DE102005008274A1

DE102005008274A1 - Steuerbarer Verstärker und Verfahren zum Verstärken eines Signals

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Publication number: DE102005008274A1
Application number: DE102005008274A
Authority: DE
Inventors: Carl Stephelbauer; Manfred Haberl; Gerhard Habring
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2005-02-23
Filing date: 2005-02-23
Publication date: 2006-08-24
Also published as: US20060202751A1

Abstract

Es ist ein steuerbarer Verstärker und ein Verfahren zum Verstärken eines Signals in Abhängigkeit von einem analogen Steuersignal (CTRL) angegeben. Ein erster und ein zweiter Verstärkertransistor (8, 10) sind jeweils mit einem zugeordneten Kaskode-Transistor (9, 11) in je einem gemeinsamen Strompfad (4, 5) angeordnet. Der Verstärkungswert der Verstärkertransistoren (8, 10) der verschiedenen Strompfade (4, 5) wird mittels eines jeweiligen Steuersignals durch Ansteuerung des zugeordneten Kaskode-Transisitors (9, 11) in Abhängigkeit von einem Soll-Signal für die Gesamtverstärkung (CTRL) vorgegeben. Das vorgeschlagene Prinzip ist bevorzugt in Hochfrequenz-Sendeanordnungen zur Signalverstärkung anwendbar.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen steuerbaren Verstärker, dessen Verwendung sowie ein Verfahren zum Verstärken eines Signals in Abhängigkeit von einem analogen Steuersignal.

Beispielsweise bei Kommunikationssystemen gemäß dem Mobilfunkstandard UMTS, Universal Mobile Telecommunications System, muss die Hochfrequenz-Ausgangsleistung über einen großen Bereich variabel einstellbar sein. Bevorzugt soll die Ausgangsleistung und damit die Verstärkung nicht in diskreten Schritten, sondern in Abhängigkeit von einem analogen Steuersignal einstellbar sein. Als Dynamikbereich ist dabei ein Intervall von circa 80 dB gefordert. Zur Bereitstellung dieser analog über einen weiten Bereich einstellbaren Verstärkung dienen normalerweise so genannte Variable Gain Amplifiers, VGA. Bei diesen VGA wird die Verstärkung in Abhängigkeit von einem analogen Steuersignal, beispielsweise einer Steuerspannung, eingestellt.

Weitere Anforderungen an einen derartigen steuerbaren Verstärker, der zur Verstärkung hochfrequenter Signale einsetzbar ist, sind eine gute Trägerunterdrückung, die insbesondere nicht abhängig von der eingestellten Ausgangsleistung ist. Außerdem ist es wünschenswert, einen geringen mittleren Stromverbrauch des steuerbaren Verstärkers zu erreichen. Insbesondere soll der mittlere Stromverbrauch über eine vorgegebene statistische Auftrittswahrscheinlichkeit der Ausgangsleistung möglichst gering sein. Damit erhöht sich die Standby- und Gesprächszeit von Mobilfunkgeräten, in denen Hochfrequenzverstärker mit analog einstellbarer Verstärkung bevorzugt einsetzbar sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen steuerbaren Verstärker und ein Verfahren zum Verstärken eines Signals in Abhängigkeit von einem analogen Steuersignal anzugeben, bei denen der mittlere Stromverbrauch gering ist und die die Einstellung einer Ausgangsleistung über einen großen Bereich variabel ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen steuerbaren Verstärker gelöst,

– bei dem ein Eingang zum Zuführen eines hochfrequenten Eingangssignals, ein Eingang zum Zuführen eines analogen Steuersignals für die Verstärkung und ein Ausgang vorgesehen ist,
– bei dem zwischen einem Versorgungspotentialanschluss und einem Bezugspotentialanschluss ein erster Strompfad geschaltet ist, der einen ersten Verstärkertransistor und einen ersten Kaskodetransistor umfasst,
– bei dem zumindest ein zweiter Strompfad, umfassend einen zweiten Verstärkertransistor und einen zweiten Kaskodetransistor, parallel zum ersten Strompfad geschaltet ist,
– bei dem der Eingang zum Zuführen des hochfrequenten Eingangssignals mit einem Steuereingang des ersten Verstärkertransistors und mit einem Steuereingang des zweiten Verstärkertransistors gekoppelt ist,
– bei dem der erste und der zweite Strompfad im Ausgang des steuerbaren Verstärkers verbunden sind und
– bei dem eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die den Eingang zum Zuführen des Steuersignals mit einem Steuereingang des ersten Kaskodetransistors und mit einem Steuereingang des zweiten Kaskodetransistors koppelt zur Bereitstellung von jeweiligen Steuersignalen für die Kaskodetransistoren in Abhängigkeit von dem analogen Steuersignal.

Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Verstärken eines Signals in Abhängigkeit von einem analogen Steuersignal mit den Schritten:

– Bereitstellen eines ersten Verstärkers mit Kaskodestufe und zumindest eines dazu parallel geschalteten, zweiten Verstärkers mit Kaskodestufe,
– Zuführen eines hochfrequenten Eingangssignals zu dem ersten und zweiten Verstärker,
– Verstärken des hochfrequenten Eingangssignals in dem ersten und/oder zweiten Verstärker in Abhängigkeit von dem analogen . Steuersignal und
– Bereitstellen des verstärkten Signals an einem gemeinsamen Ausgang des ersten und zweiten Verstärkers.

Vorteilhafte Weiterbildungen des vorgeschlagenen Prinzips sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche.

Nach dem vorgeschlagenen Prinzip ist eine Parallelschaltung von zumindest zwei Strompfaden vorgesehen, die je einen Verstärkertransistor sowie je einen dem Verstärkertransistor zugeordneten Kaskode-Transistor aufweisen. Jedem der Verstärkertransistoren wird ein zu verstärkendes, hochfrequentes Eingangssignal zugeführt. Der Ausgang zum Abgreifen eines verstärkten, vom hochfrequenten Eingangssignal abgeleiteten Signals ist an einem Verbindungsknoten des ersten und zweiten Strompfades gebildet. Die Einstellung der Gesamtverstärkung erfolgt dadurch, dass in Abhängigkeit von einem analogen Steuersignal jeweilige Steuersignale für die Kaskode-Transistoren bereitgestellt und diese an jeweilige Steuereingänge zugeführt werden. Hierfür dient die Steuereinrichtung. Das analoge Steuersignal dient zum Steuern der Gesamtverstärkung und damit der Ausgangsleistung des steuerbaren Verstärkers.

Im Unterschied zu herkömmlichen Kaskode-Stufen sind die vorgeschlagenen Kaskode-Transistoren zwar als Kaskode-Stufe bezüglich der Verstärkertransistoren geschaltet, nicht jedoch an ein festes Steuerpotential gelegt. Vielmehr dienen die Kaskode-Transistoren zusätzlich zum Einstellen der Verstärkung des jeweiligen Strompfades. Hierfür wird den Kaskode-Transistoren ein jeweiliges Steuersignal in Abhängigkeit von dem analogen Steuersignal zugeführt. Demnach erfüllen die Kaskode-Transistoren eine Doppelfunktion, nämlich einerseits dienen sie zur Bereitstellung einer Kaskode-Stufe, insbesondere zur Stabilitätsverbesserung; und andererseits dienen sie zur Einstellung des jeweiligen Beitrags zur Gesamtverstärkung durch die einzelnen, parallel geschalteten Verstärker-Strompfade.

Selbstverständlich können im Rahmen der Erfindung auch mehr als zwei Strompfade vorgesehen sein, die entsprechend der ersten beiden Strompfade ausgebildet und verschaltet sind.

Mit den Steuersignalen können die Kaskode-Transistoren analog angesteuert werden, das heißt, dass im Gegensatz zu einem PGC, Programmable Gain Control-Prinzip keine Schaltvorgänge auftreten. Somit können bei dem vorgeschlagenen Prinzip auch durch nicht-ideale Schaltvorgänge verursachte Spurien prinzipbedingt nicht vorkommen. Somit kann die Spektrumsmaske eines Mobilfunkstandards durch jeweiliges, kontinuierliches Nachregeln der Leistung nicht verletzt werden. Zudem kann auf aufwendige Kalibrierroutinen verzichtet werden, wie sie dann auftreten würden, wenn man in diskreten Schritten mit einer Genauigkeit von 0,1 dB, wie sie bei UMTS gefordert ist, die Verstärkungseinstellung vornehmen würde.

Da das vorgeschlagene Prinzip besonders vorteilhaft in unipolaren Schaltungstechniken, wie beispielsweise Metall-Isolator-Halbleiter-Schaltungstechnik, realisierbar ist, kann der Strom verbrauch gegenüber bipolaren Leistungsverstärkern für Hochfrequenzsignale deutlich reduziert werden.

