DE102009029422B4

DE102009029422B4 - Sender mit Hybrid-Leistungsregelung

Info

Publication number: DE102009029422B4
Application number: DE102009029422.8A
Authority: DE
Inventors: Alexander Belitzer; Andrea Camuffo; Nick Shute; Michael Wilhelm
Original assignee: Apple Inc
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2008-09-18
Filing date: 2009-09-14
Publication date: 2021-07-08
Anticipated expiration: 2029-09-15
Also published as: US8699976B2; US8315581B2; US20130029616A1; DE102009029422A1; US20100069026A1

Abstract

Sender (100) in einer Kommunikationsvorrichtung, aufweisend:einen Vorverstärker und Puffer (104), der ein Spannungseingangssignal (VIN) verstärkt,einen Modulator (106), der das verstärkte Signal in ein hochfrequenzmoduliertes Signal (VHF) umwandelt;einen Regelverstärker (112), der die Ausgangsleistung des hochfrequenzmodulierten Signals (VHF) regelt, wobei die Ausgangsleistung durch Einstellen der Verstärkung des Regelverstärkers (112) gemäß einer Hybrid-Leistungsregelschleife (114) eingestellt wird, die Steuerungsmodus-Steuerung und Regelung einschließt;einen Multiplizierer (110), der die Ausgangsleistung des hochfrequenzmodulierten Signals (VHF) steuert, wobei die Ausgangsleistung durch Einstellen der Verstärkung des Multiplizierers (110) gemäß der Hybrid-Leistungsregelschleife (114) eingestellt wird,wobei im Steuerungsmodus eine grobe Verstärkungseinstellung im Regelverstärker (112) zum direkten Steuern der Ausgangsleistung des hochfrequenzmodulierten Signals (VHF) durchgeführt wird,wobei im Regelungsmodus im Multiplizierer (110) eine Feinverstärkungseinstellung durch ein integriertes Fehlersignal zum Regeln der Ausgangsleistung des hochfrequenzmodulierten Signals (VHF) durchgeführt wird, undeinen einzelnen Hybrid-Steueranschluss, von dem aus die Ausgangsleistung des Senders (100) unter Verwendung von sowohl Steuerungs- als auch Regelungsmodi gesteuert wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sender mit Hybrid-Leistungsregelung.
Zur wirkungsvollen Übertragung von Daten können moderne Elektronik- und Kommunikationssysteme genaue Ausgangsleistungsregelung erfordern. Zum Regeln der Ausgangsleistung kann eine Stufe mit veränderlicher Verstärkung benutzt werden. Die Stufe mit veränderlicher Verstärkung kann in einem Steuerungsmodus (d.h. ohne Rückkopplung) oder in einem Regelungsmodus (d.h. mit Rückkopplung) arbeiten. Die Stufe mit veränderlicher Verstärkung kann über Regelverstärker (VGA - Variable Gain Amplifiers) oder programmierbare Verstärker (PGA - Programmable Gain Amplifiers) realisiert sein.
Wenn ein VGA die Ausgangsleistung direkt in einem Steuerungsmodus regelt,-können sich ein Steueranschluss des VGA betreffende Faktoren wie beispielsweise Steilheitslinearität und Stufengenauigkeitsspezifikationen während der Realisierung als kritisch erweisen. Beispielsweise kann es sich aufgrund der feinstufigen Erfordernisse für genaue Ausgangsleistungsregelung als schwierig erweisen, die Stufengenauigkeits- und Steilheitslinearitätsspezifikationen eines Steueranschlusses eines VGA zu erfüllen. In gewissen Ausführungsformen kann anstelle eines scharfen Stufenverhaltens ein Rampensignal zur Leistungsänderung bereitgestellt werden.
Weiterhin ist in einem VGA allgemein eine analoge Verstärkungsstufe vorgesehen, was die Realisierung von Steueranschlussspezifikationen erschwert. Wenn weiterhin der VGA in einem Regelungsmodus gesteuert wird, verändert sich die Regelungssteilheit des VGA und verändert damit die Bandbreite der Regelschleife und macht die Regelschleife nichtlinear. Aufgrund dessen kann das Übergangsverhalten des VGA beeinflusst sein und der Phasenrand des VGA verringert sein. Ein zusätzliches Problem bei Regelungssystemen besteht darin, dass es einen Kompromiss zwischen Einrastgeschwindigkeit und Schrittgenauigkeit gibt.
In gewissen Systemen können zum Regeln der Ausgangsleistung die Steilheitseigenschaften eines VGA entweder durch enge analoge Auslegungsspezifikationen oder durch Verstärkungsregelungslinearisierungsverfahren gesteuert sein. Enge analoge Auslegungsspezifikationen können komplexe Schaltungen erfordern, was kostspielig oder stromaufwendig sein kann.
Verstärkungsregelungslinearisierungsverfahren können die Verwendung zusätzlicher Kompensationsschaltungen oder die Verwendung digitaler Linearisierungsverfahren wie beispielsweise eine Nachschlagetabelle bedeuten, die zusätzlichen Chipbereich oder Stromverbrauch erfordern könnten. Zusätzlich können gewisse Systeme die Verstärkungsstufengenauigkeit des VGA durch Präzisionsregelung von Strömen oder Spannungen steuern, die ebenfalls eine Funktion von Schaltungsaufwand sein kann.
