DE102010009104A1

DE102010009104A1 - Detektorschaltung

Info

Publication number: DE102010009104A1
Application number: DE102010009104A
Authority: DE
Inventors: Edgar Dr. 83371 Schmidhammer; Gerhard 81827 Zeller; Veit Dr. 82008 Meister
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: Qualcomm Technologies Inc
Priority date: 2010-02-24
Filing date: 2010-02-24
Publication date: 2011-08-25
Also published as: WO2011104191A1; KR101612783B1; KR20130006631A; US9140733B2; US20130038387A1

Abstract

Es wird eine verbesserte Detektorschaltung zur Bestimmung des Reflektionskoeffizienten von HF-Signalen in einem Signalpfad angegeben. Die Detektorschaltung umfasst einen bidirektionalen Richtkoppler, mit dem Richtkoppler verschaltete logarithmische Verstärker sowie einen Subtrahierer mit einem Offset-Anschluss.

Description

Die Erfindung betrifft eine Detektorschaltung zur Bestimmung des Reflektionskoeffizienten, z. B. in einem Signalpfad eines mobilen Kommunikationsgeräts.
Moderne mobile Kommunikationsgeräte umfassen eine Impedanzanpassschaltung zur Impedanzanpassung der Impedanz einer Antenne an die Impedanz eines Signalpfads bzw. an die Impedanz nachfolgender Stufen des mobilen Kommunikationsgeräts. Um die Impedanz effektiv anpassen zu können, ist es notwendig, die tatsächliche Anpassung zu ermitteln. Ein Maß für die tatsächliche Anpassung ist der Reflektionskoeffizient Γ oder das Stehwellenverhältnis (VSWR = voltage standing wave ratio), das vom Reflektionskoeffizienten abhängt. Der Reflektionskoeffizient Γ ist der Quotient aus in Vorwärtsrichtung propagierender Leistung und reflektierter Leistung.
Eine bekannte Detektorschaltung der Firma Maxim, die Schaltung MAX 2016, umfasst einen Zirkulator, über den ein reflektiertes Signal aus dem Signalpfad ausgekoppelt und einem logarithmischen Detektor zugeführt wird. Gleichzeitig wird das in Vorwärtsrichtung propagierende Signal über einen zweiten logarithmischen Detektor einem Verstärker zugeführt. Die jeweils logarithmisch verstärkten Signale werden den beiden Eingängen eines Subtrahierers zugeführt. Der Subtrahierer subtrahiert die logarithmisch verstärkten Signale. Unter einem logarithmisch verstärkten Signal ist ein Signal zu verstehen, welches im Wesentlichen proportional zu einem Logarithmus (z. B. dem natürlichen Logarithmus) des ursprünglichen Signals ist. Die Differenz logarithmisch verstärkter Signale entspricht dann – gemäß dem Additionstheorem der Exponentialfunktion – dem Quotienten der ursprünglichen Signale. Der Ausgang des Subtrahierers liefert also ein Maß, welches im Wesentlichen proportional zum Reflektionskoeffizienten Γ ist.
Problematisch an bekannten Detektorschaltungen ist, dass die Ausgangssignale der logarithmischen Verstärker mit einem Rauschen beaufschlagt sind. Die Differenz von mit Rauschen beaufschlagten Signalen umfasst ebenfalls das Rauschen. Insbesondere ist der Summe zweier verrauschter Signale größer als der Fehler in jedem der Summanden.
Ein großes Problem bei bekannten Detektorschaltungen ist, dass das ermittelte Differenzsignal negativ sein kann, wenn die Störung durch Rauschen zu groß ist. Analog-Digital-Wandler, die den – in diesem Fall negativen – Reflektionskoeffizienten digitalisieren und an eine Logikschaltung des mobilen Kommunikationsgeräts weiterleiten sollen, sind mit einem negativen Reflektionskoeffizienten überfordert.
