手持无线通信设备由一个或多个内部电池提供电力。这类设备的一 个重要性能指标就是它们的电池寿命，并且大部分的电池电力消耗在 设备的发射器的功率放大功能块(block)上。在许多手持无线应用中， 开关模式电源连同开关稳压器一起用于降低整体功耗，开关模式电源 提供电源电压给功率放大功能块中的功率放大器。然而，这需要仔细 控制开关模式电源，从而获得最佳的节电。许多传统设计采用了固定 步长，或者连续控制技术，来控制开关模式电源。然而，使用开关稳 压器来降低功率放大器上施加的电源电压，这在工厂校准和设备性能 上都造成了各种困难。例如，对于这些传统开关控制方法来说，控制 曲线上的非线性使得校准和温度补偿困难。
发明内容
一方面，这里所描述的至少一个实施例提供了用于无线通信设备的 发射器。该发射器包括功率放大功能块，该功能块包括：前置放大器， 其配置成放大发射信号，从而产生前置放大发射信号；以及耦合到该 前置放大器的功率放大器，其配置成放大该前置放大发射信号，从而 产生放大发射信号。该发射器进一步包括功率管理功能块，其包括： 电源功能块，其配置成产生并提供电源电压信号给该功率放大器；以 及补偿控制功能块，其配置成调节自动增益控制(AGC)信号，来控 制前置放大器增益，该补偿控制功能块耦合到该电源功能块的输出端， 从而基于电源电压信号产生增益校正信号，来修改该AGC信号。
另一方面，这里所描述的至少一个实施例提供了一种移动通信设 备，其包括主处理器，该主处理器配置成控制该移动通信设备的操作； 连接到主处理器的通信子系统，该通信子系统配置成发送及接收数据。 该通信子系统包括功率放大功能块，该功率放大功能块包括前置放大 器，该前置放大器配置成放大发射信号，从而产生前置放大发射信号； 耦合到该前置放大器的功率放大器，其配置成放大该前置放大发射信 号，从而产生放大发射信号；功率管理功能块，其包括电源功能块， 该电源功能块配置成产生并提供电源电压信号给功率放大器；以及补 偿控制功能块，其配置成调节自动增益控制(AGC)信号，来控制前 置放大器增益，该补偿控制功能块耦合到该电源功能块的输出端，从 而基于电源电压信号产生一个增益校正信号，来修改该AGC信号。
另外，在另一方面，这里所描述的至少一个实施例提供了一种用于 控制发射器的功率放大功能块的增益的方法，该功率放大功能块包括 前置放大器和功率放大器。该方法包括产生并提供电源电压信号给功 率放大器；基于该电源电压信号产生增益校正信号；以及基于该增益 校正信号修改自动增益控制(AGC)信号，该自动增益控制信号用于 控制前置放大器增益。
附图说明
为了更好的理解这里所描述的实施例，以及为了更清楚地示出如何 实现这些实施例，将仅通过例子来参照附图进行说明：
图1是无线通信设备的示例性实施例的方框图；
图2是图1的移动设备的通信子系统组件的示例性实施例的方框 图；
图3是图2的发射器的一部分的示例性实施例的方框图，该发射器 具有功率管理功能块和放大功能块；
图4是传统发射器的一部分的方框图，该发射器采用了连续控制开 关稳压电源管理方案；
图5是增益控制信号对用于图4的发射器的可变电源信号和放大传 输信号功率的图；
图6是另一种传统发射器的一部分的方框图，该发射器采用了步进 控制开关稳压电源管理方案；
图7是增益控制信号对用于图6的发射器的可变电源信号和放大传 输信号功率的图；
图8是放大传输信号功率对用于具有和不具有补偿环路的图3的发 射器的增益控制信号的图；以及
图9是一个功率限控功能块的示例性实施例的方框图，该功率限控 功能块可以用于图3的发射器的功率管理功能块中。

应该理解，为了简要及清楚的说明，在考虑恰当的情况下，附图标 记可以在图中重复使用，来指示相应的或类似的元件。另外，可以包 括特定的细节，从而全面理解这里所描述的实施例。然而，本领域技 术人员应该理解，没有这些特定的细节，也可以实施这里所描述的实 施例。在其它例子中，为了不模糊这里所描述的实施例，不再详细描 述已公知的方法、过程和组件。此外，本说明书不被视为限制了这里 所描述的实施例的保护范围，而是仅仅描述了这里所描述的各种实施 例的实现方式。
无线通信设备是一种具有高级数据通信能力的双向通信设备，其具 有和其它计算机系统相通信的能力。该无线通信设备亦可以包括用于 语音通信的能力。取决于由该无线通信设备所提供的功能，其可以称 为数据通讯设备，双向传呼机，具有数据通讯能力的蜂窝式电话，无 线Internet应用，或者数据通信设备(具有或不具有电话通讯能力)。 该无线通信设备通过收发站网络和其它设备相通信。
首先参照图1，其中示出了无线通信设备100的示例性实施例的方 框图，该无线通信设备100亦可以称为移动通信设备。该无线通信设 备100包括多个诸如控制单元102之类的组件，该控制单元102控制 该无线通信设备100的全部操作。该控制单元102可以是一个微处理 器或一个微控制器。诸如来自ARM、Motorola、Intel及其类似公司的 可用的微控制器之类的任意商用微控制器都可以用作控制单元102。
