DE10050584A1 - Mobilfunkgerät und Verfahren zum Betrieb eines Mobilfunkgerätes - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mobilfunkgerät und ein Verfahren zum Betrieb eines Mobilfunkgerätes mit einem Leistungsverstärker (1), wobei der Leistungsverstärker (1) mindestens einen Eingang für ein Ansteuersignal (8), mindestens einen Eingang für eine Versorgungsspannung (7.X) und mindestens einen Ausgang für ein Ausgangssignal (13) aufweist. DOLLAR A Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß mindestens eine Vorrichtung (4, 5, 6) zur laufenden, mittelbaren oder unmittelbaren Bestimmung der Pegelgröße des Ansteuersignals (8) des Leistungsverstärkers (1) und mindestens ein schnell steuerbarer Schaltregler (3) zur laufenden Anpassung der notwendigen Versorgungsspannung (7.1) an die Pegelgröße, vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Mobilfunkgerät mit einer Schal­ tungsanordnung zum Betrieb eines Leistungsverstärkers, wobei der Leistungsverstärker mindestens einen Eingang für ein An­ steuersignal, mindestens einen Eingang für eine Versorgungs­ spannung und mindestens einen Ausgang für ein Ausgangssignal aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Mobilfunkgerätes mit einem Leistungsverstärker, dem eine Versorgungsspannung zugeführt und der mit Hilfe ei­ nes Ansteuersignals angesteuert wird, wobei eine maximal er­ hältliche Ausgangsleistung des Leistungsverstärkers durch die Versorgungsspannung bestimmt wird.

Der Wirkungsgrad von Leistungsverstärkern hängt sehr davon ab, bei welcher Aussteuerung der Leistungsverstärker betrie­ ben wird. Bei Vollaussteuerung ist der Wirkungsgrad des Leistungsverstärkers am besten, während er bei geringer Aus­ steuerung sehr schlecht wird.

In Mobilfunkgeräten macht sich diese Eigenschaft der Leis­ tungsverstärker vor allem dann negativ bemerkbar, wenn Signa­ le verwendet werden, in denen Pegelspitzen auftreten, wie dies bei den Mobilfunkdiensten mit UMTS (Universal Mobile Te­ lecommunications System) und mit EDGE (Enhanced Data GSM En­ vironment) der Fall ist. Dies sind Signale ohne konstante Hüllkurve, die meistens aufgrund günstiger Ausbreitungspara­ meter oder guter Frequenzökonomie verwendet werden. Bei den heute verwendeten Mobilfunkgeräten wird die Aussteuerungsre­ serve der Leistungsverstärker entsprechend den vorhandenen Pegelspitzen der Signale bemessen. Da die Pegelspitzen von tiMTS- oder EDGE-Signalen allerdings wesentlich größer sind als die mittlere Aussteuerung der Leistungsverstärkerstufen, treten Probleme mit dem Wirkungsgrad bei Leistungsverstärker­ stufen auf.

Für eine gegebene Sendeleistung (Ausgangsleistung des Leis­ tungsverstärkers) bedeutet dies also eine Überdimensionierung um mehrere Größenordnungen, damit eine Linearität des Signals gewährleistet ist. Lediglich bei den Pegelspitzen der Signa­ le wird der Leistungsverstärker bei Vollaussteuerung betrie­ ben, während er die meiste Zeit bei geringer Aussteuerung, das heißt bei sehr schlechtem Wirkungsgrad, betrieben wird.

Bei bekannten Mobilfunkgeräten, die die Mobilfunkdienste mit UMTS und EDGE nutzen, bewirkt dieser schlechte Wirkungsgrad der Leistungsverstärker eine erhöhte Stromaufnahme, wodurch sich die Stand-By-Zeit dieser Mobilfunkgeräte verkürzt. Der erhöhte Strombedarf wirkt sich weiterhin auch auf die Geräte­ baugröße solcher Mobilfunkgeräte aus, da größere Akkus benö­ tigt werden.

Aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE-OS 17 66 586 ist ein System bekannt für Radiofrequenz-Verstärkungssysteme und ins­ besondere für Linearverstärker und Nichtlinearverstärker mit einem hohen Wirkungsgrad, mit momentanen Radiofrequenz- Verstärker DC-Potentialspannungen, die fortlaufend variiert werden, und die an Signalpegelforderungen angepaßt werden, um einen Betrieb hohen Wirkungsgrades beim gesamten gegebenen Eingangssignalpegel-Bereich zu gewährleisten. Dieses System ist allerdings lediglich für Modulationen im kHz-Bereich ge­ eignet. Für ein Mobilfunkgerät mit den heutigen Anforderungen eignet es sich nicht, da es zu träge ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, den Stromverbrauch eines Leistungsverstärkers in einem Mobilfunkgerät, vorzugsweise für Signale, in denen Pegelspitzen auftreten, zu minimieren.

Diese Aufgabe wird durch die beiden unabhängigen Patentan­ sprüche gelöst.

Der Erfinder hat erkannt, daß in einem Mobilfunkgerät ein Leistungsverstärker immer im Bereich seines besten Wirkungs­ grades, also mit minimalem Stromverbrauch, betrieben werden kann, wenn die Versorgungsspannung des Leistungsverstärkers mit Hilfe eines schnell steuerbaren Schaltreglers derart mit­ geführt wird, daß der Leistungsverstärker immer mit Span­ nungsvollaussteuerung betrieben wird.

Entsprechend diesem oben genannten Erfindungsgedanken schlägt der Erfinder vor, ein Mobilfunkgerät mit einer Schaltungsan­ ordnung zum Betrieb eines Leistungsverstärkers, wobei der Leistungsverstärker mindestens einen Eingang für ein Ansteu­ ersignal, mindestens einen Eingang für eine Versorgungsspan­ nung und mindestens einen Ausgang für ein Ausgangssignal auf­ weist, dahingehend weiterzuentwickeln, daß mindestens eine Vorrichtung zur laufenden, mittelbaren oder unmittelbaren Be­ stimmung der Pegelgröße des Ansteuersignals des Leistungsver­ stärkers und mindestens ein schnell steuerbarer Schaltregler, zur laufenden Anpassung der Versorgungsspannung an die Pegel­ größe, vorgesehen sind.

Hierdurch wird erreicht, daß der Leistungsverstärker des Mo­ bilfunkgerätes, sowohl bei geringen als auch bei hohen Sig­ nalpegeln des Ansteuersignales, mit Vollaussteuerung betrie­ ben wird und somit ständig im Bereich seines besten Wirkungs­ grades ist. Die Verwendung eines schnell steuerbaren Schalt­ reglers bewirkt, daß die Anpassung beziehungsweise die Mit­ führung der benötigten Versorgungsspannung an den Pegel des Ansteuersignals mindestens so schnell ist, wie der höchste vorkommende Amplitudenanstieg der Hüllkurve des Ansteuersig­ nals. Vorzugsweise hat der schnell steuerbare Schaltregler eine Schaltfrequenz von mindestens 50 MHz, um zum Beispiel die Hüllkurve der UMTS-Frequenz mitzuführen.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der schnell steuerbare Schaltregler die benötigte variable Versorgungsspannung annä­ hernd ohne Verluste erzeugt, im Unterschied beispielsweise zu einem Längsregler, der Verluste von bis zu 75% produziert, da er annähernd die 3-fache Leistung, die er abgibt, selbst ver­ braucht.

Eine Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Mobilfunkgerätes sieht vor, daß die Vorrichtung zur laufenden Bestimmung der Pegelgröße des Ansteuersignals einen Gleichrichter darstellt, der unmittelbar aus dem Ansteuersignal eine Stellgröße ermit­ telt und diese Stellgröße dem schnell steuerbaren Schaltreg­ ler zuleitet. Der Gleichrichter wandelt also eine Wechsel­ spannung in ein Gleichspannungssignal um, das die Informatio­ nen über die Pegelhöhe des Ansteuersignals enthält. Damit eine optimale Anpassung der Versorgungsspannung an den Sig­ nalpegel erfolgen kann, sollte der Gleichrichter vorzugsweise so schnell sein wie die höchste vorkommende Hüllkurvenan­ stiegszeit. In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Gleichrichter eine Frequenz < 5 MHz auf, das heißt diese Fre­ quenz ist etwas größer als die höchste vorkommende Modulati­ onsfrequenz eines UMTS-Signales.