Die Qualität des Signals, das den Reflektionskoeffizienten angibt, hängt stark vom verwendeten Mobilfunksystem ab. Die Modulationsart des Mobilfunksystems beeinflusst insbesondere die zeitliche Abhängigkeit des durch konventionelle Detektorschaltungen ermittelten Reflektionskoeffizienten stark.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Detektorschaltung anzugeben.
Es ist insbesondere eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Detektorschaltung anzugeben, welche besser mit unterschiedlichen Modulationssystemen unterschiedlicher Mobilfunksysteme funktioniert.
Die Erfindung gibt eine Detektorschaltung zur Bestimmung des Reflektionskoeffizienten an, die einen Signalport, einen Lastport und einen dazwischen verschalteten Signalpfad umfasst. Sie umfasst ferner einen bidirektionalen Richtkoppler, einen ersten und einen zweiten logarithmischen Verstärker und einen Subtrahierer mit einem Offset-Anschluss. Der Richtkoppler ist mit dem Signalpfad verschaltet und stellt an einem ersten Ausgang ein erstes Signal, das ein Maß der im Signalpfad in Vorwärtsrichtung übertragenen Leistung ist, zur Verfügung. An einem zweiten Ausgang stellt der Richtkoppler ein zweites Signal, das ein Maß der im Signalpfad entgegen der Vorwärtsrichtung übertragenen Leistung ist, zur Verfügung. Der erste logarithmische Verstärker ist mit dem ersten Ausgang verschaltet. Der erste logarithmische Verstärker verstärkt das erste Signal logarithmisch. Der zweite logarithmische Verstärker ist mit dem zweiten Ausgang verschaltet und verstärkt das zweite Signal logarithmisch. Der Subtrahierer ist mit den logarithmischen Verstärkern verschaltet und ermittelt die Differenz aus dem ersten logarithmisch verstärkten Signal und dem zweiten logarithmisch verstärkten Signal, wobei die Differenz ein Maß für den Reflektionskoeffizienten darstellt. Zwischen Masse und dem Offset-Anschluss des Subtrahierers liegt eine Offset-Spannung an.
Ein gewöhnlicher Subtrahierer hat einen ersten Eingang, einen zweiten Eingang und einen Ausgang. Der zweite Eingang ist ein, verglichen mit dem ersten Eingang, invertierter Eingang. Über ein resistives Element ist der Ausgang mit dem ersten Eingang verschaltet. Die Spannung zwischen Ausgang des Subtrahierers und Masse ist im Wesentlichen die Differenz der Spannungen der beiden Eingänge. Der vorliegende Subtrahierer umfasst zusätzlich einen Offset-Anschluss. Der Offset-Anschluss ist über ein weiteres resistives Element mit einem der Eingänge verschaltet.
Mit einer solchen Detektorschaltung kann, wenn ein entsprechendes Signal, z. B. eine entsprechende Spannung am Offset-Anschluss, als Offset-Spannung anliegt, verhindert werden, dass die Spannung am Ausgang des Subtrahierers gegen Masse negativ ist. Das ist vorteilhaft, falls der Ausgang des Subtrahierers direkt oder indirekt mit einem Analog-Digital-Wandler verschaltet ist, der eine positive Eingangsspannung benötigt.
Eine solche Detektorschaltung funktioniert gut bei HF-Signalen, die mit einer W-CDMA-Modulation beaufschlagt sind. Insbesondere zeigt sich, dass die Ausgangsspannung am Ausgang des Subtrahierers der Detektorschaltung verglichen mit konventionellen Detektorschaltungen einen zeitlich glatteren d. h. weniger verrauschten Verlauf aufweist.
Die Detektorschaltung funktioniert auch bei verschiedenen Modulationsarten gut. Es wird nur ein einziger Analog-Digital-Wandler benötigt. Dadurch ist der Stromverbrauch der Detektorschaltung minimiert.
