DE102013109441A1

DE102013109441A1 - Steuereinrichtung und Verfahren zum Steuern einer Prozessvariable und Leistungsversorgungsschaltung, umfassend eine Leistungsversorgung und eine Steuereinrichtung

Info

Publication number: DE102013109441A1
Application number: DE102013109441.4A
Authority: DE
Inventors: Jiawen Hu
Original assignee: Intel Mobile Communications GmbH
Current assignee: Intel Deutschland GmbH
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2015-03-05
Anticipated expiration: 2033-08-31
Also published as: CN104423413A; US9362813B2; DE102013109441B4; US20150061610A1

Abstract

Eine Steuereinrichtung (100; 200) zum Steuern einer Prozessvariable (202) umfasst eine Eingabeschnittstelle (102), die dafür ausgelegt ist, ein Rückkopplungssignal zu empfangen, das einen Fehler zwischen einer zu steuernden Prozessvariable (202) und einem Einstellpunkt (104) für die Prozessvariable angibt. Mindestens ein erster Integrator (108) ist dafür ausgelegt, ein akkumuliertes Fehlersignal unter Verwendung eines Integratoreingangssignals, abhängig vom Rückkopplungssignal, abzuleiten, und mindestens ein Resonator mit einer vorgegebenen Resonanzfrequenz ist dafür ausgelegt, ein Resonatorausgangssignal unter Verwendung eines Resonatoreingangssignals, abhängig vom Rückkopplungssignal, bereitzustellen. Eine Ausgabeschnittstelle (130) ist dafür ausgelegt, ein Manipulationssignal zum Beeinflussen der Prozessvariable (202) bereitzustellen, wobei das Manipulationssignal unter Verwendung des akkumulierten Fehlersignals und des Resonatorausgangssignals abgeleitet wird.

Description

Technisches Gebiet
Hier beschriebene Beispiele betreffen Steuereinrichtungen zum Steuern einer Prozessvariable und Verfahren zum Steuern einer Prozessvariable.
Hintergrund
Es gibt vielfältige Anwendungen, die eine Steuereinrichtung benötigen, um eine Prozessvariable zu steuern. Beispielsweise kann eine in einem geschlossenen Regelkreis arbeitende Steuereinrichtung verwendet werden, um die Ausgangsspannung einer zum Versorgen eines Leistungsverstärkers verwendeten Leistungsversorgung zu steuern. Der vom Leistungsverstärker gezogene Strom bezieht sich auf seine vorliegende Ein-/Ausgangsleistung, die sich dynamisch ändert und daher ein Breitbandspektrum aufweist. Der Wechselstrom moduliert wiederum die Ausgangsspannung der Leistungsversorgung, weil ihre Ausgangsimpedanz nicht unbegrenzt niedrig ist. Um einen nicht wünschenswerten Abfall von Ausgangsspannungen zu vermeiden, können Steuereinrichtungen, beispielsweise in einer geschlossenen Regelschleife arbeitende Steuereinrichtungen, verwendet werden, um die von der Leistungsversorgung bereitgestellte Ausgangsspannung dynamisch zu steuern. Um das Einbringen zusätzlichen Rauschens in das von einem Leistungsverstärker, beispielsweise einem Mobilkommunikations-Hochfrequenz-(HF)-Verstärker, bereitgestellte Ausgangssignal zu vermeiden, sollten Leistungsversorgungen in den Bändern, in denen ein niedriges Rauschen erforderlich ist, eine niedrige Impedanz aufweisen, oder durch die Leistungsversorgungen eingebrachte Rauschkomponenten sollten innerhalb dieser Bänder unterdrückt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Einige Beispiele von Vorrichtungen und/oder Verfahren werden nachfolgend nur als Beispiel mit Bezug auf die anliegenden Figuren beschrieben. Es zeigen:
1 ein Beispiel einer Steuereinrichtung zum Steuern einer Prozessvariable,
2 eine Darstellung einer Rauschkennlinie der Steuereinrichtung aus 1,
3 eine herkömmliche Steuereinrichtung und ihre zugeordnete Rauschkennlinie,
4 ein Beispiel einer Leistungsversorgungsschaltung, die eine durch eine Steuereinrichtung gesteuerte Leistungsversorgung umfasst,
5 ein Beispiel einer herkömmlichen Leistungsversorgung,
6 eine weitere herkömmliche Leistungsversorgung,
7 ein weiteres Beispiel einer Leistungsversorgungsschaltung,
8 ein weiteres Beispiel einer Leistungsversorgungsschaltung,
9 ein weiteres Beispiel einer Leistungsversorgungsschaltung,
10 eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Verfahrens zum Steuern einer Prozessvariable,
11 eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Steuereinrichtung und einer Leistungsversorgung zum Bereitstellen eines Modells für eine mathematische Beschreibung des Systems,
12 Einzelheiten einer Filterschaltung der Leistungsversorgung aus 11,
13 die Konfiguration aus 11 in einem zeitdiskreten Bereich,
14 ein Beispiel einer Leistungsversorgungsschaltung in einem zeitdiskreten Bereich,
15 ein weiteres Beispiel im zeitdiskreten Bereich,
16 ein Simulationsergebnis der Rauschkennlinie eines Beispiels einer Leistungsversorgungsschaltung und
17 ein Beispiel einer Mobiltelekommunikationsvorrichtung.
Detaillierte Beschreibung
Verschiedene Beispielbeispiele werden nun vollständiger mit Bezug auf die anliegende Zeichnung beschrieben, in der einige Beispielbeispiele dargestellt sind. In den Figuren können die Dicken von Linien, Schichten und/oder Gebieten aus Gründen der Klarheit übertrieben sein.
Wenngleich dementsprechend Beispielbeispiele verschiedene Modifikationen und alternative Formen haben können, sind Beispiele davon in den Figuren beispielhaft dargestellt und werden hier detailliert beschrieben. Es ist jedoch zu verstehen, dass es nicht beabsichtigt ist, dass Beispielbeispiele auf die offenbarten speziellen Formen beschränkt sind, sondern Beispielbeispiele sollen im Gegenteil alle Modifikationen, gleichwertigen Ausgestaltungen und Alternativen abdecken, die in den Schutzumfang der Offenbarung fallen. Gleiche Zahlen beziehen sich in der Beschreibung der Figuren auf gleiche oder ähnliche Elemente.
Es ist zu verstehen, dass, wenn ein Element als mit einem anderen Element ”verbunden” oder ”gekoppelt” bezeichnet wird, es mit dem anderen Element direkt verbunden oder gekoppelt sein kann, oder dass Zwischenelemente vorhanden sein können. Wenn ein Element dagegen als mit einem anderen Element ”direkt verbunden” oder ”direkt gekoppelt” bezeichnet wird, sind keine Zwischenelemente vorhanden. Andere Wörter, die zum Beschreiben der Beziehung zwischen Elementen verwendet werden, sollten in entsprechender Weise interpretiert werden (beispielsweise ”zwischen” gegenüber ”direkt zwischen”, ”angrenzend” gegenüber ”direkt angrenzend” usw.).
Die hier verwendete Terminologie dient nur dem Beschreiben spezieller Beispiele und ist nicht als Beispielbeispiele einschränkend vorgesehen. Hier sollen die Singularformen ”ein”, ”eine”, ”eines” und ”der/die/das” auch die Pluralformen einschließen, sofern der Zusammenhang nichts anderes klar angibt. Es sei weiter bemerkt, dass die Begriffe ”umfasst”, ”umfassend”, ”weist auf” und/oder ”aufweisend”, wenn sie hier verwendet werden, das Vorhandensein erwähnter Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, jedoch nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen.
Sofern nichts anderes definiert wird, haben alle hier verwendeten Begriffe (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe) die gleiche Bedeutung, wie Durchschnittsfachleute auf dem Gebiet, auf das sich die Beispiele beziehen, üblicherweise verstehen werden. Es sei ferner bemerkt, dass Begriffe, beispielsweise jene, die in üblicherweise verwendeten Wörterbüchern definiert sind, als eine Bedeutung aufweisend interpretiert werden sollten, die mit ihrer Bedeutung in Zusammenhang mit der relevanten Technik konsistent ist und nicht in einem idealisierten oder übermäßig formalen Sinne interpretiert wird, es sei denn, dass dies hier ausdrücklich so definiert wird.
Nachfolgend werden einige Beispiele von Steuereinrichtungen zum Steuern einer Prozessvariable oder einer Prozessgröße, die von einer weiteren Vorrichtung erzeugt oder ausgegeben wird, erörtert. Diese Anwendungen sind verschiedenartig. Beispielsweise können Einhüllendenverfolgungs-Hochfrequenz-(HF)-Leistungsverstärker in mobilen Vorrichtungen in der Art von Mobiltelefonen eine Leistungsversorgungsverfolgung der momentanen Ausgangsleistung des Leistungsverstärkers (PA) erfordern. Diese HF-Leistungsverstärker können die in der mobilen Vorrichtung am meisten Leistung verbrauchenden Komponenten sein. Um den Leistungsverbrauch zu verringern, kann eine Einhüllendenverfolgung verwendet werden, die auf einstellbaren Leistungsversorgungen für die Leistungsverstärker mit einer hohen Effizienz beruht. Eine Leistungsversorgungseffizienz von beispielsweise 85% und jenseits dieser kann ebenso wünschenswert sein wie zumindest zweimal die Übertragungsbandbreite und ein niedriger Rauschgrund bei einem vordefinierten spektralen Abstand zur Trägerfrequenz oder zum Übertragungsband. Ferner sollten Leistungsversorgungen zum Bereitstellen einer Betriebsspannung oder Betriebsleistung für die Leistungsverstärker kosteneffizient sein und eine geringe Größe aufweisen, wenn sie in mobilen Vorrichtungen verwendet werden.
Um Leistung zu sparen, kann ein Einhüllendensignal bereitgestellt werden, das den minimal akzeptablen, jedoch ausreichenden Ausgangsleistungsbetrag spezifiziert. Das Einhüllendensignal kann beispielsweise durch Basisstationen eines Mobiltelekommunikationsnetzes oder durch eine interne Logik einer mobilen Vorrichtung selbst bereitgestellt werden. Leistungsversorgungen von Leistungsverstärkern in mobilen Vorrichtungen werden daher häufig durch eine Steuereinrichtung gesteuert, um zu gewährleisten, dass der gewünschten Einhüllenden mit hoher Genauigkeit durch die gegenwärtige Ausgabe der Leistungsverstärker gefolgt wird. Von der Leistungsversorgung oder der Steuereinrichtung selbst erzeugtes Rauschen koppelt jedoch direkt von den Leistungsversorgungen in die Hochfrequenzverstärker, so dass die Leistungsversorgungen selbst auch bei gewissen vordefinierten Bändern, die durch die jeweilige zu erfüllende Spezifikation gegeben sind, ein niedriges Rauschen aufweisen sollten, so dass der Sender insgesamt die gewünschten spektralen Vorgaben erfüllt. Lediglich als ein Beispiel sei bemerkt, dass bei Langzeitentwicklungs-(”Long-Term Evolution(LTE)”)-Mobilnetzen der Rauschpegel bei einem spektralen Abstand von beispielsweise 30 MHz bis 400 MHz von der Trägerfrequenz, an der sich das Empfängerband befindet, sehr niedrig sein sollte.
