DE102011083050B4

DE102011083050B4 - Adaptive Anpassung eines aktiven Bereichs für einen Leistungsverstärker

Info

Publication number: DE102011083050B4
Application number: DE102011083050.2A
Authority: DE
Inventors: Andrea Camuffo; Chi-Tao GOE; Jan-Erik Müller; Sandro Pinarello; Nick Shute
Original assignee: Intel Deutschland GmbH
Current assignee: Intel Deutschland GmbH
Priority date: 2010-09-21
Filing date: 2011-09-20
Publication date: 2017-11-02
Anticipated expiration: 2031-09-21
Also published as: CN102412795A; DE102011083050A1; CN102412795B; US8364103B2; US20120071120A1

Abstract

Senderschaltung, die folgende Merkmale aufweist: eine Steuerschaltung (110; 214; 304; 1004), die dazu konfiguriert ist, Informationen über ein Ausgangssignal von einer Rückkopplungsschleife zu empfangen, die sich von einem Ausgangs eines Leistungsverstärkers zu der Steuerschaltung erstreckt, wobei der Leistungsverstärker (108; 206; 302; 500) eine Mehrzahl von Transistorzellen aufweist, die selektiv aktiviert oder deaktiviert werden, und wobei der Leistungsverstärker (108; 206; 302; 500) dazu konfiguriert ist, ein Ausgangssignal von dem Ausgang an eine Antenne zu liefern; wobei die Steuerschaltung die empfangenen Informationen dazu verwendet, eine Qualität des Ausgangssignals zu bestimmen, und wobei die Steuerschaltung dazu konfiguriert ist, eine Anzahl der Mehrzahl von Transistorzellen auf der Basis der Qualität des Ausgangssignals iterativ zu aktivieren oder zu deaktivieren, um zu bewirken, dass sich die Qualität des Ausgangssignals einem vorbestimmten Qualitätsschwellwert nähert.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Senden von Hochfrequenzwellen und insbesondere auf einen leistungsstarken Sender.
Moderne tragbare Kommunikationsvorrichtungen (z. B. Mobiltelefone, PDAs usw.) weisen eine Übertragungskette (Sendekette) auf, die dazu konfiguriert ist, Hochfrequenzsignale (HF-Signale) zu senden. Die Sendekette kann üblicherweise eine Mehrzahl von Elementen aufweisen, einschließlich eines Leistungsverstärkers, der ein Eingangssignal mit einer geringen Energiemenge in ein ähnliches Ausgangssignal mit einer größeren Energiemenge umwandelt. Sowohl Effizienz als auch Linearität sind Faktoren bei der Leistungsfähigkeit von Leistungsverstärkern in modernen drahtlosen Systemen.
Die US 6 819 171 B2 beschreibt einen Verstärker, der Amplitudenschwankungen des Eingangssignals entfernt. Ein Splitter stellt das konstante Amplitudensignal an jedes einer Mehrzahl von Verstärkerelementen über einen jeweiligen Schalter bereit. Die Hüllkurve des Eingangssignals wird erfasst und digitalisiert. Die Bits des digitalisierten Hüllsignals werden verwendet, um die Schalter zu steuern.
Die US 7 656 227 B 1 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung der Verstärkung eines HF-Verstärkers, der für eine niedrige Verzerrung vorgespannt ist. Die Vorspannung wird nicht geändert, um die Verstärkung einzustellen; vielmehr wird die Verstärkung des Verstärkers durch selektives Aktivieren oder Deaktivieren von Hochfrequenzverstärker-Zellen des HF-Verstärkers gesteuert.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Senderschaltung mit verbessertem Leistungsverbrauch sowie ein Verfahren zum Betreiben derselben zu schaffen.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm, das ein erstes Ausführungsbeispiel eines hocheffizienten Leistungsverstärkers mit einem dynamisch anpassbaren (einstellbaren) aktiven Bereich veranschaulicht;
2 ein Blockdiagramm, das ein alternatives Ausführungsbeispiel eines hocheffizienten Leistungsverstärkers mit einem dynamisch anpassbaren aktiven Bereich veranschaulicht;
3 ein Blockdiagramm, das ein alternatives Ausführungsbeispiel eines hocheffizienten Leistungsverstärkers mit einem dynamisch anpassbaren aktiven Bereich veranschaulicht;
4 ein Balkendiagramm, das den aktiven Bereich eines Leistungsverstärkers als Funktion der Zeit für einen Algorithmus zeigt, der dazu konfiguriert ist, den aktiven Bereich eines Leistungsverstärkers dynamisch anzupassen;
5 ein Blockdiagramm, das einen hocheffizienten Leistungsverstärker veranschaulicht, der eine Mehrzahl aktiver Zellen aufweist, die dynamisch aktiviert werden können;
6A–6E verschiedene Ausführungsbeispiele eines Leistungsverstärker-Transistorblocks, der ein aktiver Transistorblock sein kann, der selektiv betrieben werden kann;
7 ein Blockdiagramm, das ein alternatives Ausführungsbeispiel eines hocheffizienten Leistungsverstärkers veranschaulicht, der einen dynamisch anpassbaren aktiven Bereich aufweist, der ferner eine Ausgangslastabstimmvorrichtung aufweist;
8 ein Blockdiagramm, das ein alternatives Ausführungsbeispiel eines hocheffizienten Leistungsverstärkers veranschaulicht, der einen mit der Ausgangslastabstimmvorrichtung gekoppelten Nichtübereinstimmungsdetektor (Nichtübereinstimmungsdetektor) aufweist;
9 ein Blockdiagramm, das ein alternatives Ausführungsbeispiel eines hocheffizienten Leistungsverstärkers veranschaulicht, der einen dynamisch anpassbaren aktiven Bereich aufweist, der ferner einen mit der Ausgangslastabstimmvorrichtung gekoppelten Isolator aufweist;
10 ein Blockdiagramm, das ein alternatives Ausführungsbeispiel eines hocheffizienten Leistungsverstärkers veranschaulicht, der einen dynamisch anpassbaren aktiven Bereich aufweist, der ferner Sensoren aufweist, die zum Messen externer Parameter konfiguriert sind;
11 ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Optimieren des Arbeitspunkts eines Sendekettenelements zeigt;
12 einen Graphen, der eine Messsignalqualität als Funktion der Zeit veranschaulicht; und
13 einen Graphen, der eine Messsignalqualität als Funktion der Zeit und entsprechende Ströme und Spannungen über einen längeren Zeitraum hinweg veranschaulicht.
Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungsfiguren beschrieben, bei denen gleiche Bezugszeichen durchgehend gleiche Elemente bezeichnen und bei denen die veranschaulichten Strukturen und Vorrichtungen nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet sind.
Leistungsverbrauch ist ein wichtiges Thema beim Entwurf moderner Mobilkommunikationsvorrichtungen. Ein niedriger Leistungsverbrauch ermöglicht eine Anzahl von Verbesserungen einer Mobilkommunikationsvorrichtung, einschließlich einer erhöhten Leistungsfähigkeit, einer erweiterten Funktionalität und einer längeren Betriebszeit. Bei Mobiltelefon-Sendern stellt der in einer Sendekette verwendete Strom eine große Quelle des Leistungsverbrauchs dar. Demgemäß werden hierin ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verringern des Leistungsverbrauchs einer Sendekette bereitgestellt.
Die Erfinder haben erkannt, dass der Leistungsverbrauch einer Sendekette verbessert werden kann, indem die Arbeitspunkte von Elementen innerhalb einer Sendekette selektiv angepasst werden (z. B. indem der Arbeitspunkt eines Leistungsverstärkers dahin gehend angepasst wird, so nahe wie möglich an einem Sendestandard zu arbeiten). Auf der Basis dieser Erkenntnis werden hierin ein Verfahren und eine Struktur zum dynamischen Anpassen von Arbeitspunkten von Elementen in einer Sendekette für einen oder mehrere Ausgangsleistungspegel bereitgestellt.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Leistungsverbrauch einer Sendekette verbessert werden, indem die Qualität eines aus der Sendekette ausgegebenen Signals durchgehend bewertet wird und indem der Arbeitspunkt eines oder mehrerer Elemente in der Sendekette (z. B. eines Leistungsverstärkers) iterativ angepasst wird, so dass die bewertete Qualität des Ausgangssignals dahin gehend optimiert wird, den Stromverbrauch der Sendekette zu verringern, ohne gegen die Anforderungen des Kommunikationsstandards zu verstoßen.
