DE10308644A1

DE10308644A1 - Verstärkerschaltung mit geregelter Leistung und Verfahren zur Leistungsverstärkung

Info

Publication number: DE10308644A1
Application number: DE2003108644
Authority: DE
Inventors: Thomas Gustedt; Johann Traub
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2004-09-16
Also published as: WO2004077491A3; WO2004077491A2

Abstract

Die erfindungsgemäße Verstärkerschaltung mit geregelter Leistung weist einen Verstärker (1) mit einem Verstärkereingang (1.1) zum Anlegen eines zu verstärkenden Signals (MS1), einen Steuereingang (1.3) und einen Verstärkerausgang (1.2) auf. Zudem ist eine Regeleinrichtung (4, 5, 6, 7, 10) zum Erfassen der vom Verstärker (1) abgegebenen Leistung und zum Erzeugen eines Steuersignals (Ucontr) vorgesehen. Die Regeleinrichtung (4, 5, 6, 7, 10) weist dabei eine einstellbare Regelzeitkonstante (Tg, Tk) auf und ist mit dem Steuereingang (1.3) des Verstärkers (1) verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstärkerschaltung mit geregelter Leistung und ein Verfahren zur Leistungsverstärkung, welche insbesondere im Bereich Mobilfunk Verwendung finden können.
Im Mobilfunk wird in der Regel ein amplitudenmoduliertes Sendesignal, welches im folgenden auch als AM-Sendesignal bezeichnet wird, mit Hilfe eines Leistungsverstärkers, der oft auch als Power Amplifier bezeichnet wird, verstärkt und als hochfrequentes amplitudenmoduliertes Sendesignal über eine Antenne abgestrahlt. Dabei ist es beispielsweise bei Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE) einerseits erforderlich, die Leistungsverstärkung des Leistungsverstärkers genau zu regeln und andererseits das durch die Amplituden-Modulation in der Leistung schwankende Nutzsignal, also das AM-Sendesignal, nicht zu verändern.
Eine entsprechende Lösung hierfür ist bisher nicht bekannt.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verstärkerschaltung mit geregelter Leistung und ein Verfahren zur Leistungsverstärkung anzugeben, bei denen einerseits die Leistungsverstärkung genau geregelt werden kann und andererseits das durch die Modulation in der Leistung schwankende Nutzsignal durch die Regelung nicht beeinflusst wird.

Die Aufgabe wird durch eine Verstärkerschaltung mit geregelter Leistung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren zur Leistungsverstärkung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 12 gelöst.

Die erfindungsgemäße Verstärkerschaltung mit geregelter Leistung weist einen Verstärker mit einem Verstärkereingang zum Anlegen eines zu verstärkenden Signals, einen Steuereingang und einen Verstärkerausgang auf. Zudem ist eine Regeleinrichtung zum Erfassen der vom Verstärker abgegebenen Leistung und zum Erzeugen eines Steuersignals vorgesehen. Die Regeleinrichtung weist dabei eine einstellbare Regelzeitkonstante auf und ist mit dem Steuereingang des Verstärkers verbunden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Leistungsverstärkung wird mittels eines Leistungsverstärkers ein leistungsverstärktes Sendesignal erzeugt. Zudem wird mittels einer Regeleinrichtung die Leistung des Sendesignals erfasst und in Abhängigkeit davon ein Steuersignal erzeugt, das dem Leistungsverstärker zugeführt wird. Die Regeleinrichtung arbeitet dabei während des Hochfahrens der Leistung mit einer ersten Regelzeitkonstante und während des Sendens mit einer zweiten Regelzeitkonstante.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den abhängigen Patentansprüchen angegebenen Merkmalen.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist die Regeleinrichtung der Verstärkerschaltung einen Differenzverstärker mit einem ersten Eingang, einem zweiten Eingang und einem Ausgang auf, wobei an dem ersten Eingang ein Signal zur Vorgabe der Leistung anlegbar ist, wobei der zweite Eingang mit einem Mittel zur Vorgabe der Regelzeitkonstante verbunden ist und wobei der Ausgang des Differenzverstärkers mit dem Steuereingang des Verstärkers verbunden ist. Dadurch kann auf einfache Art und Weise die vom Verstärker abgegebene Leistung mit der Sollleistung verglichen und das davon abhängige Steuersignal erzeugt werden.

