改進蜂窩電話中發射機功率的測量動態範圍的系統的製作方法
2023-05-14 00:07:01 1
專利名稱：改進蜂窩電話中發射機功率的測量動態範圍的系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於移動蜂窩電話系統的功率輸出控制電路，更具體而言，涉及一種改進蜂窩電話中發射機功率測量的動態範圍的系統。
背景技術：
移動蜂窩電話包括一個發射機，產生施加到天線上的RF輸出信號。希望能夠控制功率輸出到保持可靠通信必需的最低限度電平上。這使用戶之間的幹擾為最小和使電池壽命為最長。
目前的蜂窩電話系統對所發送的RF信號採樣並將它與已知的與特定的發射機功率電平對應的DC控制電壓作比較。將差信號反饋到增益控制發射機級，按需要調節其功率的升或降以達到所希望的功率輸出。在作為製造測試過程的部分實行的標定步驟中建立DC控制電壓和RF輸出功率之間的相關。設置電話以發送已知的功率電平。通常是低，中，和高功率，並將檢測器電壓讀出並作為數字字存儲在非揮發性存儲器中。這個步驟可在貫穿工作頻帶的幾個頻率上重複。在標定點之間值可通過軟體內插以產生中間功率輸出。
一種典型的檢波器電路利用一個二極體將RF信號整流為與功率輸出成比例的DC信號。為了改進二極體檢波器的靈敏度，通常使DC偏置電流通過二極體。這就克服了二極體的閾值電壓，改進了在低信號電平上的檢測能力。然而，由於二極體的PN結的溫度依賴性，從檢波器的輸出電壓隨溫度變化。當檢測到的功率電平減小時，測量就變得不那麼準確，因為與溫度有關的偏置電壓成為檢波器的DC輸出電壓的較大部分。為了克服檢波器二極體的溫度依賴性，已經提出了一些方案，利用一個相同的二極體來低消溫度變化的電壓。然而，精確的匹配是困難的，並且當檢測的功率減小時，不準確度增加。
本發明的目的是用一種新型的，簡單的方式克服以上的問題。
發明概述依據本發明在此提供一種系統和方法，用於改進在蜂窩電話中發射機功率測量的動態範圍。
概括地說，在此公開了一種用於移動站的改進的功率輸出控制電路，具有一種發射機，包括一個發射機可變增益放大器，產生RF輸出信號施加到天線上。該改進的功率輸出控制電路包括一個檢波器電路，用於將輸入信號整流以產生表示輸入信號功率電平的DC輸出。將一個採樣電路連接到該發射機和該檢波器電路，用於交替地連接和斷開從該發射機到該檢波器電路的RF信號，從而使該檢波器電路產生交替的DC輸出信號。將一個可變增益AC放大器連到該檢波器電路，用於放大該檢波器輸出。將增益控制電路連到AC放大器，用於接收被放大的檢波器輸出並將它與一個選擇標準作比較，以產生用於改變AC放大器增益的反饋信號，從而保持所希望的恆定的輸出電平，該反饋信號代表發射機輸出功率。比較器將該反饋信號與控制標準作比較，以控制發射機可變增益放大器的增益。
本發明的一個特徵是該檢波器電路包括一個二極體檢波器電路。偏置電路傳送DC偏置電流通過檢波器電路以改進檢波器電路的靈敏度。耦合電容將檢波器電路連到採樣電路以便將DC偏置與採樣電路隔離。另一個耦合電容將檢波器輸出連到可變增益AC放大器以便從交變的DC輸出信號除去檢波器偏置電壓。
本發明的另一個特徵是該採樣電路包括一個由時鐘電路控制的開關。
本發明的再一個特徵是該增益控制電路包括一個模數轉換器，將交變的DC輸出信號的高和低的模擬值變換成數字值。該增益控制電路包括一個編程的處理器電路。該編程的處理器電路將高和低數字值之間的幅度差與該選擇標準作比較，該反饋信號代表比較的結果。數模轉換器連接在該編程處理器電路和該可變增益AC放大器之間，將反饋信號轉換成模擬信號。
依據本發明的另一方面在此公開了一種在具有一個發射機的移動站中控制輸出功率的方法，該發射機包括一個發射機可變增益放大器，產生施加到天線上的RF輸出信號。本方法包括步驟交替地操作開關將從發射機到電壓檢波器的RF信號連接和斷開，用以產生交替的DC輸出信號；將該交替的DC輸出信號放大；並將該放大的交替DC信號與選擇標準作比較以產生反饋值，該反饋值代表發射機輸出功率；根據該反饋值改變放大的交替DC信號的增益以便保持所希望的恆定的AC放大器輸出電平；和利用該反饋值控制該發射機可變增益放大器的增益。
本發明的一個目的是提供一種不需要對檢波器溫度補償的功率輸出控制電路。