Insbesondere wird hierin eine Sendeschaltung bereitgestellt, die dazu konfiguriert ist, einen Arbeitspunkt eines oder mehrerer Sendekettenelemente dahin gehend dynamisch anzupassen, bei Arbeitspunkten zu arbeiten, die bezüglich eines geringen Stroms und einer guten Sendequalität optimiert sind. Die Sendeschaltung weist eine Sendekette auf, die eine Mehrzahl von Elementen aufweist, die dazu konfiguriert sind, ein Signal S_OUT zu erzeugen, das aus der Sendekette ausgegeben wird. Eine Rückkopplungsschleife ist dazu konfiguriert, Messinformationen über das Ausgangssignal (z. B. Phase, Amplitude usw.) an eine Steuerschaltung zu liefern. Die Steuerschaltung verwendet die Messsignalinformationen, um die Qualität des Ausgangssignals zu bewerten. Die Steuerschaltung kann die Qualität des Ausgangssignals iterativ bewerten und auf dieser Basis den Arbeitspunkt eines oder mehrerer der Mehrzahl von Sendekettenelementen dynamisch anpassen, bis optimierte Arbeitspunkte des einen oder der mehreren Elemente bestimmt wurden.
Die Erfinder erkannten ferner, dass Leistungsverstärker üblicherweise eine der größten Quellen des Leistungsverbrauchs innerhalb einer Sendekette darstellen. Auf der Basis dieser Erkenntnis kann bei einem Ausführungsbeispiel der Arbeitspunkt eines Leistungsverstärkers optimiert werden, indem der aktive Bereich des Leistungsverstärkers dynamisch angepasst wird, oder, mit anderen Worten, indem die Anzahl aktiver Transistorzellen in einer Leistungsverstärkerarchitektur dynamisch angepasst wird.
1 veranschaulicht ein erstes Ausführungsbeispiel einer Sendeschaltung 100, die dazu konfiguriert ist, den Arbeitspunkt eines in einer Sendekette enthaltenen Leistungsverstärkers dynamisch anzupassen, indem sie den aktiven Bereich (z. B. die Anzahl aktiver Transistorzellen) des Leistungsverstärkers auf der Basis einer bewerteten Qualität eines Ausgangssignals anpasst. Die Sendeschaltung 100 weist eine Sendekette 104 auf, die zwischen einem Signal 102 (z. B. Basisbandprozessor) und einer Antenne 106 enthalten ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist ein Basisbandprozessor 102 dazu konfiguriert, ein Basisbandsignal an die Sendekette 104 auszugeben. Auf der Basis des Basisbandsignals ist die Sendekette 104 dazu konfiguriert, ein moduliertes HF-Ausgangssignal zu erzeugen, das einem Leistungsverstärker 108 bereitgestellt wird, der dazu konfiguriert ist, der Antenne 106 zum Senden ein Ausgangssignal S_OUT erhöhter Leistung bereitzustellen.
Die Sendeschaltung 100 weist ferner eine Rückkopplungsschleife auf, die sich von dem Ausgang der Sendekette 104 zu einer Steuerschaltung 110 erstreckt. Die Rückkopplungsschleife ist dazu konfiguriert, Informationen über das Ausgangssignal S_OUT (z. B. Phase, Amplitude usw.) an die Steuerschaltung 110 zu liefern. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Steuerschaltung 110 eine Signalqualitätserzeugungsvorrichtung 112 und eine abstimmbare Gleichstromversorgung 114 aufweisen. Die Steuerschaltung 110 ist dazu konfiguriert, die Ausgangssignalinformationen zu empfangen und einen Algorithmus auszuführen, der die Qualität des Ausgangssignals bewertet, um auf der Basis der empfangenen Signalinformationen eine Messsignalqualität zu erzeugen.
Bei einem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Ausgangssignal zu der Steuerschaltung 110 zurückgekoppelt, die dazu konfiguriert ist, Signalinformationen (z. B. Augenblicksamplitude und/oder Phase des Ausgangssignals) direkt anhand des Ausgangssignals zu messen. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann eine separate Messschaltung Informationen über das Ausgangssignal (z. B. Phase, Amplitude usw.) messen und der Steuerschaltung 110 bereitstellen.
Auf der Basis der Messsignalqualität des Ausgangssignals passt die Steuerschaltung 110 einen Arbeitspunkt des Leistungsverstärkers in der Sendekette dynamisch an, indem sie den aktiven Bereich (d. h. die Anzahl aktiver Transistorzellen) des Leistungsverstärkers iterativ anpasst, um den Stromverbrauch des Leistungsverstärkers zu minimieren und gleichzeitig eine ausreichende Signalqualität aufrechtzuerhalten.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Messsignalqualität des Ausgangssignals mit einem vorbestimmten Schwellwert S_TH verglichen werden. Falls der Vergleich zeigt, dass die Qualität des Ausgangssignals geringer ist als ein Sendestandard (z. B. liegt die Messsignalqualität unter dem vorbestimmten Schwellwert S_TH), kann die tatsächliche Signalqualität verbessert werden, indem der aktive Bereich (z. B. die Anzahl aktiver Transistorzellen) vergrößert wird, um eine bessere Signalqualität zu erzielen. Falls der Vergleich zeigt, dass die Qualität des Ausgangssignals höher ist als ein Sendestandard (z. B. liegt die Messsignalqualität über dem vorbestimmten Schwellwert S_TH), kann die tatsächliche Signalqualität verringert werden, indem der aktive Bereich (z. B. die Anzahl aktiver Zellen) verkleinert wird, um eine niedrigere Signalqualität zu erzielen.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann der vorbestimmte Schwellwert einen oder mehrere Werte umfassen, bezüglich derer anhand von Labormessungen ermittelt wird, dass sie einen Sicherheitsschwellwert aufweisen, der ermöglicht, dass die Sendeschaltung 100 unter ausreichend sicheren Bedingungen arbeitet, um unter verschiedenen Umständen eine gute Modulationsqualität zu gewährleisten. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die vorbestimmte Schwelle unter einer Systemspezifikation festgelegt (eingestellt), so dass keine Verletzungen von Kommunikationsstandards (z. B. einer Mindestsendesignalleistung) auftreten. Bei einem zusätzlichen Ausführungsbeispiel kann die Schwelle je nach der verwendeten Ausgangsleistung und/oder dem verwendeten Modulationstyp verschiedene Schwellwerte ermöglichen.
Deshalb ist die Steuerschaltung 110 bei der Senderschaltung 100 dazu konfiguriert, den aktiven Bereich eines Leistungsverstärkers in einer Sendekette 104 auf einen optimierten Wert zu treiben, der den Stromverbrauch der Sendekette 104 verringert (z. B. der einen aktiven Bereich auswählt, der gerade groß genug ist, um einem Standard für eine bestimmte Ausgangsleistung zu entsprechen).
Man wird erkennen, dass die Steuerschaltung 110 die Signalqualität des Ausgangssignals kontinuierlich bewerten kann. Sie kann beispielsweise in regelmäßigen Zeitabständen prüfen, ob die Messsignalqualität unter dem vorbestimmten Schwellwert S_TH liegt. Eine derartige kontinuierliche Bewertung ermöglicht es der Steuerschaltung 110, die Senderschaltung 110 in einem optimierten Zustand zu halten und gleichzeitig zu gewährleisten, dass keine Verletzungen von Kommunikationsstandards auftreten. Beispielsweise kann die Steuerschaltung 110 auf der Basis der Messsignalqualität den aktiven Bereich eines Leistungsverstärkers dahin gehend anpassen, dass er einen ersten Bereich aufweist (d. h. die Steuerschaltung 110 kann eine erste Anzahl von Transistorzellen aktivieren), der zu einem ersten Zeitpunkt einen ersten Stromverbrauchspegel aufweist. Zu einem späteren Zeitpunkt kann die Steuerschaltung 110 auf der Basis der Messsignalqualität den aktiven Bereich eines Leistungsverstärkers dahin gehend anpassen, dass er einen zweiten Bereich aufweist (d. h. die Steuerschaltung 110 kann eine zweite Anzahl von Transistorzellen aktivieren), der zu einem zweiten Zeitpunkt einen zweiten Stromverbrauchspegel aufweist, der geringer ist als der erste Stromverbrauchspegel.
2 veranschaulicht ein detaillierteres exemplarisches Ausführungsbeispiel einer Sendeschaltung 200, die dazu konfiguriert ist, den aktiven Bereich (d. h. die Anzahl aktiver Zellen) eines in einer Sendekette 204 enthaltenen Leistungsverstärkers 206 dynamisch anzupassen.
