一种用于便携式智能设备的具有WIFI无线通信功能的控制系统、便携式智能设备

技术领域

本申请涉及无线通信领域，更具体地，涉及一种用于便携式智能设备的具有WIFI无线通信功能的控制系统、便携式智能设备。

背景技术

芯片工作时，由于芯片所处环境温度的变化，芯片的温度也必然发生变化。此时，芯片在温差较大的高、低温环境下，其发射功率与芯片在常温下的发射功率具有较大的差别。具有WIFI功能的小型智能设备(可穿戴设备)，产品紧凑，芯片功耗大，发热严重，散热效果差导致芯片累积升温，容易降低无线通信效果，甚至导致无线通信连接断开。而在处于低温环境下，有可能由于芯片发射功率过大，干扰其他产品的正常工作。现有方法中，公开了使用模拟增益校准来调节发射功率，但是，这种方法模拟增益精度不高且受温度影响较大，无法精准的控制发射功率稳定在合理范围内，无法满足用户的要求。

发明内容

提供了本申请以解决现有技术中存在的上述缺陷。需要一种用于便携式智能设备的具有WIFI无线通信功能的控制系统、便携式智能设备，其能够在大跨度的温度变化范围内，自动及时地对WIFI通信模块的发射功率进行补偿调整，将其迅速精准地控制并稳定在合理范围内。

根据本申请的第一方案，提供了一种用于便携式智能设备的具有WIFI无线通信功能的控制系统，包括：WIFI通信模块，包括射频收发电路，所述射频收发电路设置有具有可调的数字控制增益的放大器，以基于数字控制增益来调节发射功率；温度传感器，其配置为检测所述控制系统的温度；处理单元，其配置为获取所检测到的温度，并据此来调节所述的放大器的数字增益，具体包括：在所述控制系统的工作温度范围内，当检出温度高于基准温度时增加数字增益，且当检出温度低于基准温度时降低数字增益，使得所述工作温度范围内所述射频收发电路的发射功率相较基准发射功率的偏差低于第一阈值。

根据本申请的第二方案，提供一种具有WIFI无线通信功能的便携式智能设备，包括本申请各个实施例所述的控制系统。

与现有技术相比，本申请实施例的有益效果在于：

本申请的控制系统设置有温度传感器，通过温度传感器对控制系统的温度进行检测，测温灵敏且准确。处理单元根据温度传感器检测到的温度来调节放大器的数字增益，当检出温度高于基准温度时增加数字增益，当检出温度低于基准温度时降低数字增益，使得工作温度范围内射频收发电路的发射功率相较基准发射功率的偏差低于第一阈值，从而使得控制系统在处于温差较大的环境中时，发射功率能够稳定在基准发射功率附近。如此，在该控制系统处于高温环境下时，不会由于射频收发电路的发射功率过低而出现WIFI断开，从而影响无线通信的情况。同时，当处于低温环境下时，不会因为发射功率过大而干扰其他产品的正常工作。处理单元根据检测到的温度来调节放大器的数字增益，无需增加其他设备，且对发射功率的控制精度更高。

附图说明

在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所公开的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。

图1示出根据本申请实施例所述的用于便携式智能设备的具有WIFI无线通信功能的控制系统的结构示意图。

图2示出根据本申请实施例所述的射频收发电路的结构示意图。

图3示出根据本申请实施例所述的处理单元调节放大器的数字增益方法流程图。

图4示出根据本申请实施例所述的ADC器件的数值与温度之间的映射关系图。

图5示出根据本申请实施例在进行校准前、后温度变化对应的功率波动的对比图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作详细说明。下面结合附图和具体实施例对本申请的实施例作进一步详细描述，但不作为对本申请的限定。本文中所描述的各个步骤，如果彼此之间没有前后关系的必要性，则本文中作为示例对其进行描述的次序不应视为限制，本领域技术人员应知道可以对其进行顺序调整，只要不破坏其彼此之间的逻辑性导致整个流程无法实现即可。

