DE10304873B4 - Schaltungsanordnung mit einem Wanderwellenverstärker - Google Patents

Abstract

Schaltungsanordnung
mit einem Wanderwellenverstärker (1) zur Verstärkung hochfrequenter Signalwellen (V_IN),
– der mehrere Verstärkerstufen (6a-6c) mit jeweils zumindest einem aktiven Element (7a-7c) aufweist,
– wobei benachbarte Verstärkerstufen (6a-6c) über nicht-lineare Elemente (8a-8d) zur Erzeugung einer Wanderwelle miteinander gekoppelt sind und
– wobei die nicht-linearen Elemente (8a-8d; 9a-9d) als Leitungsstücke mit hinsichtlich der Erzeugung einer Wanderwelle definierten geometrischen Ausmaßen ausgebildet sind,
mit einer Schaltung (7a-7c, 13a-13c, 14a-14c) zur Arbeitspunkteinstellung,
– die für die Einstellung des Arbeitspunktes der aktiven Elemente (7a-7c) je Verstärkerstufe (6a-6c) des Wanderwellenverstärkers (1) jeweils zumindest eine differentielle Verstärkerstufe (7a-7c, 13a-13c) aufweist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit einem Wanderwellenverstärker.
• Ein solcher Wanderwellenverstärker wird in der Literatur häufig auch als parametrischer Verstärker bezeichnet. Bei einem Wanderwellenverstärker handelt es sich zum Beispiel um einen verteilten Verstärker, bei dem mehrere aktive Halbleiterbauelemente in hoch integrierter Form zusammen mit nichtlinearen Medien zur Erzeugung der Wanderwelle auf einem Halbleitermaterial ausgeführt sind. Der Aufbau und die Funktionsweise eines solchen Wanderwellenverstärkers ist allgemein bekannt, so dass auf seinen Aufbau nicht näher eingegangen wird.
• Bei hohen Frequenzen wird die Spannungsverstärkung einer gängigen Verstärkerschaltung vor alle durch die dieser Schaltung inhärenten Transistorkapazitäten begrenzt, da hier zunehmend der Miller-Effekt dominiert. Bei gängigen Verstärkerschaltungen existiert daher typischerweise eine maximale Bandbreite der Frequenz. Wird diese maximale Bandbreite überschritten, dann sinkt die Verstärkung der Verstärkerschaltung unter eins.
• Der Wanderwellenverstärker eröffnet hier einen Ausweg, da er über Laufzeitstufen verfügt, die zu den Steueranschlüssen der einzelnen Transistoren der Verstärkerstufen bzw. von den entsprechenden Laststreckenanschlüssen wegführen. Auf diese Weise wird die Parallelschaltung der Eingangs- bzw. Ausgangskapazitäten der Transistoren verhindert, d.h. bei abgeglichenen Laufzeitstufen können die einzelnen Ausgangsströme und damit die Steilheiten aus den einzelnen Laufzeitstufen addiert werden, ohne dass sich die verschiedenen Transistorkapazitäten addieren können. Für einen Wanderwellenverstärker aus n Stufen folgt somit für das Produkt aus Bandbreite B und Verstärkung V:

