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Die
Erfindung betrifft eine Sende- und/oder Empfangsvorrichtung und
bezieht sich im Besonderen auf eine Sende- und/oder Empfangsvorrichtung hoher
Integrationsdichte und Parameterstabilität.
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Zur
Verbesserung der Diebstahlssicherheit aber auch um einem Fahrzeugnutzer
mehr Komfort zu bieten, werden heutzutage Funksteuerungen eingesetzt,
die es dem Fahrzeugnutzer ermöglichen
bestimmte Einrichtungen des Fahrzeugs aus der Distanz zu steuern
oder zu überwachen.
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Beispielsweise
werden der Zugang zu einem Fahrzeug und dessen Betrieb zunehmend
mithilfe elektronischer Sicherungssysteme geschützt, die den Zugang bzw. die
Inbetriebnahme des Fahrzeugs nur nach einer erfolgreichen elektronischen
Authentifizierung ermöglichen.
Die Authentifizierung erfolgt dabei üblicherweise mittels einer
Datenkommunikation, die zwischen einer zumeist am Fahrzeug angeordneten
ersten Kommunikationseinrichtung und einer im Besitz der berechtigten
Person befindlichen zweiten, meist mobilen Kommunikationseinrichtung stattfindet.
Die Reichweite derartiger Systeme ist auf wenige Meter beschränkt, da
die Verifikation der Berechtigung nur in unmittelbarer Nachbarschaft
des Fahrzeugs oder der jeweiligen Einrichtung erfolgen sollte, um
näher am
Fahrzeug oder der Einrichtung befindlichen, aber nichtberechtigten
Personen keine Möglichkeit
zu geben, die erfolgreiche Authentifizierung zu missbrauchen. Weniger
kritische Systeme, wie z. B. eine fernbedienbare Motor- oder Innenraumheizung,
können
jedoch meist über
größere Entfernungen
per Funk angesprochen werden. Einige Anbieter offerieren hierzu
geeignete Funksysteme mit größeren Reichweiten.
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Für nicht
sicherheitskritische Funktionen eines Fahrzeugs, zu denen neben
den bereits angesprochenen Heizungen beispielsweise Systeme zur Überwachung
bestimmter Zustände
oder Funktionen von Fahrzeugeinrichtungen, wie z. B. zur Kontrolle der
Schließstellungen
der Fahrzeugsperreinrichtungen, der Schließstellung von Fenstern oder
Schiebedach, des Kilometerstands oder des Füllgehalts eines Tanks zählen, ist
es jedoch wünschenswert
diese über
größere Entfernungen
bedienen bzw. abfragen zu können.
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Die
Kommunikationsreichweite zwischen erster und zweiter Kommunikationseinrichtung
sollte hierfür
in etwa 500 m oder mehr betragen. Da jedoch die maximal zulässige Sendeleistung
derartiger Kommunikationseinrichtungen in vielen Ländern durch
gesetzliche Vorgaben beschränkt
ist, muss die Sendeleistung kontrolliert einstellbar sein, um eine maximale
Reichweite ohne Verletzung der gesetzlichen Vorgaben zu erreichen.
Senderseitig werden daher meist Schaltungen bzw. Schaltkreise erhöhter Komplexität verwendet,
die auch bei veränderten
Betriebs- und Umgebungsbedingungen eine konstante oder kontrolliert
einstellbare Sendeleistung garantieren.
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Auf
der Empfängerseite
muss die Eingangsstufe bei großen
Reichweiten möglichst
rauscharm ausgebildet sein und einen hohen Verstärkungsfaktor aufweisen, da
die Signalstärke
des Funksignals mit zunehmender Entfernung vom Sender stark abnimmt und
nur so ein ausreichender Signal-zu-Rauschabstand des aus dem empfangenen
Signal erzielten Nutzsignals erreicht werden kann. Zur Sicherstellung einer
großen
Reichweite, d. h. eines großen
Abstands zwischen Sender und Empfänger, müssen auch hier Vorkehrungen
getroffen sein um die Eingangsstufe bei unterschiedlichen Betriebs-
und Umgebungsbedingungen stets im Optimum zu betreiben. Wie bei
der Sendestufe erfordern auch diese Maßnahmen einen erhöhten Schaltungsaufwand, der
die Anzahl der erforderlichen Bauelemente und damit die Kosten der
Eingangsstufe erhöht.