In einer Ausführungsform umfasst die Detektorschaltung einen Peak-Detektor, der mit dem Ausgang des Subtrahierers verschaltet ist. Der Peak-Detektor kann eine in Serie mit dem Subtrahierer verschaltete Diode und ein gegen Masse geschaltetes kapazitives Element umfassen.
Bei nach dem GSM-EDGE-Modulationsverfahren modulierten HF-Signalen ist die zeitliche Schwankung des Reflektionskoeffizienten bei konventionellen Detektorschaltungen so groß, dass bei bekannten Detektorschaltungen selbst eine anschließende, digitale zeitliche Mittelung des Signals bestenfalls ausreichend ist. Dagegen gibt diese Ausgestaltung der vorliegenden Detektorschaltung einen Reflektionskoeffizienten aus, dessen zeitlicher Verlauf auch ohne nachträgliches Bearbeiten sehr glatt verläuft und damit weniger durch Rauschen beaufschlagt ist.
Die Diode des Peak-Detektors kann eine Schottky-Diode sein.
In einer Ausführungsform umfasst die Detektorschaltung einen Impedanzwandler, der mit dem Ausgang des Subtrahierers verschaltet ist. Ein solcher Impedanzwandler kann die Impedanz des Ausgangs der Detektorschaltung an die Impedanz nachfolgender Schaltungen anpassen. Nachfolgende Schaltungen können z. B. analoge oder digitale Schaltungen eines mobilen Kommunikationsgeräts sein. Eine der nachfolgenden Schaltungen kann insbesondere ein Analog-Digital-Wandler eines mobilen Kommunikationsgeräts sein.
In einer Ausführungsform umfasst die Detektorschaltung ein Tiefpassfilter, das mit dem Ausgang des Subtrahierers verschaltet ist. Ein solches Tiefpassfilter kann hochfrequente Störsignale, welche beispielsweise in den das Rauschen erzeugenden logarithmischen Verstärkern erzeugt worden sein können, unterdrücken.
Das Tiefpassfilter kann zwischen einem Impedanzwandler und dem Ausgang des Subtrahierers verschaltet sein. Es ist auch möglich, einen Impedanzwandler zwischen einem Tiefpassfilter und dem Ausgang des Subtrahierers zu verschalten.
In einer Ausführungsform ist der Ausgang des Subtrahierers mit einem Analog-Digital-Wandler einer Logikschaltung eines mobilen Kommunikationsgeräts verschaltet.
In einer Ausführungsform umfasst die Detektorschaltung ein erstes Dämpfungsglied, das zwischen dem ersten Ausgang des Richtkopplers und dem ersten logarithmischen Verstärker verschaltet ist. Die Detektorschaltung umfasst dann ferner ein zweites Dämpfungsglied, das zwischen dem zweiten Ausgang des Richtkopplers und dem zweiten logarithmischen Verstärker verschaltet ist. Die beiden vom Richtkoppler abgezweigten Leistungen werden dann jeweils über eines der zusätzlichen Dämpfungsglieder an die jeweiligen logarithmischen Verstärker geleitet. Die Dämpfungsglieder unterstützen die Pegelanpassung und die Impedanzanpassung zwischen dem Richtkoppler und den logarithmischen Verstärkern. Als Dämpfungsglieder kommen Pi- oder T-Schaltungen in Frage.
In einer Ausführungsform umfasst die Detektorschaltung einen Impedanzwandler, der mit dem Ausgang des Subtrahierers verschaltet ist und zusätzlich ein Tiefpassfilter darstellt. Dadurch, dass die Funktion der Impedanzwandlung und die Tiefpassfilterfunktion in einer Teilschaltung integriert ist, wird eine zweite zusätzliche Tiefpassfilterschaltung vermieden, wodurch Kosten und Platz gespart werden.
In einer Ausführungsform ist die Detektorschaltung so ausgelegt, dass der bidirektionale Richtkoppler sowie die übrigen Komponenten der Detektorschaltung Frequenzen von 400 MHz bis 3000 MHz verarbeiten können.
Insbesondere sind die Komponenten so ausgelegt, dass sie die üblichen GSM- und (W-)CDMA-Frequenzen verarbeiten können.