Vorteilhafterweise weist das Mittel zur Vorgabe der Regelzeitkonstante einen steuerbaren Schalter, einen Widerstand und einen Kondensator auf, wobei der Kondensator zum Diffe renzverstärker parallel geschaltet ist, und wobei der Widerstand den Kondensator und den Schalter miteinander verbindet. Über den Schalter ist eine erste oder eine zweite Zeitkonstante einstellbar.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verstärkerschaltung weist der steuerbare Schalter einen N-Kanal MOS Transistor und einen P-Kanal MOS Transistor auf, welche ausgangsseitig zwischen den Eingang des Differenzverstärkers und eine Einheit zur Leistungserfassung geschaltet sind. Die beiden Transistoren sind eingangsseitig derart verschaltet, dass beide leitend oder beide sperrend sind.

Darüber hinaus kann bei der erfindungsgemäßen Verstärkerschaltung mit geregelter Leistung dem Steuereingang des P-Kanal MOS Transistors ein Inverter vorgeschaltet sein. Damit wird auf einfache Art und Weise erreicht, dass sowohl der P-Kanal MOS Transistor als auch der N-Kanal MOS Transistor dauernd die gleichen Schaltzustände annehmen, nämlich entweder beide Transistoren sind leitend oder beide Transistoren sind sperrend.

Zur Lösung der Aufgabe wird ferner vorgeschlagen, dass bei der Verstärkerschaltung den beiden Transistoren eine Einheit zur Bildung einer Rampe vorgeschaltet ist. Dies hat den Vorteil, dass der steuerbare Schalter keinen Schaltpuls mehr erzeugt und dadurch eine Ladungsinjektion über die Kapazität der Steuerelektrode des Transistors deutlich reduziert wird. Während des Hold-Zustands, in dem die Regeleinrichtung mit einer großen Regelzeitkonstanten arbeitet, kann es zu einer Veränderung der Leistung durch äußere Einflüsse, wie beispielsweise Temperaturdrift, Änderung der Versorgungsspannung, Leckströme usw., kommen. Wird nun, nachdem die Leistung sich durch diese äußeren Einflüsse verändert hat, schnell von einer großen auf eine kleine Regelzeitkonstante umgeschaltet, so kann dies zu einem Ladungsstoß führen. Dies wiederum be wirkt eine Störung im Regelkreis. Erfolgt die Umschaltung von der einen auf die andere Regelzeitkonstante jedoch, wie hier vorgeschlagen, rampenförmig oder kontinuierlich, das heißt langsam, so können dadurch die spektralen Auswirkungen des Stoßes deutlich verkleinert werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verstärkerschaltung mit geregelter Leistung kann die Einheit zur Bildung der Rampe ein erstes RC-Glied und ein zweites RC-Glied aufweisen, wobei das erste RC-Glied zwischen den Ausgang und den Eingang des N-Kanal MOS Transistors geschaltet ist, und wobei das zweite RC-Glied zwischen den Ausgang und den Eingang des P-Kanal MOS Transistors geschaltet ist. Über die Dimensionierung der Widerstände und der Kondensatoren der beiden RC-Glieder kann die Zeitdauer, die zum Umschalten von der einen Regelzeitkonstante auf die andere Regelzeitkonstante erforderlich ist, eingestellt werden.

Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Verstärkerschaltung mit geregelter Leistung kann die Regeleinrichtung einen Richtkoppler zur Erfassung der vom Verstärker abgegebenen Leistung aufweisen.

Vorteilhafterweise weist die Regeleinrichtung der erfindungsgemäßen Verstärkerschaltung einen Pegelgleichrichter auf, der dem Richtkoppler nachgeschaltet ist.

Darüber hinaus kann die Regeleinrichtung der erfindungsgemäßen Verstärkerschaltung einen Pegelverstärker aufweisen, der dem Pegelgleichrichter nachgeschaltet ist.

Zudem kann schließlich bei der erfindungsgemäßen Verstärkerschaltung der Verstärkerausgang mit einer Antenne verbunden sein.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Leistungsverstärkung kann die Regeleinrichtung während des Herunterfahrens der Leistung mit der ersten Regelzeitkonstante arbeiten. Dadurch wird nicht nur beim Hochfahren der Leistung, sondern auch beim Herunterfahren der Leistung eine genaue Leistungsregelung möglich.

Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Leistungsverstärkung erfolgt der Übergang von der einen auf die andere Regelzeitkonstante kontinuierlich. Dadurch werden die bei einem schnellen Umschalten von der einen auf die andere Regelzeitkonstante verursachten Störungen reduziert. Zur Lösung der Aufgabe wird ferner vorgeschlagen, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Leistungsverstärkung die erste Regelzeitkonstante kleiner als die zweite Regelzeitkonstante ist.