  
• Das VB-Produkt ist somit näherungsweise proportional zu der Güte S/C.
• Das Grundprinzip eines Wanderwellenverstärkers besteht darin, eine Signalwelle und eine Pumpwelle zu erzeugen, die gleichzeitig durch die nicht-linearen Medien laufen, um eine parametrische Wechselwirkung hervorzurufen und Energie von der Pumpwelle sowohl an die Signalwelle als auch an eine neu erzeugte Welle zu übertragen, wodurch die Signalverstärkung bewirkt wird. Bei diesen nicht-linearen Medien handelt es sich typischerweise um Leitungsstücke mit definierten Abmessungen. Um die genannte Funktion sicherzustellen, ist es notwendig, eine konstante Phasen- bzw. Amplitudenlage zwischen der vom Eingang des Wanderwellenverstärkers kommenden Signalwelle, der Pumpwelle und der neu erzeugten Welle beizubehalten. Diese sogenannte Arbeitspunkteinstellung der aktiven Elemente des Wanderwellenverstärkers ist jedoch sehr schwierig, insbesondere auch deshalb, da die Signalwelle, die Pumpwelle und die durch die parametrische Wechselwirkung erzeugte neue Welle aufgrund ihrer unterschiedlichen Frequenzen mit verschiedenen Geschwindigkeiten durch die nicht-linearen Leitungsstücke wandern.
• Die aktiven Elemente des Wanderwellenverstärkers sind typischerweise als Transistoren ausgebildet. Dabei ist es wesentlich, dass die jeweiligen Transistoren des Wanderwellenverstärkers jeweils exakt in dem richtigen Arbeitspunkt betrieben werden, um dadurch ein optimales Produkt aus Verstärkung und Bandbreite zu erhalten.
• Bei bisherigen Wanderwellenverstärkern wurden zu diesem Zweck vor allem selbstleitende Transistoren verwendet, deren Referenzanschluss mit dem Steueranschluss gekoppelt ist, so dass das Potenzial am Eingang des Wanderwellenverstärkers das Steuerpotenzial des jeweiligen Transistors bestimmt. Damit lässt sich mehr oder weniger gut ein Arbeitspunkt der aktiven Elemente einstellen.
• Bei sehr komplex aufgebauten Verstärkerschaltungen mit einer Vielzahl von Verstärkerstufen und damit einhergehend einer Vielzahl von Transistoren lässt sich allerdings mit den genannten Mitteln der Arbeitspunkt nicht mehr optimal einstellen. Ursache dafür ist, dass die genannten Verstärkerschaltungen zunehmend über einen größer werdenden Temperaturbereich betrieben werden müssen. Hinzu kommt, dass mit zunehmender Komplexität der Verstärkerschaltung Fertigungsschwankungen, insbesondere bei den aktiven Halbleiterbauelementen, eine definierte Arbeitspunkteinstellung erschweren. Das Produkt aus Verstärkung und Bandbreite ist damit nicht mehr optimal, was zu einer Erhöhung der Verluste führt.
• Ein wie oben beschriebener Wanderwellenverstärker ist in der Dissertation von Stefan von Waasen, "Wanderwellenverstärker für hochbitratige monolithisch integrierte Photoempfänger auf Basis von InAlAs/InGaAs/InP-Heterostruktur-Feldeffekttransistoren", Shaker Verlag, 1999, ISBN 3-8265-4975-9 beschrieben.
• In der DE 689 15 441 T2 ist ein verteilter symmetrischer Verstärker, der auch als Gegentakt-Kettenverstärkersystem bezeichnet wird, beschrieben. Im Unterschied zu dem Wanderverstärker weist der Kettenverstärker Verstärkerstufen auf, die über lineare Leitungselemente miteinander gekoppelt sind.
• Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wanderwellenverstärker zu optimieren.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
• Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht also vor allem darin, das Referenzpotenzial vollständig von dem Eingangspotenzial am Wanderwellenverstärker zu entkoppeln.
