專利名稱：用于通信設(shè)備減少備用電流的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及通信系統(tǒng)。更特別地，本發(fā)明涉及移動(dòng)通信設(shè)備在備用運(yùn)行模式期間減少電流。
背景技術(shù)：
為了減少移動(dòng)通信設(shè)備的電能消耗，常常需要提供一種備用或空閑運(yùn)行模式。在備用模式期間，設(shè)備僅在偵聽到一頁(yè)的較短間隙有效，而在剩余間隙減電(Power down)。重要的是保持正確的系統(tǒng)時(shí)序以保證在精確的確切間隙內(nèi)設(shè)備有效。在備用或空閑模式時(shí)盡可能大地減少電能消耗也是非常必要。
為了在典型的GSM通信設(shè)備內(nèi)保持系統(tǒng)時(shí)序，要提供一個(gè)相對(duì)較高精確度(例如，1ppm)的時(shí)鐘并在所有時(shí)間里，包括在備用期間保持有效。這種時(shí)鐘消耗相對(duì)大量的電能。用于移動(dòng)電話的一個(gè)實(shí)施例時(shí)鐘是一運(yùn)行在，例如，13MHz下的壓控晶體振蕩器(VCXO)。另外，移動(dòng)電話還可以有一簡(jiǎn)單的低功率實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)用于在通信設(shè)備顯示器上顯示時(shí)間。該時(shí)鐘運(yùn)行在相對(duì)很低頻率(32.768Hz)和一般不很準(zhǔn)確(例如，10-20ppm，這取決于時(shí)鐘晶體的質(zhì)量)。
因此為了減少電能消耗，有必要在通信設(shè)備備用運(yùn)行模式期間關(guān)掉高頻率高電流的時(shí)鐘，而保持準(zhǔn)確的系統(tǒng)時(shí)序。
美國(guó)授予Hietala等人的專利5,493,700(Hietala’700)揭示了用于無線電話的自動(dòng)頻率控制(AFC)裝置。該無線電話包括發(fā)射器，接收器，用戶接口，控制邏輯和合成器，該合成器以適當(dāng)?shù)念l率給發(fā)射器和接收器提供信號(hào)同時(shí)給用戶接口和控制邏輯提供時(shí)鐘信號(hào)。該控制邏輯控制合成器的頻率。該合成器包括兩個(gè)N-分頻合成器和一個(gè)鎖相環(huán)。專利Hietala’700沒有揭示在備用模式能夠減少電流而又保持準(zhǔn)確的系統(tǒng)時(shí)間的方法。
美國(guó)授予Hietala等人的專利5,505,802(Hietala’802)揭示了多累加器sigma-delta N-分頻合成器,該合成器控制壓控晶體振蕩器輸出信號(hào)的頻率。合成器會(huì)帶來相對(duì)較小的頻率偏移增量。Hietala’802沒有揭示在備用模式能夠減少電流而又保持準(zhǔn)確的系統(tǒng)時(shí)序的方法。
美國(guó)授予Hietala等人的專利5,070,310(Hietala’310)揭示了用于數(shù)字無線收發(fā)器的多鎖存累加器N-分頻合成器，該合成器可以避免通過多個(gè)累加器時(shí)的數(shù)據(jù)“波紋”并能減少偽信號(hào)。Hietala’310沒有揭示在備用模式能夠減少電流而又保持準(zhǔn)確的系統(tǒng)時(shí)序的方法。
美國(guó)授予Shepherd等人的專利5,331,293(Shepherd)揭示了一個(gè)數(shù)字頻率合成器，該合成器能夠?qū)涡盘?hào)進(jìn)行補(bǔ)償，辦法是通過檢波，轉(zhuǎn)換和放大合成器的輸出以產(chǎn)生用于調(diào)節(jié)參考晶體振蕩器的補(bǔ)償信號(hào)。Shepherd沒有提及減少備用模式時(shí)需要的電能而又保持準(zhǔn)確的系統(tǒng)時(shí)序。