Gegenüber einem PGA-Betrieb hat der vorgeschlagene VGA-Betrieb einen geringeren Chipflächenbedarf, da weniger Einzelstufen nötig sind. Aufgrund der ebenfalls reduzierten, parasitären Kapazitäten durch die verringerte Zahl von Einzelstufen ist auch der Stromverbrauch geringer. Wie bereits erläutert, können keine Störsignale durch Schaltvorgänge auftreten. Auch bei kleiner Verstärkerschrittweite entfällt eine aufwendige Kalibrierung.

Besonders vorteilhaft ist es, die einzelnen, in den Strompfaden realisierten Verstärkerstufen nicht parallel und gleichzeitig analog durch entsprechende Einstellung des jeweiligen Steuersignals am Kaskode-Transistor auf- und abzuregeln. Bevorzugt werden vielmehr die mehreren, parallel geschalteten Verstärkerstufen schrittweise ein- und ausgeschaltet. Beispielsweise kann in einem ersten Verstärkungsbereich mit einem Strompfad eine variable Verstärkung erzielt werden, während die übrigen Strompfade durch entsprechende Bereitstellung eines Steuersignals für den Kaskode-Transistor abgeschaltet sind. In einem anderen, beispielsweise größeren Verstärkungsbereich kann eine Verstärkerstufe in einem Strompfad stets voll eingeschaltet sein, das heißt auf ihre größte einstellbare Verstärkung, während bei einem zweiten Strompfad eine variable Verstärkungsregelung durch Anlegen eines entsprechenden Steuersignals am zugeordneten Kaskode-Transistor erfolgt.

Die Verstärkungsbereiche können benachbart sein, aber auch überlappen, je nach Anwendung.

Durch dieses schrittweise Ein- oder Ausschalten einzelner von mehreren parallel geschalteten Stufen wird die Linearität des gesamten Verstärkers deutlich verbessert.

Besonders bevorzugt befindet sich jeweils nur eine Verstärkerstufe in einem Übergangsbereich zwischen größter und kleinster einstellbarer Verstärkung, während die übrigen Verstärkerstufen, also die übrigen Strompfade, jeweils vollständig ein- oder ausgeschaltet sind. Dadurch ist ein noch gleichmäßiger Linearitätsverlauf über den gesamten Verstärkungsbereich gewährleistet.

Zudem ist die Parallelschaltung, bevorzugt durch sanftes Einschalten, dazu geeignet, eine robustere Verstärkung zu erzeugen mit geringerer Abhängigkeit von prozessbedingten Schwankungen der Transistoren.

Der steuerbare Verstärker kann für eine symmetrische oder für eine unsymmetrische Signalverarbeitung ausgebildet sein. Somit können die Ein- und Ausgänge für das zu verstärkende und verstärkte Nutzsignal sowie die Strompfade entweder in so genannter Single-Ended- oder in differentieller Schaltungstechnik realisiert sein.

Aufgrund der Ansteuerung des Kaskode-Transistors mit dem Steuersignal zur Einstellung der Verstärkung ist es vorteilhaft, einen Widerstand oder eine Induktivität oder eine andere Impedanz als Gegenkopplung vorzusehen, insbesondere in symmetrischer Schaltungsarchitektur.

Ein weiterer Vorteil der Ansteuerung der Kaskode-Transistoren mit dem Steuersignal bei vorliegender Sache ist, dass dieser Schaltungsknoten wechselstrommäßig auf Bezugspotential gelegt werden kann, so dass sich eventuell vorhandene parasitäre Kapazitäten nicht negativ auswirken können.

Aufgrund der genannten Vorteile des vorgeschlagenen Prinzips ist dieses bevorzugt in Sendeanordnungen als Hochfrequenz-Verstärker anwendbar.

Das Steuersignal für die Kaskode-Transistoren, das von der Steuereinrichtung in Abhängigkeit vom analogen Steuersignal bereitgestellt wird, ist bevorzugt eine jeweilige Steuerspannung, die den Kaskode-Transistoren als Gate-Spannung zugeführt wird. Durch Vorgabe einer Kaskode-Spannung wird die Verstärkung eingestellt. Durch Absenken der Kaskode-Spannung wird ein vollständiges Abregeln, das heißt Deaktivieren der Verstärkung der Stufe erreicht.

