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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Verstärkerschaltung
und insbesondere eine Verstärkerschaltung,
die als rauscharmer Verstärker (LNA;
LNA = Low Noise Amplifier) verwendet werden kann und eine Gain-Step-Schaltung
besitzt.
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In der mobilen Telekommunikation
werden LNAs im Empfänger,
d. h. beispielsweise in einem Mobiltelefon, eingesetzt. Je nach
Entfernung zwischen Empfänger
und Sender schwankt der Pegel des Signals, das am Empfänger eintrifft,
in einem großen
Bereich. Um zu vermeiden, dass der Verstärker bei höherem Eingangssignalpegel übersteuert wird,
ist es bekannt, eine sogenannte Gain-Step-Schaltung, die auch als
Neben-Gain-Stufe bezeichnet
werden kann und die parallel zum LNA geschaltet ist, einzusetzen.
Der Empfänger
schaltet den LNA ein und die Gain-Step-Schaltung aus, wenn ein schwaches
Signal eintrifft. Diese Betriebsart wird typischerweise als High-Gain-Modus bezeichnet. Umgekehrt
schaltet der Empfänger
den LNA aus und die Gain-Step-Schaltung (GS-Schaltung) ein, wenn ein
starkes Signal empfangen wird. Diese Betriebsart ist als Gain-Step-Modus
bekannt. Das Umschalten zwischen den unterschiedlichen Modi realisiert
der Empfänger
basierend auf einem Steuersignal, das von dem abgetasteten Pegel
des Eingangssignals abhängt.
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Ein beispielhafter LNA gemäß dem Stand der
Technik ist in 1 gezeigt.
Der LNA umfasst einen Bipolartransistor VT1, dessen Basisanschluss mit
einem Hochfrequenzeingang HFin, an dem ein zu verstärkendes
HF-Eingangssignal empfangen wird, hochfrequenzmäßig gekoppelt ist. Der Kollektoranschluss
des Bipolartransistors VT1 ist über
einen Widerstand VR1 und eine Induktivität VL1 mit einem Versorgungsspannungsanschluss,
an den eine Versorgungsspannung Vcc anlegbar ist, verbunden. Ferner
ist der Kollektor des Bipolartransistors VT1 über einen Widerstand VR2 mit
seinem Basisanschluss verbunden. Der Kollektor des Bipolartransistors
VT1 ist über
einen Kondensator VC1 ferner mit einem Hochfrequenzausgang HFout,
an dem das verstärkte Eingangssignal
ausgegeben wird, hochfrequenzmäßig gekoppelt.
Der Emitter des Bipolartransistors VT1 liegt auf einem Bezugspotential,
typischerweise Masse. Die Komponenten des LNA, die typischerweise auf
einem LNA-Chip gebildet sind, sind in 1 durch
den gestrichelten Rahmen 10 dargestellt.
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Ferner ist in 1 ein externer sogenannter externer LC-Sumpf gezeigt, der
vorgesehen ist, um den IIP3 zu verbessern (IIP3 = Input Intercept
Point 3) und dadurch Verzerrungen zu verringern. Der LC-Sumpf
umfasst eine externe Induktivität
Lext und eine externe Kapazität Cext.
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Bei dem in 1 gezeigten LNA wird über die Spule VL1, die als
HF-Drossel dient, und den Widerstand VR1 die Versorgungsspannung
an den Transistor VT1 angelegt, wobei die Spule VL1 und der Widerstand
VR1 als Last für
den Transistor wirken. Der Kondensator VC1 dient zur Gleichsignalentkopplung
und der Widerstand VR2 dient zum Anlegen einer geeigneten Vorspannung
an die Basis des Bipolartransistors VT1, um den Arbeitspunkt dieses Transistors
einzustellen.
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Wie oben bereits ausgeführt wurde,
wird, um zu vermeiden, dass der LNA übersteuert wird, zu einer Gain-Step-Schaltung
umgeschaltet, wenn ein starkes Signal am HF-Eingang empfangen wird.
