CN1890904B - 用于便携通信设备的信号发生功率管理控制系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种信号发生功率管理控制系统(100)，用于便携通信设备中，包括：数字信号处理器(DSP)(101)，用于处理数字源输入并提供数字处理后的比特流。数模转换器(DAC)(103)用于转换数字处理后的比特流，以提供模拟信号。随后使用DSP(101)内的功率管理控制器(115)来翻译便携通信设备内使用的信号处理部件的控制参数，并基于模拟信号的最小信号要求来动态调节这些部件的偏置电流。
Description
技术领域
本发明一般涉及功率管理，更具体涉及诸如数模转换器(DAC)、滤波器、缓冲级和放大器的信号发生设备中的功率管理。
背景技术
数模转换器技术的使用是众所周知的，并广泛用于将信息从诸如语音或数据的数字信息流转换为模拟信号。一旦在模拟域，信号可以应用于任何类型的滤波器、混频器或扬声器，以使模拟信号可以被机器或人耳听到和/或翻译，或者它们可以与另一模拟信号进行混合和发射。
现有技术信号发生拓扑，诸如使用DAC，通常是设计用来对于给定数字信号而提供最可能的模拟信息。这个“过度设计(over design)”导致了更高等级的电路设计以及可能使用DAC的便携设备上的过多电流消耗。在许多情况中，DAC可以翻译具有非常低比特分辨率的数字信息，同时仍旧操作得好像进入的数字信息使用了具有高比特分辨率的数字协议。
而且，许多数字协议不需要低噪声或低互调失真产物，而DAC和其他信号处理部件仍以相同方式处理所有进入的数字信息。针对使用这些部件的便携设备，这通常需要更高程度的数学计算、处理、更高的信号驱动能力、更高的时钟速度和整体上更大的电流要求。在许多情况中，DAC已需要如此操作以满足公布的电信产业协会(TIA)通信标准，其中需要从高分辨率的数字信号中产生高质量模拟输出信号。尽管并不总是需要最佳数模匹配，在操作上，DAC和其他处理部件对于最佳情况数字信令条件是固定的，以便产生最高质量的模拟输出。这个方法变得昂贵了，因为DAC的模拟输出不可能基于接收到的数字信号的类型和所需要的模拟输出的质量而动态变化。
因此，需要提供一种自适应系统和方法，通过DAC和其他信令处理部件的使用，用来动态控制其动态范围、输出驱动能力、信号振幅摆动以及频谱内容。该自适应系统应该允许这些设备的信号处理要求动态地变化。这将使得能够最有效地使用便携通信设备中的功率，以便针对给定数字输入，最好地适应接收到的数字信号的类型和模拟输出的质量。这将使得DAC和信令处理部件能够在不需要高质量模拟输出时节省功率，由此允许便携通信设备动态管理其功率消耗。
发明内容
简而言之，根据本发明，提供了一种用于通常通过DAC或类似数字信号处理部件使用的便携通信设备的动态功率管理系统。当在便携通信设备中使用时，本发明允许数字信号处理器(DSP)内的偏置控制器调节偏置电流，并允许相关系统部件，诸如DAC、模拟滤波器、混频功率放大器以及相关信号发生部件，满足最小模拟信号要求并且最小化电流消耗。DSP偏置控制器基于进入的多址数字协议(MA)、信号振幅摆动和带宽来控制供应偏置，从而调节供应偏置，以获得合适的噪声图和失真要求。偏置控制器还可控制DAC、信号发生或处理部件中的参考电容，用来调节转换速率。
附图说明
将在权利要求中具体阐述本发明被认为新颖的特征。本发明及其进一步的目的和优点可以通过参考下面的描述并考虑附图而得到最好的理解，在附图的几幅图中，相似的参考标号标识相似的元素，其中：
图1是显示本发明的功率管理系统的框图，该功率管理系统通过数模转换器(DAC)和由数字信号处理器(DSP)控制的其他信号处理部件而得到使用。
图2是显示根据本发明优选方法、当通过DAC使用时的功率管理的流程图。
具体实施方式
尽管本说明书归结于限定本发明被认为新颖的特征的权利要求，但相信，通过考虑下面的描述并结合附图，将更好地理解本发明，在附图中相似的参考标号通篇适用。
