CN1127873C - 一种电池驱动的通讯设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有功耗节省的电池驱动的通讯设备。该设备被分成非相互分离的各部分。利用多个定时方案来同步各个部分，其时钟以不同的频率运行。这要求在该设备的设计阶段仔细地选择各个部分。这使得时钟的结构被复杂化了。增加了所需要的芯片面积。本发明提出了用于这一设备的简单的功耗节约装置，基本上不要求增加芯片的面积。参考时钟在工作模式和待机模式均以标称频率运行。在待机模式期间，应保持该设备与无线基站的同步，从该参考时钟导出具有较低频率的时钟信号。在待机模式期间，所导出的时钟信号同步逻辑块，同时其他逻辑块被关闭。其他逻辑块以规则的间隔被激活，从而保持同步。

Description

一种电池驱动的通讯设备
本发明涉及一种电池驱动的通讯设备，该通讯设备包括一个射频部分，一个基带处理装置和一个时序控制装置。
上述类型的电池驱动的通讯设备在下列文章中公开：C.Papachristou等人的“低功率RTL设计的多定时方案”(“A MultipleClocking Scheme for Low Power RTL Design”，Proceedings of the1995 Int.Symposium on Low Power Design，Dana Point，23-26 April1995)。在该文章中描述了如何对一个电池驱动的设备，如蜂窝电话，的CM0S核心电路进行重新设计以实现在工作模式中节省功耗。在这种设备中，节省功率重要的，以增加待机时间和通话时间。从生态学的角度考虑，应尽可能地少用电池。从人机工程的角度考虑，通讯设备的重量和大小应尽可能地小。描述了用于定时非分离的部件的非重叠多定时方案。每个部件模块的工作频率是f/n，f表示频率，n是一个整数。这种方法要求在设计阶段仔细地选择各个部件。另外，时钟结构被复杂化了。对于分离的时钟电路，需要增加芯片的面积，从而增加了制造IC(集成电路)的成本。
本发明的一个目的是提供一个电池驱动的通讯设备，其中以一种简单的基本上不增加芯片的面积的方式实现在该通讯设备中的功率节省。
为此，上述类型的电池驱动的通讯设备其特征在于：该通讯设备包括一个连续工作的参考时钟振荡器，该振荡器连接到时序控制装置，该通讯设备被设计成在工作模式和节省功率的待机模式下操作，该时序控制装置被分成一个第一逻辑块，并包括一个时钟频率缩减装置，第一逻辑块包括用于在节省功率的待机模式期间保持同步的同步装置，所述时钟频率缩减装置用于产生具有比该参考时钟振荡器的时钟频率低的所导出的时钟信号，该导出的时钟信号在该节省功率的待机模式期间控制该第一逻辑块。这里，只需要对该时钟控制逻辑电路进行重新设计，与在待机期间没有功率节省的通讯设备相比几乎不需要增加芯片的面积。由于参考时钟振荡器在工作模式和待机模式期间运行在其标称频率，从而避免了长启动时间。这里，模式切换和延迟时间的管理更简单了。基本上不修改通讯设备的核心设计。由于没有实际的时钟控制，没有出现关于时钟扭曲的实际问题。
本发明基于下面的认识：在待机模式期间，对于必须保持活动的电路可以减少其功耗，但其功能也被减少，使得操作速度被降低，同时参考时钟振荡器的运行速度与在工作模式期间的速度相同。
