CN1860379A - 卫星定位系统中的功耗控制 - Google Patents

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CN1860379A CNA200480028478XA CN200480028478A CN1860379A CN 1860379 A CN1860379 A CN 1860379A CN A200480028478X A CNA200480028478X A CN A200480028478XA CN 200480028478 A CN200480028478 A CN 200480028478A CN 1860379 A CN1860379 A CN 1860379A
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Abstract

RF处理部分和基带处理部分之间的接口支持RF处理部分和基带处理部分之间的通用消息传送、以及卫星定位系统信号样本传送。该接口包括双向消息接口和数据接口。该消息接口支持将功率控制消息传送到RF处理部分，以提供对RF处理部分中的硬件电路的各个块的激活或去激活的精细控制。

Description

卫星定位系统中的功耗控制
相关申请的交叉引用
此申请要求于2003年7月30日提交的标题为“Serial Radio Frequency onBaseband with Power Control”的美国申请序列号10/632,051的优先权，该申请是于2003年2月19日提交的标题为“Serial Radio Frequency to BasebandInterface with Programmable Clock”的美国专利申请序列号10/369,853的部分延续。
技术领域
此发明涉及一种用于将射频(RF)处理部分耦接到基带处理部分的接口。更具体地，此发明涉及将功率控制消息从基带部分传递到RF部分。
背景技术
诸如双向无线电装置、寻呼机、便携式电视、个人通信系统(“PCS”)、个人数字助理(“PDA”)、蜂窝式电话(也被称为“移动电话”)、蓝牙设备、卫星无线电接收器和卫星定位系统(“SPS”)(如全球定位系统(“GPS”)，也被称为NAVSTAR)的无线设备的广泛使用正在迅速地发展。当前的趋势是要求将SPS服务合并到包括PDA、蜂窝式电话、便携式计算机、汽车等的广泛范围的电子设备和系统中。
同时，制造商使用非常不同的架构、涉及多种处理器、频率基准、时钟频率等，来设计他们的设备。制造商也非常关心在提供尽可能多的功能(包括SPS能力)的同时将成本保持尽可能的低。具体地，在射频(RF)前端和基带处理部分之间分割SPS信号处理的架构不断地流行起来。
例如，“SiRF Technology，Inc.of San Jose，CA”使包括了GRF1 RF芯片和GSP1/LX基带处理芯片的SPS芯片组变得流行。在SiRFStarI GPS架构GRF1和GSP1数据表单(data sheet)中详细描述了这两种器件。如图1所示，RF芯片102使用差分(differential)符号信号线(被标记为SIGN)、差分幅度信号线(被标记为MAGNITUDE)、GPS时钟信号线(被标记为GPSCLK)、以及获取时钟信号线(被标记为ACQCLK)，而将数据样本传递到基带芯片104。基带芯片104可以有限的单个目的形式，即，通过使用自动增益控制(AGC)时钟、数据、以及选通信号线(分别被标记为AGCCLK、AGCDATA、以及AGCSTRB)，而与RF芯片102通信，以将AGC数据提供到RF芯片102。
较新的SPS信号处理芯片组解决方案包括SiRFStarIIe(以GRF2i RF芯片和GSP2e基带芯片为中心)和SiRFStarIIt(以GRF2i RF芯片和GSP2t基带芯片为中心)解决方案。所述两者均保留用于将数据样本从RF部分传递到BB部分的多条信号线以及从基带部分到RF部分的AGC信息的单向通信。然而，BB部分使用RF芯片所采样的单脉宽调制输出，而将AGC信息单向传递到RF芯片。换句话说，SiRFStarIIe消除了多条信号线AGC通信路径，而支持单条输出线。
对于功率控制，典型地，RF芯片包括专用功率控制输入，例如，使能或禁用多数RF芯片的一个功率控制输入引脚。由此，几乎没有、或没有用来对由RF芯片消耗的功率进行精细控制的能力。换句话说，当RF芯片激活时，RF芯片中的大多数硬件块(例如，锁相环、分频器、数字接口部分等)也激活，而不管在那时是否需要它们。结果，RF芯片会消耗比必要时大的平均功率。具体地，当合并到具有有限的功率储备的设备(如电池操作的GPS接收器)中时，过度的功耗是重大的缺陷。
因此，存在克服上述问题和以前遇到的其它问题的需要。
发明内容
本发明提供了RF功率控制消息传递(RF power control messaging)，以及用于在RF处理部分和基带处理部分之间的接口上提供RF功率控制消息传递的相关方法。该接口支持RF处理部分和基带处理部分之间的通用双向消息传送。该接口还在不给该接口添加不适当的复杂度的情况下支持所述两个处理部分之间的SPS信号样本的传输。
在一个实现中，该接口包括消息串行接口和数据串行接口。数据串行接口将SPS信号采样数据从RF部分传送到基带部分。消息串行接口在RF部分和基带部分之间传递包括功率控制消息的消息。
如上所述，消息串行接口在所述处理部分之间传递功率控制消息。消息串行接口可包括消息输入信号线、消息输出信号线、以及消息时钟信号线。在一些实现中，消息串行接口还可包括从属选择信号线。例如，功率控制消息可包括多个功率控制位。每个功率控制位可指示RF部分中的预定电路的功率状态(例如，加电或断电)。
例如，可通过使用用来将信号样本从RF部分串行地传送到基带部分的单条数据位信号线，而减小数据串行接口的复杂度。数据串行接口还可包括数据时钟信号线，其提供用于信号样本的定时。具体地，作为例子，数据时钟信号线可传送以16 fo(其中，fo＝1.023MHz)标称运行的数据时钟(其包括上升沿和下降沿)，而数据位信号线可传送包括串行传输的数据位的数据信号。在一个实现中，第一种类型的数据位在数据时钟的上升沿有效，而第二种类型的数据位在数据时钟的下降沿有效。作为一个例子，第一种类型的数据位可为符号位，而第二种类型的数据位可为幅度位。