Zur optimalen Anpassung der Versorgungsspannung kann das von dem Gleichrichter erzeugte Gleichspannungssignal (die Stell­ größe) von dem Schaltregler vorzugsweise linear als Versor­ gungsspannung für den Leistungsverstärker umgesetzt werden. Der Faktor für die Umsetzung von Stellgröße zu Versorgungs­ spannung ergibt sich aus der nötigen Versorgungsspannung für den Leistungsverstärker im Verhältnis zu der Größe des An­ steuersignals. Der Faktor ist also abhängig von der Verstär­ kung der Stufe.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungs­ gemäßen Mobilfunkgerätes stellt die Vorrichtung zur laufenden Bestimmung der Pegelgröße des Ansteuersignals eine digitale Signalverarbeitungseinheit (DSP = Digital Signal Processing) dar, die zum einen digitale Eingangsdaten in analoge Signale umwandelt und an eine Ansteuereinheit weiterleitet, die ent­ sprechende Ansteuersignale ausgibt, und zum anderen aus den digitalen Eingangsdaten eine Stellgröße berechnet und dem schnell steuerbaren Schaltregler zuleitet, wobei die Stell­ größe dem Ansteuersignal entspricht. Hierbei kann die An­ steuereinheit als Modulator ausgestaltet sein.

Da die Stellgröße und der Pegel des Ansteuersignals vorzugs­ weise direkt proportional zueinander sind, ist die Stellgröße ein Maß für die notwendige Versorgungsspannung, damit der Leistungsverstärker, je nach Pegelgröße mit Vollaussteuerung betrieben wird. Es läßt sich also aus den vorhandenen Daten des DSP rechnerisch, und ohne eine Messung vornehmen zu müs­ sen, die an dem Leistungsverstärker benötigte Versorgungs­ spannung bestimmen.

Eine besonders vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Mobilfunkgerätes sieht vor, daß die Vorrichtung, zur laufen­ den Bestimmung der Pegelgröße des Ansteuersignals des Leis­ tungsverstärkers, einen Restspannungsgleichrichter darstellt, der eine von dem Leistungsverstärker ausgehende Restspannung detektiert, hieraus eine Regelgröße bestimmt und diese Regel­ größe dem schnell steuerbaren Schaltregler zuführt. Je nach Ansteuersignal und nach Versorgungsspannung des Leistungsver­ stärkers, ergibt sich am Verstärkerelement des Leistungsver­ stärkers eine Restspannung, die, bei einer bestimmten Versor­ gungsspannung, größer wird, je geringer die Aussteuerung des Leistungsverstärkers ist. Befindet sich die Restspannung des Leistungsverstärkers an einer unteren Spannungsgrenze, das heißt, bei der Spannung, bei der der Leistungsverstärker ge­ rade noch im linearen Betrieb, ohne zu verzerren, betrieben werden kann, ist die Aussteuerung, und somit auch der Wir­ kungsgrad des Leistungsverstärkers, am besten. Diese untere Spannungsgrenze, an der die optimale Restspannung anliegt, ist abhängig von den verwendeten Verstärkerelementen (aktive Elemente). Bei einem Mobilfunkgerät werden vorzugsweise als Verstärkerelemente Transistoren eingesetzt, wobei bei einem bipolaren Transistor diese Spannungsgrenze im Bereich von 1 V, bei einem FET (Feldeffekttransistor) bei zirka 0,3 V liegen kann.

Wird die Restspannung kleiner als die untere Spannungsgrenze des aktiven Bauelementes, verzerrt der Leistungsverstärker. Der Restspannungsgleichrichter erkennt dies und leitet eine entsprechend angepaßte Regelgröße dem schnell steuerbaren Schaltregler zu, der ein Maß für die benötigte Versorgungs­ spannung liefert. Das heißt, bei einer zu geringen Restspan­ nung steigt die Versorgungsspannung, die der schnell steuer­ bare Schaltregler dem Leistungsverstärker zuführt.

Steigt dagegen die Restspannung an, ist also die zugeführte Versorgungsspannung höher als der Pegel des Ansteuersignals, wird die Versorgungsspannung, aufgrund eines entsprechend lautenden Regelsignals des Restspannungsgleichrichters, von dem schnell steuerbaren Schaltregler abgesenkt.