Schaltungsaufwände in der Auslegung eines VGA könnten zusätzliche Schaltungsauslegungsbemühungen und erhöhten Stromverbrauch fordern. Weiterhin sind alle oben erwähnten Verfahren typischerweise aufgrund analoger VGA-Schaltungen für eine einzige Temperatur und einen einzigen Versorgungsspannungsbereich gültig. Daher können auch zusätzliche Kompensationsschaltungen über verschiedene Betriebsvariationen erforderlich sein.
US 2001/0 006 888 A1 beschreibt einen Mehrträgersender, der Kombinationsmittel zum Empfangen und Kombinieren mehrerer Träger hat, einschließlich eines ersten modulierten Trägers zum Senden in einem ersten Kanal und eines zweiten modulierten Trägers zum Senden in einem zweiten Kanal, um ein Mehrträgersignal zu erzeugen. Leistungssteuermittel sind so angeordnet, dass sie die Leistung jedes der mehreren Träger vor der Kombination individuell variieren.
Weitere Vorrichtungen sind in DE 698 36 071 T2 , DE 10124 179 A1 , GB 2 349 522 A und DE 101 63 466 A1 beschrieben.
Die Erfindung wird durch die unabhängigen Ansprüche definiert. Bevorzugte Ausführungen werden durch die abhängigen Ansprüche beschrieben.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein Sender in einer Kommunikationsvorrichtung bereitgestellt, aufweisend: einen Vorverstärker und Puffer, der ein Spannungseingangssignal verstärkt, einen Modulator, der das verstärkte Signal in ein hochfrequenzmoduliertes Signal umwandelt; einen Regelverstärker, der die Ausgangsleistung des hochfrequenzmodulierten Signals regelt, wobei die Ausgangsleistung durch Einstellen der Verstärkung des Regelverstärkers gemäß einer Hybrid-Leistungsregelschleife eingestellt wird, die Steuerungsmodus-Steuerung und Regelung einschließt; einen Multiplizierer, der die Ausgangsleistung des hochfrequenzmodulierten Signals steuert, wobei die Ausgangsleistung durch Einstellen der Verstärkung des Multiplizierers gemäß einer Hybrid-Leistungsregelschleife eingestellt wird, die Steuerungsmodus-Steuerung und Regelung einschließt; und einen einzelnen Hybrid-Steueranschluss, von dem aus die Ausgangsleistung des Senders unter Verwendung von sowohl Steuerungs- als auch Regelungsmodi gesteuert wird.
Gemäß einer Ausgestaltung stellt der Vorverstärker und Puffer eine elektrische Impedanzwandlung am Spannungseingangssignal vor jeder Weiterverarbeitung bereit.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung wird im Steuerungsmodus eine grobe Verstärkungseinstellung im Regelverstärker zum Steuern der Ausgangsleistung des hochfrequenzmodulierten Signals durchgeführt.
Im Regelungsmodus kann im Multiplizierer eine Feinverstärkungseinstellung durch ein integriertes Fehlersignal zum Regeln der Ausgangsleistung des hochfrequenzmodulierten Signals durchgeführt werden.
Der Regelungsmodus kann im digitalen Bereich fungieren und Fehler einschließlich Nichtlinearität und Schrittungenauigkeit regeln.
Gemäß noch einer anderen Ausgestaltung wird die Ausgangsleistung des hochfrequenzmodulierten Signals in Abhängigkeit von der Verstärkung des Regelverstärkers heraufskaliert oder herunterskaliert.
Gemäß noch einer anderen Ausgestaltung weist der Sender ferner auf einen Leistungsverstärker, der die Leistungsstärke des hochfrequenzmodulierten Signals verstärkt und erhöht und ein Ausgangsspannungssignal erzeugt.
Gemäß noch einer anderen Ausgestaltung wird das Ausgangsspannungssignal zur Hybrid-Leistungsregelschleife zurückgeführt und eine Verstärkungssteuerung bereitgestellt.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel wird ein Sender mit Hybrid-Leistungsregelung bereitgestellt, aufweisend: einen Multiplizierer, der ein empfangenes hochfrequenzmoduliertes Signal mit einem eine geregelte Verstärkung darstellenden integrierten Fehlersignal multipliziert; einen Digital-Analogwandler, der das digitale Ausgangssignal empfängt und in ein analoges Signal umwandelt; einen Regelverstärker, der die Ausgangsleistung des analogen Signals durch Einstellen der Verstärkung des Regelverstärkers um den an einen Steuerungsmodus der Hybrid-Leistungsregelung angelegten Bezugswert und Bereitstellen eines eingestellten analogen Ausgangssignals steuert; ein Filter, das Rauschen und ungewünschte Komponenten aus dem eingestellten analogen Ausgangssignal entfernt und ein gefiltertes Analogsignal bereitstellt; einen Analog-Digitalwandler, der das gefilterte Analogsignal in ein Digitalsignal umwandelt; einen Subtraktionsblock, der das digitale Messsignal mit einem Zielsignal an einem Regelungsknoten der Hybrid-Leistungsregelung vergleicht und ein Fehlersignal erzeugt; und einen Integrator, der das Fehlersignal integriert und ein integriertes Verstärkungssignal für den Multiplizierer bereitstellt.
