DE102008049665A1

DE102008049665A1 - Stellen eines Ausgangspegels einer Verstärkervorrichtung

Info

Publication number: DE102008049665A1
Application number: DE102008049665A
Authority: DE
Inventors: Andrea Camuffo; Andreas Langer
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2010-04-22
Also published as: US8193858B2; US20100079209A1

Abstract

Ein Verstärkermodul umfasst einen Verstärker (101) mit einem Ausgang und ein Koppelelement (108) zum Aufnehmen eines Signals am Ausgang. Es umfasst weiterhin einen Kontrolleingang zum Aufnehmen eines Kontrollsignals und einen umschaltbaren Leistungsdetektor (107) zum Ermitteln eines Leistungssignals aus dem Signal. Der umschaltbare Leistungsdetektor (107) ist an den Kontrolleingang gekoppelt und derart eingerichtet, dass ein Dynamikbereich des Leistungsdetektors (107) in Abhängigkeit des Kontrollsignals veränderbar ist.

Description

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung betreffen ein Verfahren zum Stellen eines Ausgangspegels einer Verstärkervorrichtung.
In einem elektronischen Kommunikationssystem umfasst ein Sender einen Ausgangsverstärker, beispielsweise eine Verstärkervorrichtung, der eine Leistung eines Sendesignals auf einen Ausgangspegel anhebt. Der Ausgangspegel muss groß genug sein, um ein Empfangen des Sendesignals durch einen Empfänger zu ermöglichen. Insbesondere in einem drahtlosen Kommunikationssystem, das beispielsweise durch einen der Standards GSM (Global System for Mobile Communication), UMTS (Universal Mobile Telecommunication Standard) oder W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) definiert ist, wird der Ausgangspegel eines mobilen Endgerätes von einer Basisstation oder entsprechend einer Vorgabe durch die Standardisierung vorgegebenen.
In einem Zeitmultiplexverfahren, wie TDMA, wird der Ausgangspegel entsprechend einer vorgegebenen Zeitmaske geschaltet. Dabei wird zunächst ein sogenannter Isolationspegel (isolation level) von bspw. –36 dBm für GSM900 eingenommen. Der Ausgangsgangspegel wird dann auf einen Zielwert (bspw. 5 dBm bis 33 dBm für GSM900) hochgefahren bzw. gestellt. Das Hochfahren bzw. Stellen des Ausgangspegels wird auch als „Ramping” bezeichnet.
Das Stellen des Ausgangspegels wird dabei häufig gesteuert, indem ein Wert des Ausgangspegels mittels eines Leistungsdetektors erfasst wird. In einer Regelschleife kann dieser Wert mit einem Zielwert verglichen werden und das Stellen des Ausgangspegels derart korrigiert werden, dass ein gewünschter Zielwert eingenommen wird. Ein solcher geschlossener Regelkreis wird auch als „closed loop” oder „closed power loop” bezeichnet.
Problematisch ist dabei, dass die Bandbreite der möglich einzunehmenden Werte des Leistungspegels in aller Regel größer ist als die Bandbreite bekannter linearer Leistungsdetektoren zur Messung der Ausgangsleistung. Es kann damit kein geschlossener Regelkreis zur Überwachung der Stellung eines gesamten Dynamikbereichs des Senders bereitgestellt sein. Entsprechend wird üblicherweise das Stellen der Ausgangsleistung mit Hilfe des geschlossenen Regelkreises nur in einem Ausschnitt des Dynamikbereichs erfolgen. Eine hinreichend zuverlässige Steuerung der Ausgangsleistung durch den geschlossenen Regelkreis wird in aller Regel für Ausgangsleistungen zu erwarten sein, die höher als 0 dBm liegen.
Üblicherweise werden daher Steuerungen der Ausgangsleistung vorgenommen, die einen Übergang von einer offenen, d. h. ohne Kenntnis des tatsächlichen Ausgangspegels erfolgenden Stellung des Ausgangspegels, einem sogenannten „open loop” bzw. „open power loop”, zu dem geschlossenen Regelkreis bzw. closed loop aufweisen.
Um ein gewünschtes Übergangsspektrum aufzuweisen, wird ein wiederholbarer Übergang zwischen dem Fall des open loop zu dem Fall des closed loop erforderlich sein.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zum Stellen eines Ausgangspegels einer Verstärkervorrichtung bereitzustellen, das ein möglichst effizientes Stellen des Ausgangspegels der Verstärkervorrichtung ermöglicht.
Das vorliegende Problem wird durch ein Verstärkermodul beziehungsweise die Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die folgenden aufeinanderfolgenden Schritte auf:
Verfahren zum Stellen eines Ausgangspegels einer