In einer Ausführungsform ist die Detektorschaltung zum Verarbeiten von Signalen der Mobilfunksysteme GSM, W-CDMA, LTE und OFDM ausgelegt.
In einer Ausführungsform ist die Detektorschaltung zum Verarbeiten von Signalen der Mobilfunksysteme WLAN und WIMAX ausgelegt.
In einer Ausführungsform umfasst die Detektorschaltung eine aktive elektrische Komponente, eine passive elektrische Komponente und ein mehrlagiges Substrat, wobei die aktive elektrische Komponente auf der Oberfläche des Substrats angeordnet ist und die passive elektrische Komponente durch metallisierte Zwischenlagen des Substrats realisiert und daher im Wesentlichen im Inneren des Substrats angeordnet ist. Insbesondere kann einer der beiden oder können beide logarithmischen Verstärker jeweils die genannte aktive elektrische Schaltungskomponente sein.
In einer Ausführungsform ist die Detektorschaltung in einem Modul mit einer Grundfläche von weniger als 25 mm² realisiert.
In einer Ausführungsform umfasst die Detektorschaltung eine HF-Abschirmung zur Abschirmung der Komponenten der Detektorschaltung von äußeren HF-Signalen. Die HF-Abschirmung schützt jedoch auch weitere Schaltungskomponenten vor von der Detektorschaltung abgestrahlten HF-Signalen.
In einer Ausführungsform ist die Detektorschaltung in einem abstimmbaren Modul angeordnet. Ein abstimmbares Modul ist ein Modul, welches abstimmbare Schaltungselemente, z. B. Elemente variabler Kapazität, variabler Induktivität oder variabler Resistivität umfasst.
In einer Ausführungsform ist die Detektorschaltung in einem Signalpfad eines mobilen Kommunikationsgeräts verschaltet. Die Signale der Detektorschaltung werden zur Steuerung oder Regelung eines Leistungsverstärkers oder einer Impedanzanpassschaltung verwendet. Ein eine Detektorschaltung umfassendes abstimmbares Modul, kann ferner eine Logikschaltung umfassen. Die Logikschaltung regelt die Werte der abstimmbaren Schaltungselemente auf der Basis des von der Detektorschaltung gemessenen Maßes für den Reflektionskoeffizienten. Somit wird eine Möglichkeit erhalten, die Impedanz eines Signalpfad eines mobilen Kommunikationsgeräts dynamisch anzupassen.
Das erste resistive Element und das zweite resistive Element können das Verhältnis der Potentiale an dem ersten Ausgang und dem Ausgang der Subtrahierschaltung bestimmen. Dann werden die Widerstände der resistiven Elemente so bestimmt, dass das die zeitlich unterschiedlichen Potenziale am Ausgang vom Analog-Digital-Wandler gut digitalisiert werden können.
Die Widerstände des dritten und des vierten resistiven Elements hängen von den Werten des ersten, des zweiten und des fünften resistiven Elements ab:
Dabei ist ν_U0 eine Zahl zwischen Null und Eins, welche die Offset-Spannung, die am Offset-Anschluss anliegt, bestimmt. ν_U0 kann z. B. 0,68 betragen.
Der Widerstand des fünften resistiven Elements ist ein Parameter, mit dem das elektrische Verhalten des Subtrahierers an die übrigen Schaltungskomponenten angepasst werden kann.
Der ohmsche Widerstand des ersten resistiven Elements kann zwischen 40 und 55 kΩ betragen. Der ohmsche Widerstand des zweiten resistiven Elements R2 kann zwischen 90 und 110 kΩ betragen. Der ohmsche Widerstand des dritten resistiven Elements R3 kann zwischen 35 und 45 kΩ betragen. Der ohmsche Widerstand des vierten resistiven Elements R4 kann zwischen 250 und 300 kΩ betragen. Der ohmsche Widerstand des fünften resistiven Elements R5 kann zwischen 110 und 130 kΩ betragen. Die Offset-Spannung, die zwischen dem Offset-Anschluss und Masse anliegt, kann zwischen 2 und 3 V betragen.