Eine solche Gain-Step-Schaltung sollte möglichst wenig Strom verbrauchen
und hinsichtlich der Eingangsanpassung und Ausgangsanpassung an
die externen Komponenten eine möglichst
gleich gute Anpassung bieten wie der LNA. Diese beiden Probleme
konnten bisher nicht gleichzeitig gelöst werden.
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Als Gain-Step-Schaltungen wurden
in der Vergangenheit verschiedene Konzepte realisiert. Ein solches
Konzept bestand darin, eine Gain-Step-Schaltung parallel zum LNA
zu schalten und am HF-Eingang einen Entkoppelkondensator vorzusehen,
um Gleichsignale zu entkoppeln. Bei einer integrierten Lösung belastet
jedoch der Substratwiderstand des nichtidealen Entkoppelkondensators das
Verhalten des LNA. Ein alternatives Konzept bestand darin, keine
separate Gain-Step-Schaltung zu verwenden, sondern im Gain-Step-Modus
den LNA auf ein Niveau mit negativer Verstärkung umzuschalten. Dabei ist
von Nachteil, dass sich beim Umschalten die Ein-/Ausgangsimpedanz
deutlich verändert und
der LNA im Gain-Step-Modus nicht mehr angepasst ist. Ein drittes
alternatives Konzept bestand darin, eine zum LNA parallele Gain-Step-Schaltung
zu verwenden, die identisch zum LNA aufgebaut ist, jedoch eine deutlich
geringere Verstärkung
aufweist. Die Stromaufnahme der Gain-Step-Schaltung in einem Bereich
von 5 bis 10 mA ist gleich der Stromaufnahme des LNA, d. h. der
High-Gain-Stufe, damit bei einem Umschalten zwischen den Stufen
die Ein-/Ausgangsimpedanz für
eine gute Anpassung gleich bleibt. Eine solche hohe Stromaufnahme
im Gain-Step-Modus ist jedoch unerwünscht.
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Aus der
EP 1101451 A2 ist eine Übertragungsweg-Umschalteinrichtung
bekannt, die einen Verstärker
und eine Umgehungsschaltung aufweist und die aufgebaut ist, um die
Verstärkung
in dem Verstärker
zwischen zwei Stufen umzuschalten. Wenn der Pegel eines Eingangssignals
innerhalb eines ersten Bereichs ist, der gleich oder höher als
ein vorbestimmter Pegel ist, wird das Eingangssignal durch die Umgehungsschaltung
an den Ausgang gegeben. Wenn der Pegel in einem zweiten darunterliegenden Pegelbereich
ist, wird die Verstärkung
des Verstärkers
auf eine erste Verstärkung
eingestellt. Wenn das Eingangssignal in einem dritten, wiederum
geringeren Bereich ist, wird die Verstärkung auf eine zweite Verstärkung, die
höher als
die erste Verstärkung
ist, eingestellt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht darin, eine Verstärkerschaltung
zu schaffen, die eine Umschaltung zwischen einem High-Gain-Modus und
einem Low-Gain-Modus ermög licht
und die im Low-Gain-Modus einen geringen Stromverbrauch und eine
gute Anpassung liefert.
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Diese Aufgabe wird durch eine Verstärkerschaltung
gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Die vorliegende Erfindung schafft
eine Verstärkerschaltung
mit folgenden Merkmalen:
einem Verstärker, der zwischen einen HF-Eingang und
einen HF-Ausgang
geschaltet ist;
einer Koppeleinrichtung, die parallel zu dem
Verstärker
zwischen den HF-Eingang und den HF-Ausgang geschaltet ist, wobei
die Koppeleinrichtung folgende Merkmale aufweist:
einen Einkoppelbipolartransistor,
dessen Kollektoranschluss oder Emitteranschluss mit dem HF-Eingang
hochfrequenzmäßig gekoppelt
ist; und
eine Auskoppeldiodenstruktur, die hochfrequenzmäßig zwischen
den Basisanschluss des Einkoppelbipolartransistors und den HF-Ausgang
gekoppelt ist; und
einer Einrichtung zum Ausschalten des Verstärkers (22)
und zum Einschalten der Koppeleinrichtung (24), wenn der
Pegel eines Eingangssignals an dem HF-Eingang (26) oberhalb
eines vorgegebenen Schwellenwerts liegt.