Wie in 2 gezeigt ist, weist die Sendekette 204 eine Modulationsschaltung 208, ein oder mehrere Filter 210 und einen Leistungsverstärker 206 auf. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Sendekette 204 auch eine große Bandbreite zusätzlicher Elemente aufweisen, je nach Überlegungen wie z. B. den Modulationstyp betreffend. Man wird erkennen, dass die Sendeschaltung 204 nicht auf einen bestimmten Modulationstyp beschränkt ist, sondern in verschiedenen Ausführungsbeispielen verschiedene Elemente aufweisen kann, die den Betrieb verschiedener Modulationstypen ermöglichen.
Eine Steuerschaltung 216 ist dazu konfiguriert, Parameter des aus dem Leistungsverstärker 206 ausgegebenen Signals S_OUT zu messen und auf dieser Basis eine Messsignalqualität zu bewerten. Bei einem Ausführungsbeispiel führt die Steuerschaltung 216 einen Algorithmus (z. B. siehe 3) aus, der in einem Speicher 218 gespeichert ist und der die gemessenen Parameter dazu nutzt, eine Messsignalqualität eines Ausgangssignals zu ermitteln. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Messsignalqualität mit einem Wert eines vorbestimmten Schwellwerts S_TH (der z. B. in dem Speicher 218 gespeichert ist) verglichen werden. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann eine Variation der Messsignalqualität mit einem vorbestimmten Variationsschwellwert (der z. B. in dem Speicher 218 gespeichert ist) vergleichen werden.
Wie in 2 gezeigt ist, ist die Steuerschaltung mit dem Leistungsverstärker 206 gekoppelt, um den aktiven Bereich des Leistungsverstärkers dynamisch anzupassen. Die Steuerschaltung 216 kann auch mit anderen Elementen (z. B. dem Filter 210, einem DAC (digital-analog converter, Digital-Analog-Umsetzer) 212 usw.) in der Sendekette 204 gekoppelt sein, um den Arbeitspunkt der anderen Elemente dynamisch anzupassen. Die Steuerschaltung 216 passt den Arbeitspunkt eines oder mehrerer Elemente in der Sendekette 204 auf der Basis des Vergleichs der Messsignalqualität des Ausgangssignals S_OUT und des Werts des vorbestimmten Schwellwerts S_TH dynamisch an.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann zum Beispiel die Steuerschaltung 216 den aktiven Bereich des Leistungsverstärkers 206 verringern, falls die Messsignalqualität über dem vorbestimmten Schwellwert liegt. Desgleichen kann die Steuerschaltung 216 die Bandbreite des Filters 210 anpassen, um auf der Basis gemessener Charakteristika eines Ausgangssignals die Ausgangssignalcharakteristika des Filters anzupassen, und/oder sie kann ein an den DAC 212 geliefertes Spannungssignal anpassen, um den Gewinn des DAC anzupassen und somit den Arbeitspunkt des DAC anzupassen.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Steuerschaltung 216 dazu konfiguriert, den Arbeitspunkt eines oder mehrerer der Elemente in der Sendekette 204 schrittweise inkremental anzupassen (z. B. zu erhöhen oder zu verringern), bis das Ausgangssignal S_OUT gemessene Charakteristika aufweist, die, wenn sie bewertet werden, eine Messsignalqualität liefern, die geringer als die oder gleich der vorbestimmten Schwelle ist.
Man wird erkennen, dass die Messsignalqualität (SQ) einen numerischen Wert aufweisen kann, der die tatsächliche Qualität eines Ausgangssignals S_OUT angibt. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Qualität des Ausgangssignals anhand einer Vielzahl unterschiedlicher Arten und Weisen gemessen werden. Beispielsweise kann die Qualität des Ausgangssignals bei einem Ausführungsbeispiel direkt gemessen werden, indem ein demoduliertes HF-Rückkopplungssignal (z. B. das Signal an dem Ausgang des Leistungsverstärkers) mit einem Referenzsignal (z. B. dem Signal an dem Eingang des durch die Leitung 220 bereitgestellten Leistungsverstärkers) verglichen wird. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die Qualität des Ausgangssignals indirekt gemessen werden, indem die durch den Leistungsverstärker bewirkte AM/AM- und AM/PM-Verzerrung begewertet wird. Bei einem wieder anderen Ausführungsbeispiel kann die Nachbarkanalstörung (ACLR – adjacent channel leakage ratio) gemessen und als Indikator der Signalqualität verwendet werden (z. B. weist eine niedrige Nachbarkanalstörung auf eine hohe Signalqualität hin, und eine hohe Nachbarkanalstörung weist auf eine geringe Signalqualität hin).
Man wird auch erkennen, dass die Steuerschaltung 216, obwohl sie in 2 als gesonderte Schaltungskomponente gezeigt ist, in einer Verarbeitungseinheit der Sendeschaltung 200 enthalten sein kann.
3 veranschaulicht ein zusätzliches Ausführungsbeispiel einer Sendeschaltung 300, die dazu konfiguriert ist, den aktiven Bereich (d. h. die Anzahl aktiver Zellen) eines Leistungsverstärkers 302 dynamisch anzupassen. Wie in 3 gezeigt ist, kann eine Steuerschaltung 304 ferner dazu konfiguriert sein, eine Vorspannungsschaltung 306 zu steuern, die dazu konfiguriert ist, den Leistungsverstärker 302 mit einer Vorspannungsspannung oder einem Vorspannungsstrom zu versorgen. Die steuerbare Vorspannungsschaltung 306 sieht eine adaptive Vorspannungssteuerung in Kombination mit einer adaptiven Steuerung des aktiven Bereichs vor. Bei einem Ausführungsbeispiel kann anhand des aktiven Bereichs des Leistungsverstärkers 302 die Vorspannungsspannung oder ein Vorspannungsstrom festgelegt werden.
4 veranschaulicht ein Signaldiagramm, das eine dynamische Anpassung eines aktiven Bereichs eines Leistungsverstärkers anhand eines Suchalgorithmus zeigt, der durch eine Steuerschaltung (z. B. die Steuerschaltung 216) dahin gehend ausgeführt werden kann, den Arbeitspunkt eines Leistungsverstärkers mit Blick auf einen niedrigen Strom und eine gute Sendequalität zu optimieren. Die Beschreibung der 4 verwendet die Begriffe „tatsächliche Signalqualität”, um auf eine tatsächliche Qualität eines Signals Bezug zu nehmen, „Messsignalqualität”, um auf einen numerischen Wert Bezug zu nehmen, der dahin gehend berechnet wird, der Qualität eines gemessenen Signals zu entsprechen, und „vorbestimmte Qualitätsschwelle (Schwelle der vorbestimmten Qualität)”, um auf eine numerische Schwelle Bezug zu nehmen, mit der die „Messsignalqualität” verglichen werden kann (man beachte, dass eine vorbestimmte Signalqualität nicht mit einer tatsächlichen Signalqualität verglichen werden kann, da eine tatsächliche Signalqualität kein numerischer Wert ist).
Um 4 zu verstehen, wird man erkennen, dass der aktive Bereich eines Leistungsverstärkers direkt proportional zum Stromverbrauch des Leistungsverstärkers ist. Deshalb kann der Stromverbrauch des Leistungsverstärkers erhöht oder verringert werden, indem der aktive Bereich des Leistungsverstärkers vergrößert oder verkleinert wird. Ferner ist der Stromverbrauch eines Leistungsverstärkers direkt proportional zu der tatsächlichen Signalqualität. Demgemäß verbessert sich die tatsächliche Qualität des Signals, wenn der durch einen Leistungsverstärker gelangende Strom zunimmt. Falls also eine tatsächliche Signalqualität über einem Mindeststandard für ein Senden liegt, kann die tatsächliche Signalqualität verringert werden, was bewirkt, dass der Stromverbrauch eines Leistungsverstärkers verringert wird und der Gesamtstromverbrauch des Leistungsverstärkers verringert wird (wie in 4 gezeigt ist, ist die tatsächliche Signalqualität umgekehrt proportional zur Messsignalqualität; während beispielsweise der aktive Bereich kleiner wird und der durch einen Leistungsverstärker gelangende Strom abnimmt, nimmt die tatsächliche Signalqualität ab, die Messsignalqualität nimmt jedoch zu). Auf der Basis dieser Beziehungen versucht der Algorithmus, den Stromverbrauch eines Leistungsverstärkers (und somit den Gesamtstromverbrauch der Sendekette) inkremental zu verringern und gleichzeitig eine Messsignalqualität aufrechtzuerhalten, die unter einer vorbestimmten Qualitätsschwelle liegt (d. h. die eine tatsächliche Signalqualität aufweist, die über einer tatsächlichen Signalqualität liegt, die einem Mindestsendestandard, der eine gute Übertragung gewährleistet, entspricht).