对于本领域的技术人员来说，在对以下附图和详细描述进行查看时，本发明的其它设备、系统、方法、特征和优点将会、或将变得清楚。意图是使所有附加的系统、方法、特征和优点被包括在此描述内，处于本发明的范围内，且被所附权利要求保护。
附图说明
附图中的组件不一定是按比例的，而是重点在于图解本发明的原理。在附图中，在所有不同的图中，相同的附图标记表示相同的部分。
图1示出了GPS RF芯片和基带芯片之间的现有接口。
图2图解了卫星定位系统接收器，其包括：通过包括消息串行接口和数据串行接口的接口而耦接到基带处理部分的RF处理部分。
图3图解了示出分别在形成图2中示出的数据串行接口的数据时钟信号线和数据位信号线上传送的数据时钟和数据信号之间的关系的时序图。
图4图解了示出分别在形成图2中示出的消息串行接口的一部分的消息时钟信号线和消息数据位信号线上传送的消息时钟和消息数据位之间的关系的时序图。
图5示出了用于接口RF处理部分和基带处理部分的方法。
具体实施方式
典型的卫星定位系统(“SPS”)系统具有在任一时刻对无线设备可见的大约12颗卫星。如在此文档中所使用的，SPS表示利用卫星和/或陆上通信设备来提供或允许地球上的无线设备的位置的确定的任意系统，其包括但不限于：全球定位系统(“GPS”)(如NAVSTAR)、GLONASS、LORAN、Shoran、Decca、或TACAN。为了讨论的目的，描述了GPS RF处理部分和基带处理部分之间的接口的特定例子。然而，通常，构成接口的基础的原理可应用于接口RF处理和基带处理部分。
首先，转到图2，该图示出了卫星定位系统的接收器200。接收器200包括RF处理部分202，其使用RF到基带接口206而耦接到基带处理部分204。RF处理部分202在RF输入207上接收SPS信号，例如，1575.42MHz的GPS信号。
通常，接收器部分200可被视为包括RF前端224和基带后端226。RF前端224包括RF处理部分202和RF到基带接口206。RF前端224通过一系列下变换(downconversion)、自动增益控制和模数转换，而处理在RF输入207上接收的SPS信号。基带后端226包括基带处理部分204和RF到基带接口226。基带后端226处理(使用微控制器核心、CPU、或其它控制逻辑)由RF前端224提供的采样数据。基带后端226使用组成数字通信接口222的一个或多个地址、数据、控制、以及时钟信号，而将所处理的数据传递到数字设备(例如，数字信号处理器、通用微控制器或CPU、或主机PC)。
例如，可将RF前端224和基带后端226中的任一个或全部实现作为独立的单个集成电路。由此，RF前端224可为单个封装，其包括RF输入207(例如，封装上的特定输入引脚)、RF处理部分202、以及接口206(例如，如在下面更详细地描述的一组接口引脚)。类似地，基带后端226可为单个封装，其包括基带处理部分204、接口206、以及数字接口222。在SiRFStarI、II、或III芯片组数据表单中更详细地阐述了由RF处理部分204和基带处理部分204执行的处理，而在下面更详细地描述接口206。SiRFStar芯片组可从“SiRF Technology，Inc.of San Jose California”得到。
尽管如图2所示的RF前端224和基带后端226之间的功能划分适合于被划分为两个独立的集成电路，但很多其它的实现也是有可能的。作为一个例子，大量离散的逻辑和信号处理电路块可实现RF、基带、以及接口206功能。作为附加的例子，构成RF前端224和基带后端226的功能的基础的任意电路可被合并到单个封装(例如，其装入多个集成电路印模(die))或集成电路、多个封装或集成电路中，或跨越一个或多个电路板而分布。在这些实现中，各个线路、电路板迹线(trace)、或VLSI金属或多晶硅层在RF处理电路和基带处理电路之间传送接口206信号。
此外，构成RF前端224和基带后端226的功能的基础的任意电路可与附加功能一起被合并到单个封装或集成电路、多个封装或集成电路中，或跨越一个或多个电路板而分布。作为例子，可将RF和基带电路与用于蜂窝式电话、PDA操作、或者用于汽车的引擎、仪器或电子设备控制器的数字或模拟处理电路一起集成在印模上。由此，图2和上面给出的例子不是限制性的；相反，本领域的技术人员将理解，实现RF处理、基带处理和接口206的特定实现、功能的划分、以及电路的封装可依赖于将来的应用、工程考虑、成本考虑等而大大地变化。
接口206包括消息串行接口208和数据串行接口210。消息串行接口208在RF部分202和基带部分204之间双向地提供通用消息的串行通信。相反，RF部分202采用数据串行接口210，以将SPS信号样本传送到基带部分204。
作为最初的情况，应注意，通常，图2中示出的接口206信号是CMOS兼容的。具体地，用于逻辑1的输入为0.7*Vcc V以上，而用于逻辑0的输入为0.3*Vcc V以下。用于逻辑1的输出为Vcc-0.4V以上，而用于逻辑0的输出为0.4V以下。通常，输入/输出引脚依赖于期望的实现，而工作在2.5V或3.3V电压范围中。实时时钟(RTC)输入/输出引脚可工作在1.5V上，尽管如果需要的话它们可被设计为容许3.3V电平。然而，任意所述信号可依赖于所期望的实现，而适用于不同的额定电压或规范。
如图2所示的消息串行接口208包括消息输入(message-in)信号线(被标记为MSG DO/MI)、消息输出(message-out)信号线(被标记为MSG DI/MO)、消息时钟信号线(MSG CLK/MK)、以及从属(slave)选择信号线(被标记为MSG CEB/SS N[0])。消息信号线上的标记指示从RF部分202/基带部分204看去的数据流的方向。例如，消息输出信号线(MSG DI/MO)传送输入到RF部分202、以及由基带部分204输出的消息位。
数据串行接口210包括数据时钟信号线(被标记为ACQCLK)和数据位信号线(被标记为SGNMAG)。通常，数据串行接口210仅使用单条数据位信号线，以将数据位串行地传递到基带部分204(如在下面通过参照图3而更详细地讨论的)。由此，数据串行接口210通常包括两条那么少的信号线：一条用于数据时钟，且一条用于数据位。由此，数据串行接口210是用于RF部分202和基带部分204之间的SPS信号样本接口的低复杂度解决方案。