Zur Bereitstellung des schrittweisen Ein- und Ausschaltens der mehreren parallel geschalteten Stufen in den einzelnen Strompfaden kann beispielsweise eine Vielzahl von Komparatoren vorgesehen sein, die mit je einem Eingang mit je einem Abgriffsknoten eines Spannungsteilers verbunden sind und mit je einem weiteren Eingang mit dem Eingang zum Zuführen des analogen Steuersignals. Die Ausgänge der Komparatoren steuern die Kaskode-Stufen.

Die einzelnen Verstärkerstufen in den jeweiligen Strompfaden können alle gleich dimensioniert sein, es können aber auch zum Erreichen einer Verstärkerkennlinie, die eine exponentielle Kennlinie hat, die einzelnen Strompfade bevorzugt mit Verstärker- und Kaskode-Transistor zueinander in der Größe, beispielsweise im Kanalweite zu Kanallänge-Verhältnis, skaliert sein.

Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines steuerbaren Verstärkers nach dem vorgeschlagenen Prinzip,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines steuerbaren Verstärkers nach dem vorgeschlagenen Prinzip,
3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines steuerbaren Verstärkers nach dem vorgeschlagenen Prinzip,
4 ein viertes Ausführungsbeispiel eines steuerbaren Verstärkers nach dem vorgeschlagenen Prinzip,
5 anhand eines beispielhaften Diagramms die Kennlinie der Steuerung der Schaltung nach 2 mittels exponentieller Vergleichspotentiale und
6 das beispielhafte Diagramm von 5 in halblogarithmischer Skala.
1 zeigt einen steuerbaren Verstärker nach dem vorgeschlagenen Prinzip in so genannter Single-Ended-Ausführung. Demnach ist der steuerbare Verstärker zur Verstärkung eines auf einer Leitung führbaren Signals ausgelegt. An einem Eingang 1 ist ein hochfrequentes Eingangssignal IN zuführbar. Ein Ausgang 2 des steuerbaren Verstärkers dient zum Abgreifen eines Ausgangssignals OUT. Ein Steuereingang 3 dient zum Zuführen eines analogen Steuersignals zur Vorgabe des gewünschten Wertes der Gesamtverstärkung zwischen dem Eingang 1 und dem Ausgang 2 der Anordnung. Es sind zwei Strompfade 4, 5 vorgesehen, die zwischen einem Versorgungspotentialanschluss 6 und einem Bezugspotentialanschluss 7 parallel geschaltet sind. Der erste Strompfad 4 umfasst einen ersten Verstärkertransistor 8 und einen ersten Kaskode-Transistor 9. Bei gleichem Aufbau umfasst auch der zweite Strompfad einen zweiten Verstärkertransistor 10 und einen zweiten Kaskode-Transistor 11. In jedem Strompfad 4, 5 bilden die Verstärkertransistoren 8, 10 und die Kaskode-Transistoren 9, 11 be züglich ihrer gesteuerten Strecken je eine Serienschaltung. Diese Serienschaltungen in den Strompfaden 4, 5 sind zueinander zwischen dem Ausgang 2 und einer gemeinsamen Stromquelle 12 parallel geschaltet. Der Versorgungspotentialanschluss 6 ist über ein Mittel zum Anschließen einer elektrischen Last 13 mit dem gemeinsamen Ausgang 2 verbunden. Der Eingang 3 zum Zuführen eines analogen Steuersignals CTRL ist mit den Steuereingängen der Kaskode-Transistoren 9, 11 über eine Steuereinrichtung 14 gekoppelt, welche jeweilige Steuersignale für die Kaskode-Transistoren in Abhängigkeit vom analogen Steuersignal CTRL bereitstellt. Somit ist die am Ausgang 2 abgreifbare Ausgangsleistung proportional zu oder zumindest abhängig von dem am Eingang 3 anlegbaren Steuersignal.
