CN1219026A - 用于电子装置的减小功率保护电路 - Google Patents
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Abstract
一种电子装置(102)包括一个电源(114),一个放大器电路(132)和一个减小功率保护电路(160)。电源(114)对电子装置(102)供电。放大器电路(132)由电源(114)供电,以把信号放大成放大的输出信号,并且它可控制以改变该放大输出信号的功率电平。减小功率保护电路(160)直接与电源(114)耦合,以当电源(114)降到一个阈值之下时,降低放大器电路(132)的放大输出信号的功率电平。
Description
本发明一般说来涉及电子装置,更具体地说,涉及一种用于电子装置的减小功率保护电路。
电子装置,例如无线电通信装置,部分由于其便携性而变得越来越普及。便携性是通过给装置备以电池而实现的。电池在耗尽之前提供电力,以操作装置的元件。一旦电池的电压耗尽到一个低电池阈值,在该阈值之下元件只能短时操作,则装置起动受控减小功率。
大多数电子装置使电路布置为没有受控减小功率操作,这样装置就继续操作,直到电池的电压电平达到一个通电复位(POR)阈值为止,在该阈值时装置立刻地并且没有警告地关闭。如果关键操作过程留下末完成,例如与远程装置建立的通信,或一旦开始就必须完成的内部执行的功能,如数据存储操作,则这样的立刻和没有警告的减小功率会有问题。此外,在这种情况下,不能给该装置的用户该装置将关闭的警告。
由电池供电的装置的一个元件是功率放大器。在操作中,功率放大器把信号放大到一个足够通过空气发送的输出电平。在操作期间,功率放大器可能会进入一种饱和状态,在这个状态下它不能把信号放大到装置的控制电路对它所要求的输出电平。在饱和的时候,功率放大器从电池中抽取过量电流,以试图满足控制电路的要求。在功率放大器饱和而电池电压低的情况下,功率放大器的过量电流消耗会使电池在能执行受控减小功率之前完全地耗尽,或使受控减小功率过早地执行。
一种使快速电池耗尽最小化的现有方法在由Black等人提出的U.S.Patent No.5278,994中叙述,题目为“Power Amplifier SaturationDetection and Correction Method and Apparatus”,发表于1994年1月11日,并转让给Motorola公司。在U.S.Patent No.5278,994中,每当检测到饱和,就降低功率放大器的输出电平。在一个实施例中,饱和是通过感受控制回路响应的减慢来检测的。一旦检测到,就使输出电平降低一个取决于饱和度的量,饱和度则由回路响应时间来确定。因为回路响应时间并不与饱和度完美地相关,所以需要稍有过度地校正功率电平,以可靠地预测电池的耗尽。这样的过度校正牺牲了功率放大器性能。
虽然U.S.Patent No.5278,994提供一种使快速电池耗尽最小化的方法,但是有利的是能够使放大器性能最大化,并且保证受控减小功率总能执行。
附图是一种无线电通信系统的部分方块图和部分示意图,该系统包括一个采用了减小功率保护电路的电子装置。
电子装置包括一个电源,一个放大器电路和一个减小功率保护电路。电源对电子装置供电。放大器电路由电源供电,以放大输入信号并产生放大的输出信号,而且它可控制以改变放大输出信号的功率电平。减小功率保护电路直接与电源耦合,以当电源降到一个阈值之下时,降低放大器电路的放大的输出信号的功率电平。通过根据电源来控制放大器电路,能避免放大器性能因饱和过度校正而带来的损失,并且总能以受控方式使电子装置减小功率。
附图所示通信系统100包括远程电子装置101和本地电子装置102,它们通过通信链路103通信。在说明的实施例中,远程装置101和本地装置102分别为基站和无线电通信装置,并且链路103包括通信信号,例如射频(RF)信号。本地装置102包括天线104,接收部分106,合成器部分108,主控部分110,发送部分112和电源114。电源114包括一个或多个可耗尽电池111和一个存储器113。电池111通过接线116对部分106,108,110和112供电。存储器113包含电源信息,它通过接线115与主控部分110连接。电源114是3.6V,500mΩ,500mA·hour电源,或其他适当替换电源。