现在参看图1，数模转换器(DAC)功率控制系统100的框图包括数字信号处理器(DSP)101，其用于处理数字源输入101。数字源输入101通常可以是声码器等，能够产生语音数据和控制数据，从而用来在数字通信系统的发射机或接收机部分传送语音通信、握手和控制信息。本领域技术人员很明显可以看出，本发明可适用于任何类型便携通信设备(诸如蜂窝电话、双向无线电装置或紧凑盘(CD)播放器)的数字音频部分。DSP 101用预先确定的方式来处理或格式化数字信号，从而产生数字调制的比特流。数字比特流施加到DAC 103，其将数字比特流转换成模拟调制的输出信号。
模拟输出调制信号随后通常被施加到DAC滤波器105，该滤波器105可以进一步整形或操控模拟信号的频率响应。在发射模式中，这个滤波的信号被施加到混频器107。在同本地振荡器(LO)信号混合之后，由混频器107产生中频(IF)信号，可以使用双向便携通信设备(诸如蜂窝电话或双向无线电装置等)来发射该IF信号。后混频器放大器109随后用于增加IF信号的幅度，其可以在射频(RF)，从而使得可以被施加到功率放大器111并使用天线113发射。如图1所示，在接收模式中，来自DAC滤波器105的滤波信号被施加到预放大器108，输出音频放大器110和扬声器112。本领域技术人员将很明显地看出，本发明还可结合诸如紧凑盘(CD)播放器(未示出)的便携模拟音频输出系统来使用，以便获得最大效率和最小数量的电流消耗。
根据本发明的优选实施例，DAC功率控制系统100包括DSP 101内的功率管理控制器115，其用来控制通信设备的发射机和接收机中的处理部件。由于DSP 101确定进入的处理的数字信号的幅度、频率和协议，功率管理控制器115可以用来调节DAC 103、DAC滤波器105所使用的偏置电流。在发射机部分，偏置控制器115根据DAC 103所需要的模拟信号的质量，控制后混频器放大器109和功率放大器111。DAC 103、DAC滤波器105、混频器107、后混频器放大器109、功率放大器111、预放大器108和输出放大器110，包括分别的供应偏置控制，用来精确地控制设备的电流消耗量。这样，功率管理控制器115控制用来提供音频输出的预放大器108和输出音频放大器110。功率管理控制器115用来确定DSP 101所确定的特定多址数字协议(MA)的最小所需供应偏置电流。
这个确定基于来自DAC 103的模拟输出信号的最小所需噪声图和失真。而且，功率管理控制器115还可以控制DAC 103、DAC滤波器105、混频器107、后混频器放大器109、功率放大器111以及包括预放大器108和输出音频放大器110在内的发射机部分内的参考电容值。这个参考电容值被用来调节这些部件的转换速率以便满足失真要求。本领域技术人员将认识到，转换速率这个术语用来描述电路节点上的电压必须在时间上怎样快速地变化。所以，转换速率是以伏特每秒(V/S)测量的电压的变化速率。通常，转换速率不限于数字电路设计，因为希望具有足够快的数字电路转换，以便在传输过程中保存原始波形形状。然而，使这个速率变慢的一个因素就是电容。便携通信设备所使用的参考电容可以受到控制，以便保持某个预定的转换速率和失真水平。参考电容中的电流遵从下面公式：
I＝C(dv/dt)
其中，I是电流(单位是安培)，C是电容(单位是法拉)，dv是电压变化(单位是伏特)，dt是时间变化。
因此，参考电容所使用的电流将随着参考电容值的增加或者每相同操作时间周期的电压的增加而增加。由于本发明操作用于改变参考电容的值，电容上的电流消耗可以由于电压随时间的相同变化而减小。最终，这使得发射机中的DAC 103、DAC滤波器105、后混频器放大器109和功率放大器111、接收机中的预放大器108和输出放大器110，还包括相关部件，都基于预先确定的所需模拟信号参数而动态地得到管理。这确保了功率管理系统只使用最小电流来对参考电容充电，从而控制了便携通信设备中的电流消耗。
参看图2，显示了使用DAC功率管理控制系统200的优选方法的流程图，包括首先初始化201使用本发明的设备，其中，设备中部件所使用的偏置被设置为预先确定的值。随后确定203数字多址协议(MA)，通常从DSP生成205数字调制的比特流。通过使用DAC，缩放207数字调制的比特流，使得数字比特流转换成模拟信号。如本领域所知，数字比特流可以由于条件、功率、偏差、MA或者接收机架构要求的特定类型而缩放。