Es besteht ein Wunsch, Lösungen zum Steuern von Prozessvariablen mit niedrigen Rauscheigenschaften bereitzustellen.
Beispiele von Steuereinrichtungen zum Steuern einer Prozessvariable können bei einer bestimmten vorgegebenen Frequenz der gesteuerten Prozessvariable durch Aufnehmen eines Resonators mit einer vorgegebenen Resonanzfrequenz als ein Element innerhalb der Steuereinrichtung, beispielsweise innerhalb ihrer Steuerschleife, einen niedrigen Rauschpegel erreichen.
1 zeigt ein Beispiel einer Steuereinrichtung 100 zum Steuern einer Prozessvariable. Um die Steuereinrichtung besser zu verstehen, ersetzt 1 eine durch die Steuereinrichtung zu steuernde Vorrichtung durch eine Rauschquelle 204, um es zu ermöglichen, sich auf die Rauscheigenschaften der Steuereinrichtung und ihre Rauschunterdrückungsfähigkeiten zu konzentrieren. Das erzeugte Rauschen überlagert sich der Prozessvariable 202, die durch die Steuereinrichtung 100 zu steuern ist. Ein bestimmtes Beispiel einer Prozessvariable 202 wäre eine Versorgungsspannung für einen Funkfrequenzverstärker oder für eine andere leistungsverbrauchende Vorrichtung. Die Steuereinrichtung 100 umfasst eine Eingabeschnittstelle 102, die dafür eingerichtet ist, ein Rückkopplungssignal zu empfangen, welches einen Fehler zwischen der zu steuernden Prozessvariable und einem Einstellpunkt für die Prozessvariable angibt. Bei dieser speziellen Implementation wird das Rückkopplungssignal durch eine Kopie der erzeugten Prozessvariable selbst, beispielsweise durch Rückkoppeln der Ausgangsspannung einer Leistungsversorgung, bereitgestellt. Der Einstellpunkt kann beispielsweise als eine feste Einstellpunktgröße 104 innerhalb der Steuereinrichtung gespeichert sein, wie in 1 angegeben ist. Allerdings können weitere Beispiele auch eine optionale Eingabeschnittstelle 106 für den Einstellpunkt aufweisen, so dass ein Einstellpunkt durch eine weitere externe Einheit oder Vorrichtung gesteuert oder vorgegeben werden kann. Ein erster Integrator 108 innerhalb der Steuereinrichtung 100 dient dazu, ein akkumuliertes Fehlersignal unter Verwendung eines Integratoreingangssignals 110, das vom Rückkopplungssignal abhängt, abzuleiten. In dem speziellen Beispiel aus 1 wird ein Fehlersignal durch einen Addierer 112 erzeugt, wobei der Einstellpunkt 104 von einem ersten skalierten Rückkopplungssignal subtrahiert wird, das von einem ersten Skalierer 114 erzeugt wird, der in der Lage ist, das Rückkopplungssignal durch einen ersten Skalierungsparameter (a₁) zu skalieren, um ein Signal abzuleiten, das vom Fehler zwischen der Prozessvariable 202 und dem Einstellpunkt 104 für diese abhängt.
Gemäß weiteren Beispielen kann ein Fehlersignal jedoch auch auf andere Weise erzeugt werden, beispielsweise außerhalb der Steuereinrichtung 100, so dass ein Fehlersignal auch direkt der Eingabeschnittstelle zum Empfang des Rückkopplungssignals 102 bereitgestellt werden könnte. Beliebige weitere Wege zum Erzeugen eines Fehlersignals können auch verwendet werden, um die gleichen oder ähnliche Ergebnisse zu erreichen. Die Steuereinrichtung 100 umfasst ferner mindestens einen Resonator 120, der eine vorgegebene Resonanzfrequenz aufweist, wobei der mindestens eine Resonator 120 dafür eingerichtet ist, ein Resonatorausgangssignal unter Verwendung eines vom Rückkopplungssignal abhängigen Resonatoreingangssignals bereitzustellen.
Im Beispiel aus 1 umfasst der Resonator 120 einen zweiten Integrator 122, der einen mit einem Eingang eines dritten Integrators 124 gekoppelten Ausgang und eine zwischen einen Ausgang des dritten Integrators 124 und einen Eingang des zweiten Integrators 122 geschaltete Rückkopplungsschleife aufweist, wobei die Rückkopplungsschleife mindestens einen ersten Rückkopplungsskalierer 125 umfasst, der dafür eingerichtet ist, das Signal des Ausgangs des dritten Integrators (124) durch einen ersten Rückkopplungsparameter (g₁) zu skalieren. Der erste Rückkopplungsparameter kann verwendet werden, um die vorgegebene Referenzfrequenz des Resonators 120 zu ändern. Ein zweiter Skalierer 126 ist dafür eingerichtet, das Rückkopplungssignal durch einen zweiten vorgegebenen Skalierungsparameter (a₂) zu skalieren, um ein zweites skaliertes Rückkopplungssignal als einen Beitrag zu einem zweiten Integratoreingangssignal des zweiten Integrators 122 durch einen zweiten Addierer 128 bereitzustellen. Der Resonator 120 umfasst ferner einen dritten Skalierer 127, der dafür eingerichtet ist, das Rückkopplungssignal durch einen dritten vorgegebenen Skalierungsparameter (a₃) zu skalieren, um ein drittes skaliertes Rückkopplungssignal als einen Beitrag zu einem dritten Integratoreingangssignal des dritten Integrators 124 durch einen dritten Addierer 129 bereitzustellen.
Die Steuereinrichtung 100 umfasst ferner eine Ausgabeschnittstelle 130, die dafür eingerichtet ist, ein Manipulationssignal zum Beeinflussen der Erzeugung der Prozessvariable 202 bereitzustellen, wobei das Manipulationssignal unter Verwendung des akkumulierten Fehlersignals und des Resonatorausgangssignals abgeleitet wird.
Mit Bezug auf die weiteren Komponenten der Steuereinrichtung 100 sei bemerkt, dass diese in einer beliebigen Technik implementiert werden können, ob sie im analogen oder im digitalen Bereich liegt. Beispielsweise können die Integratoren 108, 122 und 124 unter Verwendung von Integratoren und Verstärkern mit geschalteten Kondensatoren implementiert werden, wenn im analogen Bereich implementiert wird, während der Resonator in diesem Fall unter Verwendung einer herkömmlichen RLC-Schaltungsanordnung oder dergleichen implementiert werden kann. Wenn er im digitalen Bereich implementiert wird, können Integrations- und Resonanzeigenschaften durch numerische Berechnungen oder dergleichen erreicht werden.
Ähnlich kann das Manipulationssignal direkt verwendet werden, um die gesteuerte Vorrichtung zu beeinflussen oder zu leiten, oder es kann vorab in einen anderen Bereich übertragen werden, d. h. von analog nach digital oder umgekehrt.
Durch Aufnehmen eines Resonators 120 in eine Rückkopplungsschleife innerhalb der Steuereinrichtung 100 kann die Rauscherzeugung bei einer Frequenz, die gleich der vorgegebenen Resonanzfrequenz des Resonators 120 ist oder nahe bei dieser liegt, wirksam unterdrückt werden, und es kann wirksam verhindert werden, dass sie in die gesteuerte Prozessvariable 202 eindringt. Beim Auftreten von Rauschen bei oder nahe der Resonanzfrequenz erzeugt der Resonator ein starkes Ansprechen, was zu einem hohen Beitrag des Resonatorausgangssignals zum Manipulationssignal und damit zu einer ziemlich starken Variation des Manipulationssignals 118 führt. Ein starkes Ansprechen in diesem Sinne kann als ein Resonatorausgangssignal verstanden werden, das eine Amplitude aufweist, die größer ist als eine Amplitude eines erregenden Signals. Beim Auftreten von Frequenzkomponenten innerhalb der Prozessvariable, die nahe bei der Resonanzfrequenz liegen, können diese Frequenzkomponenten daher durch die Steuereinrichtung 100 selbst wirksam unterdrückt werden. Eine zusätzliche herkömmliche Schaltungsanordnung im Signalweg der Prozessvariable 202 kann aufgegeben werden. Daher kann die Rauschunterdrückung nicht nur sehr wirksam sondern auch billiger werden und weniger Platz und Komponenten als bei herkömmlichen Ansätzen erfordern, welche beispielsweise nachstehend mit Bezug auf die 3, 5 und 6 erörtert werden.
Um eine effiziente Rauschunterdrückung bei der vorgegebenen Resonanzfrequenz zu erreichen, kann optional ein zusätzlicher Phasenschieber verwendet werden, um eine Phasenverschiebung auf das Resonatorrückkopplungssignal 114 anzuwenden, so dass eine Gesamtphasenverschiebung innerhalb der Rückkopplungsschleife des Resonators 180° beträgt. In diesem Fall wird das Auftreten von Rauschen bei dieser bestimmten Frequenz bis zu einem sehr hohen Grad unterdrückt. Die Bezugnahme auf eine Phasenverschiebung von 180° schließt auch kleine Abweichungen ein, die infolge veränderlicher Eigenschaften der Schaltungskomponenten in der Art beispielsweise temperaturabhängiger Varianzen oder Varianzen, die während der Herstellungsprozesse auftreten, was bei der Halbleiterherstellung üblich ist, unvermeidlich sein können. Hierfür kann eine Phasenverschiebung von 180° beispielsweise auch Phasenverschiebungen von etwa 180°, beispielsweise im Bereich zwischen 170° und 190°, zwischen 160° und 200° oder dergleichen einschließen.
Im Beispiel aus 1 wird eine Phasenverschiebung von 180° inhärent durch die Resonatorimplementation erreicht, die den zweiten Integrator 122, den dritten Integrator 124, den Addierer 128 und den Addierer 129 umfasst. Diese bestimmte Implementation stellt automatisch eine Phasenverschiebung von 180° für das über den ersten Rückkopplungsskalierer 125 rückgekoppelte Signal bereit, weil jeder individuelle Integrator eine Phasenverschiebung von 90° bereitstellt, was sich zu der wünschenswerten Gesamtphasenverschiebung von 180° addiert.