在操作中,本地装置102消耗由电源114提供的功率。主控部分110按照存储器117中存储的操作指令,控制本地装置102的操作。主控部分110按照指令,通信调谐,并且通过接线118向合成器部分108发送信息。合成器部分108响应调谐信息,通过接线120调谐接收部分106,以通过天线104和接线122接收链路103的RF信号。接收部分106把RF信号转变成接收数据和声频信号,它们通过接线124耦合到主控部分110以供处理。合成器部分108响应可以包括发送数据和声频信号的发送信息,把发送信息转变成RF信号,并通过接线126把RF信号耦合到发送部分112。发送部分112放大RF信号,并把放大信号输出到接线128上,以通过天线104发射。本地装置102按这样操作,直到电源114接近耗尽为止。在说明的实施例中,本地装置102的操作以约250mA的速率耗尽电源114。
在本地装置102的操作期间,主控部分110按照存储器113中存储的电源阈值和存储器117中存储的功率管理指令来管理电源114的耗尽。按照功率管理指令,主控部分110通过接线116监视电源114的耗尽。主控部分110检测电源114的电压电平,并把该电压电平与一个低电池阈值或减小功率阈值比较。该减小功率阈值存储在电源114的存储器113中,并限定一个电压电平,在该电平之下部分106,108和112只能在限量时间期间操作。当电源114的电压降到该减小功率阈值之下,并在此处保持预定时限(该时限存储在存储器117中)时,主控部分110按照功率管理指令,分别通过接线124,118和130传递减小功率信号,来起动部分106,108和112的受控减小功率。在说明的实施例中,对于3.6V,500mΩ,500mA·hour电源,减小功率阈值约为2.85V,预定时限约为35ms,执行受控减小功率所需的时间约为800ms。
在本地装置102操作期间,电源114最易受发送部分112,特别是受发送部分112的放大器电路132的作用而耗尽。放大器电路132包括端口139至142。端口139是电源输入端,它与接线116耦合,以接收电源114的功率。端口140是RF信号输入端,它与接线126耦合,以接收供放大的RF输入信号。端口141是控制端口。端口142是RF信号输出端,它与接线128耦合,以向天线104提供放大的RF输出信号。在操作中,放大器电路132把端口140的RF输入信号放大成端口142的放大的RF输出信号。放大的RF输出信号的功率电平由放大器电路132的放大度来设置,放大度可以由端口141接收的控制信号来控制改变。在说明的实施例中,放大器电路132是GSM(全球移动通信标准)Class 2型RF放大器,具有百分之60效率和从1mW到4W可控的放大范围。虽然在附图中表示为具有单级,但是本领域技术人员将会认识到,放大器电路132可以替换地为多级放大器,例如在上述U.S.Patent No.5,278,994中表示和叙述的具有激励级205和功率放大级203的多级放大器。
放大器电路132由自动输出控制(AOC)驱动发生器134,耦合器136和放大器控制电路138所构成的控制回路来控制。AOC驱动发生器134包括端口144至146。端口144是电源输入端,它与接线116耦合,以从电源114接收功率。端口145是数据输入端,它与接线130耦合,以从主控部分110接收控制数据。控制数据例如包括功率电平信息,偏移信息,饱和降低大小和放大器控制起动/停止信息。端口146是信号输入端,它与接线149耦合,以接收饱和检测信号。端口147是信号输出端,它与接线148耦合。AOC驱动发生器134包括一个数字信号处理器(DSP)和一个模拟-数字转换器(D/A),例如在上述U.S.Patent No.5,278,994中表示和叙述的DSP 223和D/A 221,或其他适当替换的硬件装置。在操作中,AOC驱动发生器134响应端口145接收的数据和端口146接收的饱和检测信号,通过端口147在接线148上产生AOC驱动信号AOCDRIVE。AOC驱动信号AOC DRIVE的格式按照通信系统100的类型来改变。例如在GSM系统中,AOC驱动信号AOC DRIVE可以由上升余弦波形的部分来模拟。
耦合器136定向为以一端与放大器电路132的端口142的接线128电磁耦合,而以另一端通过接线150与放大器控制电路138耦合。在操作中,耦合器136把放大的RF输出信号的功率电平耦合到放大器控制电路138,而无过量损耗。
