KR20060111653A - 휴대용 통신 장치용 신호 발생 전력 관리 제어 시스템 및그 사용 방법 - Google Patents

Abstract

휴대용 통신 장치에서 사용하는 신호 발생 전력 관리 제어 시스템(100)은 디지털 소스 입력을 처리하고 디지털 처리된 비트 스트림을 제공하는 디지털 신호 처리기(DSP)(101)를 포함하고 있다. 디지털-아날로그 변환기(DAC)(103)는 아날로그 신호를 제공하기 위해 디지털 처리된 비트 스트림을 변환하기 위해 사용된다. DSP(101) 내의 전력 관리 제어기(115)가 휴대용 통신 장치 내에 사용된 신호 처리 구성요소의 제어 파라미터를 해석하고 아날로그 신호의 최소 신호 요구사항들에 기초하여 그 구성요소의 바이어스 전류를 동적으로 조절하는데 사용된다.

포스트 믹서 증폭기, 슬루 레이트, 디지털 신호 처리기, 바이어스 필터, 전력 증폭기

Description

휴대용 통신 장치용 신호 발생 전력 관리 제어 시스템 및 그 사용 방법{Signal generation power management control system for portable communications device and method of using same}

본 발명은 일반적으로 전력 관리에 관한 것이고, 특히, 디지털-아날로그 변환기(DAC), 필터, 버퍼 스테이지 및 증폭기와 같은 신호 발생 장치의 전력 관리에 관한 것이다.

디지털-아날로그 변환기 기술의 사용은 공지되어 있고 음성 또는 데이터와 같은 디지털 정보 스트림으로부터 정보를 아날로그 신호로 변환하는데 널리 사용된다. 일단은 아날로그 도메인에서, 신호가 필터, 믹서 또는 스피커 중 어느 형태라도 인가될 수 있어서 그 아날로그 신호는 기계나 인간의 귀로 청취될 수 있고/있거나 해석될 수 있거나 그들이 다른 아날로그 신호와 믹싱될 수 있고 송신될 수 있다.

DAC로써 사용되는 종래 기술의 신호 발생 토폴로지는 주어진 디지털 신호에 가장 가능한 아날로그 정보를 제공하기 위한 상황으로 설계된다. 이런 "과다 설계 over design)"로 인해, DAC를 사용하는 휴대 장치에서 회로 설계 면적이 늘어나고 전류 드레인이 증가한다. 많은 경우에, 상기 DAC는, 들어오는 디지털 정보가 높은 비트 해상도를 갖는 디지털 프로토콜을 사용하는 것처럼 여전히 동작하면서 매우 낮은 비트 해상도를 갖는 디지털 정보를 해석한다.

또한, 다수의 디지털 프로토콜이 저 잡음 또는 낮은 상호변조 왜곡 결과를 요구하지 않고, 아직은 DAC 및 다른 신호 처리 구성요소가 모든 들어오는 디지털 정보를 같은 형태로 여전히 처리한다. 그것은 그 구성요소를 사용하는 휴대 장치에서, 수학적인 계산인 처리가 늘어나게 되고, 신호 구동 능력을 높여야하고, 클럭 속도를 높이고, 전체의 전류 수요가 증가할 것을 요구한다. 다수의 경우에, DAC가 공개된 미국 통신 산업 협회(TIA) 통신 표준을 충족하기 위해 상기 방법으로 동작하도록 요구되었고, 그 표준에서는 고-해상도 디지털 신호로부터 발생되기위해서는 고-품질 아날로그 출력 신호가 요구된다. 가장 양호한 디지털-아날로그 정합을 항시 요구하지는 않지만, DAC 및 다른 처리 구성요소가 가장 양호한 디지털 신호 조건으로 동작되도록 고정되어 최고 품질 아날로그 출력을 발생한다. 그 접근 방식은 값비싼데, 왜나햐면 DAC로부터의 아날로그 출력이 수신된 디지털 신호 형태 및 요구된 아날로그 출력 품질에 기초하여 동적으로 변화될 수 없기 때문이다.

