DE102005020319B4

DE102005020319B4 - Verstärkeranordnung mit einem umschaltbaren Verstärkungsfaktor und Verfahren zum Verstärken eines zu verstärkenden Signals mit einem umschaltbaren Verstärkungsfaktor

Info

Publication number: DE102005020319B4
Application number: DE102005020319A
Authority: DE
Inventors: Winfried Dr. Bakalski
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Deutschland GmbH
Priority date: 2005-05-02
Filing date: 2005-05-02
Publication date: 2010-06-17
Anticipated expiration: 2025-05-03
Also published as: US7414465B2; DE102005020319A1; US20060261888A1

Abstract

Verstärkeranordnung mit einem umschaltbaren Verstärkungsfaktor, aufweisend
– einen ersten Transistor (10) mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Anschluss (11, 12, 13);
– mindestens einen weiteren Transistor (20) mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Anschluss (21, 22, 23);
– eine erste Koppelimpedanz mit induktivem Anteil (16), die einen ersten Versorgungsspannungsanschluss (2) der Verstärkeranordnung mit dem zweiten Anschluss (12) des ersten Transistors (10) koppelt, und mindestens eine weitere Koppelimpedanz mit induktivem Anteil (26), die einen anderen Induktivitätswert als die erste Koppelimpedanz (16) aufweist und die den ersten Versorgungsspannungsanschluss (2) mit dem zweiten Anschluss (22) des mindestens einen weiteren Transistors (20) koppelt;
– einen Eingangsanschluss (9) der Verstärkeranordnung, der mit dem ersten Anschluss (11) des ersten Transistors (10) und dem ersten Anschluss (21) des mindestens einen weiteren Transistors (20) gekoppelt ist und zur Zuführung des zu verstärkenden Signals (U_IN) dient;
– einen gemeinsamen Ausgangsknoten...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verstärkeranordnung und ein Verfahren zum Verstärken eines zu verstärkenden Signals mit einem umschaltbaren Verstärkungsfaktor.
Verstärkeranordnungen dienen dem Verstärken von elektrischen Signalen, um beispielsweise mit einem Lautsprecher Ton- und Sprachsignale hörbar zu machen. Im Bereich der Mobilkommunikation dienen Verstärkeranordnungen dazu, ein Signal so weit zu verstärken, dass eine ausreichende Feldstärke mit einer Antenne erzielbar ist. Bei Global System for Mobile Communication Mobiltelefonen, abgekürzt GSM-Mobiltelefonen gibt es mehrere Modulationsarten. Ein Modulationsverfahren ist das Gaussian minimum shift keying Verfahren, abgekürzt GMSK-Verfahren und ein anderes ein Quadratur-Amplitudenmodulationsverfahren, abgekürzt 8-PSK, mit erhöhter Datenrate für GSM Evolution, englisch enhanced data rate for GSM evolution, abgekürzt EDGE. Im 900 Megahertz-Sendepfad wird der Leistungsverstärker in beiden Fällen eingangsseitig mit einer Eingangsleistung von circa 2 dBm gespeist. Im Falle des GMSK-Verfahrens wird der Leistungsverstärker in Sättigung betrieben und im Falle des 8-PSK EDGE-Verfahrens im linearen Bereich. Es gibt auch bei 5 Gigahertz arbeitende Verstärkeranordnungen.
Um derart unterschiedliche Verstärkungsfaktoren zu realisieren, ist in dem Dokument US 6,342,813 B1 ein Verstärker vorgeschlagen, dessen Verstärkungsfaktor durch eine Änderung ei ner Gegenkopplung, nämlich durch eine Änderung einer Impedanz zwischen einem Emitter eines Bipolartransistors und einem Bezugspotenzial eingestellt wird. Um eine konstante Eingangsimpedanz des Verstärkers zu erreichen, wird darüber hinaus die Wirkung dieser Änderung auf die Eingangsimpedanz durch eine Änderung einer Impedanz zwischen einer Basis und einem Kollektor des Bipolartransistors kompensiert. Das Dokument zeigt einen zur Verstärkung herangezogenen Bipolartransistor. Die Emitterimpedanzen und die Impedanzen zwischen der Basis und dem Kollektor sind mittels Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren, englisch metal oxide semiconductor field-effect transistors, abgekürzt MOSFETs umschaltbar ausgelegt. Ein Nachteil dieser Lösung ist, dass sowohl Bipolartransistoren wie auch MOSFETs in einer Ausführungsform dieser Lösung verwendet werden und damit eine teure Integrationstechnik wie etwa eine bipolar complementary metal oxide semiconductor Technologie, abgekürzt BiCMOS-Technologie zur Herstellung notwendig ist.
Dokument US 6,181,206 B1 beschreibt eine Verstärkeranordnung mit drei parallel geschalteten Transistoren. Die drei Transistoren sind über jeweils eine Induktivität mit einem Versorgungsspannungsanschluss verbunden. Die drei Induktivitäten sind in einer Sternschaltung verschaltet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine für eine Herstellung in großen Stückzahlen geeignete Verstärkeranordnung mit einem umschaltbaren Verstärkungsfaktor und ein Verfahren zum Verstärken zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bezüglich der Anordnung durch eine Verstärkeranordnung mit einem umschaltbaren Verstärkungsfaktor gelöst, aufweisend

– einen ersten Transistor mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Anschluss;
– mindestens einen weiteren Transistor mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Anschluss;
– eine erste Koppelimpedanz mit induktivem Anteil, die einen ersten Versorgungsspannungsanschluss der Verstärkeranord nung mit dem zweiten Anschluss des ersten Transistors koppelt, und mindestens eine weitere Koppelimpedanz mit induktivem Anteil, die einen anderen Induktivitätswert als die erste Koppelimpedanz aufweist und die den ersten Versorgungsspannungsanschluss mit dem zweiten Anschluss des mindestens einen weiteren Transistors koppelt;
– einen Eingangsanschluss der Verstärkeranordnung, der mit dem ersten Anschluss des ersten Transistors und dem ersten Anschluss des mindestens einen weiteren Transistors gekoppelt ist und zur Zuführung des zu verstärkenden Signals dient;
– einen gemeinsamen Ausgangsknoten, der mit einem zweiten Versorgungsspannungsanschluss der Verstärkeranordnung, einem Ausgangsanschluss der Verstärkeranordnung zum Bereitstellen eines verstärkten Signals und den dritten Anschlüssen gekoppelt ist;
– ein Mittel zum Aktivieren/Deaktivieren, das mindestens einen Ansteuereingang zur Zuführung mindestens eines Steuersignals aufweist, das mit den ersten Anschlüssen gekoppelt ist und das zum Ansteuern des ersten und des mindestens einen weiteren Transistors vorgesehen ist, wobei die erste Koppelimpedanz eine Spule mit einem ersten und einem zweiten Anschluss sowie mindestens einer Wicklungsanzapfung und die mindestens eine weitere Koppelimpedanz die Spule zwischen der mindestens einen Wicklungsanzapfung und dem zweiten Anschluss der Spule umfasst, der mit dem ersten Versorgungsanschluss gekoppelt ist.

Die Verstärkeranordnung weist somit mindestens zwei Transistoren auf. Jeder dieser Transistoren hat einen ersten, einen zweiten und einen dritten Anschluss. Der zweite Anschluss des ersten Transistors ist mittels der ersten Koppelimpedanz mit dem ersten Versorgungsspannungsanschluss der Verstärkeranordnung gekoppelt. In Analogie ist der zweite Anschluss des zweiten Transistors und aller gegebenenfalls vorhandenen weiteren Transistoren über die weitere beziehungsweise die mehreren weiteren Koppelimpedanzen mit dem ersten Versorgungs spannungsanschluss gekoppelt. Die Koppelimpedanzen der Transistoren weisen unterschiedliche Induktivitätswerte auf.
Die Verstärkeranordnung weist den Eingangsanschluss auf, der jeweils mit dem ersten Anschluss des jeweiligen Transistors gekoppelt ist. Dieser Eingangsanschluss dient dazu, ein zu verstärkendes Wechselspannungssignal der Verstärkeranordnung zuzuführen.