通过通信子系统104来执行包括数据和可能的语音通信的通信功 能。通信子系统104从无线网络180接收消息，和将消息发送到无线 网络180中。在一个实施例中，可以根据CDMA2000标准，或者根据 全球移动通信系统(GSM)和通用分组无线业务(GPRS)标准来配置 通信子系统104。GSM/GPRS无线网络在全球范围内使用，并期望这 些标准将最终由增强数据GSM环境(EDGE)和通用移动无线通信服 务(UMTS)标准取代。新的标准仍处在定义中，但相信它们将类似 于这里所描述的网络行为，并且也将理解，该设备可以使用未来开发 的任意其它适宜的标准。无线链路连接该通信子系统104和网络180， 其代表一个或多个不同的射频(RF)信道，根据所定义的用于 CDMA2000或GSM/GPRS通信而指定的协议进行操作。用这些网络协 议，这些信道能够支持电路交换语音通信和分组交换数据通信。
控制单元102亦和其它诸如随机访问存储器(RAM)106、闪存108、 显示器110、辅助输入/输出(I/O)子系统112、数据端口114、键盘 116、扬声器118、麦克风120、短程通信子系统122和其它设备子系 统124之类的附加子系统相交互。取决于特定类型的无线通信设备， 这些组件中的一些是可选的。除了闪存108之外，可以使用现有技术 中已知的其它类型的非易失性存储设备。键盘116可以是电话式小键 盘(keypad)，字母数字混合编排的键盘或一些其它适宜的小键盘。
无线通信设备100的一些子系统执行通信相关的功能，而其它子系 统可以提供“常驻(resident)”或机上(on-device)功能。通过例子， 显示器110和键盘116既可以用于诸如通过网络180输入要传输的文 本消息之类的通信相关功能，也可以用于诸如计算器或任务列表之类 的设备常驻功能。控制单元102使用的操作系统软件，以及其它各种 算法典型地存储在诸如闪存108之类的永久存储器中，可选地，闪存 108可以是只读存储器(ROM)或类似的存储元件(未示出)。本领域 技术人员可以理解，操作系统、特定设备应用程序或其中的部分，可 以临时地载入到诸如RAM 106之类的易失性存储器中。
在已完成了所需要的网络注册或激活过程之后，无线通信设备100 可以通过网络180发送和接收通信信号。网络访问和该无线通信设备 100的用户或使用者相关联。为了识别用户，该无线通信设备100为 了和网络180相通信，需要在SIM接口128(或R-UIM接口)中插入 用户识别模块或“SIM”卡126或R-UIM(可拆装用户身份模块)。SIM 卡或R-UIM 126是一种传统的“智能卡”，这种智能卡用于识别该无 线通信设备100的用户，以及个性化该无线通信设备100，等等。可 选地，亦可以将用户识别信息编程到闪存108中。服务可以包括：诸 如email、语音邮件、短消息服务(SMS)、以及多媒体消息服务(MMS) 之类的web浏览和通讯。可以包括更多高级服务：销售点、现场服务 以及销售人员自动化。
该无线通信设备100是电池提供电力的设备，且其包括一个电池接 口132，用于连接一个或多个可再充电电池130。电池接口132耦合到 稳压器上(未示出)，该稳压器帮助电池130提供电源V+给无线通信 设备100。虽然现有技术利用了电池，但是诸如微燃料电池之类的未 来的电源技术可以提供电力给无线通信设备100。
除其操作系统功能之外，控制单元102执行在无线通信设备100 上的软件应用程序。在制造无线通信设备100期间，一般将在其上安 装一组应用程序，该组应用程序控制基本的设备操作，包括数据和语 音通信应用程序。可以载入到无线通信设备100中的另一应用程序可 以是个人信息管理器(PIM)。PIM具有组织和管理用户的兴趣数据项 的能力，诸如但不局限于e-mail，日历事件，语音邮件，约会以及任 务项。PIM应用程序具有经由无线网络180发送和接收数据项的能力。 在一个实施例中，经由无线网络180，利用无线通信设备用户的对应 数据项来无缝地集成、同步及更新PIM数据项，该无线通信设备用户 的对应数据项存储在主计算机系统中和/或和主计算机系统相关联。 该功能关于这些项在无线通信设备100上创建一个镜像主计算机。这 是特别有利的，其中主计算机系统是无线通信设备用户的办公计算机 系统。
通过网络180、辅助I/O子系统112、数据端口114、短程通信子 系统122、或任意其它适宜的设备子系统124，额外的应用程序也可以 载入到无线通信设备100上。这种应用程序安装上的灵活性增加了无 线通信设备100的功能，并可以提供增强的机上功能、通信相关功能， 或者同时提供了这两种功能。例如，利用无线通信设备100，安全的 通信应用程序可以执行电子商务功能及其它此类财务交易。
数据端口114通过外部设备或软件应用程序使用户设置偏好，并且 除了通过无线通信网络之外，通过向移动设备100提供信息或软件下 载，来扩展移动设备100的能力。可选的下载途径可以例如用于通过 一个直接而可靠可信的连接来将密钥载入到移动设备100上，从而提 供安全的设备通信。
不使用网络180，短程通信子系统122就可以提供无线通信设备100 和不同的系统或设备之间的通信。例如，子系统122可以包括一个红 外设备以及用于短程通信的关联电路和组件。短程通信的例子可以包 括由红外数据协会(IrDA)开发的标准，蓝牙，以及由IEEE开发的 802.11标准族。
