DE10136624A1

DE10136624A1 - Regulating amplification of high frequency signal involves adding output of constant supply voltage second amplifier in anti-phase to output of first amplifier with modulated supply voltage

Info

Publication number: DE10136624A1
Application number: DE2001136624
Authority: DE
Inventors: Joerg Nagel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-07-26
Filing date: 2001-07-26
Publication date: 2003-02-20

Abstract

The method involves connecting an amplifier (Amp1) to a modulated supply voltage (mod) and supplying it with a carrier signal (In). The carrier signal is divided by a splitter (split) and part of the carrier signal is fed to a second amplifier (Amp2) with a constant supply voltage (supply). The output of the second amplifier is added in anti-phase with an output of the first amplifier in a combiner (Comb). Independent claims are also included for the following: an arrangement for modulatable amplification of signals, especially for implementing the method, and a communications system for transmitting data and/or information over at least one radio interface.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur modulierbaren Verstärkung von Signalen und eine dementsprechende Vorrichtung. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Sende- und/oder Empfangseinheit und ein Kommunikationssystem. The present invention relates to a method for modulatable amplification of signals and a corresponding Contraption. The present invention further relates to a Sending and / or receiving unit and a communication system.

In vielen hochfrequent arbeitenden Schaltungsanordnungen werden Einrichtungen zur Amplitudenmodulation von Signalen benötigt. Oft ist dabei eine hohe Dynamik, eine gute Linearität des Modulators und eine dem Modulator eigene Verstärkung vorteilhaft oder sogar erforderlich. Eine verstärkende Funktion des Modulators erlaubt insbesondere den Einsatz des Modulators als Sendeverstärker, welcher gleichzeitig die Funktionen des Stellgliedes zur Amplitudenmodulation und des Leistungsverstärkers übernimmt. In many high-frequency circuit arrangements become devices for amplitude modulation of signals needed. Often there is a high dynamic, good linearity of the modulator and a gain specific to the modulator beneficial or even required. A reinforcing function the modulator allows in particular the use of Modulator as a transmitter amplifier, which also functions of the actuator for amplitude modulation and Power amplifier takes over.

Als konventionelle Amplitudenmodulatoren können Mischer wie z. B. passive Diodenmischer oder aktive Gilbertzellen verwendet werden. Beide Mischertypen besitzen jedoch auf Grund der verwendeten Halbleiter nur begrenzte linear nutzbare Dynamik. Weiterhin existieren amplitudenmodulierende Anordnungen mit steuerbaren Transistoren oder PIN-Dioden. Auch in diesem Fall basiert die Funktion auf Halbleitercharakteristiken, was nur in begrenzten Dynamikbereichen zu einer befriedigenden Linearität führt. Mixers such as z. B. passive diode mixers or active Gilbert cells be used. However, both types of mixers are due to the used semiconductors only limited linearly usable dynamics. Amplitude-modulating arrangements also exist controllable transistors or PIN diodes. In this case, too the function is based on semiconductor characteristics, what only in a limited dynamic range to a satisfactory one Linearity leads.

Eine weitere bekannte Lösung besteht in der Verwendung eines in Kompression betriebenen Verstärkers, welcher über seine Betriebsspannung U_supply moduliert wird. Dabei tritt das Problem auf, daß die endliche Isolation des Verstärkers die Linearität des Zusammenhanges U_supply - U_out bei kleinen Amplituden verschlechtert bzw. die mögliche Dynamik begrenzt. Another known solution consists in the use of an amplifier operated in compression, which is modulated via its operating voltage U _supply . The problem arises that the finite isolation of the amplifier worsens the linearity of the relationship U _supply - U _out with small amplitudes or limits the possible dynamics.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur linear modulierbaren Verstärkung von Signalen vorzuschlagen. The present invention is based on the object Method and device for linearly modulatable Propose amplification of signals.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Ferner ist ein Kommunikationssystem mit den Merkmalen von Anspruch 15 eine Lösung dieser Aufgabe. Die Unteransprüche definieren jeweils bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. This object is achieved by a method with the features of claim 1 and a device with the Features of claim 7 solved. Furthermore, a Communication system with the features of claim 15 a solution this task. The subclaims define each preferred and advantageous embodiments of the present Invention.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zeichnet sich demnach dadurch aus, daß das Trägersignal über einen Splitter aufgeteilt und ein definierter Teil des Trägersignals an einen zweiten Verstärker geleitet wird, dessen Versorgungsspannung konstant gehalten wird, und ein Ausgangssignal des zweiten Verstärkers über einen Combiner gegenphasig zu einem Ausgangssignal des ersten Verstärkers addiert wird. Zur Unterdrückung der nichtlinearen Bereiche des Verstärkers wird damit erfindungsgemäß eine Subtraktion eines konstanten Signals von einer amplitudenmodulierbaren Signalquelle verwendet. A method according to the invention is accordingly characterized from that the carrier signal is divided by a splitter and a defined part of the carrier signal to a second Amplifier is routed, its supply voltage constant is held, and an output signal of the second amplifier via a combiner in phase opposition to an output signal of the first amplifier is added. To suppress the Nonlinear areas of the amplifier are thus in accordance with the invention a subtraction of a constant signal from one amplitude modulated signal source used.