a) Erhöhen des Ausgangspegels mittels eines Leistungskontrollsignals bis zu einem ersten Pegel bei gleichzeitiger Erfassung des Ausgangspegels mit einem Leistungsdetektor (???);
b) Konstanthalten des Leistungskontrollsignals während eines Zeitintervalls;
c) Umschalten des Leistungserfassungsbereichs des Leistungsdetektors und
d) Erhöhen des Ausgangspegels mittels des Leistungskontrollsignals bei gleichzeitiger Erfassung des Ausgangspegels mit dem Leistungsdetektor.

Weiterbildungen und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Grundgedanke der Erfindung ist es, einen Leistungsdetektor zu nutzen, der mehrere Dynamikbereiche aufweist. Ein solcher Leistungsdetektor kann beispielsweise eine Mehrzahl von Detektordioden aufweisen, die für die verschiedenen Dynamikbereiche ausgelegt sind.
Dabei sind wenigstens zwei Dynamikbereiche vorgesehen, wobei innerhalb des ersten Dynamikbereichs vorzugsweise eine geschlossene, d. h. akkurate Regelung des Ausgangspegels erfolgt. Damit wird ein erster Pegel des Ausgangspegels zuverlässig und wiederholbar gestellt werden. Anschließen kann ein bekanntes Stellen der Ausgangsleistung innerhalb des zweiten Dynamikbereichs erfolgen. Dabei ist aber der Ausgangsgangspunkt des Ausgangspegels für das zunächst ungeregelte Stellen der Ausgangsleistung zuverlässig eingestellt. Ein unverhältnismäßig schnelles oder langsames Stellen der Ausgangsleistung in diesem Bereich oder in einer anschließenden geregelten Steuerung des Ausgangspegels wird damit vermieden. Das Übergangsspektrum zwischen einem open loop Betrieb zu einem closed loop Betrieb im zweiten Dynamikbereich liegt innerhalb bekannter Grenzen.
Der erste Pegel, der zugleich die Grenze zwischen dem ersten Dynamikbereich und dem zweiten Dynamikbereich festlegt, liegt für ein GSM900 System bspw. in einem Bereich von ca. –20 dBm bis ca. –10 dBm und wird auch als „pedastal power” bezeichnet.
In einer Ausführungsform wird eine Leistungsregelschleife für eine Ausgangsstufe zur Anwendung in einem TDMA Sender bereitgestellt, die einen Leistungsdetektor aufweist, der zwischen wenigstens zwei Dynamikbereiche umschaltbar ist. Ein erster Dynamikbereich umfasst geringe Leistungspegel, die unterhalb eines Sockelpegels (pedastal power) liegen. (pedastal power range oder Sockelbereich). Ein weiterer Dynamikbereich umfasst höhere Leistungspegel, die die Zielausgangsleistung des Sendebursts umfassen. Der Leistungsdetektor wird in einen Dynamikbereich durch ein dediziertes Kontrollsignal gestellt.
Die Regelung der Ausgangsleistung auf die pedastal power erfolgt im Sockelbereich des Leistungsdetektors und in einem closed loop Modus, d. h. durch Regeln mit einer geschlossenen Regelschleife. Sobald der Sockelpegel erreicht ist, wird der Leistungsdetektor auf den weiteren Dynamikbereich umgeschaltet, wobei das Leistungssteuerungssignal konstant gehalten wird. Das eigentliche Erhöhen (ramping) der Ausgangsleistung auf die Zielausgangsleistung erfolgt ausgehend von dem Sockelpegel zunächst in einem open loop Modus und anschließend in einem closed loop Modus, wobei der Leistungsdetektor auf den weiteren Dynamikbereich umgeschaltet ist.
In einer Ausführungsform des Verstärkermoduls weist dieses eine serielle Schnittstelle zum Umschalten des Leistungsdetektors auf. Dabei kann der Leistungsdetektor eine Vielzahl von Dynamikbereichen aufweisen, die jeweils für unterschiedliche Frequenzbänder und/oder Ausgangszielleistungen eingerichtet sind.
Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen erklärt.
1 zeigt eine Ausführungsform einer Verstärkervorrichtung.
2 zeigt schematisch einen zeitlichen Verlauf des Ausgangspegels, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gestellt ist.
