DE102004056765B4

DE102004056765B4 - Polarmodulator und dessen Verwendung

Info

Publication number: DE102004056765B4
Application number: DE102004056765A
Authority: DE
Inventors: Giuseppe Li Puma
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Deutschland GmbH
Priority date: 2004-11-24
Filing date: 2004-11-24
Publication date: 2010-08-19
Anticipated expiration: 2024-11-25
Also published as: DE102004056765A1; US20060135089A1; US7427903B2

Abstract

Polarmodulator, umfassend:
– einen ersten Signaleingang (12) zur Zuführung eines Phasenmodulationssignals und einen zweiten Signaleingang (11) zur Zuführung eines Amplitudenmodulationssignals;
– einen Phasenregelkreis (2) mit einem Referenzeingang (23) zur Zuführung eines Referenzsignals und mit einem Stelleingang, der mit dem ersten Signaleingang (12) gekoppelt ist, der Phasenregelkreis (23) ausgebildet zur Abgabe eines Hochfrequenzsignals mit einer Frequenz, die aus dem Referenzsignal und dem Phasenmodulationssignals am Stelleingang des Phasenregelkreises (2) abgeleitet ist;
– eine regelbare Spannungsquelle (5) mit einem Spannungsausgang (52) und mit einem Regeleingang (51), der mit dem zweiten Signaleingang (11) gekoppelt ist;
gekennzeichnet durch
– eine Filtereinrichtung (4) zur Unterdrückung eines Gleichsignalanteils, die mit einem Ausgang des Phasenregelkreises (2) gekoppelt ist;
– einen Gegentaktverstärker (3) mit einem Ausgang (39) und mit einem Eingang (38), der mit der Filtereinrichtung (4) und über eine Last (35) mit dem Ausgang (39) gekoppelt ist, wobei der Gegentaktverstärker (3) zwei...

Description

Die Erfindung betrifft einen Polarmodulator nach dem Oberbegriff des geltenden Anspruchs 1 sowie eine Verwendung des Polarmodulators.
Üblicherweise werden bei modernen Kommunikationssystemen die zu übertragenden Informationen sowohl in der Phase als auch in der Amplitude eines Signals codiert. Dadurch ist es möglich, deutlich größere Datenübertragungsraten zu erreichen als bei herkömmlichen Modulationsarten, die eine reine Amplituden- bzw. Phasenmodulation verwenden. Beispiele für derartige Modulationsarten sind die PSK-Modulationen (Phase Shift Keying) wie eine π/4-DQPSK-, 8-DPSK- oder 8-PSK-Modulation aber sowie eine Quadratur Amplituden Modulation (QAM). Sie werden im Gegensatz zu der analogen Amplituden- oder Frequenzmodulation als digitale Modulationsarten bezeichnet.
6 zeigt ein Konstellationsdiagramm für eine 8-PSK-Modulation. Die x-Achse stellt dabei die erste, reelle Komponente I und die y-Achse die zweite Quadraturkomponente Q dar. Die zu übertragende Information wird abhängig von ihrem Inhalt in einem der dargestellten Punkte durch ein Wertepaar i, q codiert. Ein Wertepaar i, q wird als Symbol bezeichnet. Im dargestellten Beispiel codiert bei einer 8-PSK-Modulation ein Symbol insgesamt drei Bits Dateninhalt. Es ist zu erkennen, dass abhängig von dem zu codierenden Dateninhalt die Amplituden der i- und q-Werte sich über die Zeit ändern. Man spricht daher bei einer 8-PSK-Modulation von einer Modulationsart mit nicht konstanter Einhüllenden (non-constant envelope modula tion). Die 8-PSK Modulation wird beispielsweise für den Mobilfunkstandard GSM/EDGE verwendet.
Neben der Darstellung eines Symbols durch ein Wertepaar i, q ist es möglich, das Symbol in seiner Phase φ und seiner Amplitude r anzugeben. Beide Darstellungen in I/Q-Schreibweise und rφ-Schreibweise sind gleichbedeutend.
Zur Übertragung von modulierten Signalen lassen sich demnach neben I/Q-Modulatoren auch Polarmodulatoren verwenden. Während I/Q-Modulatoren für eine Modulation I- und Q-Signale verarbeiten, modulieren Polarmodulatoren die Phase und die Amplitude. Eine Ausführung für einen I/Q-Modulator ist in Tietze, Schenk, „Halbleiterschaltungstechnik”, 12. Auflage, Springer Verlag 2002 auf den Seiten 1285 ff. beschrieben.
Eine Modulationsschaltung, bei der die Phase eines Signal moduliert und dieses anschließend in der Amplitude variiert wird, ist aus der DE 100 45 761 A1 bekannt. Eine weitere Anordnung für eine Digitalmodulation ist in der DE 195 35 075 A1 beschrieben.