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Die
mit dem erhöhten
Schaltungsaufwand verbundenen Kosten können bei höheren Fertigungsstückzahlen
reduziert werden, indem die Sende- und/oder Eingangsstufe in Form
eines Integrierten Schaltkreises (IC für englisch: Integrated Circuit) ausgeführt wird.
Insbesondere bieten sich hierzu anwendungsspezifische Integrierte
Schaltungen (ASIC für
englisch: Application Specific Integrated Circuit) an,
die nach Kundenanforderung gefertigt werden. ASICs werden in Silziumtechnologie
hergestellt und können
digitale mit analogen Schaltkreisen in einem Chip vereinen. Neben
der Kostenersparnis bieten ICs eine hohe Integrationsdichte, die
eine vorteilhafte Miniaturisierung des Schaltungsaufbaus ermöglicht.
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Die
Einbindung von Sendestufen und Empfangsstufen in integrierte Schaltkreise
birgt jedoch auch einige Nachteile. Abhängig von verschiedenen Faktoren,
wie z. B. avisierter Stromverbrauch, Herstellungskosten, Schaltgeschwindigkeiten,
Logik- und Analogeinheiten und Verfügbarkeit des Herstellers, wird
eine bestimmte Herstellungstechnologie festgelegt. Je nach Herstellungstechnologie
ergeben sich unterschiedliche Schaltungstopologien, Dotierungsverfahren
und Herstellungsabläufe.
Entsprechend ergeben sich daraus unterschiedliche Eigenschaften
der integrierten Schaltung, beispielsweise bezüglich der Spannungsfestigkeit,
Transitfrequenzen, Schaltgeschwindigkeiten usw., so dass die Wahl einer
bestimmten Herstellungstechnologie gerade im Hochfrequenzbereich
stets mit einem Kompromiss in der technischen Ausführung einer
Schaltung verbunden ist. Ein derartiger Kompromiss kann beispielsweise
einen schlechten Wirkungsgrad, d. h. ein niedriges Verhältnis von
der Hochfrequenz-Ausgangsleistung zu der vom Schaltkreis aufgenommenen (Gleichstrom-)Versorgungsleistung,
bedingen; ein Fakt, der den Funktionskomfort insbesondere bei batteriebetriebenen
Sendern beeinträchtigen
kann. Ferner kann die bei manchen Technologien gegebene niedrige
Spannungsfestigkeit dazu führen,
dass man zum Erreichen einer vorgegebenen Hochfrequenz-Ausgangsleistung
einen zu hohen Strom benötigt.
Wäre eine
Ausführung
der Schaltung in einer Technologie mit höherer Spannungsfestigkeit möglich, könnte der
zum Erzeugen der Ausgangsleistung erforderliche Strom im Verhältnis zur
erhöhten
Spannung reduziert werden.
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Aus
Kostengründen
und aufgrund der sich auf einem vergleichsweise hohem Niveau bewegenden
Siliziumtechnologie werden höher
integrierte Schaltungen meist in Form von Siliziumchips hergestellt.
Wegen seines geringen Bandabstands von 1,12 eV (bei Raumtemperatur)
eignet sich Silizium jedoch nicht zur Herstellung eines rauscharmen
Verstärkers,
wie er für
eine wie oben beschriebene Eingangsstufe erforderlich wäre.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, die oben genannten Nachteile zu überwinden
und eine Sende- und/oder Empfangsvorrichtung hoher Parameterstabilität und Integrationsdichte,
geringer Leistungsaufnahme und guter Signalqualität anzugeben.
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Die
Aufgabe wird gemäß dem unabhängigen Anspruch
der Erfindung gelöst.
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Die
Erfindung umfasst eine funktechnische Vorrichtung zum Senden und/oder
Empfangen von Funksignalen, mit einer Signalverstärkungseinrichtung
zum Verstärken
von elektrischen Signalen und einer Parametersteuerungseinrichtung
zum Steuern von Betriebsparametern der Signalverstärkungseinrichtung.
