DE102013010376B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von in der Pulsweite und Pulsposition modulierten HF-Signalen - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von in der Pulsweite und Pulsposition modulierten HF-Signalen Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zur Erzeugung von in der Pulsweite und Pulsposition modulierten HF-Signalen, die wenigstens folgende Komponenten umfasst:- Eingänge für ein unmoduliertes HF-Signal und für digitale Steuersignale, durch die eine jeweilige Pulsposition und Pulsweite festgelegt werden,- eine zumindest aus einem oder mehreren Taktteilern (2) und/oder Phaseninterpolatoren (3) gebildete Anordnung zur Erzeugung unterschiedlicher Phasen, mit der aus dem unmodulierten HF-Signal mehrere gegeneinander phasenverschobene Signale erzeugbar sind,- zwei oder mehrere Selektoren (4) zur Auswahl von zwei der gegeneinander phasenverschobenen Signale in Abhängigkeit von den Steuersignalen, und- eine Einrichtung (5) zur logischen Verknüpfung der beiden ausgewählten Signale zu einem in der Pulsweite und Pulsposition gemäß den Steuersignalen modulierten HF-Signal,- wobei die Taktteiler (2) und/oder Phaseninterpolatoren (3) abwechselnd mit den Selektoren (4) kaskadiert angeordnet sind.

Description

  • Technisches Anwendungsgebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Erzeugung von in der Pulsweite und Pulsposition modulierten Hochfrequenz (HF)-Signalen, die sich insbesondere für den Schaltbetrieb von HF-Leistungsverstärkern eignen.
  • Effiziente Verstärker für HF-Signale, z.B. HF-Leistungsverstärker in Mobilfunk-Basisstationen, arbeiten vorzugsweise im Schaltbetrieb. Sie ersetzen die klassischen analogen Verstärker der Klassen A, B und C, welche entweder hohe Verluste aufweisen (Klassen A und B) und/oder nicht zur Verstärkung amplitudenmodulierter Signale geeignet sind (Klasse C). Zur Ansteuerung der HF-Leistungsverstärker im Schaltbetrieb, im Folgenden auch als HF-Schaltleistungsverstärker bezeichnet, werden in der Pulsweite und Pulsposition modulierte, näherungsweise rechteckförmige Signale auf einer HF-Trägerfrequenz benötigt, während die klassischen analogen Verstärker von einem phasen- und amplitudenmodulierten Sinussignal mit der HF-Trägerfrequenz angesteuert werden. Nach dem HF-Leistungsverstärker, also bspw. vor der Sendeantenne einer Mobilfunk-Basisstation, wird das in der Pulsweite und Pulsposition modulierte Signal durch ein Bandpassfilter gefiltert. Mit der Pulsweite im Ansteuersignal kann somit die Amplitude und mit der Pulsposition die Phasenlage des bandpassgefilterten Sendesignals eingestellt werden.
  • Für die Erzeugung von in der Pulsweite und Pulsposition modulierten HF-Signalen aus einem unmodulierten HF-Signal und einem Modulationssignal ist ein geeigneter Pulspositions- und Pulsweitenmodulator erforderlich.
  • Stand der Technik
  • Aus dem Stand der Technik sind Pulspositions- und Pulsweitenmodulatoren bekannt, die auf Basis von analogen Komparatoren arbeiten. So zeigt bspw. die Veröffentlichung von M. Nielsen et al., „A 2-GHz GaAs HBT RF Pulswidth Modulator", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 56, No. 2, Seiten 300-304, Februar 2008, eine Vorrichtung, bei der die in der Pulsposition und Pulsweite modulierten HF-Signale auf Basis eines analogen Vergleichs mit einem sinusförmigen Referenzsignal aus einem VCO gebildet werden.
  • Mit einem derartigen analogen Modulator ist jedoch die Bandbreite und damit auch die Schaltgeschwindigkeit begrenzt, so dass die resultierenden pulsweitenmodulierten HF-Signale stark verzerrt sind. Durch die analoge Ansteuerung und Arbeitsweise dieses Modulators ist eine Vorverzerrung der Ansteuersignale auch nur sehr schwierig umzusetzen.