Einen bekannten Polarmodulator zeigt 5. Die zu übertragenden Informationen liegen als digitale Daten a_k vor und werden in einer Coderschaltung und einer weiteren Schaltung aufbereitet. Die digitalen Daten werden dann in der Schaltung 900 in ihren Phasenwert φ(k) sowie in einen Amplitudenwert r(k) umgewandelt. Die Phaseninformation φ(k) wird einem Phasenregelkreis PLL zugeführt. Sie wird dazu verwendet, das Ausgangssignal des Phasenregelkreises PLL entsprechend der in der Phase codierten Information zu modulieren. Am Ausgang des Regelkreises PLL liegt somit ein phasenmoduliertes Ausgangssignal φ(t) vor. Gleichzeitig wird die Amplitudeninformation r(k) einem Digital-Analog-Wandler DAC zugeführt, der die digital vorliegende Amplitudeninformation r(k) in ein zeitliches analoges Signal wandelt. Das analoge Amplitudenmodulationssignal r(t) wird über ein Tiefpassfilter einem Mischer zugeführt. In diesem wird das phasenmodulierte Signal mit dem Amplitudenmodulationssignal zusammengeführt.
Problematisch bei dieser Lösung sind die Anforderungen an die letzte Mischerstufe. Diese sollte ein ausreichend hohes lineares Übertragungsverhalten aufweisen, um den in vielen Mobilfunkstandards geforderten großen Amplitudenbereich einzuhalten.
Bei einem nicht linearen Übertragungsverhalten des Mischers können Amplituden- oder Phasenverzerrungen auftreten, die von dem Amplitudenmodulationssignal r(t) abhängig sind. Man bezeichnet derartige Verzerrungen als AM/AM- oder AM/PM-Distortion. Die Verzerrung erzeugt Datenfehler und das Frequenzspektrum des abgegebenen Signals ändert sich.
4 zeigt das Frequenzspektrum in Abhängigkeit einer Amplituden/Phasenverzerrung. Es ist zu erkennen, dass bereits ein leichter Frequenzversatz von 1°/dB die in der 4 dargestellte Spektralmaske des Mobilfunkstandards GSM/EDGE verletzt. Es ist daher notwendig, Verzerrungen möglichst gering zu halten.
Die in 5 bekannte Ausführungsform eines Polarmodulators führt bei Berücksichtigung der Anforderungen an ein sehr lineares Verhalten zu einem hohen Platzbedarf für den Mischer. Darüber hinaus lässt sich ein derartiger Polarmodulator nicht in neuartigen CMOS-Technologien mit niedrigen Versorgungsspannungen im Bereich von 1,5 V bis 2,5 V implementieren, da dort eine Linearität nicht gewährleistet ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Polarmodulator anzugeben, der für niedrige Versorgungsspannungen geeignet und platzsparend bevorzugt als integrierte Schaltung in einem Halbleiterkörper realisierbar ist. Aufgabe der Erfin dung ist es weiterhin, eine Verwendung für einen derartigen Polarmodulator vorzusehen.
Diese Aufgaben werden mit den Gegenständen der unabhängigen Patentansprüche 1 und 14 gelöst.
Bezüglich der Anordnung wird die Aufgabe gelöst durch einen Polarmodulator mit einem ersten Signaleingang, einem zweiten Signaleingang und einem Phasenregelkreis. Der Phasenregelkreis enthält einen Referenzeingang zur Zuführung eines Referenzsignals sowie einen Stelleingang, welcher mit dem ersten Signaleingang gekoppelt ist. Der Regelkreis ist ausgebildet zur Abgabe eines Hochfrequenzsignals mit einer Frequenz, die aus einem Signal am ersten Signaleingang und damit am Stelleingang des Phasenregelkreises abgeleitet ist. Eine Filtereinrichtung ist mit einem Ausgang des Phasenregelkreises zur Unterdrückung eines Gleichsignalanteils gekoppelt. Weiterhin ist eine regelbare Spannungsquelle vorgesehen, deren Regeleingang mit dem zweiten Signaleingang des erfindungsgemäßen Polarmodulators gekoppelt ist. Ein Gegentaktverstärker ist mit einem Eingang mit der Filtereinrichtung verbunden. Der Gegentaktverstärker umfasst zwei in Reihe geschaltete rückgekoppelte Verstärkertransistoren, die zur Versorgung an einen Spannungsausgang der regelbaren Spannungsquelle angeschlossen sind. Die Steueranschlüsse der beiden Verstärkertransistoren sind mit dem Eingang des Gegentaktverstärkers sowie über eine Last mit einem Ausgang des Gegentaktverstärkers zur Rückkopplung verbunden.