Schließlich kann die erfindungsgemäße Verstärkerschaltung und/oder das erfindungsgemäße Verfahren zur Leistungsverstärkung im Sendepfad eines Mobilfunkgeräts verwendet werden.

Im folgenden wird die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen anhand von acht Figuren weiter erläutert.
1 zeigt in Form eines Blockschaltbilds eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verstärkerschaltung mit geregelter Leistung.
2 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines steuerbaren Schalters, wie er in der erfindungsgemäßen Verstärkerschaltung Verwendung finden kann.
3 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer zweiten möglichen Ausführungsform des steuerbaren Schalters, wie er in der erfindungsgemäßen Verstärkerschaltung Verwendung finden kann.
4 zeigt eine mögliche Konkretisierung des in 2 prinzipiell dargestellten steuerbaren Schalters.
5 zeigt eine mögliche Konkretisierung des in 3 prinzipiell dargestellten steuerbaren Schalters.
6 zeigt den zeitlichen Verlauf der Leistung, wenn der in 2 gezeigte schnelle Schalter verwendet wird.
7 zeigt den Verlauf der Leistung mit einer Veränderung der Leistung während des Sendens, wobei der in 2 gezeigte schnelle Schalter verwendet wird.
8 zeigt den Verlauf der Leistung mit einer Veränderung der Leistung während des Sendens, wobei der in 3 gezeigte langsame Schalter verwendet wird.
9 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer dritten möglichen Ausführungsform des steuerbaren Schalters in Weiterbildung der Schaltung von 3.
Bei der in 1 gezeigten prinzipiellen Darstellung der erfindungsgemäßen Verstärkerschaltung mit geregelter Leistung liegt an einem HF-Eingangsanschluss 2 ein amplitudenmoduliertes Sendesignal MS1 an, das von einem Transceiver stammt und wird auf den Hochfrequenzeingang 1.1, kurz HF-Eingang, des Leistungsverstärkers 1 geführt. Der Leistungsverstärker 1 verstärkt das amplitudenmodulierte HF-Sendesignal MS1, welches dann als verstärktes amplitudenmoduliertes HF-Sendesignal MS2 am Verstärkerausgang 1.2 anliegt und auf eine Antenne 3 geführt wird. Mit Hilfe eines Richtkopplers 4 wird die vom Verstärker 1 abgegebene Leistung erfasst und auf einen Pegelgleichrichter 5 geführt. Genau genommen wird mit Hilfe des Richtkopplers 4 eine Spannung erfasst, die proportional zur vom Verstärker 1 abgegebenen Leistung ist. Diese Spannung wird mit Hilfe einer Gleichrichterdiode 5.2 des Pegelgleichrichters 5 gleichgerichtet. Der Widerstand 5.1 dient als Abschlusswiderstand der HF-Leitung und kann beispielswei se einen Wert von 50 Ohm aufweisen. Der Pegelgleichrichter 5 weist zudem einen Kondensator 5.3, welcher zu einem Widerstand 5.4 parallel geschaltet ist, auf. Am Ausgang 5.6 des Pegelgleichrichters 5 ist eine gleichgerichtete Spannung, die zur vom Verstärker 1 abgegebenen Leistung proportional ist, abgreifbar. Es sei hier erwähnt, das der Pegelgleichrichter 5 in 1 lediglich prinzipiell dargestellt ist. Die gleichgerichtete Spannung wird auf den Eingang 6.1 eines Pegelverstärkers 6 geführt. Die am Ausgang 6.2 des Pegelverstärkers 6 anliegende verstärkte gleichgerichtete Spannung Ui kann im Bedarfsfall über einen Schalter 7 und einen Widerstand 9 auf einen invertierenden Eingang 10.2 eines Differenzverstärkers 10 und einen Kondensator 11 geführt werden. In diesem Fall wird die verstärkte gleichgerichtete Spannung Ui mit einer Sollspannung Us, welche über einen Steueranschluss 12 auf einen nicht invertierenden Eingang 10.1 des Differenzverstärkers 10 geführt wird, verglichen. Bei der Sollspannung Us handelt es sich um ein Steuersignal, das vom Basisbandprozessor eines Mobilfunkgeräts stammt und die gewünschte Leistung des Leistungsverstärkers 1 vorgibt. Am Ausgang 10.3 des Differenzverstärkers 10 liegt eine Steuerspannung Ucontr an, die von der Sollspannung Us, der verstärkten gleichgerichteten Spannung Ui und einer Regelzeitkonstante T abhängt. Über die Steuerspannung Ucontr, welche auf den Steuereingang 1.3 des Leistungsverstärkers 1 geführt wird, kann die Leistung des Leistungsverstärkers 1 eingestellt werden.