Insbesondere weist der aktive Bereich eines Leistungsverstärkers zu einem ersten Zeitpunkt T₁ einen Anfangswert von A₁ auf. Der Anfangswert A₁ entspricht einer Messsignalqualität, die unter der vorbestimmten Qualitätsschwelle S_TH liegt (d. h. die eine tatsächliche Signalqualität aufweist, die besser ist als ein Mindestsendestandard). Da die Messsignalqualität unter der vorbestimmten Qualitätsschwelle S_TH liegt, bestimmt der Algorithmus, dass er den aktiven Bereich des Leistungsverstärkers verringern kann. Der Umfang, in dem der aktive Bereich verringert wird, hängt von der Körnigkeit (Granularität) ab, mit der der aktive Bereich in einem Leistungsverstärker ein- und ausgeschaltet werden kann (z. B. der Größe der aktiven Zellen). Für kleinere aktive Zellen ist die Verringerung des aktiven Bereichs und somit des Stromverbrauchs geringer als für größere aktive Zellen.
Zu einem Zeitpunkt T₂ wird der aktive Bereich des Leistungsverstärkers inkremental verringert, was eine Senkung des Stromverbrauchs des Leistungsverstärkers und eine Erhöhung der Messsignalqualität bewirkt. Da die Messsignalqualität unter der vorbestimmten Qualitätsschwelle S_TH bleibt (d. h. die tatsächliche Signalqualität bleibt besser als eine tatsächliche Signalqualität, die einem Mindestsendestandard entspricht), bestimmt der Algorithmus, dass er den aktiven Bereich des Leistungsverstärkers weiter verringern kann. Zu einem Zeitpunkt T₃ wird der aktive Bereich des Leistungsverstärkers inkremental reduziert, was eine Senkung des Stromverbrauchs des Leistungsverstärkers und eine Erhöhung der Messsignalqualität bewirkt. Diese Erhöhung der Messsignalqualität bewirkt, dass die Messsignalqualität auf über die vorbestimmte Qualitätsschwelle S_TH ansteigt. Da die Messsignalqualität über der vorbestimmten Qualitätsschwelle S_TH liegt, bestimmt der Algorithmus, dass die tatsächliche Signalqualität auf einem inakzeptabel niedrigen Niveau liegt. Demgemäß wird der aktive Bereich des Leistungsverstärkers zu einem Zeitpunkt T₄ auf einen Pegel erhöht, der die Messsignalqualität auf einen Pegel verringert, der unter der vorbestimmten Qualitätsschwelle S_TH liegt.
Wie in 4 gezeigt ist, wird der aktive Bereich inkremental verringert, wenn die Messsignalqualität unter der vorbestimmten Qualitätsschwelle S_TH liegt. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann der aktive Bereich auf eine vorherige Bedingung festgelegt werden, bei der die Messsignalqualität unter dem vorbestimmten Schwellwert lag (z. B. auf den aktiven Bereich zum Zeitpunkt T₂). Bei einem anderen alternativen Ausführungsbeispiel kann der aktive Bereich abrupt auf die Anfangsbedingung (z. B. den aktiven Bereich zum Zeitpunkt T₁) für eine ausgewählte Ausgangsleistung zurückgesetzt werden, wenn die Messsignalqualität über der vorbestimmten Qualitätsschwelle S_TH liegt.
Wie hierin beschrieben ist, erhöht sich der Wert der Messsignalqualität in dem Maße, wie sich die tatsächliche Signalqualität verringert. Diese umgekehrte Beziehung zwischen der Messsignalqualität und der tatsächlichen Signalqualität ermöglicht, dass das System eine hohe gesendete tatsächliche Signalqualität aufrechterhält, indem sie die Messsignalqualität unter dem vorbestimmten Schwellwert S_TH hält. Man wird erkennen, dass auch alternative Messsignalqualitäten verwendet werden können, so dass der Wert einer Messsignalqualität abnimmt, wenn die tatsächliche Signalqualität abnimmt. Derartige alternative Messsignalqualitäten würden eine hohe tatsächliche Signalqualität aufrechterhalten, indem sie die Messsignalqualität über einem vorbestimmten Schwellwert halten.
5 veranschaulicht ein schematisches Diagramm eines Leistungsverstärkers 500, das vor allem den dynamisch anpassbaren aktiven Bereich des Leistungsverstärkers 500 veranschaulicht. Das schematische Diagramm ist eine Vereinfachung eines Leistungsverstärkers, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu fördern, und soll keine Einschränkung darstellen und soll nicht alle technischen Komponenten eines Leistungsverstärkers veranschaulichen. Fachleute werden erkennen, dass Leistungsverstärker eine unterschiedliche Geometrie oder ein unterschiedliches Layout aufweisen können.
Leistungsverstärker weisen üblicherweise eine Matrix von Transistoren (oder verschiedenen Blöcken von Transistoren, die miteinander kombiniert sind) auf. Wie in 5 gezeigt ist, kann ein Leistungsverstärker eine Mehrzahl aktiver Zellen 502a–502n aufweisen. Jeweilige aktive Zellen 502x können einem einzigen Transistor oder einem Block aus Transistoren (z. B. Zeilen oder Spalten einer Transistormatrix) entsprechen, die selektiv betrieben werden können.
Der aktive Bereich des Leistungsverstärkers 500 kann angepasst werden, indem die Anzahl aktiver Zellen 502x in der Leistungsverstärkerarchitektur angepasst wird. Wie in 5 gezeigt ist, können jeweilige aktive Zellen 502x ein- oder ausgeschaltet werden, um den aktiven Bereich des Leistungsverstärkers zu vergrößern oder zu verkleinern.
Ein Ein- und Ausschalten der aktiven Zellen 502x kann durch Verwendung einer Vielzahl verschiedener Verfahren erfolgen. Der selektive Betrieb der aktiven Zellen kann beispielsweise durch Verwendung eines Steuersignals erfolgen (z. B. Steuerspannung, Bit-Streaming, Steuerwort usw.). Bei einem Ausführungsbeispiel wird ein Steuersignal S_CRTL, das ein Steuerwort aufweist, einer Auswahlschaltung 504 bereitgestellt. Auf der Basis des empfangenen Steuerworts sendet die Auswahlschaltung 504 ein Aktivierungssignal an Transistorgates ausgewählter aktiver Zellen, was die Aktivzellen-Transistoren dazu bringt, sich einzuschalten und dadurch der gesamte aktive Bereich des Leistungsverstärkers zu vergrößern. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann die Auswahlschaltung 504 ein Signal an eine Mehrzahl von Dioden liefern, die dazu konfiguriert sind, die Eingangs- und Ausgangspfade zu verbinden (anzuschließen) und zu trennen, wenn sie ein- und ausgeschaltet werden.
Die aktiven Zellen können dynamisch ein- oder ausgeschaltet werden, was den aktiven Bereich vergrößert oder verkleinert. Wie in 5 gezeigt ist, wird der gesamte aktive Bereich des Leistungsverstärkers auf der Basis einer ausgewählten Anzahl aktiver Zellen angepasst. Falls beispielsweise aktive Zellen 502a, 502b, 502c und 502d ausgewählt werden, weist der Leistungsverstärker einen aktiven Bereich auf, der zu einem ersten Stromverbrauch seitens des Leistungsverstärkers führt. Falls jedoch aktive Zellen 502a und 502b ausgewählt werden, weist der Leistungsverstärker einen kleineren aktiven Bereich auf, der zu einem zweiten Stromverbrauch seitens des Leistungsverstärkers führt, der geringer ist als der erste Stromverbrauch.
6A–6E veranschaulichen ausführlichere Ausführungsbeispiele einer Schaltungsanordnung, die dazu verwendet werden kann, einen in einer aktiven Zelle eines Leistungsverstärkers enthaltenen Transistorblock (d. h. eine aktive Zelle, die einen oder mehrere Transistoren aufweist) selektiv zu betreiben. Die aktive Zelle kann eine Mehrzahl von Eingängen aufweisen, die dazu verwendet werden, einen selektiven Betrieb eines Transistorblocks zu ermöglichen. In 6A ist die aktive Zelle 602 dazu konfiguriert, ein Eingangssignal, einen Steuersignaleingang und einen Signalausgang aufzuweisen.