Gemäß dem vorgeschlagenen Prinzip wird so ein Polarmodulator realisiert, der mit seinem ausgangsseitig angeschlossenen Gegentaktverstärker eine sehr geringe Amplituden- und Phasenverzerrung erzeugt. Erfindungsgemäß wird gegenüber herkömmli chen Konzepten eine Amplitudenmodulation durch eine Modulation der Versorgungsspannung auf dem Gegentaktverstärker erzeugt. So kann auf einen aufwändig gestalteten Mischer verzichtet werden. Darüber hinaus arbeitet der erfindungsgemäße Gegentaktverstärker sehr leistungseffizient und lässt sich als annähernd perfekter Schalter betreiben.
Der erfindungsgemäße Polarmodulator ist für eine Integration und insbesondere für eine Ausbildung als integrierte Schaltung in einem Halbleiterkörper in CMOS-Technologie geeignet. Durch den als Schalter arbeitenden Gegentaktverstärker wird ein großer Dynamikbereich erreicht, wobei gleichzeitig das Signal/Rauschverhältnis deutlich verbessert wird. Demzufolge kann auch eine Versorgungsspannung vorteilhaft reduziert werden. Die Rückkopplung der Steueranschlüsse über die Last mit dem Ausgang des erfindungsgemäßen Gegentaktverstärkers erhöht die Linearität und reduziert Verzerrungen. Über die Filtereinrichtung lässt sich eine Unterdrückung des Gleichsignalanteils und damit ein ”Fluss” eines Gleichsignalstroms in den Phasenmodulationspfad verhindern.
Bevorzugt ist zwischen Ausgang des Phasenregelkreises und der Filtereinrichtung eine Verstärkerschaltung vorgesehen, welche ein begrenzendes Verstärkungsverhalten aufweist. Vorteilhaft wird der Gegentaktverstärker mit einem amplitudenbegrenzten Signal mit scharf abfallenden und steigenden Flanken betrieben. Dies verbessert das schaltende Verhalten des Gegentaktverstärkers.
In einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist dem Regeleingang der Spannungsquelle ein Digital/Analog-Wandler vorgeschaltet, dessen Eingang mit dem zweiten Signaleingang zur Zuführung eines digitalen Amplitudenmodulationssignals verbunden ist. Bevorzugt lässt sich so im Amplitudenmodulationspfad sowohl ein analoges Amplitudenmodulationssignal als auch ein digitales Amplitudenmodulationssignal verwenden. Selbiges dient zur Einstellung der Ausgangsspannung der regelbaren Spannungsquelle, die wiederum an den Versorgungsanschluss des Gegentaktverstärkers im erfindungsgemäßen Polarmodulator angeschlossen ist. Durch die Modulation der Versorgungsspannung wird ein deutlich höherer Dynamikbereich des Ausgangssignals ermöglicht.
Bevorzugt ist dem Regeleingang der Spannungsquelle eine Multiplikationseinheit vorgeschaltet. Diese ist zur Skalierung des Amplitudenmodulationssignals an einem ersten Eingang der Multiplikationseinheit mit einem Skalierungsfaktor ausgebildet. Der Skalierungsfaktor wird einem zweiten Eingang der Multiplikationseinheit zugeführt. Mit der Ausführung einer Multiplikationseinheit wird eine Skalierung hinsichtlich einer Ausgangsamplitude des Ausgangssignals erreicht. Dadurch wird der Dynamikbereich des Signals vergrößert, ohne zusätzliche Amplituden- bzw. Phasenverzerrungen zu erzeugen.
In einer anderen Weiterbildung der Erfindung umfasst der Phasenregelkreis einen Frequenzteiler in einem Rückführungspfad. Der Frequenzteiler ist ausgebildet, ein eingangsseitig anliegendes Signal in seiner Frequenz um einen einstellbaren Teilerfaktor zu teilen und einem Phasendetektor des Phasenregelkreises zuzuführen. Eine Einstellung des Frequenzteilerverhältnisses erfolgt durch ein Signal am Einstelleingang. Bevorzugt lässt sich der Frequenzteiler mit einem Sigma-Delta-(ΣΔ)-Frequenzteiler ausbilden.
In einer Ausführung der Erfindung umfasst die regelbare Spannungsquelle einen rückgekoppelten Differenzverstärker und ei nen Stelltransistor. Der Stelltransistor ist mit einem Anschluss an einen Versorgungsanschluss angeschlossen und bildet mit dem anderen Anschluss den Spannungsausgang der regelbaren Spannungsquelle. Ein erster Eingang des Differenzverstärkers bildet den Regeleingang und ein zweiter Eingang des Differenzverstärkers ist an den Ausgang der Spannungsquelle angeschlossen. Ein Ausgang des Differenzverstärkers ist mit dem Steueranschluss des Stelltransistors gekoppelt.
Bevorzugt ist zwischen Spannungsausgang der regelbaren Spannungsquelle und einem Versorgungsanschluss des Gegentaktverstärkers ein Tiefpassfilter zur Unterdrückung hochfrequenter Anteile geschaltet.