• Zu diesem Zweck ist je Verstärkerstufe zumindest eine differentielle Verstärkerstufe vorgesehen. Über diesen quasi differentiellen Betrieb, bei dem vorteilhafterweise eine differentielle Stufe ausgangsseitig in den Wanderwellenverstärker integriert ist und bei dem der Steueranschluss des jeweiligen Referenztransistors durch ein geeignetes Netzwerk, zum Beispiel einer Referenzspannungsquelle, auf einem festen Potenzial gehalten wird, kann der Strom durch die aktiven Elemente des Wanderwellenverstärkers weitgehend unabhängig vom Eingangspotenzial eingestellt werden. Der Referenzstrom des differentiellen Verstärkers kann dabei durch jede geeignete Stromquelle erzeugt werden. Eine sehr gute Möglichkeit den Abschluss der Eingangsleitung breitbandig auf eine Impedanz zu ermöglichen, bietet das feste Potenzial des Steueranschlusses auf der Versorgungsseite einer jeweiligen differentiellen Stufe.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung entnehmbar.
• Diese differentielle Verstärkerstufen, die zum Beispiel als Differenzverstärker ausgebildet sind, weisen jeweils einen ersten Transistor im Ausgangspfad und jeweils einen zweiten Transistor im Referenzpfad auf. Der im Ausgangspfad angeordnete Transistor ist vorteilhafterweise in die jeweilige Verstärkerstufe des Wanderwellenverstärkers integriert.
• In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist jeweils eine gemeinsame Stromquelle zur Erzeugung eines gemeinsamen Stromes für eine jeweilige differentielle Verstärkerstufe vorgesehen.
• In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist der Steueranschluss der ersten Transistoren mit einem Eingang des Wanderwellenverstärkers gekoppelt, wobei an dem Steueranschluss der zweiten Transistoren ein Referenzpotenzial anliegt.
• In einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Transistoren einer jeweiligen differentiellen Verstärkerstufe die gleichen Transistorparameter auf.
• In einer Weiterbildung ist im Ausgangspfad einer Verstärkerstufe zusätzlich ein dritter Transistor vorgesehen ist. Dabei sind die ersten und dritten Transistoren einer jeweiligen Verstärkerstufe in einer differentiellen Transistorkonfiguration derart zueinander angeordnet, dass somit ein vollständig differentieller Wanderwellenverstärker ausgebildet ist.
• In einer Weiterbildung weist die Schaltung zur Arbeitspunkteinstellung eine Referenzspannungsquelle auf. Mittels der Referenzspannungsquelle lassen sich die Elemente, insbesondere die aktiven Elemente des Wanderwellenverstärkers, mit einem vorgebbaren, gezielt auf die entsprechenden aktiven Elemente angepassten Referenzpotenzial beaufschlagen. Zu diesem Zweck ist die Referenzspannungsquelle ausgangsseitig mit den Steueranschlüssen der ersten und/oder der zweiten Transistoren der differentiellen Stufe gekoppelt.
• Das Referenzpotenzial ist dabei vorteilhafterweise auf die Temperatur und/oder die Fertigungstoleranzen der aktiven Elemente des Wanderwellenverstärkers angepasst.
• In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist die Schaltung zur Arbeitspunkteinstellung bzw. die Referenzspannungsquelle schaltungstechnisch der Ausgangsstufe nachgebildet, d.h. diese Schaltungsteile sind schaltungstechnisch gleich aufgebaut. Durch eine Nachbildung der Ausgangsstufe für die Referenzspannungsquelle, der den Wanderwellenverstärker an steuert, kann die erzeugte Referenzspannung optimal angepasst werden, so dass auf sehr einfache, jedoch nichts desto Trotz sehr effektive Weise eine sehr gute Arbeitspunkteinstellung möglich ist.
• In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die Ausgangsstufe als Emitterfolger (Kollektorschaltung) ausgebildet. Dadurch lässt sich das Eingangspotenzial am Wanderwellenverstärker sehr präzise einstellen. Ferner ergibt sich dadurch auch eine weitestgehende Entkopplung der Eingänge von den Ausgängen des Wanderwellenverstärkers.
• Der Emitterfolger ist eine sehr häufig verwendete Grundschaltung mit einer annähernd eins entsprechenden Spannungsverstärkung. Er eignet sich insbesondere hervorragend als Impedanzwandler, z.B. als sogenannter „Kabeltreiber" oder als Zwischenstufe zum Anschalten einer niederohmigen Last an eine hochohmige Signalquelle, da er einen verhältnismäßig hohen Eingangswiderstand und einen relativ niedrigen Ausgangswiderstand aufweist. Infolge dieser Eigenschaft wird eine Signalisolation zwischen Signalquelle und Last und damit eine gute Entkopplung bewirkt. Ein weiterer sehr großer Vorteil gegenüber anderen Grundschaltungen ist der relativ große Ansteuerbereich. Der Emitterfolger eignet sich infolge dieser Eigenschaften hervorragend für Ausgangsstufen zur Ansteuerung einer weiteren Verstärkerstufe. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Eingangsspannungen von mehreren Volt sehr linear zu seinem Ausgang übertragen werden können.