6B veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel einer aktiven Zelle, die einen Schaltmechanismus 606 aufweist, der stromaufwärts des Transistorblocks (d. h. vor dem Transistorblock) 604 angeordnet ist. Der Schaltmechanismus 606 kann durch ein Steuersignal S_CTR gesteuert werden und ist dazu konfiguriert, den Transistorblock 604 mit dem Leistungsverstärker zu koppeln oder von demselben zu entkoppeln. Falls das Steuersignal beispielsweise den Schaltmechanismus 606 schließt, wird der Transistorblock 604 mit dem Leistungsverstärker gekoppelt, was den aktiven Bereich des Leistungsverstärkers vergrößert. Im Gegensatz dazu wird der Transistorblock 604 in dem Fall, dass das Steuersignal den Schaltmechanismus 606 öffnet, von dem Leistungsverstärker entkoppelt, was den aktiven Bereich des Leistungsverstärkers verringert.
6C veranschaulicht ein alternatives Ausführungsbeispiel einer aktiven Zelle, die einen ersten Schaltmechanismus 606, der stromaufwärts des Transistorblocks 604 angeordnet ist, und einen zweiten Schaltmechanismus 608, der stromabwärts des Transistorblocks 604 angeordnet ist, aufweist. Die Schaltmechanismen 606 und 608 können durch ein Steuersignal S_CTR gesteuert werden, um den Transistorblock 604 mit dem Leistungsverstärker zu koppeln oder von demselben zu entkoppeln.
6D zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel einer aktiven Zelle, die ferner einen Schaltmechanismus 610 aufweist, der dazu konfiguriert ist, auf der Basis des Steuersignals S_CTR selektiv ein Vorspannungssignal, das eine Vorspannungsspannung oder einen Vorspannungsstrom aufweist, an den Transistorblock 604 (z. B. ein- und ausgeschaltet) zu liefern. Bei einem Ausführungsbeispiel kann diese Steuerung der Vorspannung eine Vorspannungsspannung (d. h. einen -strom) an den Eingangs- und/oder Ausgangstoren des Transistorblocks 604 steuern.
6E veranschaulicht ein alternatives Ausführungsbeispiel einer aktiven Zelle, die Schaltmechanismen 606, 608 und 610 aufweist, die dazu konfiguriert sind, den Eingangsknoten, den Ausgangsknoten und den Vorspannungsknoten auf der Basis eines Steuersignals S_CTR mit Masse zu koppeln.
Man wird erkennen, dass 6A–6E nicht-einschränkende Beispiele einer Schaltungsanordnung sind, die dazu verwendet werden kann, einen in einem Leistungsverstärker enthaltenen Transistorblock (d. h. eine aktive Zelle, die einen oder mehrere Transistoren aufweist) selektiv zu betreiben.
Falls sich der aktive Bereich eines Leistungsverstärkers drastisch ändert, kann sich die Ausgangs- und Eingangsübereinstimmungsprüfung (matching) in Abhängigkeit von der Sensibilität der Transistoren bezüglich Lastschwankungen ändern. 7 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel einer Senderschaltung, die eine Ausgangslastabstimmvorrichtung 702 umfasst, die dazu konfiguriert ist, die Übereinstimmung der Last zwischen dem Ausgang des Leistungsverstärkers 704, die von dem aktiven Bereich des Leistungsverstärkers abhängt, und der Antenne 706 zu überprüfen. Beispielsweise bewirkt eine Änderung des aktiven Bereichs eines Leistungsverstärkers eine Änderung der optimalen Last an der Ausgangsstufe des Leistungsverstärkers. Die Ausgangslastabstimmvorrichtung 702 erhält die Übereinstimmungsprüfung einer Antennenlast (z. B. 50 Ohm) bezüglich der optimalen Ausgangsimpedanz des Leistungsverstärkers aufrecht. Falls beispielsweise ein aktiver Bereich des Leistungsverstärkers verdoppelt wird (z. B. die Anzahl aktiver Transistorblöcke wird verdoppelt), kann die Ausgangslastabstimmvorrichtung 702 die Last der Antenne verdoppeln. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Steuerschaltung 708 dazu konfiguriert, die Ausgangslastabstimmvorrichtung 702 zu steuern. Ein derartiges Ausführungsbeispiel ermöglicht, dass die Steuerschaltung 708 sowohl den aktiven Bereich des Leistungsverstärkers als auch die Ausgangslastabstimmvorrichtung 702 steuert.
Wie in 7 gezeigt ist, kann die Ausgangslastabstimmvorrichtung 702 stromabwärts des Rückkopplungssignals konfiguriert sein, so dass sie die Qualität des Ausgangssignals, das durch die Steuerschaltung 708 gemessen wird, nicht beeinflusst. Man wird erkennen, dass, obwohl die Steuerschaltung 708 in 7 als separater Block veranschaulicht ist, die Steuerung der Übereinstimmungsprüfung bei einem alternativen Ausführungsbeispiel in den Leistungsverstärker eingebaut werden könnte, so dass ein Informationssignal verwendet wird.
8 veranschaulicht ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Sendeschaltung 800, die eine Ausgangslastabstimmvorrichtung aufweist, wobei eine Nichtübereinstimmungsdetektorschaltung 806 stromabwärts der Ausgangslastabstimmvorrichtung 804 konfiguriert sein kann. Die Nichtübereinstimmungsdetektorschaltung 806 ist dazu konfiguriert, eine Nichtübereinstimmung der Last zwischen dem Ausgang des Leistungsverstärkers 808 und der Antenne 810 zu detektieren. Falls eine Nichtübereinstimmung der Last erfasst wird, liefert der Nichtübereinstimmungsdetektor 806 ein Signal zurück an die Steuerschaltung 802, das anzeigt, dass eine Nichtübereinstimmung vorliegt. Die Steuerschaltung 802 sendet ein Steuersignal an die Ausgangslastabstimmvorrichtung 804, wobei das Steuersignal die Lastübereinstimmungsprüfung der Ausgangslastabstimmvorrichtung variiert.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Nichtübereinstimmungsdetektor 806 dazu konfiguriert sein, einen Wert der Last-Nichtübereinstimmung zwischen dem Leistungsverstärker 808 und der Antenne 810 zu messen und die richtige Last für einen aktiven Bereich des Leistungsverstärkers an die Steuerschaltung 802 zu liefern. Der Nichtübereinstimmungsdetektor 806 kann somit auf der Basis gemessener Lastdaten einen optimierten Lastwert für einen aktiven Bereich des Leistungsverstärkers bereitstellen.
9 veranschaulicht ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Sendeschaltung, wie sie hierin vorgesehen ist, bei der ein Isolator 908 zwischen der Ausgangslastabstimmvorrichtung 906 und der Antenne 912 angeordnet ist. Der Isolator 908 ist dazu konfiguriert, die Ausgangslastabstimmvorrichtung 906 von der Antenne 912 zu isolieren. Wenn eine Last-Nichtübereinstimmung vorliegt und eine Rückstreuwelle von der Antenne 912 reflektiert wird, absorbiert der Isolator die Rückstreuwelle und schützt dadurch die Ausgangslastabstimmvorrichtung.
10 veranschaulicht ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Sendeschaltung, wie sie hierin bereitgestellt ist, wobei die Sendeschaltung zusätzliche Sensoren 1002 aufweist, die zum Messen externer Variablen konfiguriert sind. Wie in 10 gezeigt ist, können die zusätzlichen Sensoren 1002 mit der Steuerschaltung 1004 gekoppelt sein und zusätzliche Informationen (z. B. Temperatur, Spannung, Strom usw.) liefern, die seitens der Steuerschaltung 1004 dazu genutzt werden können, eine Messsignalqualität zu bestimmen.
Bei einem Ausführungsbeispiel können die zusätzlichen Sensoren 1002 Sensoren aufweisen, die dazu konfiguriert sind, Umweltbedingungen wie beispielsweise Temperatur zu erfassen (z. B. einen Thermistor). Kenntnis der Umweltbedingungen ermöglicht es, den adaptiven Parameter auf einfachere und effektivere Art und Weise anzupassen.
Da die Steuerschaltung 1004 ferner dazu konfiguriert ist, die Messsignalqualität kontinuierlich zu bewerten, können zusätzliche Sensoren 1002, die zum Erfassen von Umweltbedingungen konfiguriert sind, der Bewertung zusätzliche Informationen hinzufügen, die es der Steuerschaltung 1004 ermöglichen, Änderungen, die auf Umweltveränderungen zurückzuführen sind, zu integrieren. Diese zusätzlichen Informationen ermöglichen es der Steuerschaltung 1004, das System angesichts von Veränderungen, die auf Grund von Umweltveränderungen auftreten können, in einem optimierten Zustand zu halten. Da Änderungen externer Variablen in einem Zeitrahmen auftreten können, der länger ist als ein Zeitschlitz, kann die Steuerschaltung Änderungen adaptiv verfolgen und somit eine Einsparung von Strom und Leistung ermöglichen.