Der erfindungsgemäße Polarmodulator lässt sich bevorzugt zur Modulation von Signalen mit einer Modulationsart verwenden, die Informationen sowohl in der Phase als auch in der Amplitude codieren. Dies sind Modulationsarten, bei denen die Einhüllende des Ausgangssignals in ihrer Amplitude nicht konstant ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche. Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme der Zeichnungen im Detail erläutert. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel des Polarmodulators,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel,
3 einen Ausschnitt mit einem Ausführungsbeispiel der regelbaren Spannungsquelle,
4 verschiedene Frequenzspektra zur Verdeutlichung des Einflusses einer Amplituden- und Phasenverzerrung,
5 einen bekannten Polarmodulator,
6 ein Konstellationsdiagramm.
1 zeigt den erfindungsgemäßen Polarmodulator in einer ersten Ausgestaltungsform. Dieser ist als integrierte Schaltung in einem Halbleiterkörper ausgebildet. Im Besonderen wird die integrierte Schaltung in CMOS-Technologie ausgeführt. Als Halbleitermaterialien eignen sich Silizium, Galliumarsenid (GaAs), Siliziumgermanium (SiGe) oder andere Halbleiterverbindungen. Die Halbleitermaterialien erlauben eine platzsparende Ausbildung des Polarmodulators bei gleichzeitig geringen Versorgungsspannungen und Versorgungsströmen. Mobile Kommunikationsanwendungen mit eingeschränktem Energievorrat können so länger betrieben werden.
Der erfindungsgemäße Polarmodulator weist einen ersten Signaleingang 11, einen zweiten Signaleingang 12 sowie einen Referenzeingang 23 und einen Signalausgang 39 auf. Am Signaleingang 11 liegt ein Amplitudenmodulationssignal an. Dieses dient dazu, ein Ausgangssignal in seiner Amplitude zu modulieren. Dem zweiten Signaleingang 12 ist ein Phasenmodulationssignal zur Modulation der Phase des Ausgangssignals zuführbar. Am Signalausgang 39 kann im Betrieb des erfindungsgemäßen Polarmodulators das modulierte Hochfrequenzsignal abgegriffen werden. Der Polarmodulator umfasst einen Phasenregelkreis 2, der einen Rückführungspfad 28 enthält.
Der Phasenregelkreis 2 weist im Einzelnen einen Phasendetektor 22 mit einem ersten Eingang 221 und einem zweiten Eingang 222 auf. Der erste Eingang 221 bildet den Referenzeingang und ist mit dem Eingang 23 verbunden. Der zweite Eingang 222 bildet den Rückführungseingang. Der Phasendetektor 22 ist zu einem Vergleich der Phase an den Eingängen 221 bzw. 222 anliegender Signale ausgebildet. Abhängig von der Phasendifferenz erzeugt er an seinem Ausgang ein Stellsignal, welches einer Ladungspumpe 24 zugeführt wird. Ein Ausgang der Ladungspumpe 24 ist über ein Schleifenfilter 26 mit einem Stelleingang 271 eines spannungsgesteuerten Oszillators 27 verbunden. Abhängig von einem Stellsignal am Stelleingang erzeugt der spannungsgesteuerte Oszillator 27 an seinem Ausgang ein Hochfrequenzausgangssignal. Dieses wird am Ausgang des Phasenregelkreises abgegeben.
Der Ausgang des Oszillators ist zur Bildung des Regelkreises über einen Rückführungspfad 28 mit einem Frequenzteiler 25 verbunden. Der Frequenzteiler 25 ist als Multimodulusteiler mit einstellbarem Teilerverhältnis ausgebildet. Er teilt die Frequenz eines eingangsseitig anliegenden Signals um ein einstellbares Teilerverhältnis und gibt an seinem Ausgang ein Signal mit der entsprechend geteilten Frequenz ab. Der Ausgang des Frequenzteilers 25 ist an den Rückführungseingang 222 des Phasendetektors 22 angeschlossen.
In dieser Ausgestaltungsform weist der Frequenzteiler 25 eine Vielzahl einstellbarer Teilerverhältnisse auf. Insbesondere sind auch gebrochene Teilerverhältnisse mit dem Frequenzteiler 25 einstellbar. Dazu enthält der Frequenzteiler einen Sigma-Delta-Frequenzteiler. Das Frequenzteilerverhältnis wird als digitales Signal einem Stelleingang 12 zugeführt. Darüber hinaus wird das Frequenzteilerverhältnis als analoges Regelsignal gleichzeitig auch dem spannungsgesteuerten Oszillator 27 an einen Regeleingang zugeführt. Eine Änderung des Fre quenzteilerverhältnisses führt durch den Phasendetektor 22 zu einer Änderung des Stellsignals am Stelleingang 271 des spannungsgesteuerten Oszillators.