本申请中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。在本申请中，各个步骤在图中所示的箭头仅仅作为执行顺序的示例，而不是限制，本申请的技术方案并不限于实施例中描述的执行顺序，执行顺序中的各个步骤可以合并执行，可以分解执行，可以调换顺序，只要不影响执行内容的逻辑关系即可。

本申请使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本申请所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

图1示出根据本申请实施例所述的用于便携式智能设备的具有WIFI无线通信功能的控制系统的结构示意图。所述用于便携式智能设备的具有WIFI无线通信功能的控制系统100包括WIFI通信模块101、温度传感器103和处理单元104。其中，WIFI通信模块101包括射频收发电路，所述射频收发电路设置有具有可调的数字控制增益的放大器102，以基于数字控制增益来调节发射功率。具体地，如图2所示，接收时，天线107把基站发送来的电磁波转为微弱交流电流信号，接收到的微弱交流电流信号经过低噪声放大器(LNA)108被放大后与本地震荡信号经过第一混频器109下变频为包含中频信号分量的信号，再经由第一滤波器110将有用的中频信号滤出来后输入模数转换器(ADC)111转换成数字信号，然后再通过基带电路进一步处理。发射时，数模转换器(DAC)112输出的低频模拟信号经过第二滤波器113处理后与压控振荡器(VCO)115提供的高频载波经过第二混频器114上变频成射频调制信号，射频信号经过放大器(PA)102进行射频信号的放大，使得射频信号获得足够高的发射功率，再经过天线107转为电磁波辐射出去。其中，所述放大器102主要用于发射链路，通过把发射通道的微弱射频信号放大，使信号成功获得足够高的功率，从而实现更高通信质量、更强电池续航能力、更远通信距离。

所述温度传感器103被配置为检测所述控制系统100的温度，以获取在便携式智能设备工作过程中控制系统100的温度。其中，所述温度传感器103可以包括热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器RTD和IC温度传感器中的一种。所述处理单元104被配置为获取所检测到的温度，并据此来调节所述的放大器102的数字增益。所述处理单元104可以是处理器，也可以是处理器与其他设备的组合，对此不做限定。

在一些实施例中，可以利用从ARM公司等购买的各种RISC(精简指令集计算机)处理器IP来作为本申请的控制系统100的处理单元104来执行对应的功能，利用嵌入式系统(例如但不限于SOC)来实现发射功率的温度补偿。具体说来，在市场上可购买到的模块(IP)上具有很多模块，例如但不限于内存(存储器105可以是内存也可以在IP上外接扩展存储器)、各种通信模块(例如WIFI通信模块101、蓝牙模块等)、编解码器、缓存器等等。其它的比如温度传感器103、天线107、麦克风和扬声器等可以外接到芯片上。用户可以通过基于购买的IP或自主研发的模块构建ASIC(特定用途集成电路)，来实现各种通信模块、编解码器、以及本申请的对发射功率的温度补偿方法的各个步骤等，以便降低功耗和成本。注意，本申请中的“控制系统”旨在表示对其所在的目标设备进行操控的系统，其可以通常表示例如芯片，例如基于SOC来实现的ASIC，但不限于此，任何能够实现操控的硬件电路、软件-处理器配置和软-硬结合的固件都可以用于实现该控制系统。例如，处理单元104执行的处理可以实现为可执行指令由RISC处理器来执行，也可以形成为不同的硬件电路模块，也可以形成为软-硬结合的固件，在此不赘述。