在使用中，诸如文本消息、e-mail消息或web网页下载之类的接收 信号将由通信子系统104处理并输入到控制单元102中。接着控制单 元102处理该接收信号，输出到显示器110中，或可选地输出到辅助 I/O子系统112中。用户亦可以例如利用键盘116结合显示器110及可 能的辅助I/O子系统112来撰写诸如e-mail消息之类的数据项。辅助 子系统112可以包括的设备诸如：触摸屏、鼠标、跟踪球、红外指纹 检测器，或者具有动态按钮按压能力的滚轮。键盘116可以是字母数 字混合编排的键盘，和/或电话电话式小键盘。可以通过通信子系统 104经由网络180来传递所撰写的项。
对于语音通信来说，除了大部分接收信号被输出到扬声器118中， 以及大部分传输信号由麦克风120转换之外，无线通信设备100的全 部操作实质上是类似的。诸如语音消息记录子系统之类的可选语音或 音频I/O子系统亦可以在无线通信设备100上实现。虽然主要通过扬 声器118实现语音或音频信号输出，但是显示器110亦可以用来提供 诸如主叫方身份、语音呼叫持续时间、或其它语音电话相关信息之类 的其它信息。
现在参照图2，示出了图1的通信子系统组件104的方框图。通 信子系统104包括接收器150、发射器152、一个或多个嵌入式或内部 天线元件154、156、本地振荡器(LO)158、以及诸如数字信号处理 器(DSP)160之类的处理模块。
通信子系统104的特定设计取决于移动设备100在其中运行的网 络180，因此应该理解，图2中描述的设计仅当作一个例子。通过网 络180由天线154接收的信号被输入到接收器150，接收器150可以 执行诸如信号放大、频率下转换、滤波、信道选择、以及模数(A/D) 转换之类的接收器一般功能。接收信号的A/D转换允许诸如在DSP 160 上执行的解调和解码之类的更复杂的通信功能。以类似方式，由DSP 160处理要发射的信号，包括调制和编码。将这些DSP处理信号输入 到发射器152中，进行数模(D/A)转换、频率上转换、滤波、放大 及借助天线156经由网络180进行传输。DSP 160不仅处理通信信号， 还提供接收器和发射器控制。例如，通过DSP 160中实现的自动增益 控制算法，来适应性地控制被应用于接收器150和发射器180中的通 信信号的增益。
移动设备100和网络180之间的无线链路可以包括一个或多个不 同的信道，典型地是不同的RF信道，以及用于移动设备100和网络 180之间的相关协议。一般地，由于整个带宽的限制和移动设备100 的有限电池电力，RF信道是有限的资源，必须节约。
当移动设备100完全可操作时，发射器152典型地仅在其向网络 180发送时接通或开启，而其它时候关闭以节约资源。类似地，接收 器150周期性地关闭以节约电力，直到其在指定时段内需要接收信号 或信息(如果有的话)。
这里描述的各种实施例涉及电源管理功能块，其可以用于通信子 系统104的发射器152中。电源管理功能块提供了用于增益控制信号 和电源电压的改进控制，该增益控制信号被提供给前置放大器，该电 源电压被提供给功率放大器。该前置放大器和功率放大器都位于发射 器152的功率放大功能块中。通过使用一种连续的控制方案来优化功 率放大器所消耗的功率，在这种控制方案中，使用至少一个反馈环路 来考虑包括前置放大器和功率放大器的发射器特定组件的各种特性以 及各种控制信号，以便修改前置放大器的AGC控制来线性化放大发射 信号的功率和提供给放大功能块的AGC增益控制信号之间的关系。
现在参照图3，其中示出了发射器152的一部分的示例性实施例 的方框图，发射器152可以用在无线通信设备100的通信子系统104 中。发射器152包括功率放大功能块204，电源管理功能块206，可选 隔离器210和可选输出耦合器212。输出耦合器212经由收发转换开 关260连接到天线156上。收发转换开关260也连接到接收器150上 (未示出)。在一些情况下，输出耦合器212可以连接到检测器234上 进行功率限制。适用于天线156、隔离器210、输出耦合器212和收发 转换开关260的结构对于本领域技术人员来说是公知的，将不作进一 步的描述。
无线通信设备100产生数据信号，该数据信号利用发射器152发 射。该数据信号典型地是一种相对低频信号，一般称为基带信号。该 基带信号由通信子系统104的各种组件(未示出，但本领域技术人员 公知)处理，并和载波信号混合，该载波信号具有实际上较高的频率 来产生发射信号218。由功率放大功能块204放大发射信号218，从而 产生用于无线发射的放大发射信号220。接着，通过隔离器210、输出 耦合器212以及收发转换开关260发送该放大发射信号220，由天线 156对该信号进行辐射传播。隔离器210保护功率放大功能块204不 受来自下游组件(即，天线156)的反射或其它信号能量的影响。放 大发射信号220被充分放大，从而使其在远程基站或另一个通信设备 上被数据少量损失或无数据损失地接收。