Die Parametersteuerungseinrichtung ist hierbei zumindest zum Teil
in Form eines integrierten Schaltkreises ausgeführt und zumindest eine Verstärkungsstufe
der Signalverstärkungseinrichtung
ist nicht in diesem integrierten Schaltkreis ausgeführt.
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In
diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die in dieser
Beschreibung und den Ansprüchen
zur Aufzählung
von Merkmalen verwendeten Begriffe "umfassen", "aufweisen", "beinhalten", "enthalten" und "mit", sowie deren grammatikalische Abwandlungen,
generell als nichtabschließende
Aufzählung
von Merkmalen, wie z. B. Verfahrensschritten, Einrichtun gen, Bereichen,
Größen und
dergleichen aufzufassen ist, die in keiner Weise das Vorhandensein
anderer oder zusätzlicher
Merkmale oder Gruppierungen von anderen oder zusätzlichen Merkmalen ausschließt.
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Die
Erfindung ermöglicht
funktechnische Anlagen mit hoher Integrationsdichte bei gleichzeitig
hoher Parameterstabilität
und geringer Leistungsaufnahme. Sie gewährleistet eine Signalverarbeitung höchster Qualität bei minimalem
Bauvolumen.
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Die
Erfindung wird in ihren abhängigen
Ansprüchen
weitergebildet.
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Für eine schnelle
Steuerung der Signalverstärkungseinrichtung
und um eine aufwändige
Auslegung und Kalibrierung dieser Einrichtung zu umgehen, umfasst
die Parametersteuerungseinrichtung vorteilhaft eine Zuordnungstabelle,
in der die für
gewünschte
Betriebszustände
der Signalverstärkungseinrichtung
erforderlichen Betriebsparameter abhängig von den Schaltungsparametern,
wie beispielsweise den jeweils aktuell gemessenen Betriebsgrößen, abgespeichert
sind. Hierdurch können
Entwicklungsaufwand und damit Entwicklungszeit enorm verkürzt werden.
Zur optimierten Signalführung
kann die Parametersteuerungseinrichtung zweckmäßig ein Anpassungsnetzwerk
umfassen. Für
die Steuerung der Betriebsparameter kann die Parametersteuerungseinrichtung
ferner bedarfsweise eine Rückkopplungsschaltung
umfassen, die eine positive oder negative Rückkopplung verwendet. Insbesondere
bei einer mit Transistoren als Verstärkungselementen aufgebauten
Signalverstärkungseinrichtung
kann die Parametersteuerungseinrichtung vorzugsweise zum Steuern
des Arbeitspunkts der Signalverstärkungseinrichtung ausgebildet
sein.
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Zur Überwachung
und Messung von Betriebsgrößen bzw.
Betriebsbedingungen weist die Parametersteuerungseinrichtung günstigerweise
einen oder mehrere Sensoren auf, wobei vorteilhaft zumindest einer
der Sensoren innerhalb des integrierten Schaltkreises angeordnet
ist, der zumindest einen Teil der Parametersteuerungseinrichtung
umfasst.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Signalverstärkungseinrichtung
zumindest einen Sensor, um Betriebsgrößen bzw. Betriebsbedingungen
an Bauelementen im diskret aufgebauten Teil der Signalverstärkungseinrichtung
aufzunehmen und in elektrische Signale umzuwandeln.
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Weitere
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele
in Verbindung mit den Ansprüchen
sowie den Figuren. Die einzelnen Merkmale können bei einer Ausführungsform
gemäß der Erfindung
je für
sich oder zu mehreren verwirklicht sein. Bei der nachfolgenden Erläuterung
einiger Ausführungsbeispiele
der Erfindung wird auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen,
von denen
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1 ein
Beispiel einer diskret aufgebauten Leistungsstufe einer Sendeeinrichtung
nach dem Stand der Technik zeigt,
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2 ein
Ausführungsbeispiel
einer teilintegriert ausgeführten
Sendeleistungsstufe zeigt und
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3 ein
Ausführungsbeispiel
einer teilintegriert ausgeführten
Eingangsstufe eines Empfängers zeigt.