在Pacific Digital Cellular移動(dòng)電話中，在空閑模式期間，減少高頻率晶體振蕩器減電而使用第二晶體振蕩器，該晶體振蕩器運(yùn)行在較低的頻率并消耗較少的電能，這一點(diǎn)已廣為人知。然而，在PDC系統(tǒng)中，符號(hào)速率是21ks/s，該速率顯著低于GSM系統(tǒng)的270.833ks/s。結(jié)果是，PDC系統(tǒng)需要的時(shí)序精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于GSM和其它系統(tǒng)所需要的，因此PDC系統(tǒng)不需要一準(zhǔn)確的低頻晶體振蕩器。因此，PDC系統(tǒng)減少電能消耗的方法不適合GSM或其它相對(duì)高位速率并需要相對(duì)嚴(yán)格的時(shí)序的系統(tǒng)。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，通信設(shè)備內(nèi)用于減少電能消耗的電路包括一個(gè)低功率，低頻率實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)晶體振蕩器和同步裝置，該裝置用于使RTC晶體振蕩器和相對(duì)較高功率和較高頻率的主時(shí)鐘保持同步。在備用或空閑模式期間，高頻率主時(shí)鐘減電(即，降低功耗)，系統(tǒng)時(shí)序由較低頻率時(shí)鐘保持。根據(jù)多個(gè)實(shí)施例，同步裝置可通過如下方法實(shí)現(xiàn)，開環(huán)實(shí)時(shí)修正電路，數(shù)字閉環(huán)實(shí)時(shí)修正電路，鎖相環(huán)(PLL)修正電路，N-分頻PLL電路，或其它等效裝置。
本發(fā)明的方法和裝置允許通信設(shè)備運(yùn)行在低功率和備用模式下而仍然保持準(zhǔn)確的系統(tǒng)時(shí)序。本發(fā)明在GSM系統(tǒng)或其它需要相對(duì)高精度時(shí)序的移動(dòng)通信系統(tǒng)中尤其有用。
附圖簡(jiǎn)要說明對(duì)本發(fā)明更加完整的理解可以參照附圖閱讀下述優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述而獲得，在附圖中類似的參考標(biāo)識(shí)標(biāo)識(shí)類似的元件，其中

圖1是減少電能消耗電路的一個(gè)框圖，該電路根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例采用開環(huán)和閉環(huán)數(shù)字時(shí)序修正電路；圖2是減少電能消耗電路的一個(gè)框圖，該電路根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例采用鎖相環(huán)數(shù)字時(shí)序修正電路；圖3是減少電能消耗電路的一個(gè)框圖，該電路根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)可選實(shí)施例采用sigma-delta調(diào)制器；圖4是減少電能消耗電路的一個(gè)框圖，該電路根據(jù)本發(fā)明的又另一個(gè)實(shí)施例采用N-分頻鎖相環(huán)數(shù)字時(shí)序修正電路；優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明根據(jù)本發(fā)明，運(yùn)行在具有相對(duì)較高數(shù)據(jù)速率或具有相對(duì)嚴(yán)格時(shí)間要求的系統(tǒng)(例如，根據(jù)GSM標(biāo)準(zhǔn)的移動(dòng)電信系統(tǒng))的通信設(shè)備包括能夠使設(shè)備運(yùn)行在兩種模式的電路正常運(yùn)行模式和備用運(yùn)行模式。在備用運(yùn)行模式，設(shè)備至少有部分元件只有在特定的時(shí)間間隙才處于加電狀態(tài)。一個(gè)區(qū)別于參考時(shí)鐘的備用時(shí)鐘提供用來保持準(zhǔn)確的時(shí)序和保證在準(zhǔn)確的時(shí)間間隙使得合適的元件加電。備用時(shí)鐘工作在相對(duì)參考時(shí)鐘較低的頻率，并比參考時(shí)鐘消耗較小的電流。本發(fā)明包括用于將備用時(shí)鐘和參考時(shí)鐘同步的同步裝置，以便從一個(gè)具有相對(duì)較低精度(例如，10-20ppm)的時(shí)鐘獲得相對(duì)較高的時(shí)鐘精度(例如，1ppm)。
現(xiàn)在參看圖1所示本發(fā)明的第一實(shí)施例，其中一個(gè)開環(huán)時(shí)序修正電路用來將備用(RTC)時(shí)鐘10和參考時(shí)鐘12同步。根據(jù)此實(shí)施例，RTC晶體振蕩器10的頻率被準(zhǔn)確量測(cè)然后系統(tǒng)時(shí)序相應(yīng)地被修正或調(diào)整。在知道RTC時(shí)鐘10的確切頻率下，能夠在備用空閑時(shí)間里使用RTC信號(hào)作為系統(tǒng)時(shí)鐘，以便準(zhǔn)確的VCXO 12關(guān)閉時(shí)仍能保持系統(tǒng)同步。如圖1所示，第一和第二計(jì)數(shù)器14和16分別連接來接收RTC 10和VCXO 12的輸出。邏輯電路18接收計(jì)數(shù)器輸出并在預(yù)定的間隙內(nèi)基于計(jì)數(shù)器輸出產(chǎn)生一個(gè)精確的RTC信號(hào)?；赩CXO 12的頻率來選擇預(yù)定的間隙，該預(yù)定間隙優(yōu)選足夠長(zhǎng)以能獲得想要的精確度。