Die Verstärkeranordnung weist einen gemeinsamen Ausgangsknoten auf, der mit dem zweiten Versorgungsspannungsanschluss der Verstärkeranordnung und jeweils dem dritten Anschluss des jeweiligen Transistors sowie dem Ausgangsanschluss der Verstärkeranordnung zur Abgabe des verstärkten Signals gekoppelt ist.
Die Verstärkeranordnung umfasst darüber hinaus das Mittel zum Aktivieren/Deaktivieren der Transistoren, das eingangsseitig mindestens einen Ansteuereingang zur Zuführung mindestens eines Steuersignals aufweist und das ausgangsseitig jeweils mit dem ersten Anschluss des jeweiligen Transistors gekoppelt ist. Das Mittel zum Aktivieren/Deaktivieren ist zum Ansteuern des ersten und des mindestens einen weiteren Transistors in Abhängigkeit von dem mindestens einen Steuersignal ausgelegt.
Durch die unterschiedlichen Koppelimpedanzen, mit denen die zweiten Anschlüsse der Transistoren mit dem ersten Versorgungsspannungsanschluss gekoppelt sind, werden bei den unterschiedlichen Transistoren unterschiedliche Verstärkungsfaktoren erreicht.
Mit dem Mittel zum Aktivieren/Deaktivieren sind in Abhängigkeit der einzustellenden Gesamtverstärkung der Verstärkeran ordnung die jeweiligen Transistoren in einen aktiven beziehungsweise in einen deaktivierten Betriebszustand einstellbar. Die einzelnen Transistoren sind durch das Mittel zum Deaktivieren/Aktivieren ein- beziehungsweise ausschaltbar.
Es ist ein Vorteil dieser Anordnung, dass ausschließlich Transistoren einer Integrationstechnologie benötigt werden. Mit einer Integrationstechnologie ist ein Verfahren zur Herstellung von Bipolartransistoren oder ein Verfahren zur Herstellung von MOS-Transistoren gemeint. Weiter ist es ein Vorteil, dass für die verschiedenen einzustellenden Verstärkungsfaktoren einzelne Zweige dieser Verstärkeranordnung getrennt optimiert werden können. Da durch An- und Ausschalten der Transistoren der Gesamtverstärkungsfaktor veränderbar ist, ist mittels einer Auslegung der Koppelimpedanzen, mit denen der erste und der mindestens eine weitere Transistor beschaltet sind, ein für den jeweilig einzustellenden Verstärkungsfaktor vorteilhafter Betrieb realisierbar.
Es ist ein Vorteil dieser Verstärkeranordnung, die Lastimpedanz als gemeinsame Lastimpedanz zu realisieren, weil dadurch im Unterschied zu einer Realisierung der Lastimpedanz als einzelne Transistorlastimpedanzen ein geringerer Bauteile- oder Flächenbedarf auf einem Halbleiterkörper resultiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Mittel zum Aktivieren/Deaktivieren so ausgelegt, dass jeweils genau ein einzelner Transistor aktiviert ist und somit jeweils alle anderen Transistoren deaktiviert sind.
Die Koppelimpedanzen umfassen in einer Ausführungsform je eine Impedanz, die im Frequenzbereich des zu verstärkenden Sig nals einen höheren Impedanzwert verglichen mit den Impedanzwerten bei niedrigeren Frequenzen aufweist.
In einer Weiterbildung können die Impedanzen jeweils dadurch realisiert sein, dass sie eine Impedanz aus einem gemeinsamen Impedanznetzwerk sind.
Die erste Koppelimpedanz umfasst eine Spule mit einem ersten und einem zweiten Anschluss sowie mindestens einer Anzapfung. Die Anzapfung kann auch als Wicklungsanzapfung bezeichnet sein, da eine Wicklung der Spule an der Anzapfung mittels einer leitenden Verbindung von außen elektrisch zugänglich ist. Der erste Transistor kann somit an seinem zweiten Anschluss mit dem ersten Anschluss der Spule verbunden sein. Die Spule ist an dem zweiten Anschluss mit dem ersten Versorgungsspannungsanschluss gekoppelt. Der mindestens eine weitere Transistor kann an seinem zweiten Anschluss mit der mindestens einen Anzapfung der Spule verbunden sein. Die weitere Koppelimpedanz ist somit eine Impedanz zwischen der mindestens einen Anzapfung der Spule und dem zweiten Anschluss der Spule. Somit lassen sich mit einer Spule verschiedene Koppelimpedanzen und damit mit Vorteil unterschiedliche Verstärkungsfaktoren realisieren.
Eine Anzapfung kann auch als eine Mittenanzapfung bezeichnet sein. Eine Mittenanzapfung kann in der Mitte der Spule liegen, sie muss es jedoch nicht. Mit Mittenanzapfung ist hier jede Anzapfung zwischen dem ersten und dem zweiten Ende der Spule bezeichnet.
Da bevorzugt nur ein Transistor eingeschaltet ist und alle weiteren Transistoren ausgeschaltet sind, kommt es mit Vorteil auch bei gemeinsamen Spulenanteilen nicht zu einer unerwünschten Wechselwirkung zwischen den verschiedenen parallel geschalteten Verstärkerstufen.
Das Mittel zum Aktivieren/Deaktivieren ist in einer Weiterbildung ausgelegt dazu, ein BIAS-Potenzial an den jeweiligen ersten Anschluss des jeweiligen Transistors zu geben, um den Transistor in einen aktiven beziehungsweise in einen inaktiven Betriebszustand zu versetzen.
In einer Ausführungsform kann das Mittel zum Aktivieren/Deaktivieren eine erste und mindestens eine weitere Auswahlimpedanz umfassen, die einen ersten und mindestens einen weiteren Auswahleingang der Verstärkeranordnung mit dem ersten Anschluss des ersten beziehungsweise des mindestens einen weiteren Transistors verbindet.
Die Auswahlimpedanz und die mindestens eine weitere Auswahlimpedanz können als Widerstände ausgelegt sein. Die Auswahlimpedanzen weisen in einer bevorzugten Ausführungsform im Frequenzbereich des zu verstärkenden Signals höhere Impedanzwerte verglichen mit Impedanzwerten bei niedrigeren Frequenzen auf. Es ist ein Vorteil dieser Ausführungsform, dass das BIAS-Potenzial, das im allgemeinen einen konstanten Wert aufweist, mittels einer Auswahlimpedanz mit einem bei niedrigen Frequenzen geringen Widerstandswert mit dem ersten Anschluss des Transistors verbunden ist. Eine Auswahlimpedanz, die im Frequenzbereich des zu verstärkenden Signals einen hohen Widerstandswert aufweist, erreicht, dass ein Übersprechen des zu verstärkenden Signals auf die Spannungsquelle, die das BIAS-Potenzial zur Verfügung stellt, gering ist. Die Auswahl impedanz und die mindestens eine weitere Auswahlimpedanz können in einer Ausführungsform mit Vorteil als Induktivitäten realisiert sein. Ein Vorteil liegt in einem geringeren Rauschen von Induktivitäten verglichen mit Widerständen als Auswahlimpedanzen.
Die Auswahlimpedanzen können identisch aufgebaut sein. In einer Weiterbildung weisen die Auswahlimpedanzen unterschiedliche Impedanzwerte auf, um unterschiedliche Arbeitspunkte der einzelnen Transistoren zu ermöglichen.
Ein an den jeweiligen Auswahleingängen zum Aktivieren anliegendes BIAS-Potential kann jeweils gleich hoch sein. In einer Weiterbildung sind die Potentiale an den Auswahleingängen im Falle der Aktivierung unterschiedlich hoch.
Es ist ein Vorteil der unterschiedlichen Auswahlimpedanzen und der unterschiedlich hohen BIAS-Potentiale, dass der Verstärkungsfaktor der Transistoren dadurch unterschiedlich einstellbar ist. Diese Einstellmöglichkeit kann zusätzlich zur unterschiedlichen Auslegung der Koppelimpedanzen zwischen den zweiten Anschlüssen der Transistoren und dem ersten Versorgungsspannungsanschluss gewählt werden, um unterschiedliche Verstärkungsfaktoren der Transistoren zu realisieren.
Das Mittel zum Aktivieren/Deaktivieren umfasst bevorzugt Eingangsimpedanzen, die den Eingangsanschluss der Verstärkeranordnung mit dem jeweils ersten Anschluss des jeweiligen Transistors verbinden.