In Kombination mit den besonderen Eigenschaften eines in Kompression arbeitenden Verstärkers ist dieses Verfahren in einer Weiterbildung der Erfindung sehr vorteilhaft in allen Signalgeneratoren und/oder Modulatoren insbesondere im HF- Bereich allgemein einsetzbar. In combination with the special properties of an in Compression working amplifier is in this process a development of the invention very advantageous in all Signal generators and / or modulators, especially in HF General use area.

In einer wesentlichen Weiterbildung der Erfindung wird das Trägersignal durch den Splitter in zwei Teile gleich großer Leistung aufgeteilt. Unter minimiertem Leistungsaufwand wird damit ein nichtlinearer Bereich durch baugleiche und in Gegenphase arbeitenden Verstärker sicher eliminiert. In an essential development of the invention Carrier signal through the splitter in two parts of equal size Split performance. With minimal effort thus a nonlinear range due to identical and in Counter phase working amplifier safely eliminated.

Zur Erzeugung der Gegenphasigkeit der Ausgangssignale der beiden Verstärker wird ein zu verstärkendes Signal vorzugsweise durch den Splitter, den Combiner und/oder ein Leitungsstück in der Phase so gedreht, daß die Ausgangssignale zueinander in Gegenphase liegen. Das erfolgt in einer Ausführungsform vorteilhafterweise schrittweise, so daß ein Feinabgleich insbesondere durch eine abschließende Leitungstransformation vorgenommen werden kann. In einer Ausführungsform der Erfindung wird ein zu verstärkendes Signal in den Pfaden beider Verstärker in der Phase so gedreht, daß die Ausgangssignale zueinander in Gegenphase liegen. To generate the opposite phase of the output signals of the Both amplifiers become a signal to be amplified preferably by the splitter, the combiner and / or a Line section rotated in phase so that the output signals are in opposite phase to each other. That takes place in one Embodiment advantageously step by step, so that a fine adjustment especially through a final line transformation can be made. In one embodiment of the Invention becomes a signal to be amplified in the paths of both Amplifier rotated in phase so that the output signals are in opposite phase to each other.

Vorteilhafterweise ist der zweite Verstärker zur Abgabe einer geringeren Leistung als der erste Verstärker ausgebildet. Damit wird eine möglichst geringe Leistung in dem zweiten Verstärker umgesetzt, die zielgerichtet auch nur der Kappung der Nichtlinearität dient. The second amplifier is advantageously used to emit a less power than the first amplifier. This will result in the lowest possible performance in the second Amplifiers implemented that are targeted only at the capping serves the non-linearity.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Schwelle vorgesehen, die relativ knapp oberhalb eines nichtlinearen Bereiches angeordnet ist. Zudem sind Mittel vorgesehen, die bei Erreichen und/oder Überschreiten dieser Schwelle ein Abschalten des zweiten Verstärkers bewirken, so daß im linearen Bereich des ersten Verstärkers keine Leistung mehr in dem zweiten Verstärker umgesetzt wird. Das Einführung und Überwachen einer derartigen Schwelle ist beispielsweise bei Standards mit gestufter Leistung einfach umsetzbar und leicht realisierbar, insbesondere bei GSM EDGE. In a preferred embodiment of the invention is a Threshold provided that is just above one non-linear region is arranged. They are also means provided when this threshold is reached and / or exceeded cause a shutdown of the second amplifier, so that in linear range of the first amplifier no more power is implemented in the second amplifier. The introduction and Monitoring such a threshold is, for example, at Standards with tiered performance easy to implement and light feasible, especially with GSM EDGE.

