DE10106388A1

DE10106388A1 - Schaltung zur Bereitstellung einer exponentiellen Vorverzerrung für einen einstellbaren Verstärker

Info

Publication number: DE10106388A1
Application number: DE10106388A
Authority: DE
Inventors: Markus Zannoth; Martin Tegeler
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Deutschland GmbH
Priority date: 2001-02-12
Filing date: 2001-02-12
Publication date: 2002-08-29
Anticipated expiration: 2021-02-13
Also published as: DE10106388C2; US6788145B2; WO2002071597A2; JP2004519176A; EP1360758A2; JP3850799B2; US20040032298A1; WO2002071597A3

Abstract

Es ist eine Schaltung zur Bereitstellung einer exponentiellen Vorverzerrung für einen einstellbaren Verstärker angegeben, welche zwei parallel geschaltete, gesteuerte Strompfade mit jeweils einer Diode (D1, D2) umfaßt, denen eine Differenzverstärkerstufe (T3, T4) nachgeschaltet ist. Das Flächenverhältnis der ersten Diode zur zweiten Diode (D1, D2) ist dabei gleich dem Flächenverhältnis von erstem Transistor (T3) zur zweitem Transistor (T4) des Differenzverstärkers (T3, T4). Dadurch ist bewirkt, daß ein ausgangsseitig bereitgestellter Strom gegenüber einem eingangsseitig anlegbaren Steuersignal eine exponentielle Vorverzerrung aufweist. Damit ist es möglich, lineare Verstärker dB-linear anzusteuern. Die vorliegende Schaltung ist in der Hochfrequenztechnik anwendbar und ermöglicht gute Rauscheigenschaften sowie große Unempfindlichkeit gegenüber Prozeßparameter- und Temperaturschwankungen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltung zur Bereit stellung einer exponentiellen Vorverzerrung für einen ein stellbaren Verstärker.

Verstärker, beispielsweise Power Amplifier oder Low-Noise Am plifier, wie sie in der Hochfrequenztechnik üblicherweise eingesetzt werden, weisen normalerweise eine einstellbare Verstärkung auf. Die Kennlinie, mit der die Verstärkung ein stellbar ist, kann dabei als linear gefordert sein oder als sogenannte dB-lineare Kennlinie gefordert sein. Eine dB- lineare Kennlinie zeichnet sich dabei dadurch aus, daß sich die Ausgangsleistung P_out in dBmW proportional zur eingangs seitigen Steuerspannung U_control verhält, gemäß der Formel

P_out[dBm] = 10.logP_out[W] ∝ U_control

Bei den meisten, verbreitet erhältlichen Verstärkern ist die Ausgangsleistung jedoch direkt proportional zur Regelspan nung, nicht in einem logarithmischen Verhältnis proportional. Daher muß die Regelspannung in einer dem Verstärker vorge schalteten Stufe entsprechend vorverzerrt werden, um eine dB- lineare Kennlinie zu erhalten.

In dem Dokument: Prof. Robert Meyer, UC Berkeley EECS 242 (NTU Course: IC775CA), "Advanced Integrated Circuits For Com munication", Course Notes (Lectures 1-43, Vol. I of II, Uni versity of California at Berkeley College of Engineering, 1999, Lecture 4, p. 9) ist eine Schaltung angegeben, mit der eine beschriebene Vorverzerrung erzielbar ist. Dabei wird die Regelspannung eines Verstärkers zunächst exponentiert, um ei ne insgesamt dB-lineare Kennlinie zu erhalten. Die Vorverzer rung erfolgt mit Hilfe einer translinearen Schaltung, die einen temperaturstabilen, exponentiellen Zusammenhang zwischen der Kontrollgröße oder Steuergröße (Strom/Spannung) und einer Ausgangsgröße bildet.