• In einer sehr zweckmäßigen und vorteilhaften Weiterbildung ist die Schaltungsanordnung zur Arbeitspunkteinstellung bzw. die Referenzspannungsquelle sowie die Ausgangsstufe auf demselben Halbleitersubstrat des Wanderwellenverstärkers integriert.
• Bei dem Wanderwellenverstärker handelt es sich typischerweise um einen verteilten Verstärker, bei dem also dessen Verstärkung auf mindestens zwei aktive Bauelemente verteilt ist.
• Ein solcher Wanderwellenverstärker ist typischerweise zwischen den Anschlüssen einer Versorgungsspannungsquelle angeordnet. Ein Wanderwellenverstärker weist ferner zumindest mehrere Verstärkerstufen mit jeweils zumindest einem aktiven Bauelement auf, wobei die einzelnen Verstärkerstufen steueranschlussseitig und ausgangsseitig jeweils über nicht-lineare Elemente miteinander gekoppelt sind. Als aktive Bauelemente werden meist Transistoren, beispielsweise Bipolartransistoren, MOSFETs, JFETs, etc., aber auch sonstige Schalter, wie zum Beispiel Thyristoren oder IGBTs verwendet.
• In einer weiteren Ausgestaltung sind die nicht-linearen Elemente als Leitungsstücke mit bezüglich der Erzeugung einer Wanderwelle definierten geometrischen Ausmaßen ausgebildet. Es handelt sich hier um Leitungsstücke, die eine definierte Leitungskapazität mit hinsichtlich der Ausbreitung einer Wanderwelle optimalen geometrischen Ausmaßen (Länge, Breite) zur Ausbreitung der breitbandigen Wanderwelle aufweisen.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt dabei:
• 1 das Schaltbild eines ersten, allgemeinen Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltung mit einem Wanderwellenverstärker;
• 2 das Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltung mit einem Wanderwellenverstärker;
• 3 das Schaltbild eines dritten, bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltung mit einem Wanderwellenverstärker.
• 1 zeigt das Schaltbild eines ersten, allgemeinen Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltung mit einem Wanderwellenverstärker.
• In 1 ist mit Bezugszeichen 1 der Wanderwellenverstärker bezeichnet. Der Wanderwellenverstärker 1 weist einen Eingangsanschluss 2 zur Einkopplung eines Eingangssignals V_IN sowie einen Ausgangsanschluss 3 zur Bereitstellung eines Ausgangssignals V_OUT auf. Der Wanderwellenverstärker 1 ist ferner zwischen zwei Versorgungsanschlüssen 4, 5 angeordnet. Der erste Versorgungsanschluss 4 weist ein erstes Versorgungspotenzial V_DD, beispielsweise ein positives Versorgungspotenzial, auf, während der zweite Versorgungsanschluss 5 ein zweites Versorgungspotenzial V_GND, beispielsweise das Potenzial der Bezugsmasse, aufweist.
• Der Wanderwellenverstärker 1 weist ferner einen Referenzeingangsanschluss 12 auf, über den ein Referenzpotenzial V_REF in den Wanderwellenverstärker einkoppelbar ist.
• Der Wanderwellenverstärker 1 ist in 1 dreistufig ausgebildet, d.h. er weist drei Verstärkerstufen 6a, 6b, 6c auf. Eine jeweilige Verstärkerstufe 6a-6c weist jeweils ein aktives Halbleiterbauelement 7a, 7b, 7c auf. Im vorliegenden Beispiel sind die aktiven Halbleiterbauelemente 7a-7c als bipolare Transistoren, die hier in Emitterschaltung vorliegen, ausgebildet. Die Steueranschlüsse B dieser Transistoren sind mit dem Eingangsanschluss 2, die ausgangsseitigen Lastanschlüsse C sind mit dem Ausgangsanschluss 3 gekoppelt. Über den jeweils anderen Lastanschluss E der Transistoren 7a-7c lassen sich diese mit einem in 1 nicht dargestellten Referenzpotenzial beaufschlagen.