Diese besonders vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Mobilfunkgerätes ermöglicht also mit Hilfe indirekter bezie­ hungsweise mittelbarer Detektion des Pegels des Ansteuersig­ nals einen Betrieb des Leistungsverstärkers im idealen, line­ aren Punkt und im idealen Wirkungsbereich.

Von besonderem Vorteil dieser Ausgestaltung ist der Schutz gegen Fehlanpassung eines Mobilfunkgerätes durch Leerlauf am Ausgang des Leistungsverstärkers. Wird beispielsweise die Antenne (Last) abgedeckt oder liegt die Antenne auf einer me­ tallischen Oberfläche, kann sie nicht die komplette Sende­ leistung übertragen. Ein großer Teil wird reflektiert und der Strom beziehungsweise die Spannung in dem Leistungsver­ stärker steigt. Hierdurch ergibt sich die Gefahr der Über­ lastung des Leistungsverstärkers, die verhindert werden soll­ te. Darüber hinaus bringt die Fehlanpassung eine Verkürzung der Betriebszeit des Mobilfunkgerätes mit sich, da die Span­ nung am Akku des Mobilfunkgerätes einbricht.

Bei Fehlanpassung, wenn also keine Last zieht, erkennt der Restspannungsgleichrichter, daß die Restspannung des Leis­ tungsverstärkers sehr stark absinkt beziehungsweise auf Null zurückgeht. Hierauf leitet er eine entsprechende Regelgröße dem schnell steuerbaren Schaltregler zu, der nun die Versor­ gungsspannung des Leistungsverstärkers absenkt, so daß keine zu hohe Spannung an dem Leistungsverstärker anliegt, und die oben genannten Nachteile vermieden werden können.

Weiterhin schlägt der Erfinder vor, ein Verfahren zum Betrieb eines Mobilfunkgerätes mit einem Leistungsverstärker, dem ei­ ne Versorgungsspannung zugeführt und der mit Hilfe eines An­ steuersignals angesteuert wird, wobei eine maximal erhältli­ che Ausgangsleistung des Leistungsverstärkers durch die Ver­ sorgungsspannung bestimmt wird, dahingehend weiterzuentwi­ ckeln, daß während des Betriebes des Leistungsverstärkers, ständig der Pegel des zu verstärkenden Ansteuersignals mit­ telbar oder unmittelbar bestimmt wird und die Höhe der not­ wendigen Versorgungsspannung des Leistungsverstärkers mit Hilfe eines schnell steuerbaren Schaltreglers an diesen Pegel angepaßt wird. Die Bestimmung des Pegels findet vorzugsweise kontinuierlich statt, sie kann aber auch in regelmäßigen, sehr kurzen Zeitabständen hintereinander erfolgen.

Eine besondere Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß aus dem Ansteuersignal eine Stellgröße be­ stimmt wird, die ein Maß für die notwendige Versorgungsspan­ nung darstellt. Unmittelbar aus der Größe des Ansteuersig­ nals, also aus dem Pegel des Ansteuersignals, wird die von dem Leistungsverstärker benötigte Versorgungsspannung einge­ stellt, so daß der Leistungsverstärker immer bei Spannungs­ vollaussteuerung betrieben wird. Bei einem hohen Ansteuer­ signal, beispielsweise bei einer Pegelspitze, ist die Stell­ größe vorzugsweise ebenfalls groß, und es wird eine hohe Ver­ sorgungsspannung zur Verfügung gestellt. Bei einem niedrigen Ansteuersignal dagegen ist auch die Stellgröße klein und es wird nur eine geringe Versorgungsspannung dem Leistungsver­ stärker zugeleitet. Zwischen der Stellgröße und dem Ansteu­ ersignal besteht vorzugsweise eine direkt proportionale Be­ ziehung.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Versorgungsspannung nicht unter 10 bis 20%, vorzugsweise 15%, der Vollaussteue­ rung des Leistungsverstärkers absinkt, um die grundsätzliche Funktionsweise des aktiven, verstärkenden Elements zu erhal­ ten.

