專利名稱：控制d類放大器的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子通信設(shè)備，所述電子通信設(shè)備運(yùn)行在減小功率消耗的數(shù)字模式下。
背景技術(shù)：
便攜式電子設(shè)備已成為個人、商務(wù)和娛樂活動的許多方面的一部分。各種便攜式個人電子通信系統(tǒng)，如便攜式電話、便攜式電視和個人尋呼機(jī)等的普及程度正在不斷增長。由于便攜式電子系統(tǒng)的普及程度的增長，對更小、更輕、功能更強(qiáng)和更有功效的設(shè)備的需求也在不斷增長。電子信號的放大和處理是許多便攜式電子系統(tǒng)執(zhí)行的功能。放大電路和半導(dǎo)體器件往往產(chǎn)生相當(dāng)大的熱量和消耗相當(dāng)大的功率。不斷地收縮包含放大電路和各種器件的封裝，往往減小上述設(shè)備通過對流消耗熱量的能力。由于縮小封裝的尺寸，這些設(shè)備所占的空間變得相當(dāng)有限，因此減小了通過對流循環(huán)和消除熱量的機(jī)會。另外，這些更小、更輕電子設(shè)備的封裝在重要部分要用如塑料的材質(zhì)制造，塑料封裝通常比金屬封裝輕。然而相對于金屬，塑料一般對于熱傳遞具有更大的熱阻。熱傳遞的機(jī)會和功率電路通過傳導(dǎo)的冷卻，由于非金屬性材料的大量使用而顯著地減少。半導(dǎo)體器件的可靠性一般既與器件的運(yùn)行溫度直接相關(guān)，又與器件在運(yùn)行期間經(jīng)歷的溫度變化直接相關(guān)。由于這些原因，便攜式電子系統(tǒng)的制造商試圖減小系統(tǒng)內(nèi)器件的功率消耗。通過減小系統(tǒng)內(nèi)的功率消耗，減小了產(chǎn)生的熱量，增加了可靠性。減少功率消耗的好處除了由于降低溫度而增加了可靠性，還增加了運(yùn)行時間。因?yàn)楸銛y式電子設(shè)備通常使用電池供電，因此減少功率消耗可以轉(zhuǎn)化為較長的電池壽命和較長的充電間隔時間或電池更換間隔時間。一種減少功率消耗的方法是采用數(shù)字設(shè)計(jì)。數(shù)字通信系統(tǒng)正在較多地方代替模擬通信系統(tǒng)。數(shù)字技術(shù)表現(xiàn)出超過模擬系統(tǒng)的上升趨勢的一個原因是數(shù)字系統(tǒng)可以提供比模擬系統(tǒng)更強(qiáng)的性能和更低的總體功率消耗。數(shù)字系統(tǒng)日益普及的另一個原因是數(shù)字系統(tǒng)一般可以比相應(yīng)的模擬系統(tǒng)消耗更少的功率來完成同樣的功能。數(shù)字系統(tǒng)可以比模擬系統(tǒng)消耗更少的功率是因?yàn)閿?shù)字系統(tǒng)采用兩個不同的值1和0來運(yùn)行。這些值一般由處于飽和狀態(tài)或截止?fàn)顟B(tài)的半導(dǎo)體產(chǎn)生。在飽和狀態(tài)，有電流通過器件，但是器件的電壓低。電子器件消耗的功率在大多數(shù)情況下等于器件的電壓乘以通過該器件的電流。器件在飽和狀態(tài)消耗的功率是通過器件的電流乘以低的飽和電壓。因?yàn)榘雽?dǎo)體器件的飽和電壓普遍低，所以等于電壓乘以電流的功率也普遍低。在半導(dǎo)體器件的截止?fàn)顟B(tài)，器件的電壓通常處于最大值。而在截止?fàn)顟B(tài)通過器件的電流普遍低，通常為零或低的泄漏電流。因?yàn)殡娏髟诮刂範(fàn)顟B(tài)很低，則代表電流乘以電壓的功率也普遍很低。數(shù)字電路在運(yùn)行時通常處于截止或飽和狀態(tài)，除了在其狀態(tài)轉(zhuǎn)換的時間之外。對比之下，模擬電路通常在截止區(qū)域和飽和區(qū)域之間運(yùn)行，在通常稱為活躍區(qū)的區(qū)域。在活躍區(qū)運(yùn)行的器件通常有較大的電壓電平，同時也有較大的電流通過器件。在活躍區(qū)運(yùn)行的器件中同時出現(xiàn)較大的電壓和較大的電流，一般表示電流與電壓的乘積，如器件消耗的功率，也會較大。運(yùn)行在模擬模式的設(shè)備本質(zhì)上比運(yùn)行在數(shù)字模式的設(shè)備會消耗更多的功率。這樣，功率靈敏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者常常采用數(shù)字電路，如果可能的話，作為節(jié)省功率的方法。制造的第一代便攜式電話是模擬系統(tǒng)。這些電話都比較大，并需要相當(dāng)大的電源。隨著便攜式設(shè)計(jì)繼續(xù)發(fā)展，越來越多的電話采用更多的數(shù)字電路來設(shè)計(jì)。盡管在消除電話中的模擬電路方面已取得更大進(jìn)展，向數(shù)字電路的轉(zhuǎn)變沒有達(dá)到完全的100％。為了試圖進(jìn)一步節(jié)省功率，制造者不斷嘗試用更有效的數(shù)字子系統(tǒng)代替模擬子系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