做為選擇，可以調(diào)整RTC頻率使得RTC與參考時(shí)鐘12同步。該調(diào)整可以通過將RTC 10和更精確的VCXO 12作數(shù)字閉環(huán)頻率鎖定來實(shí)現(xiàn)，如圖1虛線所示。
閉環(huán)電路包括RTC 10，VCXO 12，計(jì)數(shù)器14和16，邏輯電路18和控制RTC 10頻率的裝置，該裝置可以由連接在邏輯電路18的輸出和RTC時(shí)鐘10的輸入之間的反饋環(huán)形式的D/A轉(zhuǎn)換器20來實(shí)現(xiàn)。
閉環(huán)方法需要相對(duì)較長(zhǎng)的修正時(shí)間來達(dá)到想要的精確度。在通信設(shè)備第一次啟動(dòng)時(shí)補(bǔ)償值優(yōu)選需要頻繁地更新，是因?yàn)榧与姇r(shí)設(shè)備需要自加熱。在持續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間之后，不需要頻繁地更新補(bǔ)償值。
閉環(huán)方法有利于獲得一個(gè)很高精度的RTC時(shí)鐘(理想時(shí)與VCXO有相同的精確度)。相對(duì)較低費(fèi)用的晶體振蕩器(例如，在32.768kHz時(shí)有20ppm的精確度)可以用作振蕩器。RTC晶體振蕩器的運(yùn)行溫度特性僅僅需要限定在RTC頻率控制范圍之內(nèi)。
一個(gè)可選實(shí)施例，用于減少RTC頻率修正時(shí)間，包括使用一個(gè)鎖相環(huán)(PLL)。在移動(dòng)電話內(nèi)用PLL將相對(duì)較高頻率(1GHz)振蕩器鎖定到精確的較低頻率(13MHz)VCXO的技術(shù)已為人所熟知，本發(fā)明用PLL將相對(duì)較低頻率振蕩器10鎖定到精確的較高頻率VCXO 12。應(yīng)當(dāng)理解的是PLL鎖定時(shí)間是濾波環(huán)截止頻率(假定比較頻率足夠高)的函數(shù)，如下所討論的。雖然較高截止頻率帶來較大的噪聲，在本實(shí)施例中較大的噪聲不會(huì)顯著影響RTC 10。
PLL鎖定RTC 10，使其精度達(dá)到當(dāng)VCXO 12加電時(shí)VCXO的精度，而當(dāng)VCXO 12減電時(shí)在RTC 10內(nèi)保持此精度值。
本實(shí)施例的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)示于圖2。圖2的電路包括相位檢測(cè)器22用于給充電泵24提供數(shù)字輸出。充電泵24提供一個(gè)到濾波環(huán)26的高阻充電脈沖輸出。在本實(shí)施例中充電脈沖的精度是不重要的，因?yàn)閷?duì)噪聲或鎖定時(shí)間沒有嚴(yán)格的要求。充電泵24的輸出通過低通濾波器26濾波并反饋回到RTC 10來控制低功率時(shí)鐘的頻率。
如上推及，有一個(gè)因素限制了PLL的鎖定時(shí)間，這就要求比較頻率必須足夠大。比較頻率f比較定義為
其中N和M是整數(shù)。
RTC頻率一般是32.768kHz和GSM中VCXO頻率典型地是13MHz。結(jié)果是最大比較頻率為64Hz。典型地PLL的環(huán)帶寬低十倍，這意味著6Hz的環(huán)帶寬和幾乎半秒的鎖定時(shí)間。這是不夠的，因?yàn)槿绻贕SM中，需要鎖定時(shí)間＜20ms和2秒的VCXO減電時(shí)間來減少電能消耗。
為了獲得較高的比較頻率(在kHz級(jí))，需要改變RTC頻率，特別是VCXO頻率預(yù)先確定時(shí)，如在GSM系統(tǒng)中。例如，一個(gè)40625Hz的RTC頻率使得RTC易于實(shí)現(xiàn)。這種實(shí)現(xiàn)的不利之處在于這一頻率的晶體不是“標(biāo)準(zhǔn)”晶體因而比標(biāo)準(zhǔn)32768Hz晶體較貴些。