• Der Wanderwellenverstärker 1 weist ferner nicht-lineare Elemente 8a-8d, 9a-9d, die als Leitungsstücke ausgebildet sind, auf. Diese Leitungsstücke 8a-8d, 9a-9d bestehen aus einem Material mit definierten geometrischen Abmessungen und damit einer definierten Kapazität. Auf diese Weise eignen sich diese Leitungsstücke 8a-8d, 9a-9d zur Erzeugung und Ausbreitung einer Wanderwelle von den Verstärkerstufen 6a-6c zum Ausgangsanschluss 3. Die Leitungsstücke 8a-8c sind im steuerseitigen Pfad und die Leitungsstücke 9a-9c im ausgangsseitigen Pfad des Wanderwellenverstärkers 1 angeordnet.
• Im steuerseitigen Pfad des Wanderwellenverstärkers 1 ist ferner ein Abschlusswiderstand 10 gegen das Referenzpotenzial V_REF angeordnet, wobei dem Abschlusswiderstand 10 ein Leitungsstück 8d vorgeschaltet ist. Gleichsam ist im ausgangsseitigen Pfad ein Abschlusswiderstand 11 gegen das positive Versorgungspotenzial V_DD angeordnet, wobei dem Abschlusswiderstand 11 hier das Leitungsstück 9d vorgeschaltet ist.
• Erfindungsgemäß weist nun jede der Verstärkerstufen 6a-6d jeweils zumindest einen differentiellen Verstärker auf. Der differentielle Verstärker ist in 1 als Differenzverstärker ausgebildet. Ein jeweiliger Differenzverstärker besteht aus einem in seinem Ausgangspfad angeordneten Bipolartransistor 7a-7c der Verstärkerstufe 6a-6c. Der Referenzpfad des Differenzverstärkers besteht jeweils aus einem weiteren Bipolartransistor 13a-13c. Der referenzseitige Eingang eines jeweiligen Differenzverstärkers, d.h. die Basisanschlüsse B der Bipolartransistoren 13a-13c sind mit dem Referenzeingangsanschluss 12 verbunden. Die Basisanschlüsse B der ausgangsseitigen Bipolartransistoren 7a-7c bilden somit den jeweils anderen Eingang der Differenzverstärker. Die Emitteranschlüsse E der beiden Bipolartransistoren 7a, 13a; 7b, 13b; 7c, 13c einer jeweiligen Differenzverstärkerstufe sind miteinander kurzgeschlossen und über eine gemeinsame Stromquelle 14a-14c mit dem Versorgungsanschluss 5 und damit mit dem Bezugspotenzial V_GND gekoppelt. Die Kol lektoranschlüsse C der referenzseitigen Bipolartransistoren 13a-13c sind mit dem Versorgungsanschluss 4 und damit mit dem positiven Versorgungspotenzial V_DD verbunden. Die Kollektoranschlüsse C der ausgangsseitigen Bipolartransistoren 7a-7c sind, wie bereits erwähnt, über die Leitungsstücke 9a-9c mit dem Ausgang 3 des Wanderwellenverstärkers 1 verbunden.
• 2 zeigt das Schaltbild eine zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltung mit einem Wanderwellenverstärker. In 2 ist der Wanderwellenverstärker in einer voll differentiellen Verstärkerkonfiguration angeordnet.
• Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel in 1 sind den Ausgangstransistoren 7a-7c einer jeweiligen Verstärkerstufe 6a-6c jeweils ein weiterer Ausgangstransistor 7a'-7c' parallel zugeschaltet. Die Schaltung weist ferner einen differentiellen Eingangsanschluss 2' zur Einkopplung eines differentiellen Eingangssignals V_IN' sowie einen differentiellen Ausgangsanschluss 3' zur Auskopplung eines differentiellen Ausgangssignals V_OUT' auf. Die Steueranschlüsse B der differentiellen Transistoren 7a'-7c' sind dabei in entsprechender Weise wie die Transistoren 7a-7c über Leitungsstücke 8a'-8c' mit dem differentiellen Eingangsanschluss 2' gekoppelt. Gleichermaßen sind die kollektorseitigen Ausgänge C der Transistoren 7a'-7c' über die Leitungsstücke 9a'-9c' mit dem differentiellen Ausgangsanschluss 3' gekoppelt. Die Emitteranschlüsse E der beiden ausgangsseitigen Bipolartransistoren 7a, 7a'; 7b, 7b'; 7c, 7c' einer jeweiligen Verstärkerstufe 6a-6c sind miteinander kurzgeschlossen, so dass diese mit einem von der jeweils gemeinsamen Stromquelle 14a-14c gelieferten Strom betrieben werden können.
• 3 zeigt das Schaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltung mit einem Wanderwellenverstärker.
• In 3 ist ein dem Wanderwellenverstärker 1 vorgeschalteter Vorverstärker 20 vorgesehen. Der Vorverstärker 20 weist einen Eingang 21 und einen Ausgang 22 auf, wobei der Ausgang 22 mit dem Eingang 2 des Wanderwellenverstärkers 1 gekoppelt ist. Der Vorverstärker 20 ist ebenfalls zwischen den Versorgungsanschlüssen 4, 5 mit den Versorgungspotenzialen V_DD, V_GND angeordnet.