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In
der 1 ist das Schaltbild einer konventionellen Leistungsstufe 1 einer
Sendeeinrichtung dargestellt. Die Schaltung 1 setzt sich
aus drei Funktionsgruppen 2, 3 und 4 zusammen,
die mittels gestrichelter Linien umgrenzt hervorgehoben sind. Die Funktionsgruppe 2,
die die Anschlüsse
für die
Versorgungsspannung, die Widerstände
R1, R2 und R3 sowie den Transistor T1 umfasst, dient dem Ein- und Ausschalten
der Leistungsstufe 1. Die dieser nachfolgende Funktionsgruppe 3 umfasst
den Transistor T2, dessen Einstellung über die Wider stände R5,
R6, R7, R8, den Kondensator C6 sowie die Dioden D1 und D2 erfolgt.
Diese Funktionsgruppe 3 dient der Einstellung des Arbeitspunkts
der eigentlichen Signalverstärkerstufe 4,
deren aktives Element von dem Transistor T3 gebildet wird.
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Die
Funktionsgruppe 3 ist erforderlich, da, damit über den
Anschluss 4b stets die maximale Signalleistung abgegeben
werden kann, die Verstärkung
eines über
den Anschluss 4a eingespeisten Signals über einen großen Temperaturbereich
der Schaltung konstant gehalten werden muss. Hierzu muss der Arbeitspunkt
des signalverstärkenden Transistors
T3 entsprechend den Änderungen
seiner jeweiligen Betriebstemperatur nachgeführt werden. Hierzu dienen die über den
Widerstand R4 gescherten Dioden D1 und D2, die im Zusammenwirken
mit dem, über
die Widerstände
R5, R6, R7 und R8 sowie dem Kondensator C6 eingestellten, Transistor
T2 den Basisstrom des Transistors T3 temperaturabhängig einstellen.
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Eine
Herstellung der Schaltung 1 mit diskreten Bauelementen
ist einerseits sehr kostenintensiv und führt andererseits zu einem relativ
großen
Bauvolumen der Leistungsstufe 1. Eine vollständige Integration
der Schaltung auf einem Halbleiterchip ist jedoch unvorteilhaft,
da die Integration des signalverstärkenden Transistors T3 gegenüber der
Verwendung eines diskret aufgebauten Transistors T3 zu einer erhöhten Leistungsaufnahme
dieses Schaltungselements bei gleicher Ausgangsleistung führt. Außerdem ist
die Integration induktiver Elemente in einen IC oftmals nicht möglich.
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Um
eine kostengünstig
herstellbare Leistungsstufe geringen Bauvolumens und mit geringer Leistungsaufnahme
zu schaffen, können
all diejenigen Funktionsgruppen 2 und 3, die für die Arbeitspunkteinstellung
der Signalverstärkerstufe 4 verantwortlich
sind, innerhalb eines integrierten Schaltkreises ausgebildet werden.
Darüber
hinaus können
geeignete Teile der Signalverstärkerstufe 4 ebenfalls mit
integriert werden. Dies betrifft im vorliegenden Beispiel vor allem
die kapazitiven Schaltungselemente. Mit anderen Worten können alle
Schaltungselemente, die der Einstellung des Arbeitspunkts des Transistor
T3 dienen innerhalb einer integrierten Schaltung ausgebildet werden.
Eine Teilintegration dieser Elemente ist jedoch ebenso möglich, insbesondere
wenn einige dieser Elemente außerhalb
der integrierten Schaltung zugänglich
sein sollen oder ihre Integration technisch und/oder wirtschaftlich
nur schwer oder nicht umzusetzen ist. Weitere Schaltungselemente
der Signalverstärkerstufe 4,
deren Integration sich nicht negativ auf die Herstellungskosten
oder auf Betriebsparameter wie beispielsweise die Leistungsaufnahme
der Schaltung 1 auswirkt, können darüber hinaus ebenfalls mit integriert
werden.
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In 2 ist
eine teilintegrierte Leistungsstufe 10 einer funktechnischen
Einrichtung wiedergegeben. Die als IC 10a realisierten
Komponenten der Leistungsstufe 10 sind mit einer Schraffur überlagert dargestellt.
Der außerhalb
des ICs 10a mit diskreten Bauelementen realisierte Teil 10b der
Leistungsstufe 10 ist nicht schraffiert gezeigt.