Die Kaskode-Transistoren 9, 11 bilden bezüglich der im jeweils gleichen Strompfad angeordneten Verstärkertransistoren 8, 10 je eine Kaskode-Stufe. Im Unterschied zu herkömmlichen Kaskode-Stufen ist jedoch an deren Gate-Anschlüssen kein festes Potential angelegt, sondern vielmehr ein Steuersignal zuführbar abhängig von dem analogen Soll-Signal der Gesamtverstärkung CTRL. Demnach erfüllen die Kaskode-Transistoren zusätzlich zur Funktion der Kaskode-Stufe die weitere Aufgabe der eigentlichen Einstellung des Verstärkungswertes der jeweiligen Verstärkerstufe, somit aber auch der Gesamtverstärkung der Anordnung.
Selbstverständlich können auch mehr als zwei Strompfade in Weiterbildungen des vorliegenden Prinzips vorgesehen sein, so dass mehr als zwei parallel geschaltete Verstärkerstufen gebildet sind. Der Beitrag jeder Verstärkerstufe zur Gesamtverstärkung wird dabei mittels des jeweiligen Kaskode-Transistors gesteuert und von der Steuereinrichtung und in Abhängigkeit vom analogen Steuersignal vorgegeben.
Die vorgeschlagene Anordnung bietet bei Einsatz als Hochfrequenz-Verstärker in einem Sender eine gute Trägerunterdrückung unabhängig von der aktuell eingestellten Ausgangsleistung. Aufgrund der Realisierung in Metal Oxide Semiconductor, MOS-Schaltungstechnik und der vorgeschlagenen Architektur mit den wie vorgeschlagen angesteuerten Kaskode-Stufen ist der mittlere Stromverbrauch über eine vorgegebene statistische Auftrittswahrscheinlichkeit der Ausgangsleistung besonders gering und somit ist die Standby- und Gesprächszeit eines Endgeräts entsprechend lang. Da keine Schaltvorgänge auftreten, wie sonst bei PGAs üblich, kann bei kontinuierlichen Sendeverfahren wie UMTS die Leistung kontinuierlich nachgeregelt werden, ohne die Maske eines Frequenzspektrums zu verletzen.
2 zeigt eine Weiterbildung der Schaltung von 1, die mit dieser weitgehend in den verwendeten Bauteilen, deren vorteilhafte Verschaltung und Funktionsweise übereinstimmt. Insoweit wird deren Beschreibung an dieser Stelle nicht wiederholt. Es sind vorliegend beispielhaft zwei weitere Strompfade 15, 16 eingezeichnet, die ebenfalls einen Verstärkertransistor 17, 18 und einen Kaskode-Transistor 19, 20 in einer Serienschaltung bezüglich ihrer gesteuerten Strecken umfassen. Alle Strompfade 4, 5, 15, 16 sind zueinander parallel geschaltet.
Die Steuereinrichtung 14 umfasst vorliegend für jeden Kaskode-Transistor 9, 11, 19, 20 einen zugeordneten Komparator 21, 22, 23, 24, dessen Ausgang mit dem jeweiligen Gate-Anschluss des zugeordneten Kaskode-Transistors 9, 11, 19, 20 verbunden ist. Je einem ersten Eingang der Komparatoren 21 bis 24, der mit dem Steuereingang 3 verbunden ist, wird das analoge Steuersignal CTRL zur Vorgabe der Gesamtverstärkung zugeführt. Je ein zweiter Eingang der Komparatoren 21 bis 24 ist mit je einem Abgriffsknoten einer Widerstands-Teilerkette 25, 26, 27, 28, 29 verbunden. Die Widerstands-Teilerkette 25 bis 29 ist zwischen einem Bezugs potentialanschluss 30 und einem Referenzspannungsanschluss 31 zur Zuführung einer Referenzspannung Vref geschaltet. Somit stehen den Komparatoren 21 bis 24 unterschiedliche Schwellwerte als Umschaltschwellen für die einzelnen Verstärkerstufen zur Verfügung. Der Spannungsteiler stellt der analogen Steuerspannung exponentielle Vergleichspotentiale gegenüber, wie nachfolgend noch näher erläutert. Somit wird von 0 ausgehend zunächst der Strompfad 4 des Verstärkers in Abhängigkeitn von dem analogen Steuersignal langsam bis zu einem ersten Referenzwert analog hochgefahren. Um noch größere Verstärkungen zu erzeugen, bleibt der erste Strompfad 4 auf seiner größten einstellbaren Verstärkung eingeschaltet, während der zweite Strompfad 5 mittels des Vergleichers 22 und der zugeordneten Kaskode-Stufe 11 abhängig von der analogen Steuerspannung betrieben wird. Die jeweils weiteren Strompfade, vorliegend der dritte und vierte Strompfad 15, 16, sind noch ausgeschaltet. Bei noch höherer gewünschter Gesamtverstärkung bleiben die ersten beiden Strompfade 4, 5 auf maximaler Verstärkung eingeschaltet, während der dritte Strompfad 15 gesteuert wird und der vierte Strompfad abgeschaltet ist, et cetera.
