JP2007517464A - 携帯型通信装置用のための信号生成パワーマネージメントコントロールシステムおよびその使用方法 - Google Patents

Abstract

携帯型通信装置に使用される信号生成パワーマネージメントコントロールシステム（１００）を開示する。該システムは、デジタルソース入力を処理し、デジタル処理されたビットストリームを出力するデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を備える。デジタル処理されたビットストリームをアナログ信号に変換するため、ＤＡ変換器（ＤＡＣ）（１０３）を使用する。その後ＤＳＰ（１０１）内のパワーマネージメントコントローラ（１１５）を用い、携帯型通信装置内において使用される信号処理部品の管理パラメータを解釈し、アナログ信号の最低信号必要条件に基づき装置部品のバイアス電流を動的に調整する。

Description

本発明はパワーマネージメントに関する。より詳細には、本発明はＤＡ変換器（ＤＡＣ）、フィルタ、バッファーステージ、および増幅器などの信号生成装置におけるパワーマネージメントに関する。

ＤＡ変換技術は公知であり、音声やデータなどの一連のデジタル情報をアナログ信号に変換する際に広く用いられている。一旦アナログドメインに入れば、信号は任意のフィルタ、ミキサー、またはスピーカに適応するので、アナログ信号を機器または人間の耳により聴取および／または判読することが可能になったり、他のアナログ信号とミックスさせ、送信したりすることができる。

例えばＤＡＣにおいて用いられる従来技術型の信号生成トポロジーは、しばしばいかなるデジタル信号に対しても最善のアナログ情報を提供することを想定して設計されていた。これは「過剰設計」であって、その結果ＤＡＣを用いる携帯型装置における回路設計面積を増大させ、カレントドレインを過剰にしている。ＤＡＣは、着信するデジタル情報が高いビット分解能を有するデジタルプロトコルを用いるかのように稼動してはいるが、極めて低いビット分解能を有するデジタル情報を解釈している場合が多くある。

さらに、多くのデジタルプロトコルは低雑音製品や低相互変調歪み製品を必要としておらず、さらにＤＡＣおよび他の信号処理部品は全ての着信デジタル情報を同一の方法で処理している。このため、しばしばこれらの部品を使用する携帯型装置には、大きな数学的計算、処理能力、高速信号ドライブ性能、高速クロックスピード、および全体的に大きな所要電流が必要となる。多くの事例において、ＤＡＣは高品質のアナログ信号は高分解能デジタル信号から作成されるように要求する米国電気通信工業会（Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ、ＴＩＡ）から発行された通信標準に合致して稼動することが必要とされてきた。最良のＤＡ変換の対応が常に必要とされる訳ではないが、ＤＡＣおよび他の処理部品は、最高品質のアナログ出力を生成するために、最良のデジタル信号伝達条件に固定されて稼動する。ＤＡＣからのアナログ出力は、受信されるデジタル信号の種類および所望のアナログ出力の品質に基づいて動的に変更することはできないので、この方法は高価となる。

したがって、ダイナミックレンジ、出力ドライブ性能、信号増幅スウィング、およびスペクトル成分を動的に制御するための、ＤＡＣおよび他の信号処理部品を用いた順応性を有するシステムおよび方法を提供する必要がある。この順応性あるシステムは、これらの装置の信号処理要件を動的に変更することを可能とする。これは、受信するデジタル情報の種類、および所与のデジタル入力に対して必要とされるアナログ出力品質に最適に対応するように、携帯型通信装置におけるパワーを最も効率的に使用することを可能とする。さらにこれは、高品質アナログ出力は不要な場合には、ＤＡＣおよび信号処理部品がパワーを節約し、これにより携帯型通信装置はパワー消費を動的に管理することができる。

本発明において、ＤＡＣまたは同様なデジタル信号処理部品を通常用いる携帯型通信装置のためのパワーマネージメントシステムを提供する。本発明はデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）内に配置されたバイアスコントローラが、バイアス電流、ならびにＤＡＣ、アナログフィルタ、ミキサーパワー増幅器、および関連する信号生成部品などの関連するシステム部品を調整し、携帯型通信装置の使用時に、最低アナログ信号必要条件に適合させ、カレントドレインを最少にすることを可能とする。ＤＳＰバイアスコントローラは、多元接続デジタルプロトコル（ＭＡ）、信号増幅スウィング、および帯域幅に基づいて供給バイアスを制御し、供給バイアスを適切な雑音指数および歪み要件とするように調整する。バイアスコントローラはまた、スルーレートを調整するためのＤＡＣ、信号生成部品、または信号処理部品におけるリファレンスキャパシタンスを制御する。