根據(jù)又另一實(shí)施例，較高的比較頻率可通過使用N-分頻PLL來實(shí)現(xiàn)。N-分頻PLL工作時(shí)針對(duì)N和N+1之間的一個(gè)頻率將計(jì)數(shù)器值改變，因此產(chǎn)生一個(gè)為另一個(gè)原有頻率的分?jǐn)?shù)頻的新頻率。
作為一個(gè)例子，假設(shè)RTC是32768Hz和VCXO是13MHz。比較頻率優(yōu)選為大于2kHz。2048Hz選作比較頻率，因?yàn)檫@就是32768/16且易于實(shí)現(xiàn)。此時(shí)VCXO的分頻比是N=13MHz2048=6347,65625=6347+2132]]>這意味著為了鎖定PLL，除數(shù)N(6347)使用11周期和除數(shù)N+1(6348)使用21周期。因此有另一個(gè)較長(zhǎng)的周期來完全鎖定N-分頻PLL。這一周期是2048Hz/32＝64Hz，這和前述的周期相同。在可替代的實(shí)施例中避免RTC的64Hz調(diào)制將是合適的。
最簡(jiǎn)單的方案是提供相對(duì)較低環(huán)帶寬(例如，6Hz)，以使得RTC不必跟隨64Hz調(diào)制。然而，這會(huì)降低在N-分頻PLL中較高比較頻率帶來的速度好處。
另一方案是給環(huán)提供補(bǔ)償電流以補(bǔ)償相位檢測(cè)器引起的誤差。該方案可通過添加附加的模擬充電泵電路到相位檢測(cè)器充電泵加以實(shí)現(xiàn)。
另一方案示于圖3，包括一個(gè)數(shù)字sigma delta調(diào)制器28去數(shù)字式控制計(jì)數(shù)器的除法比率以產(chǎn)生21/32的比率。這不需要附加的模擬電路并提高調(diào)制噪聲頻率。
一個(gè)附加的方案示于圖4，包括一個(gè)模e調(diào)制器30，并產(chǎn)生一個(gè)接近于，但不等于，確切RTC頻率的頻率。舉例為N=13MHz2048=6347+2132=6347+23]]>fRTC=13MHz6347+23×16=32767,946Hz]]>因此，RTC頻率并不精確地為32768Hz而是稍低些(低1.6ppm)。這個(gè)小的差別對(duì)實(shí)時(shí)時(shí)鐘10而言是不足道的且是如此的小而使系統(tǒng)保持同步?jīng)]有困難。這種實(shí)現(xiàn)取得一個(gè)顯著的好處，因?yàn)镹-分頻周期是2048/3＝683Hz，而在環(huán)帶寬之外。圖4的實(shí)施例提供了具有快鎖定時(shí)間(＜20ms)的很簡(jiǎn)單的PLL。所有N-分頻周期調(diào)制均可在環(huán)外實(shí)現(xiàn)，而在環(huán)內(nèi)不需要一般的N-分頻補(bǔ)償。
本發(fā)明通過使用能提高低功率時(shí)鐘的精確度的同步裝置，使得在不需要時(shí)將相對(duì)準(zhǔn)確但消耗較大功率的VCXO減電而代之以使用較低功率，較低頻率的時(shí)鐘來仍然保持系統(tǒng)同步成為可能。
雖然前述說明已經(jīng)包括許多細(xì)節(jié)和特征，應(yīng)當(dāng)指出這些只是說明性的而無意限制本發(fā)明。本領(lǐng)域稍有常識(shí)的人易于明白，對(duì)所揭示的事例的許多修改將會(huì)不背離本發(fā)明的精神和范圍，正如下述權(quán)利要求及其等價(jià)所定義的。
權(quán)利要求
1.用于減少電信設(shè)備電能消耗的方法，包含步驟在預(yù)定的時(shí)間周期內(nèi)將電信設(shè)備內(nèi)包含的第一系統(tǒng)時(shí)鐘減電(Power down)；以及在所述預(yù)定的時(shí)間周期內(nèi)將電信設(shè)備內(nèi)包含的第二系統(tǒng)時(shí)鐘加電(Power up)，該第二系統(tǒng)時(shí)鐘比第一系統(tǒng)時(shí)鐘消耗較少電流，和該第二系統(tǒng)時(shí)鐘包括在預(yù)定的時(shí)間周期內(nèi)充分地將第二系統(tǒng)時(shí)鐘與第一系統(tǒng)時(shí)鐘同步的同步裝置。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中同步裝置包括分別用于第一和第二系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)的第一和第二計(jì)數(shù)器，和用于充分地將第二系統(tǒng)時(shí)鐘與第一系統(tǒng)時(shí)鐘同步的邏輯電路。
3.權(quán)利要求2所述的方法，其中同步裝置更包括連接在邏輯電路的輸出和第二系統(tǒng)時(shí)鐘輸入之間的反饋環(huán)。