3 zeigt eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Stellen einer Ausgangsleistung einer Verstärkervorrichtung.
1 zeigt das Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Verstärkervorrichtung. Die Verstärkervorrichtung 100 weist eine Verstärkerstufe 101 auf, die ein zu übertragendes Übertragungssignal an einem Eingang 102 aufnimmt. Das Übertragungssignal wird durch die Verstärkerstufe 101 zu einem Ausgangssendesignal verstärkt, wobei eine Verstärkung gemäß einem Verstärkungsfaktor erfolgt, der durch ein Verstärkungskontrollsignal festgelegt ist. Das Verstärkungskontrollsignal wird von der Verstärkerstufe 101 an einem Stelleingang 103 aufgenommen.
Das Ausgangssendesignal wird an einer Ausgangsleitung 104 bereitgestellt. Die Ausgangsleitung 104 ist über einen Leistungsschalter 105 an eine Antenne 106 gekoppelt. Der Leistungsschalter 105 koppelt während eines Sendebetriebs die Verstärkerstufe 101 an die Antenne 106. Während eines Empfangsbetriebs koppelt der Leistungsschalter 105 die Antenne 106 an einen Empfangspfad des Senders, in welchem die Verstärkervorrichtung 100 angeordnet sein kann. Der Empfangspfad ist in der 1 nicht dargestellt. Dem Fachmann sind verschiedene Realisierungen für verschiedene Ausführungen von Empfangspfaden bekannt.
Die Ausgangsleitung 104 ist weiterhin an einen Leistungsdetektor 107 gekoppelt. Der Leistungsdetektor 107 umfasst eine Rückführleitung 108. Ein Teil der Rückführleitung 108 verläuft parallel zu der Ausgangsleitung 104. Entsprechend weist die Rückführleitung 108 einen parallelen Abschnitt auf. Ein erstes Ende des parallelen Abschnitts verläuft in Richtung der Antenne 106 und ist mit einem Abschlusswiderstand 109 versehen, der einen bestimmten Widerstandswert aufweist, beispielsweise 50 Ohm. In anderen Ausführungsformen kann das erste Ende offen sein, so dass kein Abschlusswiderstand vorgesehen ist. Ein zweites Ende des parallelen Abschnitts ist mit einem Knoten 110 über die Rückführleitung verbunden. Der Leistungsdetektor 107 erhält so ein erstes Signal, das einem abgeschwächten Bild des verstärkten Übertragungssignals entspricht. Der Knoten 110 ist über eine Schaltvorrichtung 111 mit selektiv mit einer ersten Detektordiode 112 oder einer zweiten Detektordiode 113 verbunden. Die Schaltvorrichtung 111 kann bspw. eine einfacher Schalter oder ein Multiplexer sein. Ein Schaltzustand der Schaltvorrichtung 111 wird durch den Wert eines Schaltsignals auf einer Schaltleitung 114 gewählt.
Die erste Detektordiode 112 ist für ein Erfassen eines Signalpegels des ersten Signals in einem ersten Dynamikbereich des Ausgangssendesignals ausgelegt. Die zweite Detektordiode ist für ein Erfassen eines Signalpegels des ersten Signals in einem ersten Dynamikbereich des Ausgangssendesignals ausgelegt.
Dabei ist bspw. der erste Dynamikbereich ein Bereich von –45 dBm bis –20 dBm und der zweite Dynamikbereich ein Bereich von –20 dBm bis 15 dBm.
Eine erste Leitung 115 verbindet den Knoten 111 mit einem Analog-Digitalwandler 116. Der Analog-Digitalwandler wandelt ein von dem Leistungsdetektor erfasstes Leistungssignal in ein digitales Signal und stellt dieses anschließend einer APC Einheit 117 bereit.
Die APC Einheit 117 einen Zielwertanschluss 118 auf. In den Zielwertanschluss 118 kann ein Zielwertsignal gespeist werden, wobei das Zielwertsignal einen Leistungspegel des Ausgangssendesignals darstellt, der von der Verstärkerstufe 101 bereitgestellt werden soll. Aus dem Zielwert und dem Signal des Leistungsdetektors 107 ermittelt die APC-Einheit 117 ein Leistungskontrollsignal. Eine Kontrollleitung 119 verbindet einen Kontrollausgang 120 der APC-Einheit 117 mit dem Leistungskontrolleingang 103 der Verstärkerstufe 101.
Die Verstärkervorrichtung 100 weist derart eine Rückführschleife auf, die derart eingerichtet ist, dass mit ihrer Hilfe das Stellen einer Ausgangsleistung der Verstärkerstufe 101 geregelt werden kann.