Der Ausgang des Phasenregelkreises 2 ist an einen limitierenden Verstärker 30 angeschlossen. Dieser erzeugt aus dem Ausgangssignal ein rechteckförmiges Pulssignal mit steil ansteigenden bzw. abfallenden Flanken. Ausgangsseitig ist der limitierende Verstärker 30 mit einer Filtereinrichtung 4 zur Unterdrückung von Gleichsignalanteilen verbunden. Die Filtereinrichtung 4 ist im Ausführungsbeispiel als einfacher Kondensator ausgebildet. Abhängig von der Kapazität dieses Kondensators ist die Grenzfrequenz der Filtereinrichtung einstellbar.
Der Phasenregelkreis bildet zusammen mit der Filtereinrichtung und dem limitierenden Verstärker 30 den Phasenmodulationspfad des erfindungsgemäßen Polarmodulators. Weiterhin ist ein Amplitudenmodulationspfad vorgesehen. Dieser umfasst einen Digital/Analog-Wandler 7, der eingangsseitig mit dem ersten Signaleingang verbunden ist. Ausgangsseitig ist der Digital/Analog-Wandler 7 über einen Tiefpassfilter 6 an einen Regeleingang 51 einer regelbaren Spannungsquelle 5 angeschlossen. Die regelbare Spannungsquelle 5 erzeugt an ihrem Ausgang 52 eine von einem Regelsignal am Regeleingang 51 abhängige Spannung.
Der Spannungsausgang 52 der regelbaren Spannungsquelle 5 ist an einen Versorgungseingang 32 eines Gegentaktverstärkers 3 angeschlossen. Der Gegentaktverstärker 3 enthält zwei in Reihe geschaltete Transistoren Tp und Tn. Die beiden Transistoren Tp und Tn sind als Feldeffekttransistoren unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps ausgebildet. Der p-Kanal- Feldeffekttransistor Tp bildet mit einem Anschluss den Versorgungsanschluss 32. Der zweite Anschluss ist über einen Knoten 39a mit einem Widerstand 35 und mit dem n-Kanal-Feldeffekttransistor Tn verbunden. Ein zweiter Anschluss des Transistors Tn bildet den zweiten Versorgungsanschluss 33 und ist an das Massepotenzial angeschlossen. Steueranschlüsse der beiden Transistoren Tp und Tn sind in einem Knoten 39b zusammengeführt und sowohl mit der Filtereinrichtung als auch dem Widerstand 35 verbunden. Demzufolge ist der Widerstand 35 zwischen Ausgang und Eingang des Gegentaktverstärkers geschaltet und bildet so eine Rückkopplung. Die Rückkoppelung führt zu einer Linearisierung und reduziert eine Amplituden- bzw. Phasenverzerrung.
Zur Modulation eines Signals wird die Phasen- bzw. Frequenzinformation in Form eines Stellsignals am Einstelleingang 12 des Frequenzteilers 25 zugeführt. Das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators wird so frequenz- bzw. phasenmoduliert. Zusätzlich ändert der Oszillator wegen dem zugeführten Regelsignal ebenfalls seine Frequenz. Dazu wird das Regelsignal, das von dem Stellsignal am Stelleingang 12 abgeleitet ist, geeignet aufbereitet. Das Regelsignal dient dazu, die Frequenz des Oszillators in die Richtung zu ändern, in der auch eine Änderung durch das Stellsignal erfolgt. Die Frequenzeinstellung des Oszillators 27 mit dem Regelsignal und dem Stellsignal am Eingang 271 ist besonders effizient und schnell und wird als 2-Punkt Modulation bezeichnet. Der Phasenregelkreis bildet einen 2-Punkt-Modulator und erzeugt eine Phasen- bzw. Frequenzmodulation des abgegebenen Signals.
Das Ausgangssignal des Phasenregelkreises 2 wird verstärkt und über die Filtereinrichtung 4 an den Eingang des Gegentaktverstärkers 3 gelegt. Die Verstärkung des frequenz- bzw. phasenmodulierten Signals wird über die Versorgungsspannung des Gegentaktverstärkers 3 eingestellt. Bei einer reinen Phasen- bzw. Frequenzmodulation bleibt die Versorgungsspannung konstant.
Für höherwertige Modulationsarten, die Informationen sowohl in der Phase als auch in der Amplitude codieren, wird die Versorgungsspannung gemäß dem Amplitudenmodulationssignal am Eingang 11 geändert. Dazu wird das Amplitudenmodulationssignal als digitales Signal dem Eingang 11 zugeführt. Der Digital/Analog-Wandler 7 erzeugt daraus ein analoges Modulationssignal und führt dieses über das Tiefpassfilter 6 dem Regeleingang 51 der Spannungsquelle 5 zu. Das Tiefpassfilter 6 unterdrückt höherwertige Frequenzanteile, die während der Digital/Analog-Wandlung erzeugt werden. Die regelbare Spannungsquelle 5 moduliert gemäß dem Signal am Regeleingang die Versorgungsspannung des Gegentaktverstärkers 3 und der beiden Transistoren Tp und Tn. Durch die direkte Modulation der Versorgungsspannung wird die Einhüllende des frequenz- bzw. phasenmodulierten Signals in ihrer Amplitude verändert. Der Gegentaktverstärker ermöglicht eine Amplitudenmodulation von annähernd 100%.