Bei einem zusätzlichen Ausführungsbeispiel können die zusätzlichen Sensoren 1002 Spannung und/oder Strom, die bzw. der durch die Sendekette 1006 gelangt, messen. Die Verwendung von Spannungs- und/oder Stromsensoren ermöglicht die Anpassung einer Spannungs- und/oder Stromvorspannung eines oder mehrerer Sendekettenelemente. Ein Anpassen der Spannungs- und/oder Stromvorspannung ermöglicht, dass die adaptive Aktiver-Bereich-Technik mit adaptiven Vorspannungstechniken kombiniert werden kann, um insgesamt eine verbesserte Optimierung des Arbeitspunktes eines Leistungsverstärkers zu liefern. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen ist es möglich, die Technik der Anpassung des aktiven Bereichs, die Technik der Anpassung der Gleichstrom/Gleichstrom-Vorspannungsspannung und/oder die Technik der Anpassung des Vorspannungsstroms zeitlich abwechselnd zu optimieren.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann der vorbestimmte Qualitätsschwellwert S_TH eine Mehrzahl möglicher Schwellen aufweisen, die einem Leistungsverstärker unter verschiedenen Bedingungen (z. B. Temperatur, Antennengröße usw.) entsprechen. Derartige vorbestimmte Qualitätsschwellwerte können anhand von Labormessungen ermittelt werden, um einen Sicherheitsschwellwert aufzuweisen, der ermöglicht, dass die Sendeschaltung unter ausreichend sicheren Bedingungen arbeitet, um unter verschiedenen Umständen eine gute Modulationsqualität zu gewährleisten.
11 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 1100, das dazu verwendet werden kann (z. B. durch eine Steuerschaltung betrieben werden kann), einen Arbeitspunkt eines Sendekettenelements schrittweise dynamisch anzupassen. Das Verfahren treibt den Arbeitspunkt eines Sendekettenelements auf einen Wert, der nahe bei einer vorbestimmten Qualitätsschwelle liegt, so dass eine Sendekette sowohl hinsichtlich eines geringen Stroms als auch einer guten Sendequalität optimiert wird. 12 veranschaulicht Signaldiagramme eines exemplarischen Leistungsverstärkers, um ein Verständnis der Schritte des Verfahrens 1100 zu fördern.
Obwohl das Verfahren 1100 nachstehend als Reihe von Handlungen oder Ereignissen veranschaulicht und beschrieben wird, wird einleuchten, dass die veranschaulichte Reihenfolge derartiger Handlungen oder Ereignisse nicht in einem einschränkenden Sinn zu interpretieren ist. Beispielsweise können manche Handlungen in anderer Reihenfolge und/oder gleichzeitig mit anderen Handlungen oder Ereignissen neben den hierin veranschaulichten und/oder beschriebenen stattfinden. Außerdem sind eventuell nicht alle veranschaulichten Handlungen erforderlich, um ein(en) oder mehrere Aspekte oder Ausführungsbeispiele der Offenbarung hierin zu implementieren. Auch kann bzw. können eine oder mehrere der hierin gezeigten Handlungen in einer oder mehreren getrennten Handlungen und/oder Phasen durchgeführt werden.
Außerdem kann der beanspruchte Gegenstand als Verfahren, Vorrichtung oder Herstellungsartikel implementiert sein, das bzw. die bzw. der standardmäßige Programmierungs- und/oder Konstruktionstechniken einsetzen, um Software, Firmware, Hardware oder eine beliebige Kombination derselben zu erzeugen, um einen Computer dahin gehend zu steuern, den offenbarten Gegenstand zu implementieren (beispielsweise sind die in 1, 2 usw. gezeigten Schaltungen nicht-einschränkende Beispiele von Schaltungen, die zum Implementieren des Verfahrens 1100 verwendet werden können). Der Begriff „Herstellungsartikel”, wie er hierin verwendet wird, soll ein Computerprogramm einschließen, das von jeglicher bzw. jeglichem computerlesbaren Vorrichtung, Träger oder Medium aus zugänglich ist. Selbstverständlich wird Fachleuten einleuchten, dass an dieser Konfiguration viele Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang oder der Wesensart des beanspruchten Gegenstands abzuweichen.
Bei 1102 wird ein anfänglicher Arbeitspunkt eines Sendekettenelements festgelegt. Der anfängliche Arbeitspunkt eines Sendekettenelements kann einem aktiven Bereich bzw. einer Anzahl aktiver Zellen eines Leistungsverstärkers entsprechen. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der anfängliche Arbeitspunkt (z. B. der aktive Bereich) groß genug festgelegt werden, um eine gute Linearität für eine Ausgangsleistung der Sendekette zu gewährleisten. Beispielsweise kann die Sicherheitsschwelle auf einem Niveau festgelegt werden, das dazu führt, dass ein Ausgangssignal ein Spannungsstehwellenverhältnis von bis zu 4:1 aufweist, wobei Temperaturschwankungen, Prozessschwankungen usw. berücksichtigt werden.
Wie in 12 gezeigt ist, ist der aktive Bereich (Graph 1202) eines Leistungsverstärkers anfänglich auf einen Wert A_init zum Zeitpunkt T₁ festgelegt. Der Wert A_init des aktiven Bereichs entspricht einer Messsignalqualität (SQ) zum Zeitpunkt T₁ (Graph 1206), die deutlich unter der vorbestimmten Qualitätsschwelle S_TH eines Leistungsverstärkers liegt.
Der Arbeitspunkt wird bei 1104 angepasst. Die Anpassung des Arbeitspunktes kann beispielsweise ein Verkleinern des aktiven Bereichs oder ein Vergrößern des aktiven Bereichs eines Leistungsverstärkers umfassen. Der aktive Bereich kann anfänglich verringert werden, um eine geringe Senkung des durch den Leistungsverstärker gelangenden Kollektorstroms (d. h. und eines Gesamtleistungsverbrauchs der Sendekette) zu bewirken. Der verringerte Strom bewirkt eine inkrementale Erhöhung der Messsignalqualität (d. h. und eine inkrementale Verringerung der tatsächlichen Signalqualität).
Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem das Verfahren 1100 iterativ durchgeführt wird, kann der Arbeitspunkt in Abhängigkeit von einem Vergleich zwischen einer Messsignalqualität und einem vorbestimmten Qualitätsschwellwert erhöht oder verringert werden (Schritt 1108). Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Messsignalqualität umgekehrt proportional zu einer tatsächlichen Signalqualität ist, wird der Arbeitspunkt verringert, wenn eine Messsignalqualität (SQ) unter der vorbestimmten Qualitätsschwelle liegt, und der Arbeitspunkt wird erhöht, wenn die Messsignalqualität (SQ) über der vorbestimmten Qualitätsschwelle liegt. Bei alternativen Ausführungsbeispielen, bei denen die Messsignalqualität direkt proportional zu einer tatsächlichen Signalqualität liegt, kann der Arbeitspunkt erhöht werden, wenn eine Messsignalqualität (SQ) die vorbestimmte Qualitätsschwelle unterschreitet, und der Arbeitspunkt kann verringert werden, wenn die Messsignalqualität (SQ) auf über die vorbestimmte Qualitätsschwelle ansteigt.
Wie in 12 gezeigt ist, wird der aktive Bereich (Graph 1202) vom Zeitpunkt T₁ zum Zeitpunkt T₂ verringert. Ein Verringern des aktiven Bereichs führt zu einer Verringerung des Stromverbrauchs des Leistungsverstärkers (Graph 1204) zum Zeitpunkt T₂ und einer entsprechenden Erhöhung der Messsignalqualität (Graph 1206).
Bei 1106 wird eine Messsignalqualität des Ausgangssignals bestimmt. Ein Bestimmen der Messsignalqualität des Ausgangssignals kann erfolgen, indem Parameter des Ausgangssignals wie z. B. Amplitude und/oder Phase gemessen werden. Die Parameter können dann ausgewertet werden, um eine numerische Messsignalqualität zu erzeugen. Fachleute werden erkennen, dass die Messsignalqualität des Ausgangssignals anhand einer großen Vielzahl von Verfahren gemessen werden kann. Das hierin vorgesehene Verfahren 1100 soll jegliches Verfahren zum Messen der tatsächlichen Qualität des Ausgangssignals einschließen. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Messsignalqualität des Ausgangssignals direkt bestimmt werden, indem ein demoduliertes HF-Rückkopplungssignal mit einem Referenzsignal verglichen wird. Bei einem alternativen exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Messsignalqualität des Ausgangssignals indirekt ermittelt werden, indem die durch den Leistungsverstärker bewirkte AM/AM- und AM/PM-Verzerrung ausgewertet wird. Bei einem wieder anderen Ausführungsbeispiel kann die Nachbarkanalstörung (ACLR) gemessen und als Indikator für die Signalqualität verwendet werden (z. B. weist eine niedrige Nachbarkanalstörung auf eine hohe Signalqualität hin, und eine hohe Nachbarkanalstörung weist auf eine niedrige Signalqualität hin).
