DE10247184A1

DE10247184A1 - Polarer Schleifensender

Info

Publication number: DE10247184A1
Application number: DE10247184A
Authority: DE
Inventors: Peter Edward Chadwick
Original assignee: Zarlink Semiconductor Ltd
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2001-10-10
Filing date: 2002-10-04
Publication date: 2003-05-08
Also published as: GB0124332D0; GB2380880A; GB2380880B; US6844788B2; FR2830704A1; US20030067994A1

Abstract

Eine polare Schleifensenderschaltungsanordnung 200 beinhaltet: einen Schaltungseingang 101; einen Schaltungsausgang 103; eine steuerbare Signalquelle 102; einen Modulator 104, der zwischen die Signalquelle und den Ausgang eingeschleift ist; einen ersten Verstärker 201, dessen Eingang mit dem Schaltungseingang verbunden ist; einen zweiten Verstärker 202, dessen Eingang mit dem Schaltungsausgang verbunden ist, wobei ein Ausgang jedes Verstärkers mit einem jeweiligen Eingang eines Komparators 111 verbunden ist und ein Ausgang des Komparators mit einem Eingang des Modulators verbunden ist. Die Verstärker 201, 202 beinhalten jeweils einen Amplitudendetektor und einen Signalmodifizierer, die zwischen ihren Eingang und ihren Ausgang seriell eingeschleift sind.

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf einen polaren Schleifensender.
Der polare Schleifensender wurde zuerst von Gosling und Petrovic in Electronics Letters, 1979, 15 (10), Seiten 286 bis 288 beschrieben. Dies war eine Weiterentwicklung der Arbeit von Kahn "Single Sideband Transmission by Envelope Elimination and Restoration", Proc. IRE 1952, 40, Seiten 803 bis 806. Das Grundschema des polaren Schleifensenders ist in Fig. 1 gezeigt.

Bezugnehmend auf Fig. 1 beinhaltet der Sender 100 im Allgemeinen einen HF-Eingang 101, an den im Betrieb ein Eingangssignal angelegt wird, sowie einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 102. Ein Ausgangssignal des VCO 102 wird über einen Verstärker 104 mit steuerbarer Verstärkung einem HF-Ausgang 103 zugeführt, um ein moduliertes HF-Ausgangssignal bereitzustellen. Der HF-Eingang 101 ist sowohl mit einem ersten Amplitudendetektor 105 als auch einem ersten begrenzenden Verstärker 106 verbunden. In ähnlicher Weise ist der HF- Ausgang 103 sowohl mit einem zweiten Amplitudendetektor 107 als auch einem zweiten begrenzenden Verstärker 108 verbunden. Diese Anordnung trennt daher sowohl Eingangssignale als auch Ausgangssignale in Amplituden- und Phasenkomponenten.

Die Ausgänge der begrenzenden Verstärker 106, 108 sind mit jeweiligen Eingängen eines Phasenkomparators 109 verbunden, der ein Signal auf seinem Ausgang erzeugt, das proportional zu der Phasendifferenz zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal ist. Der Ausgang des Phasenkomparators 109 ist mit einem Steuereingang des VCO 102 über ein Tiefpassfilter 110 verbunden, um die Phase des von dem VCO erzeugten Signals zwecks Minimierung der Phasendifferenz zu steuern. Diese Anordnung bildet somit einen Phasenregelkreis. Anstatt mit dem Ausgang des Verstärkers 104 gekoppelt zu sein, kann der Eingang des begrenzenden Verstärkers 108 direkt mit dem Ausgang des VCO 102 gekoppelt sein. Diese Variante ist nicht so vorteilhaft, da keine Kompensation von Amplituden-zu-Phasen-Schwankungen vorhanden ist, die in dem Verstärker 104 entstehen. Ausgänge der Amplitudendetektoren 105 und 107 sind mit jeweiligen Eingängen eines Komparators 111 verbunden, der ein Signal auf seinem Ausgang in Abhängigkeit von der Differenz der momentanen Amplituden der Eingangs- und Ausgangssignale bereitstellt. Der Ausgang des Komparators 111 ist mit einem Verstärkungssteuereingang des steuerbaren Verstärkers 104 über ein zweites Tiefpassfilter 112 verbunden. Es wird daher bewirkt, dass der Verstärker 104 mit steuerbarer Verstärkung das Ausgangssignal des VCO 102 derart moduliert, dass seine Amplitude Schwankungen in der Amplitude des Eingangssignals folgt.