尽管可以使用分频器这一简单的电路减少时钟频率，但也可以使用诸如时钟脉冲删除装置的其他装置。如果要控制的逻辑是边缘敏感的逻辑，该时钟的占空比并不关键。如果该逻辑是电平敏感的，该时钟信号的占空比最好是50％左右。在一个简单的实施例中，该第一逻辑块可以产生一个时钟选择信号以控制一个多路复用器和一个诸如第二逻辑块的电路的时钟缓冲器，该多路复用器对该参考时钟振荡器的时钟信号和该减少的时钟信号进行复用，该第二逻辑块在待机模式期间可以被完全关闭。由于在该待机模式期间该功率节省的结构简单，可以独立地利用其他的功耗节约装置，诸如减少电源电压，逻辑电路最小化，优化走线布局，先开后合时钟缓冲器(break-before-make clockbuffer)电路等等。
以下将以举例方式参考附图对本发明进行描述。
图1图示了一个数字无线通讯***。
图2显示了根据本发明的电池驱动的通讯设备。
图3显示了根据本发明的时钟频率缩减装置的第一个实施例。
图4显示了根据本发明的时钟频率缩减装置的第二个实施例。
图5显示了第二个实施例的时序图。
在整个附图中，相同的参考数字用于表示同一个部件。
图1图示了一个数字无线通讯***1。尽管将以DECT(数字增强的无绳通讯)***为例进行描述，但该***也可以是任何其他无线通讯***。关于DECT的更详细的描述，请参考手册“欧洲无绳通讯”(CordlessTelecommunications in Europe，H.W.Tuttlebee，Springer Verlag，1999)附录3，第273-278页。在锁定到一个无线基站时，手机应当与该基站同步，并保持同步。DECT***与手机利用所谓的动态信道分配，在无线基站的信标信号上进行锁定。这种锁定和同步在本领域中是众所周知的。***1包括DECT无线基站2，和用于与该无线基站2进行通讯的多个电池驱动的便携DECT通讯设备3和4。该无线基站2通过电话线6连接到交换电话网5。该电话网可以是公用或专用网。该电话网5可以是模拟或数字电话网。而且，示出了一个固定网络用户的一个有线电话7，其连接到交换网5。
图2示出了根据本发明的电池驱动的通讯设备3的框图。该通讯设备3包括一个连接到天线21的射频部分20和连接到时序控制装置23的基带处理装置22。在操作时，设备3是根据DECT协议工作的被编程的设备。设备3还包括一个晶体振荡器24和电池电源装置25。在待机模式时，该电池电源装置25受时序控制装置23产生的信号BAT_LOW控制，其电压被控制得比工作模式时的电压低。这样的控制是公知的。通讯设备3还包括一个麦克风26，一个耳机或扬声器27，以及一个键盘28。在处于待机模式时，时序控制装置23根据DECT标准向基带处理装置22提供时序控制信息。如果设备3锁定到该无线基站2，时序控制装置将被同步到无线基站2。这种同步是公知的。根据DECT协议，在处于工作模式时，通过空气接口和天线21交换无线基站2和电池驱动的通讯设备3之间的同步定时信息。假设CMOS逻辑的功耗与时钟切换频率和电源电压的平方成正比。通过在待机模式期间减小时钟频率和/或电源电压可以实现可观的功率减少。
图3示出了根据本发明的时钟频率缩减装置的第一个实施例，其包括一个分频器30，其输入端连接到振荡器24，其输出端连接到一个多路复用器32的第一输入端31。该振荡器24直接连接到多路复用器32的第二输入端33。第一逻辑块36包括在功耗减少的待机模式期间保持同步的同步装置，该逻辑块36通过一个第一时钟缓冲器34连接到多路复用器32，该同步装置是公知的，在此没有详细示出。在输出侧，多路复用器32通过第二时钟缓冲器35连接到第二逻辑块22。由于在待机模式期间不可以丢失同步，因此在通讯设备3处于待机模式时，必须保留同步定时信息。为此，在设备3处于待机模式期间，振荡器24和时序控制装置23保持运行。在待机模式期间，时序控制装置23常规启动基带处理装置22和射频部分的其他部件，以检查时序控制装置23是否仍与无线基站部分2同步运行，以及保持相应的同步。