Die im oben zitierten Dokument angegebene Grundschaltung zur Erzeugung einer exponentiellen Vorverzerrung hat jedoch den Nachteil, daß sich die ideal berechnete, exponentielle Über tragungsfunktion aufgrund von Prozeßtoleranzen, denen die zur Realisierung erforderlichen Bauelemente unterworfen sind, so wie aufgrund von Temperaturänderungen im Betrieb der Schal tung verändert. Zudem erfordert die angegebene Schaltung eine verhältnismäßig große Anzahl von Bauelementen sowie eine da mit verbundene, große Transistorfläche. Die große Anzahl der erforderlichen Transistoren hat weiterhin den Nachteil, daß nur mäßige Rauscheigenschaften der Gesamtschaltung erzielt werden können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltung zur Bereitstellung einer exponentiellen Vorverzerrung für einen einstellbaren Verstärker anzugeben, welche bezüglich ferti gungs- und temperaturbedingten Toleranzen verbessert ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst mit einer Schaltung zur Bereitstellung einer exponentiellen Vorverzerrung für ei nen einstellbaren Verstärker, aufweisend

- einen ersten gesteuerten Strompfad mit einer ersten Diode,
- einen parallel zum ersten Strompfad geschalteten, zweiten gesteuerten Strompfad mit einer zweiten Diode,
- wobei die gesteuerten Ströme einen Gleichtaktstrom zur Ar beitspunkteinstellung der Dioden und einen differenziellen Strom zur Kleinsignal-Ansteuerung umfassen, und
- einen ersten Differenzverstärker mit einem ersten Transi stor, dessen Steuereingang an die erste Diode angeschlossen ist, und mit einem zweiten Transistor, dessen Steuereingang an die zweite Diode angeschlossen ist,
- wobei das Verhältnis der wirksamen Transistorflächen von zweitem zu erstem Transistor gleich dem Verhältnis der wirk samen Diodenflächen von zweiter Diode zu erster Diode ist.

Die beschriebene Schaltung weist zwei Dioden unterschiedli cher Größe auf, denen ein Differenzverstärker mit zwei Tran sistoren unterschiedlicher Größe nachgeschaltet ist. Dabei ist die größere der beiden Dioden mit dem größeren Transistor verbunden, während die kleinere Diode mit dem kleineren Tran sistor verbunden ist. Die Dioden werden mit Strömen angesteu ert, welche einen Gleichtaktstrom zum Einstellen des Ar beitspunktes der Dioden umfassen sowie einen differenziellen Strom, der das eigentliche Nutzsignal trägt. Ausgangsseitig am Differenzverstärker stehen Ausgangsströme zum Ansteuern eines Verstärkers mit der mit beschriebener Schaltung erzeug baren unsymmetrischen Vorverzerrung bereit. Mit der unsymme trischen Vorverzerrung und dem unsymmetrischen Differenzver stärker ist mit der vorliegenden Schaltung eine dB-lineare Übertragungsfunktion angenähert. Das Flächenverhältnis von erster zu zweiter Diode sowie von erstem zu zweitem Transi stor ist dabei den jeweiligen Erfordernissen anpaßbar, wie nachfolgend detaillierter beschrieben. Da die beschriebene Schaltung mit einer geringen Anzahl von Bauelementen reali sierbar ist, kann sie mit guten Rauscheigenschaften implemen tiert werden. Zudem ist die beschriebene Schaltung unempfind lich bezüglich Prozeßtechnologie- und Temperaturschwankungen.

Da die Dioden unterschiedliche Flächen besitzen, entsteht ei ne Unsymmetrie in den Diodenspannungen. Diese Diodenspannun gen werden zur Steuerung eines Differenzverstärkers herange zogen, an dessen Ausgang das gewünschte, vorverzerrte Ein gangssignal für einen Verstärker als differenzieller Strom vorliegt.

Zum Erzielen einer guten Paarung können die Dioden Transisto ren sein, welche als Dioden geschaltet sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung ist zur Stromsteuerung des ersten und zweiten gesteuer ten Strompfades ein zweiter, spannungsgesteuerter Differenz verstärker vorgesehen mit einem ersten Ausgang, der an die erste Diode angeschlossen ist, und mit einem zweiten Ausgang, der an die zweite Diode angeschlossen ist. Mit dem zweiten Differenzverstärker kann ein als differenzielles Spannungs signal vorliegendes Steuersignal zum Regeln der Ausgangsleis tung eines Verstärkers in die erforderlichen Steuerströme zum Steuern der Dioden-Strompfade umgesetzt werden. Der zweite Differenzverstärker arbeitet demnach als Spannungs- Stromwandler.