3 zeigt eine andere Weiterbildung der Schaltung von 1, die mit dieser in ihrem Aufbau sowie der vorteilhaften Funktionsweise weitgehend übereinstimmt und insoweit an dieser Stelle nicht noch einmal beschrieben wird. Im Unterschied zu 1 ist jedoch bei 3 eine differentielle Signalführung vorgesehen, derart, dass der steuerbare Verstärker einen symmetrischen Aufbau besitzt. Sowohl der Eingang 1, 1' als auch der Ausgang 2, 2' des steuerbaren Verstärkers sind vorliegend symmetrisch zur Führung differentieller Signale ausgebildet. Dementsprechend ist den Strompfaden 4, 5 je einkomplementärer Strompfad 32, 33 zugeordnet, der den gleichen Aufbau hat, nämlich je einen Verstärkertransistor 34, 35 und je einen Kaskode-Transistor 36, 37 umfasst. Somit ergibt sich das Prinzip paral lel geschalteter Differenzverstärker mit Kaskode-Stufen. Dabei werden alle Kaskode-Transistoren 9, 11, 36, 37 mit einem jeweiligen Steuersignal von der Steuereinrichtung 14 angesteuert. Somit ist der erste Strompfad 4, 33 mit je zwei Serienschaltungen 9, 8; 37, 35 ausgebildet, während der zweite Strompfad die Serienschaltungen 5, 32 mit den zu einem Differenzverstärker geschalteten Verstärkertransistoren 10, 34 mit jeweiliger Kaskode-Stufe 11, 36 umfasst. Im Fußpunkt der Differenzverstärker ist eine gemeinsame Induktivität 38 zur Bildung einer Gegenkopplung vorgesehen, die eine Mittenanzapfung hat, die über die Stromquelle 12 mit dem Bezugspotentialanschluss 7 verbunden ist.
In alternativen Ausführungen können selbstverständlich auch mehr als zwei differentielle Strompfade vorgesehen sein.
Die Ansteuerung des steuerbaren Verstärkers nach 3 kann mit Vorteil gemäß dem in 2 gezeigten Prinzip mit mehreren Umschaltschwellen und zugeordneten Komparatoren erfolgen.
4 zeigt eine Abwandlung der Schaltung von 3, die mit dieser in den verwendeten Bauteilen, deren Verschaltung und vorteilhafter Funktionsweise weitgehend übereinstimmt und daher insoweit an dieser Stelle nicht noch einmal beschrieben wird, um Wiederholungen zu vermeiden. Anstelle der Induktivität 38 ist bei 4 jedoch eine galvanische Verbindung wie bei 1 vorgesehen, so dass vorliegend eine symmetrische Architektur ohne Gegenkopplung realisiert ist.
Selbstverständlich können anstelle der in obigen Beispielen gezeigten, selbstsperrenden Feldeffekttransistoren vom P-Kanal-Leitfähigkeitstyp auch andere Transistortypen eingesetzt werden, je nach Anwendung.
5 zeigt an einem beispielhaften Diagramm anhand der eingezeichneten Stützstellen die Schaltpunkte der Komparatoren 21 bis 24 von 2, die durch den Widerstandsteiler 25 bis 29 vorgegeben werden, gemäß dem vorgeschlagenen Prinzip. Im vorliegenden Beispiel erfolgt der Komparator-Spannungsvergleich und das Einschalten der Verstärkerstufen gemäß einer Tangens Hyperbolicus, tanh-Kennlinie, wodurch sich ein besonders sanfter Übergang entlang der gewünschten Ausgangskennlinie mit moderater Steilheit der Verstärkerkennlinie, englisch: gain slope, ergibt.
6 zeigt die Darstellung von 5, jedoch in halblogarithmischer Darstellung. Man erkennt in dieser Darstellung besonders gut die Ausgangscharakteristik der Verstärkerkennlinie, die linear-in-dB ist.