Gemäß einer' Ausgestaltung ermöglicht der Steuerungsmodus eine grobe Einstellung.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist das Zielsignal gleich dem Bezugswert.
Gemäß noch einer anderen Ausgestaltung wird das integrierte Signal zum Erzeugen eines verstärkten Signals mit dem hochfrequenzmodulierten Signal multipliziert.
Gemäß noch einer anderen Ausgestaltung arbeitet die Hybrid-Leistungsregelung im Regelungsmodus im Digitalbereich.
Gemäß noch einer anderen Ausgestaltung stehen die Änderung der Verstärkung und des Phasenrandes der Hybrid-Leistungsregelung im direkten Verhältnis zu einer Änderung der Leerlaufverstärkung des Regelverstärkers.
Gemäß noch einer anderen Ausgestaltung entspricht das Übergangsverhältnis am Regelungsbezugsknoten mit dem Übergangsverhalten eines Weges vom Steuerungsknoten zu einem Ausgang des, Analog-Digitalwandlers auf dem Hybrid-Regelungsweg.
Gemäß noch einer anderen Ausgestaltung weist der Sender ferner auf einen Koppler, der das eingestellte analoge Ausgangssignal zur Hybrid-Leistungsregelung zurückführt.
Gemäß noch einer anderen Ausgestaltung weist der Sender ferner auf einen Detektor, der eine Hüllkurve der Hybrid-Leistungsregelung erkennt.
Gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zur Hybrid-Leistungsregelung bereitgestellt, aufweisend: Empfangen eines Eingangssignals; Modulieren des Eingangssignals in ein Hochfrequenz- (HF-) Signal; direktes Steuern der Ausgangsleistung des HF-Signals im Steuerungsmodus; und Einstellen auf Feinverstärkungseinstellung im Regelungsmodus, wobei die Regelschleife (114) im Digitalbereich liegt.
Gemäß einer Ausgestaltung wird das Steuern der Ausgangsleistung durch Einstellen der Verstärkung eines Regelverstärkers durchgeführt.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung stellt ein direktes Steuern der Ausgangsleistung des HF-Signals im Steuerungsmodus eine grobe Verstärkungseinstellung dar.
Die ausführliche Beschreibung wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beschrieben. In den Figuren kennzeichnet die äußerst linke(n) Ziffer(n) einer Bezugsnummer die Figur, in der die Bezugsnummer zuerst erscheint. Zur Bezugnahme auf gleiche Merkmale und Bauelemente werden in den gesamten Zeichnungen die gleichen Nummern benutzt.

1 ist ein Blockschaltbild eines beispielhaften Senders mit Hybrid-Leistungsregelung in einer Kommunikationsvorrichtung.
2 ist ein Schaltbild eines beispielhaften Senders mit Hybrid-Leistungsregelung.
3 ist ein Schaltbild eines beispielhaften Senders mit Hybrid-Leistungsregelung.
4 ist ein Fluss-Schaltbild eines beispielhaften Verfahrens zur Hybrid-Leistungsregelung in einer Kommunikationsvorrichtung.

Der offenbarte Erfindungsgegenstand betrifft einen Sender mit Hybrid-Leistungsregelung in einer Kommunikationsvorrichtung. Insbesondere sind Verfahren zum Regeln der Ausgangsleistung eines mittels der Kommunikationsvorrichtung übertragenen Signals beschrieben. Die offenbarte(n) Schaltung(en) können in verschiedenen Elektronik- oder Kommunikationsvorrichtungen realisiert sein, die eine beständige Ausgangsleistungsregelung erfordern. Vorrichtungen, die aus der Schaltung Nutzen ziehen können, umfassen mit 3 GPP- (3rd Generation Partnership Project) Standards wie GSM oder UMTS kompatible CMOS hergestellte Mobiltelefonsender, sind aber nicht auf diese beschränkt. Die folgenden Systeme und Verfahren werden unter Bezugnahme auf ein Mobilkommunikationssystem beschrieben, es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Verfahren und Schaltungen allgemein in beliebigen ähnlichen Elektronik-/Kommunikationssystemen realisiert sein können.
Ein Sender in einem Mobilkommunikationssystem wie beispielsweise einem Zellulartelefon empfängt ein Eingangssignal und moduliert das Eingangssignal in ein HF-Signal. Die Ausgangsleistung des HF-Signals wird nach vorgegebenen Anforderungen gesteuert. Die Ausgangsleistung kann ein Steuerungsmodus des Senders durch direktes Verändern der Verstärkung eines Regelverstärkers (VGA - Variable Gain Amplifier) zum Hochskalieren oder Herunterskalieren der Ausgangsleistung gesteuert werden. Zusätzlich kann die Ausgangsleistung auch in einem Regelungsmodus geregelt werden, in dem die Senderausgangsleistung erkannt und zum Vergleich mit einem Bezugszielsignal zum Schleifenregler zurückgeführt werden kann, woraus ein Feinverstärkungseinstellsignal erzeugt werden kann.