Vorzugsweise sind die Mittel zur Phasendrehung für einen Einsatz in mehreren Frequenzbändern geeignet ausgebildet. Insbesondere sind in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung auch Mittel zur Umschaltung vorgesehen. The means for phase shifting are preferably for one Suitable for use in several frequency bands. In particular, in a device according to the invention Means for switching are provided.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann damit insgesamt betrachtet unter sehr geringem zusätzlichen Schaltungsaufwand in einer Sende- und/oder Empfangseinheit integriert werden. Vorteilhafterweise sind ein zusätzlicher Platzbedarf und Eigen- Energiebedarf einer erweiterten Schaltung sehr gering, so daß auch eine Integration auf einem Chip möglich ist. Ein erfindungsgemäßes Verfahren läßt sich besonders vorteilhaft in einem Kommunikationssystem einsetzen, das mindestens eine Übertragungsstrecke nach einem Mobilfunkstandard umfaßt. Insbesondere ist eine Sende- und/oder Empfangseinheit als Teil eines derartigen Kommunikationssystems als Mobiltelefon ausgebildet, wobei eine derartige Vorrichtung dann nach den Standards GSM, EDGE, UMTS oder anderen arbeiten kann. Aufgrund der vorstehend genannten Vorteile ist ein erfindungsgemäßes Verfahren jedoch auch in jeder anderen Sende- und/oder Empfangseinheit vorteilhaft einsetzbar oder nachrüstbar. A method according to the invention can therefore overall considered with very little additional circuitry in a transmitting and / or receiving unit can be integrated. Advantageously, additional space and proprietary Energy requirement of an extended circuit is very low, so that Integration on a chip is also possible. On The inventive method can be particularly advantageous in use a communication system that has at least one Transmission line includes according to a mobile radio standard. In particular, a transmitting and / or receiving unit is part of such a communication system as a mobile phone formed, such a device then according to the Standards GSM, EDGE, UMTS or others can work. Because of the advantages mentioned above is a However, the method according to the invention also in any other transmission and / or Receiver unit can advantageously be used or retrofitted.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert. The present invention is hereinafter referred to to the attached drawing based on a preferred Exemplary embodiment explained.

Fig. 1 zeigt ein skizzierte Kennlinie bekannter modulierbarer Verstärker; Fig. 1 is a sketch showing known characteristic modulatable amplifier;

Fig. 2 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltung und Fig. 2 shows a simplified block diagram of a circuit according to the invention and

Fig. 3 stellt die Funktion der Schaltung nach Fig. 2 in einer Reihe von drei Einzelabbildungen dar. Fig. 3 shows the function of the circuit of FIG. 2 in a series of three individual images.

Bei bekannten modulierbaren Verstärkern tritt das Problem auf, daß die endliche Isolation des Verstärkers die Linearität des Zusammenhanges U_supply - U_out bei kleinen Amplituden verschlechtert. Dadurch wird ein möglicher Dynamikbereich derartiger Verstärker begrenzt, wie in der Kennlinie von Fig. 1 beispielhaft dargestellt. In known modulatable amplifiers, the problem arises that the finite isolation of the amplifier deteriorates the linearity of the relationship U _supply - U _out with small amplitudes. A possible dynamic range of such amplifiers is thereby limited, as exemplified in the characteristic curve of FIG. 1.

Eine erfindungsgemäße Anordnung besteht gemäß Fig. 2 aus einer Kombination von zwei gleichartigen Verstärkern Amp1, Amp2. Die Verstärker arbeiten in Kompression, d. h. im betriebsspannungsbegrenzten Betrieb. Die Betriebsart gewährleistet, daß eine Amplitude eines Ausgangssignals Out1, Out2 der Verstärker Amp1, Amp2 durch die jeweilige Betriebsspannung vorgegeben wird. Bei höheren Betriebsspannungen ergibt sich dann ein linearer Zusammenhang zwischen Betriebsspannung und Ausgangsamplitude. According to FIG. 2, an arrangement according to the invention consists of a combination of two identical amplifiers Amp1, Amp2. The amplifiers work in compression, ie in operation limited by operating voltage. The operating mode ensures that an amplitude of an output signal Out1, Out2 of the amplifiers Amp1, Amp2 is predetermined by the respective operating voltage. At higher operating voltages, there is a linear relationship between the operating voltage and the output amplitude.