In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der vorliegen den Erfindung umfaßt der zweite Differenzverstärker zwei Bi polar-Transistoren, deren Emitteranschlüsse zur Bereitstel lung einer Gegenkopplung über einen Widerstand miteinander verbunden sind. Die Gegenkopplung des zweiten Differenzver stärkers kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn dessen Auslenkung im Kleinsignalbereich einen Bereich überschreitet, in dem auch ohne Gegenkopplung eine hinreichend gute Lineari sierung vorhanden ist. In jedem Fall ist zu beachten, daß die gesteuerten Ströme des ersten und zweiten Strompfades propor tional zu den differenziellen Eingangsspannungen sind.

In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der vorliegen den Erfindung ist das Verhältnis der wirksamen Transistorflä chen sowie das Verhältnis der wirksamen Diodenflächen zuein ander jeweils durch ein Parallelschalten mehrerer, gleichar tiger Bauteile eingestellt. Beispielsweise können somit wirk same Flächenverhältnisse der Transistoren beziehungsweise der Dioden zueinander von 2 : 1, 3 : 1, 3 : 2 et cetera hergestellt sein. Da jeweils gleichartige Bauelemente in beiden Strom zweigen verwendet werden, ist eine besonders gute Paarung er zielbar.

In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der vorliegen den Erfindung umfaßt die erste Diode eine Parallelschaltung aus zwei Dioden, welche jeweils gleichartig zur zweiten Diode sind, und der erste Transistor umfaßt eine Parallelschaltung aus zwei Transistoren, welche jeweils gleichartig zum zweiten Transistor sind, so daß sich jeweils ein Flächenverhältnis von 2 : 1 ergibt. Wie im folgenden detailliert beschriebene, anhand von Herleitungen und Parameterstudien belegte Ausfüh rungsbeispiele zeigen, ergibt sich für ein Flächenverhältnis von 2 : 1 eine dB-lineare Übertragungsfunktion bei der be schriebenen Schaltung zur Bereitstellung einer exponentiellen Vorverzerrung für einen linearen Vorverstärker.

In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Flächenverhältnis von 3 : 1 durch Parallelschalten von drei Bauelementen beziehungsweise drei Transistoren einge stellt. Eine derartige Überkompensation kann, abhängig vom Anwendungsfall der Schaltung zur Bereitstellung einer Vorver zerrung, wünschenswert sein.

In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der vorliegen den Erfindung ist der erste Transistor des ersten Differenz verstärkers steuerseitig unmittelbar an die erste Diode und der zweite Transistor des ersten Differenzverstärkers steuer seitig unmittelbar an die zweite Diode angeschlossen. Dabei steuert das Potential an den Diodenanschlüssen, welche mit den Steuereingängen der Transistoren verbunden sind, den Dif ferenzverstärker in Abhängigkeit von den durch die Dioden fließenden Strömen an.

In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der vorliegen den Erfindung ist in einem dritten und vierten Strompfad, welche durch den ersten Differenzverstärker gesteuert sind und welche jeweils eine gesteuerte Strecke von dessen erstem beziehungsweise zweitem Transistor umfassen, jeweils eine Lastdiode vorgesehen. Der aus dem ersten Differenzverstärker ableitbare, vorverzerrte Strom wird in die Lastdioden eingeprägt, um die Kennlinie eines für die Verstärkungsvariation anschließbaren Differenzverstärkers, beispielsweise einer Stromwippe, zu kompensieren.

In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der vorliegen den Erfindung ist ausgangsseitig am ersten Differenzverstär ker eine Stromwippe angeschlossen, deren Steuereingänge mit den Lastdioden verbunden sind und an der ausgangsseitig eine elektrische Last, beispielsweise eine Antenne oder ein Anpaß netzwerk, anschließbar ist. Mit der Stromwippe ist eine va riable Verstärkung bereitgestellt.