具体地，如图3，在步骤S301中，获取温度传感器103检测到的温度，并根据该温度来调节所述的放大器102的数字增益，具体包括在所述控制系统100的工作温度范围内，判断检出温度是否高于基准温度(步骤S302)，当检出温度高于基准温度时增加数字增益(步骤S303)，且当检出温度低于基准温度时降低数字增益(步骤S304)，使得所述工作温度范围内所述射频收发电路的发射功率相较基准发射功率的偏差低于第一阈值。第一阈值可以根据控制系统100的用户需求而定制，例如，所述工作温度范围达到-20摄氏度到65摄氏度，在所述工作温度范围内，所述射频收发电路的发射功率相较基准发射功率的偏差在1dB以内。当然，第一阈值可以匹配不同的工作温度范围，也可以满足更宽松的偏差要求。其中，数字增益主要是调节数模转换输入的脉冲幅度。如此，可以使得发射功率稳定在基准发射功率，从而使得配置有本申请实施例所述的控制系统100的便携式智能设备能够在温差较大的环境中，依然保持较好的无线通信能力和稳定性。

实际上，具有WIFI功能的便携式智能设备的功能越来越强，功耗越来越大，而便携式智能设备结构紧凑，芯片体积小，热量累积快，散热效果较差，温度对于发射功率的影响较大。芯片工作时，由于周围环境温度的变化，芯片的温度也必然会发生变化。此时，常温下的发射功率在高低温下表现的就会有较大差别，高温下功率变小，低温下功率变大。如果发射功率过大，会对其他产品产生影响，干扰其他产品的正常工作，同时对功耗以及发射的信号质量都会产生影响；如果功率太小，发射的信号能量不够大，可能会影响到接收方的信号接收，导致信号卡顿等。本申请实施例通过温度传感器103检测到控制系统100的温度后，经过处理单元104的自动分析，在检出温度高于基准温度时，增加数字增益，以避免信号功率太小甚至断开，在检出温度低于基准温度时，降低数字增益，防止发射功率过大影响其他产品的工作，并避免高发射功率消耗过多的功耗。通过这种方法，可以保证控制系统100在温差较大的高、低温环境下，发射功率稳定的保持在基准发射功率附近，从而避免由于温度骤变造成控制系统100的发射功率骤变。而且，该方法能够保证发射功率补偿的精度，准确性和灵敏性更高。

在本申请的一些实施例中，所述控制系统100还包括存储器105，其配置为存储温度增益补偿表。其中，存储器105可以包括只读存储器(ROM)、闪存、随机存取存储器(RAM)、诸如同步DRAM(SDRAM)或Rambus DRAM的动态随机存取存储器(DRAM)、静态存储器(例如，闪存、静态随机存取存储器)等，计算机可执行指令以任何格式存储在其上。在一些实施例中，存储器105可以存储一个或多个计算机可执行指令。计算机程序指令可以由处理器访问，从ROM或者任何其他合适的存储器105位置读取，并且加载在RAM中以供处理器执行。例如，存储器105可以存储一个或多个软件应用程序。存储在存储器105中的软件应用程序可以包括，例如，用于普通计算机系统的操作系统(未示出)以及用于软控制装置的操作系统。

具体地，所述温度增益补偿表定义检出温度与放大器102的匹配数字增益的关联关系，该检出温度下采用放大器102的匹配数字增益能够使得所述射频收发电路的发射功率相较基准发射功率的偏差低于所述第一阈值。所述处理单元104进一步配置为在检出温度在所述工作温度范围内偏离基准温度时，根据温度增益补偿表来确定放大器102的匹配数字增益，将所述放大器102的数字增益调节到所述匹配数字增益。其中，具体地，所述温度增益补偿表通过在出厂之前对同一批次的同型号的控制系统100进行预先检测而得到，例如，温度增益补偿表可以如表1-表3所示。

表1：2g通信模式下的温度增益补偿表

表2：5g(WIFI信道36-108)通信模式下的温度增益补偿表

表3：5g(WIFI信道110-165)通信模式下的温度增益补偿表

表1、表2和表3中的qfn-c指的是芯片型号，(左开右闭)温度区间指的是温度范围中不包括左边的温度，包括右边的温度，比如表1的(左开右闭)温度区间(0-5]。0x11d[13:0]表示的是调节增益的寄存器比特位，其中的11d表示的是匹配数字增益。channel区间表示的是WIFI信道。