本發明的另一個目的是提供一種有能力比現有技術更準確地測量低功率電平的功率輸出控制電路。
本發明的另一個目的是提供一種功率輸出控制電路，當進行高功率測量時通過利用一個可變增益放大器作為衰減器以避免飽和。
還是本發明的又一個目的是提供一種功率輸出控制電路，在其中通過可變增益AC放大器的增益和控制範圍來設置功率測量的動態範圍。
本發明其它的特徵和優點從說明書和附圖很容易明白。
附圖簡述
圖1是用作說明包括依據本發明的一個功率輸出控制電路的移動站的一般性方框圖；圖2是一種現有技術功率輸出控制電路的簡圖；圖3是一種隨功率輸出控制電路使用的現有技術三極體檢波器電路的簡圖；圖4是用作說明依據本發明改進的功率輸出控制電路的簡圖/方框圖；圖5是用作說明圖4的一種檢波器電路輸出的曲線；和圖6是用作說明圖4的一种放大器電路輸出的曲線。
發明詳述圖1是一種典型的移動站(也稱為無線電話，蜂窩型電話，或蜂窩電話)的一般性方框圖，一般用10表示。移動站10包括天線12，用於在本身和無線網之間發送和接收無線電信號。天線12被連到發射機/接收機電路14，利用相同的天線12播放和接收信號。依照慣例，發射機/接收機14的接收機部分對一個或多個信道中的無線電信號解調，逆多路復用和解碼。這些信道包括一個控制信道和一個用於語音或數據的通信業務信道。語音可被發送到包括揚聲器(未示出)的輸入/輸出設備16。來自控制信道的消息被發送到一個使用有關的存儲器20的被編程的處理器18.被編程的處理器18對在控制信道上的消息作出響應，利用存儲在存儲器20中的程序和數據控制和協調移動站10的功能，以便在無線網內運行。處理器18也控制發射機/接收機14的發射機部分的操作。發射機將模擬電信號變換成數字數據，將數據編碼並帶上差錯檢測和校正信息，和將該數據與來自處理器18的控制消息多路復用。發射機將該組合的數據流調製並利用天線12將所得到的無線電RF信號播放到無線網。
參考圖2，示出隨同一個移動站，如移動站10，的發射機使用的功率檢測電路的簡圖。在方框22上的RF輸出信號由發射機/接收機14的發射機部分產生。在施加到天線12以前，RF輸入信號被可變增益放大器24和隨後的功率放大器26放大。來自功率放大器26的輸出功率的樣本被通過二極體檢波器電路28變換成DC輸出。二極體檢波器電路被連到一個DC差分放大器30的負輸入。來自方框32的控制電壓被施加到DC放大器30的正輸入。控制電壓對應於已知的功率電平。DC放大器30通過調節在發射通路中的可變增益放大器24的增益驅使其輸入端之間的電壓差為零。當在差分放大器輸入端間出現零伏時，輸出功率已被調節到由方框32上的控制電壓確定的適當的電平。通過改變方框32上的控制電壓可將輸出功率設置為另一個值。典型情況下，對應於特定的輸出功率的DC電壓設置值在生產測試中被確定並存儲在非揮發性存儲器中。
雖然未示出，功率控制環路的模擬部分可利用數字電路代替，利用連到一種被編程的處理器1如圖1的處理器18，的模數和數模變換器來實現。
參考圖3，較詳細地示出二極體檢波器28。發送RF方框34表示圖2中功率放大器26的輸出。方框34的輸出被通過耦合電容C1連到二極體檢波器電路28。來自方框36的偏置電壓被通過電阻R1連到耦合電容C1。二極體D1被連到電容C1和電阻R1的結合點。二極體D產生方框38上的DC輸出，對應於在圖2中施加到DC放大器30的信號。DC輸出38由等於偏置電流乘檢波器電阻R1的積的失調或偏置項和與RF功率成比例的另一項組合。由電阻器R2和電容器C3組成的濾波器從檢波器輸出濾去RF，只留下DC成分。由於二極體D的溫度依賴性，在方框38上的輸出電壓隨溫度改變。當檢測到的功率電平減小時，由於溫度有關的失調電壓成為檢波器DC輸出電壓的較大部分，測量成為不那麼準確。
依據本發明，一種功率輸出控制電路不需要對檢波器二極體溫度補償，有能力測量低功率電平，避免高功率測量時飽和，並提供改進的動態範圍。
參考圖4，示出一種依據本發明的功率輸出控制電路40。功率輸出控制電路用於移動站，如圖1中的移動站10，具有一種包括發射機可變增益放大器24的發射機，見圖2，產生施加到天線12的RF輸出信號。施加到天線12的信號被表示在發送RF方框34上，與圖3中類似，依據在方框32上的控制電壓或功率參考，與圖2類似。