Die Eingangsimpedanzen können im Bereich der Frequenzen des zu verstärkenden Signals niedrigere Impedanzwerte verglichen mit Impedanzwerten bei niedrigeren Frequenzen aufweisen, da mit mit Vorteil das zu verstärkende Signal nur gering von der Eingangsimpedanz abgeschwächt ist. Der hohe Impedanzwert bei niedrigen Frequenzen dient zum Abkoppeln des Eingangsanschlusses von den BIAS-Potenzialen, die an den Auswahleingängen anliegen. Damit wird vermieden, dass die Verstärkeranordnung ein Gleichspannungspotenzial an den Eingangsanschluss der Verstärkeranordnung anlegt.
Die Transistoren der Verstärkeranordnung können als pnp-Bipolartransistoren ausgebildet sein. Die jeweilige Basis eines Transistors bildet den ersten Anschluss dieses Transistors. Ist das Potenzial des ersten Versorgungsspannungsanschlusses in einer Ausführungsform höher als das Potenzial des zweiten Versorgungsspannungsanschlusses, dann können die Emitter der Transistoren die jeweiligen zweiten Anschlüsse der Transistoren und die Kollektoren der Transistoren die jeweiligen dritten Anschlüsse der Transistoren bilden. Ist das Potenzial des ersten Versorgungsspannungsanschlusses in einer anderen Ausführungsform niedriger als das Potenzial des zweiten Versorgungsspannungsanschlusses, dann können die Kollektoren die jeweils zweiten Anschlüsse der Transistoren und die Emitter die jeweiligen dritten Anschlüsse der Transistoren bilden. In der letzten Ausführungsform kann der erste Versorgungsspannungsanschluss an ein Bezugspotential und der zweite Versorgungsspannungsanschluss an eine Versorgungsspannung V_CC anschließbar sein.
Mit Vorteil sind in einer alternativen Weiterbildung die Transistoren als npn-Bipolartransistoren realisiert. Falls das Potenzial des ersten Versorgungsspannungsanschlusses höher als das Potenzial des zweiten Versorgungsspannungsanschlusses ist, können die Kollektoren die jeweiligen zweiten Anschlüsse der Transistoren und die Emitter die jeweiligen dritten Anschlüsse der Transistoren bilden. Falls das Potenzial des ersten Versorgungsspannungsanschlusses niedriger als das Potenzial des zweiten Versorgungsspannungsanschlusses ist, können in einer bevorzugten Ausführungsform die Emitter die jeweils zweiten Anschlüsse der Transistoren und die Kollektoren die jeweils dritten Anschlüsse der Transistoren bilden. Ein Vorteil der npn-Bipolartransistoren gegenüber den pnp-Bipolartransistoren liegt in der größeren Stromtreiberfähigkeit der npn-Bipolartransistoren bei gleichen Geometriedaten.
Die Verstärkeranordnung kann pnp-Bipolartransistoren aufweisen. Sie kann mit Vorteil npn-Bipolartransistoren umfassen. Sie kann sowohl mindestens einen npn-Bipolartransistor wie auch mindestens einen pnp-Bipolartransistor umfassen.
Mindestens ein Bipolartransistor kann als Injektionsstransistor, englisch bipolar junction transistor, abgekürzt BJT, oder als Hetero-Bipolartransistor, englisch hetero junction bipolar transistor, abgekürzt HBT realisiert sein.
Mindestens ein Transistor der Verstärkeranordnung kann als Feldeffekttransistor realisiert sein. Eine Ausführungsform eines Feldeffekttransistors kann ein Hochbeweglichkeitstransistor, englisch high mobility transistor, abgekürzt HEMT, oder ein Sperrschicht-Feldeffekttransistor oder ein Metall-Halbleiter-Feldeffekttransistor, englisch Metal Semiconductor Field Effect Transistor, abgekürzt MESFET, oder ein lateral diffundierter Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor, englisch laterally diffused metal oxide semiconductor field-effect transistor, abgekürzt LDMOSFET sein. Eine bevorzugte Ausführungsform eines Feldeffekttransistors ist ein Metall- Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor, englisch metal oxide semiconductor field-effect transistor, abgekürzt MOSFET.
Die jeweils dritten Anschlüsse der Transistoren können mittels einer jeweiligen Transistorlastimpedanz mit dem Ausgangsknoten verbunden sein. Die Transistorlastimpedanz kann beispielsweise einen Widerstand der Leitung zwischen dem dritten Ausgang des jeweiligen Transistors und dem Ausgangsknoten umfassen.
Eine Lastimpedanz kann den gemeinsamen Ausgangsknoten mit dem zweiten Versorgungsspannungsanschluss verbinden. Die Lastimpedanz kann in einer Weiterbildung so ausgelegt sein, dass sie im Bereich der Frequenzen des zu verstärkenden Signals höhere Impedanzwerte verglichen mit Impedanzwerten bei niedrigeren Frequenzen aufweist. Damit ist eine Verringerung der Amplitude des verstärkten Signals an dem Ausgangsknoten vermieden. Die Lastimpedanz kann in einer Ausführungsform eine Induktivität umfassen.
Eine Ausgangsanschlussimpedanz kann den Ausgangsknoten mit dem Ausgangsanschluss verbinden. Die Ausgangsanschlussimpedanz kann in einer Weiterbildung so ausgelegt sein, dass sie im Bereich der Frequenzen des zu verstärkenden Signals niedrigere Impedanzwerte verglichen mit Impedanzwerten bei niedrigeren Frequenzen aufweist. Die Ausgangsanschlussimpedanz kann in einer bevorzugten Ausführungsform mit Vorteil einen Kondensator umfassen.
Bezüglich anderen Weiterbildungen der Verstärkeranordnungen wird auf die Unteransprüche verwiesen.
Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Verstärken eines zu verstärkenden Signals mit einem umschaltbarem Verstärkungsfaktor gelöst, mit folgenden Schritten:

– Zuführen eines zu verstärkenden Signals;
– Zuführen mindestens eines Steuersignal zur Auswahl des Verstärkungsfaktors aus einer Menge umfassend einen ersten und mindestens einen weiteren Verstärkungsfaktor;
– wahlweise Verstärken des zu verstärkendes Signals mit dem ersten Verstärkungsfaktor mit einem ersten Transistor unter Ausnutzung einer Gegenkopplung mit einer ersten Koppelimpedanz mit induktivem Anteil und/oder
– Verstärken des zu verstärkendes Signals mit dem mindestens einen weiteren Verstärkungsfaktor mit mindestens einem weiteren Transistor unter Ausnutzung einer Gegenkopplung mit mindestens einer weiteren Koppelimpedanz mit induktivem Anteil, deren Induktivitätswert sich von dem Induktivitätswert der ersten Koppelimpedanz unterscheidet;
– Ausgangsseitiges Abgreifen eines verstärkten Signals, wobei die erste Koppelimpedanz eine Spule mit einem ersten und einem zweiten Anschluss sowie mindestens einer Wicklungsanzapfung und die mindestens eine weitere Koppelimpedanz die Spule zwischen der mindestens einen Wicklungsanzapfung und dem zweiten Anschluss der Spule umfasst.

Das Verfahren umfasst somit folgende Schritte:
Es wird ein zu verstärkendes Signal und mindestens ein Steuersignal zugeführt.
Aufgrund des Steuersignals wird ausgewählt, welche Transistoren zum Verstärken des zu verstärkenden Signals eingesetzt werden. Die Transistoren weisen unterschiedliche Verstärkungsfaktoren auf. Diese unterschiedlichen Verstärkungsfaktoren sind ein Resultat der unterschiedlichen Koppelimpedanzen der Transistoren. Die Koppelimpedanzen dienen der Einstellung der Gegenkopplung der jeweiligen Transistoren.
Somit wird ein zu verstärkendes Signal mit einem gewählten Verstärkungsfaktor verstärkt und bereitgestellt.
Es ist ein Vorteil des Verfahrens, dass derjenige Transistor aktiviert wird, der den für die Verstärkung des zu verstärkenden Signals mittels des Steuersignals ausgewählten Verstärkungsfaktor aufweist.