4.權(quán)利要求3所述的方法，其中反饋環(huán)包括一個(gè)數(shù)字到模擬的轉(zhuǎn)換器。
5.權(quán)利要求1所述的方法，其中同步裝置包括分別用于第一和第二系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)的第一和第二計(jì)數(shù)器，一個(gè)相位檢測(cè)器用于檢測(cè)在第一和第二計(jì)數(shù)器之間的相位差，一個(gè)充電泵用于將相位差轉(zhuǎn)換成充電脈沖和將充電脈沖供給第二系統(tǒng)時(shí)鐘。
6.權(quán)利要求5所述的方法，其中同步裝置更包括一個(gè)低通濾波器，用于在將充電脈沖供給第二系統(tǒng)時(shí)鐘之前對(duì)其濾波。
7.權(quán)利要求5所述的方法，其中同步裝置更包括一個(gè)連接在第一計(jì)數(shù)器的輸出和第一計(jì)數(shù)器的輸入之間的調(diào)制器，該調(diào)制器數(shù)字式地控制第一計(jì)數(shù)器的分頻比。
8.權(quán)利要求7所述的方法，其中所述調(diào)制器是一個(gè)從外部源接收控制信息的sigma delta調(diào)制器。
9.權(quán)利要求7所述的方法，其中所述調(diào)制器不接收外部控制信息。
10.電信設(shè)備內(nèi)的同步電路，包含第一系統(tǒng)時(shí)鐘，該時(shí)鐘工作在第一功率水平；以及第二系統(tǒng)時(shí)鐘，該時(shí)鐘工作在比所說第一功率水平低的第二功率水平，該第二系統(tǒng)時(shí)鐘包括在第一系統(tǒng)時(shí)鐘減電的預(yù)定時(shí)間周期內(nèi)基本上將第二系統(tǒng)時(shí)鐘與第一系統(tǒng)時(shí)鐘同步的同步裝置。
11.權(quán)利要求10所述的電路，其中同步裝置包括分別用于第一和第二系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)的第一和第二計(jì)數(shù)器，和用于充分地將第二系統(tǒng)時(shí)鐘與第一系統(tǒng)時(shí)鐘同步的邏輯電路。
12.權(quán)利要求11所述的電路，其中同步裝置更包括連接在邏輯電路的輸出和第二系統(tǒng)時(shí)鐘輸入之間的反饋環(huán)。
13.權(quán)利要求12所述的電路，其中反饋環(huán)包括一個(gè)數(shù)字到模擬的轉(zhuǎn)換器。
14.權(quán)利要求10所述的電路，其中同步裝置包括分別用于第一和第二系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)的第一和第二計(jì)數(shù)器，一個(gè)相位檢測(cè)器用于檢測(cè)在第一和第二計(jì)數(shù)器之間的相位差，一個(gè)充電泵用于將相位差轉(zhuǎn)換成充電脈沖和將充電脈沖供給第二系統(tǒng)時(shí)鐘。
15.權(quán)利要求14所述的電路，其中同步裝置更包括一個(gè)低通濾波器，用于在充電脈沖供給第二系統(tǒng)時(shí)鐘之前對(duì)其濾波。
16.權(quán)利要求14所述的電路，其中同步裝置更包括一個(gè)連接在第一計(jì)數(shù)器的輸出和第一計(jì)數(shù)器的輸入之間的調(diào)制器，該調(diào)制器數(shù)字式地控制第一計(jì)數(shù)器的分頻比。
17.權(quán)利要求16所述的電路，其中所述調(diào)制器是一個(gè)從外部源接收控制信息的sigma delta調(diào)制器。
18.權(quán)利要求16所述的電路，其中所述調(diào)制器不接收外部控制信息。
全文摘要
方法和裝置用于通信設(shè)備減少備用電流。在備用模式,具有相對(duì)較高精度和相對(duì)較高功率的時(shí)鐘減電而一個(gè)較低功率,較低頻率的時(shí)鐘被用來保持系統(tǒng)同步。提供了同步裝置來提高備用模式下較低頻率時(shí)鐘的精確度。
文檔編號(hào)H04B1/16GK1242888SQ9718122
公開日2000年1月26日 申請(qǐng)日期1997年10月23日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月7日
發(fā)明者J·H·溫德爾魯普, B·M·G·林德奎斯特 申請(qǐng)人:艾利森電話股份有限公司