Die Messsignalqualität des Ausgangssignals wird bei 1108 mit einem vorbestimmten Qualitätsschwellwert verglichen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die vorbestimmte Qualitätsschwelle auf unter der Systemspezifikation festgelegt, so dass keine Verletzungen von Anforderungen des Kommunikationsstandards auftreten. Wie in 12 gezeigt ist, wird der Abstand zwischen dem vorbestimmten Qualitätsschwellwert S_TH und dem Systemspezifikationswert S_SYS auf einem Wert gehalten, der ausreichend groß ist, um zu gewährleisten, dass keine Verletzungen der Systemstandards auftreten. Bei einem zusätzlichen Ausführungsbeispiel kann der vorbestimmte Qualitätsschwellwert verschiedene Schwellwerte ermöglichen, je nach der verwendeten Ausgangsleistung und/oder dem verwendeten Modulationstyp. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der vorbestimmte Qualitätsschwellwert auf einen Wert festgelegt werden, der unter den Systemspezifikationen liegt, um während einer Sendung eine akzeptable Sendequalität zu gewährleisten.
Das Verfahren 1100 kann kontinuierlich durchgeführt werden, und folglich wird, falls die Messsignalqualität unter der vorbestimmten Qualitätsschwelle liegt, der Arbeitspunkt eines Sendekettenelements (z. B. des aktiven Bereichs des Leistungsverstärkers) weiter verringert (Schritt 1102), um den Strom (z. B. den Leistungsverbrauch), der durch die Sendekette gelangt, weiter zu verringern.
Die kontinuierliche Durchführung des Verfahrens 1100 bewirkt, dass der Arbeitspunkt von Sendekettenelementen schrittweise verringert wird, wenn die Messsignalqualität des Signals unter der optimierenden vorbestimmten Qualitätsschwelle liegt. Diese schrittweise Verringerung treibt den Arbeitspunkt eines oder mehrerer Elemente in einer Sendekette dahin, den Stromverbrauch der Sendekette zu optimieren. Wie beispielsweise in 12 gezeigt ist, wird der aktive Bereich verringert (Schritt 1104), wenn die Messsignalqualität (SQ) zum Zeitpunkt T₂ und T₃ unter dem vorbestimmten Qualitätsschwellwert liegt (Schritt 1108). Somit wird der aktive Bereich vom Zeitpunkt T₁ zum Zeitpunkt T₃ inkremental verringert, um eine geringe Senkung des Kollektorstroms, der durch den Leistungsverstärker gelangt (d. h. eines Gesamtleistungsverbrauchs der Sendekette) zu bewirken.
Wenn außerdem die Messsignalqualität (SQ) zum Zeitpunkt T₃ bis zum Zeitpunkt T₄ über dem vorbestimmten Qualitätsschwellwert liegt (Schritt 1108), wird der aktive Bereich des Leistungsverstärkers erhöht (Schritt 1104), wodurch der Strom erhöht wird, jedoch die Erfüllung von Sendequalitätsanforderungen gewährleistet wird. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen kann dann, wenn die Messsignalqualität über einem vorbestimmten Qualitätsschwellwert liegt, der Arbeitspunkt eines Sendeelements erhöht werden (z. B. auf einen Bereich, der eine akzeptable Linearität vorsieht). Beispielsweise kann der Arbeitspunkt bei einem Ausführungsbeispiel inkremental erhöht werden. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Arbeitspunkt auf eine vorherige Bedingung festgelegt werden, bei der die Signalqualität unter dem vorbestimmten Qualitätsschwellwert lag. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Arbeitspunkt abrupt wieder auf die Anfangsbedingung für die ausgewählte Ausgangsleistung zurückgesetzt werden.
Die Spannungs- und/oder Stromvorspannung eines oder mehrerer Sendekettenelemente kann bei 1110 optional angepasst werden. Ein Anpassen der Spannungs- und/oder Stromvorspannung eines Leistungsverstärkers ermöglicht, dass die adaptive Aktiver-Bereich-Technik mit adaptiven Spannungs- oder Stromvorspannungstechniken kombiniert werden kann, um insgesamt eine verbesserte Optimierung des Arbeitspunktes eines Leistungsverstärkers zu liefern. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen ist es möglich, den Arbeitspunkt eines Leistungsverstärkers unter Verwendung einer Technik der Anpassung des aktiven Bereichs, einer Technik der Anpassung der Gleichstrom/Gleichstrom-Vorspannungsspannung und/oder einer Technik der Anpassung des Vorspannungsstroms in Verbindung oder zeitlich abwechselnd zu optimieren.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann die dynamische Anpassung eines Arbeitspunkts eines Leistungsverstärkers durch Anpassen des aktiven Bereichs des Leistungsverstärkers sequentiell mit der Anpassung des Arbeitspunkts anhand verschiedener Techniken (z. B. Vorspannungsspannungsanpassung, Kollektorstromanpassung usw.) durchgeführt werden. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel können jeweilige Iterationen des Verfahrens 1100 (z. B. Schritte 1102 bis 1108) durchgeführt werden, um den Arbeitspunkt eines Leistungsverstärkers anhand einer anderen Anpassungstechnik anzupassen.
13 veranschaulicht Signaldiagramme eines exemplarischen Leistungsverstärkers, bei dem der aktive Bereich, die Vorspannungsspannung und der Vorspannungsstrom dahin gehend angepasst werden, den Arbeitspunkt eines Leistungsverstärkers zu optimieren. Wie in 13 gezeigt ist, wird in einer ersten Region 1302 der aktive Bereich eines Leistungsverstärkers dahin gehend angepasst (wie z. B. in 12 beschrieben, den Arbeitspunkt des Leistungsverstärkers zu optimieren. Der aktive Bereich erreicht einen optimierten Messsignalqualitätswert A_opt zu einem Zeitpunkt T₅. In einer zweiten Region 1304 wird die Vorspannungsspannung beginnend bei einem Zeitpunkt T₆ gemäß einer adaptiven Vorspannungsspannungstechnik angepasst (Graph 1312). Die Vorspannungsspannung wird vom Zeitpunkt T₆ zum Zeitpunkt T₈ verringert, was bewirkt, dass sich die Messsignalqualität (SQ) immer mehr an die vorbestimmte Qualitätsschwelle S_TH annähert. Zu einem Zeitpunkt T₉ erreicht die Spannungsvorspannung einen optimierten Messsignalqualitätswert V_opt. In einer dritten Region 1306 wird die Stromvorspannung beginnend bei einem Zeitpunkt T₁₀ anhand einer adaptiven Stromvorspannungstechnik angepasst (Graph 1314). Der Vorspannungsstrom wird vom Zeitpunkt T₁₀ zum Zeitpunkt T₁₁ verringert, was bewirkt, dass sich die Messsignalqualität (SQ) immer mehr an die vorbestimmte Qualitätsschwelle S_TH annähert. Die Stromvorspannung erreicht zu einem Zeitpunkt T₁₂ einen optimierten Messsignalqualitätswert I_opt.
Somit führen die Aktiver-Bereich-, die Vorspannungsspannungs- und die Vorspannungsstromanpassungstechniken zu einer Messsignalqualität, die zu einem optimierten Arbeitspunkt getrieben wird, der etwas unter einem vorbestimmten Qualitätsschwellwert liegt (Graph 1318). Bei einem Ausführungsbeispiel können die adaptive Aktiver-Bereich-Technik (Graph 1308), die adaptive Spannungstechnik (Graph 1310) und die adaptive Stromtechnik (Graph 1312) sequentiell implementiert werden, um eine immer feinere Anpassung an den aktiven Bereich des Leistungsverstärkers zu liefern. Beispielsweise können Änderungen des aktiven Bereichs größere Änderungen der Messsignalqualität als Änderungen der Vorspannungsspannung bewirken, während Änderungen der Vorspannungsspannung größere Änderungen der Messsignalqualität als Änderungen des Vorspannungsstroms bewirken können. Die Verwendung verschiedener adaptiver Techniken, die eine unterschiedliche Anpassungsgranularität liefern, ermöglicht es einem System, rasch eine optimierte Messsignalqualität zu erreichen.