如图2所示，RF处理一侧的接收器部分200还包括实时时钟(RTC)振荡器(OSC)和监视器部分212。32KHz晶体(或其它时钟源)为RTC OSC部分212提供输入时钟214。RTC OSC部分212在基带部分204所使用的RTCLK/RIN信号线上生成时钟输出，作为例子，以保持GPS时间或UTC时间。例如，时钟输出为32768Hz的1.5V CMOS输出。RTC OSC部分212在断电模式期间继续运行，以帮助基带部分204维持精确的时基。
然而，RTC OSC部分212中的监控电路(例如，耦接到时钟输入并跟随有比较器的整流器(rectifier))确定输入时钟214一直运行的时间(例如，已停止了不多于10-30个时钟周期)。如果时钟已停止了太久，那么，RF部分202设置一位(例如，设置触发器(flip/flop)输出，或在多位状态寄存器中设置一位)，以指示时钟输出已不一致(并且，在一些情况下，基带部分204应当在所接收的SPS信号的全部范围上搜索，以确定正确的时间)。
RF部分202还接受来自晶体振荡器216或外部时钟源218(例如，在无线设备中提供的频率基准)的时钟输入。时钟输入216和218提供RF部分202中的PLL分配器链所使用的时钟源，以生成ACQCLK信号。时钟输入216和218在下面被统称为OSCCLK，而PLL分配器链时钟被称为PLLCLK。典型地，设置PLLCLK，以在从OSCCLK(或内部基准)导出的数据时钟ACQCLK上生成16 fo(其中，fo＝1.023MHz)的标称频率。
在加电时，OSCCLK(通常在5-27MHz的范围中)存在于ACQCLK输出上。一个消息(下面描述)命令RF部分202将ACQCLK从OSCCLK切换到PLLCLK、以及从PLLCLK切换到OSCCLK。ACQCLK信号可为具有介于45％和55％之间的占空周期的2.5/3.3V CMOS输出(除了在切换时钟源时之外，在该情况下，ACQCLK可具有扩展的低周期)。
可选地，可提供功率控制信号(被标记为PWRUP/RFPWRUP)，以控制是否对RF部分202的特定部分加电。例如，功率控制信号可连接到RF部分202中的稳压器使能引脚，以提供对RF部分202中的大多数电路的粗略的加电/断电控制。另一方面，独立地对RTC OSC部分212加电，以便其可继续给基带部分204提供时钟。功率控制信号可为2.5/3.3V CMOS信号。基带处理一侧包括RTC逻辑部分220。RTC逻辑部分220接受由RTC OSC和监视器部分212生成的输入时钟作为在确定当前时间以及SPS位置解决方案中的辅助(aide)。
RTC逻辑部分220还输出复位信号GRFRST_N/RESET_N(被声明(assert)为低)。复位信号可用来在加电时重置RTC OSC部分212和RF部分202中的控制寄存器的状态。例如，当声明了GRFRST_N时，RF处理一侧上的数字控制寄存器将被重置为它们的缺省状态。控制寄存器的缺省状态允许OSCCLK电路操作，并允许由OCSCLK驱动ACQCLK输出(当声明了PWRUP时)。当未声明GRFRST_N时，那么，RF部分202根据其内部逻辑状态而操作。
在一个实现中，消息串行接口信号为2.5/3.3 V CMOS I/O信号。MSG_CLK/MK、MSG_DI/MO、以及MSG_CEB/SS_N[0]信号被输入到RF部分202。利用三态控制而从RF部分202输出MSG_DO/MI信号。当MSG_CEB/SS_N[0]为逻辑高时，MSG_DO/MI输出为高阻抗，并可被也连接到消息串行接口208的其它设备驱动。由此，从基带部分204输出的MSG_CEB/SS_N[0]作为允许RF部分202驱动MSG_DO/MI信号线上的数据的从属选择信号而操作。当附加的设备附接到消息串行接口208时，基带部分204可提供附加的从属选择信号线，以确定允许哪个设备驱动MSG_DO/MI信号线上的数据。
RF部分202还可包括用于外部模拟传感器(未示出)的一个或多个输入。由此，RF部分202中的多信道模数(A/D)转换器可对模拟输入信号进行测定，并将结果传递到基带部分204。模拟输入可包括但不限于温度输入、陀螺(gyro)旋转速率输入、轮记号(wheel tick)输入、或电池电压输入。
表1总结了用于接收器部分200的操作模式。
  表1
  模式   GRFRST_N   PWRUP   操作
  休眠   0   0   RF部分稳压器被禁用；RTC OSC部分与RF部分隔离。
  启动   0   1   RF部分稳压器被使能；RTC OSC部分被隔离；寄存器复位；OSCCLK被使能；ACQCLK输出OSCCLK。
  NA   1   0   不允许
  正常  1   1   RF部分稳压器被使能；RTC OSC部分与RF部分通信；消息控制RF部分操作。
接下来转到图3，该图图解了示出数据时钟302和数据信号304之间的关系的时序图300。数据信号304将SPS信号样本提供到基带部分204。从由连接到RF部分202的天线接收的SPS输入信号而导出SPS信号样本。ACQCLK信号线传送数据时钟302，而SGNMAG信号线传送数据信号304。例如，可为2.5/3.3 V CMOS输出的数据信号304在SGNMAG信号线上传送符号位数据306和幅度位数据308。在一个实现中，数据信号304提供由RF部分202中的A/D转换器确定的符号和幅度位信息。
在其它实现中，可与施加到数据位的预定协议或编码技术(例如，伪随机噪声码)相对应地提供信息或量化的附加位，以允许基带部分204识别所传送的数据。此外，数据信号304可传送用于由RF部分202处理的不同的无线电链的信号样本。例如，当RF部分202正在处理SPS数据时，数据信号304可承载每个上述样本(符号和幅度)数据对的两位。反之，当RF部分202正在处理不同的RF信号(例如，蓝牙信号)时，数据信号304可根据为处理该RF信号而建立的准则，而传送每个样本(例如，4或6位)的较多或较少的位。类似地，数据时钟302可在频率和占空周期方面变化，以满足用于RF部分202当前正在处理的RF信号的处理准则。
如图3所示，RF部分202在数据时钟302为高时输出符号位306，而在数据时钟302为低时输出幅度位308。如图3所示，符号位306在数据时钟302的下降沿310之前的不短于TSETUP-F的时间内有效。类似地，幅度位308在数据时钟302的上升沿312之前的不短于TSETUP-R的时间内有效。