그러므로, 그 동적 범위, 출력 구동 능력, 신호 진폭 스윙 및 스펙트랄 콘텐츠를 동적으로 제어하기 위해서는 DAC 및 다른 신호 처리 구성요소로써 사용된 적응 시스템(adaptive system) 및 방법이 제공될 필요성이 있다. 그 적응 시스템은 그 디바이스들의 신호 처리 요구사항들을 동적으로 변하게 해야한다. 그것은 수신 된 디지털 정보 형태 및 주어진 디지털 입력에 대해 요구된 아날로그 출력의 품질을 수용하기 위해 휴대용 통신 장치에서 가장 효율적인 전력 사용을 가능하게 한다. 그것은, 고품질 아날로그 출력이 요구되지 않을 때, DAC 및 신호 처리 구성요소로 하여금 전력을 유지하도록 하여, 휴대 통신 장치로 하여금 그 전력 소비를 동적으로 관리하게 한다.

발명의 요약

요약해서, 본 발명에서는 DAC 또는 비슷한 디지털 신호 처리 구성요소로써 일반적으로 사용된 휴대용 통신 장치용 동적 전력 관리 시스템이 제공된다. 본 발명에서는 디지털 신호 처리기(DSP)내에 위치된 바이어스 제어기가 바이어스 전류와, DAC, 아날로그 필터, 믹서 전력 증폭기 및 관련된 신호 발생 구성요소와 같은 관련된 시스템 구성요소를 조절하여 최소 아날로그 신호 요구사항들을 충족하고 휴대용 통신 장치에서 사용시 전류 드레인을 최소화한다. DSP 바이어스 제어기가 들어오는 멀티플 액세스 디지털 프로토콜(MA), 신호 진폭 스윙 및 대역폭에 기초하여 공급 바이어스를 제어하여 알맞은 잡음 지수 및 왜곡 요구사항들을 이루기 위해 공급 바이어스를 조절한다. 바이어스 제어기가 슬루 레이트를 조절하는 DAC, 신호 발생 또는 처리 구성요소에서 기준 용량을 제어할 수 있다.

새로운 본 발명의 특징은 첨부된 청구항에서 특히 설명된다. 본 발명은 부가적인 목적 및 그 장점과 함께 첨부 도면과 결부시킨 다음의 설명을 참고로 가장 잘 이해될 수 있고, 그 중 몇 개의 도면에서 같은 도면 번호가 같은 소자를 나타낸다.

도 1은 디지털 신호 처리기(DSP)에 의해 제어된 디지털-아날로그 변환기(DAC) 및 다른 신호 처리 구성요소로써 사용된 바와 같은 본 발명의 전력 관리 시스템을 도시한 블록도.

도 2는 본 발명의 양호한 방법에 따라 DAC로써 사용시 전력 관리를 도시하는 흐름도 다이어그램.

본 명세서가 신규성으로 간주되는 본 발명의 특징을 정의하는 청구항으로 결론을 내지만, 본 발명은 도면과 결부시켜 다음의 설명을 고려해서 양호하게 이해될 것이며, 그 도면에서 같은 도면 번호가 앞으로 부여된다.

도 1에서, 디지털-아날로그 변환기(DAC) 전력 제어 시스템의 블록도는 디지털 소스 입력(101)을 처리하는 데 사용되는 디지털 신호 처리기(DSP)를 포함하고 있다. 디지털 소스 입력(101)은 2개의 음성 통신을 전달하기 위해 사용된 2개의 음성 데이터 및 제어 데이터, 핸드셰이킹(handshaking) 및 디지털 통신 시스템의 송신기 또는 수신기 부분을 통한 제어 정보를 발생하는 보코더(vocoder) 등이다. 본 기술의 당업자에게는 명백하듯이, 본 발명은 셀룰러 전화, 양방향 무선 또는 CD(compact disc) 플레이어와 같은 어떤 휴대용 통신 장치 형태의 디지털 오디오 부분에 적용할 수 있다. DSP(101)는 디지털 신호를 설정된 방법으로 처리 또는 포맷하여 디지털 변조된 비트스트림을 발생한다. 디지털 비트 스트림이 디지털 비트 스트림을 아날로그 변조된 출력 신호로 변환하는 DAC(103)에 인가된다.