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Die
Leistungsstufe 10 umfasst einen Signaleingang 13,
der das zu verstärkende
Signal an die Signalverstärkungseinrichtung 11 weiterleitet.
Das verstärkte
Signal wird von der Signalverstärkungseinrichtung 11 zur
weiteren Behandlung, beispielsweise zum Aussenden über eine
Antenne, an den Signalausgang 14 übergeben. Die Einstellung der
Betriebsparameter der Signalverstärkungseinrichtung 11 erfolgt
in der Parametersteuerungseinrichtung 12. Die Einstellung
der Betriebsparameter kann dabei gesteuert oder geregelt erfolgen.
Beide Begriffe werden, sofern nicht explizit anders angegeben, in
dieser Schrift abweichend vom deutschen Sprachgebrauch synonym verwendet.
Dies betrifft auch alle grammatikalischen Abwandlungen beider Begriffe.
In dieser Schrift kann daher der Begriff 'Steuerung' ebenso eine Rückführung einer Regelgröße bzw.
deren Messwerts umfassen, wie sich der Begriff 'Regelung' auf eine einfache Steuerkette beziehen
kann.
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Vorzugsweise
sind z. B. alle diejenigen Elemente der Leistungsstufe 10 in
einem integrierten Schaltkreis, z. B. einem ASIC, ausgebildet, deren Funktion
durch die Integration nicht negativ beeinflusst wird. Generell werden
alle solchen Teile der Leistungsendstufe innerhalb des IC integriert,
welche bspw. gegenüber
Baugröße, Leistungseffizienz
und weiteren Merkmalen einen sinnvollen Kompromiss darstellen. Insbesondere
können
Anpassungsnetzwerke und bei mehrstufigen Leistungsstufen 10 auch einzelne
von deren Verstärkungsstufen
innerhalb des integrierten Schaltkreises ausgebildet sein.
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In
dem Beispiel der 2 erfolgt die Einstellung der
Betriebsparameter der Signalverstärkungseinrichtung 11 über die
Parametersteuerungseinrichtung 12. Diese umfasst eine Messeinrichtung 17 zur Messung
von Betriebsgrößen der
Leistungsstufe 10 und insbesondere der Signalverstärkungseinrichtung 11.
Die Messung der Betriebsgrößen erfolgt
unter Verwendung von Sensoren, die wie z. B. die Sensoren 15 und 16 im
Bereich der Signalverstärkungseinrichtung 11,
oder wie die Sensoren 19 und 20 im Bereich der
Parametersteuerungseinrichtung 12 angeordnet sind.
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Falls
die zu messende Betriebsgröße von der
Betriebstemperatur der Signalverstärkungseinrichtung 11 gebildet
wird und der Schaltungsaufbau sicherstellt, dass Signalverstärkungseinrichtung 11 und
Parametersteuerungseinrichtung 12 sich stets auf der selben
Temperatur befinden oder ein bestimmtes Temperaturverhältnis zueinander
einnehmen, dann ist ein Sensor zur Überwachung der Betriebstemperatur
hinreichend. Dieser Sensor ist bevorzugt in der Parametersteuerungseinrichtung 12 und
als Temperatursensor 20 darin vorzugsweise innerhalb des
im integrierten Schaltkreis 10a ausgeführten Schaltungsabschnitts 12a angeordnet.
Eine Anordnung als Sensor 19 innerhalb des aus diskreten
Bauelementen aufgebauten Abschnitts 12b bietet sich an,
wenn das zur Bestimmung der Betriebstemperatur signifikante Gebiet
außerhalb
des, den Ab schnitt 10a der Leistungsstufe umfassenden,
integrierten Schaltkreises liegt. Werden zur Ermittlung der zum
Betrieb der Signalverstärkungseinrichtung 11 erforderlichen
Parameter weitere Betriebsgrößen wie
z. B. die aktuell abgestrahlte Signalleistung oder dergleichen benötigt, so
umfassen die Sensoreinrichtungen 19 bzw. 20 auch
zum Erfassen dieser Betriebsgrößen geeignete
Wandler.