  • Die US 2011/0316731 A1 beschreibt ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Phasen- und/oder Pulsweiten-Modulation, bei denen mit Hilfe eines Multiphasen-Taktgenerators aus einem unmodulierten HF-Signal mehrere gegeneinander phasenverschobene Signale erzeugt werden. Mit Hilfe von Selektoren werden in Abhängigkeit von Steuersignalen zwei der phasenverschobenen Signale ausgewählt und durch einen Kombinierer zur Bildung des Ausgangssignals verknüpft.
  • L. Yang et al., „A Non-Feedback Multiphase Clock Generator", in: Circuits and Systems 2002, ISCAS 2002, IEEE International Symposium on, Vol. 4, 2002, Seiten IV-389 bis IV-392, zeigen einen Multiphasen-Taktgenerator auf Basis von Taktteilern und Phaseninterpolatoren.
  • Die US 7554373 B2 beschreibt einen Pulsweiten-Modulator mit einem Multiphasen-Taktgenerator, bei dem Phaseninterpolatoren zur Erzeugung gegeneinander phasenverschobener Signale eingesetzt werden.
  • In der US 6 914 472 B2 ist ein Phasenmodulationssystem beschrieben, mit dem die Phase eines Signals auf Basis eines digitalen Steuersignals moduliert werden kann. In einer Ausgestaltung dieses Modulationssystems ist eine Phaseninterpolation gefolgt von Selektoren und weiteren Phaseninterpolationen kaskadiert angeordnet. Ebenso ist aus dieser Druckschrift bekannt, Taktteiler kaskadiert mit einem Selektor zu verwenden.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von in der Pulsweite und Pulsposition modulierten HF-Signalen anzugeben, die eine geringere Signalverzerrung ermöglichen und sich insbesondere auch für die Ansteuerung von HF-Schaltleistungsverstärkern in Mobilfunk-Basisstationen einsetzen lassen. Weiterhin soll die Vorrichtung zur Erzeugung der modulierten HF-Signale direkt mit digitalen Ausgangssignalen des digitalen Signalprozessors für das Basisbandsignal angesteuert werden können, ohne einen Digital-AnalogWandler zwischenschalten zu müssen.
  • Darstellung der Erfindung
  • Die Aufgabe wird mit der Vorrichtung und dem Verfahren gemäß den Patentansprüchen 1 und 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sowie des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.
  • Die vorgeschlagene Vorrichtung weist Eingänge für ein unmoduliertes HF-Signal sowie für digitale Steuersignale auf, durch die jeweils eine Pulsposition und Pulsweite innerhalb einer Periode des zu erzeugenden HF-Signals festgelegt werden. Die Vorrichtung zeichnet sich durch eine aus einem oder mehreren Taktteilern und/oder Phaseninterpolatoren gebildete Anordnung zur Erzeugung unterschiedlicher Phasen aus dem (unmodulierten) HF-Signal, zwei oder mehrere Selektoren sowie eine Einrichtung zur logischen Verknüpfung ausgewählter Signale mit unterschiedlichen Phasen aus. Die Anordnung zur Erzeugung unterschiedlicher Phasen erzeugt aus dem (unmodulierten) HF-Signal mehrere gegeneinander phasenverschobene Signale, aus denen jeweils zwei mit den Selektoren in Abhängigkeit von den anliegenden Steuersignalen auswählbar sind. Durch die Einrichtung zur logischen Verknüpfung der beiden ausgewählten Signale wird dann das in der Pulsweite und Pulsposition gemäß den Steuersignalen modulierte HF-Signal generiert, das an mindestens einem Ausgang der Vorrichtung bereitgestellt wird.
  • Die Steuersignale für die momentane Pulsposition und Pulsweite werden der Vorrichtung dabei in digitaler Form übergeben. Diese Steuersignale können bspw. die Werte für den Pulsanfang (PA) und die Pulsweite (PW) darstellen. Sie können auch die Werte für den Pulsanfang (PA) und das Pulsende (PE) umfassen, wobei gilt: PE = PA + PW. Das HF-Signal wird beim Betrieb der Vorrichtung als Sinus- oder Rechtecksignal oder auch als Mischform aus diesen Signalformen an den Eingang für das HF-Signal angelegt. Die Frequenz des HF-Signals entspricht je nach Ausgestaltung der Anordnung zur Erzeugung unterschiedlicher Phasen der Frequenz fRF des zu erzeugenden HF-Trägersignals oder einem ganzzahligen Vielfachen dieser Frequenz, d.h. M*fRF, wobei M ein ganzzahliger Wert ≥ 2 ist. Vorzugsweise wird M = 2n gewählt, wobei n eine ganze Zahl ist, weil dann einfache binäre Taktteiler zur Erzeugung der Phasen verwendet werden können.
  • Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zur Erzeugung von in der Pulsweite und Pulsposition modulierten HF-Signalen werden mit der Anordnung zur Erzeugung unterschiedlicher Phasen aus dem (unmodulierten) HF-Signal mehrere gegeneinander phasenverschobene Signale erzeugt, aus denen über zwei oder mehrere Selektoren in Abhängigkeit von der gewünschten momentanen Pulsposition und Pulsweite zwei Signale ausgewählt und anschließend logisch verknüpft werden. Die Signale werden dabei so ausgewählt, dass durch die logische Verknüpfung ein Puls mit der gewünschten Pulsposition und Pulsweite innerhalb der jeweiligen Periode des HF-Signals erhalten wird.
  • Durch die Nutzung digitaler Techniken bzw. Komponenten wie bspw. Gatter für die Erzeugung, Auswahl und Verknüpfung der unterschiedlichen Phasen wird mit der vorliegenden Erfindung ein digitaler Pulspositions- und Pulsweiten-Modulator bereitgestellt, der aufgrund der digitalen Betriebsweise eine erhöhte Bandbreite und Schaltgeschwindigkeit sowie eine hohe Störfestigkeit aufweist. Der Modulator kann bspw. für die Ansteuerung eines HF-Schaltverstärkers zur Verstärkung eines Sendesignals eingesetzt werden. Da die Übertragungsfunktion der Pulsweite zur Amplitude eines Sendesignals bei einem derartigen Modulator nichtlinear ist, müssen die Steuersignale des Modulators dabei in geeigneter Weise berechnet werden. Dies erfolgt vorzugsweise mit einem digitalen Signalprozessor, der bspw. auf einem FPGA (Field Programmable Gate Array) umgesetzt wird. Durch die Nutzung rein digitaler Steuersignale beim vorgeschlagenen Modulator besteht die Möglichkeit der nichtlinearen Vorverzerrung der digitalen Steuersignale in dem digitalen Signalprozessor, der diese Steuersignale erzeugt. Mit dem auf digitalen Komponenten basierenden Modulator wird somit eine weitgehende verzerrungsfreie Generierung der zeitlichen Lage für die steigende und fallende Flanke der Pulssignale ermöglicht. Die rein digitale Modulation ohne amplitudenbasierte Bauelemente eignet sich besonders für die Umsetzung auf fortgeschrittenen CMOS-Technologien, welche zwar eine hohe Integrationsdichte aufweisen, jedoch für analoge Schaltungsblöcke aufgrund der geringen Betriebsspannungen (ca. 1 V) wenig geeignet sind. Mit der Vorrichtung bzw. dem digitalen Modulator und dem Verfahren können modulierte HF-Signale im Bereich ≥ 400 MHz erzeugt werden. Die Vorrichtung und das Verfahren lassen sich jedoch prinzipiell auch für niedrigere Frequenzbereiche einsetzen, bspw. für die Anwendung in Rundfunksendern (z. B. UKW). Bei einem Einsatz der Vorrichtung und des Verfahrens in Mobilfunk-Basisstationen kann das digitale Steuersignal bspw. über die digitale Ausgangsschnittstelle eines FPGA, auf welchem die Basisbandkomponenten der Basisstation umgesetzt sind, ausgegeben werden. Für eine Realisierung der von der Vorrichtung angesteuerten Schaltverstärker in derartigen Frequenzbereichen stehen bereits genügend schnelle und leistungsstarke HF-Schalttransistoren zur Verfügung, bspw. Gallium-Nitrid-Leistungstransistoren (GaN-HEMT), welche gleichzeitig Durchbruchspannungen im Bereich von über 100 V und Transitfrequenzen im zweistelligen GHz-Bereich aufweisen.