그 후에, 아날로그 출력 변조된 신호가 아날로그 신호의 주파수 응답을 더 정형하거나 조작할 수 있는 DAC 필터(105)에 일반적으로 인가된다. 송신 모드에서, 그 필터링된 신호는 믹서(107)에 인가된다. 국부 발진기(LO) 신호와 믹싱한 후, 중간 주파수(IF) 신호는 포스트(post) 믹서 증폭기(109)에 인가되는 믹서(107)에 의해 발생된다. IF 신호는 셀룰러 전화 또는 양방향 무선 등과 같은 양방향 휴대용 통신 장치를 사용해서 통신될 수 있는 무선 주파수(IF) 신호이다. 포스트 믹서 증폭기(109)는 무선 주파수(RF)에서 있을 수 있는 IF 신호의 진폭을 증가시키기 위해 사용되어 그것이 전력 증폭기(111)에 인가될 수 있고 안테나(113)를 사용해서 송신될 수 있다. 도 1에서 알 수 있듯이, 수신 모드에서 DAC 필터(105)로부터 그 필터링된 신호는 전치 증폭기(108), 출력 오디오 증폭기(110) 및 스피커(112)에 인가된다. 본 기술에 당업자에게는 명백하듯이, 본 발명은 콤팩트 디스크(CD) 플레이어(도시되지 않음)와 같은 휴대용 아날로그 오디오 출력 시스템과 연결되어 역시 사용될 수 있어서 최대의 효율과 최소의 전류 드레인 양을 이루게 할 수 있다.

본 발명의 양호한 실시예에 따라, DAC 전력 제어 시스템(100)은 통신 장치의 송신기 및 수신기에서 처리 구성요소를 제어하기 위해 작동하는, DSP(101)내의 전력 관리 제어기(115)를 포함하고 있다. DSP(101)가 처리되는 들어오는 디지털 신호의 진폭, 주파수 및 프로토콜을 결정하므로, 전력 관리 제어기(115)가 DAC(103) 및 DAC 필터(105)에 의해 사용된 바이어스 전류를 조절하기 위해 작동할 수 있다. 송신기 부분에서, 바이어스 제어기(115)는 DAC(103)로부터 요구된 아날로그 신호의 품질에 따라 포스트 믹서 증폭기(109) 및 전력 증폭기(111)를 제어한다. DAC(103), DAC 필터(105), 믹서(107), 포스트 믹서 증폭기(109), 전력 증폭기(111), 전치증폭기(108) 및 출력 증폭기(110)는 그 장치의 전류 드레인량을 정확하게 제어하기 위해 사용되는 별도의 공급 바이어스 제어를 포함하고 있다. 그러므로, 전력 관리 제어기(115)는 오디오 출력을 제공하기 위해 사용되는 전치 증폭기(108) 및 출력 오디오 증폭기(110)를 제어한다. 전력 관리 제어기(115)는 DSP(101)에 의해 결정된 특정한 멀티플 액세스 디지털 프로토콜(MA)에 대해 최소로 요구된 공급 바이어스 전류를 결정하기 위해 작동한다.

이 결정은 DAC(103)로부터의 아날로그 출력 신호의 최소 요구된 잡음 지수 및 왜곡에 기초한다. 또한, 전력 관리 제어기(115)는 전치 증폭기(108) 및 출력 오디오 증폭기(110)를 포함하는 송신기 부분뿐만 아니라 DAC(103), DAC 필터(105), 믹서(107), 포스트 믹서 증폭기(109), 전력 증폭기(111) 내의 기준 용량값도 제어할 수 있다. 그 기준 용량값은 그 구성요소의 슬루 레이트를 조절하기 위해 사용되어 왜곡 요구사항들을 충족한다. 본 기술의 당업자에 의해 인식되듯이, 슬루 레이트는 회로 노드 상의 전위가 시간에 대해 얼마나 빠르게 변화해야만 하는 지를 설명하기 위해 사용된 용어이다. 결과적으로, 그 슬루 레이트가 초당 볼트(V/S)로 측정하는 전압 변화 레이트이다. 일반적으로, 슬루 레이트는 디지털 회로 설계에서 제한되지 않는 데, 왜나하면 송신 동안 원래의 파형 정형을 보호하기에 충분히 빨 리 디지털 회로 슬루를 갖는 것이 바람직하기 때문이다. 그러나, 그 레이트를 느리게 하는 요소가 용량이다. 휴대용 통신 장치에 의해 사용된 기준 용량은 기정의된 슬루 레이트 및 왜곡 레벨을 유지하기 위해 제어될 수 있다. 기준 용량의 전류가 다음의 식을 사용해서 동작하고:

I = C(dv/dt) 여기서 I가 증폭기의 전류이고, C가 패럿 단위의 용량이고, dv가 전압 변화이고 dt가 시간 변화이다.