Der Stromwippe ist an einem Eingang beispielsweise ein Hoch frequenz-Signal zuführbar, welches entsprechend der gewünsch ten, angelegten Soll-Verstärkung verstärkt wird.

In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist diese in bipolarer Schaltungstechnik ausgebildet.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind Gegenstand der Un teransprüche.

Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbei spielen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsge mäßen Schaltung zur Vorverzerrung eines Regelsi gnals anhand eines vereinfachten Schaltbildes,

Fig. 2 eine Schaltung gemäß Fig. 1, welche zur mathemati schen Beschreibung der Schaltung weiter vereinfacht ist,

Fig. 3 das Übertragungsverhalten der mit einer Schaltung gemäß Fig. 1 oder 2 erzielbaren Vorverzerrung in Abhängigkeit des Flächenverhältnisses,

Fig. 4 das Übertragungsverhalten der beschriebenen Schal tung zur Bereitstellung einer exponentiellen Vor verzerrung bei logarithmisch skalierter Abszisse,

Fig. 5 die Ableitung der Kurvenschar der Übertragungsfunk tion für verschiedene Parameterwerte des Flächen verhältnisses,

Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand eines vereinfachten Ersatzschalt bildes und

Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Weiterbildung der Schaltung gemäß Fig. 1, mit einer Stromwippe und angeschlossener elektri scher Last.

Fig. 1 zeigt einen ersten Differenzverstärker T3, T4 mit steuerseitig angeschlossenen Stromzweigen, welche jeweils ei ne Diode und einen spannungsgesteuerten Bipolar-Transistor T1, T2 umfassen.

Im einzelnen ist den als npn-Bipolar-Transistoren T1, T2 aus geführten und einen gegengekoppelten Differenzverstärker bil denden Transistoren steuerseitig, das heißt an ihrem Basisan schluß, eine differenzielle Eingangsspannung U_in, U_inx zu führbar. Diese Steuerspannung dient zum Einstellen der varia blen Verstärkung eines Verstärkers. Die Emitteranschlüsse der Transistoren T1, T2, welche den zweiten Differenzverstärker bilden, sind zur Bildung der Gegenkopplung über einen Wider stand R1 miteinander verbunden. Weiterhin sind die Emitteran schlüsse über je eine Stromquelle I1, I2 mit einem Bezugspo tentialanschluß GND verbunden. Kollektorseitig sind die Tran sistoren T1, T2 über je eine Diode D1, D2 mit einem Versor gungspotentialanschluß VCC verbunden. Dabei weist die erste Diode D1 zwei parallel geschaltete Teildioden auf, wobei jede Teildiode in ihrem Aufbau der zweiten Diode D2 entspricht.

Hierdurch ergibt sich eine besonders gute Paarung der Dioden D1, D2 und ein Flächenverhältnis C von zweiter Diode D2 zu erster Diode D1 zu C = 0,5.

Das sich aufgrund der in den Stromzweigen gesteuerten Ströme kathodenseitig an den Dioden D1, D2 einstellende Potential dient zum Ansteuern des ersten Differenzverstärkers T3, T4. Dieser umfaßt einen ersten Transistor T3, welcher steuersei tig mit dem Kathodenanschluß der ersten Diode D1 verbunden ist, und einen zweiten Transistor T4, welcher steuerseitig mit dem Kathodenanschluß der zweiten Diode D2 verbunden ist. Zur Bildung des Differenzverstärkers sind die Transistoren T3, T4 emitterseitig miteinander unmittelbar verbunden. Wich tig beim ersten Differenzverstärker T3, T4 ist zu beachten, daß das Flächenverhältnis des zweiten Transistors T4 zum er sten Transistor T3 gleich dem Flächenverhältnis C von zweiter Diode D2 zu erster Diode D1 ist. Demnach umfaßt der erste Transistor T3 zur Bereitstellung eines Flächenverhältnisses C = 0,5 zwei npn-Bipolar-Transistoren vom Typ und vom Aufbau des npn-Bipolar-Transistors T4. Der gemeinsame Emitterknoten der Transistoren T3, T4 ist an eine Stromquelle I3 ange schlossen, welche einen Arbeitspunktstrom I_K liefert. Da beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 die Dioden D1, D2 als Tran sistoren realisiert sind, welche als Dioden verschaltet sind, und welche vom Typ der Transistoren T3, T4 des ersten Diffe renzverstärkers sind, ergeben sich die Ströme in den Strom quellen I1, I2 des ersten und zweiten Strompfades jeweils zum halben Arbeitspunktstrom I_k/2. Der Ausgang der beschriebenen Schaltung zur Bereitstellung einer exponentiellen Vorverzer rung, welcher ein Stromausgang ist, ist an die Kollektoran schlüsse der Transistoren T3, T4 des ersten Differenzverstär kers angeschlossen und mit I_out, I_outx bezeichnet.