In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Information über den Pegel des Ansteuersignals aus digitalen Eingangsdaten bestimmt. Dies ist besonders gut bei einer digitale Signalverarbeitungseinheit (DSP) zu realisie­ ren. Hierbei werden diese digitalen Eingangsdaten auf der einen Seite in analoge Signale umgewandelt und einer Ansteu­ ereinheit, also beispielsweise einem Modulator, zugeleitet, die hieraus die Ansteuersignale des Leistungsverstärkers ge­ neriert, und auf der anderen Seite eine Stellgröße berechnet, die vorzugsweise einem schnellen Schaltregler zugeleitet wird. Die Stellgröße steht also in direktem Zusammenhang zu den Ansteuersignalen und liefert somit ein Maß für die benö­ tigte Versorgungsspannung des Leistungsverstärkers, damit dieser bei Spannungsvollaussteuerung betrieben werden kann.

In einer anderen vorteilhaften Weiterentwicklung wird die Stellgröße gleichzeitig oder vorzugsweise zeitlich vor den analogen Signalen weitergeleitet. Hierdurch wird erreicht, daß der Leistungsverstärker mit Erhalt beispielsweise eines hohen Ansteuersignals, auch die benötigte hohe Versorgungs­ spannung zeitgerecht erhält.

Es ist anzumerken, daß eine kleine Vorhaltezeit, also die Durchlaufzeit der Verstärkerstufe (im Nanosekunden-Bereich), bei der steigenden Flanke des Ansteuersignals eine höhere Si­ cherheit der Schaltungsanordnung gegen Verzerrungen bei schnellen Anstiegsflanken bewirkt. Der Wirkungsgrad des Leistungsverstärkers wird hierdurch nur sehr geringfügig ver­ schlechtert. Diese Ausgestaltung ist besonders einfach mög­ lich mit DSP.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens werden die Informationen über den Pegel des Ansteuer­ signals über eine von dem Leistungsverstärker ausgehende Restspannung bestimmt. Der Leistungsverstärker wird immer dann mit dem besten Wirkungsgrad, also bei Vollaussteuerung, betrieben, wenn die Restspannung einen unteren Spannungs­ grenzwert erreicht, wobei Vollaussteuerung ein optimales Ver­ hältnis zwischen Pegel des Ansteuersignals und Höhe der Ver­ sorgungsspannung bedeutet. Die Bestimmung der Restspannung ermöglicht nun eine Regelung der Versorgungsspannung des Leistungsverstärkers in Abhängigkeit von dem Ansteuersignal, so daß die Restspannung auf diesem unteren Spannungsgrenzwert gehalten werden kann.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfol­ genden Beschreibung der Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eines Mobilfunkgerätes mit einer digitalen Signalverar­ beitungseinheit (DSP);

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eines Mobilfunkgerätes mit einem Gleichrichter;

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eines Mobilfunkgerätes mit einem Restspannungsgleich­ richter;

Fig. 4 ein Zeit/Spannungs-Diagramm des Leistungsverstär­ kers.

Die Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfin­ dungsgemäßen Schaltungsanordnung in einem Mobilfunkgerät zur Verbesserung des Wirkungsgrades eines Leistungsverstärkers 1, wobei eine digitale Signalverarbeitungseinheit (DSP) 6 digi­ tale Eingangsdaten 14 bearbeitet. Hierbei werden zum einen die digitalen Eingangsdaten 14 in analoge Signale 16 umgewan­ delt, beispielsweise mittels eines D/A-Wandlers, und einem Modulator 2 zugeleitet. Zum anderen berechnet die digitale Signalverarbeitungseinheit 6 aus den digitalen Eingangsdaten 14 fortlaufend eine zu dem analogen Signal 16 proportionale Stellgröße 9, und leitet diese Stellgröße 9 einem schnell steuerbaren Schaltregler 3 zu.

Der Modulator 2 moduliert nun das analoge Signal 16 auf ein von einer HF-Quelle 15 erzeugtes Signal 10, das eine bestimm­ te, konstante Frequenz (Trägerfrequenz) aufweist, und leitet das erzeugte Ansteuersignal 8 dem Leistungsverstärker 1 zu. Darüber hinaus können sich zwischen dem Modulator 2 und dem Leistungsverstärker 1 weitere Elemente befinden, zum Beispiel Verstärkerstufen. Die Versorgungsspannung dieser zusätzli­ chen Verstärkerstufen können gegebenenfalls ebenfalls mitge­ regelt werden.