그러므로, 기준 용량에 의해 사용된 전류가 기준 용량값의 증가 또는 같은 동작 시간 주기당 전압의 증가와 함께 증가할 것이다. 본 발명이 그 기준 용량값을 변화시키기 위해 동작하므로, 용량의 전류 드레인이 전압 과다(over) 시간의 같은 변화에 대해 감소될 수 있다. 궁극적으로, 그것에 의해 다른 관련된 구성요소를 포함하는 DAC(103), DAC 필터(105), 포스트 믹서 증폭기(109), 송신기내의 전력 증폭기(111), 수신기내의 전치 증폭기(108) 및 출력 증폭기(110)는 설정되어 바람직한 아날로그 신호 파라미터에 기초하여 동적으로 관리된다. 그것은 최소 전류만이 기준 용량을 충전하기 위해 전력 관리 시스템에 의해 사용되어 휴대용 통신 장치의 전류 드레인을 제어하는 것을 보증한다.

도 2에서, DAC 전력 관리 제어 시스템(200)을 사용하는 양호한 방법을 도시한 흐름도 다이어그램은 그 디바이스의 구성요소에 의해 사용된 바이어스가 설정값으로 세트하는 본 발명을 사용하는 디바이스를 처음에 초기화한다(201). 그런후에, 디지털 멀티플 액세스 프로토콜(MA)이 결정되고(203), 디지털 변조된 비트 스트림이 DSP로부터 일반적으로 발생되고(205). DAC를 사용해서, 디지털 변조된 비트 스 트림이 크기 조정되어(207) 디지털 비트 스트림이 아날로그 신호로 변환된다. 본 기술에 공지되듯이, 디지털 비트 스트림은 수신기 구조 요구사항들의 상태, 전력, 편이, MA 또는 특정 형태로 크기 조정될 수 있다.

DAC 내의 양자화는 조절될 수 있어(209) 특정한 크기조정 요소, 즉 DAC 및 다른 처리 구성요소를 동작하기 위해 필요한 최소 바이어스가 MA, 신호 진폭 스윙 및 신호 대역폭 및 바람직한 잡음 지수 또는 상호변조 왜곡(IMD) 요구사항들에 기초하여 선택될 수 있다. 또한, DAC 또는 다른 처리 구성요소의 기준 용량이 슬루 레이트 및 최적의 전력 효율을 제어하기 위해 조절될 수 있다. 그 조절은 중요한데, 왜냐하면 슬루 레이트 및 잡음 지수가 역비례하기 때문이다. 용량이 증가함에 따라 슬루 레이트 및 열적 잡음이 비례해서 감소한다. 용량, 슬루 레이트 및 잡음간의 그 균형이 휴대용 통신 장치의 최대 전력 효율로 조절할 때 고려된다.

최저 바이어스 전류만이 최소의 바람직한 아날로그 신호 요구사항들을 만족하기 위해 사용되는 것을 보증하기 위해, DAC 버퍼, DAC 필터, 믹서 또는 전력 증폭기는 본 발명의 방법을 사용해서 통신 장치에 의해 사용된 전력을 동적으로 제어하기 위해 또한 조절될 수 있다(211). 그 조절이 일단 이루어지면, 그 방법은 루프를 사용하는 계속된 동적 전력 조절을 가능하게 하여, 그 단계들이 반복되고 들어오는 디지털 정보가 DSP에 의해 계속해서 처리될 수 있다. 그것은 전력 관리 제어 시스템(200)으로 하여금 들어오는 디지털 비트 스트림을 계속해서 재평가할 수 있어서 요구된 아날로그 신호 요구사항들에 기초하여 최소 전류 드레인을 유지한다.