In der vorgeschlagenen Schaltung wird die Ausgangsleistung eines durch die Kommunikationsvorrichtung übertragenen Signals sowohl im Steuerungs- als auch dem Regelungsmodus gesteuert. Im Steuerungsmodus der Regelung wird die Ausgangsleistung des Eingangssignals direkt durch Einstellen der Verstärkung des VGA gesteuert. Gewöhnlich ist die Verstärkungsregelung über die Steuerungsmodusregelung grob und bedarf daher bedeutsamer Kalibrierung oder bedarf weiterer Verfeinerung zur genauen Senderleistungsregelung. Zur Feinverstärkungsregelung wird der Regelungsmodus der Steuerung eingesetzt. Im Regelungsmodus der Steuerung wird das Ausgangssignal zum Schleifenregler zurückgeführt und im digitalen Bereich verarbeitet. Im digitalen Bereich wird zum Erzeugen eines Fehlersignals ein Rückkopplungssignal von einem Bezugssignal abgezogen. Das Fehlersignal wird dann verarbeitet und zu einem Verstärkungsblock gesendet, um eine genaue Leistungsregelung bereitzustellen. Durch Regeln der Ausgangsleistung im digitalen Bereich im Regelungsmodus wird eine Feinverstärkungsstufengenauigkeit sichergestellt.
Beispielhafte Systeme
1 bis 3 zeigen verschiedene beispielhafte Blockschaltbilder und Schaltbilder eines Senders mit Hybrid-Leistungsregelung in einer Kommunikationsvorrichtung. Die Reihenfolge, in der die Blöcke des Systems beschrieben werden, soll nicht als Beschränkung ausgelegt werden und es kann zur Ausführung des Systems oder eines alternativen Systems jede beliebige Anzahl der beschriebenen Systemblöcke kombiniert werden. Zusätzlich können einzelne Blöcke aus dem System entfernt werden, ohne den Sinn und Rahmen des hier beschriebenen Erfindungsgegenstands zu verlassen. Weiterhin kann das System, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, in jeder beliebigen geeigneten Hardware, Software, Firmware oder einer Kombination derselben realisiert werden.
1 zeigt ein beispielhaftes Blockschaltbild eines Senders 100 mit Hybrid-Leistungsregelung in einer Kommunikationsvorrichtung. In einer Ausführungsform stellt der Sender 100 einen HF- (Hochfrequenz-) Sendeteil einer Mobilkommunikationsvorrichtung wie beispielsweise eines Zellulartelefons dar. Der Sender 100 empfängt ein Eingangssignal V_IN 102. Das Signal V_IN 102 kann ein analoges Basisbandsignal sein, das jedem beliebigen Signal oder Daten einschließlich von Sprache, Text oder Audio-Video-Daten entsprechen kann. Das Eingangssignal V_IN 102 wird an einem Vorverstärker und Puffer 104 empfangen.
Vom Vorverstärker und Puffer 104 wird das Eingangssignal V_IN 102 verstärkt, wodurch das Signal V_IN 102 zur Weiterverarbeitung geeignet wird. Für diesen Zweck kann der Vorverstärker und Puffer 104 eine Spannungsverstärkung für das Eingangssignal V_IN 102 bereitstellen. Auch kann der Vorverstärker und Puffer 104 vor jeder Weiterverarbeitung des Signals 102 eine elektrische Impedanzwandlung für das Eingangssignals V_IN 102 bereitstellen. Das erzeugte verstärkte Signal wird zu einem Modulator 106 gesendet.
Von dem Modulator 106, der entweder ein HF-Modulator oder ein digitaler Modulator sein kann, wird das verstärkte Signal in ein hochfrequenzmoduliertes Signal V_HF 108 umgewandelt. V_HF kann entweder ein analoges Hochfrequenzsignal oder ein digital moduliertes Hochfrequenzsignal sein. Vom Modulator 106 wird das verstärkte Signal aufbereitet, damit es durch den freien Raum übertragen werden kann. Die Ausgangsleistung des Signals V_HF 108 kann über einen multiplizierenden Verstärker bzw. Multiplizierer 110 und einen VGA 112 gesteuert werden.
Die Ausgangsleistung des Signals V_HF 108 kann gemäß vorgegebenen Erfordernissen geregelt werden. Leistungsregelung über den VGA 112 bedeutet Einstellen der Verstärkung des Multiplizierers 110 und der Verstärkung des VGA 112 gemäß einer Hybrid-Leistungsregelungsschleife bzw. HPCL (Hybrid Power Control Loop) 114. Die HPCL 114 enthält zwei Punkte von Verstärkungsregelung (d.h. den Steuerungsmodus und den Regelungsmodus).
Im Steuerungsmodus wird im VGA 112 zum Steuern der Ausgangsleistung des Signals V_HF 108 eine grobe Verstärkungseinstellung durchgeführt. Aufgrund der direkten Steuerung kann ein schneller Senderleistungsschritt erreicht werden. Im Regelungsmodus wird im Multiplizierer 110 durch ein integriertes Fehlersignal zum Regeln der Ausgangsleistung des Signals V_HF 108 eine Feineinstellung durchgeführt. Der Regelungsmodus kann im digitalen Bereich fungieren und kann daher mit feiner Verstärkungsgenauigkeit regeln und dadurch jeden durch den groben Steuerungsverstärkungsschritt des VGA 112 erzeugten Schrittfehler entfernen. In Abhängigkeit von der Verstärkung des VGA 112 kann die Ausgangsleistung des Signals V_HF 108 entweder aufwärts- oder abwärts skaliert werden. Durch diesen Zweipunkt-Verstärkungsregelungsmechanismus kann eine genaue und schnelle Leistungsregelung des Signals V_HF 108 sichergestellt und dabei die Auslegungserfordernisse für den analogen VGA 112 minimiert werden. Das Signal V_HF 108 wird in einen Leistungsverstärker 116 eingespeist.