In einer bevorzugten Weiterbildung wird jeweils genau ein Transistor aktiviert und alle weiteren Transistoren deaktiviert.
Die Gegenkopplung kann eine Spannungsgegenkopplung sein. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Gegenkopplung als eine Stromgegenkopplung ausgebildet sein.
Zur Aktivierung eines Transistors wird bevorzugt ein BIAS-Potenzial an den ersten Anschluss dieses Transistors gelegt, das in seiner Höhe dazu ausgelegt ist, einen Transistor in einen aktiven Betriebszustand zu versetzen. Die nicht zu aktivierenden Transistoren werden bevorzugt an ihrem ersten Anschluss mit einem BIAS-Potenzial beaufschlagt, das diese Transistoren deaktiviert.
Ein Schritt des Verfahrens kann das Bereitstellen einer Versorgungsspannung sein, die zwischen einem ersten Versorgungsspannungsanschluss und einem zweiten Versorgungsspannungsanschluss an die Anordnung angelegt wird. Die Versorgungsspannung kann über der Lastimpedanz und einer Serienschaltung abfallen, die aus dem Transistor und der Koppelimpedanz besteht. Die Spannung an der Serienschaltung kann zwischen dem zweiten und dritten Anschluss des Transistors und über der Koppelimpedanz abfallen. Zu einer Serienschaltung, umfassend den ersten Transistor und die erste Koppelimpedanz, kann mindestens eine weitere Serienschaltung parallel geschaltet sein, welche den mindestens einen weiteren Transistor und die mindestens eine weitere Koppelimpedanz umfasst.
Das zu verstärkende Signal kann an einen Eingangsanschluss der Verstärkeranordnung angelegt werden. Das zu verstärkende Signal kann dem ersten Anschluss des aktivierten Transistors zugeführt werden. Da sich zwischen dem Eingangsanschluss der Verstärkeranordnung und dem ersten Anschluss ein koppelndes Bauelement befinden kann und ein Wechselspannungsverhalten des koppelnden Bauelementes, des Transistors sowie der Auswahlimpedanz zu berücksichtigen ist, kann eine Spannung am ersten Anschluss gegenüber der Spannung des zu verstärkenden Signal am Eingangsanschluss verändert sein.
Nach der Verstärkung durch den aktivierten Transistor kann das verstärkte Signal an einem Ausgangsanschluss der Verstärkeranordnung abgegriffen werden. Dieser Ausgangsanschluss kann mit einem Ausgangsknoten gekoppelt sein, der sich zwischen der Lastimpedanz und der Serienschaltung befindet.
Der Arbeitspunkt des jeweiligen Transistors wird in einer Weiterbildung mindestens durch ein an einem Auswahleingang, mit dem der jeweilige Transistor gekoppelt ist, anliegendes BIAS-Potenzial und durch eine Auswahlimpedanz, die sich zwischen dem Auswahleingang und dem ersten Anschluss des jeweiligen Transistors befindet, sowie durch die Versorgungsspannung, die Last- und die Koppelimpedanz festgelegt.
Der mit einem Transistor erzielte Verstärkungsfaktor kann somit durch die Auslegung seiner Koppelimpedanz und seiner Aus wahlimpedanz sowie durch das an seinem Auswahleingang anliegende BIAS-Potenzial eingestellt werden.
Zusammenfassend hat das vorgeschlagene Prinzip folgende Vorteile:

– Eine hohe Effizienz bei der Energieausnutzung ist dadurch erzielbar, dass für den jeweiligen Betriebsmodus der Gesamtanordnung derjenige Transistor ausgewählt werden kann, der den für diesen Betriebsmodus bestimmten Verstärkungsfaktor bewirkt.
– Mit Induktivitäten als Koppelimpedanzen kann die Verstärkung sehr effektiv und frequenzselektiv gedrosselt werden. Eine mögliche Selbstaufsteuerung ist durch die Emitterspule dämpfbar.
– Mit der Anordnung kann eine rauscharme Verstärkung erreicht sein, da aus Spulen oder Teilen von Spulen gebildete Koppelimpedanzen nur geringe Widerstände aufweisen. Das Rauschverhalten von induktiven Koppelelementen ist deutlich besser als von resistiven Koppelelementen. Es kann ohne Nachteile im Rauschverhalten umgeschaltet werden.
– Die Schaltungsanordnung kann eine Stabilisierung der Transistorstufe bei Oszillatorneigung erzielen.
– Die Benutzung einer Spule mit mehreren Anzapfungen ermöglicht eine flächensparende und kosteneffiziente Realisierung der Koppelimpedanzen. Die gewünschte Verstärkung kann durch den Induktivitätswert eingestellt werden, wobei das Verhältnis der Verstärkung durch die Wahl der Position der Anzapfung einstellbar ist. Die Position kann auch asymmetrisch gewählt sein, das heißt sich nicht in der Mitte der Spule befinden.
– Die Eingangsimpedanzen, die Auswahlimpedanzen, die Ausgangsimpedanz und die Lastimpedanz können so optimiert sein, dass ein Übersprechen des Hochfrequenzsignals auf die Gleichspannungspotenziale und ebenso ein Übersprechen der Gleich spannungspotenziale auf die Eingänge und den Ausgang der Verstärkeranordnung sehr klein eingestellt sein kann.

Bezüglich anderen Weiterbildungen des Verfahrens wird auf die Unteransprüche verwiesen.
Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen anhand der Figuren näher erläutert.
1 zeigt eine beispielhafte Verstärkeranordnung.
2 zeigt eine Weiterbildung der Verstärkeranordnung von 1 mit einem beispielhaften Mittel zum Aktivieren/Deaktivieren.
3 zeigt eine beispielhafte Koppelimpedanz nach dem vorgeschlagenem Prinzip zur Anwendung in den Verstärkeranordnungen gemäß den 1, 2, 4 und 5.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Verstärkeranordnung in einer Weiterbildung der Verstärkeranordnung von 1 oder 2 mit einem ersten und einem weiteren Transistor nach dem vorgeschlagenem Prinzip.
5 zeigt eine beispielhafte Verstärkeranordnung mit fünf Transistoren in einer Weiterbildung der Verstärkeranordnung von 1, 2 oder 4 nach dem vorgeschlagenem Prinzip.
6A bis D zeigen Simulationsergebnisse einer beispielhaften Verstärkeranordnung gemäß 4 nach dem vorgeschlagenem Prinzip.
1 zeigt eine beispielhafte Verstärkeranordnung. Sie zeigt einen ersten und einen zweiten Transistor 10, 20. Die Transistoren 10, 20 sind als Bipolartransistoren ausgeführt.
Ein erster Anschluss 11 des ersten Transistors 10 wird von einer Basis des Transistors 10 gebildet. In Analogie wird ein erster Anschluss 21 des zweiten Transistors 20 von einer Basis des zweiten Transistors 20 gebildet.
Ein Emitter des ersten Transistors 10 bildet einen zweiten Anschluss 12 des ersten Transistors 10. Der zweite Anschluss 12 ist über eine Koppelimpedanz 16 mit einem ersten Versorgungsspannungsanschluss 2 gekoppelt. In Analogie bildet ein Emitter des zweiten Transistors 20 einen zweiten Anschluss 22 des zweiten Transistors 20. Der zweite Anschluss 22 des zweiten Transistors 20 ist über eine Koppelimpedanz 26 an den ersten Versorgungsspannungsanschluss 2 angeschlossen.
Ein Kollektor des ersten Transistors 10 bildet einen dritten Anschluss 13 des ersten Transistors 10. Dieser ist über eine erste Transistorlastimpedanz 15 mit einem Ausgangsknoten 3 der Verstärkeranordnung verbunden. In Analogie bildet ein Kollektor des zweiten Transistors 20 einen dritten Anschluss 23 des zweiten Transistors 20. Der dritte Anschluss 23 des zweiten Transistors 20 ist mittels einer zweiten Transistorlastimpedanz 25 mit dem Ausgangsknoten 3 verbunden.
Der Ausgangsknoten 3 ist mittels einer Ausgangsanschlussimpedanz 7 mit dem Ausgangsanschluss 5 der Verstärkeranordnung verknüpft.