  • Für die Realisierung der Anordnung zur Erzeugung unterschiedlicher Phasen aus dem unmodulierten HF-Signal werden Taktteiler und/oder Phaseninterpolatoren eingesetzt. In einer Ausgestaltung der Vorrichtung und des Verfahrens werden nur ein oder mehrere Taktteiler eingesetzt, die aus dem (unmodulierten) HF-Signal die gegeneinander phasenverschobenen Signale erzeugen. Hierzu wird das (unmodulierte) HF-Signal mit einer Frequenz M*fRF bereitgestellt, wobei M ein ganzzahliger Wert ≥ 2 ist. Die Anzahl der phasenverschobenen Signale hängt dabei vom Wert M sowie der Anzahl und Anordnung der Taktteiler ab. Die Taktteiler sind jeweils abwechselnd mit den Selektoren kaskadiert angeordnet, um den schaltungstechnischen Aufwand zu reduzieren. Anstelle eines Baumes von Taktteilern ist dann nur noch eine Kaskade von einfachen Taktteilern und Selektoren notwendig.
  • Alternativ zu den Taktteilern kann die Anordnung zur Erzeugung unterschiedlicher Phasen neben zwischengeschalteten Selektoren auch nur ein oder mehrere Phaseninterpolatoren aufweisen, die aus dem HF-Signal die gegeneinander phasenverschobenen Signale erzeugen. In diesem Fall wird das unmodulierte HF-Signal direkt mit der Trägerfrequenz fRF bereitgestellt. Zur Vereinfachung des schaltungstechnischen Aufwandes wird auch hier eine Anordnung realisiert, bei der die Phaseninterpolatoren abwechselnd mit den Selektoren kaskadiert angeordnet sind.
  • In der bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung eine Kombination aus Taktteilern und Phaseninterpolatoren, um eine große Anzahl an gegeneinander phasenverschobenen Signalen der Trägerfrequenz fRF bereitzustellen. Vorzugsweise werden dabei Signale mit ≥ 64 unterschiedlichen Phasen erzeugt, aus denen über die Selektoren die für die anschließende Verknüpfung zur Erzeugung der gewünschten Pulsposition und Pulsweite geeigneten Signale ausgewählt werden. Die Erzeugung des HF-Signals aus den ausgewählten gegeneinander phasenverschobenen Signalen erfolgt bei allen Ausgestaltungen vorzugsweise über eine logische UND-Verknüpfung. Grundsätzlich sind selbstverständlich auch andere logische Verknüpfungen denkbar, um die gewünschte Pulsweite und Pulsposition aus entsprechend ausgewählten Signalen zu erzeugen.
  • Die vorgeschlagene Vorrichtung und das zugehörige Verfahren ermöglichen den Einsatz von HF-Leistungsverstärkern im Schaltbebtrieb für Anwendungen in Frequenzbereichen ≥ 400 MHz, insbesondere in Mobilfunk-Basisstationen. Gegenüber klassischen analogen Leistungsverstärkern wird dadurch eine höhere Effizienz, ein geringerer Kühlaufwand und Platzbedarf sowie ein geringerer Energieverbrauch ermöglicht.
  • Figurenliste
  • Die vorgeschlagene Vorrichtung und das zugehörige Verfahren werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen:
    • 1 einen Vergleich des Eingangssignals eines klassischen analogen Leistungsverstärkers (a) und eines Schaltleistungsverstärkers (b);
    • 2 eine Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Erzeugung von in der Pulsweite und Pulsposition modulierten HF-Signalen;
    • 3 ein Beispiel für einen einfachen Taktteiler mit D-Flip-Flops (a) sowie für eine Kombination des Taktteilers nach (a) mit einem 2-zu-1-Selektor zur Auswahl der gewünschten Taktphase (b);
    • 4 ein Beispiel für die Erzeugung von acht phasenverschobenen Signalen aus vier phasenverschobenen Signalen mit einem Phaseninterpolator;
    • 5 ein Beispiel für die Erzeugung von drei gegeneinander phasenverschobenen Signalen aus zwei phasenverschobenen Signalen mit einem Phaseninterpolator in Verbindung mit einem anschließenden Selektor; und
    • 6 ein Beispiel für die Realisierung eines Systems zur Ansteuerung von balancierten HF-Schaltverstärkern mit einem Basisband-DSP, einem digitalen Modulations-IC gemäß der vorgeschlagenen Erfindung sowie einer (unmodulierten) HF-Signalquelle.