為簡單起見，與以上所討論過的與圖2和3有關的部件對應的部件利用類似的參考數字示出。
來自方框34的發送信號的部分被通過耦合電容C1採樣。耦合電容可由其他裝置代替，例如微帶或條線耦合器。開關42被連到耦合電容C1。開關42由鍾44控制。開關42交替地連接和斷開到達或來自檢波器電路28的被採樣的發送信號。按預先規定的速率重複地進行。多種小型砷化鎵開關可用於實現開關42的功能。
沿著來自偏置方框36的外部DC電壓通過電阻R1和R2將檢波器電路28偏置。電容器C2被連接在檢波器電路28和開關42之間，電容器C2隔離來自開關42的DC偏置，以防止偏置電壓和開關功能之間的任何交互作用。當開關42斷開時，在R2/C3濾波器上的DC電壓等於偏置電壓，當開關導通時，等於偏置電壓加檢測到的RF信號之和。因為開關重複地操作，也就是它是定時工作的，在R2/C3濾波器上的電壓是方波形式的交替DC輸出信號，如圖5中所示。特別是，當開關導通的部分表示在DC電平46，當開關42斷開的部分表示在DC電平48。方波的下部表示檢波器偏置電壓，在50上示出，而方波的上部表示檢波器偏置電壓和檢測到的RF電壓，在52上示出。振蕩表示噪聲。
耦合電容C4將檢波器電路28的DC輸出連到AC可變增益放大器54。耦合電容C4從交替的DC輸出信號除去檢波器偏置電壓。檢波器電壓的AC成分被可變增益放大器54放大。可變增益放大器54的輸出被通過電容C5連到模擬數字(A/D)變換器56。A/D變換器56對放大器的方波輸出在其最小值上採樣，代表無信號值，在其最大值上採樣，代表信號當前值，並將這些信號供給處理器電路18。放大器輸出電壓示於圖6中。處理器18取兩個測量，也就是圖6中電平58所示的在檢波器上無RF信號，和圖6中電平60所示的檢波器上出現的RF信號，之間的差。
處理器18被連到數模(D/A)變換器62，該變換器有一個連到AC可變增益放大器54的模擬輸出。處理器18取在圖6中58和60表示的兩個測量電平之間的差，並確定是否差低於預先規定的電平。如果是的，那末通過增加對D/A變換器62的反饋值增加放大器54的增益，從而增加反饋信號。如果測量到的值在預先規定的電平之上，那末通過減小反饋值減少放大器54的增益，從而減小反饋信號。目的是通過利用反饋控制增益，提供從AC可變增益放大器54輸出的固定電平。A/D變換器56的輸出與參考電平比較的結果是或者增加或者減小在D/A變換器62輸入上的數字字，並且相應地或者增加或者減少AC可變增益放大器54的增益。
雖然反饋增益控制是利用數字電路示出的，這些功率可利用其他電路實現，例如一種控制放大器54的增益的模擬自動增益環路，這將會明白。
供給D/A變換器62的反饋值是檢波器電壓的表象，依次又是發射機輸出功率的表象。該數字字，或相應的施加到可變增益放大器54的模擬電壓，被供給比較器64，與來自方框32，代表特定的功率電平的參考電平作比較，該電平在工廠標定過程期間存儲在電話的存儲器中。來自這種比較的差錯信號被反饋到發送通路中，見圖2，可變增益發送放大器24的增益控制組，以實現功率控制。這種功能，再次可或者在數字或者在模擬域中實現。
為了相當小的，省錢的實現這種電路，AC可變增益放大器54和變換器56和62可集成在一個單片中。
通過適當地選擇AC可變增益放大器特性，DC耦合檢波器的低電平檢測問題可被消除，因為從測量中除去DC偏置成分，有足夠的增益可用於實現滿度的A/D量程。同樣，高電平的測量被改進，因為如果必要的話，可變增益放大器可被調節為衰減被檢測到的信號，以實現滿度A/D量程。
因此，通過利用一種AC可變增益放大器，提供一種在低功率電平工作的功率輸出控制電路。這就消除檢波器電路中的不確定性，在此電路中將偏置信號與所希望的信號分離是困難的。利用對被採樣信號的斬波能夠將隨溫度變化的DC偏置除去。
依據本發明發射機功率測量的動態範圍等於AC可變增益放大器54所控制增益的範圍。
權利要求