Falls über den Steueranschluss 8, der mit dem Steuereingang 7.4 des steuerbaren Schalters 7 verbunden ist, ein entsprechendes Steuersignal Usw am steuerbaren Schalter 7 anliegt, wird der Schalter 7 geschlossen, das heißt leitend oder niederohmig. Anderenfalls wird der steuerbare Schalter 7 geöffnet, das heißt nichtleitend oder hochohmig.
Für den Fall, dass der Schalter 7 leitend ist, ergibt sich für die Regelzeitkonstante T ein kleiner Wert, nämlich: T = R × C = Tk wobei
R = Wert des Widerstands 9,
C = Kapazität des Kondensators 11 und
Tk = kleine Regelzeitkonstante.
Für den Fall, dass der Schalter 7 nichtleitend ist, ergibt sich für die Regelzeitkonstante T ein großer Wert, nämlich: T = (R + R2) × C = Tg wobei
R2 = Wert des Widerstands 41 und
Tg = große Regelzeitkonstante.
In 2 ist eine prinzipielle Darstellung einer ersten Ausführungsform eines schnell schaltenden steuerbaren Schalters 7 gezeigt. Über den Steuereingang 7.4 werden zwei Transistoren N1 und P1 gesteuert. Der Steuereingang 24 des Transistors N1, der als N-Kanal MOS Transistor ausgebildet ist, ist dabei direkt mit dem Steuereingang 7.4 verbunden. Der Steuereingang 25 des Transistors P1, der als P-Kanal MOS Transistor ausgebildet ist, ist über einen Inverter 21 mit dem Steuereingang 7.4 verbunden. Wechselt das am Steuereingang 7.4 anliegende Steuersignal Usw, wie durch den Signalverlauf 22 angedeutet, vom Pegel Low auf den Pegel High, so werden die beiden Transistoren N1 und P1 leitend und verbinden die beiden Anschlüsse 7.1 und 7.2 niederohmig miteinander. Für den Fall, dass das Steuersignal Usw am Eingang 7.4, wie durch den Signalverlauf 23 angedeutet, vom Zustand High in den Zustand Low wechselt, werden die beiden Transistoren N1 und P1 hochohmig, so dass die beiden Anschlüsse 7.1 und 7.2 nicht mehr über die Durchlasswiderstände der Transistoren N1 und P1 miteinander verbunden sind. Die beiden Anschlüsse 7.1 und 7.2 sind dann über einen Festwiderstand, der in 3 nicht gezeigt ist, miteinander verbunden. Bei dem in 2 gezeigten steuerbaren Schalter 7 handelt es sich um einen sogenannten schnell schaltenden Schalter.
Bei dem in 3 gezeigten steuerbaren Schalter 7 hingegen handelt es sich um einen langsam schaltenden Schalter. Der Übergang der beiden Transistoren N1 und P1 von sperrend auf leitend erfolgt, wie durch die beiden Signalverläufe 32 und 33 angedeutet, rampenförmig. Zur Erzeugung der Rampe ist zwischen die Steuereingänge 24 und 25 der beiden Transistoren N1 beziehungsweise P1 und den Steuereingang 7.4 des steuerbaren Schalters 7 ein Rampengenerator 31 geschaltet.
Der in 3 gezeigte langsam schaltende Schalter 7 hat gegenüber dem in 2 gezeigten schnell schaltenden Schalter 7 folgende Vorteile. Bei dem in 2 gezeigten schnell schaltenden Schalter kann durch den Schaltpuls der Transistoren N1 und P1 eine Ladungsinjektion über die Kapazitäten der Steuerelektroden der verwendeten Transistoren N1 und P1 erzeugt werden. Diese kann zu Störungen im Regelkreis führen. Durch das langsame, das heißt rampenförmige Verändern des Durchlasswiderstands der Transistoren N1 und P1 kann eine solche Ladungsinjektion deutlich reduziert werden. Zudem kann es bei dem in 2 gezeigten schnell schaltenden Schalter während des Haltezustands, bei dem die Regelzeitkonstante einen großen Wert Tg annimmt, das heißt die Durchlasswiderstände der Transistoren N1 und P1 sind hochohmig, zu einer Veränderung der Leistung durch äußere Einflüsse, wie beispielsweise Temperaturdrift, Änderung der Versorgungsspannung, Leckströme usw. kommen. Beim Umschalten von der großen auf die kleine Regelzeitkonstante kann es dann zu einem Ladungsstoß kommen, was wiederum Störungen im Regelkreis verursachen kann. Derartige spektrale Auswirkungen des Stoßes können durch ein langsames Umschalten, wie dies mit dem in 3 gezeigten Schalter möglich ist, verkleinert werden. Zur Veranschaulichung dessen wird auf die 6, 7 und 8 verwiesen.