符号位306在数据时钟302的下降沿310之后的不短于THOLD-F的时间内保持有效。幅度位308在数据时钟302的上升沿312之后的不短于THOLD-R时间内保持有效。设立(setup)和保持(hold)时间可根据实现而变化。作为一个例子，设立和保持时间可约为5-10ns。
可以大量不同方式来实现消息串行接口208。在一个实现中，消息串行接口208具有下面阐述的特性，尽管其它实现也是有可能的。
RF部分202上的消息串行接口作为对基带部分204(或遵从下述特性的其它主设备)的从属设备操作。在MSG_CLK的控制下，将给RF部分202的输入位(在MSG_DI线上)转移到RF部分202中的32位移位寄存器中。在一个实现中，在一个消息块中发送至多32位，并且，以最高有效位最先的方式来接收和传送数据。同时，将MSG_D0输出位从同一移位寄存器的另一端移出。如果不需要来自RF部分202的输出，那么，不需要连接MSG_DO输出。在一个实现中，MSG_CLK以高达20MHz进行操作，并且，对于逻辑1，消息串行接口信号约为0.8*VCC V以上，而对于逻辑0，约为0.2*VCCV以下。
从属选择信号线(MSG_CEB)激活为低，用于串行数据传送。因此，只要MSG_CEB已在预先选择的时间周期(例如，5ns)内为高，就可忽略MSG_DI和MSG_CLK。在MSG_CLK的上升沿对数据采样。在一个实现中，MSG_DI或MSG_DO上的变换在MSG_CLK的上升沿之后出现至少5ns，并在MSG_CLK的下一上升沿之前稳定至少5ns。在MSG_CLK的下降沿转移数据。继续该例子，MSG_CEB信号可在第一个MSG_CLK的上升沿之前激活(逻辑0)至少10ns，并可在MSG_CLK的最后的下降沿之后保持激活(逻辑0)至少10ns。例如，所述两种情况中的时间间隔可为一个时钟周期的一半。随后，MSG_CEB信号可在至少30ns内保持非激活(逻辑1)，以为RF部分202提供时间来锁存数据。
如果MSG_CEB信号在已发送了消息块中的所有数据之前变为高，则数据被丢弃，并且不被施加到RF部分202寄存器。将消息块中未使用的位设为0。然而，提供了快速写入模式，以允许缩短的一字节消息，采取快速写入模式直到已接收了多于8位为止。当已接收了多于8位时，RF部分202预期接收用于有效消息的全部32位。
RF部分202响应于从请求数据的基带部分204接收的消息，而将数据(MSG_DO上)输出到基带部分204。随后，基带部分204发送后续消息，以从RF部分202移位寄存器中移出该移位寄存器中的所请求的数据。后续消息可为独立操作消息，或者，其可为用于移出期望数据的单个目的而发送的伪消息。
图4图解了示出从属选择信号(MSG_CEB)402、消息时钟信号(MSG_CLK)404、以及消息数据位信号(MSG_DO和MSG_DI)306之间的关系的时序图400。数据传送在从属选择信号402下降时开始。在从属选择信号402上升时锁存所传送的数据。
如图4所示，消息输出信号线(MSG_DI/MO)和消息输入信号线(MSG_DO/MI)各自承载串行位流。消息输出信号线上的串行位流表示：从自基带部分204传送到RF部分202的一组预定义的RF部分消息中选择的消息。类似地，消息输入信号线上的串行位流表示：从自RF部分202传送到基带部分204的一组预定义的基带部分消息中选择的消息。
所述消息不限于任何特定目的或格式。如在下面更详细地说明的，所述消息可包括但不限于RF部分功率控制消息、RF部分测试消息、时钟状态消息、模拟测定消息、信道转换计数消息等。
在一个实现中，存在四种类型的所定义的消息块。数据[1:0](在32位或8位序列中)是定义如下面的表2中所示的四种消息的地址位。每种消息类型能够支持快速写入模式和完全写入模式两者，并且，已为所述两种模式定义了备用容量。
  表2-消息块
  数据[1:0]   消息类型   消息名称
  00   0   AGC(快速写入)和合成器(Synthesizer)
  01   1   功率控制(快速写入)和合成器
  10   2   输出消息类型
  11   3   输入消息类型扩展(Expansion)
在表3至8中详细示出了每种消息的示例内容。表3示出了AGC和合成器控制消息，表4示出了功率控制和合成器控制消息，而表5示出了用于所选消息类型的输出请求类型。表6示出了输出消息类型，而表7-8示出了输入消息类型。列定义了如下的内容。被标记为“位”的第一列表示消息数据位，其中位0指示最后传送的位。被标记为“字段名”的第二列标识消息中的字段的名称。被标记为“长度”的第三列为字段的长度。被标记为“缺省”的第四列指示在首次施加功率时RF部分202中的缺省参数的内容。被标记为“内容”的第五列描述所允许的字段内容。被标记为“功能”的第六列指示字段实现什么功能。被标记为“_Pwr”的第七列指示在表4中示出的哪个功率域(domain)控制位(如果有的话)用来在到RF部分202的接口上将这些字段输出驱动为0。
为使用指定最多32种类型的输出请求的字段来实现输出请求而提供消息类型2。为将输入消息类型(或地址)从4扩展到36而提供消息类型3。下面对“合成器”的引用是对RF部分202中的PLL合成器时钟生成电路的引用。例如，可通过设置时钟分配器(divider)值、以根据多个不同的输入基准频率生成PLLCLK，而配置PLL合成器。
  表3-消息类型0：AGC和合成器控制(地址[1:0]＝0)
  位   字段名   长度   缺省   内容  功能  _Pwr
  31:28   Spare0[3:0]   4   0   0  备用
  27:8   NUM[19:0]   20   TBD   0x00000-0xFFFFF  指定RF部分202的PLL时钟生成部分中的环路分配器(divider)的分数部分的分子  Synth
  7:2   AGC[5:0]   6   0   0x00-0x3F  控制RF部分202中的AGC增益  Rx
  1:0   地址[1:0]   2   0   0  定义消息类型
  表4-消息类型1：功率控制和合成器控制(地址[1:0]＝1)
  位   字段名   长度   缺省 内容  功能  _Pwr
  31:28   Spare1[3:0]   4   0 0  备用
  27   InvertFePwr   1   0 0：Fe_Pwr＝Rx_Pwr1：Fe_Pwr＝～Rx_Pwr  为测试目的而分割RF部分202中的接收链