Die Transistoren T1, T2 des zweiten, gegengekoppelten Diffe renzverstärkers können als Spannungs-Stromwandlerstufe aufge faßt werden. Diese setzen die bereitgestellte differenzielle Eingangsspannung U_in, U_inx in einen Ausgangsstrom I_out, I_outx mit der gewünschten Verzerrung, hier mit Flächenverhältnis C = 0,5 um.

Die beschriebene Schaltung gemäß Ausführungsbeispiel Fig. 1 weist neben der geringen Anzahl der erforderlichen Bauelemen te, welche zu guten Rauscheigenschaften führen, eine gute Paarung der verwendeten Dioden- und Transistorbauelemente auf sowie keine Empfindlichkeit gegenüber Temperaturänderungen im Betrieb oder Prozeßtechnologietoleranzen bei der Fertigung.

Fig. 2 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild gemäß Fig. 1 zur Berechnung beziehungsweise mathematischen Modellierung der Schaltung gemäß der Erfindung. Dabei ist der durch den zwei ten Differenzverstärker T1, T2 hervorgerufene Strom I_in durch die Dioden D1, D2, welcher als Gegentaktsignal interpretier bar ist, als zusätzliche Stromquelle I4 eingezeichnet. Somit ergibt sich ein Stromfluß durch die erste Diode D1 von I_k - I_in und durch die zweite Diode D2 ergibt sich der Strom zu I_k + I_in.

Der differenzielle Ausgangsstrom I_diff, welcher sich aus der Differenz der Ausgangsströme I_out, I_outx am Ausgang der Schaltung gemäß Fig. 2 ergibt, hängt insbesondere von den Stromdichten der Dioden D1, D2 sowie der Differenzverstärker transistoren T3, T4 des ersten Differenzverstärkers ab und kann wie folgt hergeleitet werden: Aufgrund der Verschaltung gemäß Fig. 2 der Dioden und Transistoren miteinander sowie aufgrund des unterschiedlichen Flächenverhältnisses ergibt sich für die Stromdichten I_S der Dioden:

Is₂ = C.Is₁

mit Is2 gleich Stromdichte der zweiten Diode D2 und Is1 gleich Stromdichte der ersten Diode D1.

Für die Stromdichten der Transistoren T3, T4 ergibt sich ana log:

Is₄ = C.Is₃

mit Is₃ gleich Stromdichte des ersten Differenzverstärker transistors T3 und Is₄ gleich Stromdichte des zweiten Diffe renzverstärkertransistors T4.

Die Dioden D1, D2 werden von Strömen Ic₁ beziehungsweise Ic₂ durchflossen. Aus dem Eingangsstrom I_in sowie dem Ar beitspunktstrom I_k der Dioden D1, D2, vergleiche Fig. 2, er gibt sich für die Ströme durch die Dioden D1, D2:

Ic₁ = I_k + I_in

und

Ic₂ = I_k - I_in

Somit können nun mit Kenntnis der Diodenkennlinien die Span nungen U_ak1, U_ak2 über den Dioden D1, D2 angegeben werden mit:

U_ak1 = m.U_T.(ln(Ic₁/Is₁) + 1)

und

U_ak2 = m.U_T.(ln(Ic₂/Is₂) + 1)

Der Faktor m ist dabei der im Diodenmodell vorhandene Expo nentialfaktor und kann zu 1 angenommen werden. Der Ar beitspunktstrom I_k wird hier als Normierungsgröße verwendet. Ihm wird ebenfalls der Wert 1 zugewiesen. Geht man bei einem Differenzverstärker von einer Eingangsspannung u_d aus, so er hält man für den Differenzstrom I_diff am Ausgang:

Setzt man nun als Eingangsspannung u_d die Diodenspannungen u_ak1, u_ak2 ein, so erhält man für den differenziellen Aus gangsstrom:

Aus diesem Zusammenhang erhält man abhängig vom Flächenver hältnis C eine Kurvenschar. Für C = 1 ergibt sich bei nicht logarithmischer Darstellung eine Gerade.