• Der Vorverstärker 20 in 1 weist einen zweistufig ausgebildeten Emitterfolger 23, 24 (Kollektorschaltung) auf. Der Emitterfolger 23, 24 enthält zwei kaskadenförmig miteinander verschaltete bipolare Transistoren 23, 24. Der erste Transistor 23 ist steueranschlussseitig mit dem Eingangsanschluss 22 gekoppelt. Ausgangsseitig steuert der Transistor 23 den Steueranschluss B des Transistors 24 an. Der Ausgang E des Transistors 24 ist mit dem Ausgang 22 des Vorverstärkers 20 verbunden. Die Emitteranschlüsse E der beiden Transistoren 23, 24 sind über jeweils ein Stromquelle 38, 39 mit dem Bezugspotenzial V_GND gekoppelt, während die Kollektoranschlüsse C mit dem positiven Versorgungspotenzial V_DD verbunden sind. Dem Steueranschluss B des Transistors 23 ist ferner ein Eingangswiderstand 25 vorgeschaltet, der der Einstellung der Eingangsimpedanz des Vorverstärkers 20 dient.
• In 3 ist ferner eine Referenzspannungsquelle 50 vorgesehen, die ausgangsseitig mit dem Referenzeingang 12 des Wanderwellenverstärkers 1 verbunden ist. Die Referenzspannungsquelle 50 stellt ausgangsseitig somit ein Referenzpotenzial V_REF bereit, welches den Referenzanschlüssen 12 des Wanderwellenverstärkers 1 zugeführt wird.
• Die Referenzspannungsquelle 50 weist vorteilhafterweise denselben Aufbau des Vorverstärkers 20 auf, dass heißt die Referenzspannungsquelle 50 weist hier eine zweistufige Emitterfolgerschaltung bestehend aus den Transistoren 51, 52, den Stromquellen 53, 54 und dem Eingangswiderstand 55 auf. Die Referenzspannungsquelle 50 weist ferner einen Referenzeingang 56 auf, in den ein Referenzsteuersignal V_REF1 einkoppelbar ist. Dadurch lässt sich eine gezielte Referenzspannung V_REF, die in den Wanderwellenverstärker 1 eingekoppelt wird, einstellen.
• Dadurch, dass der Vorverstärker 20 wie auch die Referenzspannungsquelle 50 denselben schaltungstechnischen Aufbau aufweisen, lässt sich das Eingangspotenzial V_IN wie auch der Arbeitspunkt des Wanderwellenverstärkers 1 optimal hinsichtlich seiner Verstärkung und Bandbreite optimieren.
• Die Referenzspannungsquelle 50 ist vorteilhafterweise zusammen mit dem Vorverstärker 20 und dem Wanderwellenverstärker 1 auf einem einzigen (in 3 nicht dargestellten) Halbleitersubstrat integriert.
• In den vorstehenden Ausführungsbeispielen wurden die aktiven Elemente des Wanderwellenverstärkers 1, der Referenzspannungsquelle sowie des Vorverstärkers 20 in Bipolartechnologie ausgebildet. Selbstverständlich ließe sich die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung gleichermaßen auch in CMOS-Technologie oder in einer beliebig anderen Technologie ausbilden.
• In den vorstehenden Ausführungsbeispielen ist jeweils ein dreistufig ausgebildeter Wanderwellenverstärker 1 vorgesehen. Selbstverständlich wäre hier auch lediglich ein zweistufiger oder ein mehr als dreistufiger Wanderwellenverstärker 1 vorteilhaft. Gleichermaßen könnte statt eines zweistufigen Emitterfolgers 23, 24; 32, 33 innerhalb des Vorverstärkers 20 bzw. der Referenzspannungsquelle 50 auch lediglich ein einstufiger oder auch ein mehr als zweistufiger Emitterfolger vorteilhaft eingesetzt werden.
• Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass durch die wie beschrieben ausgestaltete Schaltungsanordnung durch Verwendung differentieller Verstärkerstufen schaltungstechnisch auf sehr einfache, jedoch nichts desto Trotz sehr elegante Weise eine optimale Arbeitspunktanpassung der aktiven Elemente des Wanderwellenverstärkers realisierbar ist.
• Die vorliegende Erfindung wurde anhand der vorstehenden Beschreibung so dargestellt, um das Prinzip der Erfindung und dessen praktischer Anwendung bestmöglichst zu erklären, jedoch lässt sich die Erfindung bei geeigneter Abwandlung selbstverständlich in mannigfaltigen Varianten realisieren.