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Erfindungsgemäß werden, wenn die Koppeleinrichtung
aktiv ist, um ein Eingangssignal von dem HF-Eingang zu dem HF-Ausgang
zu koppeln, die Kollektor-Basis-Diode oder die Emitter-Basis-Diode des Einkoppeltransistors,
die in die Koppelstrecke geschaltet ist, und die Auskoppeldiodenstruktur
in Sättigung
in Flussrichtung betrieben werden, und, wenn die Koppeleinrichtung
nicht aktiv ist, um ein Eingangsignal von dem HF-Eingang zu dem HF-Ausgang zu koppeln,
die Kollektor-Basis- Diode
oder die Emitter-Basis-Diode, die in die Koppelstrecke geschaltet
ist, und die Diodenstruktur Sperrschichtkapazitäten darstellen.
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Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung ist die Auskoppeldiodenstruktur durch
die Basis-Emitter-Diode
oder die Basis-Kollektor-Diode eines weiteren Bipolartransistors gebildet,
der als Diode verschaltet ist, indem Kollektoranschluss und Basisanschluss
desselben (oder alternativ Emitteranschluss und Basisanschluss desselben)
kurzgeschlossen sind.
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Die erfindungsgemäßen Koppeleinrichtung stellt
eine passive Gain-Step-Schaltung dar, die keine Verstärkung liefert,
auf die umgeschaltet werden kann, wenn ein starkes HF-Eingangssignal am HF-Eingang
anliegt, um dadurch zu verhin dern, dass der Verstärker, der
in der Regel ein LNA sein wird, übersteuert.
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Erfindungsgemäß ist die Koppeleinrichtung, die
eine Gain-Step-Schaltung
darstellt, derart parallel zum Verstärker angeschlossen, dass sich
die beiden Schaltungen bei Nichtverwendung der Gain-Step-Schaltung
im High-Gain-Modus automatisch durch die Kollektor-Basis-Diode (oder
die Emitter-Basis-Diode)
des mit dem HF-Eingang verschalteten Einkoppelbipolartransistors
und die mit dem HF-Ausgang verschaltete Auskoppeldiodenstruktur (die
in der Regel die Basis-Emitter-Diode
oder die Basis-Kollektor-Diode eines weiteren Bipolartransistors
sein wird, jedoch auch durch eine tatsächliche Diode realisiert sein
kann) entkoppeln. Zum Aktivieren der Koppeleinrichtung wird eine
geeignete Steuerspannung an den Bipolartransistor und die Diodenstruktur
angelegt, um diese in Sättigung
in Vorwärtsrichtung
vorzuspannen, um Leistung in/aus der Koppeleinrichtung ein- bzw.
auszukoppeln.
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Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung ist die Verstärkerschaltung derart ausgelegt,
dass durch das Anlegen dieser Steuerspannung automatisch der Verstärker ausgeschaltet
wird. Zu diesem Zweck kann durch die Steuerspannung ein Schalter
betätigt
werden, der den Verstärker
ausschaltet. Dieser Schalter kann beispielsweise das Basispotential
eines Bipolartransistors des Verstärkers auf einen so geringen
Wert ziehen, dass der Verstärker
ausgeschaltet wird. Dieser Schalter kann durch den mit dem HF-Eingang
verbundenen Bipolartransistor der Koppeleinrichtung realisiert sein.
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Die Verstärkerschaltung mit der Gain-Step-Schaltung
gemäß der vorliegenden
Erfindung bietet zahlreiche Vorteile gegenüber bisherigen Lösungen.