Fig. 3 zeigt das Übertragungsverhalten der Vorverzerrung, das heißt des Differenzstroms I_diff in Abhängigkeit vom Ein gangsstrom I_in. Eingangsstrom I_in und Differenzstrom I_diff sind dabei normiert aufgetragen, die normierten Größen sind durch einen Oberstrich gekennzeichnet. Der Parameter für das Flächenverhältnis C wurde in einem Bereich von C = 0,3 bis C = 2 für die Werte C = 0,3, C = 0,5, C = 1 und C = 2 aufgetra gen. Man erkennt, daß sich, wie erwartet, bei nicht logarith mischer Darstellung für C = 1 eine Gerade ergibt.

Fig. 4 zeigt ebenfalls eine Parameterstudie der Funktion des Differenzstroms in Abhängigkeit vom Eingangsstrom für ver schiedene Parameterwerte für das Flächenverhältnis C, jedoch in halblogarithmischer Darstellung, wobei Differenzstrom und Eingangsstrom in einer geeigneten Normierung dargestellt sind. Dabei ist die Ordinate linear, die Abszisse hingegen logarithmisch skaliert. Hierbei ist zu erkennen, daß für das Flächenverhältnis C = 0,5 annähernd eine Gerade vorliegt, zu mindest in einem nutzbaren Strombereich. Fig. 4 zeigt insge samt das Übertragungsverhalten der Schaltung gemäß Fig. 2.

Fig. 5 beschreibt, ebenfalls geeignet normiert, die Ablei tung der Funktion Differenzstrom in Abhängigkeit von Ein gangsstrom. Als Parameter für das Flächenverhältnis C wurden dabei im gemäß Fig. 4 ermittelten, interessierenden Bereich um C = 0,5 zum einen C = 0,45; C = 0,5 sowie C = 0,55 ge wählt. Man erkennt, daß die Ableitung der Kurvenschar im Ein satzbereich der Funktion eine konstante Steigung aufweist.

Anhand der beschriebenen Kurvenscharen gemäß Fig. 3 bis 5 erkennt man, daß man bei Annäherung des exponentiellen Zusam menhangs mit Hilfe einer Funktion

mit der vorgestellten Schaltung in einem weiten Bereich eine nahezu dB-lineare Kennlinie erhält. An den Randbereichen nimmt die Steigung der Kennlinie zu, vergleiche Fig. 6, was ein erwünschter Effekt ist, um Kompression zu kompensieren. Weiter bietet die beschriebene Schaltung, wie bereits erläu tert, den Vorteil der geringen Anzahl der erforderlichen Bau elemente mit den damit verbundenen guten Rauscheigenschaften sowie die Unabhängigkeit der Kennlinie von Temperatur- und Prozeßschwankungen.