Da die Stellgröße 9 proportional zu dem analogen Signal 16 und zu dem Ansteuersignal 8 ist, liefert sie dem Schaltregler 3 die Information über die Höhe der notwendigen Versorgungs­ spannung 7.1 des Leistungsverstärkers 1, so daß der schnell steuerbare Schaltregler 3, an dem eine konstante Versorgungs­ spannung 7.2 anliegt, die Versorgungsspannung 7.1 entspre­ chend variabel einstellt.

Hierdurch wird ermöglicht, daß der Leistungsverstärker 1 des Mobilfunkgerätes, je nach Pegel des Ansteuersignals 8, die notwendige Versorgungsspannung 7.1 erhält, so daß er immer mit Vollaussteuerung betrieben wird und demnach immer in dem Bereich seines optimalen Wirkungsgrades bleibt. Das Aus­ gangssignal 13 wird also erfindungsgemäß mit optimiertem Wir­ kungsgrad von dem Leistungsverstärker 1 erzeugt und weiterge­ leitet.

Die gestrichelte Linie zeigt eine Gegenkopplungsschaltung, die als weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung vorgesehen sein kann. Diese Gegenkopp­ lungsschaltung enthält einen Meßwertaufnehmer (Gleichrichter) 18, der ein rückgekoppelte Ausgangssignal 13' des Leistungs­ verstärkers 1 gegengekoppelt zu dem Ansteuersignal 8, eventu­ ell um einen bestimmten Faktor gedämpft, addiert. Das heißt, das rückgekoppelte Ausgangssignal 13' wird sowohl pegel- als auch phasenmäßig dem Ansteuersignal 8 entgegengesetzt. Es ist hierbei zu beachten, daß ein gegengekoppelter Leistungs­ verstärker 1 eine höhere Grundverstärkung benötigt.

Dieses Gegenkopplungsprinzip kann dazu verwendet werden, die Linearität des Leistungsverstärkers 1 zu verbessern, die eventuell unter einer schwankenden Versorgungsspannung 7.1 be­ ziehungsweise einer nicht idealen Regelung leidet.

Es ist anzumerken, daß das Gegenkopplungsprinzip auch bei den nachfolgenden Ausführungsbeispielen der Fig. 2 und 3 ent­ sprechend verwendet werden kann.

Die Fig. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der erfin­ dungsgemäßen Schaltungsanordnung in einem Mobilfunkgerät. Hierbei ermittelt ein schneller Gleichrichter 4 direkt aus dem Ansteuersignal 8 kontinuierlich die Stellgröße 9 und lei­ tet diese dem schnell steuerbaren Schaltregler 3 zu. Um zu gewährleisten, daß eine optimale Anpassung der Versorgungs­ spannung an den Signalpegel erfolgt, ist der Gleichrichter vorzugsweise mindestens so schnell, wie die höchste vorkom­ mende Hüllkurvenanstiegszeit, das heißt für UMTS-Signale weist der Gleichrichter eine Frequenz < 5 MHz auf.

Auch in dieser Variante ist die Stellgröße 9 direkt proporti­ onal zu dem Pegel des Ansteuersignals 8, so daß der Schalt­ regler 3 ständig eine auf das Ansteuersignal 8 abgestimmte Versorgungsspannung 7.1 einstellt, wodurch der Leistungsver­ stärker 1, trotz variierender Pegelhöhen des Ansteuersignals 8, kontinuierlich mit Vollaussteuerung betrieben wird.

Die Fig. 3 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der er­ findungsgemäßen Schaltungsanordnung. Auch hier wird der Wir­ kungsgrad des Leistungsverstärkers 1 verbessert, indem eine auf das Ansteuersignal 8 abgestimmte Versorgungsspannung 7.1 dem Leistungsverstärker 1 zugeführt wird. Die Information über die Höhe der benötigten Versorgungsspannung 7.1 wird hierbei über die von dem Leistungsverstärker 1 ausgehende Restspannung 11 mit Hilfe eines Restspannungsgleichrichters 5 bestimmt.