功率放大器，當(dāng)用于便攜式通信設(shè)備時，一般是會消耗相當(dāng)大功率的模擬電路。本發(fā)明的一個實(shí)施例采用D類數(shù)字放大器代替模擬功率放大器。有了D類數(shù)字放大器，功率輸出的改進(jìn)通過改變放大器的占空因數(shù)來實(shí)現(xiàn)。這樣放大器的輸出可以依賴放大器的輸出功率需要而改變。便攜式通信設(shè)備通常有大量的模擬電路用于調(diào)制。調(diào)制電路結(jié)合了振蕩器和線性移相電路以完成信號調(diào)制。本發(fā)明也采用移相調(diào)制器的數(shù)字形式用于提供相移鍵控調(diào)制。便攜式電話中的相移鍵控調(diào)制通常由包含大量模擬元件的電路提供。可編程除法調(diào)制器可用于提供數(shù)字相移鍵控調(diào)制。在第三個實(shí)施例中，可編程除法調(diào)制器用于代替包含模擬元器件的電路。因?yàn)槔e的實(shí)施例中披露的改進(jìn)基本上是數(shù)字的，因此與高功率消耗的模擬形式相比較，可以減小功率消耗，提高可靠性。本發(fā)明的其他系統(tǒng)、方法、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，通過對下面的附圖和詳細(xì)描述的分析，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說是顯而易見的。所有在本說明中包括的附加系統(tǒng)、方法、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)在本發(fā)明的范圍中，并被隨附的權(quán)利要求保護(hù)。


附圖中的組成部分不需按比例繪制，重點(diǎn)在于用于說明本發(fā)明的思想。另外，在附圖中，相同的參考數(shù)字指明不同圖中的對應(yīng)部分。
圖1是本發(fā)明的實(shí)施例應(yīng)用的系統(tǒng)環(huán)境的現(xiàn)有技術(shù)框圖。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)中便攜式電話的發(fā)送部分框圖，示出了電話靠近基站時的輸出信號與遠(yuǎn)距離便攜式通信設(shè)備的輸出的對比。
圖3是D類放大器如何產(chǎn)生“近”和“遠(yuǎn)”信號的圖形描述。
圖4是二元相移鍵控(BPSK)信號中二元，如180度相移，的傳統(tǒng)表示的圖形描述。
圖5是用于產(chǎn)生BPSK信號的傳統(tǒng)機(jī)制的總體框圖。
圖6是正交相移鍵控(QPSK)波形的傳統(tǒng)信號相位和數(shù)據(jù)編碼圖形表示，常常稱作集。
圖7是用于相移鍵控(PSK)調(diào)制信號的普通相位和幅度對準(zhǔn)方案的框圖。
圖8是分為幅度和相位部分的正交相移鍵控信號的框圖表示。
圖9是說明平均功率輸出和幅度調(diào)制的數(shù)字聯(lián)合的框圖。
圖10是波形的圖形表示和如何為了創(chuàng)建增量西格馬(Delta-Sigma)調(diào)制器的數(shù)字形式來選擇和改變這些波形。
圖11是這種數(shù)字可編程除法調(diào)制器的框圖。
圖12是本發(fā)明一個包括數(shù)字調(diào)制器和數(shù)字輸出放大器的實(shí)施例的框圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施例總體上與通信設(shè)備內(nèi)的功率消耗相關(guān)，在具體實(shí)施例中，與個人便攜式通信系統(tǒng)內(nèi)的功率消耗相關(guān)。通信系統(tǒng)可以采用多種便攜式電子設(shè)備。通信系統(tǒng)通常包括一個或多個便攜式單元，所述便攜式單元從一個或多個遠(yuǎn)程設(shè)置的發(fā)送器和/或接收器進(jìn)行發(fā)送和/或接收。在許多便攜式通信應(yīng)用中，希望減少內(nèi)部電子部件的功率消耗。減少功率消耗會提高電子設(shè)備的可靠性。在相移鍵控(PSK)調(diào)制過程中，發(fā)送的信息被包含在發(fā)送信號的相位中。換句話說，PSK信號的相位依賴將傳送的信息而改變。相移鍵控的多變量一般用于在無線通信設(shè)備中傳送信息。
圖1是說明本發(fā)明實(shí)施例應(yīng)用的系統(tǒng)環(huán)境的現(xiàn)有技術(shù)框圖。在圖1中，無線通信設(shè)備101通過通信信道103與基站105通信。基站105將來自無線通信設(shè)備的通信結(jié)合到陸地電話系統(tǒng)107中。
圖2是包含無線通信設(shè)備發(fā)送部分圖解的框圖。設(shè)備具有送話器輸入201，用于輸入用戶的聲音。送話器輸入201將用戶的聲音波形轉(zhuǎn)換為電信號，在輸入處理模塊203中處理。該信號在輸入處理模塊203中處理，然后發(fā)送到調(diào)制器205，該信號在調(diào)制器205中與載波信號結(jié)合。調(diào)制的信號然后發(fā)送到頻移器207中，將調(diào)制信號的頻率增大到設(shè)備的廣播頻率，然后產(chǎn)生出廣播頻率信號。廣播頻率信號然后發(fā)送到射頻放大器209中進(jìn)行放大，并發(fā)送到天線211用于作為輸出信號213廣播。廣播信號的幅度會依賴于無線通信設(shè)備101是否遠(yuǎn)離或靠近基站105而改變。如果設(shè)備101靠近基站，產(chǎn)生近信號217，與輸出信號范圍215相比，該信號是一個具有相當(dāng)?shù)头鹊男盘?。如果設(shè)備101遠(yuǎn)離基站，將產(chǎn)生遠(yuǎn)信號219。遠(yuǎn)信號219是一個比近信號217的幅度更高的信號。依賴電話與基站的距離改變輸出信號的幅度，有很多方面的優(yōu)點(diǎn)。一方面是當(dāng)設(shè)備101相當(dāng)靠近基站105時，可以節(jié)省功率。當(dāng)設(shè)備101相當(dāng)靠近基站105時，在基站105產(chǎn)生易讀信號比設(shè)備101遠(yuǎn)離時消耗的功率更少。不論基站在附近或很遠(yuǎn)，給發(fā)送信號加上相同的功率，會浪費(fèi)設(shè)備內(nèi)有限的電池能量。另外，無線通信設(shè)備可以改變其功率以致從設(shè)備到達(dá)基站的信號相對不變，不管設(shè)備與基站間的距離。因?yàn)榘l(fā)送的信號以相近的功率等級到達(dá)基站，所以對于基站來說很容易處理到來的信號。