温度传感器103检测出控制系统100的温度，比如，对于WIFI 5G的信道36-108，测得当前控制系统100的温度为40度，已经偏离基准温度，读取表2中(左开右闭)温度区间在(35-40]的0xd2B，其中，匹配数字增益为d2B，将放大器102的数字增益调节到d2B。如果检测到的温度为14，则读取表2中(左开右闭)温度区间在(10-15]的0xb85，其中，匹配数字增益为b85，将放大器102的数字增益调节到匹配数字增益b85。如此，通过检测控制系统100的温度，并在检测出的温度偏离基准温度时，确定所属温度落在温度增益补偿表的哪个温度区间，并改变不同数字增益进行补偿。当外界环境温度发生变化，芯片温度也会跟着变化，根据预先确定的温度增益补偿表进行相应的补偿，实时保证不同温度下，发射功率尽量一致。如此，能够精确的、高效的将射频收发电路的发射功率稳定在基准发射功率，使得配置有该控制系统100的设备能够在温差较大的环境中保持良好的WIFI通信质量。

在本申请的一些实施例中，所述处理单元104进一步配置为获取所述控制系统100的运行状态，在所述运行状态为睡眠状态的情况下，禁用所述温度传感器103的温度检测，否则启用所述温度传感器103的温度检测。利用温度传感器103对控制系统100进行温度检测也会消耗大量的功耗，会对芯片造成一定的工作负担。基于检测出的温度进行温度补偿等处理，都会占用一定的内存。处理单元104基于控制系统100的运行状态来判断是否启用温度传感器103，比如，当芯片的运行状态是睡眠状态时，则WIFI处于断开状态，此时也没有必要再开启温度传感器103。当检测到芯片处于运行状态时，再开启温度传感器103即可，如此，能够使得控制系统100处于低功耗的状态。

在本申请的一些实施例中，所述温度传感器103包括数值与温度相关联地变化的ADC器件106，所述存储器105进一步配置为存储所述ADC器件106的数值与温度之间的映射关系。基于ADC器件106直接获得的数值并不是控制系统100的实际的摄氏温度，这个数值和实际的摄氏温度之间存在偏差。因此，利用存储器105存储ADC器件106的数值和温度之间的映射关系，基于该映射关系把ADC器件106的数值转换为控制系统100的实际的摄氏温度。如图5所示，构建ADC器件106的数值和温度之间的映射关系，处理单元104获取所述ADC器件106的数值，根据所述ADC器件106的数值，参考图5所述映射关系确定对应的温度，作为所述控制系统100的检出温度且使得所述检出温度能够被读出。

用户在获取该控制系统100之后，可以将该控制系统100置于高温、低温环境下进行测试。由于本申请实施例所述的控制系统100的检出温度能够被读出，且读出的温度即为控制系统100的实际的摄氏温度，用户将控制系统100置于高温或低温环境下时，可以通过读取控制系统100的温度来了解芯片当前的温度变化情况，并了解处于高温或低温下芯片的发射功率是否稳定在基准发射功率，以保证该控制系统100能够被正常使用。

在本申请的一些实施例中，所述处理单元104进一步配置为使得所述温度传感器103以第一预定间隔定期地检测所述控制系统100的温度，确定检出温度的变化率，在所述检出温度的变化率大于变化率阈值时，改以比所述第一预定间隔更短的第二预定间隔定期地检测所述控制系统100的温度。具体地，芯片在实际工作时，环境温度缓慢变化，可以每隔第一预定间隔读取一次芯片的温度，比如，每隔5秒读取一次芯片的温度，并基于不同时间段获得的温度，得到温度变化率。伴随着芯片所处的环境温度的变化，如果环境温度变化比较缓慢，则每隔5秒是可以满足温度传感器103对于芯片温度的检测需求。但是，如果环境温度骤变，比如骤然升温或者降温，环境温度的急速变化会立即对芯片的运行造成恶劣的影响。此时，如果仍然每隔5秒检测一次芯片的温度显然已经无法满足需求。因此，在检出温度的变化率大于变化阈值时，说明芯片所处的环境温度发生了较大的变化，需要以比第一预定间隔更短的第二预定间隔定期地检测芯片的温度，比如每隔2秒读取一次芯片的温度。如此，能够准确的获取芯片的温度变化情况，并有利于实现对数字增益控制的精准控制，提高温度补偿的准确性。