功率放大功能块204包括前置放大器222和功率放大器224。前 置放大器222是可变增益放大器，典型地具有宽功率范围。前置放大 器222产生前置放大发射信号228。依赖于放大发射信号220的期望 功率级别，来改变前置放大器222的增益，从而提供第一增益量。由 增益控制信号226规定前置放大器222的增益，增益控制信号226由 功率限控功能块240提供。接着功率放大器224放大前置放大发射信 号228来提供所需增益的剩余部分。功率放大器224可以提供实际增 益，但典型地具有比前置放大器222更小的功率增益。本领域技术人 员应该理解，功率放大器224可以包括一个或多个放大级。
滤波器(未示出)可以可选地增加在前置放大器222之后，用于 移除由无线通信设备100的前置放大器222及在前级引入到前置放大 发射信号228中的噪声。诸如频带频率范围或滤波器阶数之类的滤波 器的特定特征将取决于要滤波的噪声。本领域技术人员将能选择适当 的滤波器参数。
输出功率放大功能块204受控于功率管理功能块206。功率管理 功能块206包括耦合器232、检测器234、开关稳压控制功能块236、 开关模式电源238、功率限控功能块240、补偿控制功能块242和求和 器244。功率管理功能块204可以划分成三个子组件：电源功能块(亦 称为开关稳压控制环路)，补偿反馈环路，以及功率限制反馈环路。开 关稳压控制环路包括耦合器232、检测器234、开关稳压控制功能块 236、以及开关模式电源238。补偿反馈环路包括开关稳压控制环路的 组件和补偿控制功能块242以及求和器244，并接收来自AGC控制信 号254和TX_lim控制信号246的输入。功率限制反馈环路包括耦合器 232、检测器234、以及功率限控功能块240，并接收来自求和器244 的输出和TX_lim控制信号246的输入。
亦应该注意到，在一些实施例中，功率限控功能块240、补偿控 制功能块242、求和器244和TX_lim控制信号246是可选的。在这些 实施例中，将AGC信号254作为增益控制信号226提供给前置放大器 222。此外，取决于特定的应用程序，可以分别使用功率限控环路和补 偿环路。下面将更详细地讨论这些环路。
在操作期间任意点处，功率放大器224需要电源电压信号230， 该信号具有足够的量值，从而使可以产生最多具有最大可接受失真级 别的放大发射信号220。如果功率放大器224总是用同一可接受失真 级别进行操作，则可以进行对应基带数据的固定校正，来抵销失真而 节约功率。因此，当放大发射信号220处于发射器动态范围内的任意 功率时，功率放大器224应具有不变的净空(headroom)，来确保放大 发射信号220至多、总是以相同方式失真。
功率放大功能块204中相当多功率损失的原因之一是放大发射信 号220很少处于上面提到的最大级别处，而是通常处于更低的功率级 别。提供给功率放大器224的电源电压信号230和放大发射信号220 的量值之间的过量净空消散为热。为了避免这种功率损失，开关模式 电源238由开关稳压控制功能块236控制，来提供具有特定量值的电 源电压信号230，从而有小但足够的净空量来产生具有可接受失真的 放大发射信号220。开关稳压控制功能块236和开关模式电源238包 括电源功能块。
调整(trim)信号258是由控制单元102提供给功率管理功能块 206的控制信号。调整信号258用于在无线通信设备100的工厂校准 期间，去除单元之间的差异。该差异是由于用于构建发射器152和反 馈/控制环路的组件的部分差异而导致的偏移产生的。调整信号258 调整或减少由这些偏移/偏差而导致的差异。通过在操作期间采样开 关模式电源238的输出，以及调节调整信号258的值可以做到这一点， 以获得可接受的性能。另外，发射器152的压缩损伤(artifacts)可以 被测量，调节调整信号258的值，直到观察到期望的失真量。取决于 容限层级，在一些设计中，调整信号258是可选的。
检测器234经由耦合器232感测前置放大发射信号228，其是用 于功率放大器224的输入驱动。接着检测器234产生检测前置放大输 出信号256。在一些实现方式中，检测器234可以近似于具有线性标 度输出的实际RMS检测器。然而，亦可以使用具有其它输出形式的检 测器，包括对数输出。此外，亦可以使用非RMS检测器。通过不和功 率放大器224的输出相耦合来感测放大发射信号220，检测器234的 位置造成环路稳定以及功率节约。如果检测器234放置在可以受到增 益扩大(expansion)影响的地方(即，功率放大器224的输出侧上)， 则功率放大器224的增益扩大将导致具有右手极性(pole)的控制系 统。在检测器234位于功率放大器224的输出端的情况下，诸如增益 扩大或可能的噪声造成的功率增大例如将导致检测到的输出增大及抬 高电源电压信号230。最终的增益扩大将进一步增大检测到的功率。 该过程渐次升级。通过将检测器234放置在前置放大器222的输出端 来避免这一点。
本领域技术人员可以选择适当的耦合器232来和检测器234一起 使用。该选择过程基于诸如功率放大器224的类型、功率管理功能块 206中的各个控制功能块的调谐、以及功率管理功能块206的计划整 体性能目标之类的参数。定向耦合器可以用作耦合器232，但如果前 置放大器222具有足够的反向绝缘，则亦可以使用电阻式分接头。