Der Ausgangsknoten 3 ist mittels einer Lastimpedanz 6 mit einem zweiten Versorgungsspannungsanschluss 4 verknüpft. Das Potential des zweiten Versorgungsspannungsanschlusses 4 unterscheidet sich von dem Potential des ersten Versorgungsspannungsanschlusses 2 um eine Spannung U_CC, die in diesem Ausführungsbeispiel eine positive Spannung ist. Der Versorgungsspannungsanschluss 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit einem Bezugspotential 65 verbunden.
Ein Mittel zum Aktivieren/Deaktivieren 8 koppelt einen Eingangsanschluss 9 sowie einen ersten Auswahleingang 19 und einen zweiten Auswahleingang 29 der Verstärkeranordnung mit den ersten Anschlüssen 11, 21 der Transistoren 10, 20. Über den ersten Auswahleingang 19 erhält das Mittel zum Aktivieren/Deaktivieren 8 ein Steuersignal U₁ zum Aktivieren des ersten beziehungsweise zweiten Transistors 10, 20.
Das Steuersignal U₁ kann ein Digitalsignal sein. Beispielsweise kann ein Digitalsignal mit dem Wert 1 bedeuten, dass der erste Transistor 10 aktiviert und der zweite Transistor 20 deaktiviert wird. Ein Digitalsignal mit dem Wert 0 bedeutet in diesem Fall, dass der erste Transistor 10 deaktiviert und der zweite Transistor 20 aktiviert wird. In diesem Fall ist ein binäres Steuersignal U₁ und der erste Auswahleingang 19 ausreichend, um einzustellen, welcher der beiden Transistoren 10, 20 aktiviert ist.
Über den ersten und den zweiten Auswahleingang 19 kann das Mittel zum Aktivieren/Deaktivieren 8 auch zwei Steuersignale U₁, U₂ erhalten und neben den beiden aufgeführten Betriebstellungen auch zum Deaktivieren beider Transistoren 10, 20 und/oder zum Aktivieren beider Transistoren 10, 20 ausgelegt sein. Sind beide Transistoren 10, 20 deaktiviert, so ist die Verstärkeranordnung ausgeschaltet. Sind beide Transistoren 10, 20 aktiviert, ergibt sich ein Verstärkungsfaktor, der höher als im Falle nur eines aktivierten Transistors 10, 20 ist.
In diesem Ausführungsbeispiel ist das Mittel zum Aktivieren/Deaktivieren 8 mit dem ersten und dem zweiten Versorgungsspannungsanschluss 2, 4 verbunden. Somit kann das Mittel 8 eine Logik- und eine Analogschaltung, die mit einer Versorgungsspannung U_CC versorgt wird, umfassen. Das Mittel 8 generiert aus dem Steuersignal beziehungsweise den Steuersignalen U₁, U₂ eine Spannung, die an den ersten Anschluss 11 des ersten Transistors 10 abgegeben wird. Im Falle eines Steuersignal U₁, U₂, das signalisiert, dass die Verstärkeranordnung auf den vom Transistor 10 bereitgestellten Verstärkungsfaktor einzustellen ist, hält diese Spannung den ersten Transistor 10 in einem Arbeitspunkt einer Transistorkennlinie für einen aktivierten Betrieb, so dass er ein zu verstärkendes Signal U_IN verstärkt. Im Falle eines Steuersignals U₁, U₂, das signalisiert, dass die Verstärkeranordnung auf einen anderen als den vom Transistor 10 bereitgestellten Verstärkungsfaktor einzustellen ist, hat das Mittel 8 eine Spannung zu generieren, die den ersten Transistor 10 in einem abgeschalteten Zustand hält. Die Analogschaltung kann eine Schaltung zur Pegelumsetzung umfassen.
Ein an dem ersten und zweiten Auswahleingang 19, 29 anliegendes Steuersignal U₁, U₂ kann mit Vorteil bereits eine Span nung aufweisen, die für ein Anschalten beziehungsweise Abschalten des ersten Transistors ausreichend ist.
Bei einer Zuordnung des ersten Auswahleingangs 19 zu dem ersten Transistor 10 und des zweiten Auswahleingangs 29 zu dem zweiten Transistor 20 ist mit Vorteil das Mittel 8 einfacher auslegbar, weil keine Logikschaltung in dem Mittel 8 vorzusehen ist.
Die Kollektorströme durch die beiden Transistoren 10, 20 addieren sich in dem Ausgangsknoten 3. Durch geeignete Beschaltung der Lastimpedanz 6, die zwischen dem Ausgangsknoten 3 und dem zweiten Versorgungsspannungsanschluss 6 geschaltet ist, und der Ausgangsanschlussimpedanz 7, die zwischen dem Knoten 3 und dem Ausgangsanschluss 5 der Verstärkeranordnung geschaltet ist, wird erreicht, dass ein Gleichstrom, der durch die Lastimpedanz 6 fließt, gleich dem Gleichstrom ist, der durch die dritten Anschlüsse 13, 23, also die Kollektoren der beiden Transistoren 10, 20 fließt. Dahingegen fließt der Kollektorstrom der beiden Transistoren 10, 20, der den Wechselanteil enthält und somit das Ergebnis der Verstärkung des zu verstärkenden Signals U_IN darstellt, über die bei Wechselspannungen möglichst geringe Ausgangsanschlussimpedanz 7 zum Ausgangsanschluss 5.
Die Lastimpedanz 6 ist mit Vorteil ein Widerstand oder eine Induktivität oder eine Kombination aus Widerstand und Induktivität.
Gemäß den Steuersignalen U₁, U₂ kann wahlweise der erste und/oder der zweite Transistor 10, 20 eingeschaltet sein, so dass das zu verstärkende Signal U_IN mit Vorteil mit unterschiedlichen Verstärkungsfaktoren verstärkt wird.
2 zeigt eine Weiterbildung der Verstärkeranordnung von 1. Insoweit beide Verstärkeranordnungen in Bauteilen, Verschaltung und Funktion übereinstimmen, wird deren Beschreibung an dieser Stelle nicht wiederholt.
Zusätzlich weist 2 eine beispielhafte Auslegung des Mittels zum Aktivieren/Deaktivieren 8 auf. Der Eingangsanschluss 9 ist in 2 über eine erste Eingangsimpedanz 17 mit dem ersten Anschluss 11 des Transistors 10 verbunden, ebenso ist der Eingangsanschluss 9 über eine zweite Eingangsimpedanz 27 mit dem ersten Anschluss 21 des zweiten Transistors 20 verbunden.
Der erste Auswahleingang 19 ist in 2 mittels einer ersten Auswahlimpedanz 18 mit dem ersten Eingang 11 des ersten Transistors 10 verknüpft. Somit addieren sich in dem ersten Anschluss 11 des ersten Transistors 10 die Ströme durch die erste Eingangsimpedanz 17 und die erste Auswahlimpedanz 17. In Analogie dazu ist der weitere Auswahleingang 29 mittels der weiteren Auswahlimpedanz 28 mit dem ersten Anschluss 21 des zweiten Transistors 20 verknüpft.
Durch Anlegen einer Spannung an den ersten Auswahleingang 19 wird der erste Transistor 10 aktiviert, das heißt in einen eingeschalteten Betriebszustand gebracht.
Bevorzugt ist diese Spannung eine Gleichspannung, so dass ein Basisstrom des Transistors 10 einen Gleichanteil zeigt, der ihn in einem Arbeitspunkt des Kennlinienfeldes hält, so dass er aktiviert ist. Falls sich diese Spannung in etwa auf dem Potenzialniveau der ersten Versorgungsspannungsanschlusses 2 befindet, so ist der erste Transistor 10 ausgeschaltet. Die Auswahlimpedanz 18 ist damit vorzugsweise ein Widerstand oder eine Spule oder eine Kombination aus Widerstand und Spule, so dass der Gleichanteil des Basisstroms einfach auslegbar ist.
In Analogie wird durch Anlegen einer Spannung an den zweiten Auswahleingang 29 der zweite Transistor 20 aktiviert, das heißt in einen verstärkenden Betriebszustand gebracht. Analoges gilt für eine Beschaltung, einen Basisstrom und eine Funktionsweise des zweiten Transistor 20.
