用于无线设备的接收机下变频器中电流 消耗与性能的管理的系统与方法 本发明涉及接收机下变频器并且更具体地涉及用于无线电话机与无线电话设备中的接收机下变频器。
随着无线电话机中增加通话时间与等待时间的不断增加的需求，电话机中每个电路的功率消耗对于电话机的整体性能能是重要的。因而，保证每个电路尽可能使用少的电流以便从而延长电话机地电池寿命变得更加重要。
虽然减少电话机中的功率使用是重要的，但此目标一般与此电话机的其他性能目标有冲突。例如，在利用固定的无线电频谱量的无线电话用户的数量增加时，拒绝不需要的干扰的需求能变得非常重要。
然而，在操作在强的信号环境中时，电话接收机的下变频器一般要求较高的电流来补偿强的信号环境。
特别在诸如码分多址(CDMA)模式的无线电话模式中，如由放大器的第三阶截取点反映的低噪声放大器的线性对于满足CDMA的要求可能是关键的。然而，增加第三阶截取点以增加放大器的线性一般要求此放大器消耗的电流的增加。因而，CDMA的要求可能直接与低功率消耗的目标有冲突。
解决强信号情况的以前的尝试包括关断接收机下变频器的低噪声放大器。在关断低噪声放大器时，此放大器类似衰减器起作用，这将增加此电话机的信号处理能力。而且，由于此低噪声放大器是关断的，所以可以减少功率消耗。然而，这样的解决方案不满足CDMA的性能要求。
强信号问题的其他可能的解决方案可以包括转换下变频器的信号路径中的衰减器。虽然此方案可以提供强信号问题的一种解决方案，但这不减少下变频器的功率消耗。
同样地，已研制下变频器集成电路来适应多模式无线电话机。因而，例如，RF Micro Devices RF9906下变频器包括可调混频器增益，这允许高增益来克服CDMA模式的较高滤波损耗与用于AMPS/DAMPS模式中的低增益。同样地，RF Micro Devices RF9986通过将Vcc连接到此设备的IP3管脚使可转换的第三阶截取点可以增加10db来允许CDMA模式中强的信号条件，这使LNA电流消耗增加10mA。虽然这些设备允许无线电话机满足无线电话机的操作模式的各种要求，但继续具有在仍然满足无线电话机的操作要求的同时减少下变频器的功率要求的需求。
鉴于上面的讨论，在仍然满足无线电话机的操作模式的信号处理要求的同时存在改善无线电话机中功率管理的需要。
鉴于上面的讨论，本发明的一个目的是允许减少下变频器的功率消耗。
本发明的还一目的是提供能处理强信号条件的下变频器。
本发明的又一目的是允许增加无线电话机的电池寿命。
本发明的另一目的是提供在无线电话机的多种模式中具有减少的功率消耗的下变频器。
利用通过至少根据无线电话机接收的信号强度与无线电话机的发射机的发送功率之一设置低噪声放大器的第三阶截取点控制无线电话机的接收机的操作以减少接收机的功率消耗的方法与系统来达到本发明的这些与其他目的。而且，也可以根据接收的信号强度或无线电话机的发射机的发送功率设置低噪声放大器的增益，也可以根据无线电话机接收的信号强度或此无线电话机的发射机的发送功率设置与此无线电话机的接收机的混频器相关的放大器的增益。
通过根据发射机功率或接收的信号强度调节低噪声放大器的第三阶截取和/或增益与混频放大器的增益，下变频器的性能能调整到此电话机的操作条件。而且，可以调整增益与第三阶截取点以减少下变频器的功率消耗。因而，在信号强度增加时，在减少下变频器要求的功率的同时可以保持下变频器的性能。可以降低操作此无线电话机所要求的总功率并相应地增加电池寿命。
在本发明的某些实施例中，下变频器的低噪声放大器与混频放大器的增益可以通过旁通这些放大器来设置。因而，在用于这些放大器的两个增益电平之间选择增益。
在本发明的特别实施例中，如果发射机关断，将低噪声放大器的第三阶截取点设置为低的第三阶截取点，将低噪声放大器的增益设置为高增益并将混频放大器的增益设置为高增益。