将检测到的前置放大输出信号256和调整信号258提供给功率管 理功能块206，来限制放大功能块204的输出功率。通过利用这些信 号和下面讨论的其它信息，来执行调整前置放大器222的增益和控制 开关模式电源238提供特定电平的电源电压信号230中的至少一种操 作做到这一点。应该注意到，发射器设计中的变化的主要来源不是由 于功率放大器224的热特性，而是由于前置放大器222的不良的热特 性和频率特性中的变化。因此，通过检测前置放大器222的输出功率 228，在降低发射器152中的功率损耗的同时，可以去除发射器152中 的大部分变化。
开关稳压控制功能块236用电源控制信号264控制开关模式电源 238，电源控制信号264可以是连续信号、脉宽调制信号或脉冲密度调 制信号。基于调整信号258和检测到的前置放大输出信号256，控制 开关模式电源238来以理想方式提供电源电压信号230。电源电压信 号230是用于功率放大器224的功率源。另外，在一些实现方式中， 可以在开关模式电源238的输出端使用滤波器，来从电源电压信号230 中过滤特定的高频噪声分量。
开关稳压控制功能块236利用一种控制设备来将控制电压提供给 开关模式电源238，以输出用于电源电压信号230的正确量值。各种 控制设备和不同的开关模式电源相关联，以控制其输出，并且本领域 技术人员将知道如何用适当的控制设备实现功能块236。开关模式电 源238可以是DC-DC开关转换器。然而，很多设备可以用作开关模式 电源238，只要满足放大功能块204的输出电压、电流、效率及噪音 要求。
在一些实施例中，开关稳压控制功能块236可以使用开关控制传 递函数来产生电源控制信号264。在这种情况下，通过着眼于功率放 大器224的几种不同输出功率级别，以及降低用于这些级别的电源电 压信号，直到每个功率级别都获得了一个可接受的最小净空级别，可 以产生开关控制传递函数。这提供了功率放大器224的功率级别和电 源电压信号230的级别之间的第一关系。这些不同的功率级别又与当 电源电压信号230保持在对每个功率级别来说刚刚能发现的最小级别 处时的输入驱动的级别(即，检测器234的输出端)有关，从而获得 输入驱动级别和功率放大器224的功率级别之间的关系。接着组合这 两种关系，来定义检测器234的输出和开关模式电源238的输出之间 的开关控制传递函数。
接着或者通过建模，或者通过实际测试，可以观察到开关控制传 递函数的阶跃响应，并且根据发射器152的需要，调整传递函数的特 定参数来获取可接受的定时。执行这些的步骤是：1)测量系统的阶跃 响应，2)为了满足定时要求，分析响应的形状来确定传递函数所需要 的补偿，3)应用补偿并测试系统，以及4)如果必需，则回到步骤1， 并重复直到性能令人满意。这个过程被适当地重复，因为在测试期间， 人们有时会发现一些意想不到的副作用。接着，通过着眼于功率管理 和放大功能块202及204的阶跃响应，以及产生适当的逆(inverse)， 可以在这一点定义开关控制传递函数。
通过利用具有线性一阶低通函数和偏置的滤波器，可以用硬件实 现开关控制传递函数。该滤波器被偏置了一位，来补偿不正好在0伏 操作的开关/其它电路的响应。通过用开关控制传递函数的期望时间 响应，对其应用拉普拉斯变换，接着基于产生的极点和零点来合成滤 波，可以实现滤波器。然而，通过使用查找表，亦可以用软件实现开 关控制传递函数。
利用一种用于开关稳压控制功能块236和开关模式电源238的连 续控制方案来产生电源电压信号230，而不用任何额外的信息或反馈， 易在自动增益控制(AGC)信号254和放大发射信号220的功率之间 的关系中引入大量的非线性。这种非线性是当电源电压信号230的量 值改变时(即，改变了作为功率放大器224偏置条件的增益扩大)，功 率放大器224经历的增益变化的结果。输入偏置通常是由功率放大器 224内部产生。可以控制功率放大器224的静态电流。如果期望，则 可以通过调整该静态电流获得额外的功率节约。这种非线性使得校准 和温度补偿是困难的。
现在参照图4，其中示出了传统发射器300的一部分的方框图， 该传统发射器采用了一种连续控制开关稳压功率管理方案。发射器300 包括前置放大器322、功率放大器324、开关稳压控制功能块336和开 关模式电源338。发射器接收发射信号218，该发射信号218由前置放 大器322以及接着由功率放大器330放大，从而产生放大发射信号320。 前置放大器322的增益由AGC信号254控制。亦将AGC信号254传 递给开关稳压控制功能块336，该开关稳压控制功能块336利用该信 息来选择控制开关模式电源338，以产生电源电压信号330所需要的 值。
现在参照图5，其中示出了一幅AGC信号254对电源电压信号330 的曲线390，以及AGC信号254对用于发射器300的放大发射信号320 的功率的曲线391的图。图的区域392清楚示出了AGC信号254和电 源电压信号330、以及放大发射信号320的功率之间的非线性。这种 非线性使得校准发射器300十分困难。这些曲线亦称为控制曲线。这 种非线性是当其电源电压增大时，功率放大器324所经历的增益扩大 的结果。有时，通过在功率放大器324的较前级中维持一个不变偏置， 可以最小化增益扩大。然而，如果不采取额外的措施，则这样做降低 了功率效率。在功率放大器的情况下(其中功率放大器由于偏置电路 结构，具有一个有限最小电源电压)，通过将偏置电路电源固定到一个 较高电压上，以及将最后一级电源电压降到前面的有限最小电源电压 之下，可以获取额外的好处。