1.有具有一個發射機的移動站中的一種改進的功率輸出控制電路，該發射機包括發射機可變增益放大器，產生RF輸出信號施加到天線上，該改進的功率輸出控制電路包括檢波器電路，用於對輸入信號整流，產生代表輸入信號功率電平的DC輸出；採樣電路，連到發射機和檢波器電路，用於交替地連接和斷開從發射機到檢波器電路的RF信號，從而檢波器電路產生交替的DC輸出信號，可變增益AC放大器，連到檢波器電路用於放大檢波器輸出；增益控制電路，連到AC放大器用於接收被放大的檢波器輸出，並將其與選擇參考作比較，以產生反饋信號用於改變AC放大器的增益，保持所希望的恆定輸出電平，反饋信號表示發射機輸出功率；和比較器，用於將反饋信號與控制參考作比較以控制發射機可變增益放大器的增益。
2.如權利要求1的改進的功率輸出控制電路，其中所述的檢波器電路包括二極體檢波器電路。
3.如權利要求2的改進的功率輸出控制電路，還包括一個偏置電路，用於使DC偏置電流通過檢波器電路，以改進該檢波器電路的靈敏度。
4.如權利要求3的改進的功率輸出控制電路，還包括一個將檢波器電路連到採樣電路的耦合電容，用以將DC偏置與採樣電路隔離。
5.如權利要求1的改進的功率輸出控制電路，其中該採樣電路包括一個由時鐘電路控制的開關。
6.如權利要求3的改進的功率輸出控制電路，還包括一個將檢波器電路連到可變增益AC放大器的耦合電容，用以從交替的DC輸出信號中除去檢波器偏置電壓。
7.如權利要求1的改進的功率輸出控制電路，其中該增益控制電路包括模數轉換器，將交替的DC輸出信號的高和低的模擬值轉換成數字值。
8.如權利要求7的改進的功率輸出控制電路，其中該增益控制電路包括一個被編程的處理器電路。
9.如權利要求7的改進的功率輸出控制電路，其中該被編程的處理器電路將高和低的數字值之間的幅度差與選擇標準作比較，該反饋信號表示所述的比較結果。
10.如權利要求9的改進的功率輸出控制電路，還包括連接在被編程的處理器電路和可變增益AC放大器之間的數模轉換器，用於將反饋信號轉換為模擬信號。
11.一種在具有一個發射機的移動站中控制輸出功率的方法，該發射機包括一個發射機可變增益放大器，產生RF輸出信號施加到天線上，該方法包括以下步驟交替地操作開關連接和斷開從發射機到電壓檢測器的RF信號，用於產生交替的DC輸出信號；將該交替的DC輸出信號放大；將該放大的交替DC信號與選擇標準作比較，產生反饋值，該反饋值表示發射機輸出功率；根據該反饋值改變該放大的交替DC信號的增益，以便保持所希望的固定的放大的交替DC信號；和利用該反饋值控制發射機可變增益放大器的增益。
12.如權利要求11的方法，其中該交替步驟包括利用檢波器電路對RF信號整流的步驟。
13.如權利要求12的方法，還包括讓DC偏置電流通過檢波器電路，以改進檢測器電路的靈敏度。
14.如權利要求13的方法，還包括利用一個耦合電容將該DC偏置與該開關隔離。
15.如權利要求11的方法還包括利用一個時鐘控制該開關的步驟。
16.如權利要求13的方法，還包括利用一個耦合電容，從交替的DC輸出信號中除去檢波器偏置電壓。
17.如權利要求11的方法，還包括將交替DC輸出信號的高和低的模擬值變換為數字值。
18.如權利要求17的方法，其中該比較步驟是通過一種編程的處理器電路實現的。
19.如權利要求18的方法，其中被編程的處理器電路包括將高和低的數字值之間的幅度差與選擇標準作比較，該反饋值表示所述的比較結果。
20.如權利要求19的方法，還包括將該反饋值變換成模擬信號。
全文摘要
用於具有發射機的移動站中的一種改進的功率輸出控制電路,該發射機包括發射機可變增益放大器,產生施加到天線的RF輸出信號。該改進的功率輸出控制電路包括檢波器電路,用於將輸入信號整流產生代表輸入信號功率電平的DC輸出。採樣電路被連接到發射機和檢波器電路,用於交替地連接和斷開從發射機到檢波器電路的RF信號,從而使檢波器電路產生交替的DC輸出信號。一種可變增益AC放大器被連到檢波器電路,用於將檢波器輸出放大。一種增益控制電路被連到AC放大器,用於接收被放大的檢波器輸出,並將其與選擇標準作比較,以便產生反饋信號,用於改變AC放大器增益,保持所希望的恆定的輸出電平,該反饋信號表示發射機輸出功率。一種比較器將反饋信號與控制標準作比較,以便控制發射機可變增益放大器的增益。
文檔編號H03G1/00GK1322400SQ99811751
公開日2001年11月14日 申請日期1999年7月7日 優先權日1998年8月7日
發明者J·G·弗雷德 申請人:艾利森公司