Zum einen verbraucht die erfindungsgemäße Gain-Step-Schaltung einen
deutlich geringeren Betriebsstrom als der Verstärker, d. h. der LNA. Ferner
sind Eingangsimpedanz und Ausgangsimpedanz der Gain-Step-Schaltung
leicht durch Modifizierung der Transistorgrößen und Wider stände einzustellen,
so dass diese Impedanzen ähnliche
Werte wie im High-Gain-Modus, in dem der Verstärker aktiv ist und die Koppeleinrichtung
inaktiv ist, aufweisen. Diese Eigenschaft ermöglicht eine gute Anpassung am
HF-Eingang und am HF-Ausgang im Gain-Step-Modus. Ferner ist der
Vorwärtsübertragungsfaktor
im Gain-Step-Modus leicht durch entsprechendes Einstellen von in
der Gain-Step-Schaltung verwendeten Widerständen und durch Einstellen der
Steuerspannung der Gain-Step-Stufe
einstellbar. Darüber
hinaus wird durch die geringe Sperrschichtkapazität der in
die Koppelstrecke geschalteten Kollektor-Basis-Diode oder Emitter-Basis-Diode des
Bipolartransistors und der Diodenstruktur in Sperrrichtung außerhalb
des Gain-Step-Modus eine gute Isolation der Gain-Step-Schaltung zum LNA
ermöglicht.
Dadurch ist eine Trennung des Entwurfs für LNA und Gain-Step-Schaltung
möglich,
was verkürzte
Entwicklungszeiten zur Folge hat.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden
Zeichnungen näher
läutert.
Es zeigen:
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1 eine
Realisierung eines LNA gemäß dem Stand
der Technik;
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2 ein
grobes Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Verstärkerschaltung;
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3 ein
Schaltungsdiagramm eines Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäß verwendeten
Gain-Step-Schaltung;
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4 ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Verstärkerschaltung;
und
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5 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
einer Gain-Step-Schaltung.
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Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen
wird die vorliegenden Erfindung im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen
beschrieben, bei denen der Verstärker
einen rauscharmen Verstärker (LNA)
darstellt und die Koppeleinrichtung eine Gain-Step-Schaltung darstellt.
Wie eingangs erläutert
wurde, finden derartige Verstärkerschaltungen insbesondere
im Bereich der mobilen Telekommunikation, beispielsweise in Mobiltelefonen,
Anwendung, bei denen das HF-Eingangssignal starken Pegelschwankungen
unterworfen ist, so dass abhängig vom
Pegel des Eingangssignals zwischen dem LNA und der Gain-Step-Schaltung umgeschaltet
wird.
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In 2 ist
ein Verstärkerschaltungschip 20 gezeigt,
der einen LNA 22, der eine High-Gain-Stufe darstellt, und
eine Gain-Step-Schaltung 24, die erfindungsgemäß eine passive
Koppeleinrichtung ist, aufweist. Der Verstärkerschaltungschip 22 besitzt
einen HF-Eingang 26 und einen HF-Ausgang 28.
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Bezug nehmend auf 3 wird nachfolgend der Aufbau eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels
der Gain-Step-Schaltung 24 erläutert, während im
Anschluss daran Bezug nehmend auf 4 ein
Ausführungsbeispiel
ein erfindungsgemäßen Verstärkerschaltung
beschrieben wird.
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Das in 3 gezeigte
Ausführungsbeispiel der
Gain-Step-Schaltung
umfasst einen ersten Bipolartransistor T1, einen zweiten Bipolartransistor
T2 und drei Widerstände
R1, R2 und R3.
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Der Kollektoranschluss des Bipolartransistors
T1 ist mit dem HF-Eingang 26 verbunden. Der Emitteranschluss
des Bipolartransistors T1 ist über den
Widerstand R2 mit einem Bezugspotential, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
mit Masse, verbunden. Der Basisanschluss des Bipolartransistors
T1 ist mit dem Basisanschluss des Bipolartransistors T2 und über den
Widerstand R1 mit einem Vorspannungsanschluss zum Anlegen einer
Vorspannung oder Steuerspannung Vgs verbunden.