Die Restspannung 11 ist ein Maß für die Aussteuerung des Leistungsverstärkers 1. Wird dieser bei Vollaussteuerung be­ trieben, das heißt, ist für den jeweiligen Pegel des Ansteu­ ersignals 8 die optimale Versorgungsspannung 7.1 gegeben, ist die Restspannung 11 bei einer unteren Grenze. Wird die Rest­ spannung 11 größer als diese untere Grenze, liegt an dem Leistungsverstärker 1 eine zu große Versorgungsspannung 7.1, bezüglich des eintreffenden Ansteuersignals 8, an. In diesem Fall wird der Leistungsverstärker 1 also nicht mehr bei Voll­ aussteuerung betrieben und ist auch nicht mehr im Bereich seines besten Wirkungsgrades.

Der Restspannungsgleichrichter 5 bestimmt nun die Restspan­ nung 11 und leitet hieraus dem Schaltregler 3 eine Regelgröße 12 zu, die ein Maß für die Restspannung 11 darstellt und so­ mit auch ein Maß für den Pegel des Ansteuersignals 8. Ist die Restspannung 11 unter einem festzulegenden Grenzwert, wird die Regelgröße 12 und hierdurch die Versorgungsspannung 7.1 erhöht. Ist die Restspannung 11 dagegen über diesem Grenzwert, werden Regelgröße 12 und notwendige Versorgungs­ spannung 7.1 abgesenkt.

Der festgelegte Grenzwert ist hierbei abhängig von der erfor­ derlichen Linearität des Leistungsverstärkers und den verwen­ deten aktiven Elementen des Leistungsverstärkers, also bei­ spielsweise ob ein FET oder ein bipolarer Transistor vor­ liegt. So kann der Grenzwert bei Verwendung eines FETs bei zirka 0,3 V, bei Verwendung eines bipolaren Transistors bei zirka 1 V liegen.

Vorzugsweise weist der Restspannungsgleichrichter eine Genau­ igkeit < 10% auf, abhängig von der festgelegten Restspannung.

Die Fig. 4 zeigt ein Zeit/Spannungs-Diagramm des Leistungs­ verstärkers, das den Begriff der Restspannung 11 verdeutli­ chen soll.

Im unausgesteuerten Zustand hat ein Leistungsverstärker eine Versorgungsspannung von beispielsweise 10 V. Wird Strom ein­ gespeist, verringert sich die Spannung des Leistungsverstär­ kers, es entsteht eine Halbwelle 17. Bei Vollaussteuerung ist die Spannung des Leistungsverstärkers auf dem Minimum der Halbwelle 17, beispielsweise bei 2 V. Dieses Minimum stellt die Restspannung 11 dar. Unterhalb dieses Spannungsminimums verzerrt der Leistungsverstärker. Die Restspannung 11, die an dem Leistungsverstärker anliegt, liefert also ein Maß da­ für, ob der Leistungsverstärker bei Vollaussteuerung betrie­ ben wird oder nicht.

Ist die Restspannung 11 in diesem Ausführungsbeispiel größer als 2 V, reduziert die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung aus der Fig. 3 die Versorgungsspannung des Leistungsverstär­ kers. Sinkt die Restspannung dagegen unter 2 V, wird die Versorgungsspannung erhöht. Zum Beispiel kann die Restspan­ nung am aktiven Element des Leistungsverstärkers nahe 0 wer­ den, wenn bei abgeregelter Versorgungsspannung ein höheres Ansteuersignal, also ein Ansteuersingal, das nahe der Voll­ aussteuerung des Leistungsverstärkers liegt, zugeführt wird.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Insgesamt wird also durch die Erfindung erreicht, daß der Wirkungsgrad eines Leistungsverstärkers eines Mobilfunkgerä­ tes, vorzugsweise in Verbindung mit Signalen, die Pegelspit­ zen aufweisen, sehr stark verbessert wird, indem die Versor­ gungsspannung des Leistungsverstärkers von einem schnell steuerbaren Schaltregler fortlaufend derart eingestellt wird, daß der Leistungsverstärker bei Vollaussteuerung betrieben wird.