Die Steuereinrichtung 100 zeigt ferner eine optionale Einstellpunkteingabeschnittstelle 106, die dafür eingerichtet ist, ein extern bereitgestelltes Einstellpunktsignal 132 zu empfangen, das sowohl im analogen als auch im digitalen Bereich liegen könnte. Das Einstellpunktsignal 132 gibt den wünschenswerten Einstellpunkt für die Prozessvariable 202 und häufig ein sich langsam änderndes glattes Signal an. Mit anderen Worten gibt das Einstellpunktsignal 132 an, in Bezug auf welche Größe oder welche Eigenschaft die Prozessvariablen 202 gesteuert werden sollten, d. h. den gewünschten Wert der Prozessvariable 202.
2 zeigt Verstärkungskennlinien der Steuerschleife der Steuereinrichtung 100 sowie entsprechende Rauschkennlinien. In einer in 2 dargestellten ersten Graphik 210 ist eine Frequenzabhängigkeit einer Schleifenverstärkung der Steuerschleife qualitativ und daher in beliebigen Zahlen angegeben. Die Schleifenverstärkung nimmt von der Gleichspannungsfrequenz mit einer Steigung von –20 dB/dec ab, bis sie die Resonanzfrequenz 211 des Resonators 120 trifft, wo die Schleifenverstärkung im Prinzip infolge des Vorhandenseins des Resonators 120 in der Rückkopplungsschleife der Steuereinrichtung 100, die auf diese Frequenz abgestimmt ist, wieder einen Spitzenwert unendlicher Verstärkung erreicht. Nach der Resonanzfrequenz 211 nimmt die Verstärkung mit einer Steigung von –60 dB/dec eines Filters dritter Ordnung ab. Die Rauschübertragungsfunktion, die das Rauschverhalten zeigt, ist in 2 als eine weitere Graphik 212 dargestellt. Die Rauschübertragungsfunktion ist die Inversion der Schleifenverstärkung und hat daher in einer idealisierten Ansicht sowohl bei der Gleichspannungsfrequenz als auch bei der Resonanzfrequenz 211 eine unendliche Verstärkung.
Allgemein ausgedrückt, können Beispiele von Steuereinrichtungen einen ersten Teil eines erzeugten Manipulationssignals unter Verwendung eines akkumulierten Fehlersignals und einen zweiten Teil des erzeugten Manipulationssignals unter Verwendung eines Ausgangssignals eines Resonators bestimmen. Dies kann beides ermöglichen, nämlich das Berücksichtigen einer Akkumulation eines Fehlersignals, um Stabilität zu erreichen, und ein starkes Ansprechen, um Rauschbeiträge bei besonders starken Variationen des Manipulationssignals, die auf ziemlich kurzen Zeitskalen auftreten und auch verschwinden können, wirksam zu unterdrücken.
Für Vergleichszwecke zeigt 3 die Schleifenverstärkung und die Rauschübertragungsfunktion einer herkömmlichen Steuereinrichtung 300 mit einem Integrator 302 in der Steuerschleife, welche beispielsweise innerhalb der in den 5 und 6 dargestellten herkömmlichen Leistungsversorgungen verwendet wird. Die Rauscherzeugung ist wiederum durch eine virtuelle Rauschquelle 304 dargestellt. Die herkömmliche Steuereinrichtung 300 umfasst einen einzigen Integrator 302 und einen Addierer 306, um das Rückkopplungssignal innerhalb der Steuerschleife zu berücksichtigen, wie in 3 dargestellt ist. Die Frequenzantwort der Schleifenverstärkung ist ähnlich zu 2 rechts von 3 als eine erste Graphik 308 mit einer Steigung von 20 dB/dec, entsprechend einem Filter mit einem einzigen Pol, dargestellt. Rauschen, wie es beispielsweise durch eine Leistungsversorgung infolge von Quantisierungsrauschen eines digitalen Pulsbreitenmodulators oder durch Modulation des Signals, das durch die Vorrichtung erzeugt wird, welche durch die Steuereinrichtung 300 gesteuert wird, aufgenommen wird, wird auch durch die Schleifenstruktur der herkömmlichen Steuerschleife 300 abgeschwächt. Der Betrag der Abschwächung bei einer gegebenen Frequenz, d. h. die Rauschübertragungsfunktion, ist in der Graphik 310 dargestellt, die auch eine Steigung von 20 dB/dec hat. Bei einer Frequenz um eine Bandbreite der Schleife beträgt die Rauschabschwächung bereits etwa 0 dB. Als eine allgemeine Regel kann angenommen werden, dass das Rauschen bei einer bestimmten Frequenz proportional zur Bandbreite der Schleife ist. Falls allerdings eine solche Steuereinrichtung verwendet wird, um einen Gleichspannungswandler beispielsweise einer mobilen Vorrichtung zu steuern, ist die Bandbreite auf die Schaltfrequenz eines Pulsbreitenmodulators (PWM) beschränkt, und eine solche Struktur ist daher nicht in der Lage, ein niedriges Rauschen für eine Frequenz oder ein Band oberhalb von etwa 30 MHz zu erreichen.
Beispielsweise können bei einer Anwendung mit einer Leistungsversorgung Beispiele von Steuereinrichtungen 100 ihre Vorteile in der Hinsicht entfalten, dass Rauschkomponenten innerhalb der gesteuerten Prozessvariable, d. h. innerhalb einer einem Verstärker bereitgestellten Versorgungsspannung der Leistungsversorgung, auch bei hohen Frequenzen unterdrückt werden können, was in erster Linie durch die Resonanzfrequenz des Resonators gegeben ist.
Die Anwendung eines Beispiels einer Steuereinrichtung 100 auf die Steuerung der Erzeugung einer Versorgungsspannung einer Leistungsversorgung ist in 4 in weiteren Einzelheiten dargestellt. 4 zeigt ein Beispiel einer Steuereinrichtung 200 zusammen mit einer Prinzipskizze einer Leistungsversorgungsschaltung 600, die eine Leistungsversorgung 400 umfasst, die verwendet wird, um eine Gleichspannung 510 für einen Hochfrequenzverstärker 500 (RFPA) bereitzustellen. Die Leistungsversorgungsschaltung 600 umfasst ein Beispiel einer Steuereinrichtung 200 und einer einstellbaren Leistungsversorgung 400.
Die meisten Komponenten der Steuereinrichtung 200 wurden bereits in Zusammenhang mit 1 erörtert, so dass auf eine wiederholte Beschreibung der Grundkomponenten der Steuereinrichtung verzichtet wird. Stattdessen wird in Bezug auf eine Erklärung der Funktionalität dieser Komponenten auf 1 Bezug genommen. Die einstellbare Leistungsversorgung 400 aus 4 ist eine schaltende Leistungsversorgung oder ein Gleichspannungswandler, umfassend einen Pulsbreitenmodulator 402 (PWM) und eine Treiberschaltung 404. Die Treiberschaltung 404 ist dafür eingerichtet, einer Ausgabeschnittstelle 406 der Leistungsversorgung 400 zeitweise, abhängig von einem Tastgrad eines durch den Pulsbreitenmodulator 402 bereitgestellten Pulsbreitenmodulationssignals, eine Systemversorgungsspannung bereitzustellen. Das heißt, dass beispielsweise in Zeiten, in denen das pulsbreitenmodulierte Signal ”hoch” ist, die Systemversorgungsspannung zur Ausgabeschnittstelle 406 geschaltet werden kann, während die Treiberschaltung 404 innerhalb des Rests eines Tastgrads keine Spannung zuführt. Im speziellen Beispiel aus 4 umfasst die Leistungsversorgung 400 ferner ein Tiefpassfilter an ihrem Ausgang, um die im PWM am Ausgang der Leistungsversorgung enthaltene Schaltwelligkeit zu unterdrücken. Hierfür ist mindestens ein Kondensator 408 zwischen die Ausgabeschnittstelle 406 und ein Referenzpotential, beispielsweise Masse, geschaltet. Eine zusätzliche Induktivität 410 eines LC-Filters dient dem gleichen Zweck.
Zusätzlich zu den drei Addierern der in 2 dargestellten Steuereinrichtung umfasst die Steuereinrichtung 200 aus 4 ferner einen vierten Addierer 140 innerhalb der Steuerschleife zum Addieren einer skalierten Repräsentation des Rückkopplungssignals zum Manipulationssignal 118 über einen vierten Skalierer 142 (a₄). Dies kann als die Addition eines Proportionalanteils zur Steuerschleife verstanden werden, so dass der Integrator 108 eine Steuerrückkopplung auf der Grundlage des Integralanteils (I) des Fehlersignals bereitstellt, der Resonator 120 einen Resonanzanteil bereitstellt und der Addierer 140 dazu dient, einen Proportionalanteil (P) zur Rückkopplung, d. h. zur Ableitung des Manipulationssignals 118, zu addieren. Die Steuereinrichtung 200 umfasst eine weitere Eingabeschnittstelle 144, die dafür eingerichtet ist, ein weiteres Rückkopplungssignal zu empfangen. Wie in 4 dargestellt ist, wird das weitere Rückkopplungssignal der Leistungsversorgungsschaltung 600 vom Strom über den Kondensator 408 abgeleitet und gibt daher auch einen Fehler zwischen der Prozessvariable, d. h. zwischen der Versorgungsspannung 510 und dem Einstellpunkt für die Spannung, an. Das weitere Rückkopplungssignal wird durch einen fünften Skalierer 146 (a₅) skaliert und durch den Addierer 140 addiert. Hierfür kann die Ableitung des weiteren Rückkopplungssignals vom Strom über den Kondensator 408 einen Differenzialanteil (D) für die Ableitung des Manipulationssignals bereitstellen. Die Steuerschaltung 200 kann daher auch als eine PID-Steuereinrichtung angesehen werden, die einen Proportionalanteil (P), einen Integralanteil (I) und einen Differenzialanteil (D) der Prozessvariable sowie einen Resonanzanteil berücksichtigt, um ein geeignetes Manipulationssignal 118 abzuleiten. Um die Ausgangsspannung 510 der Leistungsversorgung 400 durch das Manipulationssignal 118 einstellen zu können, wird das von der Steuereinrichtung 200 erzeugte Manipulationssignal einer Steuereingabeschnittstelle der Leistungsversorgung 400 bereitgestellt.