在其中无线电话机操作在CDMA模式中的本发明的可选择实施例中，如果发射机工作在高于预定义门限的一个输出功率上或接收的信号强度低于预定义门限，可以将低噪声放大器的第三阶截取点设置为高的第三阶截取点，将低噪声放大器的增益设置为高增益并将混频放大器的增益设置为高增益。如果发射机操作在低于预定义门限的一个输出功率上或接收的信号强度超过一个预定义门限，也可以将低噪声放大器的第三阶截取点设置为高的第三阶截取点，将低噪声放大器的增益设置为高增益并将混频放大器的增益设置为低增益。如果发射机操作在低于预定义门限输出功率的一个输出功率上而且接收的信号强度大于第一预定义信号强度门限并小于第二预定义信号强度门限，也可以将低噪声放大器的第三阶截取点设置为高的第三阶截取点，将低噪声放大器的增益设置为高增益并将混频放大器的增益设置为低增益。如果发射机操作在低于预定义门限输出功率的一个输出功率上而且接收的信号强度大于第二预定义信号强度门限并小于第三预定义信号强度门限，可以将低噪声放大器的增益设置为低增益并将混频放大器的增益设置为高增益。最后，如果发射机操作在低于预定义门限输出功率的一个输出功率上而且接收的信号强度大于第三预定义信号强度门限，可以将低噪声放大器的增益设置为低增益并将混频放大器的增益设置为低增益。
通过提供功率保持的几个门限，本发明在仍减少下变频器消耗的总功率的同时可以提供CDMA操作模式要求的高线性。因而，本发明能允许下变频器在仍保持功率的同时满足CDMA的性能准则。
在本发明的另一实施例中，如果无线电话机处于睡眠模式中，禁止此无线电话机的接收机。
在其中无线电话机操作在高级移动电话业务/数字高级移动电话业务(AMPS/DAMPS)模式的本发明实施例中，如果接收的信号强度小于第一预定义信号强度门限，可以将低噪声放大器的第三阶截取点设置为低的第三阶截取点，将低噪声放大器的增益设置为高增益并将混频放大器的增益设置为低增益。如果接收的信号强度大于第一预定义信号强度门限并小于第二预定义信号强度门限，可以将低噪声放大器的第三阶截取点设置为低的第三阶截取点，将低噪声放大器的增益设置为高增益并将混频放大器的增益设置为低增益。如果接收的信号强度大于第二预定义信号强度门限，可以将低噪声放大器的增益设置为低增益并将混频放大器的增益设置为低增益。
在本发明的还一实施例中，通过确定无线电话机接收的信号的接收信号强度并根据确定的接收信号强度控制此无线电话机的下变频器的功率消耗来控制无线电话机的接收机的操作以减少接收机的功率消耗。此确定可以包括确定接收的信号强度是否超过第一门限值、接收的信号强度是否在第一与第二门限值之间和接收的信号强度是否超过第二门限值。如果此信号强度超过第二门限值，则可以将低噪声放大器的增益设置为低增益并将混频放大器的增益设置为低增益；如果接收的信号强度在第一门限值与第二门限值之间，将下变频器的低噪声放大器的增益设置为高增益并将下变频器的混频放大器的增益设置为低增益；而如果接收的信号强度低于第一门限值，将下变频器的低噪声放大器的增益设置为高增益并将下变频器的混频放大器的增益设置为高增益。在一个特定实施例中，第一门限值大约为-94dBm，而第二门限值大约为-60dBm。
通过根据几个门限值控制AMPS/DAMPS模式中放大器的增益，可以减少下变频器的功率消耗而不牺牲性能。
图1是采用本发明的下变频器的无线电话机的方框图；
图2是根据本发明的下变频器的方框图；和
图3是表示根据本发明的下变频器的操作的流程图。