Die Regelung wird nachfolgend anhand der 2 und 3 erklärt.
2 zeigt schematisch einen zeitlichen Verlauf des Ausgangspegels, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gestellt ist. Auf der Abzisse 200 ist dabei ein Leistungspegel des Ausgangssendesignals über Zeit auf der Ordinate 201 dargestellt. Gezeigt ist der zeitliche Verlauf der Ausgangsleistung für einen ein Burst während eines TDMA Frames. Dabei werden durch die Kurven 202 und 203 die vom Standard vorgegebenen Anforderungen dargestellt, innerhalb der die Ausgangsleistung liegen muss, damit der Sender in mit dem Standard konformer Weise das Signal sendet.
Die Kurve 204 gibt den Verlauf der Ausgangsleistung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wieder. Dabei wird von einem Startzeitpunkt 205 an die Leistung der Verstärkervorrichtung linear gesteigert, bis sie einen ersten Pegel 206 erreicht. Dieser erste Pegel 206 entspricht der pedastal power. Während dieses Zeitabschnittes wird die Verstärkervorrichtung eingeschaltet und der Verstärkungsfaktor kontinuierlich erhöht. Dies geschieht in einem closed loop-Modus, wobei die Schaltvorrichtung 111 durch die APC-Einheit 117 derart geschaltet ist, dass die Leistung mittels der ersten Detektordiode 112 erfasst wird. Die APC-Einheit 117 stellt das Leistungskontrollsignal in Abhängigkeit der erfasst Leistung und des Zielwertsignals. Das Zielwertsignal wird dabei in Abhängigkeit der Kurven 202 und 203 bestimmt.
Sobald der erste Pegel 206 erreicht ist, wird der Ausgangssignalpegel gehalten, bis zu einem zweiten Zeitpunkt 207 der Dynamikbereich des Leistungsdetektors 107 umgeschaltet wird. Dies geschieht für die Ausführungsform der 1 dadurch, dass durch die APC-Einheit 117 der Schaltzustand der Schaltvorrichtung 111 geändert wird, und der Leistungspegel nun mittels der zweitel Detektordiode 113 erfasst wird.
Anschließend wird der Leistungspegel des Ausgangssendesignals durch die APC-Einheit 117 in einem open loop vom ersten Pegel 206 weiter erhöht, bis die APC-Einheit 117 zu einem dritten Zeitpunkt 208 in einen closed loop Modus umschaltet. Ab dem dritten Zeitpunkt 208 erfolgt eine bekannte closed loop Regelung der Ausgangsleistung.
Dieses Vorgehen ist mit dem Vorteil verbunden, dass zum zweiten Zeitpunkt 207 der bereits gestellte Ausgangspegel genau bekannt ist, unabhängig von Variationen durch Produktionsabweichungen, Temperatur, Versorgungsspannung, etc. Im Ergebnis erfolgt eine stabile und wiederholbare Regelung der Ausgangsleistung mit geringen Abweichungen im Übergangsspektrum.
3 zeigt eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Stellen einer Ausgangsleistung einer Verstärkervorrichtung.
In einem ersten Schritt 300 wird ein Ausgangspegel mittels eines Leistungskontrollsignals bis zu einem ersten Pegel bei gleichzeitiger Erfassung des Ausgangspegels mit einem ersten Detektor (112) erfasst.
Dieser Schritt kann beinhalten, dass das Regeln des Leistungskontrollsignals mittels einer geschlossenen Regelschleife erfolgt.
In einem zweiten Schritt 301 wird das Leistungskontrollsignals während eines Zeitintervalls konstant gehalten.
In einem dritten Schritt 302 wird der Ausgangspegel mittels des Leistungskontrollsignals bei gleichzeitiger Erfassung des Ausgangspegels mit einem zweiten Detektor (113) erhöht.
Der dritte Schritt 302 kann umfassen, dass der Ausgangspegel mittels des Leistungskontrollsignals bis zu einem zweiten Pegel erhöht wird. Alternativ kann er für ein vorgegebenes Zeitintervall ohne Regelung durch eine Regelschleife erhöht werden. Anschließend oder von Anfang an kann während des dritten Schritts 302 das Regeln des Leistungskontrollsignals mittels einer geschlossenen Regelschleife erfolgen.