本明細書は、新規であると判断される本発明の特徴を明記する請求項に帰結するが、本発明は図面とともに以下の説明を考慮することにより充分に理解されるであろう。図面において、類似の参照番号は複数の図面にわたっている。

図１はＤＡ変換器（ＤＡＣ）を含むパワーコントロールシステム１００のブロック図であり、システム１００はデジタルソース入力１０１を処理するためのデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）１０１を備える。通常デジタルソース入力１０１は、デジタル通信システムの送信部または受信部へ音声通信、ハンドシェーキング、および管理情報を搬送するために使用される音声データと管理データとを作成するボコーダなどである。当業者には明らかであろうが、本発明は携帯電話、送受信可能な無線機、またはコンパクトディスク（ＣＤ）プレーヤーなどの任意の携帯型通信装置のデジタルオーディオ部分に適用可能である。ＤＳＰ１０１は所定の方法でデジタル信号処理、またはフォーマット化を行い、それによりデジタル変調したビットストリームを生成する。デジタルビットストリームはＤＡＣ１０３に出力され、ＤＡＣ１０３はデジタルビットストリームをアナログ変調された出力信号に変換する。

その後アナログ出力変調信号は、通常ＤＡＣフィルタ１０５に出力され、そこでさらにアナログ信号の周波数応答性を成形したり、操作したりする。通信モードにおいて、フィルタされた信号はミキサー１０７に出力される。局部発信器（ＬＯ）からの信号とのミックスをした後、ミキサー１０７により中間周波（ＩＦ）信号が生成され、それがポストミキサー増幅器１０９に出力される。ＩＦ信号は、携帯電話、送受信可能な無線機などの携帯型の双方向通信装置を用いて送信され得る無線周波（ＲＦ）信号である。その後ポストミキサー増幅器１０９は、無線周波数（ＲＦ）のＩＦ信号の増幅度を増大させ、同信号はパワー増幅器１１１に出力され、さらにアンテナ１１３を用いて送信される。図１に示すように、受信モードにおいては、ＤＡＣフィルタ１０５からのフィルタされた信号は前置増幅器１０８、出力オーディオ増幅器１１０、およびスピーカ１１２に出力される。当業者には自明のことであろうが、最高の効率と最小のカレントドレインを達成するために、コンパクトディスク（ＣＤ）プレーヤー（図示せず）などの携帯型アナログオーディオ出力システムに関して、本発明を用いることも可能である。

本発明の好ましい実施態様において、ＤＡＣパワーコントロールシステム１００はＤＳＰ１０１内にパワーマネージメントコントローラ１１５を備え、そのコントロ−ラ１１５は通信装置が送受信する際に処理する部品を管理する。ＤＳＰ１０１は着信し処理するべきデジタル信号の増幅度、周波数、およびプロトコルを判定するので、パワーマネージメントコントローラ１１５はＤＡＣ１０３、ＤＡＣフィルタ１０５により用いられるバイアス電流を調整する。送信部においては、バイアスコントローラ１１５は、ＤＡＣ１０３から要求されるアナログ信号の品質に応じて、ポストミキサー増幅器１０９およびパワー増幅器１１１を制御する。ＤＡＣ１０３、ＤＡＣフィルタ１０５、ミキサー１０７、ポストミキサー増幅器１０９、パワー増幅器１１１、前置増幅器１０８、および出力増幅器１１０は、装置のカレントドレイン量を正確に管理するために用いられる別個の供給バイアスコントロールを備えている。そのためパワーマネージメントコントローラ１１５は、オーディオ出力を提供するために使用される前置増幅器１０８および出力オーディオ増幅器１１０を管理する。パワーマネージメントコントローラ１１５は、ＤＳＰ１０１により判別される特定の多元接続デジタルプロトコル（ＭＡ）のための供給バイアス電流の最小必要条件値を決定する。