现在将在下面结合附图更全面地描述本发明，在附图中示出本发明的优选实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施并且不应认为限于在此所提出的实施例；相反地，提供这些实施例，以使此公开全面与彻底并将完全表达本发明的范畴给本领域技术人员。全文中相同的标号表示相同的单元。如本领域技术人员将认识到的，本发明可以实施为方法或设备。因此，本发明可以采用全部硬件实施例或组合软件与硬件方面的实施例的形式。
包括根据本发明的下变频器15的无线电话机10的一个实施例表示在图1的方框图中。如图1所示，无线电话机10一般包括发射机12、接收机14、用户接口16和天线系统18。天线系统18可以包括天线馈电结构22和天线20。如本领域技术人员所公知的，发射机12将利用无线电话机10发送的信息变换为适于无线电通信的电磁信号。接收机14解调利用无线电话机10接收的电磁信号，以便以用户可理解的格式提供包含在这些信号中的信息给用户接口16。适于与手持无线电话机一起使用的各种发射机12、接收机14、用户接口16(例如，话筒、键盘、旋转拨号盘)对于本领域技术人员是公知的，并且这样的设备可以在无线电话机10中实施。无线电话机10的设计对于本领域技术人员是公知的并在此将不进行进一步描述。
本发明涉及在接收机14中采用的下变频器15。如图1所示，无线电话机10包括下变频器15作为接收机14的一部分。采用本发明的无线电话机也最好包括用于测量此无线电话机接收的信号强度的电路与程序设计。这样的电路与程序设计对于本领域技术人员来说是公知的并因此将在此不具体进行描述。而且，最好这样的电路也用于控制无线电话机的发射机部分的输出功率。因而，最好至少部分地利用接收的信号强度控制发射机12的输出功率，以便在接收的信号功率低时发射机12的输出功率高并在接收的信号强度高时减少发射机12的输出功率。
在操作中，本发明的下变频器15使用有关无线电话机的信号条件与操作状态的信息来控制下变频器15的操作以减少功率消耗。这样的控制可以通过改变下变频器15中的放大器的第三阶截取选择地改变放大器的线性、通过调整下变频器15中放大器的增益或通过选择地旁通下变频器15的一些部分来实现。允许这样的控制的下变频器15的一个实施例表示在图2中。
如图2所示，下变频器15最好包括可以接收与放大输入信号的低噪声放大器(LNA)30。开关32允许旁通LNA 30。如本领域技术人员将认识到的，任意数量的开关设备可以用于旁通LNA 30，诸如晶体管、继电器或本领域技术人员公知的其他这样的开关设备。通过旁通LNA30，可以禁止LNA 30，以使之不消耗功率。因此，旁通LNA30可以减少无线电话机10总的功率要求。
将LNA 30或开关32的输出提供给中间滤波器，诸如带通滤波器34，并提供滤波器34的输出给可变增益混频器46。可变增益混频器46表示为具有放大器部分38与混频器部分40。可变增益混频器46的放大器38也可以利用开关42来旁通。通过旁通放大器38，可以禁止此放大器，以使之不增加无线电话机10的功率要求。
放大器30与38可以是可变增益放大器，并且放大器30可以具有一个可调第三阶截取点。可选择地，可以利用固定增益放大器并如此所述旁通此放大器，以提供两个增益设置，包括在下变频器中采用此放大器时的高增益和在旁通此放大器时的低或无增益。提供可调第三阶截取点或可变增益放大器例如包括Greensboro,North Carolina的RF Micro Devices公司的PCS低噪声放大器/混频器RF9986和CDMA/FM低噪声放大器/混频器RF9906。虽然这些设备可以允许可变增益或可变截取点，但没有如何可以智能地控制这些设备以便在无线电话机10的操作范围上在功率消耗与信号处理之间提供最佳折衷的指示。通过调整增益与第三阶截取点，可以调整放大器的功率要求。因而，例如，虽然通过降低LNA 30的第三阶截取点也可以减少LNA 30要求的功率，但通过降低第三阶截取点也可以减少LNA 30的线性。同样地，通过减少放大器30与38的增益，可以减少这些放大器要求的功率。