作为这些问题的结果，一些传统设计使用了第二种方法，其中开 关转换器由步进控制取代了连续控制。由于每个状态必须独立校准， 因此这导致了更不优化的功率节约以及额外的校准步骤。
现在参照图6，其中示出了另一种传统发射器400的一部分的方 框图，这种发射器采用了一种步进控制开关稳压功率管理方案。发射 器400包括前置放大器422、功率放大器424和开关模式电源438。发 射信号218提供给发射器400，其中发射信号218由前置放大器422 放大并接着由功率放大器424放大，从而产生放大发射信号420。前 置放大器422的增益由AGC信号254控制，该AGC信号254由关联 处理器提供。步进控制信号470控制开关模式电源438来产生电源电 压信号430。
现在参照图7，其中示出了AGC信号254对发射器400的电源电 压信号430以及放大发射信号420的功率的各条曲线，其针对步进控 制开关管理方案的两种不同状态。曲线490代表在第一状态期间放大 发射信号420的功率对AGC信号254。曲线491代表在第一状态期间 电源电压信号430对AGC信号254。曲线492代表在第二状态期间放 大发射信号420的功率对AGC信号254。曲线493代表在第二状态期 间电源电压信号430对AGC信号254。当放大发射信号420的功率和 AGC信号254之间的关系线性上升到一个饱和点时，由于每个状态的 校准必须独立进行，因此校准仍然是困难的。
再次参照图3，当电源电压信号230的量值改变时，校准困难来 自于功率放大器224的增益变化。随着电源电压信号230增大，功率 放大器224的增益亦增大。在先前的控制方案中，电源电压信号230 被控制作为AGC信号254的函数。随着AGC信号254增大，功率放 大器224的增益可预见地增大，但在曲线的特定点处，输出增大得更 迅速。这是由于增大的前置驱动器增益以及由于电源电压信号230的 量值变化而产生的功率放大器224中的增益变化的组合效果。因此， 通过在AGC信号254到达前置放大器222之前将额外补偿应用到AGC 信号254上，可以消除控制曲线中的缺陷。
图3中示出的功率管理功能块206的拓扑被设计成解决图4到7 中示出的传统开关控制方案中的缺陷。功率管理功能块206使用了一 个补偿反馈环路来创建AGC信号254和放大发射信号220的功率之间 的基本线性的关系。补偿反馈环路包括补偿控制功能块242和求和器 244。补偿控制功能块212是一个估算器，该估算器在开关模式电源 210的输出端采样电源电压信号232，并将电源电压信号230转换成增 益校正信号252。接着，经由求和器244从AGC信号254中减去增益 校正信号252，从而产生修改增益控制信号262。补偿反馈环路用作为 消除改变电源电压信号230的量值而引入到功率放大器224的副作用。
补偿传递函数可以由补偿控制功能块242使用，来将电源电压信 号230的值转换成增益校正信号252的值。首先，为几个功率放大器 确定增益和功率放大器224的电源电压信号230之间的关系。一旦已 获得一个平均关系，考虑前置放大器222的一些诸如前置放大器222 的控制斜率(control slope)之类的平均特性，对平均关系取反产生补 偿传递函数，从而使增益和电源电压信号232之间具有线性关系。要 考虑的一个特性是前置放大器222的平均增益对控制电压曲线。通过 匹配检测器和发射器链的特性，可以在最高功率处补偿热特性。可选 地，可以使用另一种使用强力软件补偿的设计，其具有所有功率级别 处的温度补偿。一旦选定了补偿传递函数，通过查看阶跃响应，检查 瞬态特性来确保该瞬态特性落在可接受限度内。在使用了开关控制传 递函数的设计中，在选定并调谐开关控制传递函数之后，选定并调谐 补偿传递函数。在亦使用了功率限制传递函数的设计中(这在下面进 行讨论)，将功率限控功能块240的参数设置为高，以不影响选定并调 谐补偿传递函数。
补偿传递函数可以通过查找表用软件实现，或者利用使用了硬件 滤波器的硬件实现。当补偿传递函数经由查找表实现时，电源电压信 号230和该信号的变化率用于确定增益校正信号252的值。由于需要 花一些时间对其它电路进行调节，因此电源电压信号230的变化率可 以用于预测功率放大器224接下来的状态。在一种可选设计中，人们 可以监视其它偏置参数。
当补偿传递函数用滤波器实现时，将拉普拉斯变换应用于对应于 补偿传递函数的时间响应或脉冲响应，并且接着基于由拉普拉斯变换 操作产生的极点和零点来合成滤波。补偿传递函数的选定不仅允许补 偿静态增益变化，也允许由于控制及功率单元中的迟延而导致的动态 变化。补偿传递函数具有一个线性项和一个一阶导数项。