Vom Leistungsverstärker 116 wird die Leistungsstärke des Signals V_HF 108 verstärkt und erhöht und damit ein Ausgangssignal V_OUT 118 erzeugt. Um den vorgegebenen Leistungserfordernissen zu entsprechen kann das Signal V_OUT 116 zur Schaltung zurückgeführt werden und wie oben beschrieben Verstärkungsregelung über die HPCL 114 bereitstellen. Nach Verstärkung durch den Leistungsverstärker 116 kann das Signal V_OUT 118 über eine Antenne 120 übertragen werden.
2 zeigt eine beispielhafte Schaltung 200 eines Senders mit Hybrid-Leistungsregelung. Mit der Schaltung 200 sollen die Konzepte bezüglich der Hybrid-Leistungsregelung auf einem elementaren Niveau erläutert werden und die Anzahl von in der Figur gezeigten Bauelementen beschränkt nicht die eigentliche Realisierung der Schaltung.
Die Schaltung 200 empfängt das Signal V_HF 108 vom Modulator 106 wie unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Das Signal V_HF 108 wird am Multiplizierer 110 mit einem digitalen Verstärkungssignal multipliziert. Ein digitales Ausgangssignal vom Multiplizierer 110 wird in einen, mit DAC 202 bezeichneten, Digital-Analogwandler eingespeist, wo das digitale Ausgangssignal in ein analoges Ausgangssignal umgewandelt wird. Das analoge Ausgangssignal wird in den VGA 112 eingespeist.
Ausgangsleistung des analogen Ausgangssignals kann direkt durch Einstellen der Verstärkung des VGA 112 über einen an einem Steuerungsanschluss 204 angelegten Bezugswert gesteuert werden. Dadurch, dass der VGA 112 ein analoges Bauelement ist kann seine Steuerungseigenschaft bedeutend nichtlinear sein. Regeln der Ausgangsleistung im Steuerungsmodus bietet daher eine grobe bzw. ungenaue Einstellung. Das eingestellte analoge Ausgangssignal oder Signal V_OUT 118 wird dann über einen Koppler 206 (wie durch die gepunktete Linie 15 gekennzeichnet) zur HPCL 114 zurückgeführt.
Vom Koppler 206 wird das Signal V_OUT 118 in die HPCL 114 zurückgeführt. Der Koppler 206 kann ein Richtkoppler sein, der zum Zuführen einer geringen Menge von vorwärtslaufendem Signal benutzt wird und bietet Isolation in der rückwärtigen Richtung. Das vom Koppler 206 erhaltene Signal V_OUT 118 wird von einem Detektor 208 erkannt.
Der Detektor 208 kann ein Breitbanddetektor sein, der eine Hüllkurve des Signals V_OUT 116 erkennt. Das erkannte Signal wird dann, zum Beseitigen von Rauschen oder unerwünschten Komponenten aus dem erkannten Signal und Erhalten eines gefilterten Signals, durch ein Filter 210 gefiltert. In einer Ausführungsform ist die Bandbreite des Filters 210 geringer als die Bandbreite der HPCL 114. Das gefilterte Signal wird dann zur Weiterverarbeitung einem Analog-Digitalwandler bzw. ADC 212 zugeführt.
Vom ADC 212 wird das gefilterte Signal, das ein Analogsignal ist, in ein Digitalsignal umgewandelt. Der ADC 212 kann ein beliebiger von verschiedenen in der Technik bekannten Analog-Digitalwandlern sein. Das Digitalsignal vom ADC 212 wird dann einem Eingang eines Subtraktionsblocks 214 zugeführt.
Im Subtraktionsblock 210 wird das gemessene Digitalsignal mit einem als ein Zielsignal an einem Regelungsanschluss 216 angelegten Zielwert verglichen. In einer Ausführungsform ist das am Regelungsanschluss 216 angelegte Zielsignal gleich dem am Steuerungsanschluss 204 angelegten Bezugswert. Vom Subtraktionsblock 214 wird ein Fehlersignal 218 mit einem Wert gleich der Differenz des Wertes des Digitalsignals und des Zielwertes erzeugt. Das sich ergebende Fehlersignal 218 wird dann einem Integrator 220 zugeführt.
Vom Integrator 220 \wird das Fehlersignal 218 integriert und ein integriertes Signal 222 in den Multiplizierer 110 eingespeist. Das integrierte Signal 222 wirkt daher wie oben besprochen als das digitale Rückkopplungssignal. Am Multiplizierer 110 wird das integrierte Signal 222 zum Verstärken des Signals mit dem Signal V_HF 108 multipliziert. Das verstärkte modulierte Signal wird dann wie oben besprochen in den DAC 202 eingespeist. Vom DAC 202 wird das digitale Regelungssignal in ein analoges Regelungssignal umgewandelt. Das analoge Regelungssignal ermöglicht eine genaue Verstärkungseinstellung im VGA 110 und kann genaue Leistungsregelung des Ausgangssignals 116 ermöglichen. Es ist zu beachten, dass die HPCL 114 im digitalen Bereich im Regelungsmodus fungiert und daher durch die Nichtlinearität des VGA 110 verursachte Schrittungenauigkeitsfehler wirkungsvoll regeln kann.