Die beiden Verstärker Amp1, Amp2 werden eingangsseitig über einen Leistungsteiler Split von einer Signalquelle Source mit einem Trägersignal In versorgt. Die Ausgangssignale Out1, Out2 der Verstärker Amp1, Amp2 werden über einen Combiner Comb zusammengeführt. Die erfindungsgemäßen Eigenschaften ergeben sich in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dadurch, daß der Splitter Split als Bausteine gleichphasig arbeitet und der Combiner Comb als quasi komplementärer Baustein gegenphasig arbeitet. Damit wird erreicht, daß ein gemeinsames Ausgangssignal Out die Differenz der Ausgangssignale Out1, Out2 der Pfade mit den jeweiligen Verstärkern Amp1, Amp2 erscheint. The two amplifiers Amp1, Amp2 are on the input side using a power divider split from a signal source a carrier signal In supplied. The output signals Out1, Out2 of the amplifier Amp1, Amp2 are via a combiner Comb merged. The properties according to the invention in the present exemplary embodiment, that the splitter split works in phase as building blocks and the Combiner Comb as a quasi complementary building block works in opposite phases. This ensures that a common Output signal Out the difference between the output signals Out1, Out2 of the paths with the respective amplifiers Amp1, Amp2 appears.

Wird nun der Verstärker Amp2 von einer konstanten Betriebsspannung Supply größer als Null versorgt und liefert somit eine konstante Ausgangsamplitude, so wirkt der Betriebsspannungsanschluß an dem Verstärker Amp1 erfindungsgemäß als Eingang für ein Modulationssignal Mod. Bei einer bestimmten relativ geringen Spannung an diesem Modulationseingang sind die von beiden Verstärkern Amp1, Amp2 gelieferten Signalamplituden Out1, Out2 gleich und es kommt zur Auslöschung der beiden Signale an einem gemeinsamen Ausgang. Damit ideale Auslöschung stattfindet, muß die Phasendifferenz beider Signale Out1, Out2 exakt 180° betragen. Dies ist gewährleistet, wenn beide Verstärker Amp1, Amp2 gleichartig aufgebaut sind. Da beide Verstärker Amp1, Amp2 in diesem Betriebspunkt eine deutliche Ausgangsamplitude liefern und somit die Linearität beider Verstärker nicht durch deren endliche Isolation beeinträchtigt wird, ist die Linearität zwischen dem Modulationssignal Mod und dem am gemeinsamen Ausgang Out liegender Signalamplitude gegeben, wie anschaulich in der graphischen Differenzbildung von Fig. 3 dargestellt ist. If the amplifier Amp2 is now supplied by a constant operating voltage Supply greater than zero and thus supplies a constant output amplitude, then the operating voltage connection to the amplifier Amp1 acts according to the invention as an input for a modulation signal Mod. At a certain relatively low voltage at this modulation input, they are both Amplifiers Amp1, Amp2 are supplied with signal amplitudes Out1, Out2 and the two signals are canceled at a common output. In order for ideal cancellation to take place, the phase difference between the two signals Out1, Out2 must be exactly 180 °. This is guaranteed if both amplifiers Amp1, Amp2 are constructed in the same way. Since both amplifiers Amp1, Amp2 provide a clear output amplitude at this operating point and thus the linearity of both amplifiers is not impaired by their finite isolation, the linearity between the modulation signal Mod and the signal amplitude at the common output Out is given, as is evident in the graphical difference formation is shown in FIG. 3.

Da die gesamte Anordnung eine Verstärkung liefert und Betriebsarten mit hohem Wirkungsgrad wie z. B. der C Betrieb verwendet werden können, eignet sich die Anordnung neben der Kleinsignalmodulation besonders auch als amplitudenmodulierbarer Leistungsverstärker. Dieser Leistungsverstärker kann besonders vorteilhaft in Envelope Elimination and Restauration bzw. EER Konzepten mit hohen Dynamikanforderungen verwendet werden, z. B. in Enhanced data rate for GSM evolution bzw. GSM EDGE. Because the whole arrangement provides reinforcement and Operating modes with high efficiency such. B. the C operation can be used, the arrangement next to the Small signal modulation especially as Amplitude modulated power amplifier. This power amplifier can particularly advantageous in envelope elimination and Restoration or EER concepts with high dynamic requirements be used, e.g. B. in Enhanced data rate for GSM evolution or GSM EDGE.