In einer Ausführungsform beträgt der ohmsche Widerstand des ersten resistiven Elements R1 47 kΩ, der Widerstand des zweiten resistiven Elements R2 100 kΩ, der Widerstand des dritten resistiven Elements R3 39 kΩ, der Widerstand des vierten resistiven Elements R3 270 kΩ und der Widerstand des fünften resistiven Elements R5 120 kΩ. In einer Ausführungsform beträgt die Offset-Spannung 2,7 V.
Im Folgenden wird die Detektorschaltung anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen schematischen Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Ausgestaltung des Subtrahierers,
2 eine Grundform der Detektorschaltung,
3 eine Detektorschaltung mit Dämpfungsgliedern, einem Peak-Detektor, einem Impedanzwandler und einem Tiefpassfilter,
4 eine Ausgestaltung, in der die Detektorschaltung diskrete Bauelemente sowie integrierte Schaltungskomponenten innerhalb eines Mehrlagensubstrats umfasst,
5 den Spannungsverlauf am Signalausgang eines Subtrahierers einer konventionellen Detektorschaltung,
6 zeitliche Spannungsverläufe einer konventionellen Detektorschaltung,
7 zeitliche Spannungsverläufe einer Detektorschaltung mit Peak-Detektor,
8 zeitliche Spannungsverläufe einer konventionellen Detektorschaltung bei modulierten GSM-EDGE Signalen,
9 zeitliche Spannungsverläufe einer Detektorschaltung mit Peak-Detektor bei modulierten GSM-EDGE Signalen,
10 eine weitere Ausgestaltung einer Detektorschaltung.
1 zeigt eine Ausgestaltung des Subtrahierers SU mit einem Offset-Anschluss OA. Der Subtrahierer SU umfasst eine konventionelle Subtrahierschaltung SUK. Die konventionelle Subtrahierschaltung SUK umfasst einen ersten Eingang (mit ”–” gekennzeichnet) sowie einen zweiten Eingang (mit ”+” gekennzeichnet) sowie einen Ausgang AS. Der Subtrahierer SU umfasst einen ersten Eingang ES1 und einen zweiten Eingang ES2. Der erste Eingang ES1 des Subtrahierers ist mit dem Eingang der konventionellen Subtrahierschaltung verschaltet. Der zweite Eingang ES2 des Subtrahierers ist mit dem zweiten Eingang der konventionellen Subtrahierschaltung SUK verschaltet. Zwischen dem ersten Eingang ES1 des Subtrahierers SU und dem ersten Eingang der konventionellen Subtrahierschaltung SUK (”–”) ist ein erstes resistives Element R1 verschaltet. Zwischen dem zweiten Eingang ES2 des Subtrahierers SU und dem zweiten Eingang der konventionellen Subtrahierschaltung SUK (”+”) ist ein drittes resistives Element R3 verschaltet. Zwischen dem Ausgang des Subtrahierers SU, der mit dem Ausgang AS der konventionellen Subtrahierschaltung SUK übereinstimmt, und dem Eingang der konventionellen Subtrahierschaltung SUK (”–”) ist ein zweites resistives Element R2 verschaltet. Der Offset-Anschluss OA des Subtrahierers SU ist mit dem zweiten Eingang (”+”) der konventionellen Subtrahierschaltung SUK verschaltet. Zwischen dem Offset-Eingang OA des Subtrahierers SU und dem zweiten Eingang der konventionellen Subtrahierschaltung SUK (”+”) ist ein fünftes resistives Element R5 verschaltet. Zwischen dem zweiten Eingang der konventionellen Subtrahierschaltung SUK (”+”) und Masse ist ein viertes resistives Element R4, parallel zum resistiven Element R5, verschaltet.
Der gezeigte Subtrahierer SU kann an seinem Ausgang AS eine Spannung gegenüber Masse ausgeben, welche ein Maß für die Differenz der Eingangsspannungen an den Eingangsanschlüssen ES1 und ES2 ist. Je nachdem, welche Offset-Spannung am Offset-Anschluss OA gegenüber Masse angelegt ist, kann die die Differenz anzeigende Spannung durch den Offset korrigiert werden.