In 6 ist der zeitliche Verlauf der Leistung P bei Verwendung eines schnell schaltenden Schalters 7 gezeigt. Dabei ist auf der y-Achse die Leistung P und auf der x-Achse die Zeit t aufgetragen. Zum Zeitpunkt t1 wird von einer kleinen Regelzeitkonstante Tk auf eine große Regelzeitkonstante Tg umgeschaltet. Zum Zeitpunkt t2 wird von der großen Regelzeitkonstante Tg wieder auf die kleine Regelzeitkonstante Tk geschaltet. Das heißt, während des Hochfahrens des Sendesignals MS2, was spätestens bis zum Zeitpunkt t1 abgeschlossen ist, arbeitet der Regelkreis mit einer kleinen Regelzeitkonstanten Tk. Während des Sendens des amplitudenmodulierten Signals MS2, was zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 erfolgt, arbeitet der Regelkreis hingegen mit einer großen Regelzeitkonstanten Tg und während des Herunterfahrens des Sendesignals MS2, was nach dem Zeitpunkt t2 erfolgt, arbeitet der Regelkreis wieder mit der kleinen Regelzeitkonstanten Tk. Der Verlauf des Steuersignals Usw zur Steuerung des Schalters 7 ist in 6 im unteren Bereich gezeigt. Grundsätzlich gilt dies auch für die in den 7 und 8 gezeigten Signalverläufe.
Auch bei dem in 7 gezeigten Signalverlauf wird mit einem schnell schaltenden Schalter gearbeitet. Es tritt jedoch während des Sendens, also zwischen den Zeitpunkten t1 und t2, eine Veränderung der Leistung bedingt durch äußere Einflüsse auf, was in 7 durch den Abfall der Leistung bis zum Zeitpunkt t2 gekennzeichnet ist. Wie zu erkennen ist, verursacht ein schnell schaltender Schalter zum Zeitpunk t2 einen Sprung im Signal MS2. Dieser Sprung kann zu Störungen im Regelkreis führen.
Bei dem in 8 gezeigten Verlauf des Signals MS2 kommt es auch zu einer langsamen Veränderung der Leistung. Da jedoch mit einem langsam schaltenden Schalter gearbeitet wird, kommt es aber nicht zu einer sprunghaften Veränderung in der Leistung, sondern lediglich zu einer langsam angepassten Veränderung in der Leistung des Signals MS2. Die Umschaltung von der kleinen Regelzeitkonstante Tk auf die große Regelzeitkon stante Tg erfolgt zwischen den Zeitpunkten t1' und t1, wohingegen die Umschaltung von der großen Regelzeitkonstanten Tg auf die kleine Regelzeitkonstante Tk zwischen den Zeitpunkten t2' und t2 erfolgt. Damit können Störungen im Regelkreis, die durch ein Umschalten nach einem Leistungsabfall während des Sendens bedingt sind, reduziert werden.
Bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel eines schnell schaltenden Schalters ist zwischen den beiden Anschlüssen 7.1 und 7.2 des Schalters 7 ein Widerstand 41 mit dem Wert R2 vorgesehen, über den für den Fall, dass die beiden Transistoren N1 und P1 sich im nichtleitenden Zustand befinden, zusammen mit dem Widerstand 9 und dem Kondensator 11 die Regelzeitkonstante T vorgegeben wird. Die beiden zusätzlichen Transistoren P2 und N2, wobei der Transistor P2 ein weiterer P-Kanal MOS Transistor und der Transistor N2 ein weiterer N-Kanal MOS Transistor ist, dienen jeweils zur Kompensation der Gate-Ladung, die sich in der Gate-Kapazität aufbauen kann. Über den Transistor P2 wird die Gate-Ladung des Transistors N1 und über den Transistor N2 die Gate-Ladung des Transistors P1 kompensiert. Mit dem Steuereingang 7.4 des steuerbaren Schalters 7 ist sowohl der Steuereingang 42 des Transistors P2 als auch der Steuereingang 24 des Transistors N1 verbunden. Über den Steuereingang 7.5 des steuerbaren Schalters 7, an welchem das zum Steuereingang 7.4 invertierte Steuersignal anliegt, ist der Steuereingang 25 des Transistors P1 und der Steuereingang 43 des Transistors N2 verbunden. Der Steuereingang 7.5 in 4 entspricht dem Ausgang des Inverters 21 in 2.