  • Wege zur Ausführung der Erfindung
  • 1 zeigt einen Vergleich eines Eingangssignals eines klassischen analogen Leistungsverstärkers der Klasse A, B oder C mit dem pulspositions- und pulsweitenmodulierten Eingangssignal für einen balancierten Schaltleistungsverstärker. Das in der 1a beispielhaft dargestellte Eingangssignal des klassischen Leistungsverstärkers stellt ein phasen- und amplitudenmoduliertes Sinussignal mit der HF-Trägerfrequenz fRF (Periode T = 1/fRF), der momentanen Amplitude Û(t) und der Phase φ(t) dar. Demgegenüber erfordert die Ansteuerung eines HF-Leistungsverstärkers im Schaltbetrieb ein in der Pulsweite PW(t) und dem Pulsanfang PA(t) moduliertes näherungsweise rechteckförmiges Signal „Puls+“ und „Puls-„ mit der HF-Trägerfrequenz fRF (Periode T). Die Parameter des in der Pulsweite und Pulsposition modulierten Trägersignals können dabei bspw. durch sog. Mapping aus einem phasen- und amplitudenmodulierten Sinussignal wie dem der 1a gewonnen werden. Dem Fachmann sind hierzu geeignete Techniken bekannt.
  • 2 zeigt eine Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Erzeugung eines in der Pulsposition und Pulsweite modulierten Signals „Puls+“ aus einem unmodulierten HF-Eingangssignal mit der Frequenz M*fRF mit Hilfe von Taktteilern 2, Phaseninterpolatoren 3 und Selektoren 4. Die digitalen Steuersignale PA und PE liegen an jeweils einem Eingang der Vorrichtung an und legen den Pulsanfang (PA) und das Pulsende (PE) der jeweiligen Pulse fest. An einem weiteren Eingang liegt das unmodulierte HF-Signal mit der Frequenz M*fRF an, wie dies in der Figur durch die HF-Signalquelle 1 angedeutet ist. Aus diesem HF-Signal bei der Frequenz M*fRF wird über Taktteiler 2 und Phaseninterpolatoren 3 ein Multiphasensignal bei der Trägerfrequenz fRF mit z. B. 64 Phasen erzeugt. Unter einem Multiphasensignal werden hierbei die N gegeneinander phasenverschobenen Signale unterschiedlicher Phasen φ0, φ1, ... φN-1 verstanden, wobei für die Selektion und anschließende Verknüpfung eine Auswahl aus mindestens 4 unterschiedlichen Phasen erforderlich ist. Alle diese Signale bzw. Teilsignale haben ein Tastverhältnis von 50%. Über eine UND-Verknüpfung zweier über Selektoren 4 geeignet ausgewählter Teilsignale wird ein Puls mit der Frequenz fRF mit einstellbarer Position der steigenden Flanke (PA) und einstellbarer Position der fallenden Flanke (PE) erzeugt. Das eine Eingangssignal an der Verknüpfungseinheit 5 für die UND-Verknüpfung legt dabei die zeitliche Lage der steigenden Flanke fest, das andere Eingangssignal legt die zeitliche Position der fallenden Flanke fest. Die beiden Eingangssignale für die Verknüpfungseinheit 5 werden von den Selektoren 4 in Abhängigkeit von den digitalen Steuersignalen PA und PE ausgewählt. Ein Multiphasensignal mit 2M Phasenlagen bei der Trägerfrequenz fRF kann bspw. über einen binären Baum von kaskadierten Taktteilern erzeugt werden, welcher mit der Frequenz M*fRF angesteuert wird. Aus dem mit den Taktteilern 2 erzeugten Multiphasensignal mit bspw. 2M Phasen kann dann über ein Phaseninterpolationsnetzwerk (Polyphasen-RC-Filter) ein Multiphasensignal mit L Phasen erzeugt werden (z.B. L=2*2M oder L=4*2M), so dass die Anzahl der mit den Taktteilern 2 erzeugten Phasen durch die Phaseninterpolatoren 3 nochmals erhöht wird.