2 zeigt eine Grundform der Detektorschaltung DS mit einem Signalpfad SP zwischen einem Signalport SPO und einem Lastport LP. Im Signalpfad, der ein Signalpfad eines mobilen Kommunikationsgeräts sein kann, ist ein bidirektionaler Richtkoppler RK verschaltet. Der bidirektionale Richtkoppler RK hat einen ersten Ausgang RKA1 und einen zweiten Ausgang RKA2. Ein erster logarithmischer Verstärker LV1 ist mit dem ersten Ausgang RKA1 des Richtkopplers RK verschaltet. Ein zweiter logarithmischer Verstärker LV2 ist mit dem zweiten Ausgang RKA2 des Richtkopplers RK verschaltet. Die logarithmischen Verstärker LV1, LV2 sind jeweils mit genau einem Eingang ES1, ES2 des Subtrahierers SU verschaltet. Der Subtrahierer SU stellt an seinem Ausgang AS eine zeitabhängige Spannung zur Verfügung, die im Wesentlichen proportional ist zum Reflektionskoeffizienten von HF-Signalen, die im Signalpfad SP propagieren, und die durch eine Offset-Spannung, die am Offset-Anschluss OA des Subtrahierers anliegt, verändert werden kann.
3 zeigt eine Ausgestaltung der in 2 gezeigten Detektorschaltung, wobei zwischen dem ersten Ausgang des Richtkopplers RK und dem ersten logarithmischen Verstärker LV1 ein erstes Dämpfungsglied D1 verschaltet ist. Zwischen dem zweiten Ausgang des Richtkoppler und dem zweiten logarithmischen Verstärker LV2 ist ein zweites Dämpfungsglied D2 verschaltet.
Der Ausgang AS des Subtrahierers SU ist mit einem Analog-Digital-Wandler A/D einer Logikschaltung LS verschaltet. Zwischen dem Ausgang des Subtrahierers und dem Analog-Digital-Wandler sind ein Peak-Detektor PD, ein Impedanzwandler IW sowie ein Tiefpassfilter TPF verschaltet. Dabei ist der Peak-Detektor zwischen dem Ausgang des Subtrahierers und dem Impedanzwandler verschaltet. Das Tiefpassfilter TPF ist zwischen dem Impedanzwandler und dem Analog-Digital-Wandler A/D verschaltet.
4 zeigt, wie verschiedene diskrete und integrierte Schaltungselemente der Detektorschaltung zu einem Modul MO zusammengefasst und auf der Oberfläche oder in Zwischenlagen eines Mehrlagensubstrats MLS angeordnet sein können. Ein diskretes Schaltungsbauelement IC1, welches z. B. aktive Schaltungskomponenten umfassen kann, ist auf der Oberfläche des Mehrlagensubstrats MLS angeordnet und über Bonddrähte mit Anschlusspads auf der Oberfläche des Mehrlagensubstrats verschaltet. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, Schaltungskomponenten in einem in Flip-Chip-Bauweise auf der Oberfläche des Mehrlagensubstrats MLS angeordneten Bauelement IC2 unterzubringen. Über Bumps sind die Schaltungskomponenten des diskreten Bauelements IC2 mit der Verschaltung auf der Oberfläche und im Inneren des Mehrlagensubstrats MLS verschaltet. Das mehrlagige Substrat MLS umfasst mindestens zwei dielektrische Schichten. Passive Schaltungskomponenten, z. B. kapazitive Elemente KE oder induktive Elemente IE, können in Metallisierungsebenen zwischen den dielektrischen Schichten des Mehrlagensubstrats MLS angeordnet sein. Über Durchkontaktierungen DK können verschiedene Metallisierungsebenen miteinander verschaltet sein. Ein Gehäuse oder eine Abdeckung G kann diskrete Bauelemente oder Leiterstrukturen auf der Oberfläche des Mehrlagensubstrats MLS bedecken und vor mechanischer Einwirkung, Staub oder Feuchtigkeit schützen. Die Abdeckung oder das Gehäuse G kann eine HF-Abschirmung ABS darstellen, durch die die Schaltungskomponenten der Detektorschaltung vor störenden, von außen einwirkenden HF-Signalen geschützt ist. Umgekehrt oder zusätzlich kann die HF-Abschirmung in der räumlichen Umgebung befindliche Komponenten vor störenden, von Schaltungskomponenten der Detektorschaltung emittierten HF-Signalen geschützt werden.