數(shù)字輸出功率調(diào)節(jié)和幅度調(diào)制無線通信設(shè)備內(nèi)的射頻功率放大器是模擬放大器，如A類放大器。A類放大器通常具有靜態(tài)電流，即使沒有信號輸出。一般都知道A類放大器既效率低又是線性的。線性常常是以功率消耗換來的。這種交換對于A類放大器尤其典型，與其輸出功率相比，要消耗相當(dāng)大的功率。A類放大器的另一個特點(diǎn)是容易控制改變其輸出。另一類放大器是D類放大器。D類放大器靠在飽和和截止間切換來運(yùn)行。當(dāng)放大器處于飽和態(tài)時，放大器輸出的電流為最大值。但是，因?yàn)檩敵鍪秋柡偷?，因此在輸出中有很低的電壓。因?yàn)檩敵鲋杏泻艿偷碾妷?，因此消耗功率很小。?dāng)放大器處于截止態(tài)時，放大器的輸出電壓是最大值，但輸出的電流值很小，通常是泄漏電流或零。D類放大器一般在全滿(飽和)和全空(截止)間變化。
圖3是D類放大器如何產(chǎn)生如圖2中所示的不同幅度的“近”和“遠(yuǎn)”信號的圖形描述。圖3中的波形301顯示了一個D類放大器的輸出的例子。波形在輸出信號范圍300的最小值和最大值之間變化。如果將波形301耦合到積分電路303的輸入305，那么波形如309可以在積分電路303的輸出307中體現(xiàn)。信號309的幅度不再在輸出信號范圍300內(nèi)擺動。如果波形301的占空因數(shù)增大，則可以產(chǎn)生波形如311。如果將波形311耦合到積分電路303的輸入305，則波形如311可以在積分電路303的輸出307中體現(xiàn)。波形313的幅度比波形309的大。因?yàn)镈類放大器占空因數(shù)的變化導(dǎo)致不同的幅度波形，因此當(dāng)耦合到積分器303后，放大器所產(chǎn)生的輸出也改變了。如果將D類放大器的輸出耦合到包含了諧振電路的脈沖整形網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生了在形狀上接近正弦曲線的波形。因此，通過調(diào)整D類放大器的占空因數(shù)，可以產(chǎn)生不同幅度的波形。
圖4描述了第一個實(shí)施例，該例中D類放大器被用于產(chǎn)生射頻信號，這樣信號的幅度可以得到控制。這類控制可用在便攜式通信設(shè)備中依照便攜式電話與接收其信號的基站間的距離來改變功率輸出。實(shí)施例給出了通信設(shè)備的兩種不同輸出級別，稱作“近”和“遠(yuǎn)”。這兩種輸出用于說明改變射頻信號輸出的思想。當(dāng)通信設(shè)備在靠近基站的情況下工作時，其輸出信號用“近”信號表示，其幅度比“遠(yuǎn)”信號低。當(dāng)通信設(shè)備在遠(yuǎn)離基站的情況下工作時，其輸出信號用“遠(yuǎn)”信號表示，其幅度比“近”信號大得多。為了說明的目的，選擇兩種級別，如“近”和“遠(yuǎn)”。在其他實(shí)施例中，可依據(jù)實(shí)現(xiàn)的具體方案使用不同的級別。
圖4是描述例如在“近”和“遠(yuǎn)”條件下射頻輸出級的電路波形的區(qū)別的框圖?！敖睏l件400在無線通信設(shè)備相對靠近基站工作時出現(xiàn)。當(dāng)設(shè)備在近條件下工作時，占空因數(shù)模塊402接收控制信號404，表明單元正在“近”條件下工作。占空因數(shù)模塊402調(diào)節(jié)參考頻率406的占空因數(shù)，使得占空因數(shù)達(dá)到大約20％。占空因數(shù)波形408是將參考頻率的占空因數(shù)調(diào)節(jié)到20％的結(jié)果。射頻放大器410收到占空因數(shù)402的波形408，并產(chǎn)生波形412。波形412是波形408的放大復(fù)制。波形412在最小值，即射頻放大器410的飽和值，與最大值，即射頻放大器410的截止值之間切換。射頻放大器410的輸出可以耦合到包括電阻器414和電容器416的RC電路。414和416的連接點(diǎn)的波形見曲線418。波形418有一個偏移，是其最小值與最大值之間差值的大約20％。414和416的連接點(diǎn)的波形進(jìn)一步耦合到諧振電路420。諧振電路調(diào)諧到參考頻率406的頻率。諧振電路420的輸出422是有偏移的正弦曲線，偏移是其最小值與最大值之間差值的大約20％，如曲線424所示。輸出級射頻電路在“近”條件下的輸出422可選擇為適合無線通信設(shè)備靠近基站的情況。“遠(yuǎn)”條件426在示例中的無線通信設(shè)備相對遠(yuǎn)離基站工作時出現(xiàn)。當(dāng)設(shè)備在遠(yuǎn)條件下工作時，占空因數(shù)模塊402接收到控制信號404，表明單元在“遠(yuǎn)”條件下工作。占空因數(shù)模塊402調(diào)節(jié)參考頻率406的占空因數(shù)，使得占空因數(shù)達(dá)到大約40％。占空因數(shù)波形428是將參考頻率的占空因數(shù)調(diào)節(jié)接近40％的結(jié)果。射頻放大器410接收到占空因數(shù)模塊402的波形428，并產(chǎn)生波形430。波形430是波形428的放大復(fù)制。波形430在最小值，即射頻放大器410的飽和值，與最大值，即射頻放大器410的截止值，之間切換。射頻放大器410的輸出耦合到包括電阻器414和電容器416的RC電路中。414和416的連接點(diǎn)的波形見曲線432。波形432有大約最小值與最大值之間差值的40％的偏移。414和416的連接點(diǎn)的波形進(jìn)一步耦合到諧振電路420中。