Durch eine Steigerung der Versorgungsspannung lässt sich der dynamische Bereich des Ausgangssignals erhöhen. Für Mobilfunkstandards, die nach einem Zeitschlitzverfahren arbeiten, beispielsweise GSM oder Bluetooth, erlaubt die Modulation der Versorgungsspannung darüber hinaus eine ”Power-Ramping”-Funktion, d. h. das Ansteigen bzw. Abfallen am Anfang bzw. am Ende eines zu sendenden Signals.
Der Rückkopplungswiderstand 35 ist bevorzugt hochohmig und stellt sicher, dass der Schaltpunkt des Gegentaktverstärkers im Arbeitspunkt liegt.
Eine Weiterbildung der Erfindung zeigt 2. Wirkungs- bzw. funktionsgleiche Bauelemente tragen die gleichen Bezugszeichen. Die in 2 dargestellte Ausführungsform zeigt einen Sendepfad mit dem erfindungsgemäßen Polarmodulator. Dabei wird das Amplituden- bzw. Phasenmodulationssignal von einer Konverterschaltung 8 erzeugt. Diese ist eingangsseitig mit einem Pulsformungsfilter 81 verbunden, der an einen Codierer 82 angeschlossen ist. Die zu übertragenden Daten werden in Form von Bitdaten dem Eingang 86 zugeführt, der mit dem Eingang des Codierers 82 verbunden ist. Dieser fasst die zu übertragenden Bitdaten gemäß einer vorgegebenen Modulation zu Symbolen zusammen. Für eine 8-PSK-Modulation werden je drei Bits zu einem Symbol zusammengefasst. Das Symbol ist durch eine Phase Φ und eine Amplitude R gekennzeichnet. Im Besonderen lässt sich ein Symbol a_k darstellen durch ak = r(k)·e(jΦ(k))
Das Symbol a_k wird in digitaler Form der Codierschaltung 8 übergeben. Sie erzeugt daraus ein zeitlich abhängiges Phasenmodulationssignal Φ(kT_S), das dem Stelleingang 12 des Phasenregelkreises 2 zugeführt wird. Parallel dazu wird das Amplitudenmodulationssignal r(kT_S) von der Schaltung 8 abgegeben. Dabei wird darauf geachtet, dass Phasen- und Amplitudenmodulationssignal synchron sind, d. h. in der späteren Signalverarbeitung, insbesondere im Gegentaktverstärker 3, gleichzeitig anliegen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Amplituden- und Phaseninformation eines zu übertragenden Sym bols immer gleichzeitig im Gegentaktverstärker verarbeitet werden.
Der Ausgang der Codierschaltung 8 für die Amplitudeninformation r(kT_S) ist mit einer Multiplikationseinheit 87 verbunden. Ein zweiter Eingang der Multiplikationseinheit 87 ist an eine Leistungssteuereinheit 84 angeschlossen. Die Leistungssteuereinheit 84 ist eingangsseitig zur Zuführung eines Leistungssteuersignals PC ausgebildet. Der Ausgang der Multiplikationseinheit 87 ist mit dem Digital/Analog-Konverter 7 verbunden. Das nachgeschaltete Tiefpassfilter besitzt eine auf die zu übertragende Amplitudeninformation abgestimmte Grenzfrequenz. Die Grenzfrequenz kann dabei von der Überabtastrate des Analog/Digital-Wandlers abhängig sein. Bei einer Taktrate von 270 kHz für das digitale Amplitudensignal r(kT_S) beträgt in einer Realisierungsform die Grenzfrequenz 1,5 MHz.
Die Multiplikationseinheit 87 dient zur Skalierung der Amplitude des Ausgangssignals in Abhängigkeit von einer gewünschten Ausgangsleistung. Die Skalierung wird durch das Leistungskontrollsignal PC vorgegeben. Daraus erzeugt die Leistungssteuereinheit 84 den Skalierungsfaktor, mit der das Amplitudenmodulationssignal r(kT_S) skaliert wird.
Ausgangsseitig ist der Gegentaktverstärker und der Knoten 39a mit einem Anpassnetzwerk aus zwei Kondensatoren 92 und 93 und einer Spule 91 verbunden. Das Anpassnetzwerk dient zur Transformation der Impedanz auf die Impedanz einer am Ausgang angeschlossenen Last R_L. Die beiden Verstärker 30 und 31 verbessern die Signalqualität und Erzeugen steile ansteigende und abfallende Flanken des phasenmodulierten Signals. Die Filtereinrichtung 4 mit dem in den Signalpfad geschalteten Kondensator unterdrückt einen Gleichsignalanteil, insbesonde re eine Gleichspannung, die von dem Gegentaktverstärker in den Ausgang des Verstärkers 31 bzw. 32 gelangen könnte. Dadurch werden die Linearität und das Ausgangsverhalten der Verstärker 30 und 31 im Phasenmodulationspfad des Polarmodulators verbessert.