3 zeigt eine weitere beispielhafte Schaltung 300 des Senders mit Hybrid-Leistungsregelung in einer Kommunikationsvorrichtung. Die Schaltung 300 ist eine alternative Realisierung der beispielhaften Schaltung 200 mit einem Teilerblock 302 und einem Hybrid-Steuerungsanschluss 304. Die Schaltung 300 fungiert auf ähnliche Weise wie die Schaltung 200 und enthält zusätzliche Merkmale und Bauelemente. In der 3 sind die der 2 gemeinsamen Bauelemente mit den gleichen Namen und Ziffern bezeichnet worden.
In der Schaltung 200 kann wie oben erläutert durch Einstellen der Verstärkung des VGA 112 im Steuerungsmodus, während die Schaltung 200 in den Regelungsmodus versetzt wird, die Verstärkung der Regelschleife geändert werden und die Verringerung des Regelungsphasenrandes ergeben. Die Änderung der Verstärkung der HPCL 114 und des Phasenrandes stehen daher im direkten Verhältnis zu einer Änderung der offenen Schleifenverstärkung des VGA 110. Verringerung des Phasenrandes der geschlossenen Schleife kann durch Verwendung des Teilerblocks 302 kompensiert werden. Die Eingänge des Teilerblocks 302 sind mit dem Steuerungsanschluss 204 der 2 bzw. dem Hybrid-Steuerungsanschluss 304 der 3 und dem Regelabweichungssignal 218 der 2 verbunden und der Ausgang ist mit dem Eingang des Integrators 220 verbunden. Wenn die Leerlaufverstärkung vom VGA 112 erhöht wird, dann wird die Verstärkung der geschlossenen Schleife aufgrund der Gegenwart des Teilerblocks 302 wieder auf einen Nennwert zurückkompensiert. Dies wird vom Teilerblock 302 durch Verringern der Verstärkung der Regelschleife und einen Faktor gleich der zusätzlichen Erhöhung der Leerlaufverstärkung durchgeführt, die von dem im Steuerungsmodus betriebenen VGA 110 bereitgestellt wird.
Zusätzlich soll, wie in 2 erläutert, die gleiche Verstärkung für den Steuerungsanschluss 204 und den Regelungsanschluss 216 bereitgestellt werden, sonst wird die Leerlaufverstärkungseinstellung von der Regelung herausgeregelt. Die geschlossene Schleife regelt daher versetzt, d.h. „versetzt“ zu dem durch Leerlaufverstärkung erzeugten Hauptverstärkungsschritt. Dadurch, dass der VGA 112, der im Steuerungsmodus fungiert, den Nennausgangsleistungsschritt steuert und dass durch diesen Steuerungsschritt erzeugte Verstärkungsabweichung erzeugte Verstärkungsabweichung durch die Regelschleife herausgeregelt wird, kann die Gesamtfunktion als „Hybrid-Regelschleife“ bezeichnet werden.
Für ein gut kontrolliertes Übergangsverhalten des Signals V_OUT 116 ist zu bevorzugen, das Übergangsverhalten an beiden Eingängen des Subtraktionsblocks 214 so aneinander anzupassen, dass das Fehlersignal 218 nur eine Funktion der Verstärkungsabweichung des VGA 110 ist.
In einer Ausführungsform entspricht das Übergangsverhalten am Regelungsanschluss 218 dem Übergangsverhalten des Weges vom Steuerungseingang zum Ausgang des ADC 212. Damit wird verhindert, dass die Regelschleife der über VGA 110 eingestellten Leerlaufverstärkungssteuerung entgegenwirkt. Dafür wird vor dem Regelungsanschluss 216 und dem Subtraktionsblock 214 ein Filter 212-2 eingeführt. Damit wird der Steuerungsanschluss 204 mit dem Regelungsanschluss 216 verbunden und ein Hybrid-Steuerungsanschluss 304 gebildet. Durch das Filter 210-2 wird die Übertragungsfunktion des Weges vom Steuerungsanschluss 204 in der 2 oder Hybrid-Steuerungsanschluss 304 in der 3 über den VGA 212, Koppler 206, Detektor 208, das Filter 210-1 und ADC 212 angepasst. Es ist zu bemerken, dass die Bandbreite der HPCL 114 schmaler als die Bandbreite des Filters 210-1 ist, wodurch Stabilität der Schleife sichergestellt wird. Das Filter 210-1 ist normalerweise das erste Element des oben beschriebenen Übertragungsfunktionsweges und das Filter 210-2 wird daher dem Filter 210-1 ähnlich sein, wobei möglicherweise im Filter 210-2 etwas zusätzliche Verzögerung erforderlich ist.
Beispielhaftes Verfahren
Die Reihenfolge, in der das untenstehende Verfahren beschrieben wird, soll nicht als Beschränkung aufgefasst werden und es kann zum Realisieren des Verfahrens oder eines alternativen Verfahrens eine beliebige Anzahl der beschriebenen Verfahrensblöcke in beliebiger Reihenfolge kombiniert werden. Zusätzlich können einzelne Blöcke aus dem Verfahren gelöscht werden, ohne aus dem Sinn und Rahmen des hier beschriebenen Erfindungsgegenstandes zu weichen.