  • 3a zeigt beispielhaft einen einfachen Taktteiler zur Erzeugung eines Multiphasensignals mit vier Phasen (0°, 90°, 180°, 270°) aus einem einfachen Taktsignal mit zwei Phasen (0°, 180°). Durch einen binären Baum derartiger Taktteiler kann dann aus einer Eingangsfrequenz von M*fRF ein Multiphasensignal mit 2M Phasenlagen erzeugt werden. Da der Aufwand für eine vollständige Ausführung eines binären Taktteilerbaumes und eines vollständigen Selektors, wie in der 2 angedeutet, sehr groß ist, wird bei einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung nach jeder Teilerstufe die gewünschte Phasenlage direkt über einen 2-zu-1-Selektor ausgewählt. Eine derartige Vorgehensweise mit einem einfachen Taktteiler 2 und einem direkt daran anschließenden 2-zu-1-Selektor 4 ist in 3b dargestellt. Statt eines Baumes von Taktteilern wird dann nur noch eine Kaskade von einfachen Taktteilern und Selektoren gebildet. Die in 2 getrennt dargestellten Funktionen der Phasenerzeugung und der Selektion werden in diesem Fall ineinander verschachtelt.
  • 4 zeigt ein Beispiel für die Erzeugung eines Multiphasensignals mit acht Phasen (0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270°, 315°) aus einem mit vier Phasen (0°, 90°, 180°, 270°) mit Hilfe eines Phaseninterpolators in Form eines Polyphasen-RC-Filters. Durch weitere Stufen derartiger Phaseninterpolatoren kann dann ein sich baumförmig aufspreizendes Phaseninterpolationsnetzwerk gebildet werden, das große Anzahl unterschiedlicher Phasen für das Multiphasensignal erzeugt.
  • Da der Aufwand für eine vollständige Ausführung eines derartigen baumförmigen Phaseninterpolationsnetzwerks zu groß ist, werden in einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung nach jeder Interpolationsstufe die der gewünschten Phasenlage benachbarten beiden Phasenlagen über zwei 2-zu-1-Selektoren ausgewählt. Statt eines Baumes von Phaseninterpolatoren ist dann nur noch eine Kaskade von einfachen Phaseninterpolatoren und Selektoren notwendig. Die in der 2 getrennt gezeichneten Funktionen der Phasenerzeugung und der Selektion werden in diesem Fall ineinander verschachtelt. 5 zeigt ein Beispiel für die Erzeugung eines Multiphasensignals mit drei Phasen (X°, (X+Y)/2°, Y°) aus einem mit zwei Phasen (X°, Y°) und die anschließende Auswahl der gewünschten Taktphasen über zwei 2-zu-1-Selektoren, die in diesem Beispiel mit Hilfe von vier Tri-State-Buffern 6 ausgeführt sind.
  • 6 zeigt schließlich noch eine Anwendung des vorgeschlagenen Modulators zur Ansteuerung von balancierten HF-Schaltleistungsverstärkern in der Mobilfunk-Technik mit digital pulsweitenmodulierten Signalen. Das dargestellte System weist einen digitalen Signalprozessor 7 einer Basisbandeinheit auf, der bspw. auf einem FPGA umgesetzt sein kann. In diesem digitalen Signalprozessor werden aus den digitalen Basisbandsignalen jeweils die Werte für den Pulsanfang (PA) und die Pulsweite (PW) bestimmt und an den vorgeschlagenen Modulator, der in diesem Beispiel als digitaler Modulations-IC 8 realisiert ist, übermittelt. Über einen Frequenzgenerator 9 wird das unmodulierte HF-Signal für den Modulator bereitgestellt. Der Modulator erzeugt dann aus den digitalen Steuersignalen (PA, PW) die entsprechend in der Pulsposition und Pulsweite modulierten HF-Signale „Puls+“ und „Puls-“, mit denen der balancierte HF-Schaltleistungsverstärker angesteuert wird.