3 zeigt einen Ausschnitt des erfindungsgemäßen Polarmodulators mit einem Ausführungsbeispiel für die regelbare Spannungsquelle 5 sowie den Gegentaktverstärker 3. Wirkungs- und funktionsgleiche Bauelemente tragen auch hier die gleichen Bezugszeichen. Zwischen den Versorgungsanschluss 32 des Gegentaktverstärkers 3 und den Regelausgang 52 der regelbaren Spannungsquelle 5 ist ein Tiefpassfilter 100 geschaltet. Es enthält eine in Reihe geschaltete Spule Lp sowie einen dazu parallel angeordneten Kondensator Cp. Das Tiefpassfilter 100 unterdrückt hochfrequente Anteile der Versorgungsspannung, die zu Verzerrungen im Ausgangssignal des Gegentaktverstärkers 3 führen können. Die Grenzfrequenz ist geeignet einzustellen. Beispielsweise beträgt für den Mobilfunkstandard GSM/EDGE die Symbolrate 270 kSym/s. Die Grenzfrequenz sollte daher größer als 270 kHz betragen, beispielsweise 450 kHz. Bei dieser Grenzfrequenz werden harmonische Anteile ausreichend stark unterdrückt.
Die regelbare Spannungsquelle 5 enthält einen Stelltransistor TVp. Der Stelltransistor ist als Feldeffekttransistor mit einem p-Kanal-Leitfähigkeitstyp ausgebildet. Ein Anschluss des Stelltransistors TVp führt an einen Versorgungsanschluss 110 zur Zuführung eines Versorgungspotenzials VDD. Der zweite Anschluss bildet den Regelausgang 52 der Spannungsquelle 5. Der Stellanschluss des Transistors TVP ist an den Ausgang eines Differenzverstärkers OPp angeschlossen. Dieser ist mit seinem nicht invertierenden Eingang ”+” an den Regelausgang 52 der Spannungsquelle 5 angeschlossen. Der invertierende Eingang ”–” des Differenzverstärkers OPp bildet den Regeleingang 51 zur Zuführung des analogen Spannungsregelsignals. Abhängig von einem Regelsignal am Regeleingang 51 erzeugt der Differenzverstärker OPp ein Differenzsignal und steuert so die Leitfähigkeit bzw. den Spannungsabfall über den Stelltransistor TVp.
Der erfindungsgemäße Polarmodulator lässt sich durch seine direkte Modulation einer Versorgungsspannung eines ausgangsseitigen Gegentaktverstärkers sowohl für reine Phasen- bzw. Frequenzmodulationen wie beispielsweise GFSK, aber auch für gemischte, die Amplitude verändernde Modulationsarten verwenden. Dazu gehören neben den Phasenmodulationen BPSK auch die Quadraturamplitudenmodulation QAM. Es ist dabei zu berücksichtigen, dass eine Amplitudenmodulation der Versorgungsspannung synchron mit einer Phasenmodulation erfolgt. Dadurch wird gewährleistet, dass Phasen- und Amplitudeninformation eines zu übertragenden Symbols gleichzeitig im Gegentaktverstärker verarbeitet wird. Bei einer reinen Phasen oder Frequenzmodulation lässt sich durch ein DC-Signal und den Skalierungsfaktor ein Verstärkungsfaktor der Ausgangsstufe einstellen. Der erfindungsgemäße Polarmodulator erzeugt nur geringe AM-AM- und AM-PM-Verzerrungen in Abhängigkeit von einer Versorgungsspannung im Bereich von 0,5 V bis 2,5 V.