随后可以调节209 DAC内的量化器，使得能够基于MA、信号振幅摆动和信号带宽以及所需噪声图或互调制失真(IMD)要求来选择特定缩放因子，即操作DAC和其他处理部件所需的最小偏置。而且，可以调节关于DAC或其他处理部件的参考电容以控制转换速率和最优功率效率。该调节十分重要，因为转换速率和噪声图是相反关系的。随着电容的增加，转换速率和热噪声成比例地降低。当试图调节以达到便携通信设备的最大功率效率时，要考虑电容、转换速率和噪声之间的这个平衡。
为了确保只使用最低偏置电流来满足最小所需模拟信号要求，DAC缓冲、DAC滤波器、混频率或功率放大器可以进一步进行调节211，以使用本发明方法动态控制通信设备所使用的功率。一旦进行了这些调节，该方法能够使用循环进行持续动态功率调节，由此这些步骤会进行重复，进入的数字信息可以连续地由DSP进行处理。这使得功率管理控制系统200能够连续地再评估进入的数字比特流以基于所需模拟信号要求而保持最小电流消耗。
因此，本发明是动态功率管理系统，通常通过DAC或相似数字信号处理部件来使用。本发明允许DSP内的偏置控制器调节诸如DAC、模拟滤波器、混频器和功率放大器的系统部件的供应偏置电流，以满足最小模拟信号要求并且最小化便携通信设备中的电流消耗。DSP基于MA、噪声图、失真来控制偏置，并且还可以控制用来控制DAC和其他信号发生部件中的转换速率的参考电容。
尽管说明和描述了本发明的优选实施例，但很明显，本发明不是这样限定的。本领域技术人员将进行许多修改、变化、变形、替换和等价，而不背离本发明由权利要求所限定的精神和范围。
Claims (10)
1.一种用于便携通信设备中的信号发生功率管理控制系统，包括：
数字信号处理器(DSP)，用于处理数字源输入并提供数字处理过的比特流；
数模转换器(DAC)，用于转换数字处理过的比特流并提供至少一个模拟信号；以及
DSP内的功率管理控制器，被配置成通过基于数字多址协议(MA)、噪声要求和互调制失真调节所述DAC所使用的偏置电流来控制便携通信设备的功率消耗。
2.如权利要求1所述的信号发生功率管理控制系统，其中，所述功率管理控制器还控制用于所述DAC中的预定转换速率的参考电容。
3.如权利要求1所述的信号发生功率管理控制系统，进一步包括：
至少一个DAC滤波器，用于将所述至少一个模拟信号调节到所需的频率响应。
4.如权利要求3所述的信号发生功率管理控制系统，进一步包括：
混频器，用于从所述至少一个模拟信号提供中频(IF)信号；以及
功率放大器，用于放大来自上述混频器的IF信号。
5.如权利要求4所述的信号发生功率管理控制系统，其中，所述DAC滤波器、混频器和功率放大器的偏置电流能够由功率管理控制器进行动态控制，从而最小化所述便携通信设备的电流消耗。
6.如权利要求4所述的信号发生功率管理控制系统，其中，所述IF信号工作在射频(RF)。
7.一种用于管理使用数模转换器(DAC)的通信系统的功率的方法，包括如下步骤：
初始化便携通信系统内使用的部件；
在数字信号处理器(DSP)接收进入的数字输入流；
确定在数字输入流中所使用的数字多址协议(MA)；
从DSP生成处理过的数字信号；
使用DAC将处理过的数字信号转换成模拟信号；以及
基于MA、噪声要求和便携通信系统的互调制失真要求来控制DAC所使用的供应偏置。
8.如权利要求7所述的用于管理使用DAC的通信系统的功率的方法，其中，所述供应偏置是由DSP中的功率管理控制器进行控制的。
9.如权利要求8所述的用于管理使用DAC的通信系统的功率的方法，其中，所述功率管理控制器能够调节DAC中的参考电容，以便控制转换速率。
10.如权利要求7所述的用于管理使用DAC的通信系统的功率的方法，其中，所述DAC在音频处理系统中。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: Texas in the United States Patentee after: NXP America Co Ltd Address before: Texas in the United States Patentee before: Fisical Semiconductor Inc. |