將諧振電路調(diào)諧到參考頻率406的頻率。諧振電路420的輸出422是有偏移的正弦曲線，偏移是其最小值與最大值之間差值的大約50％，如曲線434所示。輸出級射頻電路在“遠(yuǎn)”條件下的輸出422可選擇為適合無線通信設(shè)備遠(yuǎn)離基站的情況。在“近”和“遠(yuǎn)”兩種情況下，射頻放大器410在飽和和截止之間切換，因此射頻放大器410不會在無效率的A類模式下工作。另外，通過改變射頻輸出422的占空因數(shù)，可改變功率以適應(yīng)“近”和“遠(yuǎn)”兩種情況。由于改變占空因數(shù)可改變輸出信號的幅度，占空因數(shù)模塊402可用于輸出信號的幅度調(diào)制。信號的幅度調(diào)制可同時發(fā)生在適應(yīng)如上討論的“近”和“遠(yuǎn)”的情況。例如，在“近”的情況，通過使用控制信號404，占空因數(shù)為20％。如果波形的占空因數(shù)在15％到25％之間變化，“近”信號可以幅度調(diào)制。在類似的情況中，在“遠(yuǎn)”的情況，占空因數(shù)是40％。通過使用控制信號404在35％到45％之間調(diào)節(jié)占空因數(shù)，“遠(yuǎn)”信號可以幅度調(diào)制。在所述方式中，射頻信號的平均輸出功率級別和幅度調(diào)制可數(shù)字化完成。平均功率輸出和幅度調(diào)制的數(shù)字結(jié)合在圖5中示出。在圖5中，將代表期望的平均功率的信號耦合到第一輸入500，并和代表即時期望幅度調(diào)制的信號結(jié)合，其中將后者耦合到數(shù)字幅度調(diào)制電路(DAMC)504的第二輸入502。耦合到第一輸入500的期望的平均功率信號與耦合到第二輸入502的期望的即時幅度調(diào)制信號在加法單元506中結(jié)合。加法單元506的輸出，表示期望的平均功率和期望的即時幅度調(diào)制的和，該輸出耦合到占空因數(shù)控制器508中。來自占空因數(shù)控制器510的信號輸出，代表一個占空因數(shù)依賴輸入500中的平均功率信號和輸入502中的幅度調(diào)制信號的信號。占空因數(shù)控制器508的輸出信號510耦合到積分網(wǎng)絡(luò)中，該積分網(wǎng)絡(luò)包括電阻器R 512和電容器C 514。積分網(wǎng)絡(luò)的輸出，R 512和C 514的連接點(diǎn)，是包括代表平均功率信號500和幅度調(diào)制信號502的成份的波形516。波形516進(jìn)一步耦合到諧振電路518中。諧振電路518的輸出520是調(diào)制的射頻信號，該信號具有數(shù)字可控的平均功率和幅度調(diào)制。數(shù)字幅度調(diào)制電路(DAMC)504可作為總體數(shù)字調(diào)制機(jī)制的一個組成部分。
信號的數(shù)字相位調(diào)制相移鍵控(PSK)是用數(shù)據(jù)信號調(diào)制載波信號的常用方法。在PSK中，載波信號的相位，例如正弦曲線，依據(jù)傳送的數(shù)據(jù)是1還是0來改變。圖6示出了相移鍵控的基本形式，通常為二元相移鍵控(BPSK)。在圖6中，波形600代表數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號。在數(shù)字信號600中，在時隙602中發(fā)送二進(jìn)制的“1”，在時隙604中發(fā)送二進(jìn)制的“1”，在時隙606中發(fā)送二進(jìn)制的“0”，在時隙608中發(fā)送二進(jìn)制的“1”，在時隙610中發(fā)送二進(jìn)制的“0”，在時隙612中發(fā)送二進(jìn)制的“0”，在時隙614中發(fā)送二進(jìn)制的“1”。來自波形600的二元相移鍵控(BPSK)信號在波形616中示出。在時間段604和606之間，數(shù)據(jù)從“1”變化到“0”。這個變化反映在BPSK信號616內(nèi)180度的相位翻轉(zhuǎn)，見點(diǎn)618。相似地，數(shù)據(jù)變化620、622、624和626分別反映在波形616內(nèi)在點(diǎn)618、628、630和632處的180度的相位翻轉(zhuǎn)。BPSK信號可通過圖7的機(jī)制產(chǎn)生，其中BPSK輸出700由在正弦載波器704和余弦載波器706之間進(jìn)行選擇的開關(guān)702產(chǎn)生。PSK信號可有超過兩個的相位。正交相移鍵控(QPSK)使用4個載波相位而不是2個載波相位，來產(chǎn)生調(diào)制的信號。一般地，多個相位可用于產(chǎn)生PSK調(diào)制信號。這樣的多相位相移鍵控信號常被稱作多相移鍵控(MPSK)信號。另外，一個信號可在其上有進(jìn)一步的調(diào)制，如幅度調(diào)制。例如，正交幅度調(diào)制(QAM)使用4個載波相位和2個不同的幅度作為信號調(diào)制。QPSK調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)在于每個相位變化可用于編碼超過1比特的數(shù)據(jù)。通常，在QPSK中，一個相位變化代表兩比特?cái)?shù)據(jù)。在一個QPSK信號內(nèi)編碼的兩比特?cái)?shù)據(jù)通常描述為正交向量，如圖8所示。在圖8中，45度的相移，如向量800，代表比特對00，135度的相移，如向量802，代表比特對00，255度的相移，如向量804，代表比特對11，315度的相移，如向量806，代表比特對01。這些比特對通常稱作二位二進(jìn)制數(shù)或符號。一般地，PSK信號的不同信息狀態(tài)通常稱作符號。