI(Received Signal StrengthIndicator，接收信号强度指示器)值，并确定与所检测的RSSI值相关的发送功率。在此，发送功率TX_POWER和接收的功率RX_POWER之间的关系由下式给出：
TX_POWER＝-(RX_POWER+7 3)[dBm]...(9)
第二个功率控制操作是闭环控制操作，它是在该终端通过第一个功率控制操作与基站连接之后进行的。在此闭环功率控制操作中，该终端接收从基站发送来的发送功率信息命令，并确定TX_AGC电压，以便对应于该发送功率信息命令而输出发送功率。
由于由基带芯片90确定的TX_AGC电压加到电压控制电流源60，故本发明的供电装置在发送模式中根据发送功率自适应地提供DC电压VOUT。
如上所述，本发明的供电装置采用单个的DC/DC变换器，并在发送模式中根据发送功率自适应地改变DC/DC变换器的输出电压。因此，该供电装置有助于减小移动通信终端的大小，并有助于减小电压调节器和功率放大器的功率损耗，从而使功效最佳并延长电池寿命。
虽然已参照本发明的特定优选实施例对本发明进行的图示和说明，但本领域技术人员应当明白，可以在不脱离权利要求书所限定的本发明的精神和范围的情况下对本发明进行许多形式和细节上的修改。例如，在接收模式中的电压3.9V和在发送模式中的电压3.9-5.0V可根据移动通信终端的类型而改变。此外，当使用低压电池时，所述的下变换器可替代为上变换器。并且，用于电压控制电流源的晶体管可由任何类型的开关元件替代，比如由场效应晶体管(FET)替代。也就是说，根据本发明的供电装置可应用于任何的CDMA、GSM和FM(频率调制)通信终端。

Claims (7)

1.一种控制移动通信终端中的供电电压的方法，所述移动通信终端包括一接收器和基带信号处理器、一发送器、一功率放大器和一供电装置，所述供电装置用于利用DC/DC变换器变换来自电池的DC电压，所述方法包括步骤：
(a)在所述移动通信终端的接收模式中，调节由所述DC/DC变换器变换的所述DC电压，并将调节后的DC电压提供给所述接收器和基带信号处理器；和
(b)在所述移动通信终端的发送模式中，将由所述DC/DC变换器变换的所述DC电压变换为对应于根据一发送功率确定的发送AGC电压的一DC电压，并将变换后的DC电压提供给所述接收器和基带信号处理器、所述发送器和所述功率放大器。
2.如权利要求1所述的方法，其中在所述步骤(b)中提供的所述DC电压等于或大于所述步骤(a)中提供的所述DC电压。
3.一种用于移动通信终端的供电装置，包括一接收器和基带信号处理器、一发送器和一功率放大器，所述供电装置包括：
一电池；
一DC/DC变换器，该DC/DC变换器具有一输入端、一输出端和一反馈端，用于将电池在所述输入端提供的DC电压变换为一恒定的DC电压，并将该恒定DC电压在所述反馈端输出；
一第一电阻，连接于所述DC/DC变换器的所述输出端和所述反馈端之间；
一第二电阻，连接于所述反馈端和地之间；
一电压控制电流源，连接于所述反馈端和所述地之间，与所述第二电阻并联连接，用于在发送模式中根据发送AGC电压改变通过所述第一电阻的电流，以便根据发送功率自适应地改变所述DC/DC变换器的所述输出端的输出电压；
一第一电压调节器，用于调节所述DC/DC变换器的输出电压，并将调节后的电压提供给所述接收器和基带信号处理器；
一第二电压调节器，用于调节所述DC/DC变换器的所述输出，并将调节后的电压提供给所述接收器和基带信号处理器；
一开关，连接于所述DC/DC变换器的所述输出端和所述发送器及所述功率放大器之间，该开关在所述发送模式中接通，以将DC/DC变换器的输出电压传送到所述发送器和所述功率放大器；及
一第三调节器，连接到所述开关和所述发送器之间，用于调节所述DC/DC变换器的所述输出电压，并将调节后的电压提供给所述发送器。
4.如权利要求3所述的供电装置，其中，在一接收模式中，所述电压控制电流源通过所述第一电阻流过一第一电流，以便在所述输出端输出一第一输出电压，该第一输出电压由所述反馈端的一DC电压和所述第一电阻上的电压降确定；其中，在所述发送模式中，所述电压控制电流源通过所述第一电阻流过与所述第一电流相等或大于所述第一电流的第二电流，以便在所述输出端输出一第二输出电压，所述第二输出电压是可变化的并且等于或高于所述第一输出电压。
5.如权利要求3所述的供电装置，其中所述电压控制电流源包括：
一输入端，用于接收根据所述发送功率确定的所述发送AGC电压；和
一开关元件，当所述发送AGC电压具有确定值时，该开关元件接通以在所述反馈端和所述地之间形成一电流路径，从而增加流过所述第一电阻的电流。
6.如权利要求5所述的供电装置，其中所述开关元件是一晶体管，该晶体管的基极连接到所述输入端，其集电极连接到所述反馈端，而所述发射极连接到所述地端。
7.如权利要求5所述的供电装置，还包括：
连接到所述输入端和所述开关元件的基极之间的一电阻；和
连接到所述基极和所述地之间的一电阻。
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