Der polare Schleifensender 100 leidet an bestimmten Nachteilen, wenn die Schwankung in der Amplitude des Eingangssignal hoch ist, dass nämlich jegliche Wandlung von Phasenmodulation in Amplitudenmodulation, die durch die begrenzenden Verstärker 106 und 108 verursacht wird, eine unerwünschte Phasenmodulation zu dem Ausgangssignal hinzufügt, wenn die Amplitude des Eingangssignals schwankt. Außerdem wird mit hohen HF-Eingangssignalschwankungen die Differenz zwischen den Signalen an den Eingängen des Komparators 111 klein, wenn das Ausgangssignal klein ist, was die Verzerrung bei niedrigen instantanen Signalpegeln erhöht. Diese Probleme wurden von Petrovic und Kaya in ihrer Veröffentlichung "Spurious Emissions from EER Type Transmitters", ISBN 0 903 74863 0, Seiten 181 bis 188 erörtert. Des Weiteren ersclheint jegliche Verzerrung, die durch die Amplitudendetektoren 105 und 107 eingebracht wird, in dem Ausgangssignal. Um diesen letzteren Effekt zu minimieren, ist es wünschenswert, die Amplituden der Signale, die den Amplitudendetektoren 105 und 107 zugeführt werden, sorgfältig zu steuern.

Gemäß dieser Erfindung wird eine polare Schleifensenderschaltungsanordnung nach Anspruch 1 bereitgestellt.

Merkmale von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.