放大器控制电路138包括端口152至157。端口152是电源输入端,它与接线116耦合,以从电源114接收功率。端口153是数据输入端,它与接线130耦合,以从主控部分110接收控制数据。端口154是信号输入端,它与接线148耦合,以接收AOC驱动信号AOC DRIVE。端口155是信号输入端,它与接线150耦合,以从耦合器136接收放大的RF输出信号的反馈功率电平。端口156是信号输出端,它通过接线158与放大器电路132的端口141耦合。端口157是信号输出端,它与接线149耦合。放大器控制电路138包括检测器和比较器电路,它们按照上述U.S.Patent No.5,278,994中表示和叙述的饱和检测和控制回路来布置和互连。
在操作中,放大器控制电路138响应在端口153接收的放大器控制起动信号,在端口156输出在端口154接收的AOC驱动信号AOCDRIVE,以便设置放大器电路132的放大输出信号的功率电平。放大器控制电路138还把AOC驱动信号AOC DRIVE与在端口155接收的放大的RF输出信号的反馈功率电平相比较,以确定放大器电路132是否饱和。如果放大器电路132是饱和,则放大器控制电路138在端口157输出大小与饱和度相对应的饱和检测信号,以便使AOC驱动发生器可以在希望时补偿AOC驱动信号AOC DRIVE,并使放大器电路132消除饱和。
如上所述,用饱和检测和过校正来使电源114的消耗最小化牺牲了放大器电路132的性能。不是依靠这样的过校正,本地装置102的发送部分112而是使用一个减小功率保护电路160,来使电源114的快速耗尽最小化,用主控部分110来保证受控减小功率的执行,并且使放大器性能最优。该减小功率保护电路包括电压基准162,比较器164和开关166。
电压基准162包括端口168至170。端口168是电源输入端,它与接线116耦合,以从电源114接收功率。端口169是接地输入端,它与电接地端171耦合。端口170是电压输出端。在操作中,优选地由温稳带隙电压发生器或其他适当装置组成的电压基准162在端口170输出一个基准电压电平。在说明的实施例中,基准电压电平约为2.8V。
比较器164包括端口172至176。端口172是电源输入端,它与接线116耦合,以从电源114接收功率。端口173是接地输入端,它与电接地端171耦合。端口174是电压输入端,它通过一个电阻元件178与接线116耦合,以便接收电源114的电压电平。电阻元件178对端口174提供与电源114配合所必需的电压降,并且优选地是一个约为10kΩ值的电阻器或其他适当替换品。端口175是电压输入端,它通过一个电阻元件180与电压基准162的端口170耦合。电阻元件180对端口175提供与电压基准162所供给的基准电压电平相配合而必须的电压降,并且优选地是一个约为11kΩ值的电阻器或其他适当替换品。端口176是信号输出端,它通过一个电阻元件181与端口175耦合。电阻元件181在端口176设置一个滞后电平,以防止在信号输出电平之间的快速转移,并且优选地是一个约为100kΩ值的电阻器或其他适当替换品。在说明的实施例中,比较器164是模拟比较器或适当替换品。在操作中,比较器164比较在端口174和175接收的电压电平。当端口174的电压电平等于或大于端口175的基准电压电平时,比较器164在端口176产生一个低电压输出信号。当端口174的电压电平降到端口175的基准电压电平之下时,比较器164在端口176产生一个高电压输出信号。
开关166包括端口182至184。端口182是控制输入端,它与比较器164的端口176耦合,以接收低或高电压输出信号。端口183通过接线148与AOC驱动发生器134的端口147耦合,并且通过电阻元件186与放大器控制电路138的端口154耦合。电阻元件186确定AOC驱动信号AOC DRIVE上的衰减量,并且优选地是一个约为10kΩ值的电阻器或其他适当替换品。端口184与电接地端171耦合。在操作中,开关166响应端口182的低或高电压输出信号,分别保持断开以切断端口183和184,或接通以通过在端口183和184之间形成导电通路而使它们连接。电阻元件181保证开关166接通的阈值比开关166断开的阈值小,以便防止快速接通/断开转换。在说明的实施例中,开关166是一个晶体管开关,例如开关FET(场效应晶体管),或其他适当开关,其中端口182至184分别是栅极,漏极和源极。