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Betriebsgrößen, die
sich lediglich an der Signalverstärkungseinrichtung 11 selbst
bestimmen lassen, werden zweckmäßig über darin
angeordnete Sensoreinrichtungen 15 bzw. 16 erfasst
und in von der Messeinrichtung 17 verarbeitbare elektrische
Signale umgewandelt. Die Erfassung der Betriebsgrößen kann
dabei mithilfe der Sensoreinrichtung 16 an Schaltungsabschnitten 11a der
Signalverstärkungseinrichtung 11 erfolgen,
die wie die Sensoreinrichtung 16 selbst innerhalb der integrierten
Schaltung angeordnet sind. Zur Bestimmung der Betriebsgrößen von
diskret aufgebauten Schaltungsabschnitten 11b der Signalverstärkungseinrichtung 11 werden günstigerweise
in diesem Schaltungsteil angeordnete Sensoreinrichtungen 15 verwendet.
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Statt
oder ergänzend
zu einer Steuerung der Betriebsparameter mittels einer sensorbasierenden Messeinrichtung
kann die Steuerung beispielsweise auch mittels einer positiven Rückkopplung
oder einer als Gegenkopplung bezeichneten negativen Kopplung erfolgen.
Auch die hierzu erforderlichen Bauelemente werden, soweit wie möglich, d.
h. soweit dies keine negativen Auswirkungen auf das Betriebsverhalten
der Signalverstärkungseinrichtung 11 hat,
innerhalb des integrierten Schaltkreises ausgeführt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der teilintegrierten Leistungsstufe 10 ist nur ein Teil
Endstufe inklusive deren aktiven Verstärkungselements nicht in dem
integriert ausgeführten
Schaltungsteil 10a der Leistungsstufe 10 enthalten,
sondern als zum IC 10a externer Schaltungsteil 11b mit
dis kreten Bauelementen aufgebaut. Die Arbeitspunkteinstellungen
der Signalverstärkungseinrichtung 11 werden zumindest
teilweise, wenn möglich
jedoch vollständig mittels
innerhalb des ICs 10a angeordneter Schaltungsabschnitte
wie 16, 17a, 18a und 20 bewirkt,
wobei zur Ermittlung von Betriebsgrößen im externen Schaltungsabschnitt 11b,
beispielsweise zum Bestimmen der Betriebsspannung oder der Temperatur, zum
integrierten Schaltungsabschnitt 10a externe Sensor- und
Messeinrichtungen verwendet werden können.
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Die
Bestimmung der Betriebsgrößen ermöglicht die
Kontrolle und gegebenenfalls die Nachregelung der Betriebsparameter,
insbesondere des Arbeitspunkts der Leistungsstufe 10. Die
Steuerung der Signalverstärkungseinrichtung
muss sich jedoch nicht auf die Einstellung von nur einer Betriebsgröße beschränken. Vielmehr
kann die Signalverstärkungseinrichtung 11 in
verschiedene Betriebszustände
gesteuert werden, um z. B. andere Verstärkungen oder Dämpfungen
einzustellen oder die Signalverstärkungseinrichtung 11 auszuschalten.
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Die
Einstellung der Betriebsparameter erfolgt bevorzugt mittels einer
Zuordnungstabelle 18, in der die für einen gewünschten Betriebszustand der Signalverstärkungseinrichtung 11 erforderlichen
Betriebsparameter abhängig
von den Schaltungsparametern, d. h. den jeweils aktuell gemessenen
Betriebsgrößen, abgespeichert
sind. Die Zuordnungstabelle ermöglicht
eine schnelle und unkomplizierte Steuerung bestimmter Betriebsgrößen der
Signalverstärkungseinrichtung 11 ohne
diese direkt messen zu müssen.
Beispielsweise können
Ausgangsleistung, Verstärkungsfaktor,
Stromverbrauch und dergleichen mehr Betriebsgrößen der Signalverstärkungseinrichtung 11 typspezifisch
für verschiedene
Betriebsbedingungen, d. h. bei unterschiedlichen Temperaturen, Betriebsspannungen
usw. ermittelt und die, bei den gemessenen Bedingungen für bestimmte
vorgegebene Betriebsgrößen, erforderlichen
Betriebsparameter in der Zuordnungstabelle gespeichert werden. Während des
Betriebs der Leistungsstufe 10 werden dann die für eine bestimmte
Ausgangsleistung, einen bestimmten Verstärkungsfaktor usw. bei der jeweiligen
Betriebsbedingung erforderlichen Betriebsparameter von der Zuordnungstabelle
abgerufen und eingestellt.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der teilintegrierten
Leistungsstufe 10 werden auch die ein- bzw. ausgangsseitige
Anpassungsnetzwerke innerhalb des IC ausgebildet.