  26   WideBwFilter   1   1 0＝窄BW1＝宽BW  选择在RF部分202中使用的滤波器。  Rx
  25:18   ND[7:0]   8   - 0x00-0xFF  指定PLL时钟生成部分中的合成器环路分配器参数的整数部分  Synth
  17:15   RDIV[2:0]   3   - 0x0-0x7  指定PLL时钟生成部分中的合成器基准分  Synth
  配器值
  14:11   CP[3:0]   4   -   -   指定合成器电荷泵(chargepump)输出和测试模式  PLL
  10   PD_POL   1   -   1＝正，2＝负   指定相位检测器极性  PLL
  9   DvSel   1   1   0＝分数1＝整数   指定用于PLL反馈的分配器  PLL
  8   SDO   1   1   0＝第三级SD1＝第一级SD   选择SigmaDelta级  Synth
7 Rx_Pwr 1 0 1＝开，0＝关 控制通过A/D转换器的第2低噪声放大器的前端功率
  6   AcqClK_Se1   1   0   1＝PLL，0＝Osc   控制选择用于ACQCLK的OSCCLK或PLLCLK的无一闪信号(glitch)开关
  5   Synth_Pwr   1   0   1＝开，0＝关   控制给分数N合成器的功率
  4   PLL_Pwr   1   0   1＝开，0＝关   控制用于PLL和分配器链的功率
  3   LNA1_Pwr   1   0   1＝开，0＝关   控制用于第一(可选)LNA的功率
  2   Osc_Pwr   1   1   1＝开，0＝关   控制用于振荡器、ACQCLK-
  选择复用器和ACQCLK驱动器的功率
  1:0   地址[1:0]  2   1   1   定义消息类型
  表5-消息类型2：输出请求类型0至31(地址[1:0]＝2)
  位   字段名   长度   缺省  内容 功能
  31:8   Spare2[28:5]   24   0  0 备用
  7:3   Spare2[4:0]或Out_Dat[4:0]   5   0  0-31 如果Out_Req＝0，则为备用(快速写入)如果Out_Req＝1，则为输出数据类型
  2   Out_Req   1   0  0＝数据1＝输出 在＝0时，跟随有数据在＝1时，跟随有到负载的输出数据
  1:0   地址[1:0]   2   2  2 定义消息类型
表6中示出了输出消息类型，已为测试RF部分202中的扩展或使用而定义了备用消息。由于将此数据从RF部分202输入到消息接口，所以，对这些字段赋予表示输入的名称，如spareInA。当移出数据时，使用给定的索引值而将其置于输出数据流中。例如，spareInA[23:0]会位于在32位输出字段中移出的最后24位中，从而根据首先移出最高有效位的惯例，8个开头的0之后会跟随有spareInA[23]至spareInA[0]。
Out_Dat[4:0]＝4-8指定RF部分202中的双斜坡A/D转换器所采用的20位测定。如上所述，A/D转换器可具有连接到一个或多个模拟测定设备的多个信道。如在下面所使用的，Out_Dat[4:0]＝9指定由RTC_OSC部分212维持、并在上面描述的有效时钟位。
  表6-使用消息类型2而定义的输出消息(地址[1:0]＝2且Out_Req＝1)
  Out_Dat[4:0]   消息位   内容
  0   31:2423:0   0SpareInA[23:0]
  1   31:24   0
  23:0   SpareInB[23:0]
  2   31:2423:0   0SpareInC[23:0]
  3   31:2423:0   0SpareInD[23:0]
  4 31:3029:2019:0   DS_ADC_CH_0LAST_CH[1:0]备用[9:0]DATA0[19:0]
  5 31:3029:2019:0   DS_ADC_CH_1LAST_CH[1:0]备用[9:0]DATA1[19:0]
  6 31:3029:2019:0   DS_ADC_CH_2LAST_CH[1:0]备用[9:0]DATA2[19:0]
  7 31:3029:2019:0   DS_ADC_CH_3LAST_CH[1:0]备用[9:0]DATA3[19:0]
  8 31:3029:2019:0   DS_ADC_CNTLAST_CH[1:0]备用[9:0]COUNT[19:0]
  9   RTC_STA
  31:10   备用[30:0]0＝RTC无效(缺省)1＝RTC有效
  29   31:2625:0   0功率控制消息寄存器[24:0]
  30   31:0   消息输入移位寄存器
  31   31:1615:0   0芯片版本[15:0]
  表7-消息类型3：扩展的输入消息类型(地址[1:0]＝3)
  位   字段名   长度   缺省   内容  功能
  31:8   Spare3[28:5]   24   0   0  备用
  7:3   Spare3[4:0]或地址[6:2]   5   0   0-31 如果Addr_Exp＝0，则为备用(快速写入)如果Addr_Exp＝1，则为地址扩展
  2   Addr_Exp   1   0   0＝数据1＝地址 在＝0时，跟随有数据在＝1时，跟随有地址
  1:0   地址[1:0]   2   3   3 定义消息类型
表8中示出了备用消息(可用于测试或扩展目的)。因为这些数据表示由消息接口输出到RF部分202的控制位，所以，已将所述数据字段命名为表示输出，例如，SpareOutA。
还为SGNMAG输出信号线定义了测试消息。当TestSignMag[8]＝1时，进入测试模式。当该位为0时，关闭测试模式。在测试模式中，只要在ACQCLK为高时、ACQCLK正在从TestSignMag[7]开始运行，便输出在TestSignMag[7:0]中指定的型式(pattern)。
  表8-使用消息类型3的输入消息(地址[1:0]＝3且Addr_xp＝1)
  地址[6:2]   消息位   GRFRST_N   内容
  0   31:8   0   SpareOutA[23:0]
  1   31:8   0   SpareOutB[23:0]