在操作中,在受控减小功率能由主控部分110管理之前,减小功率保护电路160防止电源114受放大器电路132消耗而耗尽。当电源114降到由电压基准162所限定的阈值之下时,减小功率保护电路160降低放大器电路132的放大的RF输出信号的功率电平。特别是,当比较器164确定电源114的电压电平降到电压基准162的基准电压电平之下时,开关166接通,把接线148和放大器控制电路138的端口154耦合到电接地端171。这样使AOC驱动信号AOC DRIVE衰减,并且降低放大器电路132的放大度,或抑制放大器电路132。放大器电路132的电流消耗被减小,并且电源114的耗尽被减慢。这样保证能发生受控减小功率,并且能对用户提供足够警告,例如通过声音报警通知用户本地装置102正在减小功率。
减小功率保护电路160还使放大器电路132的性能最优。减小功率保护电路160的电压基准162的基准电压电平设置得比主控部分110执行受控减小功率的减小功率阈值低。并且,减小功率保护电路160的比较器164驱动开关166,以在电源114的电压电平降到基准电压电平之下的时刻,使AOC驱动信号AOC DRIVE衰减,并且抑制放大器电路132。这种减小功率保护布置保证在最坏耗尽情况下,至少在电源114的电压电平保持在减小功率阈值之下的预定时限期间,及在执行受控减小功率所需的时间期间,保持电源114不会完全耗尽。该布置仅在电源114上出现过大负载,及本地装置102处在非受控方式下的减小功率危险这样的暂态条件下,才抑制放大器电路132。结果,减小功率保护电路160保证不会不必要地牺牲放大器电路132的性能。
虽然已经表示,叙述和优选了本发明的特定实施例。但是可以构成种种变更。例如,减小功率保护电路160可以替换地利用一个微型处理机和一个包含多个基准电压电平值的存储器,以便当本地装置102与许多不同类型和/或容量的电池兼容时,保证准确的减小功率保护。虽然表示和叙述为结合到一种无线电通信装置中,但是将会认识到,减小功率保护电路160还可以有利地用于其他各种电子装置,包括但不限于寻呼机,掌上计算机,个人数字式辅助装置,无绳电话,以及其他类似装置。因此打算在附加权利要求中覆盖所有这样属于本发明的真正精神和范围的变化和变更。
Claims (10)
1.一种电子装置,包括:
一个电源,以对该电子装置供电;
一个放大器电路,与电源耦合,该放大器电路由电源供电,以把信号放大成放大的输出信号,该放大器电路可控制以改变放大的输出信号的功率电平;以及
一个减小功率保护电路,与电源耦合,当电源降到一个阈值之下时,该减小功率保护电路降低放大器电路的放大的输出信号的功率电平。
2.一种按照权利要求1的电子装置,还包括一个自动输出控制(AOC)驱动发生器,它有一个输出端,该AOC驱动发生器在AOC驱动发生器的输出端产生AOC驱动信号,以设置放大器电路的放大输出信号的功率电平。
3.一种按照权利要求2的电子装置,其中减小功率保护电路包括一个开关,与AOC驱动发生器的输出端耦合,当电源降到阈值之下时,该开关可选择使AOC驱动信号衰减。
4.一种按照权利要求3的电子装置,其中减小功率保护电路还包括:
一个电压基准,与电源耦合,该电压基准具有一个表示阈值的基准电压;以及
一个比较器,具有一个第一输入端,一个第二输入端和一个输出端,第一输入端与电源耦合,第二输入端与电压基准耦合,比较器的输出端与开关耦合。
5.一种按照权利要求4的电子装置,其中:
减小功率保护电路包括一个电接地端;并且
开关包括一个晶体管开关,该晶体管开关具有第一、第二和第三端口,第一端口与比较器的输出端耦合,第二端口与AOC驱动发生器的输出端耦合,第三端口与电接地端耦合。
6.一种按照权利要求2的电子装置,还包括一个放大器控制电路,它具有一个第一输入端和一个输出端,该放大器控制电路的第一输入端与AOC驱动发生器和减小功率保护电路的输出端耦合,该放大器控制电路的输出端与放大器电路耦合。
7.一种按照权利要求6的电子装置,还包括一个耦合器,其一端与放大器电路的输出端耦合,而另一端与放大器控制电路的第二输入端耦合,该耦合器把放大的输出信号的功率电平耦合到放大控制电路。
8.一种按照权利要求1的电子装置,其中减小功率保护电路包括一个比较器,以把电源的电压电平与表示阈值的基准电压电平相比较。
9.一种按照权利要求1的电子装置,还包括:
至少一个部分,与电源耦合并选择地由电源供电;以及
一个主控部分,与电源和该至少一个部分耦合,主控部分响应电源在一个第二阈值之下的检测,控制该至少一个部分减小功率。
10.一种按照权利要求9的电子装置,其中:
主控部分包括一个第一存储器,该第一存储器包含功率管理指令;并且
电源包括一个第二存储器,该第二存储器包含电源阈值。
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