Das Erzeugen des weiteren Rückkopplungssignals vom Strom über den Kondensator 408 kann den Vorteil haben, dass hierdurch direkt eine Rückkopplung bereitgestellt wird, die von einer Ableitung der Prozessvariable, d. h. von der Ausgangsspannung 510 der Leistungsversorgung 400, abhängt. Dies kann besonders vorteilhaft sein, weil ein Differenzialanteil empfindlich für Rauschen ist und seine Verwendung in herkömmlichen PID-Steuereinrichtungen daher zu Instabilitäten führen könnte. Allerdings macht es der Empfang des weiteren Rückkopplungssignals, wie in 4 angegeben ist, unnötig, eine Ableitung des Rückkopplungssignals innerhalb der Steuereinrichtung selbst zu erzeugen, und es wird dabei ein Signal verwendet, das stattdessen inhärent die Ableitung der Ausgangsspannung 510 angibt. Daher kann dieser Signalanteil verwendet werden, ohne sich der Gefahr von Instabilitäten innerhalb der Steuerschleife auszusetzen.
Die Verwendung einer Leistungsversorgungsschaltung, wie sie in 4 dargestellt ist, und die Verwendung einer Steuereinrichtung 200 gemäß einem Beispiel kann die Aufnahme von Rauschanteilen in die Ausgabe des Hochfrequenzverstärkers 500 mit hoher Effizienz und ohne dass zusätzliche Schaltungsanordnungen erforderlich wären, vermeiden. Aus Vergleichsgründen sind in den 5 und 6 herkömmliche Leistungsversorgungsschaltungen dargestellt. Gleichspannungswandler oder Leistungsversorgungen, wie sie in 5 dargestellt sind, werden herkömmlicherweise als Leistungsversorgung für einen Funkfrequenzverstärker 500 mit Einhüllendenverfolgung verwendet. Das Einhüllendensignal, d. h. der Einstellpunkt für die Steuereinrichtung, wird in die PID-Steuereinrichtung 700 eingegeben, die eine herkömmliche Rückkopplungsschleife aufweist, wie in 3 dargestellt ist. Die von der Leistungsversorgung 400 ausgegebene Versorgungsspannung wird nach herkömmlichen Ansätzen als ein Rückkopplungssignal in die PID-Steuereinrichtung 700 kopiert. Wenngleich die Gesamtstruktur eine gute Effizienz bereitstellen kann, ist sie nicht in der Lage, Rauschen in einem Frequenzbereich in der Nähe und oberhalb der Bandbreite abzuschwächen, wie bereits mit Bezug auf 3 erklärt wurde, worin die in einer geschlossenen Regelschleife stattfindende Steuerung der PID-Steuereinrichtung 700 dargestellt ist.
Wie zuvor dargelegt wurde, kann die Aufnahme von Beispielen von Steuereinrichtungen 200 oder die Verwendung von Leistungsversorgungsschaltungen 600 gemäß einigen Beispielen eine Rauschunterdrückungsfähigkeit bereitstellen, ohne dass die Verwendung einer weiteren Schaltungsanordnung erforderlich wäre, wie beim weiteren herkömmlichen Ansatz nach 6. 6 zeigt eine Leistungsversorgungsschaltung, bei der das Rauschen, das durch die Leistungsversorgung 450 eingebracht werden kann, unter Verwendung einer zusätzlichen Schaltungsanordnung, d. h. einer Kerb- oder Snubber-Filterschaltung 452, beseitigt wird, wodurch das Rauschen der vorgegebenen Frequenz effektiv kurzgeschlossen wird. Bei der Leistungsversorgungsschaltung aus 6, die auch für Hochfrequenzleistungsverstärker 500 mit Einhüllendenverfolgung verwendet werden kann, wird es ferner vorgeschlagen, eine hohe Bandbreite durch die zusätzliche Aufnahme eines linearen Operationsverstärkers 454 zu erreichen, um die Fähigkeiten des Gleichspannungswandlers oder der Leistungsversorgung 450 zu erweitern. Ein Strom 456, der aus dem Operationsverstärker 454 heraus fließt und in diesen herein fließt, wird gemessen und der Steuerschleife des Gleichspannungswandlers oder der Leistungsversorgung 450, d. h. der Steuereinrichtung 700 von dieser, zugeführt. Die Steuereinrichtung 700 wird verwendet, um zu gewährleisten, dass der Operationsverstärker 454 bei statischen Bedingungen, bei denen der Laststrom durch den Gleichspannungswandler 450 zugeführt wird, der Last einen Strom von Null zuführt. Die Gesamteffizienz, die durch den Gleichspannungswandler 450 beherrscht wird, der den größten Teil des Laststroms aufnimmt, kann hoch sein, während die Bandbreite, die hauptsächlich durch den linearen Operationsverstärker bestimmt wird, verglichen mit der ausschließlichen Verwendung eines Gleichspannungswandlers, bis zu einigen zehn Megahertz erhöht werden kann. Um jedoch ein niedriges Rauschen in einem bestimmten vordefinierten Band zu erreichen, ist eine zusätzliche LC-Snubber-Schaltung oder Kerbschaltung 452 erforderlich, um eine niedrige Impedanz bereitzustellen und das Signal an diesem Band zu beseitigen. Der Induktor und der Kondensator der Snubber-Schaltung 452 müssen jedoch mit externen SMD-Komponenten verwirklicht werden, die zusätzlichen Platz einnehmen, was bei mobilen Vorrichtungen mit einer begrenzten Größe und einem begrenzten Platz inakzeptabel sein könnte. Überdies vergrößern sie die Komplexität, die Kosten und die Zuverlässigkeit des Systems durch die Aufnahme eines zusätzlichen möglichen Fehlerpunkts. Ein weiteres Problem dieses Ansatzes besteht darin, dass der in dieser Struktur verwendete Verstärker die Gesamteffizienz weiter beschränkt. Die Ausgangsstufe des Operationsverstärkers 454 muss dem Spannungsausschlag widerstehen, wodurch sein Entwurf schwierig gemacht wird, insbesondere in Bezug auf die erforderliche Zuverlässigkeit.
Durch die Verwendung einer Leistungsversorgungsschaltung, wie sie beispielsweise in 4 dargestellt ist, kann Rauschen an oder in der Nähe einer vorgegebenen Resonanzfrequenz mit hoher Effizienz und ohne dass es erforderlich wäre, zusätzliche Vorrichtungen oder komplizierte Schaltungsanordnungen aufzunehmen, unterdrückt werden, wenngleich noch eine hohe Rauschunterdrückung bereitgestellt wird.
Zusammenfassend sei bemerkt, dass die zuvor erörterten Beispiele Schleifenfilter, manchmal hoher Ordnung, verwenden, um eine hohe Unterdrückung der Verzerrung und des Rauschens innerhalb einer Prozessvariable oder an einem Ausgang eines Gleichspannungswandlers zu erreichen. Ein Resonator wird verwendet, um Rauschen und eine Verzerrung bei einer vorgegebenen Resonanzfrequenz zu unterdrücken, die sich auch außerhalb einer Übertragungsbandbreite des Gleichspannungswandlers befinden kann. Gemäß einigen Beispielen wird auch ein LC-Filter an einem Ausgang des Gleichspannungswandlers in die Steuerschleife aufgenommen, wodurch es ermöglicht wird, eine hohe Bandbreite und Flexibilität für die Rauschformung zu erhalten, indem beispielsweise auch ein Differenzialanteil innerhalb der Steuerschleife berücksichtigt wird. Das heißt, dass diese Beispiele es auch ermöglichen können, eine Änderung der Prozessvariable bis zu einem gewissen Grad vorherzusagen, ohne in Gefahr zu kommen, instabil zu werden.
Die 7 bis 9 zeigen weitere Beispiele von Leistungsversorgungsschaltungen 600, umfassend Steuereinrichtungen 200 und Leistungsversorgungen 400. Weil diese Beispiele auf den allgemeinen Überlegungen beruhen, die bereits mit Bezug auf die 1 und 4 dargelegt wurden, werden nur die neuen Komponenten der Beispiele aus den 7 bis 9 innerhalb der folgenden Absätze kurz erörtert.
Die Leistungsversorgungen 400 der Beispiele aus den 7 bis 9 umfassen zwei LC-Filter 432 und 434, um das durch die Treiberschaltung 404 bereitgestellte Signal in höherem Maße zu filtern und um den spektralen Anforderungen, die an einen Hochfrequenzverstärker 500 gestellt werden können, der durch die Leistungsversorgung 400 versorgt wird, möglicherweise besser Rechnung zu tragen.
Dies ermöglicht das Zuführen zweier weiterer Rückkopplungssignale zur Steuereinrichtung 200, d. h. die Steuereinrichtung 200 hat eine dritte Eingabeschnittstelle 160, die dafür eingerichtet ist, die Spannung hinter dem ersten LC-Filter 432 als ein drittes Rückkopplungssignal zu empfangen, und eine vierte Eingabeschnittstelle 162, die dafür eingerichtet ist, ein Signal, das von einem Strom abhängt, der über den Kondensator des ersten LC-Filters 432 fließt, als ein viertes Rückkopplungssignal zu empfangen, das einen Fehler zwischen der Prozessvariable und dem Einstellpunkt angibt.
Ähnlich dem Beispiel aus 4 werden die Rückkopplungssignale durch zugeordnete Skalierer 142 (a₉), 146 (a₈), 164 (a₇) und 166 (a₆) skaliert, und die skalierten Repräsentationen von diesen werden schließlich durch den Addierer 140 aufsummiert.
Die Ordnung der Steuerschleife wird durch Hinzufügen zweier zusätzlicher Integratoren 172 und 174 in die Steuerschleife innerhalb eines zweiten Resonators 176 mit einer vorgegebenen zweiten Resonanzfrequenz erhöht. Das heißt, dass ein zweiter Resonator 176 innerhalb der Steuerschleife der Steuereinrichtung 200 aus den 7 und 8 vorhanden ist. Ähnlich der Skalierung des Rückkopplungssignals für die Integratoren 122 und 124 des ersten Resonators sind weitere Skalierer 178 (a₄) und 180 (a₅) aufgenommen, um skalierte Rückkopplungssignale, die von der Eingabeschnittstelle 102 empfangen werden, einem Integratoreingang der Integratoren 172 und 174 bereitzustellen. Die Aufnahme einer zweiten Resonatorschaltung 176 in die Steuerschleife kann die Möglichkeit bieten, den Frequenzbereich oder die Bandbreite zu vergrößern, innerhalb dessen oder innerhalb derer das Rauschen durch Beispiele von Steuereinrichtungen wirksam unterdrückt wird. Falls die Resonanzfrequenzen der Resonatoren 120 und 176 beispielsweise dicht beieinander liegen, kann die Bandbreite, in der die Unterdrückung des Rauschsignals wirksam ist, in etwa verdoppelt werden. Im Prinzip kann die Anzahl der Resonatoren in der Steuerschleife an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden und sogar beliebig hoch werden.
Wenngleich die Integratoren 124, 174 und 108 eine zusätzliche Verzögerung eines Musters entsprechend der zeitdiskreten Darstellung der Integratoren in 7 aufweisen, können weitere Beispiele ohne zusätzliche Verzögerungen oder durch Aufnahme von Verzögerungen mit einer hohen Anzahl von Mustern implementiert werden.