  2   31:8   0   SpareOutC[23:0]
  3   31:8   0   SpareOutD[23:0]
  4   16:8   0   TestSignMag[8:0]
  5 31:1211109:8 0000   DS_ADC_PERPERIOD[19:0]CLK_SELCLK_ENB备用[1:0]
  6 31:1211:8 00   DS_ADC_SHSHIFT[19:0]备用[3:0]
  7 31:1211:8 00   DS_ADC_PHPH_ONE[19:0]备用[3:0]
  8 31:1211:8 00   DS_ADC_SEQCH_SEQ[23:0]备用[3:0]
  9 31:1098 000   RTC_CTL备用[21:0]1：设置RTC状态0：无动作(缺省)1：读取RTC状态0：无动作(缺省)
  10   SGNMAG_SIG
  31:10   00   备用[30:0]0：SGNMAG(缺省)1：OSCCLK
地址[6:2]＝5-8指定用于RF部分202中的双斜坡A/D转换器的参数。DS_ADC_PER消息设置20位的转换周期、整个A/D转换周期的持续时间(PERIOD)，选择提供到A/D转换器的输入时钟(例如，OSCCLK或PLLCLK)中的一个(CLK_SEL)，并使能或禁止时钟(CLK_ENB)。DS_ADC_SH消息提供A/D转换器控制电路在开始转换之前用作倒计数值以便改变A/D转换周期相对于任意给定时基的相位的20位移位周期(SHIFT)。对于双斜坡A/D转换器，DS_ADC_PH指定1个转换周期(例如，积分周期的持续时间)的20位的相位。
DS_ADC_SEQ消息指定控制加转换器对4个输入信道中的每个执行转换的次序的24位。更具体地，将所述24位分割为12对位；每对指定在A/D转换器之前、到模拟多路复用器的下一个输入信道。所述多对位控制哪个信道在下一个要被A/D转换器数字化，并且，由此，可以不同频率对4个输入信道采样。
继续参照表8，地址[6:2]＝9指定将设置RTC OSC部分212中的时钟状态位，以指示良好的时钟，或者(如果位8为1)基带部分204正在请求要由RF部分202输出的时钟状态位的值。地址[6:2]＝10控制(例如，经由多路复用器)RF部分202在SGNMAG信号线上提供的信号。缺省为符号位和幅度位信息，而替换情况为OSCCLK信号。
表4中示出的消息格式中的位2-7为功率控制位。那些位控制RF部分202中的特定硬件元件被加电还是被断电。所述位可从RF部分202中的移位寄存器传送，并被施加到向特定硬件元件施加功率或从特定硬件元件移除功率的功率控制电路。例如，位5，即PLL_Pwr位，控制用于RF部分202中的锁相环(PLL)电路以及分频器的功率。当RF部分202接收到具有被清空的位5的消息时，RF部分202可通过断开功率所流经的开关、驱动功率调节器控制引脚、或通过另一种机制，而从PLL和分配器电路中移除功率。类似地，当RF部分202接收到具有被设置的位5的消息时，RF部分202可通过闭合开关、使能功率调节器等，而将功率施加到PLL和分配器电路。
尽管所述消息格式提供用于(2、3、4、5和7)的5个功率控制位，但可依赖于实现而提供更多或更少的功率控制位。每位指定在RF部分202中预先选择的电路的一个或多个部分的功率控制状态(例如，加电或断电)。此外，在其它实现中，可采用多位来指定包括多级功率控制的功率状态。由此，例如，对于RF部分202中的特定电路组，可采用2位来指定4个不同的功率状态中的一个。
尽管表2-8提供了消息格式的一个例子，但很多其它实现也是有可能的。下面在表9-11中示出的是另一个示例格式，其采用56位消息而不使用2位消息块定义。
  表9-消息结构
  位#<0:55>   字段名   长度(位)  内容   功能   缺省
  55   Tst_Ref_Div   1  0＝正常操作1＝连接基准分配器输出到测试输出引脚(例如，扫描数据输出)。   基准分配器扫描测试   0
  54   ID_Read   1  0＝正常操作1＝到测试输出引脚的修正数目输出(例如，扫描数据输出)。   芯片ID读取功能   0
  53   IF_TestMux   1  0＝AGC测试点1＝混频器测试点   如果将模式设为11(使能IF测试点)，则选择AGC测试点或混频器测试点到TP_IF引脚。   0
  52-29   NUM[23:0]   24  x000000至xFFFFFF   环路分配器的分数部分的分子   x898232
  28-21   ND[7:0]   8  x00至xFF   环路分配器的   x5A
  合成器整数部分
  20-18   备用   3  (缺省)   未使用   x0
  17-14   CP[3:0]   4  见表11   合成器电荷泵输出电流、以及测试模式   1011
  13   PD_POL   1  1＝正0＝负   相位检测器极性   1
  12-11   ACC[1:0]   2  00＝3个分数累加器01＝2个分数累加器10＝整数分配器，0个累加器11＝整数分配器，0个累加器   00
  10   备用   1  填充0   未使用   1
  9   CMOS_PECLB   1  1＝选择CMOS输出缓冲器0＝选择PECL输出缓冲器   选择CMOS或PECL输出缓冲器。   0
  8   DIV32_EN   1  1＝使能0＝禁止   使能被32除   1
  表10-快速模式位-功率控制
  位#<0:55>   字段名   长度(位)  内容   功能   缺省
  7   Ref_Osc_EN   1  1＝使能0＝禁止   对RF部分202中的时钟振荡器和缓冲器部分的功率控制   1
  6   RX_Chain_EN   1  1＝使能0＝禁止   对RF部分202中的射频放大器   1
  (RFA)、混频器、AGC放大器、以及ADC的功率控制。使能ACQCLK、SIGN、以及MAG输出。
  5   LNA_EN   1   1＝使能0＝禁止   对RF部分202中的LNA放大器电路的功率控制。   1
  4   CLKGPS_EN   1   1＝使能0＝禁止   对CLKGPS的功率控制，并且，如果选择了PECL，则为PECL基准   1