同步之后，基带处理装置22和射频部分20不活动，从而通讯设备3又进入待机模式。此刻，禁止时钟缓冲器35。重要的是，由于块30在待机模式期间以高的晶体振荡器频率运行，考虑到功耗，应对块30进行优化。在DECT设备3的一个给定例子中，振荡器24在工作模式和待机模式中都以13.824MHz的频率运行，尽管所导出的时钟信号其频率是1.152MHz。这里，在待机模式中，由所导出的时钟同步的逻辑块的功耗减少到1/12。在待机模式中，考虑到保持同步的电路，该电路使用与在工作模式中相同的硬件，从而存在多余的计算功率。为此，在待机模式期间也可以减少供电电压。在一个给定的DECT例子中，过去通常能实现4/5的功耗节省。
图4示出了根据本发明的时钟频率缩减装置的第二实施例。在这一实施例中，该时钟频率缩减装置包括一个时钟脉冲删除装置40，下面将详细地描述该实施例的这一装置。在该给定的实施例中，每12个参考时钟脉冲该导出的时钟信号才有一个脉冲。也可以使用其他的时钟脉冲删除方案。在采用边缘敏感逻辑的情况下，可使用任一时钟脉冲缩减方案。该时钟脉冲删除装置40包括四个D-触发器41，42，43，44的串联，每一触发器有一数据输入端D，一时钟输入端C，一输出端Q和一复位输入端R。通过各个非门45，46，47，48将各触发器的输出端Q与其D输入端相连。与门49的相应输入端连接到触发器41和42的输出端Q，并且连接到触发器43和44的反相输出端，在与门49的输出端可得到所导出的时钟信号CLKOUT。由参考时钟振荡器24产生的时钟CLKIN通过与门50连接到D触发器41的时钟输入端C，与门50的另一输入端通过非门51连接到触发器的所有复位输入端R。控制信号FREQ_LOW控制装置40的工作和不工作。
图5示出了第二实施例的时序图。作为时间t的函数，示出了时钟信号CLKIN和CLKOUT，所述D触发器的输出信号Q1，Q2，Q3和Q4，和控制信号FREQ_LOW的时序。从图5可简单地证明所导出的时钟信号CLKOUT的频率是该时钟振荡器24的频率的1/12。
根据上面的描述，本领域的普通技术人员很显然在本发明所附的权利要求所定义的精神和范围内进行各种修改，因此本发明不局限于所提供的例子。

Claims (6)

1.一种电池驱动的通讯设备，该通讯设备包括一个射频部分，一个基带处理装置和一个时序控制装置，其特征在于：该通讯设备包括一个连续工作的参考时钟振荡器，该振荡器连接到该时序控制装置，该通讯设备被设计成在工作模式和节省功率的待机模式下操作，该时序控制装置被分成一个第一逻辑块，并包括一个时钟频率缩减装置，第一逻辑块包括用于在节省功率的待机模式期间保持同步的同步装置，所述时钟频率缩减装置用于产生具有比该参考时钟振荡器的时钟频率低的所导出的时钟信号，该导出的时钟信号在该节省功率的待机模式期间控制该第一逻辑块。
2.权利要求1的通讯设备，其特征在于该时钟频率缩减装置包括一个分频器。
3.权利要求1的通讯设备，其特征在于该时钟频率缩减装置包括一个时钟脉冲删除装置。
4.权利要求2或3的通讯设备，其特征在于该时钟频率缩减装置包括一个多路复用器，该多路复用器的第一个输入端连接到该分频器或该时钟脉冲删除装置，其第二个输入端连接到该参考时钟振荡器，该多路复用器受该第一逻辑块产生的时钟选择信号的控制。
5.权利要求1的通讯设备，其特征在于该基带处理装置包括一个第二逻辑块，其一个时钟输入在该功率减少的待机模式期间由该第一个逻辑块产生的禁止信号禁止。
6.权利要求1的通讯设备，其特征在于在待机模式期间该通讯设备的电源电压被降低。
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