この決定は、ＤＡＣ１０３からのアナログ出力信号における雑音指数および歪みの最小必要条件値に基づく。さらにパワーマネージメントコントローラ１１５は、ＤＡＣ１０３、ＤＡＣフィルタ１０５、ミキサー１０７、ポストミキサー増幅器１０９、パワー増幅器１１１、ならびに前置増幅器１０８および出力オーディオ増幅器１１０を有する送信部のリファレンスキャパシタンスをも管理する。このリファレンスキャパシタンス値は、これらの部品のスルーレートを調整することにより、歪み要件に適合するために用いられる。当業者には十分に理解されていることであるが、スルーレートとは、回線ノード上の電圧がいかに迅速に時間的変化をするかを表記するために使用される用語である。したがってスルーレートは、ボルト／秒（Ｖ／Ｓ）にて測定された電圧が変化する速度である。通信中にはデジタル回路のスルーは原初の波形を保持するのに充分なほど迅速であることが好ましいので、スルーレートは通常、デジタル回路設計においては制限されない。しかし、スルーレートを低速にする因子がキャパシタンスである。携帯型通信装置に用いられるリファレンスキャパシタンスは、所定のスルーレートと歪み度合いを維持するために制御される。リファレンスキャパシタンス中における電流は、方程式Ｉ＝Ｃ（ｄｖ／ｄｔ）により定まる。ここでＩは電流（単位：アンペア）、Ｃはキャパシタンス（単位：ファラド）、ｄｖは電圧変化、ｄｔは時間変化である。

したがって、リファレンスキャパシタンスにより用いられる電流はリファレンスキャパシタンス値の増大、または同一稼動期間における電圧上昇に伴い増大する。本発明においては、リファレンスキャパシタンス値を変化させるように操作するので、キャパシタンスのカレントドレインは経時的な電圧変化に伴い低下する。最終的にはこれにより、送信部におけるＤＡＣ１０３、ＤＡＣフィルタ１０５、ポストミキサー増幅器１０９、およびパワー増幅器１１１、受信部における前置増幅器１０８および出力増幅器１１０、ならびに関連する他の部品により用いられるパワーを、所定の好ましいアナログ信号パラメータに基づき動的に管理することが可能となる。それにより、携帯型通信装置におけるカレントドレインを管理するためには、確実にパワーマネージメントシステムにより極微電流値のみが用いられ、リファレンスキャパシタンスに蓄電する。

図２は、ＤＡＣパワーマネージメントコントロールシステム２００を用いる好ましい方法を示すフローチャートである。該システム２００は先ず、装置内の部品により用いられるバイアスが所定の値に設定された本発明を用いて装置を初期化２０１する工程を備える。次にデジタル多元接続プロトコル（ＭＡ）を判別２０３し、デジタルにて変調されたビットストリームを通常はＤＳＰから生成２０５させる。ＤＡＣを用い、デジタル変調されたビットストリームを計量２０７し、デジタルビットストリームをアナログ信号に変換する。当業者には公知であるが、デジタルビットストリームは条件、パワー、偏差、ＭＡ、または受信機アーキテクチャ要件の特定の種類に関して計量する。

その後ＤＡＣ内の量子化器は調整２０９を行い、詳細な計量因子、すなわち、ＤＡＣおよび他の処理部品を稼動させることに要する最小バイアスを、ＭＡ、信号増幅度スイング、および信号帯域幅、ならびに所望の雑音指数、または相互変調歪み（ＩＭＤ）要件に基づき選択する。さらに、ＤＡＣまたは他の処理部品に関するリファレンスキャパシタンスは、スルーレートおよび最適なパワー効率を管理するように調整される。スルーレートおよび雑音指数は相反する関係にあるので、この調整は重要である。キャパシタンスが増大すると、スルーレートおよび熱雑音が比例して低減する。携帯型通信装置のパワー効率を最大にしようと試みるときには、キャパシタンス、スルーレート、および雑音間のバランスを考慮する。

最低アナログ信号必要条件を満たすために用いられるバイアス電流を確実に最低にするため、ＤＡＣバッファ、ＤＡＣフィルタ、ミキサー、またはパワー増幅器を、本発明の方法を用いて通信装置に用いるパワーを動的に管理するようにさらに調整２１１する。一旦これらの調整ができると、本方法によりループを用いた連続的でパワー調整が可能となり、各工程が反復され、着信するデジタル情報はＤＳＰにより連続的に処理される。これによりパワーマネージメントコントロールシステム２００は、着信するデジタルビットストリームを連続的に再評価し、所望のアナログ信号要件に基づき最小のカレントドレインを維持することができる。