一個符號可大于一個二位二進(jìn)制數(shù)，可包括多個比特信息。為了正確還原采用PSK技術(shù)編碼的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，將接收到的信號的相位與參考信號進(jìn)行比較。這可以通過將接收到的信號耦合到平衡解調(diào)器中，并提供頻率和相位與調(diào)制信號用的載波幾乎相等的參考信號來實(shí)現(xiàn)。因?yàn)樾枰峁┫辔缓皖l率與調(diào)制過程中使用的載波信號相等的信號，因此平衡解調(diào)器型電路會復(fù)雜和昂貴。為了避免需要產(chǎn)生頻率和相位與調(diào)制信號用的載波相等的載波，可使用微分PSK技術(shù)。在微分PSK(DPSK)中，沒有絕對相位，因而也不需要產(chǎn)生頻率和相位等于調(diào)制信號用的載波的載波。通過比較接收信號與在先接收的符號的相位，從DPSK信號中恢復(fù)二進(jìn)制數(shù)據(jù)。與在先接收的符號相比可避免依賴絕對參考。常常為方便將相位調(diào)制信號稱作頻域向量而不是時域向量。為了達(dá)到表示相位調(diào)制信號的目的，I/Q曲線常常用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的時域表示。I/Q曲線通常將Q作為為縱軸，I作為橫軸。I軸代表信號向量的相中部分，Q軸代表信號向量的正交部分。一個信號可以表示為一個在I/Q平面旋轉(zhuǎn)的向量，其中用向量長度表示信號幅度。把一個信號分為I和Q表示便于把信號分解為幅度和相位部分，可被用作產(chǎn)生廣播信號。使用信號的幅度和相位部分來產(chǎn)生PSK調(diào)制廣播信號的過程如圖9的框圖所示。被編碼的信號在模塊900中分解為相位和幅度部分。然后相位信號通常耦合到調(diào)制器902中，再耦合到功率放大器904中。幅度信號耦合到延遲電路906中。延遲置于電路的幅度部分，因?yàn)榉炔糠峙c各相位信息相比要花費(fèi)更長時間在電路中傳播。然后延遲906的輸出用于控制功率放大器904的放大。這樣，信號的幅度和相位部分通過天線908被重新組合、放大和廣播。本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施例包括相位調(diào)制信號的數(shù)字方法。這種方法可用于通過給定的相位代替在偏移載波間的轉(zhuǎn)換，如圖7所示。數(shù)字相位調(diào)制器的一個實(shí)施例是西格馬增量數(shù)字調(diào)制器1000，如圖10所示。
圖10是波形的圖形描述以及如何選擇和改變波形來創(chuàng)建西格馬增量數(shù)字調(diào)制器1000。這種調(diào)制器可用于PSK信號，如但不限于二元相移鍵控(BPSK)，正交相移鍵控(QPSK)，偏移正交相移鍵控(0-QPSK)，和正交幅度調(diào)制(QAM)。相移鍵控允許不同的信號相位代表不同的符號。每個符號可順序代表一些變化的比特信息，依據(jù)所代表的信號多少。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，相位延遲可用于表示發(fā)送的信息。相位信息1002被提供給西格馬增量數(shù)字調(diào)制器1000。相位信息包括對0度、90度、180度或270度相移的選擇。西格馬增量數(shù)字調(diào)制器1000還接收由參考信號產(chǎn)生器1006產(chǎn)生的參考信號1004。參考信號1004是輸出信號頻率的幾倍。在所示的實(shí)施例中，參考信號是輸出信號的頻率的4倍。0度信號由波形1008表示。在波形1008中，在波形1004的第一個周期與波形1008的第二個周期之間沒有延遲。波形1008是通過采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字技術(shù)將波形1004分成4份產(chǎn)生的。波形1010也是通過采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字技術(shù)將波形1004分成4份產(chǎn)生的，與波形1008相比，只是第二個周期比第一個延遲90度。波形1010的第二個周期延遲90度，只是將波形1010的第二個周期的開始延遲了參考頻率1004的一個周期。波形1012也是通過采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字技術(shù)將波形1004分成4份產(chǎn)生的，與0度波形1008相比，只是第二個周期延遲了180度。波形1012的第二個周期延遲了180度，只是將波形1012的第二個周期的開始延遲參考頻率1004的兩個周期。波形1014也是通過采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字技術(shù)將波形1004分成4份產(chǎn)生的，與0度波形1008相比，只是第二個周期延遲270度。波形1014的第二個周期延遲270度，只是將波形1014的第二個周期的開始延遲了參考頻率1004的三個周期。通過使用相位信息信號1002在0度、90度、180度或270度之間選擇，可編碼4個符號。因此，西格馬增量數(shù)字調(diào)制器1000可用于編碼QPSK，或其他4個符號相位調(diào)制。包括正交編碼信號1018的輸出1016可通過剛描述的增量西格馬數(shù)字調(diào)制器1000和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電路來產(chǎn)生。