Beim Schalten vom hochohmigen in den niederohmigen Zustand und umgekehrt treten physikalisch bedingt bei dem in 2 gezeigten schnell schaltenden Schalter, auch Transmission-Gate bezeichnet, Ladungssprünge an dessen Ausgang 7.2 auf. Diese werden durch das Umladen der transistoreigenen Kapazitäten, den Gate-Kapazitäten, hervorgerufen. Ein Teil dieser Kapazitäten liegt direkt am Ausgang 7.2 an, sodass sich ein Teil der Ladungsbewegung am Ausgang 7.2 abspielt und einen Spannungssprung hervorruft. Dies wiederum kann, wie erwähnt, zu Störungen im Regelkreis führen. Mit Hilfe der in 4 dargestellten Ausführungsform, das heißt mit den Transistoren P2 und N2, wird eine Kompensation dieser Ladungssprünge erreicht. Damit der Spannungssprung ein zur Kompensation nötiges umgekehrtes Vorzeichen erhält, müssen komplementäre Transistoren verwendet werden. Da nur ein Teil der Gate-Kapazitäten direkt auf den Ausgang wirkt und diese bei N- und P-Kanal MOS Transistoren auch noch vom Betrag her unterschiedlich sind, muss dies bei der Dimensionierung berücksichtigt werden. Hierbei geht auch die unterschiedliche Ladungsträgerbeweglichkeit bei N- und P-Kanal MOS Transistoren mit ein. Dieser Faktor und der Teilungsfaktor im Source- und Drain-seitigen Anteil der Gate-Kapazität ist technologieabhängig. Die Realisierung der Kompensationskapazitäten durch die Verwendung zweier Gesamt-Gate-Kapazitäten, deren Betrag gleich denen der anteilig vorhandenen Gate-Kapazitäten des eigentlichen schaltenden Transmission-Gates sind, ist in 4 gezeigt. Angeschlossen werden die Kompensationskapazitäten in Form von Kompensationstransistoren N2 und P2 an den Ausgang, da hier die Ladungskompensation erfolgen soll.
In 5 ist eine detailliertere Darstellung des in 3 gezeigten langsam schaltenden Schalters 7 dargestellt. Ein erstes RC-Glied, bestehend aus einem Widerstand 53 und einem dazu parallel geschalteten Kondensator 51, ist zwischen den Anschluss 7.1 und den Steuereingang 24 des Transistors N1 geschaltet. Über dieses RC-Glied kann die Zeitdauer eingestellt werden, die erforderlich ist, um den Transistor N1 vom nichtleitenden in den leitenden Zustand zu bringen. Zudem ist ein zweites RC-Glied, bestehend aus einem Widerstand 54 und einem dazu parallel geschalteten Kondensator 52 vorgesehen, das zwischen dem Anschluss 7.1 des Schalters 7 und den Steuereingang 25 des Transistors P1 geschaltet ist. Über dieses RC-Glied kann die Zeitdauer eingestellt werden, die erforderlich ist, um den Transistor P1 vom leitenden in den nichtleitenden Zustand zu bringen. Im Abtastmodus, auch Sample-Mode genannt, sind die Durchlasswiderstände der beiden Transistoren N1 und P1 niederohmig und die beiden Stromquellen 57 und 58, die die beiden Abtastströme Is einprägen, aktiv. Im Haltemodus, auch als Hold-Mode bezeichnet, in dem die Durchlasswiderstände der beiden Transistoren N1 und P1 hochohmig sind, sind die beiden steuerbaren Stromquellen 55 und 56, die die Halteströme Ih vorgeben, aktiv.
9 zeigt eine Weiterbildung der Ausführungsform des steuerbaren Schalters von 3, bei der zur Ansteuerung eines langsamen Schalters ein Regelkreis vorgesehen ist. Die Schaltung von 9 entspricht in ihrem Aufbau und ihrer vorteilhaften Wirkungsweise weitgehend der Schaltung von 3 und soll insoweit an dieser Stelle nicht noch einmal beschrieben werden. Die Gate-Anschlüsse 24, 25 der Transistoren N1, P1 des Transmission Gates sind vorliegend mit je einem Ausgang einer Regelschaltung 59 verbunden, die mit einem rampenförmigen Signal an einem ersten Eingang angesteuert wird. An einem zweiten Steuereingang der Regelschaltung kann ein Signal A angelegt werden, welches anhand einer von einem externen Widerstand abgeleiteten Größe einen Referenzwert für den Durchlasswiderstand des Transmission-Gates 24, 25 im geschlossenen Schaltzustand bildet. Ein dritter Steuereingang kann mit dem Eingang 7.1 des Transmission-Gates 24, 25 verbunden sein zur Zuführung der Detektorausgangsspannung. Dadurch ist mit Vorteil der eingestellte Durchlasswiderstand auch vom Leistungspegel abhängig.
Die Regelschaltung 59 regelt den Durchlasswiderstand des Transmission-Gates 24, 25 nach einer an einem Steuereingang anliegenden Spannung. Durch Anlegen einer rampenförmigen, das heißt zeitlich ansteigenden oder abfallenden Spannung wird der Durchlaßwiderstand zeitlich verändert und das Transmission-Gate langsam geschaltet.
Mit der Ansteuerung der Regelschaltung 59 an zweitem und drittem Eingang ergibt sich eine Verbesserung des zeitlichen Verhaltens der Regelschaltung insgesamt.
Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.