Fig. 6 zeigt ein weiteres, vereinfachtes Schaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltung zur Bereitstellung einer exponen tiellen Vorverzerrung für einen linearen Verstärker mit zwei gesteuerten Strompfaden, welche jeweils eine Diode D1, D2 um fassen, sowie einen daran angeschlossenen Differenzverstärker T3, T4, der mit den sich über den Dioden D1, D2 in Abhängig keit von den gesteuerten Diodenströmen einstellenden Dioden spannungen gesteuert ist. Das Flächenverhältnis C der zweiten Diode D2 zur ersten Diode D1 ist dabei gleich dem Flächenver hältnis des zweiten Transistors T4 zum ersten Transistor T3 des ersten Differenzverstärkers. Die erste und zweite Diode D1, D2 sind kathodenseitig jeweils einerseits an eine Stromquelle I₁', I₂' angeschlossen, welche mit Bezugspotentialan schluß GND verbunden ist, und andererseits mit je einem Steu ereingang des ersten Differenzverstärkers T3, T4 verbunden, wie bereits für Fig. 1 und 2 beschrieben. Während die Stromquelle I₁' einen Strom I_k - I_in liefert, welcher der Dif ferenz von Arbeitspunktstrom I_k der Dioden und Eingangs strom I_in gemäß Fig. 2 entspricht, so liefert die zweite Stromquelle I₂' gerade die Summe I_k + I_in aus Arbeitspunkt strom I_k der Dioden und Eingangsstrom I_in des vereinfachten Schaltbildes gemäß Fig. 2. Die beiden Dioden D1, D2 weisen unterschiedliche Größe auf, wobei die flächenmäßig größere Diode D1 mit dem flächenmäßig größeren Transistor T1 und die kleinere Diode D2 mit dem kleineren Transistor T4 verbunden ist. Die Dioden D1, D2 werden mit den beschriebenen Strömen Ik - Iin, Ik + Iin angesteuert. Diese Ströme umfassen einen dif ferenziellen Strom zur Ansteuerung der Dioden I_in und einen Gleichtaktstrom I_k zum Einstellen des Arbeitspunktes der Dioden. Der Ausgang des Differenzverstärkers liefert Aus gangsströme I_out, I_outx, welche bezüglich des Eingangssignals der Schaltung ein Übertragungsverhalten mit einer Vorverzer rung zeigen.

Fig. 7 schließlich zeigt eine Weiterbildung der Schaltung von Fig. 1 mit einer Stromwippe T₆, T₇ und einer elektri schen Last R₂. Die elektrische Last R₂ kann beispielsweise eine Antenne oder ein Anpaßnetzwerk sein.

Im einzelnen ist an die Kollektoranschlüsse der Differenzver stärkertransistoren T3, T4 des ersten Differenzverstärkers je eine Diode D3, D4 als Lastdiode angeschlossen, in die der er zeugte, vorverzerrte Strom eingeprägt wird. Hierdurch wird erreicht, daß die Kennlinie der für die Verstärkungsvariation verwendeten Differenzverstärker T6, T7, welche gemeinsam eine Stromwippe bilden, kompensierbar ist. Ein zu verstärkendes, hochfrequentes Eingangssignal, welches als Strom I_RF emitter seitig der in bipolarer Schaltungstechnik ausgebildeten Stromwippe T6, T7 zuführbar ist, kann nun mit Hilfe der Eingangsspannung U_in, U_inx dB-linear variiert werden. Die Quelle für das hochfrequente, zu verstärkende Signal I_RF ist dabei als Stromquelle I6 eingezeichnet und kann beispielsweise als rauscharmer Verstärker, Low Noise Amplifier oder als Lei stungsverstärker, Power Amplifier mit Open-Collector-Ausgang ausgebildet sein.

Allen gezeigten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Schal tung zur Bereitstellung einer exponentiellen Vorverstärkung für einen linearen Verstärker ist gemeinsam, daß sie mit ge ringer Anzahl von Bauelementen aufbaubar sind und damit gute Rauscheigenschaften aufweisen. Weiterhin ist die Kennlinie der gewünschten, exponentiell verzerrten Übertragungsfunktion weitestgehend unabhängig von Temperaturschwankungen der Schaltung im Betrieb sowie von Prozeßparameterschwankungen bei der Fertigung einer derartigen Schaltung.