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Die 3 zeigt
eine teilintegrierte Eingangsstufe 30 einer funktechnischen
Einrichtung. Die als IC 30a realisierten Komponenten der
Eingangsstufe 30 sind mit einer Schraffur überlagert
dargestellt. Der außerhalb
des ICs 30a mit diskreten Bauelementen realisierte A 30b der
Eingangsstufe 30 ist nicht schraffiert gezeigt.
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Die
Eingangsstufe 30 umfasst einen Signaleingang 33,
der das zu verstärkende
Signal an die als Eingangsverstärker 31 ausgebildete
Signalverstärkungseinrichtung
weiterleitet. Das verstärkte
Signal wird von dem Eingangsverstärker 31 zur weiteren Verarbeitung
an den Signalausgang 34 übergeben. Die Einstellung der
Betriebsparameter des Eingangsverstärkers 31 erfolgt in
der Parametersteuerungseinrichtung 32.
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Vorzugsweise
sind beispielsweise alle diejenigen Elemente der Eingangsstufe 30 in
einem integrierten Schaltkreis, wie z. B. dem einen Teil der Leistungsstufe 10 umfassenden
ASIC, ausgebildet, deren Funktion z. B. durch die Integration nicht
negativ beeinflusst wird. Generell werden alle solchen Teile der
Leistungsendstufe innerhalb des IC integriert, welche bspw. gegenüber Baugröße, Leistungseffizienz
und weiteren Merkmalen einen sinnvollen Kompromiss darstellen. Insbesondere
wird daher das verstärkende
aktive Element der ersten Stufe des Eingangsverstärkers 31 extern
zum IC ausgeführt,
da das zur Herstellung von ICs verwendete Silizium wegen seines
geringen Bandabstands zu einem wesentlich höheren Rauschanteil der Verstärkung führt, als
z. B. das für
Zwecke der Verstärkung
schwacher Signale bevorzugte GaAs, dessen Bandabstand von 1,42 eV
bei Raumtemperatur einen deutlich niedrigeren Rauschleistungszusatz
bei der Verstärkung
ermöglicht.
Wie oben bereits unter Bezug auf die Leistungsstufe 10 ausgeführt, kann
die Integration der Eingangsstufe je nach Erfordernis in unterschiedlichem
Maße vorgenommen
werden, wobei zumindest das aktive erste Verstärkungselement des Eingangsverstärkers 31 als
diskretes Element extern zum IC ausgeführt wird.
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Dementsprechend
weist der Eingangsverstärker
einen im IC integrierten Teil 31a und einen extern dazu
diskret aufgebauten Teil 31b auf. Falls bestimmte Betriebsgrößen bzw.
Bedingungen an den externen Bauelementen des Eingangsverstärkers gemessen
werden müssen,
weist die Eingangsstufe 30 eine Sensoreinrichtung auf,
deren Messfühler
im diskret aufgebauten Bereich des Eingangsverstärkers 31 angeordnet
sind. Ansonsten kann die Bestimmung der Betriebsgrößen bzw.
Bedingungen analog zu dem für
die Leistungsstufe 10 Ausgeführten mittels einer integriert
ausgebildeten Sensoreinrichtung 36 erfolgen. Das für die Leistungsstufe 10 Ausgeführte gilt
gleichfalls analog für
die Parametersteuerung 32 (mit den Teilen 32a und 32b)
und deren Messeinrichtung 37 (mit den Teilen 37a und 37b),
der Zuordnungstabelle 38 (mit den Teilen 38a und 38b),
sowie den Sensoreinrichtungen 39 und 40.