1: Polarmodulator
2: Phasenregelkreis
3: Gegentaktverstärker
4: Filtereinrichtung
5: regelbare Spannungsquelle
6: Tiefpassfilter
7: Digital/Analog-Wandler
8: Codierschaltung
9: Anpassnetzwerk
11: Amplitudenmodulationssignaleingang
12: Phasenmodulationssignaleingang
23: Referenzeingang
22: Phasendetektor
24: Ladungspumpe
26: Schleifenfilter
27: spannungsgesteuerter Oszillator
30: begrenzender Verstärker
32, 33: Versorgungsanschluss
35: Widerstand
38: Verstärkereingang
39: Verstärkerausgang
39a, 39b: Knoten
51: Regeleingang
52: Spannungsausgang
84: Leistungssteuereinheit
85: Leistungskontrollsignaleingang
87: Multiplikationseinheit
92, 93: Kondensator
91: Spule
110: Versorgungsanschluss
Tp, Tn: Verstärkertransistor
TVp: Stelltransistor
OPp: Differenzverstärker
100: Tiefpassfilter

Claims

Polarmodulator, umfassend: – einen ersten Signaleingang (12) zur Zuführung eines Phasenmodulationssignals und einen zweiten Signaleingang (11) zur Zuführung eines Amplitudenmodulationssignals; – einen Phasenregelkreis (2) mit einem Referenzeingang (23) zur Zuführung eines Referenzsignals und mit einem Stelleingang, der mit dem ersten Signaleingang (12) gekoppelt ist, der Phasenregelkreis (23) ausgebildet zur Abgabe eines Hochfrequenzsignals mit einer Frequenz, die aus dem Referenzsignal und dem Phasenmodulationssignals am Stelleingang des Phasenregelkreises (2) abgeleitet ist; – eine regelbare Spannungsquelle (5) mit einem Spannungsausgang (52) und mit einem Regeleingang (51), der mit dem zweiten Signaleingang (11) gekoppelt ist; gekennzeichnet durch – eine Filtereinrichtung (4) zur Unterdrückung eines Gleichsignalanteils, die mit einem Ausgang des Phasenregelkreises (2) gekoppelt ist; – einen Gegentaktverstärker (3) mit einem Ausgang (39) und mit einem Eingang (38), der mit der Filtereinrichtung (4) und über eine Last (35) mit dem Ausgang (39) gekoppelt ist, wobei der Gegentaktverstärker (3) zwei in Reihe geschaltete, Verstärkertransistoren (Tp, Tn) aufweist, die zur Versorgung an den Spannungsausgang (52) angeschlossen sind und deren Steueranschlüsse miteinander und mit dem Eingang (38) gekoppelt sind.
Polarmodulator nach Anspruch 1, bei dem zwischen Ausgang des Phasenregelkreises (2) und der Filtereinrichtung (4) eine Verstärkerschaltung (30) vorgesehen ist, die ein begrenzendes Verstärkungsverhalten aufweist.
Polarmodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem dem Regeleingang (51) der Spannungsquelle (5) ein Digital/Analog-Wandler (7) vorgeschaltet ist, dessen Eingang an den zweiten Signaleingang (11) zur Zuführung eines digitalen Amplitudenmodulationssignals angeschlossen ist.
Polarmodulator nach Anspruch 3, bei dem zwischen Digital/Analog-Wandler (7) und regelbarer Spannungsquelle (5) ein Tiefpassfilter (6) geschaltet ist.
Polarmodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem dem Regeleingang (51) der Spannungsquelle (5) eine Multiplikationseinheit (87) vorgeschaltet ist, die zur Skalierung des Amplitudenmodulationssignals an einem ersten Eingang (872) der Multiplikationseinheit (87) mit einem Skalierungsfaktor ausgebildet ist, der einem zweiten Eingang (871) zuführbar ist.
Polarmodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Phasenregelkreis (2) einen Frequenzteiler (25) in einem Rückführungspfad (28) umfasst, der ausgebildet ist, ein eingangsseitig anliegendes Signal in seiner Frequenz um einen einstellbaren Teilerfaktor zu teilen, und der einen mit dem ersten Signaleingang (12) verbundenen Einstelleingang zur Einstellung des Teilerfaktors aufweist.
Polarmodulator nach Anspruch 6, bei dem der Frequenzteiler (25) mit einem Sigma-Delta-Frequenzteiler ausgebildet ist.
Polarmodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Phasenregelkreis (2) mit einem 2-Punkt-Modulator ausgebildet ist.
Polarmodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Filtereinrichtung (4) mit einem Kondensator ausgeführt ist.
Polarmodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die regelbare Spannungsquelle (5) einen rückgekoppelten Differenzverstärker (OPp) und einen Stelltransistor (TVp) umfasst, der mit einem Anschluss an einen Versorgungsanschluss (110) angeschlossen ist und dessen anderer Anschluss den Spannungsausgang (52) bildet, wobei ein erster Eingang (–) des Differenzverstärkers (OPp) den Regeleingang (51) bildet, ein zweiter Eingang (+) des Differenzverstärkers (OPp) an den Ausgang (52) der Spannungsquelle angeschlossen und ein Ausgang des Differenzverstärkers (OPp) mit einem Steueranschluss des Stelltransistors (TVp) gekoppelt ist.
Polarmodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem zwischen Spannungsausgang (52) der regelbaren Spannungsquelle (5) und einem Versorgungsanschluss (32) des Gegentaktverstärkers (3) ein Tiefpassfilter (100) geschaltet ist.
Polarmodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die zwei in Reihe geschalteten Verstärkertransistoren (Tp, Tn) einen unterschiedlichen Leitfähigkeitstyp aufweisen.
Polarmodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die Last (35) einen Widerstand umfasst.
Verwendung eines Polarmodulators nach einem der Ansprüche 1 bis 13 in einer Sendeeinrichtung für Funksignale, bei der sowohl eine Phase oder Frequenz des Funksignals als auch eine Amplitude des Funksignals moduliert wird.