多種類型的PSK信號可通過改變參考信號1004的頻率，從參考信號1008中產(chǎn)生輸出信號1018的劃分值，和作為相位延遲插入輸出信號1018的參考信號1008周期的數(shù)量來產(chǎn)生。進(jìn)一步的實(shí)施例包括數(shù)字相位調(diào)制器，如圖11所示。圖11示出了產(chǎn)生QPSK信號的可編程除法調(diào)制器(PDM)1100。類似的思想可用在用較小的電路變化產(chǎn)生任何類型PSK信號。PDM 1100接收相位信息1102和來自參考信號產(chǎn)生器1106的參考信號1104。PDM 1100通過接收參考信號1104并將其耦合到一組除法器1112、1114、1116和1118中，產(chǎn)生包括相位調(diào)制信號1110的輸出1108。每個除法器都有自己的與其他除法器不同的除法比，因此除法器的頻率輸出也都不同。除法器1112的除法比最小，在除法器1114、1116和1118中分別增大。換句話說，N＜N+X＜N+Y＜N+Z。當(dāng)除法器1112、1114、1116和1118都耦合到同一個信號源時，除法器1112第一個得到輸出，接著是1114、1116和1118。通過改變除法比，除法器1114產(chǎn)生的信號有一個為90度的時段，它比除法器1112的長。通過改變除法比，除法器1116產(chǎn)生的信號有一個為180度的時段，它比除法器1112的長。通過改變除法比，除法器1118產(chǎn)生的信號有一個為270度的時段，它比除法器1112的長。這意味著1118的輸出與1112的輸出相比延遲了270度，1116的輸出與1112的輸出相比延遲了180度，1114的輸出與1112的輸出相比延遲了90度。相位信息1102被用于依據(jù)期望的相位是0度、90度、180度還是270度，來激活S1-(1120)、S2-(1122)、S3-(1124)或S4-(1126)。當(dāng)來自一個除法器的脈沖被所選的開關(guān)實(shí)際耦合到輸出108時，輸出作用為除法電路(1112、1114、1116和1118)中所有計(jì)數(shù)器的復(fù)位信號1128，PDM 1100被復(fù)位并準(zhǔn)備產(chǎn)生下一個脈沖。PDM 1100可通過改變參考信號1104的頻率、在除法器上加入校正除法比和加入選擇開關(guān)在除法器間選擇，擴(kuò)展至任意數(shù)量的相位延遲。
圖12表示本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例，其中數(shù)字幅度調(diào)制電路(DAMC)，如圖4所示，與增量西格馬數(shù)字調(diào)制器(DSDM)或可編程除法調(diào)制器(PDM)相結(jié)合。這些組成部分之間的連接可以是純數(shù)字、純模擬或混合的。不同的實(shí)施例可依據(jù)所期望的目的結(jié)合數(shù)字或模擬子系統(tǒng)。例如，求和器1200描述了兩個輸入，其中平均功率信號1202連接到一個輸入，幅度信號1204連接到另一個輸入。如果平均功率信號1202和幅度信號1204是模擬控制電壓，求和器1200可實(shí)現(xiàn)為可操作的放大器求和單元。如果平均功率信號1202和幅度信號1204是數(shù)字值，求和器1200可實(shí)現(xiàn)為計(jì)時數(shù)字加法器單元。圖12中所示其它單元也是同樣。選擇系統(tǒng)內(nèi)模塊是模擬或數(shù)字控制僅是一種實(shí)現(xiàn)，數(shù)字模塊的基本功能保持不變。PSK信號1206可分解為幅度分量和相位分量1208。分解值1208在模塊700具有與圖7中所示相同的類型。PSK信號的信號分解可用不同的方式完成，使用現(xiàn)有技術(shù)中已知的方法。表示PSK信號幅度部分的幅度信號1204然后耦合到求和器1200中，在其中與平均功率信號1202相加產(chǎn)生和信號1210。平均功率信號1202是期望平均廣播功率的表示。然后將和信號1210耦合到數(shù)字幅度調(diào)制電路(DAMC)的第一輸入端。DAMC可與圖4中的DAMC相同。平均功率信號1202表示期望的系統(tǒng)輸出射頻功率。分解值1208輸出的相位信號1212被用作DSDM 1214或PDM 1214的控制信號。輸出1214是數(shù)字相位調(diào)制信號1216，用于控制例如數(shù)字延遲1218。數(shù)字延遲1218用于延遲來自信號產(chǎn)生器1222的周期性信號1220。信號產(chǎn)生器1222可以是模擬產(chǎn)生器，如正弦波形產(chǎn)生器，或者是數(shù)字信號產(chǎn)生器，其輸出等于模擬產(chǎn)生器的數(shù)字。如果信號產(chǎn)生器1222是數(shù)字產(chǎn)生器，則可以使用數(shù)字延遲1218。在所述的實(shí)施例中，兩個寄存器1224和1226背對背相連。寄存器1224在DSDM或PDM 1214輸出的波形的下降沿計(jì)時，并當(dāng)其在數(shù)字相位調(diào)制信號1216的下降沿計(jì)時，從信號產(chǎn)生器接收到波形數(shù)。然后將此數(shù)存儲在寄存器1224中直到DSDM或PDM 1214輸出的波形的上升沿使寄存器1224內(nèi)的數(shù)被計(jì)入寄存器1226中。由于DSDM或PDM 1214提供了具有4個不同的周期表示在下降和上升沿之間的QPSK值的信號，因此信號產(chǎn)生器1222產(chǎn)生的信號1228的相位被不同地延遲，并被耦合到DAMC的幅度調(diào)制輸入端，如圖5的DAMC的輸入端502。然后DMAC 1230以與圖5中輸出端520產(chǎn)生波形同樣的方式產(chǎn)生輸出波形。如果信號產(chǎn)生器1222是模擬的，例如正弦波形產(chǎn)生器，可以使用例如1232中示出的模擬延遲電路。