Die Erfindung wird nunmehr lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer polaren Schleifensenderschaltungsanordnung des Standes der Technik ist,
Fig. 2 und 4 schematische Diagramme von polaren Schleifensenderschaltungsanordnungen gemäß der Erfindung sind und
Fig. 3 ein schematisches Diagramm einer Form von Verstärker ist, die in den polaren Schleifensendern der Fig. 2 und 4 verwendet wird.
In den Fig. 2 und 4 sind bestimmte Bezugszeichen die gleichen, wie sie in Fig. 1 für entsprechende Elemente verwendet werden.
Bezugnehmend auf Fig. 2, beinhaltet eine polare Schleifensenderschaltungsanordnung 200 gemäß der Erfindung anstelle der Amplitudendetektoren 105, 107 und der begrenzenden Verstärker 106, 108 der Anordnung von Fig. 1 einen ersten und einen zweiten Verstärker 201 und 202. Jeder der Verstärker 201, 202 weist zwei Ausgänge auf, wobei ein Ausgang ein Signal bereitstellt, das Informationen über die Phase des an seinem Eingang empfangenen Signals enthält, und der andere Ausgang ein Signal mit einer Amplitude bereitstellt, die proportional zum Logarithmus der Amplitude des an seinem Eingang empfangenen Signals ist. Die Ausgänge der Verstärker 201, 202, die Phaseninformationen enthaltende Signale bereitstellen, sind mit jeweiligen der Eingänge des Phasenkomparators 109 verbunden. Die Ausgänge der logarithmischen Verstärker 201, 202, die Signale bereitstellen, die von der Amplitude des Eingangssignals abhängig sind, sind mit jeweiligen der Eingänge des Komparators 111 verbunden.
Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm einer Form der Verstärker 201, 202. Bezugnehmend auf Fig. 3 beinhaltet der Verstärker 201 seriell zwischen seinem Eingang 401 und seinem von der Eingangssignalamplitude abhängigen Ausgang 401 eine Verstärker- und Detektorkomponente 403, einen Analog-Digital-Wandler (ADC) 404, einen digitalen Signalmodifizierer 405 und einen Digital-Analog-Wandler (DAC) 406. Die Verstärker- und Detektorkomponente 403 weist ebenfalls einen begrenzten Ausgang 407 auf, der ein Signal bereitstellt, das Informationen über die Phase des an dem Eingang 401 empfangenen Signals enthält. Der andere Ausgang der Verstärker- und Detektorkomponente 403 stellt ein Signal mit einer Amplitude bereit, die proportional zu der Amplitude des an dem Eingang 401 empfangenen Signals ist. Dieses Signal wird durch den ADG 404 mit einer geeigneten Abtastrate abgetastet, und die Abtastungen werden dem digitalen Signalmodifizierer 405 zugeführt.
In einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet der digitale Signalmodifizierer 405 einen Festwertspeicher (nicht gezeigt), in dem eine Nachschlagetabelle gespeichert ist. Für jeden möglichen Eingangswert enthält die Nachschlagetabelle einen Ausgangswert, der gleich oder im Wesentlichen gleich dem Logarithmus des Eingangswerts ist. Demgemäß empfängt der DAC 406 von dem digitalen Signalmodifizierer 405 stets einen Wert, der gleich oder im Wesentlichen gleich dem Logarithmus des durch den ADC 404 abgetasteten Signals ist. Ein analoges Signal wird durch den DAC 406 aus Werten erstellt, die durch den digitalen Signalmodifizierer 405 bereitgestellt werden, und das analoge Signal wird dann dem Komparator 111 von Fig. 3 zugeführt.
Der Festwertspeicher (nicht gezeigt) des digitalen Signalmodifizierers 405 ist vorzugsweise wiederprogrammierbar. In diesem Fall ist eine Steuereinheit (nicht gezeigt) angeordnet, um eine Neuprogrammierung zu bewirken, um Variablen wie Temperatur und/oder Versorgungsspannung zu kompensieren.
In einer alternativen Ausführungsform sind der ADC 404, der digitale Signalmodifizierer 405 und der DAC 406 durch einen analogen Schaltkreis (nicht gezeigt) ersetzt, der einen Operationsverstärker mit einem nicht-linearen Rückkopplungsnetzwerk beinhalten kann. Für den Fachmann ist ersichtlich, wie eine Anordnung mit einer im Wesentlichen logarithmischen Transferfunktion zu erstellen ist.
Ein durch die Verwendung der Verstärker 201, 202 mit einer logarithmischen Transferfunktion in dem polaren Schleifensender 200 erzielter Vorteil besteht darin, dass die Differenzspannung, die einen Fehler in der Amplitude repräsentiert, für jegliche gegebene Differenz in der Amplitude (in dB, dh. mit einem gegebenen Verhältnis zwischen ihnen) zwischen dem Eingang 101 und dem Ausgang 103 innerhalb der Fehler der logarithmischen Verstärker konstant ist. Demgemäß ist der Fehlergrad zwischen der korrekten (idealen) Amplitude und der aktuellen Amplitude des an dem Ausgang 103 bereitgestellten, modulierten Eingangssignals nicht von der Amplitude des an dem Eingang 101 empfangenen Signals abhängig. Dadurch wird eine Verzerrung von niedrigen Eingangssignalpegeln reduziert. Ein polarer Schleifensender mit logarithmischen Verstärkern ist in der UK-Patentanmeldung Nr. 0109265.9 beschrieben und beansprucht.
Wenngleich die Verwendung von Verstärkern 201, 202 mit logarithmischen Transferfunktionen bevorzugt ist, ist dies nicht zwingend. Tatsächlich können viele der Vorteile, die unter Verwendung von Verstärkern mit logarithmischen Transferfunktionen erzielt werden, mit Verstärkern erzielt werden, die andere Transferfunktionen haben.
Des Weiteren erlaubt diese Erfindung die Verwendung von Verstärker- und Detektorkomponenten 403 mit einer Transferfunktion, die zur Verwendung mit polaren Schleifensendern ungünstig sind, da dies in dem Signalmodifikationsschaltungsaufbau kompensiert werden kann. Eine Verstärker- und Detektorkomponente 403 mit einer linearen Transferfunktion ist vorstehend beschrieben, da Bauelemente dieses Typs üblich sind. Die Erfindung ermöglicht jedoch die Verwendung von nicht standardisierten Verstärker- und Detektorkomponenten, was eine verbesserte Entwurfsfreiheit bereitstellt.