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Der Bipolartransistor T2 ist als
Diode verschaltet, indem sein Kollektoranschluss mit seinem Basisanschluss
kurzgeschlossen ist. Somit sind Basisanschluss und Kollektoranschluss
des Bipolartransistors T2 ebenfalls über den Widerstand R1 mit dem
Vorspannungsanschluss 30 verbunden. Der Emitter des Bipolartransistors
T2 ist über
den Widerstand R3 mit dem HF-Ausgang 28 verbunden.
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In 4 ist
die Parallelschaltung aus der in 3 gezeigten
Gain-Step-Schaltung und einem LNA gezeigt, wobei der in 4 gezeigte LNA beispielhaft
den Aufbau des eingangs Bezug nehmend auf 1 beschriebenen LNA aufweist.
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Bezug nehmend auf 4 wird im folgenden die Funktionsweise
der erfindungsgemäßen Verstärkerschaltung
und insbesondere die Funktionsweise der Gain-Step-Schaltung erläutert.
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Im High-Gain-Modus ist der LNA 22 eingeschaltet
und die Gain-Step-Schaltung 24 ausgeschaltet.
Im High-Gain-Modus verstärkt
der Bipolartransistor VT1 ein am HF-Eingang 26 empfangenes HF-Signal
zu dem HF-Ausgang 28, wobei die Versorgungsspannung Vcc
anliegt. In diesem High-Gain-Modus liegt am Vorspannungsanschluss 30 eine
solche Steuerspannung Vgs an, dass die Bipolartransistoren T1 und
T2 der Gain-Step-Schaltung 24 ausgeschaltet sind. In der
Regel wird die Steuerspannung Vgs zu diesem Zweck 0 Volt
betragen. In diesem Zustand bewirkt die kleine Sperrschichtkapazität der Kollektor-Basis-Diode
des Transistors T1 eine gute Trennung der Gain-Step-Schaltung von dem
HF-Eingang und somit von dem LNA. Genauso bewirkt die kleine Sperrschichtkapazität der Basis-Emitter-Diode
des Bipolartransistors T2 eine gute Trennung der Gain-Step-Schaltung vom HF-Ausgang 28 und
somit von dem LNA. Die geringen angesprochen Sperrschichtkapazitäten bewirken
eine gute Entkopplung der ausgeschalteten Gain-Step-Schaltung von
dem eingeschalteten LNA, so dass das Verhalten des LNA hinsicht lich
Verstärkung,
Rauschzahl und dergleichen durch die Gain-Step-Schaltung kaum beeinflusst wird.
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Ansprechend auf ein externes Steuersignal erfolgt
ein Umschalten von dem High-Gain-Modus in den Gain-Step-Modus, in
dem die Gain-Step-Schaltung 24 eingeschaltet ist und der
LNA ausgeschaltet ist. Das Steuersignal kann als externes Steuersignal bezeichnet
werden, da es in der Regel außerhalb
des Verstärkerchips 20,
wie er in 2 gezeigt
ist, erzeugt wird. Dieses Steuersignal kann auf herkömmliche
Weise erzeugt werden, indem der Pegel des am HF-Eingang anliegenden
Eingangssignals abgetastet wird, um ein geeignetes Steuersignal
zu erzeugen, das für
einen Eingangssignalpegel, der oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts
liegt, ein Umschalten in den Gain-Step-Modus bewirkt.
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Zeigt das Steuersignal an, dass in
den Gain-Step-Modus umgeschaltet werden soll, wird die an dem Vorspannungsanschluss 30 anliegende Steuerspannung
Vgs auf einen Wert erhöht,
der an den Basisanschlüssen
der Bipolartransistoren T1 und T2 ein Potential zur Folge hat, das
ausreicht, um die Kollektor-Basis-Diode
des Bipolartransistors T1 und die Basis-Emitter-Diode des Bipolartransistors T2 in Sättigung
in Flussrichtung vorzuspannen. Da der HF-Ausgang 28 in
der Regel gleichsignalmäßig auf
Masse liegt, reicht hierzu abhängig
von dem an der Basis des Bipolartransistors VT1 des LNA vorliegenden
Potential eine Steuerspannung Vgs oberhalb etwa 1 Volt aus.