Claims (10)

1. Mobilfunkgerät mit einer Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Leistungsverstärkers (1), wobei der Leistungsver­ stärker (1) mindestens einen Eingang für ein Ansteuer­ signal (8), mindestens einen Eingang für eine Versor­ gungsspannung (7.X) und mindestens einen Ausgang für ein Ausgangssignal (13) aufweist, dadurch gekennzeich­ net, daß mindestens eine Vorrichtung (4, 5, 6) zur lau­ fenden, mittelbaren oder unmittelbaren Bestimmung der Pegelgröße des Ansteuersignals (8) des Leistungsverstär­ kers (1) und mindestens ein schnell steuerbarer Schalt­ regler (3), zur laufenden Anpassung der notwendigen Ver­ sorgungsspannung (7.1) an die Pegelgröße, vorgesehen sind.

2. Mobilfunkgerät gemäß dem voranstehenden Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur lau­ fenden Bestimmung der Pegelgröße des Ansteuersignals (8) einen Gleichrichter (4) darstellt, der unmittelbar aus dem Ansteuersignal (8) eine Stellgröße (9) ermittelt und diese Stellgröße (9) dem schnell steuerbaren Schaltreg­ ler (3) zuleitet.

3. Mobilfunkgerät gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrich­ tung zur laufenden Bestimmung der Pegelgröße des Ansteu­ ersignals (8) eine digitale Signalverarbeitungseinheit (DSP = Digital Signal Processing) (6) darstellt, die zum einen digitale Eingangsdaten (14) in analoge Signale (16) umwandelt und an eine Ansteuereinheit (2) weiter­ leitet, die entsprechende Ansteuersignale (8) ausgibt, und zum anderen aus den digitalen Eingangsdaten (14) ei­ ne Stellgröße (9) berechnet und dem schnell steuerbaren Schaltregler (3) zuleitet, wobei die Stellgröße (9) dem Ansteuersignal (8) entspricht.

4. Mobilfunkgerät gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrich­ tung zur laufenden Bestimmung der Pegelgröße des Ansteu­ ersignals (8) einen Restspannungsgleichrichter (5) dar­ stellt, der eine von dem Leistungsverstärker (1) ausge­ hende Restspannung (11) detektiert, hieraus eine Regel­ größe (12) bestimmt und diese dem schnell steuerbaren Schaltregler (3) zuführt.

5. Verfahren zum Betrieb eines Mobilfunkgerätes mit einem Leistungsverstärker (1), dem eine Versorgungsspannung (7.X) zugeführt und der mit Hilfe eines Ansteuersignals (8) angesteuert wird, wobei eine maximal erhältliche Ausgangsleistung des Leistungsverstärkers durch die Ver­ sorgungsspannung bestimmt wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß während des Betriebes des Leistungsver­ stärkers (1), ständig der Pegel des zu verstärkenden An­ steuersignals (8) mittelbar oder unmittelbar bestimmt wird und die Höhe der notwendigen Versorgungsspannung (7.1) des Leistungsverstärkers (1) mit Hilfe eines schnell steuerbaren Schaltreglers (3) an diesen Pegel angepaßt wird.

6. Verfahren gemäß dem voranstehenden Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Ansteuersignal (8) eine Stellgröße (9) bestimmt wird, die ein Maß für die not­ wendige Versorgungsspannung (7.1) darstellt.

7. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Information über den Pegel des Ansteuersignals (8) aus digitalen Ein­ gangsdaten (14) bestimmt wird.

8. Verfahren gemäß dem voranstehenden Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum einen die digitalen Ein­ gangsdaten (14) in analoge Signale (16) umgewandelt und weitergeleitet werden und zum anderen aus den digitalen Eingangsdaten (14) eine Stellgröße (9) berechnet und weitergeleitet wird, wobei die Stellgröße (9) ein Maß für die notwendige Versorgungsspannung (7.1) darstellt.

9. Verfahren gemäß dem voranstehenden Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellgröße (9) gleichzeitig oder vorzugsweise zeitlich vor den analogen Signalen (16) weitergeleitet wird.

10. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Information über den Pegel des Ansteuersignals (8) über eine von dem Leistungsverstärker (1) ausgehende Restspannung (11) be­ stimmt wird.