信號產(chǎn)生器1222產(chǎn)生的信號被耦合到模數(shù)轉(zhuǎn)換器1234中。然后將模數(shù)轉(zhuǎn)換器1234的輸出在DSDM或PDM11214輸出的信號的下降時鐘沿耦合到寄存器1236中。然后寄存器1236中的值在DSDM或PDM 1214輸出的信號的上升沿耦合到寄存器1238中。由于DSDM或PDM 1214提供了具有4個不同周期代表在下降沿和上升沿之間的QPSK的值的信號，信號產(chǎn)生器1222產(chǎn)生的信號1228的相位被不同地延遲。寄存器1222的輸出可在數(shù)模轉(zhuǎn)換器1240中轉(zhuǎn)換為模擬值，然后耦合到DAMC 1230的幅度調(diào)制輸入端，如圖5中的502。在這種方式下，射頻信號1242的整個調(diào)制和放大的過程可用最少的模擬元件完成。已經(jīng)描述了本申請的不同實(shí)施例，很顯然，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，在本發(fā)明范圍內(nèi)的更多的實(shí)施例和實(shí)現(xiàn)是可能的。因此，本發(fā)明僅受到所附權(quán)利要求及其等效物的限制。
權(quán)利要求
1.一種以數(shù)字方式產(chǎn)生調(diào)制信號的裝置，包括平均功率輸入端，用于接收第一輸入信號，所述第一輸入信號表示由所述裝置產(chǎn)生的平均輸出功率；幅度調(diào)制輸入端，用于接收第二輸入信號，所述第二輸入信號表示由所述裝置產(chǎn)生的幅度調(diào)制；求和單元，用于將所述第一輸入信號和所述第二輸入信號結(jié)合，產(chǎn)生占空因數(shù)控制信號，其中所述占空因數(shù)控制信號與所述第一輸入信號和所述第二輸入信號成比例；占空因數(shù)控制器，用于接收占空因數(shù)控制信號和產(chǎn)生輸出信號，其中所述輸出信號的占空因數(shù)與所述占空因數(shù)控制信號成比例。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，進(jìn)一步包括積分電路，用于接收所述占空因數(shù)控制器的輸出信號并對其進(jìn)行積分，從而產(chǎn)生積分輸出信號；諧振電路，用于接收所述積分電路輸出的積分輸出信號，并與所述積分輸出信號的頻率和幅度成比例地諧振，以產(chǎn)生與所述積分電路輸出的積分輸出信號成比例的正弦輸出信號。
3.一種以數(shù)字方式產(chǎn)生預(yù)定級的調(diào)制射頻信號的裝置，包括信號分解單元，用于接收相移鍵控PSK信號，并將PSK信號分解成相位信號和幅度信號；數(shù)字相位調(diào)制單元，用于接收所述相位信號，并產(chǎn)生數(shù)字相位調(diào)制信號；信號產(chǎn)生器，用于提供周期性信號；延遲單元，具有用于接收所述數(shù)字相位調(diào)制信號的第一輸入端和用于接收所述周期性信號的第二輸入端，在周期信號中產(chǎn)生與所述數(shù)字相位調(diào)制信號成比例的延遲，從而產(chǎn)生延遲的周期性信號，其中所述延遲與所述數(shù)字相位調(diào)制信號成比例；求和單元，具有用于接收平均功率信號的第一輸入端和用于接收幅度信號的第二輸入端，所述平均功率信號與所述幅度信號由此結(jié)合并產(chǎn)生一個和信號，所述和信號與所述平均功率信號成比例，也與幅度信號成比例；數(shù)字幅度調(diào)制電路DAMC，用于接收所述延遲的周期性信號與所述和信號，產(chǎn)生調(diào)制的射頻信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述數(shù)字相位調(diào)制單元包括增量西格馬數(shù)字調(diào)制器DSDM。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述數(shù)字相位調(diào)制單元包括可編程除法調(diào)制器PDM。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述延遲單元包括數(shù)字延遲單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述延遲單元包括模擬延遲單元。
8.一種以數(shù)字方式產(chǎn)生調(diào)制信號的方法，包括接收表示期望的平均輸出功率的第一輸入信號；接收表示期望的幅度調(diào)制的第二輸入信號將所述第一輸入信號和所述第二輸入信號結(jié)合，產(chǎn)生占空因數(shù)控制信號，其中所述占空因數(shù)控制信號與所述第一輸入信號和所述第二輸入信號成比例；接收占空因數(shù)控制信號，并產(chǎn)生一輸出信號，其中所述輸出信號的占空因數(shù)與所述占空因數(shù)控制信號成比例。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括將占空因數(shù)控制器的輸出信號積分，產(chǎn)生積分輸出信號；將所述積分輸出信號耦合到諧振電路中，產(chǎn)生與所述積分電路輸出的積分輸出信號成比例的正弦輸出信號。