Durch Anlegen des zu verstärkenden Signals U_IN am Eingangsanschluss 9 wird das zu verstärkende Signal U_IN den beiden Transistoren zugeführt, jedoch nur bei dem Transistor verstärkt, der sich in einem aktiven Zustand befindet.
Ein Vorteil dieser Anordnung in 2 ist es, dass durch Wahl geeigneter Potenziale an dem ersten und dem zweiten Auswahleingang 19, 29 der erste oder der zweite Transistor 10, 12, der auf die entsprechende Verstärkeraufgabe hin besonders ausgelegt ist, aktivierbar ist.
3 zeigt eine beispielhafte Koppelimpedanz, wie sie in 1, 2, 4 und/oder 5 eingesetzt werden kann. In diesem Ausführungsbeispiel wird die erste Koppelimpedanz 16 in 1, 2, 4 und/oder 5, die sich zwischen dem zweiten Anschluss 12 des ersten Transistors 10 und dem ersten Versorgungsspannungsanschluss 2 in 1, 2, 4 und/oder 5 befindet, durch eine Spule 62 gebildet.
Eine Wicklungsanzapfung ermöglicht es, dass die zweite Koppelimpedanz 26 in 1, 2, 4 und/oder 5, die sich zwischen dem zweiten Anschluss 22 des zweiten Transistors 20 und dem ersten Versorgungsspannungsanschluss 2 in 1, 2, 4 und/ oder 5 befindet, durch die Teilspule 63 zwischen der Wicklungsanzapfung und dem ersten Versorgungsspannungsanschluss 2 gebildet ist.
Dabei kann die Wicklungsanzapfung, an die der zweite Anschluss 22 des zweiten Transistors 20 angeschlossen ist, in der Mitte der Spulenwicklung sein. Es kann jedoch, um ein bestimmtes Verhältnis der Verstärkungsfaktoren zu erzielen, die Wicklungsanzapfung auch an einer Stelle der Spule zwischen dem zweiten Anschluss 12 des ersten Transistors und dem ersten Versorgungsspannungsanschluss 2 realisiert sein, die nicht die Mitte der Spulenwicklung ist.
An einer weiteren Wicklungsanzapfung kann ein zweiter Anschluss 32 eines weiteren Transistors 30 in 4 und/oder 5 angeschlossen sein, der somit eine Teilspule 64 als eine weitere Koppelimpedanz 36 aufweist.
Mit Vorteil ist eine einzige Spule vollständig oder in Teilen zur Ausbildung der ersten und mindestens einer weiteren Koppelimpedanz eingesetzt. Der erste Transistor 10 erfährt somit die größte Stromgegenkopplung im Bereich der zu verstärkenden Spannungen, da die erste Koppelimpedanz 16 größere Werte als die weiteren Koppelimpedanzen 26, 36 aufweist. Der erste Transistor 10 besitzt daher einen kleineren Verstärkungsfaktor als die Transistoren 20 oder 30.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Verstärkeranordnung mit einem ersten und einem weiteren Transistor 10, 20. Sie zeigt eine Weiterbildung der Verstärkeranordnung von 1 und 2 und zeigt die erste und die weitere Koppelimpedanz 16, 26 in der Ausführungsform gemäß 3. Insoweit beide Verstärkeranordnungen in Bauteilen, Verschaltung und Funktion übereinstimmen, wird deren Beschreibung an dieser Stelle nicht wiederholt. Die beiden Steuersignale U₁, U₂ zum Aktivieren und Deaktivieren werden an den ersten und den weiteren Auswahleingang 19, 29 angelegt. Die erste und die zweite Eingangsimpedanz 16, 26 sind in dieser Ausführungsbeispiel als ein erster und ein zweiter Eingangskondensator 14, 24 ausgeführt. Das zu verstärkende Signal U_IN wird über den Eingangsanschluss 9 der Verstärkeranordnung und mittels des ersten Eingangskondensators 14 dem ersten Anschluss 11 des ersten Transistors 10 zugeführt. Mittels des zweiten Eingangskondensators 24 wird das zu verstärkende Signal U_IN in Analogie dem ersten Anschluss 21 des zweiten Transistors 20 zugeführt.
Die dritten Anschlüsse 13, 23 des ersten und des zweiten Transistors 10, 20 sind direkt mit dem Ausgangsknoten 3 verbunden. Die erste und die zweite Transistorlastimpedanz 15, 25 sind damit durch eine Leitung ersetzt.
Die Lastimpedanz 6 ist in dieser Ausführungsform als eine Lastspule 66 ausgeführt. Der Ausgangsknoten 3 ist über die Lastspule 66 mit dem zweiten Versorgungsspannungsanschluss 4 verknüpft. Damit wird mit Vorteil ein Überkoppeln von Hochfrequenzsignalen auf den zweiten Versorgungsspannungsanschluss 4 vermieden.
Das Potenzial des Versorgungssapnnungsanschlusses 4 wird in diesem Ausführungsbeispiel mittels einer Glättungsimpedanz 61, die beispielsweise ein Kondensator sein kann, geglättet, wobei eine erste Kondensatorelektrode mit dem ersten Versorgungsspannungsanschluss 2 und eine zweite Kondensatorelektrode mit dem zweitem Versorgungsspannungsanschluss 4 verbunden ist.
Die Ausgangsanschlussimpedanz 7 ist in diesem Ausführungsbeispiel als ein Ausgangskondensator 67 ausgeführt. Der Ausgangskondensator 67 verbindet den Ausgangskonten 3 mit dem Ausgangsanschluss 5.
Wie bereits anhand von 3 erläutert, ist die erste Koppelimpedanz 16 des ersten Transistors 10 als die Spule 62 zwischen dem zweiten Anschluss 12 des ersten Transistors und dem ersten Versorgungsspannungsanschluss 2 ausgebildet. In Analogie ist die weitere Koppelimpedanz 26 des zweiten Transistors 20 durch eine Teilspule 63 zwischen der Wicklungsanzapfung der Spule und dem ersten Versorgungsspannungsanschluss 2 gebildet. Die Koppelimpedanzen 62 und 63 unterscheiden sich daher deutlich. Aus diesem Grunde ist es durch Auswahl des ersten oder des zweiten Transistors 10, 20 möglich, unterschiedliche Verstärkungsfaktoren zu realisieren.
Es ist ein Vorteil dieser Verstärkeranordnung, dass sie nur mit Transistoren einer Integrationstechnologie wie etwa der MOS-Technik oder der Bipolartechnik auskommt und wie in dieser Ausführungsform gezeigt, nur sehr wenige Bauelemente zur Realisierung benötigt.
5 zeigt eine beispielhafte Verstärkeranordnung mit fünf Transistoren 10, 20, 30, 40, 50. 5 zeigt eine Weiterbildung der Verstärkeranordnung von 1 und 2 sowie der Koppelimpedanz gemäß 3. Insoweit die Verstärkeranordnungen in Bauteilen, Verschaltung und Funktion übereinstimmen, wird deren Beschreibung an dieser Stelle nicht wiederholt.
In diesem schematischen Schaltbild ist das zu verstärkende Signal U_in, das auch als eingehendes Hochfrequenzsignal RF-in bezeichnet werden kann, auf den Eingangsanschluss 9 gelegt.
Die erste und die weitere Eingangsimpedanz 17, 27, 37, 47, 57 sind in diesem Ausführungsbeispiel als Eingangskondensatoren 14, 24, 34, 44, 54 ausgelegt, über die das zu verstärkende Signal U_in an die ersten Anschlüsse 11, 21, 31, 41, 51 der Transistoren 10, 20, 30, 40, 50 angelegt werden kann. An die ersten Anschlüsse 11, 21, 31, 41, 51 des ersten und der weiteren Transistoren 10, 20, 30, 40, 50 wird ein BIAS-Potenzial mittels des ersten und der weiteren Auswahleingänge 19, 29, 39, 49, 59 angelegt.
Die Ausgangsanschlussimpedanz 7 ist durch eine Leitung gebildet. Das verstärkte Signal U_OUT gelangt zu dem Ausgangsknoten 3, der mit dem Wechselspannungsausgang 5 für das zu verstärkende Signal U_IN in diesem Ausführungsbeispiel durch eine Leitung verbunden ist.