1

Wanderwellenverstärker

2

Eingangsanschluss

3

Ausgangsanschluss

4, 5

Versorgungsanschlüsse

6a-6c

Verstärkerstufen

7a-7c, 7a'-7c'

aktives Bauelement, Transistor

8a-8d, 8a'-8d'

nicht-lineare Elemente, Leitungsstücke

9a-9d, 9a'-9d'

nicht-lineare Elemente, Leitungsstücke

10, 11

Abschlusswiderstände

12

Referenzeingangsanschluss

13a-13c

Transistoren

14a-14c

Stromquellen

20

Vorverstärker

21

Eingangsanschluss

22

Ausgangsanschluss

23, 24

Transistoren

25

Eingangswiderstand

38, 39

Stromquellen

50

Referenzspannungsquelle

51, 52

Transistoren der Referenzspannungsquelle

53, 54

Stromquelle

55

Eingangswiderstand

56

Eingang der Referenzspannungsquelle

V_DD

ersten (positives) Versorgungspotenzial

V_GND

zweites Versorgungspotenzial, Potenzial der Bezugsmasse

V_IN

Eingangssignal

V_OUT

Ausgangssignal

V_REF

Referenzpotenzial

V_REF'

Steuerpotenzial

B

Steueranschluss, Basisanschluss

E

referenzseitiger Lastanschluss, Emitteranschluss

C

ausgangsseitiger Lastanschluss, Kollektoranschluss

Claims (13)