Der Hauptunterschied zwischen den Beispielen aus 7 und aus 8 besteht darin, dass das Beispiel aus 7 im analogen Bereich implementiert ist. Das heißt, dass die Steuereinrichtung 200 und die Zustandsvariable Rückkopplung der Parameter des LC-LC-Filters, d. h. der LC-Filter 432 und 434, mit einer analogen Schaltungsanordnung implementiert sind, beispielsweise unter Verwendung von Integratoren und Verstärkern mit geschalteten Kondensatoren. Das Ausgangssignal, d. h. das an der Ausgabeschnittstelle 116 bereitgestellte Manipulationssignal, dient als eine Eingabe in einen PWM-Generator 402. Das von der Steuereingabeschnittstelle der einstellbaren Leistungsversorgung 400 empfangene Manipulationssignal wird mit einem internen Rampensignal verglichen, um ein pulsbreitenmoduliertes Signal mit einem zum Eingangssignal proportionalen Tastgrad zu erzeugen.
Dagegen ist das Beispiel aus 8 zumindest teilweise innerhalb des digitalen Bereichs implementiert. Insbesondere ist der Abschnitt 190 der Steuereinrichtung fünfter Ordnung mit einer digitalen Schaltungsanordnung implementiert. Daher wird auch das an der Ausgabeschnittstelle 116 bereitgestellte Manipulationssignal als ein Digitalsignal verstanden, das einer digital steuerbaren Pulsbreitenmodulationsschaltung 402 (DPWM), welche eine Treiberschaltung 404 steuert, zugeführt wird. Der analoge Abschnitt 192 der Steuereinrichtung 200 ist mit der analogen Schaltungsanordnung implementiert, um die Zustandsvariablen der LC-LC-Filter 432 und 434 rückzukoppeln. Um die Rückkopplungssignale vom analogen Abschnitt 192 zum digitalen Abschnitt 190 der Steuereinrichtung 200 zu übertragen, sind Analog-Digital-Wandler (ADC) 494 und 496 implementiert.
Die Verwendung eines Beispiels nach 8 kann die Flexibilität der Implementation erhöhen, weil die Schaltungsanordnung im digitalen Bereich, d. h. der digitale Abschnitt der Steuereinrichtung 190, ohne einen zeitaufwendigen und kostspieligen Neuentwurf, beispielsweise durch einfaches Aktualisieren einer Betriebssoftware oder einer Firmware einer entsprechenden Steuereinrichtung, an spezifische Anforderungen angepasst werden kann.
9 zeigt ein Beispiel einer Leistungsversorgungsschaltung, die auf dem Beispiel aus 8 beruht, wobei der digitale Pulsbreitenmodulator 402 zwei pulsbreitenmodulierte Signale bereitstellt, die zueinander phaseninvertiert sind. Diese beiden Signale treiben zwei Treiberschaltungen 404a und 404b gleichzeitig, wodurch die Schaltfrequenz effektiv verdoppelt wird.
Um einige der vorstehend erörterten Beispiele zusammenzufassen, sei bemerkt, dass Leistungsversorgungsschaltungen, die eine Gleichspannungswandlerfunktionalität umfassen, zusätzlich zu einem Integrator einen Resonator innerhalb der Steuerschleife der Steuereinrichtung 200 aufweisen können. Der Resonator stellt eine hohe Schleifenverstärkung bei der vorgegebenen Resonanzfrequenz und in ihrer Umgebung bereit, wodurch ermöglicht wird, dass die Steuerschleife Rauschen bei dieser Frequenz wirksam abschwächt. Die vorgegebene Resonanzfrequenz kann, abhängig von der spezifischen Implementation, programmierbar oder fest sein. Die Steuerschleife selbst kann mehrere Rückkopplungen aufweisen, um die Koeffizienten der Rückkopplungsskalierer, d. h. der Skalierer, die zum Bereitstellen skalierter Repräsentationen des Rückkopplungssignals verwendet werden, entsprechend den Anforderungen anzupassen und die erforderliche Stabilität der Schleife bereitzustellen. Ferner kann der Ausgang eines Filters eines Gleichspannungswandlers oder die Leistungsversorgung selbst als Teil der Steuerschleife behandelt werden. Beispielsweise können die Spannung und der Strom des Kondensators des LC-Filters am Ausgang einer Treiberschaltung 404 Rückkopplungssignale bereitstellen, die über zugeordnete Skalierer in die Steuerschleife rückgekoppelt werden. Die Pole einer mathematischen Beschreibung des Ansprechens der Steuerschleife und damit die Stabilität des mit einer geschlossenen Schleife arbeitenden Systems werden durch die Koeffizienten innerhalb der Rückkopplungsschleife, d. h. beispielsweise abhängig von den Koeffizienten a₁ bis a₉ der Beispiele aus den 7 bis 9, bestimmt.
10 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens zum Steuern einer Prozessvariable zeigt.
Das Verfahren umfasst das Empfangen 800 eines Rückkopplungssignals, das einen Fehler zwischen einer zu steuernden Prozessvariable und einem Einstellpunkt für die Prozessvariable angibt.
Das Verfahren umfasst ferner das Ableiten eines akkumulierten Fehlersignals 802 unter Verwendung eines Eingangssignals, abhängig vom Rückkopplungssignal, und das Ableiten eines Resonatorausgangssignals 804 unter Verwendung eines Resonators mit einer vorgegebenen Resonanzfrequenz und eines Resonatoreingangssignals, abhängig vom Rückkopplungssignal.
Das Verfahren umfasst ferner das Ableiten eines Manipulationssignals 806 zum Beeinflussen der Prozessvariable, wobei das Manipulationssignal unter Verwendung des akkumulierten Fehlersignals und des Resonatorausgangssignals abgeleitet wird.
Zusammen mit den Darstellungen aus den 11 bis 15 wird nachfolgend gezeigt, _ inwieweit die Koeffizienten innerhalb einer Leistungsversorgungsschaltung nach den 7 bis 9 bestimmt werden können, um eine gewünschte stabile Steuerung zu erreichen und dabei gleichzeitig das Rauschen durch die Resonatoren innerhalb der Steuereinrichtung abzuschwächen.
Hierfür werden vorab einige theoretische Erwägungen in Bezug darauf vorgenommen, wie eine kontinuierliche Zeitschaltungsanordnung in eine diskrete Zeitdarstellung übertragen werden kann. Die Erwägungen beginnen mit einer einfachen Implementation eines Gleichspannungswandlers mit einer Zustandsvariablen Rückkopplung. Die als Beispiel dienende Schleife aus 11 besteht aus einem Integrator 1200, der statische Regulierungsfehler beseitigt. Das Fehlersignal, d. h. die Ableitung der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers von der Referenzspannung am Eingang, wird durch den Skalierer 1202 skaliert (Koeffizient a₁) und durch den Integrator 1200 akkumuliert. Die Zustandsvariablen des Systems zweiter Ordnung, das aus der Induktivität 1204 (L), dem Widerstrand 1206 (R) und der Kapazität 1208 (C) besteht, d. h. die Spannung V_c und der Strom I_c des Kondensators 1208, werden mittels der Skalierer 1210 und 1212 durch Koeffizienten a₂ und a₃ skaliert und zur Integratorausgabe addiert. Für eine lineare Analyse der Steuerschleife werden der Pulsbreitenmodulator 1214 und der Treiber des Gleichspannungswandlers ignoriert, und diese Komponenten werden als eine Quelle zusätzlichen Rauschens gesehen, wie im vereinfachten Schaltungsdiagramm in der unteren Darstellung von 11 gezeigt ist. Der Pulsbreitenmodulator und die Treiberschaltung sind als ein linearer Skalierer, dem ein Rauschgenerator überlagert ist, modelliert.
Bevor die Koeffizienten a₁ bis a₃ berechnet werden können, sollte das Filter 1218 (LCR-Filter) zweiter Ordnung, wie wiederum in 12 dargestellt ist, aus einem zeitkontinuierlichen System in ein zeitdiskretes System umgewandelt werden, insbesondere um eine zeitdiskrete Repräsentation der Rückkopplungsgrößen 1220 (v_c) und 1222 (i_c) bereitzustellen.
Dies kann unter Verwendung der folgenden Gleichungen ausgeführt werden: ẋ = Ax + Bu y = Cx + Du
Unter der Annahme, dass das zeitdiskrete System durch die folgende Form beschrieben wird: x(n + 1) = A ~x(n) + B ~u(n), y(n) = C ~x(n)+ D ~u(n) kann das umgewandelte System mit der folgenden Form abgeleitet werden: A ~ = e^AT, B ~ = ∫ T / 0e^Aηdη B, C ~ = C, D ~ = D.
Weil eine Umwandlung von einem zeitkontinuierlichen zu einem zeitdiskreten System mit einem symbolischen Ausdruck unmöglich ist, wird die Umwandlung numerisch vorgenommen. Unter der Annahme von L = 11 n, C = 2 nF, R = 10 Ohm, T = 1/300 MHz = 3,33 ns und keiner Verzögerung am Eingang ergibt sich:
Nach der Diskretisierung des LCR-Filters kann mit der Ableitung der Koeffizienten der Steuerschleife fortgefahren werden. Mit der vom Integrator kommenden zusätzlichen Ordnung handelt es sich um ein System dritter Ordnung, das in 13 dargestellt ist. In 13 ist die Spannung des Kondensators 1208 als x₂ redefiniert, der Strom des Kondensators 1208 als x₃ redefiniert und die Ausgabe des Integratotrs 1200 als x₁ redefiniert.
In 14 ist das System aus 13 weiter modifiziert, um dem Beispiel aus 4 zu entsprechen. Zu diesem Zweck sind ein Resonator und die zusätzlichen Integratoren zur Steuerschleife hinzugefügt, um einen Gleichspannungswandler zu erhalten, der auch hochfrequentes Rauschen unterdrücken kann. Aus der Darstellung aus 14 kann die folgende Zustandsraumbeschreibung der das LC-LC-Filter aufweisenden Steuerschleife in zeitdiskreter Form abgeleitet werden:
Die Signalübertragungsfunktion F_STF kann berechnet werden als: F_STF = C(Iz – A)^–1B.