5 zeigt für eine konventionelle Detektorschaltung: den zeitlichen Verlauf der am Ausgang des ersten logarithmischen Verstärkers LV1 anliegenden Spannung A, den zeitlichen Verlauf der am Ausgang des zweiten logarithmischen Verstärkers LV2 anliegenden Spannung B sowie den zeitlichen Verlauf S des Betrags der Spannung am Ausgang des Subtrahierers SU, die ein Maß für den Reflektionskoeffizienten Γ ist. Dass der Reflektionskoeffizienten mit Rauschen beaufschlagt ist, ist deutlich zu sehen.
6 zeigt im Gegensatz dazu die entsprechenden Kurven A, B, S, allerdings von einer erfindungsgemäßen Detektorschaltung inklusive eines Peak-Detektors, der mit dem Ausgang AS des Subtrahierers verschaltet ist. Die Signale A, B an den Ausgängen der logarithmischen Verstärker LV1, LV2 weisen ein mit der 5 vergleichbares Rauschen auf. Der ermittelte Reflektionskoeffizient S dagegen zeigt einen deutlich glatteren Verlauf mit deutlich vermindertem Rauschen.
7 zeigt die zeitlichen Verläufe A, B, S einer konventionellen Detektorschaltung direkt am Ausgang des Subtrahierers SU, während ein besonders kritisches GSM-EDGE-Signal moduliert wird. Dass der Reflektionskoeffizient S exrtem stark schwankt, ist deutlich zu sehen.
8 zeigt die zeitlichen Verläufe A, B, S für ein moduliertes GSM-EDGE-Signal bei Verwendung der erfindungsgemäßen Detektorschaltung, wobei ein Peak-Detektor PD mit dem Ausgang AS des Subtrahierers verschaltet ist. Auch hier zeigt sich ein Verlauf des am Ausgang AS der Detektorschaltung ausgegebenen Signals S, der deutlich glatter ist und deutlich vermindertes Rauschen aufweist.
9 zeigt eine Ausgestaltung des Peak-Detektors PD mit einer Diode D und einem kapazitiven Element KE, dessen eine Elektrode mit einer Elektrode der Diode D verschaltet ist.
10 zeigt eine Ausgestaltung der Detektorschaltung mit je einem Hochpassfilter HPF, das jeweils zwischen einem der logarithmischen Verstärker und einem der Eingänge des Subtrahierers SU verschaltet ist. Zwischen dem Subtrahierer SU und dem Peak-Detektor PD sowie zwischen dem Peak-Detektor PD und dem Analog-Digital-Wandler ist je ein weiteres Hochpassfilter HPF verschaltet. Zwischen dem dem Peak-Detektor nachgeschalteten Hochpassfilter und dem Analog-Digital-Wandler ist ein weiterer Subtrahierer verschaltet. Das Hochpassfilter ist dabei mit dem nicht invertierten Eingang des weiteren Subtrahierers SU2 verschaltet. Der Ausgang des weiteren Subtrahierers SU2 ist mit dem invertierten Eingang des weiteren Subtrahierers SU2 und mit dem Analog-Digital-Wandler verschaltet.
Durch eine solche Verschaltung mit weiteren Filtern ist die Impedanzanpassung zwischen den Schaltungselementen der Detektorschaltung verbessert. Ferner wird dadurch eine gute Funktionsweise des Peak-Detektors gefördert.
Eine Detektorschaltung ist nicht auf eines der beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Variationen, welche z. B. noch weitere Hochpass- oder Tiefpassfilter oder weitere resistive Elemente umfassen, stellen ebenso erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele dar.
Bezugszeichenliste:

A, B:

Spannungen an den Ausgängen der logarithmischen Verstärker

ABS:

HF-Abschirmung

AD:

Analog-Digital-Wandler

AS:

Ausgang des Subtrahierers

D:

Diode

D1, D2:

Dämpfungsglied

DK:

Durchkontaktierung

DS:

Detektorschaltung

ES1, ES2:

erster, zweiter Eingang des Subtrahierers

G:

Gehäuse

HPF:

Hochpassfilter

IC1, IC2:

diskretes Bauelement

IE:

induktives Element

IW:

Impedanzwandler

KE:

kapazitives Element

LP:

Lastport

LS:

Logikschaltung

LV1, LV2:

logarithmischer Verstärker

MLS:

Mehrlagiges Substrat

MO:

Modul

OA:

Offset-Anschluss des Subtrahierers

PD:

Peak-Detektor

RK:

Richtkoppler

RKA1, RKA2:

Ausgang des Richtkopplers

S:

Signal am Ausgang der Detektorschaltung

SP:

Signalpfad

SPO:

Signalport

SU:

Subtrahierer

SU2:

weiterer Subtrahierer

SUK:

konventionelle Subtrahierschaltung

TPF:

Tiefpassfilter

Claims

Detektorschaltung (DES) zur Bestimmung des Reflektionskoeffizienten, umfassend – einen Signalport (SPO), einen Lastport (LP) und einen dazwischen verschalteten Signalpfad (SP), – einen bidirektionalen Richtkoppler (RK), – einen ersten (LV1) und einen zweiten (LV2) logarithmischen Verstärker und – einen Subtrahierer (SU) mit einem Offset-Anschluss (OA), wobei – der Richtkoppler (RK) mit dem Signalpfad (SP) verschaltet ist und an einem ersten Ausgang (RKA1) ein erstes Signal, das ein Maß der im Signalpfad (SP) in Vorwärtsrichtung übertragenen Leistung ist, und an einem zweiten Ausgang (RKA2) ein zweites Signal, das ein Maß der im Signalpfad (SP) entgegen der Vorwärtsrichtung übertragenen Leistung ist, zur Verfügung stellt, – der erste logarithmische Verstärker (LV1) mit dem ersten Ausgang (RKA1) verschaltet ist und das erste Signal logarithmisch verstärkt, – der zweite logarithmische Verstärker (LV2) mit dem zweiten Ausgang (RKA2) verschaltet ist und das zweite Signal logarithmisch verstärkt, – der Subtrahierer (SU) mit den logarithmischen Verstärkern (LV1, LV2) verschaltet ist und die Differenz aus dem ersten logarithmisch verstärkten Signal und dem zweiten logarithmisch verstärkten Signal als Maß für den Reflektionskoeffizienten ermittelt und – zwischen Masse und dem Offset-Anschluss (OA) des Subtrahierers (SU) eine Offset-Spannung anliegt.
Detektorschaltung nach dem vorhergehenden Anspruch, umfassend einen Peak-Detektor (PD), der mit dem Ausgang (AS) des Subtrahierers (SU) verschaltet ist.
Detektorschaltung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Peak-Detektor (PD) eine in Serie mit dem Subtrahierer (SU) verschaltete Diode (D) und ein gegen Masse geschaltetes kapazitives Element (KE) umfasst.
Detektorschaltung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Diode (D) eine Schottky-Diode ist.
Detektorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen Impedanzwandler (IW), der mit dem Ausgang (AS) des Subtrahierers (SU) verschaltet ist.
Detektorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend ein Tiefpassfilter (TPF), das mit dem Ausgang (AS) des Subtrahierers (SU) verschaltet ist.
Detektorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ausgang (AS) des Subtrahierers (SU) mit einem Analog-Digitalwandler (A/D) einer Logikschaltung (LS) eines mobilen Kommunikationsgeräts verschaltet ist.
Detektorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend ein erstes Dämpfungsglied (D1), das zwischen dem ersten Ausgang des Richtkopplers (RKA1) und dem ersten logarithmischen Verstärker (LV1) verschaltet ist, und ein zweites Dämpfungsglied (D2), das zwischen dem zweiten Ausgang des Richtkopplers (RKA2) und dem zweiten logarithmischen Verstärker (LV2) verschaltet ist.
Detektorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen Impedanzwandler (IW) der mit dem Ausgang (AS) des Subtrahierers (SU) verschaltet ist und zusätzlich ein Tiefpassfilter (TPF) darstellt.
Detektorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der bidirektionale Richtkoppler (RK) so ausgelegt ist, dass er Signale bei Frequenzen von 400 MHz bis 3000 MHz verarbeiten kann.
Detektorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Detektorschaltung zum Verarbeiten von Signalen der Mobilfunksysteme GSM, W-CDMA, LTE und OFDM (???) ausgelegt ist.
Detektorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Detektorschaltung zum Verarbeiten von Signalen der Mobilfunksysteme WLAN und WIMAX ausgelegt ist.
Detektorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine aktive elektrische Komponente (IC1, IC2), eine passive elektrische Komponente (KE, IE) und ein mehrlagiges Substrat (MLS), wobei – die aktive elektrische Komponente (IC1, IC2) auf der Oberfläche des Substrates (MLS) angeordnet ist und – die passive elektrische Komponente (KE, IE) in metallisierten Zwischenlagen des Substrates (MLS) angeordnet ist.
Detektorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die in einem Modul (MO) mit einer Grundfläche von weniger als 25 mm² realisiert ist.
Detektorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche eine HF-Abschirmung (ABS) umfasst.
Detektorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche in einem abstimmbaren Modul angeordnet ist.
Detektorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die in einem Signalpfad (SP) eines mobilen Kommunikationsgerät verschaltet ist und deren Signale zur Steuerung oder Regelung eines Leistungsverstärkers oder einer Impedanzanpassschaltung verwendet werden.