Das angeführte Verfahren kann, aber muss nicht, mindestens teilweise in einer wie in 1 bis 3 gezeigten Architektur (Architekturen) realisiert sein. Zusätzlich versteht es sich, dass gewisse Handlungen des Verfahrens nicht in der beschriebenen Reihenfolge durchgeführt werden müssen, abgeändert und/oder vollständig weggelassen werden können. Weiterhin kann das Verfahren ohne aus dem Rahmen der Erfindung zu weichen in jeder beliebigen geeigneten Hardware, Software, Firmware oder einer Kombination derselben realisiert sein.
4 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Hybrid-Leistungsregelung in einer Kommunikationsvorrichtung.
Im Block 402 wird ein Eingangssignal an einem Sender der Kommunikationsvorrichtung wie beispielsweise eines Zellulartelefons empfangen. In einer Ausführungsform kann das empfangene Signal wie beispielsweise das Signal V_IN 102 ein analoges Basisbandsignal sein, das beliebigen Daten einschließlich von Sprache, Text und/oder Audio-Video-Daten entsprechen kann. Das Signal V_IN 102 kann zuerst am Vorverstärker und Puffer 104 verarbeitet und dann zu einem Modulator gesendet werden.
Im Block 404 wird das Eingangssignal in ein HF-Signal moduliert. In einer Ausführungsform wird vom Modulator 106, der ein HF-Modulator sein kann, das verstärkte Signal in das Signal V_HF 108 umgewandelt und das verstärkte Signal aufbereitet, damit es durch den freien Raum übertragen werden kann. Danach wird die Ausgangsleistung des Signals V_HF 108 sowohl über Steuerungs- als auch Regelungsmodi geregelt.
Im Block 406 wird die Ausgangsleistung des HF-Signals direkt im Steuerungsmodus gesteuert. In einer Ausführungsform kann die Ausgangsleistung des Signals V_HF 108 durch Einstellen der Verstärkung des VGA 112, beispielsweise durch Anlegen eines Bezugssignals an den VGA 112 über den Steuerungsanschluss 206 geregelt werden. Da die über den Steuerungsmodus bereitgestellte Verstärkungseinstellung analog ist und daher grob sein kann, kann sie an Schrittfehlern und Nichtlinearität leiden. Zur Feinverstärkungseinstellung und genauen Leistungsregelung wird die Regelung bereitgestellt.
Im Block 408 wird eine Regelung im Digitalbereich bereitgestellt. In einer Ausführungsform wird das Signal V_OUT 118 zum Bereitstellen eines Bezugswertes für Regelung in die HPCL 114 zurückgeführt. In der HPCL 114 wird das Signal V_OUT 118 in ein entsprechendes Digitalsignal umgewandelt. Das Digitalsignal wird dem Subtraktionsblock 216 zugeführt, wo es von einem am Regelungsanschluss 218 angelegten Zielwert abgezogen wird, um das Fehlersignal 220 zu erzeugen. Das Fehlersignal 220 wird dann zur Bereitstellung von feiner und geregelter Verstärkungseinstellung integriert und mit dem Signal V_HF 108 multipliziert. Das digitale Steuersignal wird zum Steuern des VGA 112 zur Feineinstellung und damit Bereitstellung einer genauen Leistungsregelung in ein analoges Steuersignal umgewandelt. In einer alternativen Ausführungsform sind der Steuerungsanschluss und Regelungsanschluss zusammengeschaltet, um den Hybrid-Regelungsanschluss 304 zu bilden.
Schlussfolgerung
Obwohl Ausführungsformen für einen Sender mit Hybrid-Leistungsregelung in einer für Strukturmerkmale und/oder -verfahren spezifischen Sprache beschrieben worden sind, versteht es sich, dass die beiliegenden Ansprüche nicht unbedingt auf die beschriebenen bestimmten Merkmale oder Verfahren beschränkt sind. Stattdessen sind die bestimmten Merkmale und Verfahren als beispielhafte Ausführungsformen für den Sender mit Hybrid-Leistungsregelung offenbart.

Claims

Sender (100) in einer Kommunikationsvorrichtung, aufweisend: einen Vorverstärker und Puffer (104), der ein Spannungseingangssignal (V_IN) verstärkt, einen Modulator (106), der das verstärkte Signal in ein hochfrequenzmoduliertes Signal (V_HF) umwandelt; einen Regelverstärker (112), der die Ausgangsleistung des hochfrequenzmodulierten Signals (V_HF) regelt, wobei die Ausgangsleistung durch Einstellen der Verstärkung des Regelverstärkers (112) gemäß einer Hybrid-Leistungsregelschleife (114) eingestellt wird, die Steuerungsmodus-Steuerung und Regelung einschließt; einen Multiplizierer (110), der die Ausgangsleistung des hochfrequenzmodulierten Signals (V_HF) steuert, wobei die Ausgangsleistung durch Einstellen der Verstärkung des Multiplizierers (110) gemäß der Hybrid-Leistungsregelschleife (114) eingestellt wird, wobei im Steuerungsmodus eine grobe Verstärkungseinstellung im Regelverstärker (112) zum direkten Steuern der Ausgangsleistung des hochfrequenzmodulierten Signals (V_HF) durchgeführt wird, wobei im Regelungsmodus im Multiplizierer (110) eine Feinverstärkungseinstellung durch ein integriertes Fehlersignal zum Regeln der Ausgangsleistung des hochfrequenzmodulierten Signals (V_HF) durchgeführt wird, und einen einzelnen Hybrid-Steueranschluss, von dem aus die Ausgangsleistung des Senders (100) unter Verwendung von sowohl Steuerungs- als auch Regelungsmodi gesteuert wird.