Nunmehr bezugnehmend auf Fig. 4 ist eine zweite polare Schleifensenderschaltungsanordnung 300 gezeigt, wobei diese eine Modifikation der polaren Schleifensenderschaltungsanordnung von Fig. 2 ist. Der polare Schleifensender 300 beinhaltet des Weiteren In-Phase- und Quadratur-Modulationseingänge 301 und 302. Signale, die an den Eingängen 301, 302 empfangen werden, werden mit einem Signal, das von einem lokalen Oszillator 303 bereitgestellt wird, in einem ersten Gegentaktmodulator 304 beziehungsweise einer Version des lokalen Oszillatorsignals, das durch einen 90°-Phasenschieber 305 verschoben wird, in einem zweiten Gegentaktmodulator 306 gemischt. In-Phase- und Quadratur-Signale des lokalen Oszillators können stattdessen durch die Verwendung eines anderen Phasenschiebungsnetzwerks bereitgestellt werden, wie eines mit einem +45°-Phasenschieber und einem -45°- Phasenschieber. Ausgangssignale der Gegentaktmodulatoren 304 und 306 werden einer Kombiniereinheit 307 zugeführt, welche die an ihren Eingängen empfangenen Signale kombiniert und das Resultat über den Eingang 101 dem ersten Verstärker 201 zuführt.
Ein Mischer 308 ist zwischen den HF-Ausgang 103 des Senders und den Eingang des zweiten Verstärkers 202 eingeschleift. Der Mischer 308 empfängt ein Signal, das durch eine Frequenzbestimmungsquelle 309 bereitgestellt wird, die aus einem Frequenzsynthesizer bestehen kann. Die Betriebsfrequenz der Frequenzbestimmungsquelle ist derart gewählt, dass Signale des Ausgangs des Mischers 308 die gleiche nominelle Frequenz wie Signale am Eingang 101 aufweisen. Dies ermöglicht, dass sich die Ausgangsfrequenz von der Eingangsfrequenz unterscheidet, und reduziert außerdem die negativen Effekte von Störsignalen, einschließlich Signalintermodulationsprodukten.
In einer Ausführungsform ist der Mischer 308 ein herkömmlicher Mischer, und es wird eine Filterung bereitgestellt, um die durch den Mischer erzeugten Bildfrequenzsignale zu beseitigen oder zu reduzieren. Diese Filterung kann durch eine Frequenzgangabsenkung in dem Mischer 308, durch eine Frequenzgangabsenkung in dem logarithmischen Verstärker 202 oder durch ein diskretes Filter (nicht gezeigt) bereitgestellt werden, das zwischen den Mischer 308 und den zweiten Verstärker 202 eingeschleift ist. In einer alternativen Ausführungsform ist der Mischer 308 ein Spiegelselektionsmischer, wie in Fig. 4 gezeigt ist.
Der polare Schleifensender 300, wie er vorstehend beschrieben ist, kann durch die Bereitstellung eines Komparators 111 mit einem dritten Eingang und durch die Verbindung eines Ausgangs eines Leistungssteuerungsbauelements 310 mit seinem dritten Eingang modifiziert werden. Dies ist in Fig. 4 mit gestrichelten Linien gezeigt. Die Amplitude eines dem Komparator 111 durch das Leistungssteuerungsbauelement 310 zugeführten Signals bestimmt die Leistung von an dem Ausgang 103 bereitgestellten Signalen. Dies bildet ein besonders geeignetes Schema für die Durchführung einer Leistungssteuerung. Wenn der polare Schleifensender 300 in einem Zeitvielfachzugriffssystem (TDMA) oder einem ähnlichen System verwendet wird, bewirkt das Leistungssteuerungsbauelement 310 eine Formung (d. h. Rundung) des Anstiegs und Abfalls der Leistung des an dem Ausgang 103 bereitgestellten Signals, um die "Splatter"- oder "Keyclick"-Effekte zu reduzieren, die von scharfkantigen Hochfrequenz(HF)-Einhüllenden erzeugt werden.
Ein polarer Schleifensender gemäß dieser Erfindung weist potentielle Anwendungen in vielen Gebieten auf, einschließlich Mobilfunk. Dort, wo Sender mit minimalem Leistungsverbrauch erforderlich sind und Komplexität und Kostenbeschränkungen derart sind, dass Halbleiterfertigungstechniken mit minimaler Geometrie wünschenswert sind, ergeben sich gewisse Schwierigkeiten, selbst wenn kleine Mengen an HF- Leistung erforderlich sind. Es können Schwierigkeiten auftreten, wenn nur Versorgungen mit niedriger Spannung möglich sind, da dies die Verwendung von niedrigen Impedanzen erfordern kann. In ähnlicher Weise ist es aufgrund dieser Beschränkungen wünschenswert, die Anzahl an externen Filtern zu minimieren, Systemanforderungen können jedoch dem Breitbandrauschen, das erzeugt werden kann, signifikante Beschränkungen auferlegen. Dies führt wiederum zu einer Anforderung, Signalspannungen zu maximieren, was mit der erlaubten Versorgungsspannung der Halbleiterfertigungstechnik inkompatibel sein kann. Der polare Schleifensender der Erfindung ermöglicht es, einen großen Teil des Schaltungsaufbaus in Niederversorgungsspannungstechniken mit minimaler Geometrie zu implementieren. Außerdem kann der Ausgangsverstärker 104, wenngleich als modulierter Verstärker gezeigt, eine Modulationsstufe sein, gefolgt von einem Verstärker. Ein derartiger Verstärker kann ein Verstärker hoher Effizienz sein, der in der Klasse E arbeitet, wobei die Verzerrungsprodukte, die aus der Verwendung von nicht-konstanten Einhüllungssignalen resultieren, mittels der in dem System inhärenten Amplitudenrückkopplung reduziert sind.
Diese Erfindung kann mittels Ersetzen des Oszillators 102 durch eine frequenzmodulierte Lichtquelle, wie einen Laser, und Ersetzen des Verstärkers 104 mit steuerbarer Verstärkung durch ein Bauelement optisch ausgeführt werden, dessen Lichtdurchlässigkeit proportional zu einer angelegten Spannung ist, wie eine Kerr-Zelle. In diesem Fall wird der Spiegelselektionsmischer 308 durch einen Photodetektor ersetzt, der durch einen weiteren Laser gespeist wird.