Weitere Vorteile der beschriebenen Ausführungsform liegen z. B. bei Dual Band Mobilfunk insbesondere darin, daß auch bei einem Wechsel der Bänder schnell und sicher durch Umschalten der erfindungsgemäßen Kompensationsmittel die Nichtlinearitäten der Verstärker eliminiert werden. In sehr kompakter Bauform wird also eine erfindungsgemäße Vorrichtung so effizient und energiesparend für einen Einsatz in mehreren Frequenzbändern geeignet ausgebildet eingesetzt. Bezugszeichenliste Amp1 Verstärker
Amp2 Verstärker
Mod modulierte Versorgungsspannung
Source Trägersignalequelle
In Trägersignal
Supply Versorgungsspannung
Split Splitter
Out1 Ausgangssignal des ersten Verstärkers Amp1
Out2 Ausgangssignal des zweiten Verstärkers Amp2
Comb Combiner
Out Ausgangssignal
Further advantages of the described embodiment are e.g. B. with dual band mobile radio in particular in that even when changing the bands quickly and safely by switching the compensation means according to the invention, the non-linearities of the amplifier are eliminated. In a very compact design, a device according to the invention is thus designed to be efficient and energy-saving and suitable for use in several frequency bands. LIST OF REFERENCE NUMERALS amplifier Amp1
Amp2 amplifier
Mod modulated supply voltage
Carrier signal source
In carrier signal
Supply supply voltage
Split splinters
Out1 output signal of the first amplifier Amp 1
Out2 output signal of the second amplifier Amp 2
Comb combiner
Out output signal

Claims

1. A method for the modulatable amplification of signals, in which an amplifier (Amp1) is connected to a modulated supply voltage (Mod) and is supplied with a carrier signal (In), characterized in that
that the carrier signal (In) is divided by a splitter (Split) and
a defined part of the carrier signal (In) is passed to a second amplifier (Amp2), whose supply voltage (Supply) is kept constant, and
an output signal (Out2) of the second amplifier (Amp2) is added in phase opposition to an output signal (Out1) of the first amplifier (Amp1) via a combiner (Comb).

2. The method according to claim 1, characterized, that the amplifier (Amp1, Amp2) in compression or in operated in a voltage-limited mode become.

3. The method according to one of the two preceding claims, characterized, that the carrier signal (In) through the splitter (Split) in two parts of equal power is divided.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that a signal to be amplified by the splitter (Split), the combiner (Comb) and / or a line piece is rotated in phase so that the output signals (Out1, Out2) are in opposite phase to each other.

5. The method according to the preceding claim, characterized, that a signal to be amplified in the paths of both Amplifier (Amp1, Amp2) is rotated in phase so that the output signals (Out1, Out2) in phase opposition to each other lie.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the amplifier (Amp2) when a threshold is reached is switched off above a non-linear range.

7. Device for the modulatable amplification of signals, in particular to implement a method according to a of the preceding claims, in which an amplifier (Amp1) to a modulated supply voltage (Mod) and for supplying a carrier signal (In) to a Carrier signal source is connected, characterized, that a second amplifier (Amp2) that goes to the first Amplifier (Amp1) works in opposite phase and on one constant supply voltage is connected, via a splitter (split) and a combiner (comb) the first amplifier (Amp1) is connected in parallel.

8. Device according to the preceding claim, characterized, that the amplifier (Amp1, Amp2) and the wiring for an operation are designed in compression.

9. Device according to one of the two previous Expectations, characterized, that the second amplifier (Amp2) to deliver a lower power than the first amplifier (Amp1) is trained.

10. The device according to one of the three preceding claims, characterized, that the splitter (split) is designed for power sharing is.

11. The device according to any preceding claims 7 to 10, characterized, that the splitter (split), the combiner (comb) and / or a line piece for generating a phase shift for Phase opposition of the output signals (Out1, Out2) Amplifiers (Amp1, Amp2) are formed.

12. The device according to the preceding claim, characterized, that a signal path between the splitter (split), the Combiner (Comb) with one of the amplifiers (Amp1, Amp2) for Generation of a phase shift in one or more Steps is formed.

13. Device according to one of the preceding claims 7 to 12 characterized, that the means for phase shifting for use in several frequency bands are suitably designed and In particular, means for switching are provided.

14. Device according to one of the preceding claims 7 to 13 characterized, that the device as part of a mobile device or Mobile phones are designed.

15. Communication system for the transmission of data and / or information via at least one radio interface, characterized in that
that the communication system comprises at least one device according to one of the preceding claims 7 to 14 and / or
is designed to implement a method according to any one of claims 1 to 6.