따라서, 본 발명은 DAC 또는 비슷한 디지털 신호 처리 구성요소로써 일반적 으로 사용된 동적 전력 관리 시스템이다. 본 발명은 DSP 내에 위치된 바이어스 제어기로 하여금 DAC, 아날로그 필터, 믹서 및 전력 증폭기와 같은 시스템 구성요소의 공급 바이어스 전류를 조절하여 휴대용 통신 장치에서 최소의 아날로그 신호 요구사항들을 충족하고 전류 드레인을 최소화한다. DSP는 MA, 잡음 지수, 왜곡에 기초하여 바이어스를 제어하고 DAC 및 다른 신호 발생 구성요소의 슬루 레이트를 제어하기 위해 사용된 기준 용량을 또한 제어할 수 있다.

본 발명의 양호한 실시예는 예시 및 설명되지만, 본 발명은 그로 인해 제한되지 않음이 명백하다. 다수의 수정, 변화, 변형, 대체 및 등가물이 첨부된 청구항에 의해 정의했듯이 본 발명의 사상 및 범위를 벗어남이 없이 본 기술의 당업자에게는 가능하다.

Claims (10)

1. 휴대용 통신 장치에서 사용하기 위한 신호 발생 전력 관리 제어 시스템에 있어서,

   디지털 소스 입력을 처리하고 디지털 처리된 비트 스트림을 제공하는 디지털 신호 처리기(DSP),

   상기 디지털 처리된 비트 스트림을 변환하고 적어도 하나의 아날로그 신호를 제공하는 디지털-아날로그 변환기(DAC), 및

   복수의 제어 파라미터들을 해석하고, 상기 적어도 하나의 아날로그 신호의 최소 신호 요구사항들에 기초하여 상기 DAC에 의해 사용된 바이어스 전류를 동적으로 조절하는, 상기 DSP 내의 전력 관리 제어기를 포함하는, 신호 발생 전력 관리 제어 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어 파라미터들은 미리 결정된 슬루 레이트(slew rate)에 대해 디지털 멀티플 액세스 프로토콜(MA), 잡음 요구사항들, 상호변조 왜곡(IMD) 요구사항들 및 기준 용량 요구사항들을 포함하는, 신호 발생 전력 관리 제어 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 적어도 하나의 아날로그 신호를 바람직한 주파수 응답으로 조절하는 적 어도 하나의 DAC 필터를 더 포함하는, 신호 발생 전력 관리 제어 시스템.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 적어도 하나의 아날로그 신호로부터 중간 주파수(IF)를 제공하는 믹서, 및

   상기 믹서로부터 상기 IF 신호를 증폭하는 전력 증폭기를 더 포함하는, 신호 발생 전력 관리 제어 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 DAC 필터, 믹서 및 전력 증폭기의 상기 바이어스 전류는 휴대용 통신 장치의 전류 드레인을 최소화하기 위해 상기 전력 관리 제어기에 의해 동적으로 제어될 수 있는, 신호 발생 전력 관리 제어 시스템.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 IF 신호는 무선 주파수(RF)에서 동작하는, 신호 발생 전력 관리 제어 시스템.
7. 적어도 하나의 디지털-아날로그 변환기(DAC)를 갖는 통신 시스템에 대해 전력을 관리하는 방법에 있어서,

   휴대용 통신 시스템 내에 사용된 구성요소들을 초기화하는 단계,

   들어오는 디지털 입력 스트림을 디지털 신호 처리기(DSP)에서 수신하는 단계,

   상기 디지털 입력 스트림에서 사용된 디지털 멀티플 액세스 프로토콜(MA)을 결정하는 단계,

   상기 DSP로부터 처리된 디지털 신호를 발생하는 단계,

   상기 처리된 디지털 신호를 DAC를 사용해서 아날로그 신호로 변환하는 단계, 및

   상기 휴대용 통신 시스템의 MA, 잡음 요구사항들 및 상호변조 요구사항들에 기초하여 상기 DAC에 의해 사용된 공급 바이어스를 제어하는 단계를 포함하는, 전력 관리 방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 공급 바이어스는 상기 DSP에서 전력 관리 제어기에 의해 제어되는, 전력 관리 방법.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 전력 관리 제어기는 슬루 레이트를 제어하기 위해 상기 DAC에서 기준 용량을 조절할 수 있는, 전력 관리 방법.
10. 제 7 항에 있어서,

    상기 DAC는 오디오 처리 시스템에 있는, 전력 관리 방법.

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