Die Lastimpedanz 6 ist durch eine Lastspule 66 gebildet. Der Ausgangsknoten 3 wird somit mittels der Lastspule 66 mit dem zweiten Versorgungsspannungsanschluss 4 verbunden. Das Potential des zweiten Versorgungsspannungsanschlusses 4 unterscheidet sich um die Spannung U_CC von dem Potential des ersten Versorgungsspannungsanschlusses 2, wobei in diesem Ausführungsbeispiel die Spannung U_CC positiv ist. Die Spannung U_CC wird durch die Glättungsimpedanz 61, in diesem Beispiel ein Kondensator, geglättet.
Die Koppelimpedanzen für alle fünf Transistoren 10, 20, 30, 40, 50 werden mit einer Spule 62 realisiert, die neben den zwei Anschlüssen der Spule auch drei Wicklungsanzapfungen aufweist. Die weitere Koppelimpedanz 26 des weiteren Transistors 20 wird durch die Teilspule 63 erzielt, deren Impedanz kleiner als die Impedanz der Spule 62 ist. Der Transistor 30 hat als Koppelimpedanz 36 die Teilspule 64 und der Transistor 40 hat als Koppelimpedanz 46 eine Teilspule 65, wobei die Spule 62 den größten und die Teilspule 65 den kleinsten Induktivitätswert aufweist.
Durch Auswahl des Transistors 10, 20, 30, 40, 50, der das zu verstärkende Signal U_IN verstärken soll, können unterschiedliche Verstärkungsfaktoren für das zu verstärkende Signal U_IN realisiert werden. Dies geschieht durch Auswahl eines Transistors 10, 20, 30, 40, 50 mit geeigneter Stromgegenkopplung, die wie in diesem Falle durch die Spule 62 beziehungsweise Teilspulen 63, 64, 65 erzielt wird.
6A bis D zeigen Simulationsergebnisse einer beispielhaften Verstärkeranordnung gemäß 4. Die Verstärkeranordnung ist hier als eine Eingangsstufe eines Leistungsverstärkers zur Umschaltung einer Kleinsignalverstärkung eingesetzt. Der Leistungsverstärker dient zur Verstärkung von zu verstärkenden Signalen U_IN, die eine Frequenz von etwa 900 MHz aufweisen. Die Frequenz 900 MHz dient nur als Beispiel. Die Verstärkeranordnung ist sowohl für Frequenzen, die deutlich niedriger als 900 MHz sind, als auch bei Frequenzen, die deutlich höher als 900 MHz sind, einsetzbar.
Die 6A zeigt eine periodische Rauschantwort, englisch periodic noise response, abgekürzt PNA, und 6B zeigt eine Ausgangsleistung P_OUT sowie einen Wirkungsgrad des Leistungsverstärkers, englisch power amplifier efficiency, abgekürzt PAE bei einem hohen Verstärkungsfaktor, die in beiden Figuren über der Eingangsleistung P_IN, die am Eingangsanschluss 9 anliegt, aufgetragen sind.
Die 6C und D hingegen zeigen dieselben Größen, wobei die Werte bei einer aktivierten Reduktion des Verstärkungsfaktors um etwa 10 dB gegenüber den 6A und 6B ermittelt sind. Die Induktivität der ersten Koppelimpedanz 16 ist bei der Simulation zur Bestimmung der Abhängigkeiten niedriger als die Induktivität der weiteren Koppelimpedanz 26 gewählt.
Das Maximum der Rauschantwort ist in 6C gegenüber der 6A etwa um 7 dB kleiner, was eine vorteilhafte Verbesserung bedeutet. Zusätzlich ist die Ausgangsleistung P_OUT für den gesamten Bereich der Eingangsleistung P_IN linear und kommt nicht mehr in die Sättigung.

2: erster Versorgungsspannungsanschluss
3: Ausgangsknoten
4: zweiter Versorgungsspannungsanschluss
5: Ausgangsanschluss
6: Lastimpedanz
7: Ausgangsanschlussimpedanz
8: Mittel zum Aktivieren/Deaktivieren
9: Eingangsanschluss
10: erster Transistor
11, 21, 51: erster Anschluss
12, 22: zweiter Anschluss
13, 23: dritter Anschluss
14: erster Eingangskondensator
15: erste Transistorlastimpedanz
16: erste Koppelimpedanz
17: erste Eingangsimpedanz
18: erste Auswahlimpedanz
19: erster Auswahleingang
20, 30, 40, 50: weiterer Transistor
24, 34, 44, 54: weiterer Eingangskondensator
25: weitere Transistorlastimpedanz
26, 36, 46: weitere Koppelimpedanz
27, 37, 47, 57: weitere Eingangsimpedanz
28: weitere Auswahlimpedanz
29, 39, 49, 59: weiterer Auswahleingang
61: Glättungsimpedanz
62: Spule
63, 64, 65: Teilspule
65: Bezugspotential
66: Lastspule
67: Ausgangskondensator
U_IN: zu verstärkendes Signal
U_OUT: verstärktes Signal
U_CC: Versorgungsspannung
U₁, U₂: Steuersignal

Claims

Verstärkeranordnung mit einem umschaltbaren Verstärkungsfaktor, aufweisend – einen ersten Transistor (10) mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Anschluss (11, 12, 13); – mindestens einen weiteren Transistor (20) mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Anschluss (21, 22, 23); – eine erste Koppelimpedanz mit induktivem Anteil (16), die einen ersten Versorgungsspannungsanschluss (2) der Verstärkeranordnung mit dem zweiten Anschluss (12) des ersten Transistors (10) koppelt, und mindestens eine weitere Koppelimpedanz mit induktivem Anteil (26), die einen anderen Induktivitätswert als die erste Koppelimpedanz (16) aufweist und die den ersten Versorgungsspannungsanschluss (2) mit dem zweiten Anschluss (22) des mindestens einen weiteren Transistors (20) koppelt; – einen Eingangsanschluss (9) der Verstärkeranordnung, der mit dem ersten Anschluss (11) des ersten Transistors (10) und dem ersten Anschluss (21) des mindestens einen weiteren Transistors (20) gekoppelt ist und zur Zuführung des zu verstärkenden Signals (U_IN) dient; – einen gemeinsamen Ausgangsknoten (3), der mit einem zweiten Versorgungsspannungsanschluss (4) der Verstärkeranordnung, einem Ausgangsanschluss (5) der Verstärkeranordnung zum Bereitstellen eines verstärkten Signals (U_OUT) und den dritten Anschlüssen (13, 23) gekoppelt ist; – ein Mittel zum Aktivieren/Deaktivieren (8), das mindestens einen Ansteuereingang (19, 29) zur Zuführung mindestens eines Steuersignals (U₁, U₂) aufweist, das mit den ersten Anschlüssen (11, 21) gekoppelt ist und das zum Ansteuern des ersten und des mindestens einen weiteren Transistors (10, 20) vorgesehen ist, wobei die erste Koppelimpedanz (16) eine Spule mit einem ersten und einem zweiten Anschluss sowie mindestens einer Wicklungsanzapfung und die mindestens eine weitere Koppelimpedanz (26) die Spule zwischen der mindestens einen Wicklungsanzapfung und dem zweiten Anschluss der Spule umfasst, der mit dem ersten Versorgungsanschluss (2) gekoppelt ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Aktivieren/Deaktivieren (8) so ausgelegt ist, dass jeweils genau ein Transistor (10, 20) aktiviert ist, indem entweder der erste oder der mindestens eine weitere Transistor (10, 20) aktiviert ist und jeweils jeder andere Transistor (10, 20) deaktiviert ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Koppelimpedanz (16) und die mindestens eine weitere Koppelimpedanz (26) je eine Impedanz umfassen, die im Bereich der Frequenzen des zu verstärkenden Signals (U_IN) höhere Impedanzwerte verglichen mit Impedanzwerten bei niedrigeren Frequenzen aufweisen.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Koppelimpedanz (16) und die mindestens eine weitere Koppelimpedanz (26) je eine Impedanz aus einem gemeinsamen Impedanznetzwerk sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Koppelimpedanz (16) eine Spule (62) mit mindestens einer Wicklungsanzapfung umfasst und die mindestens eine Wick lungsanzapfung an den zweiten Anschluss (22) des mindestens einen weiteren Transistors (20) zum Einstellen unterschiedlicher Verstärkungsfaktoren angeschlossen ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Aktivieren/Deaktivieren (8) zur Abgabe eines in einen aktiven Betriebszustand versetzenden Bias-Potentials an den ersten Anschluss (11) des ersten Transistors (10) oder an den ersten Anschluss (21) des mindestens einen weiteren Transistors (20) zu deren Aktivierung und zur Abgabe von in einen inaktiven Betriebszustand versetzenden Bias-Potentialen an die jeweils übrigen Transistoren zu deren Deaktivierung ausgelegt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Aktivieren/Deaktivieren (8) eine erste Auswahlimpedanz (18) umfasst, die einen ersten Auswahleingang (19) der Verstärkeranordnung mit dem ersten Anschluss (11) des ersten Transistors (10) verbindet, und mindestens eine weitere Auswahlimpedanz (28), die mindestens einen weiteren Auswahleingang (29) der Verstärkeranordnung mit dem ersten Anschluss (21) des mindestens einen weiteren Transistors (20) verbindet.
Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Auswahlimpedanz (18) und die mindestens eine weitere Auswahlimpedanz (28) im Bereich der Frequenzen des zu verstärkenden Signals (U_IN) höhere Impedanzwerte verglichen mit Impedanzwerten bei niedrigeren Frequenzen aufweisen.
Anordnung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Auswahlimpedanz (18) einen Impedanzwert zum Festlegen eines Arbeitspunktes des ersten Transistors (10) hat, wobei der Impedanzwert sich von dem Impedanzwert der mindestens einen weiteren Auswahlimpedanz (28) zum Festlegen eines Arbeitspunktes des mindestens einen weiteren Transistors (20) unterscheidet.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Aktivieren/Deaktivieren (8) eine erste Eingangsimpedanz (17) umfasst, die den Eingangsanschluss (9) der Verstärkeranordnung mit dem ersten Anschluss (11) des ersten Transistors (10) verbindet, und mindestens eine weitere Eingangsimpedanz (27), die den Eingangsanschluss (9) mit dem ersten Anschluss (21) des mindestens einen weiteren Transistors (20) verbindet.
Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Eingangsimpedanz (17) und die mindestens eine weitere Eingangsimpedanz (27) im Bereich der Frequenzen des zu verstärkenden Signals (U_IN) niedrigere Impedanzwerte verglichen mit Impedanzwerten bei niedrigeren Frequenzen aufweisen.
Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein am ersten Auswahleingang (19) anliegendes Potential und ein am mindestens einen weiteren Auswahleingang (29) anliegendes Potential unterschiedliche Werte zum Festlegen des Arbeitspunktes des ersten Transistors (10) und des Arbeitspunktes des mindestens einen weiteren Transistors (20) aufweisen.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Transistor (10) und der mindestens eine weitere Transistor (20) jeweils als npn-Bipolartransistor ausgeführt sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Transistor (10) und der mindestens eine weitere Transistor (20) jeweils als Feldeffekttransistor ausgeführt sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Potential des zweiten Versorgungsspannungsanschlusses (4) höher als ein Potential des ersten Versorgungsspannungsanschlusses (2) ist, welches ein Bezugspotential ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lastimpedanz (6) den gemeinsamen Ausgangsknoten (3) mit dem zweiten Versorgungsspannungsanschluss (4) verbindet.
Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastimpedanz (6) im Bereich der Frequenzen des zu verstärkenden Signals (U_IN) höhere Impedanzwerte verglichen mit Impedanzwerten bei niedrigeren Frequenzen aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausgangsanschlussimpedanz (7) den gemeinsamen Ausgangsknoten (3) mit dem Ausgangsanschluss (5) verbindet.
Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsanschlussimpedanz (7) im Bereich der Frequenzen des zu verstärkenden Signals (U_IN) niedrigere Impedanzwerte verglichen mit Impedanzwerten bei niedrigeren Frequenzen aufweist.
Verfahren zum Verstärken eines zu verstärkenden Signals mit einem umschaltbaren Verstärkungsfaktor mit folgenden Schritten: – Zuführen eines zu verstärkenden Signals (U_IN); – Zuführen mindestens eines Steuersignal zur Auswahl des Verstärkungsfaktors aus einer Menge umfassend einen ersten und mindestens einen weiteren Verstärkungsfaktor; – wahlweise Verstärken des zu verstärkendes Signals (U_IN) mit dem ersten Verstärkungsfaktor mit einem ersten Transistor (10) unter Ausnutzung einer Gegenkopplung mit einer ersten Koppelimpedanz mit induktivem Anteil (16) und/oder – Verstärken des zu verstärkendes Signals (U_IN) mit dem mindestens einen weiteren Verstärkungsfaktor mit mindestens einem weiteren Transistor (20) unter Ausnutzung einer Gegenkopplung mit mindestens einer weiteren Koppelimpedanz mit induktivem Anteil (26), deren Induktivitätswert sich von dem Induktivitätswert der ersten Koppelimpedanz (16) unterscheidet; – Ausgangsseitiges Abgreifen eines verstärkten Signals (U_OUT), wobei die erste Koppelimpedanz (16) eine Spule mit einem ersten und einem zweiten Anschluss sowie mindestens einer Wicklungsanzapfung und die mindestens eine weitere Koppelimpedanz (26) die Spule zwischen der mindestens einen Wicklungsanzapfung und dem zweiten Anschluss der Spule umfasst.
Verfahren nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch Aktivieren genau eines Transistors, indem entweder der erste oder der mindestens eine weitere Transistor (10, 20) aktiviert wird und jeder anderer Transistor deaktiviert wird (10, 20).
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, gekennzeichnet durch Abgeben eines in einen aktiven Betriebszustand versetzenden Bias-Potentials an einen ersten Anschluss (11) des ersten Transistors (10) und/oder an einen ersten Anschluss (21) des mindestens einen weiteren Transistors (20) zur Aktivierung dieses Transistors (10, 20) und zur Abgabe von in einen inaktiven Betriebszustand versetzenden Bias-Potentialen an einen ersten Anschluss (11, 21) der jeweils übrigen Transistoren (10, 20) zur Deaktivierung dieser Transistoren (10, 20).
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, gekennzeichnet durch Bereitstellen einer Versorgungsspannung (U_CC) zwischen einem ersten Versorgungsspannungsanschluss (2) und einem zweiten Versorgungsspannungsanschluss (4), so dass die Versorgungsspannung (U_CC) über einer Lastimpedanz (6) und über einer ersten Serienschaltung, umfassend den ersten Transistor (10) und die erste Koppelimpedanz (16), abfällt, wobei zu der ersten Serienschaltung mindestens eine weitere Serienschaltung, umfassend den mindestens einen weiteren Transistor (20) und die mindestens eine weitere Koppelimpedanz (26), parallel geschaltet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, gekennzeichnet durch Anlegen des zu verstärkenden Signals (U_IN) an einen Eingangsanschluss (9), der mit dem ersten Anschluss (11, 21) des ersten und des mindestens einen weiteren Transistors (10, 20) gekoppelt ist, wobei das zu verstärkende Signal (U_IN) dem ersten Anschluss (11, 21) des aktivierten Transistors (10, 20) zugeführt wird und nach der Verstärkung das verstärkte Signal (U_OUT) an einem Ausgangsanschluss (5) abgegriffen wird, der mit einem Ausgangsknoten (3) gekoppelt ist, der sich zwischen der Lastimpedanz (6) und der Serienschaltung befindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 24, gekennzeichnet durch Festlegen eines Arbeitspunktes des ersten Transistors (10) durch Anlegen eines Steuersignals (U₁) an einem ersten Auswahleingang (19) und durch eine erste Auswahlimpedanz (18), welche sich zwischen dem ersten Auswahleingang (19) und dem ersten Anschluss des ersten Transistors (10) befindet, oder Festlegen eines Arbeitspunktes des mindestens einen weiteren Transistors (20) durch Anlegen mindestens eines weiteren Steuersignals (U₂) an mindestens einem weiteren Auswahleingang (29) und durch mindestens eine weitere Auswahlimpedanz (28), welche sich zwischen dem mindestens einen weiteren Auswahleingang (29) und dem ersten Anschluss (21) des mindestens einen weiteren Transistors (20) befindet.