现在参照图8，其中示出了一幅针对具有及不具有补偿反馈环路 的发射器152的放大发射信号的功率对AGC信号254的图。曲线290 示出了放大发射信号220的功率作为在没有补偿反馈环路的情况下的 AGC信号254的函数。曲线292示出了放大发射信号220的功率作为 在具有补偿反馈环路的情况下的AGC信号254的函数。区域294突出 了补偿反馈环路去除了非线性的事实。区域296突出了补偿反馈环路 降低或延迟了饱和效应的事实。
功率管理功能块206的功率限制反馈环路设计成在过功率情况发 生之前对其进行预测及校正。功率限制反馈环路包括功率限控功能块 240、耦合器232、检测器234以及求和器244。基于各种输入，由功 率限控功能块240设置增益控制信号226。由控制单元102提供AGC 信号254和TX_lim控制信号246。可选地，如果存在，可以由通信子 系统104中的处理器提供这些信号。TX_lim控制信号246指定功率放 大器224的输出的最大允许功率。TX_lim控制信号246是一个DC信 号，其与无线通信设备100的操作频率有关。当操作频率改变时， TX_lim控制信号248的值以对应方式改变。AGC信号254通过补偿 控制功能块242的输出进行修改。检测器234感测前置放大信号228 的量值，并产生一个对应的检测器输出信号256，其被发送到功率限 控功能块240。功率限控功能块240监视检测器输出信号256来确定 前置放大信号228的量值超过发射功率限控信号TX_lim 246的量值的 时间。
当前置放大信号228的量值超过发射功率限制时，通过控制前置 放大器222的增益，功率限控功能块240调节修改后的AGC信号262 的值来降低到功率放大器224的输入驱动。降低输入驱动的效果是缩 减了放大发射信号220的功率。已通过补偿控制功能块242的输出来 修改AGC信号262，从而关于增益控制信号226线性化放大功能块204 的输出功率。从补偿控制函数中分离功率限制函数，亦降低了补偿控 制功能块242的精确性要求。
现在参照图9，其中示出了功率限控功能块240的示例性实施例 的方框图。功率限控功能块240包括求和器502、限幅器504、积分器 506、功率限制传递函数508和第二求和器510。功率限控功能块240 可以在过功率情况发生之前对其进行预测，并为增益控制信号226提 供一个适当的值，来避免该过度功率情况出现。这基于用于功率限制 传递函数508的特定值的选择，并且在为增益控制信号226产生一个 新值之前，通过检查功率误差信号(即，求和器502的输出)和功率 误差信号的变化率(即，误差信号512)。这些信号的变化率涉及检测 器203的输出的变化率。如果具有高变化率，则将在输出功率中出现 脉冲过冲(overshoot)，并将产生过功率条件。
当求和器502从检测到的前置放大输出信号256中减去TX_lim信 号246时，获取功率误差信号。接着将功率误差信号顺序传递通过限 幅器504、积分器506以及功率限制传递函数508来产生误差信号512。 限幅器504通过将所有负的输入值转换成0并且利用调节因子传递正 值来产生限幅功率误差信号，以得到对校正最差的AGC误差被视为是 必需的校正量。因此，当TX_lim信号246具有比检测到的前置放大输 出信号256更大的振幅时，限幅器504的输出是0。此外，当检测到 的前置放大输出信号256的量值大于TX_lim信号246的量值时，限幅 器504的输出值等于检测到的前置放大输出信号256和TX_lim信号 246之间的振幅差值乘以调节因子。调节因子用于缩放目的来补偿所 使用的各种组件的灵敏度。在没有限幅器504的情况下，不管AGC信 号254的值，功率限控功能块240将迫使发射器152以最大功率运行。 接着积分器506积分限幅功率误差信号来提供积分功率误差信号(当 功率限控功能块240稳定时，以获取发射功率中的零功率残留误差)。 可以以硬件或软件形式来实施积分器506。
功率限制传递函数508具有一个线性项和一个一阶导数项。功率 限制传递函数508处理积分功率误差信号来在过功率出现之前检测过 功率情况。在放大功能块204的输出功率的快速斜坡上扬期间，功率 控制环路，包括开关稳压控制功能块156和开关模式电源210，其自 身可能不足以迅速响应。然而，当检测到积分误差的大变化率时，人 们可以假设已经或很快将超过限制，输出必须非常迅速地箝位。该功 能由包括功率限制传递函数408的功率限控功能块207中的各个功能 块提供。选择功率限制传递函数508来获得功率限控功能块240的期 望瞬态特性，并且可以基于不同形状的功率斜坡的现有知识选择功率 限制传递函数508，从而进行发射功率限制的控制。术语“功率斜坡” 指的是功率和时间之间的关系，其用于在不同功率级别之间转换。期 望形状的知识允许进行更精确设计的功率限制传递函数。
当超出功率限制TX_lim时，通过求和器510从修改后的AGC信 号262中减去误差信号512，从而产生增益控制信号226来控制前置 放大器222的增益。可选地，如果没有超出功率限制TX_lim，则误差 信号具有值0，并且增益控制信号226是修改后的AGC信号262。通 过从AGC信号254中减去补偿控制功能块242的输出，产生修改后的 AGC信号262。