1: Eingang
2: Ausgang
3: Steuersignaleingang
4: Strompfad
5: Strompfad
6: Versorgungspotentialanschluss
7: Bezugspotentialanschluss
8: Verstärkertransistor
9: Kaskode-Transistor
10: Verstärkertransistor
11: Kaskode-Transistor
12: Stromquelle
13: Mittel zum Anschließen einer elektrischen Last
14: Steuereinrichtung
15: Strompfad
16: Strompfad
17: Verstärkertransistor
18: Verstärkertransistor
19: Kaskode-Transistor
20: Kaskode-Transistor
21: Komparator
22: Komparator
23: Komparator
24: Komparator
25: Widerstand
26: Widerstand
27: Widerstand
28: Widerstand
29: Widerstand
30: Bezugspotentialanschluss
31: Referenzspannungsanschluss
32: Strompfad
33: Strompfad
34: Verstärkertransistor
35: Verstärkertransistor
36: Kaskode-Transistor
37: Kaskode-Transistor
38: Induktivität

Claims

Steuerbarer Verstärker, – bei dem ein Eingang (1) zum Zuführen eines hochfrequenten Eingangssignals (IN), ein Eingang (3) zum Zuführen eines analogen Steuersignals für die Verstärkung (CTRL) und ein Ausgang (OUT) vorgesehen ist, – bei dem zwischen einem Versorgungspotentialanschluss (6) und einem Bezugspotentialanschluss (7) ein erster Strompfad (4) geschaltet ist, der einen ersten Verstärkertransistor (8) und einen ersten Kaskodetransistor (9) umfasst, – bei dem zumindest ein zweiter Strompfad (5), umfassend einen zweiten Verstärkertransistor (10) und einen zweiten Kaskodetransistor (11), parallel zum ersten Strompfad (4) geschaltet ist, – bei dem der Eingang (1) zum Zuführen des hochfrequenten Eingangssignals (IN) mit einem Steuereingang des ersten Verstärkertransistors (8) und mit einem Steuereingang des zweiten Verstärkertransistors (10) gekoppelt ist, – bei dem der erste und der zweite Strompfad (4, 5) im Ausgang des steuerbaren Verstärkers (2) verbunden sind und – bei dem eine Steuereinrichtung (14) vorgesehen ist, die den Eingang (3) zum Zuführen des Steuersignals (CTRL) mit einem Steuereingang des ersten Kaskodetransistors (9) und mit einem Steuereingang des zweiten Kaskodetransistors (11) koppelt zur Bereitstellung von jeweiligen Steuersignalen für die Kaskodetransistoren (9, 11) in Abhängigkeit von dem analogen Steuersignal (CTRL).
Steuerbarer Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zum Anschließen einer elektrischen Last (13) zwischen dem Versorgungspotentialanschluss (6) einerseits und je einem Anschluss des ersten und zweiten Kaskodetransistors (9, 11) andererseits geschaltet ist, an dem der Ausgang (2) des steuerbaren Verstärkers gebildet ist.
Steuerbarer Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kaskodetransistor (9) im ersten Strompfad zwischen dem ersten Verstärkertransistor (8) und dem Ausgang (2) des steuerbaren Verstärkers und dass der zweite Kaskodetransistor (11) im zweiten Strompfad zwischen dem zweiten Verstärkertransistor (10) und dem Ausgang (2) des steuerbaren Verstärkers geschaltet ist.
Steuerbarer Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kaskodetransistor (9) bezüglich des ersten Verstärkertransistors (8) als Kaskodestufe und dass der zweite Kaskodetransistor (11) bezüglich des zweiten Verstärkertransistors (10) als Kaskodestufe verschaltet ist, wobei als jeweiliges Steuersignal für die Kaskodestufen ein Signal in Abhängigkeit von dem analogen Steuersignal (CTRL) dient.
Steuerbarer Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der steuerbare Verstärker ein Mittel zum Zuführen eines Biassignals (12) umfasst, das in einem Fußpunkt des ersten und des zweiten Strompfades (4, 5) angeordnet ist.
Steuerbarer Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (14) derart eingerichtet ist, dass einer der beiden Verstärkertransistoren (8, 10) im Betrieb mit größter oder kleinster einstellbarer Verstärkung und der andere der beiden Verstärkertransistoren (10, 8) in einem Bereich zwi schen größter und kleinster einstellbarer Verstärkung betrieben wird.