虽然本发明描述为利用开关旁通放大器30与38，但如本领域技术人员将认识到的，可以利用允许信号通过放大器而不要求此放大器是有效的其他方法，同时仍从本发明的教导中获益。而且，本发明不限于两种放大器系统，而可以用于具有任意数量的放大器的系统中，包括单个放大器系统，诸如没有混频器45中的放大器38的系统。
现在将结合图3描述本发明的操作，图3是表示利用本发明的下变频器的操作的流程图。将明白，此流程图中的每个方框和方框的组合能利用计算机程序指令来实施。这些程序指令可以提供给处理器以产生一种机构，以使在处理器上执行的指令生成用于实现在这些流程方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令可以由处理器来执行，以使一系列操作步骤由此处理器执行，以产生计算机实施处理，以致在此处理器上执行的指令提供用于实现在这些流程方框中指定的功能的步骤。
因此，此流程图的方框支持用于执行特定功能的装置的组合、用于执行特定功能的步骤的组合和用于执行特定功能的程序指令装置。也将明白，此流程图的每个方框和此流程图中方框的组合能利用执行特定功能或步骤的特殊用途的基于硬件的系统或特殊用途硬件与计算机指令的组合来实现。
图3表示能操作在CDMA模式或AMPS/DAMPS模式中的根据本发明的无线电话机的操作。如本领域技术人员将认识到的，本发明可适于用在采用单个通信模式的无线电话机中。
如图3所示，如果无线电话机10处于睡眠模式，则关断包括下变频器15的接收机14(方框50与52)。如果无线电话机10未处于睡眠模式，则确定此无线电话机是否处于等侯模式(方框54)。如果此无线电话机处于等候模式，则利用低截取点将LNA 30设置为高增益并且不旁通混频器或中间放大器38(方框56)。因而，开关32与开关42都是断开的。此操作模式用于在发射机被关断的同时监听基站并适于CDMA或AMPS/DAMPS操作模式。在这种模式中，利用LNA30的低的第三阶截取减少下变频器15要求的电流。而且。虽然未在图3中示出，但如果控制信道信号足够强，则下变频器15可以设置在下述的TX-2、TX-3或TX-4模式之一中。
如果无线电话机10未处于等侯模式，则确定发射机是否正在以最大功率发送(方框58)。可选择地，能确定接收的信号强度是否低于最小门限。如果发射机正在以最大功率发送，则确定此无线电话机10是否操作在CDMA模式中(方框60)。如果此无线电话机未操作在CDMA模式中，则此无线电话机操作在AMPS/DAMPS模式(AMPS/DAMPS最大增益模式)，并利用低的截取点将LNA30设置为高增益，而且不旁通混频器或中间放大器38(方框62)，如上面结合等候模式所述的。然而，如果无线电话机10处于CDMA模式(CDMA TX-1模式)，则将LNA设置为高增益与高截取点并旁通混频放大器38(方框64)。
如果发射机未以最大功率发送或接收的信号功率高于最小门限，则确定接收的信号强度是否在-84与-94dBm之间(方框66)。如果是这种情况，则确定此无线电话机是否操作在CDMA模式中(方框68)。如果未操作在CDMA模式中，则此无线电话机操作在AMPS/DAMPS模式(AMPS/DAMPS减少增益模式)中，并利用低截取点将LNA 30设置为高增益，而且旁通中间放大器38(方框72)。因而，开关32将是断开的，而开关42将闭合，这为LNA30提供高增益并为混频放大器38提供低增益。因为旁通混频放大器38，所以如上所述可以禁止此放大器，以使之不要求电流。如果无线电话机10处于CDMA模式(CDMA TX-2模式)中，则利用高截取点将LNA 30设置为高增益并旁通混频器或中间放大器38(方框70)，如上所述。这种操作模式可以与中间功率范围中的发射机一起用于全双工操作中。