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Eine
funktechnische Vorrichtung mit einer wie oben vorgestellten Leistungsstufe
und/oder Eingangstufe weist eine hohe Integrationsdichte bei gleichzeitig
hoher Parameterstabilität
und geringer Leistungsaufnahme auf, und gewährleistet so eine Signalverarbeitung
höchster
Qualität
bei minimalem Bauvolumen.
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- 1
- diskrete
Leistungsstufe
- 2
- Funktionsgruppe
zum Ein- und Ausschalten
- 3
- Funktionsgruppe
zur Arbeitspunkteinstellung
- 4
- Funktionsgruppe
zur Signalverstärkung
- 4a
- Signaleingang
- 4b
- Signalausgang
- 10
- teilintegrierte
Leistungsstufe
- 10a
- integriert
ausgeführter
Teil der Leistungsstufe
- 10b
- diskret
ausgeführter
Teil der Leistungsstufe
- 11
- Signalverstärkungseinrichtung
- 11a
- integriert
ausgeführter
Teil der Signalverstärkungseinrichtung
- 11b
- diskret
ausgeführter
Teil der Signalverstärkungseinrichtung
- 12
- Parametersteuerungseinrichtung
- 12a
- integriert
ausgeführter
Teil der Parametersteuerungseinrichtung
- 12b
- diskret
ausgeführter
Teil der Parametersteuerungseinrichtung
- 13
- Signaleingang
im integriert ausgeführten
Teil der Leistungsstufe
- 14
- Signalausgang
im diskret ausgeführten
Teil der Leistungsstufe
- 15
- Sensoreinrichtung
im diskret ausgeführten Teil
der Signalverstärkungseinrichtung
- 16
- Sensoreinrichtung
im integriert ausgeführten Teil
der Signalverstärkungseinrichtung
- 17
- Messeinrichtung
- 17a
- Messeinrichtung
im integriert ausgeführten Teil
der Parametersteuerungseinrichtung
- 17b
- Messeinrichtung
im diskret ausgeführten
Teil der Parametersteuerungseinrichtung
- 18
- Zuordnungstabelle
- 18a
- Zuordnungstabelle
im integriert ausgeführten Teil
der Parametersteuerungseinrichtung
- 18b
- Zuordnungstabelle
im diskret ausgeführten Teil
der Parametersteuerungseinrichtung
- 19
- Sensoreinrichtung
im diskret ausgeführten Teil
der Parametersteuerungseinrichtung
- 20
- Sensoreinrichtung
im integriert ausgeführten Teil
der Parametersteuerungseinrichtung
- 30
- teilintegrierte
Eingangsstufe
- 30a
- integriert
ausgeführter
Teil der Eingangsstufe
- 30b
- diskret
ausgeführter
Teil der Eingangsstufe
- 31
- Eingangsverstärker
- 31a
- integriert
ausgeführter
Teil des Eingangsverstärkers
- 31b
- diskret
ausgeführter
Teil des Eingangsverstärkers
- 32
- Parametersteuerungseinrichtung
- 32a
- integriert
ausgeführter
Teil der Parametersteuerungseinrichtung
- 32b
- diskret
ausgeführter
Teil der Parametersteuerungseinrichtung
- 33
- Signaleingang
im diskret ausgeführten
Teil der Eingangsstufe
- 34
- Signalausgang
im integriert ausgeführten
Teil der Eingangsstufe
- 35
- Sensoreinrichtung
im diskret ausgeführten Teil
des Eingangsverstärkers
- 36
- Sensoreinrichtung
im integriert ausgeführten Teil
des Eingangsverstärkers
- 37
- Messeinrichtung
- 37a
- Messeinrichtung
im integriert ausgeführten Teil
der Parametersteuerungseinrichtung
- 37b
- Messeinrichtung
im diskret ausgeführten
Teil der Parametersteuerungseinrichtung
- 38
- Zuordnungstabelle
- 38a
- Zuordnungstabelle
im integriert ausgeführten Teil
der Parametersteuerungseinrichtung
- 38b
- Zuordnungstabelle
im diskret ausgeführten Teil
der Parametersteuerungseinrichtung
- 39
- Sensoreinrichtung
im diskret ausgeführten Teil
der Parametersteuerungseinrichtung
- 40
- Sensoreinrichtung
im integriert ausgeführten Teil
der Parametersteuerungseinrichtung