Durch Vergleichen des Nenners der Signalübertragungsfunktion F_STF mit einem Zielnenner z⁵ + p₄z⁴ + p₃z³ + p₂z² + p₁z + p₀ können die Koeffizienten a₅ ... a₁ dann numerisch berechnet werden. Die Berechnung kann beispielsweise unter Verwendung des folgenden Pseudocodes ausgeführt werden:
15 zeigt das Modell für die Beispiele aus den 7 und 8. Gleichwertig ist die Zustandsraumbeschreibung der Steuereinrichtung fünfter Ordnung mit dem LC-LC-Filter vierter Ordnung aus den 7 und 8:
Nach den gleichen Erwägungen kann ein Pseudocode, der die Koeffizienten a₁ ... a₉ berechnet, folgendermaßen angegeben werden:
16 zeigt die Rauschkennlinie einer Simulation eines Beispiels einer in 9 dargestellten Leistungsversorgungsschaltung unter Verwendung der vorstehend abgeleiteten Koeffizienten und Parameter. Die x-Achse 902 zeigt die Frequenz in Einheiten von Hertz auf einer logarithmischen Skala. Die y-Achse 904 gibt den Rauschpegel in dB an. Es sei kurz daran erinnert, dass die Steuereinrichtung fünfter Ordnung aus 9 zwei Resonatoren enthält und dass das LC-LC-Filter vier Rückkopplungskoeffizienten bereitstellt. Der digitale Pulsbreitenmodulator (DPWM) hat eine Auflösung von 5 Bit und zwei phaseninvertierte Ausgänge, um einen mehrphasigen Gleichspannungswandler zu modellieren. Die Ströme der beiden Kondensatoren werden mit Gleichspannungsquellen und einer stromgesteuerten Spannungsquelle erfasst. Die Steuereinrichtung wird simuliert, bei einer Abtastfrequenz von 300 MHz zu laufen, und der zweiphasige DPWM läuft bei 150 MHz, um das 150-MHz-Störsignal im Ausgangsspektrum zu unterdrücken. Der Gleichspannungswandler wird mit Spectre simuliert, und ein Sinussignal davon wird als Eingangsstimulation verwendet. Die Leistungsversorgungsschaltung ist stabil und folgt dem Eingangssignal. Die Granularität des DPWMs erzeugt ein Quantisierungsrauschen, das durch die Steuerschleife innerhalb des Beispiels einer Steuereinrichtung geformt wird. 16 zeigt das Rauschspektrum der Leistungsversorgungsschaltung und demonstriert, dass das Rauschen wie gewünscht bei 75 MHz abgetrennt wird und dass sein Pegel bei der vorgegebenen Resonanzfrequenz etwa –140 dBm/Hz beträgt. Das bemerkbare Schaltrauschen in der Nähe von 300 MHz beträgt etwa –138 dBm/Hz.
17 zeigt schematisch eine mobile Vorrichtung oder ein Mobiltelefon, die oder das ein Beispiel einer Hochfrequenzverstärkerschaltung umfasst. Das heißt, dass die mobile Vorrichtung 100 einen Verstärker 500 umfasst, der durch eine Leistungsversorgungsschaltung 600 versorgt wird, die ein Beispiel einer Steuereinrichtung 200 und einer Leistungsversorgung 400 umfasst. Der Verstärker 500 hat eine Versorgungsspannungseingabeschnittstelle 502, die mit der Leistungsausgabeschnittstelle 406 der durch eine Steuereinrichtung 200 gesteuerten Leistungsversorgung 400 gekoppelt ist. Daher kann eine Einhüllendenverfolgung ausgeführt werden, ohne zusätzliches Rauschen infolge der Verwendung der Steuereinrichtung 200 für das Steuern der Leistungsversorgung 400 in das Spektrum des Verstärkers 500 einzubringen.
Nachfolgend betreffen Beispiele weitere Beispiele.
Beispiel 1 ist eine Steuereinrichtung zum Steuern einer Prozessvariable. Die Steuereinrichtung umfasst eine Eingabeschnittstelle, die dafür ausgelegt ist, ein Rückkopplungssignal zu empfangen, das einen Fehler zwischen einer zu steuernden Prozessvariable und einem Einstellpunkt für die Prozessvariable angibt, mindestens einen ersten Integrator, der dafür ausgelegt ist, ein akkumuliertes Fehlersignal unter Verwendung eines Integratoreingangssignals, abhängig vom Rückkopplungssignal, abzuleiten, mindestens einen Resonator mit einer vorgegebenen Resonanzfrequenz, wobei der mindestens eine Resonator dafür ausgelegt ist, ein Resonatorausgangssignal unter Verwendung eines Resonatoreingangssignals, abhängig vom Rückkopplungssignal, bereitzustellen, und eine Ausgabeschnittstelle, die dafür ausgelegt ist, ein Manipulationssignal zum Beeinflussen der Prozessvariable bereitzustellen, wobei das Manipulationssignal unter Verwendung des akkumulierten Fehlersignals und des Resonatorausgangssignals abgeleitet wird.
In Beispiel 2 kann der Gegenstand von Beispiel 1 optional einschließen, dass das Manipulationssignal unter Verwendung einer Summe von Signalkomponenten des Resonatorausgangssignals und des akkumulierten Fehlersignals abgeleitet wird.
In Beispiel 3 kann der Gegenstand von Beispiel 1 oder 2 optional einen ersten Skalierer einschließen, der dafür ausgelegt ist, das Rückkopplungssignal durch einen ersten Skalierungsparameter zu skalieren, um ein erstes skaliertes Rückkopplungssignal als einen Beitrag für das Integratoreingangssignal bereitzustellen.
In Beispiel 4 kann der Gegenstand von einem der vorhergehenden Beispiele optional einschließen, dass der Resonator einen zweiten Integrator mit einem Ausgang, der mit einem Eingang eines dritten Integrators gekoppelt ist, und eine Rückkopplungsschleife, die zwischen einen Ausgang des dritten Integrators und einen Eingang des zweiten Integrators geschaltet ist, umfasst, wobei die Rückkopplungsschleife mindestens einen ersten Rückkopplungsskalierer umfasst, der dafür ausgelegt ist, das Signal des Ausgangs des dritten Integrators durch einen ersten Rückkopplungsparameter zu skalieren.
In Beispiel 5 kann der Gegenstand von Beispiel 4 optional einen zweiten Skalierer einschließen, der dafür ausgelegt ist, das Rückkopplungssignal durch einen zweiten Skalierungsparameter zu skalieren, um ein zweites skaliertes Rückkopplungssignal als einen Beitrag zu einem zweiten Integratoreingangssignal des zweiten Integrators bereitzustellen.
In Beispiel 6 kann der Gegenstand von Beispiel 4 oder 5 optional einen dritten Skalierer einschließen, der dafür ausgelegt ist, das Rückkopplungssignal durch einen dritten Skalierungsparameter zu skalieren, um ein drittes skaliertes Rückkopplungssignal als einen Beitrag zu einem dritten Integratoreingangssignal des dritten Integrators bereitzustellen.
In Beispiel 7 kann der Gegenstand eines der vorhergehenden Beispiele optional eine Einstellpunkteingabeschnittstelle aufweisen, die dafür ausgelegt ist, ein Einstellpunktsignal zu empfangen, das den Einstellpunkt für die Prozessvariable angibt.
In Beispiel 8 kann der Gegenstand eines der vorhergehenden Beispiele optional einen zweiten Resonator mit einer vorgegebenen zweiten Resonanzfrequenz einschließen, wobei der zweite Resonator dafür ausgelegt ist, ein zweites Resonatorausgangssignal unter Verwendung eines zweiten Resonatoreingangssignals, abhängig vom Rückkopplungssignal, bereitzustellen.
In Beispiel 9 kann der Gegenstand von Beispiel 8 optional einschließen, dass der zweite Resonator einen vierten Integrator mit einem Ausgang, der mit einem Eingang eines fünften Integrators gekoppelt ist, und eine Rückkopplungsschleife, die zwischen einen Ausgang des fünften Integrators und einen Eingang des vierten Integrators geschaltet ist, umfasst, wobei die Rückkopplungsschleife mindestens einen zweiten Rückkopplungsskalierer umfasst, der dafür ausgelegt ist, das Signal des Ausgangs des fünften Integrators durch einen zweiten vorgegebenen Rückkopplungsparameter zu skalieren.
Beispiel 10 ist eine Leistungsversorgungsschaltung, die eine einstellbare Leistungsversorgung mit einer Leistungsausgabeschnittstelle, die dafür ausgelegt ist, eine vorliegende Versorgungsspannung bereitzustellen, und einer Steuereingabeschnittstelle, die dafür ausgelegt ist, ein Steuersignal zu empfangen, wobei die vorliegende Versorgungsspannung vom Steuersignal abhängt, und eine Steuereinrichtung nach einem der Beispiele 1 bis 9 umfasst, wobei die Ausgabeschnittstelle der Steuereinrichtung mit der Steuereingabeschnittstelle der Leistungsversorgung gekoppelt ist, um das Manipulationssignal der Steuereinrichtung als das Steuersignal bereitzustellen.
In Beispiel 11 kann der Gegenstand von Beispiel 10 optional einschließen, dass die Leistungsausgabeschnittstelle der Leistungsversorgung mit der Eingabeschnittstelle der Steuereinrichtung gekoppelt ist, so dass eine Information über die vorliegende Versorgungsspannung der Steuereinrichtung als ein Rückkopplungssignal bereitgestellt wird.
In Beispiel 12 kann der Gegenstand von Beispiel 10 oder 11 optional einen Pulsbreitenmodulator zum Bereitstellen eines Pulsbreitenmodulationssignals mit einem vom Steuersignal abhängigen Tastgrad und eine Treiberschaltung, die dafür ausgelegt ist, der Leistungsausgabeschnittstelle zu vom Tastgrad abhängigen Zeitpunkten eine Systemversorgungsspannung bereitzustellen, einschließen.
In Beispiel 13 kann der Gegenstand der Beispiele 10 bis 12 optional mindestens einen Kondensator einschließen, der zwischen die Leistungsausgabeschnittstelle und ein Referenzpotential geschaltet ist.
In Beispiel 14 kann der Gegenstand von Beispiel 13 optional einschließen, dass die Steuereinrichtung eine weitere Eingabeschnittstelle umfasst, die dafür ausgelegt ist, ein weiteres Rückkopplungssignal zu empfangen, das einen Fehler zwischen der Prozessvariable und dem Einstellpunkt angibt, und wobei die einstellbare Leistungsversorgung mit der weiteren Eingabeschnittstelle gekoppelt ist, so dass das weitere Rückkopplungssignal von einem Strom abhängt, der den mindestens einen Kondensator durchquert.
Beispiel 15 ist ein Verfahren zum Steuern einer Prozessvariable, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Empfangen eines Rückkopplungssignals, das einen Fehler zwischen einer zu steuernden Prozessvariable und einem Einstellpunkt für die Prozessvariable angibt, Ableiten eines akkumulierten Fehlersignals unter Verwendung eines Eingangssignals, abhängig vom Rückkopplungssignal, Ableiten eines Resonatorausgangssignals unter Verwendung eines Resonators mit einer vorgegebenen Resonanzfrequenz und _ eines Resonatoreingangssignals, abhängig vom Rückkopplungssignal, und Ableiten eines Manipulationssignals zum Beeinflussen der Prozessvariable, wobei das Manipulationssignal unter Verwendung des akkumulierten Fehlersignals und des Resonatorausgangssignals abgeleitet wird.