如果接收的信号强度未在-84与-94dBm之间，则确定接收的信号强度是否在-60与-84dBm之间(方框74)。如果是这种情况，则确定此无线电话机是否操作在CDMA模式中(方框76)。如果未操作在CDMA模式中，则此无线电话机操作在AMPS/DAMPS模式(AMPS/DAMPS减少增益模式)中，并利用低的截取点将LNA 30设置为高增益，而且旁通混频器或中间放大器38(方框72)，如上所述。如果无线电话机10处于CDMA模式(CDMA TX-3模式)中，则旁通LNA 30并且混频器或中间放大器38是有效的(方框78)。因而，开关32将是闭合的，而开关42将是断开的，这为LNA 30提供低增益并为混频放大器38提供高增益。因为旁通LNA 30，所以如上所示可以禁止此LNA 30，以致此LNA 30不要求电流。这种操作模式可以与中-低功率范围中的发射机一起用于全双工操作中。
如果接收的信号强度未在-60与-84dBm之间，则确定接收的信号强度是否大于-60dBm(方框80)。如果是这种情况，则在任何一种模式(AMPS/DAMPS最小增益模式，CDMA TX-4模式)中，LNA 30与混频放大器38均被旁通并且可以是禁止的以便不消耗电流。因而，开关32将是闭合并且开关42将是闭合，这为LNA 30提供低增益并为混频放大器38提供低增益，这种操作模式可以用于阻止接收机高的信号电平。
作为1900MHz CDMA模式中本发明操作的一个示例，表1表示6种CDMA操作模式之中每一种模式的增益、截取点(IP)和电流消耗。
表1-CDMA 1900MHz操作模式LNA IP(dBm) LNA 增益 (dB)混频器增益(dB)接收机灵敏度(dBM)接收机 IP(dBm)电流(ma)睡眠 x x x X x 0等候 +6 14 15-106.3-1.6 29.5 TX-1 +12 14 15-106.0-1.4 38 TX-2 +12 14 5-101.8+7.0 33 TX-3 x -5 15-92.9+16.4 26 TX-4 x -5 5-84.2+21.2 21
作为800MHz AMPS/DAMPS模式中本发明操作的一个示例，表2表示每一种操作模式所要求的增益、截取点和电流。
表2-AMPS/DAMPS 800MHz操作模式LNA IP(dBm)LNA增益(dB)混频器增益(dB)接收机灵敏度(dBM)接收机 IP(dBm)电流(ma)睡眠 x x X X x 0最大增益 +7 14 15-118.4-15.7 25.5减少增益 +7 14 5-113.7-5.8 20.5最小增益 +18 -5 5-95.9+12.7 17
从图3中能明白，因为LNA30的线性在AMPS/DAMPS模式中关系不大，所以功率节省和因此电池寿命的影响可能小于CDMA模式中所得到的。
如在此所述的，第三阶截取点的变化描述为设置“高”的第三阶截取点与“低”的第三阶截取点.虽然这些特殊值可能随系统而变化，但本发明不应限于任何特定值的设置。而且，虽然在此描述特定范围的信号强度，但本发明不应认为限于这些范围或限于在此所述的特定数量的功率电平。本发明结合CDMA与AMPS/DAMPS进行描述，但不应限于这样的模式。最后，虽然本发明结合无线电话机进行描述，但如本领域技术人员所认识到的，本发明也可以适于用在诸如个人数据辅助设备(PDA)的其他无线设备中。
在这些附图与说明书中，已公开本发明的典型优选的实施例，并且虽然采用特定术语，但这些术语只用于一般与描述意义上而不用于限制目的，本发明的范围在下面的权利要求书中提出。