Sender (100) gemäß Anspruch 1, wobei der Vorverstärker und Puffer (104) eine elektrische Impedanzwandlung am Spannungseingangssignal (V_IN) vor jeder Weiterverarbeitung bereitstellen.
Sender (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei der Regelungsmodus digital erfolgt und Fehler einschließlich Nichtlinearität und Schrittungenauigkeit regelt.
Sender (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Ausgangsleistung des hochfrequenzmodulierten Signals (V_HF) in Abhängigkeit von der Verstärkung des Regelverstärkers (112) heraufskaliert oder herunterskaliert wird.
Sender (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner aufweisend: einen Leistungsverstärker, der die Leistungsstärke des hochfrequenzmodulierten Signals (V_HF) verstärkt und erhöht und ein Ausgangsspannungssignal erzeugt.
Sender (100) gemäß Anspruch 5, wobei das Ausgangsspannungssignal (V_OUT) zur Hybrid-Leistungsregelschleife (114) zurückgeführt wird und eine Verstärkungssteuerung bereitstellt.
Sender (100) mit Hybrid-Leistungsregelung, aufweisend: einen Multiplizierer (110), der ein empfangenes hochfrequenzmoduliertes Signal (V_HF) mit einem eine geregelte Verstärkung darstellenden integrierten Fehlersignal multipliziert; einen Digital-Analogwandler (202), der ein digitales Ausgangssignal des Multiplizierers (110) empfängt und in ein analoges Signal umwandelt; einen Regelverstärker (112), der die Ausgangsleistung des analogen Signals durch Einstellen der Verstärkung des Regelverstärkers (112) in einem Steuerungsmodus durch Anlegen eines Bezugswerts der Hybrid-Leistungsregelung steuert und ein eingestelltes analoges Ausgangssignals bereitstellt; ein Filter (210-1), das Rauschen und ungewünschte Komponenten aus dem eingestellten analogen Ausgangssignal entfernt und ein gefiltertes Analogsignal bereitstellt; einen Analog-Digitalwandler (212), der das gefilterte Analogsignal in ein Digitalsignal umwandelt; einen Subtraktionsblock (214), der das Digitalsignal mit einem Zielsignal an einem Regelungsknoten der Hybrid-Leistungsregelung vergleicht und ein Fehlersignal (218) erzeugt; und einen Integrator (220), der das Fehlersignal (218) integriert und ein integriertes Verstärkungssignal für den Multiplizierer (110) bereitstellt, wobei die Änderung der Verstärkung und des Phasenrandes der Hybrid-Leistungsregelung im direkten Verhältnis zu einer Änderung der Leerlaufverstärkung des Regelverstärkers (112) stehen.
Sender (100) gemäß Anspruch 7, wobei der Steuerungsmodus eine direkte Einstellung der Verstärkung ermöglicht.
Sender (100) gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei das Zielsignal gleich dem Bezugswert ist.
Sender (100) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das integrierte Signal zum Erzeugen eines verstärkten Signals mit dem hochfrequenzmodulierten Signal (V_HF) multipliziert wird.
Sender (100) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Hybrid-Leistungsregelung im Regelungsmodus digital arbeitet.
Sender (100) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei das Übergangsverhältnis am Regelungsbezugsknoten mit dem Übergangsverhalten eines Weges vom Steuerungsknoten zu einem Ausgang des Analog-Digitalwandlers (212) auf dem Hybrid-Regelungsweg entspricht.
Sender (100) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 12, ferner aufweisend: einen Koppler (302), der das eingestellte analoge Ausgangssignal zur Hybrid-Leistungsregelung zurückführt.
Sender (100) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 13, ferner aufweisend: einen Detektor, der eine Hüllkurve der Hybrid-Leistungsregelung erkennt.
Verfahren zur Hybrid-Leistungsregelung in einem Sender nach einem der Ansprüche 1 bis 14, aufweisend: Empfangen eines Eingangssignals; Modulieren des Eingangssignals in ein Hochfrequenz- (HF-) Signal (V_HF); direktes Steuern der Ausgangsleistung im Steuerungsmodus durch Einstellen der Verstärkung eines Regelverstärkers (112); und Einstellen auf Feinverstärkungseinstellung im Regelungsmodus, wobei die Hybrid-Leistungsregelschleife (114) digital arbeitet, wobei die Ausgangsleistung des HF-Signals anhand von einem einzelnen Hybrid-Steueranschluss gesteuert wird, sowohl im Steuerungs- als auch Regelungsmodus.
Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei ein direktes Steuern der Ausgangsleistung des HF-Signals (V_HF) im Steuerungsmodus eine grobe Verstärkungseinstellung darstellt.