Bezugszeichenliste

C Flächenverhältnis
D1 Diode
D2 Diode
D3 Diode
D4 Diode
GND Bezugspotentialanschluß
I₁

Stromquelle
I_1'

Stromquelle
I₂

Stromquelle
I_2'

Stromquelle
I₃

Stromquelle
I₄

Stromquelle
I₅

Stromquelle
I₆

Stromquelle
I_in

Eingangsspannung
I_in

Eingangsstrom
I_inx

Eingangsspannung
I_K

Arbeitspunktstrom
I_out

Ausgangsstrom
I_outx

Ausgangsstrom
I_RF

HF-Signal
R1 Widerstand
R2 Last
T1 Transistor
T2 Transistor
T3 Transistor
T4 Transistor
T6 Transistor
T7 Transistor
VCC Versorgungspotentialanschluß

Claims

1. Schaltung zur Bereitstellung einer exponentiellen Vorver zerrung für einen einstellbaren Verstärker, aufweisend
einen ersten gesteuerten Strompfad mit einer ersten Diode (D1),
einen parallel zum ersten Strompfad geschalteten, zweiten gesteuerten Strompfad mit einer zweiten Diode (D2),
wobei die gesteuerten Ströme einen Gleichtaktstrom zur Ar beitspunkteinstellung der Dioden (I_k) und einen differenziel len Strom zu deren Kleinsignal-Ansteuerung (I_in) umfassen, und
einen ersten Differenzverstärker (T3, T4) mit einem ersten Transistor (T3), dessen Steuereingang an die erste Diode (D1) angeschlossen ist, und mit einem zweiten Transistor (T4), dessen Steuereingang an die zweite Diode (D2) angeschlossen ist,
wobei das Verhältnis der wirksamen Transistorflächen von zweitem (T4) zu erstem Transistor (T3) gleich dem Verhältnis der wirksamen Diodenflächen von zweiter Diode (D2) zu erster Diode (D1) ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stromsteuerung des ersten und zweiten gesteuerten Strompfades ein zweiter, spannungsgesteuerter Differenzver stärker (T1, T2) vorgesehen ist mit einem ersten Ausgang, der an die erste Diode (D1) angeschlossen ist, und mit einem zweiten Ausgang, der an die zweite Diode (D2) angeschlossen ist.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Differenzverstärker zwei Bipolar-Transistoren (T1, T2) umfaßt, deren Emitteranschlüsse zur Bereitstellung einer Gegenkopplung über einen Widerstand (R1) miteinander verbun den sind.

4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis (C) der wirksamen Transistorflächen von zwei tem (T4) zu erstem Transistor (T3) sowie das Verhältnis der wirksamen Diodenflächen von zweiter Diode (D2) zu erster Diode (D1) zueinander jeweils durch ein Parallelschalten meh rerer, gleichartiger Bauteile eingestellt ist.

5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Diode (D1) eine Parallelschaltung aus zwei Dioden umfaßt, welche jeweils flächengleich mit der zweiten Diode (D2) sind, und daß der erste Transistor (T3) eine Parallel schaltung aus zwei Transistoren umfaßt, welche jeweils flä chengleich mit dem zweiten Transistor (T4) sind, so daß sich jeweils ein Flächenverhältnis C von 1 : 2 ergibt.

6. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Diode (D1) eine Parallelschaltung aus drei Dioden umfaßt, welche jeweils flächengleich mit der zweiten Diode (D2) sind, und daß der erste Transistor (T3) eine Par allelschaltung aus drei Transistoren umfaßt, welche jeweils flächengleich mit dem zweiten Transistor (T4) sind, so daß sich jeweils ein Flächenverhältnis C von 1 : 3 ergibt.

7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der erste Transistor (T3) des ersten Differenzverstärkers (T3, T4) steuerseitig unmittelbar an die erste Diode (D1) und
der zweite Transistor (T4) des ersten Differenzverstärkers (T3, T4) steuerseitig unmittelbar an die zweite Diode (D2) angeschlossen ist.

8. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in einem dritten und vierten Strompfad, welche vom ersten Differenzverstärker (T3, T4) gesteuert sind und welche hierzu jeweils eine gesteuerte Strecke von dessen erstem beziehungs weise zweitem Transistor (T3, T4) umfassen, jeweils eine Lastdiode (D3, D4) vorgesehen ist.

9. Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ausgangsseitig am ersten Differenzverstärker (T3, T4) eine Stromwippe (T6, T7) angeschlossen ist, deren Steuereingänge mit den Lastdioden (D3, D4) verbunden sind, und daß ausgangs seitig an der Stromwippe eine elektrische Last (R2) an schließbar ist.

10. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß diese in bipolarer Schaltungstechnik ausgebildet ist.