在本申请的一些实施例中，所述控制系统100包括接口和寄存器116，所述处理单元104进一步配置为经由所述接口向所述寄存器116内写入指示数字增益的数据，其中，所述放大器102的数字增益由所述寄存器116内的数据自动控制。具体地，利用汇编语言将指示数字增益的数据写入到寄存器116，即将调节放大器102的数字增益的逻辑写入到寄存器116中，如此，直接将已经设定好硬件路线的寄存器116中的数据进行修改，放大器102的数字增益即可随之变动。如此，由寄存器116中的数据自动控制，而不是利用软件去实现对放大器102数字增益的控制，使得对放大器102的数字增益的控制更加迅速、准确，而且功耗更低。

在本申请的一些实施例中，处理单元104进一步配置为在所述WIFI通信模块101执行WIFI 5G通信的情况下，对于5.1G到5.5G的第一频率范围和5.5G到5.9G的第二频率范围，分别参考彼此分立的温度增益补偿表来调节放大器102的数字增益，所述第一频率范围的温度增益补偿表和所述第二频率范围的温度增益补偿表在出厂前分别预先检测得到。WIFI5G频率范围很宽，不同频率范围下芯片的发射功率本身有些偏差，具体地，低频区5.1—5.5G为第一频率范围，高频区5.5—5.9G为第二频率范围，分别参考彼此分立的温度增益补偿表来调节放大器102的数字增益可以实现较高的精度控制。如果不将WIFI 5G分开独立进行温度补偿，则由于WIFI的低频(比如14dB)和高频(15dB)产生的发射功率偏差就接近1dB。

进一步地，所述工作温度范围达到-20摄氏度到65摄氏度，在所述工作温度范围内，所述射频收发电路的发射功率相较基准发射功率的偏差在1dB以内。具体地，对于同一批次同一型号的芯片在-20摄氏度到70摄氏度，以及在2G通信、5G通信(低频区)和5G通信(高频区)分别进行校准前、校准后的发射功率(单位，W)的测试，测试结果如表4所示。

表4：分别在2G、5G低频区、5G高频区进行校准前、后的发射功率测试表

表4的最后一行表示发射功率变化值，计算方法是将每一列的最大值和最小值做差值得到的。通过表4结合图5，可以看出在校准后，发射功率的波动较小，偏差在1dB以内。

在本申请的一些实施例中，提供一种具有WIFI无线通信功能的便携式智能设备，包括根据本申请各个实施例所述的控制系统100。所述智能设备包括但不限于耳机、手机、iPad、手表、手环、眼镜等。

此外，尽管已经在本文中描述了示例性实施例，其范围包括任何和所有基于本申请的具有等同元件、修改、省略、组合(例如，各种实施例交叉的方案)、改编或改变的实施例。权利要求书中的元件将被基于权利要求中采用的语言宽泛地解释，并不限于在本说明书中或本申请的实施期间所描述的示例，其示例将被解释为非排他性的。因此，本说明书和示例旨在仅被认为是示例，真正的范围和精神由权利要求以及其等同物的全部范围所指示。

以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述示例(或其一个或更多方案)可以彼此组合使用。例如本领域普通技术人员在阅读上述描述时可以使用其它实施例。另外，在上述具体实施方式中，各种特征可以被分组在一起以简单化本申请。这不应解释为一种不要求保护的公开的特征对于任一权利要求是必要的意图。相反，本申请的主题可以少于特定的公开的实施例的全部特征。从而，权利要求书作为示例或实施例在此并入具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例，并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本申请的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求赋权的等同形式的全部范围来确定。

以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。