Man wird erkennen, dass der Begriff Verstärker, wie er in dieser Offenbarung genannt wird und in den zugehörigen Figuren gezeigt ist, einen oder mehrere Verstärker einschließen soll. Beispielsweise kann sich ein Verstärker auf mehr als einen Transistorverstärker beziehen, der aus mehreren Stufen mit Übereinstimmungsprüfungsnetzwerken (Anpassungsnetzwerken) besteht. Die Erfinder haben die Verwendung der offenbarten Erfindung mit der Verwendung einer großen Bandbreite an Verstärkern in Betracht gezogen. Obwohl die hierin bereitgestellten Beispiele in Bezug auf Senderschaltungen beschrieben werden, wird man ferner erkennen, dass die Erfindung umfassend auf andere Sende-/Empfangsgerät- und/oder Senderarchitekturen angewendet werden kann.
Obwohl die Erfindung in Bezug auf eine oder mehrere Implementierungen veranschaulicht und beschrieben wurde, können an den veranschaulichten Beispielen Änderungen und/oder Modifikationen vorgenommen werden, ohne von der Wesensart und dem Schutzumfang der angehängten Patentansprüche abzuweichen. Insbesondere bezüglich der verschiedenen Funktionen, die die oben beschriebenen Komponenten oder Strukturen (Anordnungen, Vorrichtungen, Schaltungen, Systeme usw.) erfüllen, sollen – wenn nichts anderes angegeben ist – die zum Beschreiben derartiger Komponenten verwendeten Begriffe (einschließlich einer Bezugnahme auf eine „Einrichtung”) jeglicher Komponente oder Struktur entsprechen, die die angegebene Funktion der beschriebenen Komponente erfüllt (z. B. die funktional äquivalent ist), obwohl sie strukturell nicht äquivalent zu der offenbarten Struktur ist, die die Funktion in den hierin veranschaulichten exemplarischen Implementierungen der Erfindung erfüllt. Obwohl ein bestimmtes Merkmal der Erfindung in Bezug auf lediglich eine von mehreren Implementierungen offenbart worden sein mag, kann ein solches Merkmal mit einem oder mehreren anderen Merkmalen der anderen Implementierungen kombiniert werden, je nachdem, wie dies für eine beliebige gegebene oder bestimmte Anwendung wünschenswert und vorteilhaft sein mag. In dem Umfang, wie die Begriffe „umfassen”, „umfasst”, „haben”, „hat”, „mit” oder Varianten derselben in der ausführlichen Beschreibung oder in den Patentansprüchen verwendet werden, sollen diese Begriffe außerdem einschließlich sein, ähnlich wie der Begriff „aufweisen”.

Claims

Senderschaltung, die folgende Merkmale aufweist: eine Steuerschaltung (110; 214; 304; 1004), die dazu konfiguriert ist, Informationen über ein Ausgangssignal von einer Rückkopplungsschleife zu empfangen, die sich von einem Ausgangs eines Leistungsverstärkers zu der Steuerschaltung erstreckt, wobei der Leistungsverstärker (108; 206; 302; 500) eine Mehrzahl von Transistorzellen aufweist, die selektiv aktiviert oder deaktiviert werden, und wobei der Leistungsverstärker (108; 206; 302; 500) dazu konfiguriert ist, ein Ausgangssignal von dem Ausgang an eine Antenne zu liefern; wobei die Steuerschaltung die empfangenen Informationen dazu verwendet, eine Qualität des Ausgangssignals zu bestimmen, und wobei die Steuerschaltung dazu konfiguriert ist, eine Anzahl der Mehrzahl von Transistorzellen auf der Basis der Qualität des Ausgangssignals iterativ zu aktivieren oder zu deaktivieren, um zu bewirken, dass sich die Qualität des Ausgangssignals einem vorbestimmten Qualitätsschwellwert nähert.
Senderschaltung gemäß Anspruch 1, bei der die Anzahl aktivierter Transistorzellen verringert wird, falls die Qualität des Ausgangssignals über dem vorbestimmten Qualitätsschwellwert liegt; und die Anzahl der Mehrzahl von Transistorzellen, die aktiviert wird, erhöht wird, falls die Qualität des Ausgangssignals unter dem vorbestimmten Qualitätsschwellwert liegt.
Senderschaltung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der der Leistungsverstärker (500) ferner eine Auswahlschaltung (504) aufweist, die dazu konfiguriert ist, ein Steuerwort von der Steuerschaltung (110; 214; 304; 1004) zu empfangen, wobei das Steuerwort bestimmt, welche der Mehrzahl von Transistorzellen aktiviert oder deaktiviert werden können.
Senderschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, die ferner einen oder mehrere zusätzliche mit der Steuerschaltung (1004) gekoppelte Sensoren (1002) aufweist, wobei der eine oder die mehreren zusätzlichen Sensoren dazu konfiguriert ist beziehungsweise sind, externe Variablen zu messen, die dazu verwendet werden können, beim Bestimmen der Qualität des Ausgangssignals behilflich zu sein.
Senderschaltung gemäß Anspruch 4, bei der der eine oder die mehreren zusätzlichen Sensoren (1002) einen Temperatursensor aufweisen.
Senderschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Steuerschaltung (110; 214; 304; 1004) ferner dazu konfiguriert ist, eine Vorspannungsspannung oder einen Vorspannungsstrom des Leistungsverstärkers (108; 206; 302; 500) dynamisch anzupassen.
Senderschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Steuerschaltung (110; 214; 304; 1004) ferner dazu konfiguriert ist, einen Arbeitspunkt eines oder mehrerer zusätzlicher Elemente in einer Sendekette, die den Leistungsverstärker (108; 206; 302; 500) aufweist beziehungsweise aufweisen, dynamisch anzupassen.
Senderschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, die ferner eine Ausgangslastabstimmvorrichtung (702; 804; 906) aufweist, die dazu konfiguriert ist, die Übereinstimmung der Last zwischen dem Ausgang des Leistungsverstärkers, die von der Anzahl der Mehrzahl von Transistorzellen, die in dem Leistungsverstärker aktiviert wird, abhängt, und der Antenne zu überprüfen.
Senderschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die Informationen über das Ausgangssignal eine Augenblicksamplitude des Ausgangssignals aufweisen.
Verfahren (1100) zum leistungsstarken Senden, das folgende Schritte aufweist: auf der Basis eines Rückkopplungssignals von einem Ausgang eines Leistungsverstärkers (108; 206; 302; 500), der eine Mehrzahl von Transistorzellen aufweist, die selektiv aktiviert oder deaktiviert werden können, Bestimmen der Qualität des Ausgangssignals; und iteratives Aktivieren oder Deaktivieren einer Anzahl der Mehrzahl von Transistorzellen auf der Basis der der Qualität des Ausgangssignals, um zu bewirken, dass sich die Qualität des Ausgangssignals einem vorbestimmten Qualitätsschwellwert nähert.
Verfahren (1100) gemäß Anspruch 10, das ferner ein Bereitstellen einer anfänglichen Anzahl der Mehrzahl von Transistorzellen, die aktiviert wird, aufweist, was bewirkt, dass der Leistungsverstärker (108; 206; 302; 500) mit guter Linearität für eine entsprechende Ausgangsleistung arbeitet.
Verfahren (1100) gemäß Anspruch 11, das ferner ein Zurücksetzen der Anzahl der Mehrzahl von Transistorzellen, die aktiviert wird, auf die anfängliche Anzahl aufweist, falls die Qualität des Ausgangssignals unter einem vorbestimmten Qualitätsschwellwert liegt.
Verfahren (1100) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, das ferner folgende Schritte aufweist: iteratives Verringern der Anzahl der Mehrzahl von Transistorzellen, die aktiviert wird, wenn die Qualität des Ausgangssignals über einem vorbestimmten Schwellwert liegt; und Erhöhen der Anzahl der Mehrzahl von Transistorzellen, die aktiviert wird, wenn die Qualität des Ausgangssignals unter einem vorbestimmten Qualitätsschwellwert liegt.
Verfahren (1100) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, das ferner ein dynamisches Anpassen einer Vorspannungsspannung oder eines Vorspannungsstroms des Leistungsverstärkers (108; 206; 302; 500) auf der Basis der Qualität des Ausgangssignals aufweist.
Verfahren (1100) gemäß Anspruch 14, bei dem die Anzahl der Mehrzahl von Transistorzellen, die Vorspannungsspannung und der Vorspannungsstrom sequentiell dahin gehend angepasst werden, den Stromverbrauch des Leistungsverstärkers (108; 206; 302; 500) zu optimieren.