1: Leistungsverstärker
1.1: HF-Eingang
1.2: HF-Ausgang
1.3: Steuereingang
2: HF-Eingangsanschluss
3: Antenne
4: Richtkoppler
5: Pegelgleichrichter
5.1: Widerstand
5.2: Diode
5.3: Kondensator
5.4: Widerstand
5.5: Eingang
5.6: Ausgang
6: Pegelverstärker
6.1: Eingang
6.2: Ausgang
7: steuerbarer Schalter
7.1: Eingang
7.2: erste Schalterstellung
7.3: zweite Schalterstellung
7.4: Steuereingang
7.5: invertierter Eingang
7.6: Versorgungsanschluss
8: erster Steueranschluss
9: Widerstand
10: Regelverstärker
10.1: nicht invertierender Eingang
10.2: invertierender Eingang
10.3: Ausgang
11: Kondensator
12: zweiter Steueranschluss
21: Inverter
22: steigende Flanke
23: fallende Flanke
24: Gate
25: Gate
P1: PMOS Transistor
N1: NMOS Transistor
31: Rampengenerator
32: steigende Rampe
33: fallende Rampe
41: Widerstand
42: Gate
43: Gate
GND: Bezugspotenzial
51: erster Kondensator
52: zweiter Kondensator
53: erster Widerstand
54: zweiter Widerstand
55: erste gesteuerte Stromquelle
56: zweite gesteuerte Stromquelle
57: dritte gesteuerte Stromquelle
58: vierte gesteuerte Stromquelle
59: Regelschaltung
t1: erster Zeitpunkt
t2: zweiter Zeitpunkt
t1': Zeitpunkt
t2': Zeitpunkt
Ucontr: Steuerspannung
MS1: amplitudenmoduliertes HF-Sendesignal
MS2: verstärktes amplitudenmoduliertes HF-Sendesignal
Tg: große Regelzeitkonstante
Tk: kleine Regelzeitkonstante
A: Referenzwert
B: Detektor-Ausgangsspannung