通过为检测信号234设置多个值，从而测试关于发射功率控制信 号TX_lim 246的值的过功率的多个过功率级别，以及为传递函数选择 值，可以产生功率限制传递函数508，从而使误差信号512的级别被 调整，以便于增益控制信号226导致产生一个可接受级别的输入驱动， 其由前置放大器222的输出提供。这设置了功率限制传递函数508的 稳定状态特征。接着，通过着眼于功率限制传递函数508的阶跃响应， 观察功率限制传递函数508的瞬态特性。接着，调节功率限制传递函 数508的值，以便阶跃响应的上冲和稳定时间是可接受的。在包括开 关控制环路、补偿环路以及功率限制环路的设计中，在调谐功率限制 传递函数之前，选择并调谐开关控制传递函数和补偿传递函数。
应该注意到，通过选择检测器234以及调谐功率限制控制单元240 的方式，提供精确的独立于数据率的功率限制。如果检测器234不是 实际RMS检测器，随着峰对平均功率比的改变，检测器234的观察到 的输出也随之变化。功率限制传递函数508的精度将依赖于检测实际 RMS功率。而且，一些检测器将具有对数输出。利用对数输出，进一 步压缩刻度的顶部，因此输出功率的精确控制涉及比较愈来愈小的电 压差异。利用线性实际RMS检测器，测量独立于数据率，并且刻度的 顶端被扩展。
由于使用补偿传递函数，可以用具有滤波器的硬件实现功率限制 传递函数508。可选地，可以用软件(即，作为一个查找表)实现这 些传递函数。对这些软件实现来说，响应时间取决于用于进行计算/ 查找的软件的保证响应时间。在具有许多应用程序并行运行的处理器 上，这涉及到1)代码效率，以及2)当执行实时代码时，操作系统是 否可以确保保证等待时间。对传递函数的软件实现来说，利用分散的 时间步骤进行分析。一般来说，调节组件的定时来提供对定时要求的 最佳适配，该定时要求由标准及网络提供商规定。一个定时参数的值 可能需要和另一个定时参数的值进行折衷。
通过将检测器234放置在前置放大器222之后以及功率放大器224 之前，可以取消隔离器210和输出耦合器212。相反，如果检测器234 放置在功率放大器224的输出端，则需要隔离器210和输出耦合器212 来避免检测器234感测到反射功率。此外，如果放置在功率放大器224 的输出端，由于检测器234进行采样，放大发射信号220中具有功率 损失。
由于功率放大器224的反向隔离避免反射功率到达检测器234， 因此可以移除隔离器210和输出耦合器212。S12参数指示了功率放大 器224的反向隔离，该参数是功率放大器224的输入端功率和功率放 大器224的输出端功率之间的比率，这时不提供输入信号给功率放大 器224，并且功率在功率放大器224的输出端注入。通过控制功率放 大器224的最终增益级的栅漏电容(对于FET功率放大器)及功率放 大器224的最终增益级的集电极基极电容(对于HBT功率放大器)， 可以获得好的反向隔离。
由于使用数量减少的组件实现发射器152，移除隔离器210和输 出耦合器212导致成本节约。此外，移除隔离器210和输出耦合器212 消除了额外组件，其中功率可以在功率放大功能块204和天线156之 间转移或消耗，这降低了放大发射信号220在到达天线156之前的功 率损失量。
然而，在移除隔离器210和输出耦合器212的情况下，由于通过 扰乱功率放大器224的操作点，作为负载偏移结果的功率放大器224 的输出端的反射功率可能导致正向功率变化，因此功率放大器224必 须匹配收发转换开关260来避免负载引起的功率变化(尤其如果移除 了隔离器210)。而且，如果反向隔离差，则反射功率有时可以扰乱功 率放大器224的输入。然而，在具有好的反向隔离以及和收发转换开 关260匹配的情况下，可以移除隔离器210和输出耦合器212，而不 会有损于一般的最大输出功率精确性。
应该注意到，功率管理功能块206的结构和检测器234的位置导 致：1)精确的独立于速率的功率限制，以及2)线性化放大器功能块 204的AGC曲线对发射功率。而且，开关稳压控制功能块236使用的 连续控制方法导致：1)更好的功率节约，以及2)在电源电压信号230 的量值中的阶跃变化期间发射信号中无相中断。
每个传递函数以与其功能有关的适宜方式进行调谐，并且各个功 能块中使用的传递函数彼此不同。而且，如果在输出功率可能迅速改 变的形势下使用发射器152，诸如在访问检测或选通发射期间，需要 环路的仔细调谐。
通过移除功率放大功能块204和功率管理功能块206的功率对 AGC响应曲线中的非线性，功率管理功能块204的结构，以及用于获 得补偿控制功能块242的传递函数的方法有助于降低校准时间。通过 延迟AGC曲线饱和的出现，补偿控制功能块242和对应的方法亦有助 于改善顶部功率校准。这两个结果都可以达到，而不用牺牲掉功率节 约，并且不用引入相中断作为操作功率函数(如果存在，其必须利用 基带处理进行表征和校准)。补偿控制功能块242和对应的方法亦允许 开关模式电源238使用较慢的DC-DC转换器，这导致效率方面的好处， 而不用付出通常的瞬态响应代价。基于电源电压信号级别的变化，可 以预测功率需要。由于较慢的DC-DC转换器的输出可以在预先改变， 因此可以使用它们。
应该理解，在不脱离这些实施例，所附权利要求中定义的一般保 护范围的情况下，可以对这里描述及说明的实施例进行各种修改。