Claims

1. Polare Schleifensenderschaltungsanordnung mit:
einem Schaltungseingang,
einem Schaltungsausgang,
einer steuerbaren Signalquelle,
einem Modulator, der zwischen die Signalquelle und den Ausgang eingeschleift ist,
einem ersten Verstärker, dessen Eingang mit dem Schaltungseingang verbunden ist,
einem zweiten Verstärker, dessen Eingang mit dem Schaltungsausgang verbunden ist,
wobei ein Ausgang jedes Verstärkers mit einem jeweiligen Eingang eines Komparators verbunden ist und
ein Ausgang des Komparators mit einem Eingang des Modulators verbunden ist,
wobei die Verstärker jeweils einen Amplitudendetektor und einen Signalmodifizierer beinhalten, die seriell zwischen ihren Eingang und ihren Ausgang eingeschleift sind.

2. Polare Schleifensenderschaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der die Signalmodifizierer jeweils seriell einen Analog-Digital- Wandler, einen digitalen Signalmodifizierer und einen Digital- Analog-Wandler beinhalten.

3. Polare Schleifensenderschaltungsanordnung nach Anspruch 2, bei welcher der digitale Signalmodifizierer einen Speicher beinhaltet, der eine Nachschlagetabelle enthält.

4. Polare Schleifensenderschaltungsanordnung nach Anspruch 3, bei welcher der Speicher wiederprogrammierbar ist, um Änderungen in den Betriebsbedingungen zu kompensieren.

5. Polarer Schleifensender nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Verstärker jeweils eine Transferfunktion aufweisen, die im Wesentlichen logarithmisch ist.

6. Polare Schleifensenderschaltungsanordnung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, die des Weiteren einen Mischer beinhaltet, der zwischen den Schaltungsausgang und den Eingang des zweiten Verstärkers vom logarithmischen Typ eingeschleift ist.

7. Polare Schleifensenderschaltungsanordnung nach Anspruch 6, die des Weiteren Mittel zum Unterdrücken eines durch den Mischer erzeugten Bildfrequenzsignals aufweist.

8. Polare Schleifensenderschaltungsanordnung nach Anspruch 6, bei welcher der Mischer ein Spiegelselektionsmischer ist.

9. Polare Schleifensenderschaltungsanordnung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei welcher der Komparator einen dritten Eingang aufweist, der mit einem Eingang eines Leistungssteuerungsbauelements verbunden ist.

10. Polare Schleifensenderschaltungsanordnung nach Anspruch 9, bei der das Leistungssteuerungsbauelement so angeordnet ist, dass es auf seinem Ausgang Signale bereitstellt, die eine Formung von Übertragungen des TDMA-Typs derart bewirken, dass "Splatter" oder "Keyclicks" reduziert werden.