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Durch eine derartige Erhöhung der
Steuerspannung Vgs wird, da die Gain-Step-Schaltung und der LNA
am HF-Eingang verbunden sind, der Basisstrom des Transistors VT1
aus dem LNA gezogen und der LNA ausgeschaltet. Die Basisspannung
des Bipolartransistors VT1 sinkt dabei auf einen geringen Wert im
mV-Bereich. Deshalb
arbeitet der Bipolartransistor T1 der Gain-Step-Schaltung 24, der als
Einkoppeltransistor bezeichnet werden kann, in Sättigung. Abhängig von
der angelegten Steuerspannung und der Größe der Widerstände der Gain-Step- Schaltung ist die
CB-Diode des Einkoppeltransistors T1 beispielsweise in Flussrichtung
mit einer Spannung von ca. 0,8 Volt vorgespannt. In gleicher Weise
arbeitet der Bipolartransistor T2, der als Auskoppeltransistor bezeichnet
werden kann, in Sättigung,
d. h. die Basis-Emitter-Diode desselben ist mit einer Spannung von
ca. 0,8 Volt in Flussrichtung vorgespannt.
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Der durch den Basisstrom des Bipolartransistors
T1 über
den Widerstand R2 bewirkte Spannungsabfall ist ausreichend gering,
dass das Potential an der Basis des Verstärkerbipolartransistors VT1 auf
einen Wert gezogen wird, der ausreicht, um den LNA auszuschalten.
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Durch die in Flussrichtung betriebene
Kollektor-Basis-Diode des Einkoppeltransistors T1 wird die HF-Leistung
vom HF-Eingang 26 in
die Gain-Step-Schaltung eingekoppelt, während dieselbe durch die in
Flussrichtung vorgespannte Basis-Emitter-Diode
des Auskoppeltransistors T2 und den Widerstand R3 zu dem HF-Ausgang 28 ausgekoppelt
wird.
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Über
den Widerstand R2 wird zum einen der Basisstrom aus dem Verstärkerbipolartransistor
VT1 gezogen. Zum anderen kann über
den Widerstand R2 sowie die Kollektor-Basis-Diode sowie die Basis-Emitter-Diode
des Transistors T1 eine geeignete Eingangsimpedanz der Gain-Step-Schaltung
im Gain-Step-Modus eingestellt werden, die ähnlich oder identisch der des
LNA im High-Gain-Modus ist, so dass eine gute Anpassung in beiden
Modi erreicht werden kann. Über
den Widerstand R1 wird ein geeignetes Basispotential der Transistoren
T1 und T2 bewirkt. Über
eine entsprechende Dimensionierung des Transistors T2 und des Widerstands
R3 lässt sich
eine geeignete Ausgangsimpedanz einstellen, die im Gain-Step-Modus
wiederum gleich oder ähnlich
der Ausgangsimpedanz der LNA im High-Gain-Modus ist.
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Die Gain-Step-Schaltung 24 stellt
eine passive Schaltung dar, dahingehend, dass sie keine Verstärkung des
durch dieselbe gekoppelten HF-Signals liefert. Vielmehr wird das
HF-Signal durch die Gain-Step-Schaltung gedämpft, wobei der Durchlasspegel
genauso wie die Eingangsanpassung und Ausgangsanpassung in der Praxis
durch eine passende Auswahl der Transistorgrößen und der Widerstände eingestellt
werden kann. Dabei ist anzumerken, dass im durchgeschalteten Zustand
des Transistors T1 ein Teil der HF-Leistung über den Widerstand R2 fließt und ein
weiterer Teil über
den Widerstand R3 abfällt.
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Ein zu dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel alternatives
Ausführungsbeispiel
einer Gain-Step-Schaltung ist in 5 gezeigt.
Die in 5 gezeigte Gain-Step-Schaltung
ist wiederum zwischen dem HF-Eingang 26 und dem HF-Ausgang 28 parallel
zu dem LNA geschaltet. Die in 5 gezeigte
Gain-Step-Schaltung
umfasst den ersten Bipolartransistor T1, einen zweiten Bipolartransistor T3,
einen dritten Bipolartransistor T4 und Widerstände R2, R4, R5, R6 und R7.