1. Schaltungsanordnung mit einem Wanderwellenverstärker (1) zur Verstärkung hochfrequenter Signalwellen (V_IN), – der mehrere Verstärkerstufen (6a-6c) mit jeweils zumindest einem aktiven Element (7a-7c) aufweist, – wobei benachbarte Verstärkerstufen (6a-6c) über nicht-lineare Elemente (8a-8d) zur Erzeugung einer Wanderwelle miteinander gekoppelt sind und – wobei die nicht-linearen Elemente (8a-8d; 9a-9d) als Leitungsstücke mit hinsichtlich der Erzeugung einer Wanderwelle definierten geometrischen Ausmaßen ausgebildet sind, mit einer Schaltung (7a-7c, 13a-13c, 14a-14c) zur Arbeitspunkteinstellung, – die für die Einstellung des Arbeitspunktes der aktiven Elemente (7a-7c) je Verstärkerstufe (6a-6c) des Wanderwellenverstärkers (1) jeweils zumindest eine differentielle Verstärkerstufe (7a-7c, 13a-13c) aufweist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die differentielle Verstärkerstufe (7a-7c, 13a-13c) einen ersten Transistor (7a-7c) und einen zweiten Transistor (13a-13c) aufweist, wobei der erste Transistor (7a-7c) einer differentiellen Verstärkerstufe (7a-7c, 13a-13c) das aktive Element in der jeweiligen Verstärkerstufe (6a-6c) des Wanderwellenverstärkers (1) bildet.
3. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine gemeinsame Stromquelle (14a-14c) zur Erzeugung eines gemeinsamen Stromes für eine jeweilige differentielle Verstärkerstufe (7a-7c, 13a-13c) vorgesehen ist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Steueranschluss (B) der ersten Transistoren (7a-7c) mit einem Eingang (2) des Wanderwellenverstärkers (1) gekoppelt ist, und dass an dem Steueranschluss (B) der zweiten Transistoren (13a-13c) ein Referenzpotenzial (V_REF) anliegt.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Transistoren (7a-7c, 13a-13c) einer jeweiligen differentiellen Verstärkerstufe (7a-7c, 13a-13c) die gleichen Transistorparameter aufweisen.
6. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine jeweilige Verstärkerstufe (6a-6c) einen ersten und einen dritten Transistor (7a-7c, 7a'-7c') aufweist, die bezüglich deren Eingänge und Ausgänge in einer differentiellen Transistorkonfiguration zueinander angeordnet sind.
7. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Referenzspannungsquelle (50) zur Generierung eines Referenzpotenzials (V_REF) zur Arbeitspunkteinstellung der aktiven Elemente (7a-7c) vorgesehen ist, und dass die Referenzspannungsquelle (50) ausgangsseitig mit den Steueranschlüssen (B) der ersten und/oder der zwei ten und/oder der dritten Transistoren (7a-7c; 7a'-7c'; 13a-13c) gekoppelt ist.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzpotenzial (V_REF) auf die Temperatur und/oder Fertigungstoleranzen der aktiven Element (7a-7c) des Wanderwellenverstärkers (1) angepasst ist.
9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzspannungsquelle (50) schaltungstechnisch denselben Aufbau wie ein Vorverstärker (20) zur Ansteuerung des Wanderwellenverstärkers (1) aufweist.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorverstärker (20) zumindest einen Emitterfolger (23, 24) aufweist, der ausgangsseitig mit dem Eingang (2) des Wanderwellenverstärkers (1) verbunden ist und der den Wanderwellenverstärker (1) derart ansteuert, dass das Eingangspotenzial (V_IN) und/oder die Impedanz des Wanderwellenverstärkers (1) angepasst wird.
11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Wanderwellenverstärker (1) und die Referenzspannungsquelle (50) auf demselben Halbleitermaterial integriert sind.
12. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – dass der Wanderwellenverstärker (1) zwischen einem ersten Anschluss (2) mit einem ersten Versorgungspotenzial (V_DD) und einem zweiten Anschluss (3) mit ei nem zweiten Versorgungspotenzial (V_GND) angeordnet ist, – dass der Wanderwellenverstärker (1) zumindest mehrere Verstärkerstufen (6a-6c) aufweist, die jeweils zumindest ein aktives Halbleiterbauelement (7a-7c), insbesondere einen Transistor, aufweisen, deren Steueranschlüsse (B) mit dem Eingang (2) und deren Lastanschlüsse (C) mit einem Ausgang (3) des Wanderwellenverstärkers (1) gekoppelt sind, – wobei benachbarte Verstärkerstufen (6a-6c) steueranschlussseitig jeweils über erste nicht-lineare Elemente (8a-8d) und ausgangsseitig jeweils über zweite nicht-lineare Elemente (9a-9d) zur Erzeugung einer Wanderwelle miteinander gekoppelt sind.
13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht-linearen Elemente (8a-8d; 9a-9d) als Leitungsstücke mit hinsichtlich der Erzeugung einer Wanderwelle definierten geometrischen Ausmaßen, insbesondere einer definierten Kapazität, ausgebildet sind.