Steuerbarer Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, – dass der erste und der zweite Strompfad (4, 33; 5, 32), der Eingang (1, 1') und der Ausgang (2, 2') zur Führung differentieller Signale ausgelegt sind, – dass eine erste Serienschaltung im ersten Strompfad den ersten Verstärkertransistor (8) und den ersten Kaskodetransistor (9) aufweist, – dass eine zweite Serienschaltung im ersten Strompfad einen weiteren ersten Verstärkertransistor (35) und einen weiteren ersten Kaskodetransistor (37) aufweist, – dass eine erste Serienschaltung im zweiten Strompfad den zweiten Verstärkertransistor (10) und den zweiten Kaskodetransistor (11) aufweist, – dass eine zweite Serienschaltung im zweiten Strompfad einen weiteren zweiten Verstärkertransistor (34) und einen weiteren zweiten Kaskodetransistor (36) aufweist, – dass ein Steuereingang des weiteren ersten und des weiteren zweiten Verstärkertransistors (35, 34) mit dem Eingang (1, 1') zum Zuführen des hochfrequenten Eingangssignals gekoppelt ist und – dass ein Steuereingang des weiteren ersten und des weiteren zweiten Kaskodetransistors (36, 37) mit der Steuereinrichtung (14) gekoppelt ist.
Steuerbarer Verstärker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung einer Gegenkopplung eine Impedanz (38) vorgesehen ist, die mit einem ersten Anschluss mit dem ersten und mit dem zweiten Verstärkertransistor (8, 10) verbunden ist, die mit einem zweiten Anschluss mit dem weiteren ersten und mit dem wei teren zweiten Verstärkertransistor (35, 34) verbunden ist, und die in einer Mittenanzapfung mit dem Bezugspotentialanschluss (7) gekoppelt ist.
Steuerbarer Verstärker nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanz (38) als Ohm'scher Widerstand ausgebildet ist.
Steuerbarer Verstärker nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanz (38) als Induktivität ausgebildet ist.
Steuerbarer Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der steuerbare Verstärker in unipolarer Halbleiter-Schaltungstechnik integriert ist.
Verwendung eines steuerbaren Verstärkers nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in einer Hochfrequenz-Sendeanordnung als steuerbarer Hochfrequenz-Verstärker.
Verfahren zum Verstärken eines Signals in Abhängigkeit von einem analogen Steuersignal mit den Schritten: – Bereitstellen einer ersten Verstärkerstufe (8) mit einer Kaskodestufe (9) und zumindest einer dazu parallel geschalteten, zweiten Verstärkerstufe (10) mit Kaskodestufe (11), – Zuführen eines hochfrequenten Eingangssignals (IN) zu der ersten und zweiten Verstärkerstufe (8, 10), – Verstärken des hochfrequenten Eingangssignals (IN) in der ersten und/oder zweiten Verstärkerstufe (8, 10) in Abhängigkeit von dem die jeweilige Kaskodestufe (9, 11) ansteuernden, analogen Steuersignal (CTRL) und – Bereitstellen des verstärkten Signals (OUT) an einem gemeinsamen Ausgang (2) der ersten und zweiten Verstärkerstufe (8, 10).
Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Ansteueren der ersten und der zweiten Verstärkerstufe (8, 10) in Abhängigkeit von dem analogen Steuersignal (CTRL) derart, dass eine der beiden Verstärkerstufen (8, 10) mit der größten einstellbaren Verstärkung oder der kleinsten einstellbaren Verstärkung betrieben wird und dass bei der anderen der beiden Verstärkerstufen ein Zwischenwert zwischen der kleinsten und der größten einstellbaren Verstärkung eingestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch Ansteuern der ersten, der zweiten und zumindest einer weiteren Verstärkerstufe (8, 10, 17) in Abhängigkeit von dem analogen Steuersignal (CTRL) derart, dass bei nur jeweils einer der Verstärkerstufen (8, 10 17) ein Verstärkungswert eingestellt ist, der zwischen einem kleinsten und einem größten einstellbaren Verstärkungswert liegt, während die anderen Verstärkerstufen (8, 10, 17) entweder mit der kleinsten oder mit der größten einstellbaren Verstärkung betrieben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, gekennzeichnet durch Ansteuern der ersten, der zweiten und der zumindest einen weiteren Verstärkerstufe (8, 10, 17) in Abhängigkeit von dem analogen Steuersignal (CTRL) derart, dass in einem ersten Intervall von Werten einer gewünschten Gesamtverstärkung die zweite und die zumindest eine weitere Verstärkerstufe (10, 17) abgeschaltet ist und der Verstärkungswert der ersten Verstärkerstufe (8) variiert wird, dass in einem zweiten Intervall von Werten einer gewünsch ten Gesamtverstärkung die erste Verstärkerstufe (8) mit ihrer größten einstellbaren Verstärkung betrieben wird, der Verstärkungswert der zweiten Verstärkerstufe (10) variiert wird und die zumindest eine weitere Verstärkerstufe (17) abgeschaltet ist, und dass in einem dritten Intervall von Werten einer gewünschten Gesamtverstärkung die erste und die zweite Verstärkerstufe (8, 10) mit ihrer größten einstellbaren Verstärkung betrieben wird und der Verstärkungswert der zumindest einen weiteren Verstärkerstufe (17) variiert wird.