Claims

Verstärkerschaltung mit geregelter Leistung, bei dem ein Verstärker (1) mit einem Verstärkereingang (1.1) zum Anlegen eines zu verstärkenden Signals (MS1), einem Steuereingang (1.3) und einem Verstärkerausgang (1.2) vorgesehen ist, bei dem eine Regeleinrichtung (4, 5, 6, 7, 10) zum Erfassen der vom Verstärker (1) abgegebenen Leistung und zum Erzeugen eines Steuersignals (Ucontr) vorgesehen ist, welche eine einstellbare Regelzeitkonstante aufweist und mit dem Steuereingang (1.3) des Verstärkers (1) verbunden ist.
Verstärkerschaltung nach Patentanspruch 1, bei dem die Regeleinrichtung einen Differenzverstärker (10) mit einem ersten Eingang (10.1), einem zweiten Eingang (10.2) und einem Ausgang (10.3) aufweist, bei dem an den ersten Eingang (10.1) ein Signal (Us) zur Vorgabe der Leistung anlegbar ist, bei dem der zweite Eingang (10.2) mit einem Mittel zur Vorgabe der Regelzeitkonstante (7, 9, 11) verbunden ist, und bei dem der Ausgang (10.3) mit dem Steuereingang (1.3) des Verstärkers (1) verbunden ist.
Verstärkerschaltung nach Patentanspruch 2, bei dem das Mittel zur Vorgabe der Regelzeitkonstante (7, 9, 11) einen steuerbaren Schalter (7), einen Widerstand (9) und einen Kondensator (11) aufweist, wobei der Kondensator (11) zum Differenzverstärker (10) parallel geschaltet ist, wobei der Widerstand (9) den Kondensator (11) und den Schalter (7) miteinander verbindet und wobei über den Schalter (7) eine erste oder eine zweite Zeitkonstante (Tg, Tk) einstellbar ist.
Verstärkerschaltung nach Patentanspruch 3, bei dem der steuerbare Schalter (7) einen N-Kanal MOS Transistor (N1) und einen P-Kanal MOS Transistor (P1) aufweist, welche ausgangsseitig zwischen den Eingang des Differenzverstärkers (10) und eine Einheit zur Leistungserfassung (4, 5, 6) geschaltet sind und eingangsseitig derart verschaltet sind, dass beide leitend oder beide sperrend sind.
Verstärkerschaltung nach Patentanspruch 4, bei dem dem Steuereingang des P-Kanal MOS Transistors (P1) ein Inverter (21) vorgeschaltet ist.
Verstärkerschaltung nach Patentanspruch 4 oder 5, bei dem den beiden Transistoren (P1, N1) eine Einheit zur Bildung einer Rampe (31) vorgeschaltet ist.
Verstärkerschaltung nach Patentanspruch 6, bei dem die Einheit zur Bildung einer Rampe (31) ein erstes RC-Glied (51, 53) und ein zweites RC-Glied (52, 54) aufweist, wobei das erste RC-Glied (51, 53) zwischen den Ausgang (S) und den Steuereingang (24) des N-Kanal Transistors (N1) geschaltet ist, und wobei das zweite RC-Glied (52, 54) zwischen den Ausgang (S) und den Steuereingang (25) des P-Kanal Transistors (P1) geschaltet ist.
Verstärkerschaltung nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, bei dem die Regeleinrichtung einen Richtkoppler (4) zur Erfassung der vom Verstärker (1) abgegebenen Leistung aufweist.
Verstärkerschaltung nach Patentanspruch 8, bei dem die Regeleinrichtung einen Pegelgleichrichter (5) aufweist, der dem Richtkoppler (4) nachgeschaltet ist.
Verstärkerschaltung nach Patentanspruch 9, bei dem ein Pegelverstärker (6) vorgesehen ist, der dem Pegelgleichrichter (5) nachgeschaltet ist.
Verstärkerschaltung nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, bei dem der Verstärkerausgang (1.2) mit einer Antenne (3) verbunden ist.
Verfahren zur Leistungsverstärkung, bei dem mittels eines Leistungsverstärkers (1) ein leistungsverstärktes Sendesignal (MS2) erzeugt wird, bei dem mittels einer Regeleinrichtung (4, 5, 6, 7, 10) die Leistung des Sendesignals (MS2) erfasst und in Abhängigkeit davon ein Steuersignal (Ucontr) erzeugt wird, das dem Leistungsverstärker (1) zugeführt wird, wobei die Regeleinrichtung (4, 5, 6, 7, 10) während des Hochfahrens der Leistung mit einer ersten Regelzeitkonstante (Tk) und während des Sendens mit einer zweiten Regelzeitkonstante (Tg) arbeitet.
Verfahren nach Patentanspruch 12, bei dem die Regeleinrichtung (4, 5, 6, 7, 10) während des Herunterfahrens der Leistung mit der ersten Regelzeitkonstante (Tk) arbeitet.
Verfahren nach Patentanspruch 12 oder 13, bei dem ein Übergang von der einen auf die andere Regelzeitkonstante kontinuierlich erfolgt.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 12 bis 14, bei dem die erste Regelzeitkonstante (Tk) kleiner als die zweite Regelzeitkonstante (Tg) ist.
Verwendung der Verstärkerschaltung und/oder des Verfahrens zur Leistungsverstärkung nach einem der Patentansprüche 1 bis 15 im Sendepfad eines Mobilfunkgeräts.