以上より、本発明は通常ＤＡＣまたは同様なデジタル信号処理部品を用いるパワーマネージメントシステムである。本発明は、ＤＳＰ内に配置されたバイアスコントローラがＤＡＣ、アナログフィルタ、ミキサー、パワー増幅器などのシステム部品の供給バイアス電流を、最低アナログ信号必要条件に適合させ、さらに携帯型通信装置中のカレントドレインを最小にするように調整することができる。ＤＳＰはＭＡ、雑音指数、歪みに基づきバイアスを管理するとともに、ＤＡＣまたは他の信号生成部品のスルーレートを管理するために使用されるリファレンスキャパシタンスをも管理する。

本発明の好ましい実施態様を図示し、説明してきたが、本発明は限定されるものではないことは明らかである。本発明の精神および範囲を逸脱することなく、多くの変形、変更、改変、置換、および等価物が当業者には想起されよう。本発明の精神および範囲は、付随する請求項により明記されている。

ＤＡ変換器（ＤＡＣ）およびデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）により制御される他の信号処理部品を用いた本発明のパワーマネージメントシステムを示すブロック図。 本発明の好ましい方法におけるＤＡＣを用いたパワーマネージメントを示すフロ−チャート。

Claims (10)

1. 携帯型通信装置に使用するための信号生成パワーマネージメントコントロールシステムであって、
   デジタルソース入力を処理するとともに、デジタル処理されたビットストリームを出力するためのデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）と、
   デジタル処理されたビットストリームを変換するとともに、少なくとも１つのアナログ信号を出力するためのＤＡ変換器（ＤＡＣ）と、
   複数の管理パラメータを解釈するとともに、少なくとも１つのアナログ信号の最低信号必要条件に基づきＤＡＣに用いるバイアス電流を調整するための、ＤＳＰ内のパワーマネージメントコントローラとを備えるシステム。
2. 管理パラメータは多元接続プロトコル（ＭＡ）と、雑音要件と、相互変換歪み（ＩＭＤ）要件と、所定のスルーレートのためのリファレンスキャパシタンス要件とを備える請求項１に記載の信号生成パワーマネージメントコントロールシステム。
3. 少なくとも１つのアナログ信号を所望の周波数に応答するように調整するための少なくとも１つのＤＡＣフィルタをさらに備える、請求項１に記載の信号生成パワーマネージメントコントロールシステム。
4. 少なくとも１つのアナログ信号から中間周波数（ＩＦ）信号を生成するためのミキサーと、
   ミキサーからのＩＦ信号を増幅するためのパワー増幅器とをさらに備える、請求項３に記載の信号生成パワーマネージメントコントロールシステム。
5. 携帯型通信装置のカレントドレインを最小にするために、ＤＡＣフィルタ、ミキサー、およびパワー増幅器のバイアス電流はパワーマネージメントコントローラにより制御される、請求項４に記載の信号生成パワーマネージメントコントロールシステム。
6. ＩＦ信号は無線周波数（ＲＦ）において動作する、請求項４に記載の信号生成パワーマネージメントコントロールシステム。
7. 少なくとも１つのＤＡ変換機（ＤＡＣ）を有する通信システムへのパワーを管理する方法であって、
   携帯型通信システム内において使用される部品を初期化する工程と、
   デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）において着信するデジタル入力ストリームを受信する工程と、
   デジタル入力ストリームにおいて用いられるデジタル多元接続プロトコル（ＭＡ）を判別する工程と、
   処理されたデジタル信号をＤＳＰから出力させる工程と、
   処理されたデジタル信号を、ＤＡＣを用いてアナログ信号に変換する工程と、
   携帯型通信システムのＭＡ、雑音要件、および相互変調要件に基づき、ＤＡＣに用いられている供給バイアスを管理する工程とを備える方法。
8. 供給バイアスはＤＳＰ内のパワーマネージメントコントローラにより管理される、請求項７に記載のＤＡＣを用いる通信システムへのパワーを管理する方法。
9. パワーマネージメントコントローラは、スルーレートを管理するためにＤＡＣのリファレンスキャパシタンスを調整する、請求項８に記載のＤＡＣを用いる通信システムへのパワーを管理する方法。
10. ＤＡＣはオーディオ処理システム内に存在する請求項７に記載のＤＡＣを用いる通信システムへのパワーを管理する方法。

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