Claims

Verfahren zum Stellen eines Ausgangspegels einer Verstärkervorrichtung (101) mit aufeinanderfolgenden Schritten: a) Erhöhen des Ausgangspegels mittels eines Leistungskontrollsignals bis zu einem ersten Pegel bei gleichzeitiger Erfassung des Ausgangspegels mit einem ersten Detektor (112); b) Konstanthalten des Leistungskontrollsignals während eines Zeitintervalls; und c) Erhöhen des Ausgangspegels mittels des Leistungskontrollsignals bei gleichzeitiger Erfassung des Ausgangspegels mit einem zweiten Detektor (113)
Verfahren gemäß Patentanspruch 1, wobei Schritt a) umfasst: Regeln des Leistungskontrollsignals mittels einer geschlossenen Regelschleife.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche, wobei Schritt c) umfasst: d) Erhöhen des Ausgangspegels mittels des Leistungskontrollsignals bis zu einem zweiten Pegel.
Verfahren gemäß Patentanspruch 3 mit dem auf Schritt d) folgenden Schritt: e) Regeln des Leistungskontrollsignals mittels einer geschlossenen Regelschleife.
Verfahren zum Stellen eines Ausgangspegels einer Verstärkervorrichtung (101) mit aufeinanderfolgenden Schritten: a) Erhöhen des Ausgangspegels mittels eines Leistungskontrollsignals bis zu einem ersten Pegel bei gleichzeitiger Erfassung des Ausgangspegels mit einem Leistungsdetektor (107), b) Konstanthalten des Leistungskontrollsignals während eines Zeitintervalls, c) Umschalten des Leistungserfassungsbereichs des Leistungsdetektors (107) und d) Erhöhen des Ausgangspegels mittels des Leistungskontrollsignals bei gleichzeitiger Erfassung des Ausgangspegels mit dem Leistungsdetektor (107).
Verfahren gemäß Patentanspruch 5, wobei Schritt a) umfasst: Regeln des Leistungskontrollsignals mittels einer geschlossenen Regelschleife.
Verfahren gemäß einem der Patentansprüche 5 oder 6, wobei Schritt d) umfasst: e) Erhöhen des Ausgangspegels mittels des Leistungskontrollsignals bis zu einem zweiten Pegel.
Verfahren gemäß Patentanspruch 7 mit dem auf Schritt e) folgenden Schritt: f) Regeln des Leistungskontrollsignals mittels einer geschlossenen Regelschleife.
Ein Verstärkermodul umfassend: – ein Verstärker (101) mit einem Ausgang; – ein Koppelelement (108) zum Aufnehmen eines Signals am Ausgang; – einen Kontrolleingang zum Aufnehmen eines Kontrollsignals; und – einen umschaltbaren Leistungsdetektor (107) zum Ermitteln eines Leistungssignals aus dem Signal; wobei der umschaltbare Leistungsdetektor (107) an den Kontrolleingang gekoppelt ist und derart eingerichtet ist, dass ein Dynamikbereich des Leistungsdetektors (107) in Abhängigkeit des Kontrollsignals veränderbar ist.
Ein Verstärkermodul gemäß Patentanspruch 9, wobei der umschaltbare Leistungsdetektor (107) eine erste Detektordiode (112) und eine zweite Detektordiode (113) umfasst.