In Beispiel 16 kann der Gegenstand von Beispiel 15 optional das Ableiten des Manipulationssignals einschließen, umfassend die Verwendung einer Summe von Signalkomponenten des Resonatorausgangssignals und des akkumulierten Fehlersignals.
Beispiel 17 ist eine Hochfrequenzverstärkerschaltung, die eine Leistungsversorgungsschaltung nach einem der Beispiele 10 bis 14 und einen Verstärker umfasst, der eine Versorgungsspannungseingabeschnittstelle umfasst, wobei die Versorgungsspannungseingabeschnittstelle des Verstärkers mit der Leistungsausgabeschnittstelle der Leistungsversorgungsschaltung gekoppelt ist.
In Beispiel 18 kann der Gegenstand von Beispiel 17 optional eine Signaleingabeschnittstelle, die dafür ausgelegt ist, ein zu verstärkendes Signal zu empfangen, und eine Hochfrequenzausgabeschnittstelle, die dafür ausgelegt ist, eine verstärkte Repräsentation des an der Signaleingabeschnittstelle empfangenen Signals bereitzustellen, einschließen.
Beispiel 19 ist eine Mobilkommunikationsvorrichtung, die eine Hochfrequenzverstärkerschaltung nach Beispiel 17 oder 18 umfasst.
In Beispiel 20 kann der Gegenstand von Beispiel 19 optional eine Antenne einschließen, die mit der Hochfrequenzausgabeschnittstelle gekoppelt ist.
Beispiel 21 ist ein maschinenlesbares Medium, das Code aufweist, um eine Maschine zu veranlassen, Beispiel 15 oder 16 auszuführen, falls der Code durch die Maschine ausgeführt wird.
Beispiel 22 ist ein Computerprogramm mit einem Programmcode zum Ausführen von Beispiel 15 oder 16, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder Prozessor ausgeführt wird.
Beispiel 23 ist ein Mittel zum Steuern einer Prozessvariable, welches umfasst: ein Mittel zum Empfangen eines Rückkopplungssignals, das einen Fehler zwischen einer zu steuernden Prozessvariable und einem Einstellpunkt für die Prozessvariable angibt, ein Mittel zum Ableiten eines akkumulierten Fehlersignals unter Verwendung eines Eingangssignals, abhängig vom Rückkopplungssignal, ein Mittel zum Ableiten eines Resonatorausgangssignals unter Verwendung eines Resonators mit einer vorgegebenen Resonanzfrequenz und eines Resonatoreingangssignals, abhängig vom Rückkopplungssignal, und ein Mittel zum Ableiten eines Manipulationssignals zum Beeinflussen der Prozessvariable, wobei das Manipulationssignal unter Verwendung des akkumulierten Fehlersignals und des Resonatorausgangssignals abgeleitet wird.
In Beispiel 24 kann der Gegenstand von Beispiel 23 optional Mittel zum Ableiten einer Summe von Signalkomponenten des Resonatorausgangssignals und des akkumulierten Fehlersignals einschließen.
Beispiel 25 ist ein Mittel zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung, welches umfasst: ein Mittel zum Empfangen eines Steuersignals und zum Bereitstellen einer vorliegenden Versorgungsspannung, abhängig von einem Steuersignal, und ein Mittel zum Steuern einer Prozessvariable nach Beispiel 23 oder 24 und zum Bereitstellen des Manipulationssignals als das Steuersignal.
In Beispiel 26 kann der Gegenstand von Beispiel 25 optional ein Mittel zum Bereitstellen von Informationen über die vorliegende Versorgungsspannung als ein Rückkopplungssignal für das Mittel zum Steuern einer Prozessvariable einschließen.
Beispiel 27 ist ein Mittel zum Verstärken eines Signals, welches umfasst: Mittel zum Empfangen des zu verstärkenden Signals, Mittel zum Erzeugen einer verstärkten Repräsentation des zu verstärkenden Signals unter Verwendung einer Versorgungsspannung und Mittel zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung nach Beispiel 25 oder 26.
In Beispiel 28 kann der Gegenstand von Beispiel 27 optional Mittel zum Bereitstellen der verstärkten Repräsentation des Signals einschließen.
Beispiele können ferner ein Computerprogramm mit einem Programmcode zum Ausführen eines der vorstehenden Verfahren bereitstellen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder Prozessor ausgeführt wird. Fachleute werden leicht verstehen, dass Schritte verschiedener vorstehend beschriebener Verfahren durch programmierte Computer ausgeführt werden können. Hier sollen einige Beispiele auch Programmspeichervorrichtungen, beispielsweise digitale Datenspeichermedien, abdecken, die maschinen- oder computerlesbar sind und maschinenausführbare oder computerausführbare Programme von Befehlen codieren, wobei die Befehle einige oder alle Schritte der vorstehend beschriebenen Verfahren ausführen. Die Programmspeichervorrichtungen können beispielsweise digitale Speicher, Magnetspeichermedien, wie Magnetplatten und Magnetbänder, Festplatten oder optisch lesbare digitale Datenspeichermedien sein. Die Beispiele sollen auch Computer, die programmiert sind, um die Schritte der vorstehend beschriebenen Verfahren auszuführen, oder (feld-)programmierbare Logikarrays ((F)PLAs) oder (feld-)programmierbare Gate-Arrays ((F)PGAs), die programmiert sind, um die Schritte der vorstehend beschriebenen Verfahren auszuführen, abdecken.
Die Beschreibung und die Zeichnung veranschaulichen lediglich die Grundgedanken der Offenbarung. Es ist demgemäß zu verstehen, dass Fachleute in der Lage sein werden, verschiedene Anordnungen zu entwickeln, die, wenngleich sie hier nicht explizit beschrieben oder dargestellt sind, die Grundgedanken der Offenbarung verwirklichen und in ihrem Gedanken und Schutzumfang enthalten sind. Ferner sind alle hier erwähnten Beispiele in erster Linie ausdrücklich für pädagogische Zwecke vorgesehen, um dem Leser dabei zu helfen, die Grundgedanken der Offenbarung und die vom Erfinder (den Erfindern) zur Weiterentwicklung der Technik beigetragenen Konzepte zu verstehen, und sie sind als diese spezifisch angeführten Beispiele und Bedingungen nicht einschränkend auszulegen. Überdies sollen alle hier vorgenommenen Aussagen, welche Grundgedanken, Aspekte und Beispiele der Offenbarung anführen, sowie spezifische Beispiele davon gleichwertige Ausgestaltungen davon einschließen.
Funktionsblöcke, die als ”Mittel zum ...” (eine bestimmte Funktion ausführend) bezeichnet sind, sollen als Funktionsblöcke verstanden werden, die eine Schaltungsanordnung umfassen, die dafür ausgelegt ist, eine jeweilige bestimmte Funktion auszuführen. Daher kann ein ”Mittel für etwas” auch als ein ”Mittel, das für etwas ausgelegt ist oder für etwas geeignet ist” verstanden werden. Ein Mittel, das dafür ausgelegt ist, eine bestimmte Funktion auszuführen, impliziert daher nicht, dass dieses Mittel notwendigerweise die Funktion ausführt (zu einem gegebenen Zeitpunkt).
Funktionen verschiedener Elemente, die in den Figuren dargestellt sind, einschließlich jeglicher Funktionsblöcke, die als ”Mittel”, ”Mittel zum Bereitstellen eines Sensorsignals”, ”Mittel zum Erzeugen eines Sendesignals” usw. bezeichnet sind, können durch die Verwendung zweckgebundener Hardware in der Art ”eines Signalbereitstellers”, ”einer Signalverarbeitungseinheit”, ”eines Prozessors”, ”einer Steuereinrichtung” usw. sowie Hardware, die in der Lage ist, Software in Zusammenhang mit geeigneter Software auszuführen, bereitgestellt werden. Überdies kann jede Einheit, die hier als ”Mittel” beschrieben wird, ”einem oder mehreren Modulen”, ”einer oder mehreren Vorrichtungen”, ”einer oder mehreren Einheiten” usw. entsprechen oder dadurch implementiert sein. Wenn sie durch einen Prozessor bereitgestellt werden, können die Funktionen durch einen einzigen zweckgebundenen Prozessor, durch einen einzigen geteilten Prozessor oder durch mehrere einzelne Prozessoren, von denen einige geteilt werden können, bereitgestellt werden. Überdies sollte die explizite Verwendung des Begriffs ”Prozessor” oder ”Steuereinrichtung” nicht als sich ausschließlich auf Hardware, die in der Lage ist, Software auszuführen, beziehend ausgelegt werden und kann ohne Einschränkung digitale Signalprozessor-(DSP)-Hardware, einen Netzprozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA), einen Nurlesespeicher (ROM) zum Speichern von Software, einen Direktzugriffsspeicher (RAM) und einen nicht flüchtigen Speicher implizit einschließen. Andere Hardware, ob herkömmlich und/oder eigens ausgelegt, kann auch aufgenommen werden.
Fachleute werden verstehen, dass alle hier gezeigten Blockdiagramme Konzeptansichten der Erläuterung dienender Schaltungsanordnungen, welche die Grundgedanken der Offenbarung verwirklichen, darstellen. Ähnlich ist zu verstehen, dass alle Flussdiagramme, Ablaufdiagramme, Zustandsübergangsdiagramme, Pseudocode und dergleichen verschiedene Prozesse darstellen, die im Wesentlichen in einem computerlesbaren Medium dargestellt werden können und so durch einen Computer oder Prozessor ausgeführt werden, unabhängig davon, ob ein solcher Computer oder Prozessor explizit dargestellt ist.
Ferner sind die folgenden Ansprüche hiermit in die Detaillierte Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch für sich als ein getrenntes Beispiel stehen kann.
Wenngleich jeder Anspruch für sich als ein getrenntes Beispiel stehen kann, ist zu _ bemerken, dass, wenngleich sich ein abhängiger Anspruch in den Ansprüchen auf eine spezifische Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann, andere Beispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs einschließen können. Diese Kombinationen werden hier vorgeschlagen, es sei denn, dass ausgesagt wird, dass eine spezifische Kombination nicht vorgesehen ist. Ferner ist vorgesehen, auch Merkmale eines Anspruchs in jeden anderen unabhängigen Anspruch aufzunehmen, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt vom unabhängigen Anspruch abhängig gemacht ist.