10.一種以數(shù)字方式產(chǎn)生預(yù)定級的調(diào)制的射頻信號的方法，包括將PSK信號分解成相位信號和幅度信號；從所述相位信號中產(chǎn)生數(shù)字相位調(diào)制信號；提供周期性信號；在所述周期性信號中產(chǎn)生與所述數(shù)字相位調(diào)制信號成比例的延遲，從而產(chǎn)生延遲的周期性信號，其中所述延遲與所述數(shù)字相位調(diào)制信號成比例；將平均功率信號與所述幅度信號結(jié)合，產(chǎn)生與所述平均功率信號及所述幅度信號成比例的一個和信號；將所述延遲的周期性信號與所述和信號耦合到數(shù)字幅度調(diào)制電路DAMC中，產(chǎn)生調(diào)制的射頻信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述產(chǎn)生數(shù)字相位調(diào)制信號的步驟包括使用增量西格馬數(shù)字調(diào)制器DSDM產(chǎn)生數(shù)字相位調(diào)制信號。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述產(chǎn)生數(shù)字相位調(diào)制信號的步驟包括使用可編程除法調(diào)制器PDM產(chǎn)生數(shù)字相位調(diào)制信號。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述在周期性信號延遲單元中產(chǎn)生延遲的步驟包括采用數(shù)字延遲單元延遲性周期性信號。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述在周期性信號延遲單元中產(chǎn)生延遲的步驟包括采用模擬延遲單元延遲周期性信號。
15.一種以數(shù)字方式產(chǎn)生調(diào)制信號的裝置，包括用于接收第一輸入信號的模塊，所述第一輸入信號表示期望的平均輸出功率；用于接收第二輸入信號的模塊，所述第二輸入信號表示期望的幅度調(diào)制；用于將所述第一輸入信號和所述第二輸入信號結(jié)合并產(chǎn)生占空因數(shù)控制信號的模塊，其中所述占空因數(shù)控制信號與所述第一輸入信號和所述第二輸入信號成比例；用于接收占空因數(shù)控制信號和產(chǎn)生輸出信號的模塊，其中所述輸出信號的占空因數(shù)與所述占空因數(shù)控制信號成比例。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，進(jìn)一步包括用于將所述占空因數(shù)控制器的輸出信號積分以產(chǎn)生積分輸出信號的模塊；用于產(chǎn)生與所述積分電路輸出的積分輸出信號成比例的正弦輸出信號的模塊。
17.一種以數(shù)字方式產(chǎn)生預(yù)定級調(diào)制射頻信號的裝置，包括用于將PSK信號分解成相位信號和幅度信號的模塊；用于從所述相位信號中產(chǎn)生數(shù)字相位調(diào)制信號的模塊；用于提供周期性信號的模塊；用于在周期性信號中產(chǎn)生與所述數(shù)字相位調(diào)制信號成比例的延遲的模塊，在所述延遲與所述數(shù)字相位調(diào)制信號成比例時產(chǎn)生延遲的周期性信號；用于將平均功率信號與所述幅度信號結(jié)合并產(chǎn)生與所述平均功率信號及幅度信號成比例的一個和信號的模塊；用于將所述延遲的周期性信號與所述和信號耦合到數(shù)字幅度調(diào)制電路DAMC以產(chǎn)生調(diào)制射頻信號的模塊。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中所述用于產(chǎn)生數(shù)字相位調(diào)制信號的模塊包括增量西格馬數(shù)字調(diào)制器DSDM。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中所述用于產(chǎn)生數(shù)字相位調(diào)制信號的模塊包括可編程除法調(diào)制器PDM。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中所述用于在周期性信號延遲單元中產(chǎn)生延遲的模塊包括至少一個數(shù)字延遲單元。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中所述用于在周期性信號延遲單元中產(chǎn)生延遲的步驟包括使用模擬延遲單元延遲周期性信號。
全文摘要
通信系統(tǒng)，特別是便攜式個人通信系統(tǒng)，如便攜式電話，日益數(shù)字化。數(shù)字化系統(tǒng)的趨勢已經(jīng)部分發(fā)生，因?yàn)閿?shù)字系統(tǒng)可以在少于相應(yīng)的模擬系統(tǒng)所需的能量下運(yùn)行。然而，還大量保留模擬的一個領(lǐng)域是調(diào)制和射頻放大電路。為了產(chǎn)生射頻頻率波形，需要使用D類開關(guān)型放大器。D類放大器的輸出耦合到積分器中，產(chǎn)生一個模擬信號。該模擬信號耦合到諧振電路中，使輸出波形形成正弦射頻廣播信號。D類放大器的波形被組合信號占空因數(shù)調(diào)制，所述組合信號代表了廣播信號的期望的振幅調(diào)制和期望的平均功率電平的結(jié)合。另外公開了采用數(shù)字西格馬增量調(diào)制器和數(shù)字可編程除法調(diào)制器的數(shù)字調(diào)制實(shí)例。進(jìn)一步公開了同時使用數(shù)字調(diào)制技術(shù)和D類放大器技術(shù)以廣播被分解成幅度和相位的相移鍵控信號。
文檔編號H03F3/217GK1518792SQ02806852
公開日2004年8月4日 申請日期2002年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月21日
發(fā)明者P·A·昂德布林克, D·沙姆婁, R·W·克拉克, J·H·科利斯, G·因, P·D·瑞安, K·H·黑爾, P A 昂德布林克, 仿 , 克拉克, 瑞安, 科利斯, 黑爾 申請人:斯蓋沃克斯瑟路申斯公司