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Der Kollektoranschluss des ersten
Bipolartransistors T1 ist wiederum mit dem HF-Eingang 26 verbunden,
während
der Emitteranschluss desselben über
den Widerstand R2 mit Masse verbunden ist. Der Basisanschluss des
Bipolartransistors T1 ist mit dem Basisanschluss des Bipolartransistors
T4 und über
den Widerstand R6 mit dem Basisanschluss des Transistors T3 verbunden.
Der Kollektoranschluss des Transistors T3 ist mit dem HF-Ausgang 28 verbunden,
während
der Emitteranschluss desselben über
den Widerstand R7 mit Masse verbunden ist. Der Basisanschluss des
Bipolartransistors T4 ist mit dem Kollektoranschluss desselben kurzgeschlossen
und ferner über
den Widerstand R4 mit der Steuerspannung Vgs verbunden. Schließlich ist
der Emitteranschluss des Bipolartransistors T4 über den Widerstand R5 mit Masse
verbunden. Der HF-Ausgang 28 liegt gleichsignalmäßig auf
Masse, in der Regel über
eine Induktivität.
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Bei der in 5 gezeigten Gain-Step-Schaltung hat der
Transistor T4, der als Diode verschaltet ist, nur die Funktion zur
Steuerung des Einkoppeltransistors T1 bzw. des Auskoppeltransistors
T3, d. h. zur Steuerung der an die Basisanschlüsse dieser Transistoren anzulegenden
Bias-Spannung, um die Gain-Step-Schaltung auszuschalten bzw. einzuschalten.
Durch eine entsprechende Bias-Spannung wird bei diesem Beispiel
der Bipolartransistor T1 zur Einkopplung und der Transistor T3 zur
Auskopplung in Sättigung
betrieben. Die Auskopplung der HF-Leistung erfolgt über die
Basis-Kollektor-Diode des
gesättigten
Bipolartransistors T3.
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Durch geeignete Dimensionierung des
Transistors T1 und des Widerstands R2 kann die Eingangsimpedanz
eingestellt werden. Die Ausgangsimpedanz kann durch geeignete Dimensionierung des
Transistors T3 und des Widerstands R7 eingestellt werden. Der optionale
Widerstand R6 kann als zusätzliche
Stellgröße zur Einstellung
des Basispotentials des Widerstands T3 oder zur Einstellung des Durchlasspegels
der Gain-Step-Schaltung vorgesehen sein. Der Widerstand R5 ist dimensioniert,
um einen übermäßigen Verlust
von HF-Leistung über
denselben zu verhindern.
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Der Vorteil der in 5 gezeigten Gain-Step-Schaltung liegt
darin, dass die Sperrschichtkapazität der Kollektor-Basis-Diode eines Bipolartransistors
in der Regel kleiner ist als die der Basis-Emitter-Diode. Daher
kann bei der in 5 gezeigten
Schaltung im High-Gain-Modus die Rückwirkung des Ausgangs zurück zum Eingang über die ausgeschaltete
Gain-Step-Schaltung
noch weiter reduziert werden.
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- VT1
- Bipolartransistor
- HFin
- Hochfrequenzeingang
- VR1,
VR2
- Widerstände
- Vcc
- Versorgungsspannung
- 10
- LNA-Chip
- Lext
- externe
Induktivität
- Cext
- externe
Kapazität
- 20,
20'
- Verstärkerschaltungschip
- 22
- LNA
- 24
- Gain-Step-Schaltung
- 26
- HF-Eingang
- 28
- HF-Ausgang
- T1
- Einkoppelbipolartransistor
- T2
- Auskoppelbipolartransistor
- R1,
R2, R3
- Widerstände
- 30
- Vorspannungsanschluß
- Vgs
- Steuerspannung
- T3
- Auskoppelbipolartransistor
- T4
- Vorspannungsmittelbipolartransistor
- R4,
R5, R6, R7
- Widerstände