  3   Synth_EN   1   1＝使能0＝禁止   对RF部分202中的电荷泵、相位检测器、预定标器、以及逻辑的功率控制   1
  2   VCO_EN   1   1＝使能0＝禁止   对RF部分202中的VCO电路的功率控制   1
  1-0   模式[1:0]   2   00＝仅GPS时钟模式01＝正常操作模式10＝待用模式(休眠)11＝使能IF测试点   设立RF部分202的操作模式   00
  表11-电荷泵编程字段
 cp<3>  cp<2>  cp<1>  cp<0>
 1  0  0  0   50uA，电荷泵的正常操作
  1   0   0   1   100μA，电荷泵的正常操作
  1   0   1   0   300μA，电荷泵的正常操作
  1   0   1   1   500μA，电荷泵的正常操作
  1   1   0   0   700μA，电荷泵的正常操作
  1   1   0   1   900μA，电荷泵的正常操作
  0   0   1   1   测试模式：所有电荷泵输出源电流
  0   0   0   1   测试模式：所有电荷泵输出吸收电流
  0   1   1   1   测试模式：所有电荷泵同时输出源和吸收电流
表9-11示出了其中消息的最后8位为功率控制位的实现。由此，可通过如前所述的快速消息而传递功率控制。如上所述，功率控制位确定RF部分202中的特定硬件元件是被加电还是断电。功率控制位不限于控制在表10(或表4)中描述的硬件块。相反，依赖于实现，可在消息中建立功率控制位，以控制给将被合并到RF部分202中的任意期望硬件电路的功率。
由此，基带部分204可建立对由RF部分202消耗的功率的精细控制。换句话说，基带部分204可在任意给定时刻确定将操作的RF部分202中的那些硬件块、以及将被断电的那些硬件块。结果，RF部分202将消耗比其中所有硬件块连续操作的RF部分少的平均功率。这样的功率控制在电池操作的设备中、或在具有有限电源的任何其它SPS使能设备中是非常有用的。
接下来转到图5，该图示出了流程图500，其示出了用于接口RF部分202和基带部分204的方法。具体地，关于到基带部分204的SPS信号样本的串行传送，RF部分202将符号位306置于SGNMAG信号线上(步骤502)，然后，在ACQCLK线上提供下降沿310(步骤504)。随后，RF部分202将幅度位308置于SGNMAG信号线上(步骤506)，然后，在ACQCLK线上提供上升沿312(步骤508)。对于传送到基带部分204的每个符号位和幅度位样本对而重复此序列。由此，SPS信号数据被串行传送到基带部分204。
关于RF部分202和基带部分204之间的消息传送，主设备(典型为基带部分204)确定它需要在消息串行接口208上发送还是接收数据(步骤510)。若如此，则基带部分204确定该消息是否为快速写入消息(步骤512)。如果该消息是快速写入消息，那么，基带部分204(如果它正在传送数据)或RF部分202(如果它正在传送数据)将8个数据位串行地置于适当的串行消息数据线上。通过用于每个数据位的消息时钟404变换，而移入每个数据位(步骤514)。否则，基带部分204或RF部分202将所有数据位(例如，32或56个数据位)串行地置于适当的串行消息线上，其中每个数据位伴随有消息时钟404变换(步骤516)。
可使用从属选择信号线来在基带部分204和RF部分202之间传送定时。具体地，COUNT[19:0]输出(见表6，Out_Dat＝8)表示存在于RF部分202中的计数器的值，其展现了RF部分202中的双斜坡A/D转换器的采样相位。从属选择信号线连接到锁存DSP定时的RF部分202中的电路。由此，COUNT值为在从属选择信号使请求COUNT输出的消息将COUNT值锁存到用于传送的移位寄存器中时的计数器中的值。在基带部分204中，从属选择信号在去除对从属被选择信号的声明进行时(这也是在RF部分202锁存COUNT时)锁存计数器(或其它的时间表示)。
由此，A/D采样定时可与基带部分204定时相关。SHIFT[19:0]输入(见表8，地址＝6)用来将A/D定时从基带部分204定时转移到期望的偏移量。结果，基带部分204可在无附加接口线的情况下改变RF部分202电路的定时。
由此，与本发明相一致的系统和方法提供在RF处理部分202和基带处理部分204之间的功率控制消息传递(messaging)(以及操作或提供接口的方法)。为了很多不同目的而采用消息传递，并且，作为用来减小平均功耗并延长电源寿命的、SPS设备中的一般功率控制的一部分，消息传递是尤其有用的。
典型地，除了在取得SPS信号样本时之外尽可能多的RF部分202的断电帮助减小平均功耗。在一些实例中，取得样本可能在强信号环境的户外占用像10-20ms那么短的时间间隔，而在较不理想的条件的户外占用50-100ms的时间间隔。在室内，尤其是对于在信号较弱时，RF部分202可能在几秒的数量级上的时间间隔内操作，以得到SPS信号样本。还要注意，在基带部分204进入其自身的断电(power down)模式时对RF振荡器212断电也可减小功耗。
更具体地，可如表12所示而进行包括功率控制的示例操作序列：
  表12
  操作步骤   描述
  初始加电   连接到或合并到RF部分202或基带部分204中的报警、定时器、或唤醒电路接通连接到RF部分202和基带部分204的电源。
  基带开始   RF振荡器212加电，并将时钟信号提供给基带部分204。基带部分204使用该时钟信号而启动。
  基带初始化   基带部分204在RF部分202预备启动时执行内务处理(housekeeping)任务、输入/输出初始化、或其它处理。
  RF合成器启动   基带部分204对RF部分202中的RF时钟合成器加电，并为了RF时钟合成器到达稳定而等待预定时间。
  RF电路启动   基带部分204对RF部分202中的LNA、AGC、A/D、以及其它所选电路加电，并为了那些部分到达稳定而等待预定时间。
  采样   基带部分204开始从RF部分202取得数据样本。
  存储   在一些操作模式中，基带部分204引导从RF部分202得到的数据样本块的存储。
  RF电路关闭   基带部分204关断RF部分202中的LNA、AGC、A/D、以及RF时钟合成器电路。
  GPS测定   基带部分204引导所存储的数据样本的处理，以便从数据样本中提取GPS测定