Es ist ferner zu verstehen, dass in der Beschreibung oder in den Ansprüchen offenbarte Verfahren durch eine Vorrichtung implementiert werden können, die Mittel zum Ausführen jedes der jeweiligen Schritte dieser Verfahren aufweist.
Ferner ist zu verstehen, dass die Offenbarung mehrerer Schritte oder Funktionen, die in der Beschreibung oder den Ansprüchen offenbart sind, nicht als sich in der spezifischen Reihenfolge befindend ausgelegt werden kann. Daher beschränkt die Offenbarung mehrerer Schritte oder Funktionen diese nicht auf eine bestimmte Reihenfolge, es sei denn, dass diese Schritte oder Funktionen aus technischen Gründen nicht austauschbar sind. Ferner kann bei einigen Beispielen ein einziger Schritt mehrere Unterschritte aufweisen oder in diese zerlegt sein. Diese Unterschritte können in die Offenbarung dieses einzelnen Schritts aufgenommen sein und Teil davon sein, es sei denn, dass dies explizit ausgeschlossen wird.

Claims

Steuereinrichtung (100; 200) zum Steuern einer Prozessvariable (202), welche umfasst: eine Eingabeschnittstelle (102), die dafür ausgelegt ist, ein Rückkopplungssignal zu empfangen, das einen Fehler zwischen einer zu steuernden Prozessvariable (202) und einem Einstellpunkt (104) für die Prozessvariable angibt, mindestens einen ersten Integrator (108), der dafür ausgelegt ist, ein akkumuliertes Fehlersignal unter Verwendung eines Integratoreingangssignals, abhängig vom Rückkopplungssignal, abzuleiten, mindestens einen Resonator (120) mit einer vorgegebenen Resonanzfrequenz, wobei der mindestens eine Resonator (120) dafür ausgelegt ist, ein Resonatorausgangssignal unter Verwendung eines Resonatoreingangssignals, abhängig vom Rückkopplungssignal, bereitzustellen, und eine Ausgabeschnittstelle (130), die dafür ausgelegt ist, ein Manipulationssignal zum Beeinflussen der Prozessvariable (202) bereitzustellen, wobei das Manipulationssignal unter Verwendung des akkumulierten Fehlersignals und des Resonatorausgangssignals abgeleitet wird.
Steuereinrichtung (100; 200) nach Anspruch 1, wobei das Manipulationssignal unter Verwendung einer Summe von Signalkomponenten des Resonatorausgangssignals und des akkumulierten Fehlersignals abgeleitet wird.
Steuereinrichtung (100; 200) nach Anspruch 1 oder 2, welche ferner einen ersten Skalierer (114) umfasst, der dafür ausgelegt ist, das Rückkopplungssignal durch einen ersten Skalierungsparameter zu skalieren, um ein erstes skaliertes Rückkopplungssignal als einen Beitrag für das Integratoreingangssignal bereitzustellen.
Steuereinrichtung (100; 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Resonator (120) umfasst: einen zweiten Integrator (122), der einen mit einem Eingang eines dritten Integrators (124) gekoppelten Ausgang aufweist, und eine Rückkopplungsschleife, die zwischen einen Ausgang des dritten Integrators (124) und einen Eingang des zweiten Integrators (122) geschaltet ist, wobei die Rückkopplungsschleife mindestens einen ersten Rückkopplungsskalierer (125) umfasst, der dafür ausgelegt ist, das Signal des Ausgangs des dritten Integrators (124) durch einen ersten Rückkopplungsparameter zu skalieren.
Steuereinrichtung (100; 200) nach Anspruch 4, welche ferner umfasst: einen zweiten Skalierer (126), der dafür ausgelegt ist, das Rückkopplungssignal durch einen zweiten Skalierungsparameter zu skalieren, um ein zweites skaliertes Rückkopplungssignal als einen Beitrag zu einem zweiten Integratoreingangssignal des zweiten Integrators (124) bereitzustellen.
Steuereinrichtung (100; 200) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, welche ferner einen dritten Skalierer (127) umfasst, der dafür ausgelegt ist, das Rückkopplungssignal durch einen dritten Skalierungsparameter zu skalieren, um ein drittes skaliertes Rückkopplungssignal als einen Beitrag zu einem dritten Integratoreingangssignal des dritten Integrators (124) bereitzustellen.
Steuereinrichtung (100; 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche ferner eine Einstellpunkteingabeschnittstelle (106) umfasst, die dafür ausgelegt ist, ein Einstellpunktsignal zu empfangen, das den Einstellpunkt für die Prozessvariable angibt.
Steuereinrichtung (100; 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche ferner einen zweiten Resonator (176) umfasst, der eine vorgegebene zweite Resonanzfrequenz hat, wobei der zweite Resonator dafür ausgelegt ist, ein zweites Resonatorausgangssignal unter Verwendung eines zweiten Resonatoreingangssignals, abhängig vom Rückkopplungssignal, bereitzustellen.
Steuereinrichtung (100; 200) nach Anspruch 8, wobei der zweite Resonator (176) umfasst: einen vierten Integrator (172), der einen mit einem Eingang eines fünften Integrators (174) gekoppelten Ausgang aufweist, und eine Rückkopplungsschleife, die zwischen einen Ausgang des fünften Integrators (174) und einen Eingang des vierten Integrators (172) geschaltet ist, wobei die Rückkopplungsschleife mindestens einen zweiten Rückkopplungsskalierer umfasst, der dafür ausgelegt ist, das Signal des Ausgangs des fünften Integrators (174) durch einen zweiten vorgegebenen Rückkopplungsparameter zu skalieren.
Leistungsversorgungsschaltung (600), welche umfasst: eine einstellbare Leistungsversorgung (400) mit einer Leistungsausgabeschnittstelle (406), die dafür ausgelegt ist, eine vorliegende Versorgungsspannung bereitzustellen, und einer Steuereingabeschnittstelle, die dafür ausgelegt ist, ein Steuersignal zu empfangen, wobei die vorliegende Versorgungsspannung vom Steuersignal abhängt, und eine Steuereinrichtung (100; 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Ausgabeschnittstelle der Steuereinrichtung (100; 200) mit der Steuereingabeschnittstelle der Leistungsversorgung gekoppelt ist, um das Manipulationssignal der Steuereinrichtung (100; 200) als das Steuersignal bereitzustellen.
Leistungsversorgungsschaltung (600) nach Anspruch 10, wobei die Leistungsausgabeschnittstelle (406) der Leistungsversorgung mit der Eingabeschnittstelle (102) der Steuereinrichtung (100; 200) gekoppelt ist, so dass eine Information über die vorliegende Versorgungsspannung der Steuereinrichtung (100; 200) als ein Rückkopplungssignal bereitgestellt wird.
Leistungsversorgungsschaltung (600) nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Leistungsversorgung (400) umfasst: einen Pulsbreitenmodulator (402) zum Bereitstellen eines Pulsbreitenmodulationssignals mit einem Tastgrad, der vom Steuersignal abhängt, und eine Treiberschaltung (404), die dafür ausgelegt ist, der Leistungsausgabeschnittstelle (406) zu vom Tastgrad abhängigen Zeitpunkten eine Systemversorgungsspannung bereitzustellen.
Leistungsversorgungsschaltung (600) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, welche ferner mindestens einen Kondensator (408) umfasst, der zwischen die Leistungsausgabeschnittstelle (406) und ein Referenzpotential geschaltet ist.
Leistungsversorgungsschaltung (600) nach Anspruch 13, wobei die Steuereinrichtung (100; 200) eine weitere Eingabeschnittstelle (144) umfasst, die dafür ausgelegt ist, ein weiteres Rückkopplungssignal zu empfangen, das einen Fehler zwischen der Prozessvariable und dem Einstellpunkt angibt, und wobei die einstellbare Leistungsversorgung (400) mit der weiteren Eingabeschnittstelle _ (144) gekoppelt ist, so dass das weitere Rückkopplungssignal von einem Strom abhängt, der den mindestens einen Kondensator (408) durchquert.
Verfahren zum Steuern einer Prozessvariable, welches folgende Schritte umfasst: Empfangen (800) eines Rückkopplungssignals, das einen Fehler zwischen einer zu steuernden Prozessvariable und einem Einstellpunkt für die Prozessvariable angibt, Ableiten (802) eines akkumulierten Fehlersignals unter Verwendung eines Eingangssignals, abhängig vom Rückkopplungssignal, Ableiten (804) eines Resonatorausgangssignals unter Verwendung eines Resonators mit einer vorgegebenen Resonanzfrequenz und eines Resonatoreingangssignals, abhängig vom Rückkopplungssignal, und Ableiten (806) eines Manipulationssignals zum Beeinflussen der Prozessvariable, wobei das Manipulationssignal unter Verwendung des akkumulierten Fehlersignals und des Resonatorausgangssignals abgeleitet wird.
Hochfrequenzverstärkerschaltung, welche umfasst: eine Leistungsversorgungsschaltung (600) nach einem der Ansprüche 10 bis 14 und einen Verstärker (500), der eine Versorgungsspannungseingabeschnittstelle umfasst, wobei die Versorgungsspannungseingabeschnittstelle des Verstärkers mit der Leistungsausgabeschnittstelle der Leistungsversorgungsschaltung gekoppelt ist.
Mobiltelekommunikationsvorrichtung (1000), die eine Hochfrequenzverstärkerschaltung nach Anspruch 16 umfasst.
Computerprogramm mit einem Programmcode zum Ausführen des Verfahrens nach Anspruch 15, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder Prozessor ausgeführt wird.
Mittel zum Steuern einer Prozessvariable, welches umfasst: ein Mittel zum Empfangen eines Rückkopplungssignals, das einen Fehler zwischen einer zu steuernden Prozessvariable und einem Einstellpunkt für die Prozessvariable angibt, ein Mittel zum Ableiten eines akkumulierten Fehlersignals unter Verwendung eines Eingangssignals, abhängig vom Rückkopplungssignal, ein Mittel zum Ableiten eines Resonatorausgangssignals unter Verwendung eines Resonators mit einer vorgegebenen Resonanzfrequenz und eines Resonatoreingangssignals, abhängig vom Rückkopplungssignal, und ein Mittel zum Ableiten eines Manipulationssignals zum Beeinflussen der Prozessvariable, wobei das Manipulationssignal unter Verwendung des akkumulierten Fehlersignals und des Resonatorausgangssignals abgeleitet wird.
Mittel zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung, welches umfasst: ein Mittel zum Empfangen eines Steuersignals und zum Bereitstellen einer vorliegenden Versorgungsspannung, abhängig vom Steuersignal, und ein Mittel zum Steuern einer Prozessvariable nach Anspruch 19 und zum Bereitstellen des Manipulationssignals als das Steuersignal.