  • Die vorgeschlagene Vorrichtung bzw. der vorgeschlagene digitale Modulator und das zugehörige Verfahren nutzen digitale Schaltungskomponenten wie z.B. die vorzugsweise eingesetzten digitalen Taktteiler für die Pulsweiten- und Pulslängenmodulation. Im Gegensatz zur konventionellen Realisierung werden keine analogen Komparatoren und keine analogen Referenzsignale benötigt, welche eine bestimmte Signalform (Dreieck, Sägezahn, Sinus) aufweisen müssen. Die vorgeschlagene Vorrichtung sowie das zugehörige Verfahren basieren auf mit digitalen Komponenten umzusetzenden logischen Verknüpfungen und getakteten digitalen Speicherelementen (z.B. Flip-Flops). Bei Ergänzung der Taktteiler mit passiven Phaseninterpolatoren (Polyphasen-RC-Filter) kann bei einem gegebenen unmodulierten HF-Signal mit der Frequenz M*fRF (Sinus, Rechteck oder Mischform) bei Bedarf ein feineres Raster für die auswählbaren Phasenlagen erhalten werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Signalquelle für unmoduliertes HF-Signal
    2
    Taktteiler
    3
    Phaseninterpolatoren
    4
    Selektoren
    5
    Verknüpfungseinheit
    6
    Tri-State-Buffer
    7
    Digitaler Signalprozessor
    8
    Modulations-IC
    9
    Frequenzgenerator

Claims (8)

  1. Vorrichtung zur Erzeugung von in der Pulsweite und Pulsposition modulierten HF-Signalen, die wenigstens folgende Komponenten umfasst: - Eingänge für ein unmoduliertes HF-Signal und für digitale Steuersignale, durch die eine jeweilige Pulsposition und Pulsweite festgelegt werden, - eine zumindest aus einem oder mehreren Taktteilern (2) und/oder Phaseninterpolatoren (3) gebildete Anordnung zur Erzeugung unterschiedlicher Phasen, mit der aus dem unmodulierten HF-Signal mehrere gegeneinander phasenverschobene Signale erzeugbar sind, - zwei oder mehrere Selektoren (4) zur Auswahl von zwei der gegeneinander phasenverschobenen Signale in Abhängigkeit von den Steuersignalen, und - eine Einrichtung (5) zur logischen Verknüpfung der beiden ausgewählten Signale zu einem in der Pulsweite und Pulsposition gemäß den Steuersignalen modulierten HF-Signal, - wobei die Taktteiler (2) und/oder Phaseninterpolatoren (3) abwechselnd mit den Selektoren (4) kaskadiert angeordnet sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren Taktteiler (2) so angeordnet sind, dass sie aus dem unmodulierten HF-Signal einer Frequenz M*fRF wenigstens einen Teil der gegeneinander phasenverschobenen Signale mit einer Frequenz fRF erzeugen, wobei M ein ganzzahliger Wert ≥ 2 ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren Phaseninterpolatoren (3) so ausgebildet und angeordnet sind, dass sie aus den mit dem einen oder den mehreren Taktteilern (2) erzeugten phasenverschobenen Signalen weitere dagegen phasenverschobene Signale erzeugen.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (5) zur logischen Verknüpfung mit einer logischen UND-Verknüpfung der ausgewählten Signale ausgebildet ist.
  5. Verfahren zur Erzeugung von in der Pulsweite und Pulsposition modulierten HF-Signalen, bei dem aus einem unmodulierten HF-Signal über einen oder mehrere Taktteiler (2) und/oder einen oder mehrere Phaseninterpolatoren (3) mehrere gegeneinander phasenverschobene Signale erzeugt werden, aus denen über zwei oder mehrere Selektoren (4) in Abhängigkeit von einer jeweils gewünschten Pulsposition und Pulsweite jeweils zwei Signale ausgewählt und logisch verknüpft werden, um das in der Pulsweite und Pulsposition modulierte HF-Signal zu erhalten, wobei die Taktteiler (2) und/oder Phaseninterpolatoren (3) abwechselnd mit den Selektoren (4) kaskadiert angeordnet werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das unmodulierte HF-Signal mit einer Frequenz M*fRF bereitgestellt wird, wobei M ein ganzzahliger Wert ≥ 2 ist, und wenigstens ein Teil der gegeneinander phasenverschobenen Signale mit einer Frequenz fRF über den einen oder die mehreren Taktteiler (2) erzeugt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem einen oder den mehreren Phaseninterpolatoren (3) aus den phasenverschobenen Signalen, die mit dem einen oder den mehreren Taktteilern (2) erzeugt wurden, weitere dagegen phasenverschobene Signale erzeugt werden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem einen oder den mehreren Selektoren (4) ausgewählten Signale über eine logische UND-Verknüpfung verknüpft werden.
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