  位置更新   基带部分204确定位置更新，并在输入/输出接口上将该更新递交到接收方
  唤醒编程   基带部分204对用于下一个唤醒报警的定时器、报警、或唤醒电路编程，并开始关闭。
  关闭   基带部分204初始化关闭、关闭(gate off)时钟，并对RF部分202和基带部分204断电(除了唤醒报警电路之外)。
已为了说明和描述的目的而呈现了对本发明的优选实现的前述描述。其不意图为穷举性的、或将本发明限制为所公开的精确形式。根据以上教导，很多修改和变化是有可能的。意图使本发明的范围不受此详细描述的限制。

Claims (33)

1、一种提供对射频(RF)部分的功率控制的射频(RF)到基带接口，其中该RF部分处理RF信号，并耦接到处理基带信号的基带部分，该接口包括：
双向消息接口，用于将功率控制消息从基带部分传递到RF部分；以及
数据接口，用于将数据从RF部分传递到基带部分。
2、如权利要求1所述的接口，其中，功率控制消息包括功率控制位，其指定RF部分中的预先选择的电路的功率状态。
3、如权利要求2所述的接口，其中，功率状态是加电状态和断电状态中的一个。
4、如权利要求1所述的接口，其中，功率控制消息包括多个功率控制位，其各自指定RF部分中的多个预先选择的电路的功率状态。
5、如权利要求2所述的接口，其中，预先选择的电路是分频器、振荡器、以及放大器中的至少一个。
6、如权利要求1所述的接口，其中，该消息接口是串行消息接口。
7、如权利要求1所述的接口，其中，该消息接口包括消息输入信号线、消息输出信号线、以及消息时钟信号线。
8、一种用于控制射频(RF)部分中的功率的方法，该射频部分处理RF信号，并耦接到处理基带信号的基带部分，该方法包括以下步骤：
设置功率控制消息中的功率控制位；以及
在消息接口上将功率控制消息从基带部分传递到RF部分。
9、如权利要求8所述的方法，其中，传递的步骤包括以下步骤：串行地传递功率控制消息。
10、如权利要求8所述的方法，其中，传递的步骤包括以下步骤：使用消息输入信号线、消息输出信号线、以及消息时钟信号线，而串行地传递功率控制消息。
11、如权利要求8所述的方法，其中，该功率控制位指定RF部分中的预先选择的电路的功率状态。
12、如权利要求11所述的方法，其中，功率状态是加电状态和断电状态中的一个。
13、如权利要求8所述的方法，其中，设置的步骤包括以下步骤：设置多个功率控制位，其各自指定RF部分中的多个预先选择的电路的功率状态。
14、一种用于卫星定位系统接收器的RF前端，该前端包括：
RF处理部分，其包括用于接收卫星定位系统信号的RF输入；以及
RF到基带接口，其耦接到RF处理部分，该接口包括：
双向消息接口，用于在RF处理部分和基带处理部分之间传递消息，包括从基带处理部分接收功率控制消息；以及
数据接口，用于将数据从RF处理部分传递到基带处理部分。
15、如权利要求14所述的RF前端，其中，该消息接口包括：
消息时钟线；
消息输入信号线；和
消息输出信号线，以及
其中，消息输出信号线承载表示功率控制消息的输出位流。
16、如权利要求15所述的RF前端，其中，功率控制消息包括功率控制位，其指定RF部分中的预先选择的电路的功率状态。
17、如权利要求16所述的RF前端，其中，功率状态是加电状态和断电状态中的一个。
18、如权利要求15所述的RF前端，其中，功率控制消息包括多个功率控制位，其各自指定RF部分中的多个预先选择的电路的功率状态。
19、如权利要求15所述的RF前端，其中，预先选择的电路是分频器、振荡器、以及放大器中的至少一个。
20、如权利要求15所述的RF前端，其中，该数据接口包括数据时钟信号线和数据位信号线。
21、如权利要求20所述的RF前端，其中：
数据时钟信号线承载包括上升沿和下降沿的数据时钟；
数据位信号线承载包括符号位和幅度位的数据信号；以及
第一数据位在数据时钟的上升沿上有效，而第二数据位在数据时钟的下降沿上有效。
22、一种用于卫星定位系统接收器的基带后端，该后端包括：
基带处理部分，其包括用于与数字设备通信的至少一个地址、数据和控制线；以及
RF到基带接口，其耦接到基带处理部分，该接口包括：
双向消息接口，用于在RF处理部分和基带处理部分之间传递消息，包括将功率控制消息传递到RF处理部分；以及
数据串行接口，用于将数据从RF处理部分传递到基带处理部分。
23、如权利要求22所述的基带后端，其中，消息串行接口包括：
消息时钟线；
消息输入信号线；和
消息输出信号线，以及
其中，消息输出信号线承载表示功率控制消息的输出位流。
24、如权利要求22所述的基带后端，其中，功率控制消息包括功率控制位，其指定RF处理部分中的预先选择的电路的功率状态。
25、如权利要求24所述的基带后端，其中，功率状态是加电状态和断电状态中的一个。
26、如权利要求22所述的基带后端，其中，功率控制消息包括多个功率控制位，其各自指定RF部分中的多个预先选择的电路的功率状态。
27、如权利要求26所述的基带后端，其中，预先选择的电路是分频器、振荡器、以及放大器中的至少一个。
28、一种卫星定位系统接收器，包括：
RF前端，其包括RF处理部分和用于接收卫星定位系统信号的RF输入；
基带后端，其包括基带处理部分和用于与数字设备通信的至少一个地址、数据和控制线；以及
RF到基带接口，其耦接在RF处理部分和基带处理部分之间，该接口包括：
双向消息接口，用于在RF处理部分和基带处理部分之间传递消息，包括将功率控制消息传递到RF处理部分；以及
数据接口，用于将数据从RF处理部分传递到基带处理部分。
29、如权利要求28所述的卫星定位系统接收器，其中，该消息接口包括：
消息时钟线；
消息输入信号线；和
消息输出信号线，以及
其中，消息输出信号线承载表示功率控制消息的输出位流。
30、如权利要求29所述的卫星定位系统接收器，其中，功率控制消息包括功率控制位，其指定RF处理部分中的预先选择的电路的功率状态。
31、如权利要求30所述的卫星定位系统接收器，其中，功率状态是加电状态和断电状态中的一个。
32、如权利要求29所述的卫星定位系统接收器，其中，功率控制消息包括多个功率控制位，其各自指定RF部分中的多个预先选择的电路的功率状态。
33、如权利要求32所述的卫星定位系统接收器，其中，预先选择的电路是分频器、振荡器、以及放大器中的至少一个。
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