DE202004005208U1

DE202004005208U1 - Antennensignal-Verstärker für einen mobilen Rundfunkempfänger mit einer Energiesparfunktion

Info

Publication number: DE202004005208U1
Application number: DE202004005208U
Authority: DE
Original assignee: Harman Becker Automotive Systems GmbH
Current assignee: Harman Becker Automotive Systems GmbH
Priority date: 2004-04-01
Filing date: 2004-04-01
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2014-04-02
Also published as: US20050227656A1; US7457598B2

Abstract

Antennensignalverstärker für einen mobilen oder tragbaren Rundfunkempfänger mit einer Stromversorgungseinheit (210), die wenigstens eine erste und eine zweite Versorgungsspannung (V₁ ... V_n) vorsieht,
einer Einheit zum Empfangen eines Feldstärkesignals, das die Feldstärke von wenigstens einem empfangenen Rundfunksignal angibt,
einer Einheit (111) zum Erzeugen eines Versorgungsspannungs-Steuersignals (CTR) auf der Basis der Feldstärke des empfangenen Signals, und
einer Einrichtung (210, 220) zum Anlegen der ersten oder zweiten Versorgungsspannung an dem Betriebsschaltungsaufbau (230) des Verstärkers in Übereinstimmung mit dem Versorgungsspannungs-Steuersignal (CTR).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen mobilen Rundfunkempfänger zum Empfangen von Fernseh- oder Radiosignalen und insbesondere einen darin enthaltenen Antennenverstärker. Die Erfindung ist insbesondere für einen mobilen Rundfunkempfänger geeignet, der große Änderungen in Bezug auf die Feldstärke eines empfangene Signals erfährt.
Mobile Rundfunkempfänger werden häufig in tragbaren Geräten verwendet oder sind in Fahrzeugen wie etwa Zügen, Autos oder Fahrrädern eingebaut. Stationäre Sendestationen bedienen einen geographischen Bereich mit Rundfunksignalen, deren Feldstärke aufgrund der zunehmenden Distanz sowie aufgrund von Überblendungen und Störungen variieren kann. Deshalb variiert die an einem mobilen Rundfunkempfänger empfangene Feldstärke stark in Abhängigkeit von der geographischen Position. Die Empfänger müssen also die Variationen der empfangenen Feldstärke zum Beispiel mithilfe von Eingangsverstärkern mit variabler Verstärkung kompensieren, die ein Steuersignal auf der Basis der momentan empfangenen Feldstärke erhalten.
Wenn der Empfänger eine hohe Feldstärke empfängt, weil er sich in der Nähe der Sendestation befindet, besteht die Möglichkeit, dass Intermodulationsprodukte und andere Störungen die Qualität der empfangene Signale beeinträchtigen. Derartige Störungen können zwar teilweise vermieden werden, indem eine entsprechende Verstärkungsschaltung in dem Empfänger vorgesehen wird, wobei diese Verstärker jedoch elektrische Energie verbrauchen, was bei Batterie-betriebenen Geräten unvorteilhaft ist, weil hier der Stromverbrauch begrenzt ist.
Auch bei anderen Geräten, die über eine theoretisch unbegrenzte Stromzufuhr verfügen, besteht das Problem einer Emission thermischer Wärme, was angesichts des Miniaturisierungstrends zu immer höheren Dichten in modernen Elektronikprodukten problematisch sein kann.
Zum Beispiel ist für einen Radio- oder Fernsehempfänger in einem Armaturenbrett eines Fahrzeugs nur ein begrenzter Raum vorgesehen, sodass die Wärmeableitung eingeschränkt ist. Dies ist insbesondere problematisch, weil dort viele andere wärmeempfindliche Komponenten installiert sind.
Folglich besteht ein Bedarf dafür, die Wärmeabgabe zu vermindern und eine Energiesparfunktion für Antennenverstärker und Rundfunkempfänger vorzusehen.
Diese Aufgabe wird durch einen Antennenverstärker und einen mobilen Rundfunkempfänger gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Idee besteht darin, ein Versorgungsspannungs-Steuersignal auf der Basis der Feldstärke des empfangenen Signals (bzw. der empfangenen Signale) zu erzeugen und entweder eine erste oder eine zweite Versorgungsspannung zu dem Schaltungsaufbau des Verstärkers in Übereinstimmung mit dem Versorgungsspannungs-Steuersignal zuzuführen. Dadurch kann der Verstärker die Versorgungsspannung reduzieren, wenn die empfangene Feldstärke gemäßigt ist, wobei der Verstärker jedoch weiterhin eine ausreichend hohe Versorgungsspannung anlegen kann, wenn die Feldstärke des empfangenen Signals an ihrer Obergrenze ist. Auf diese Weise können wesentliche Energieeinsparungen und eine entsprechend reduzierte Wärmeableitung erhalten werden, ohne dass die Qualität vermindert wird, mit der das Rundfunksignal an einer bestimmten geographischen Position des Empfängers empfangen werden kann.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform wird die Feldstärke des empfangenen Signals mit wenigstens einem zuvor gespeicherten Schwellwert verglichen. Auf der Basis des Vergleichsergebnisses wird das Versorgungsspannungs-Steuersignal erzeugt. Die Vergleichsoperation gestattet eine direkte Implementierung, um das Steuersignal auf der Basis der Feldstärke des empfangenen Signals zu erhalten, das z.B. bestimmt und mit aktualisierten Werten in einem Hintergrund-Tuner des Empfängers für eine optimale Sendestation-Auswahl gespeichert wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird standardmäßig beim Hochfahren des Antennenverstärkers die höchste Versorgungsspannung zu dem Schaltungsaufbau des Verstärkers zugeführt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die an dem Schaltungsaufbau angelegte Versorgungsspannung nur dann herabgesetzt, wenn die Feldstärke des empfangenen Signals für eine vorbestimmte Anzahl von Messwiederholungen kleiner als ein zuvor gespeicherter Schwellwert ist. Dadurch werden unnötige Schaltoperationen vermieden, indem eine Schaltoperation jeweils nur durchgeführt wird, nachdem mehrere Messzyklen die niedrige Feldstärke des empfangenen Signals bestätigt haben.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden die kombinierten Feldstärken einer Vielzahl von über mehrere Antennen empfangenen Signalen berücksichtigt, um das Versorgungsspannungs-Steuersignal zu erzeugen. Die Ausführungsform berücksichtigt eine Situation, in der die Antenne für ein relativ schwaches Rundfunksignal eingestellt ist, aber ein starkes Rundfunksignal von einer anderen Station an derselben oder an einer anderen Antenne empfangen wird und Intermodulationsprodukte und Störungen verursacht.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Sendeempfänger mit einem wie oben beschriebenen Antennenverstärker und vorzugsweise mit einem Hintergrund-Tuner, der die Feldstärke der empfangbaren Rundfunksignale misst.
Die Erfindung wird im Folgenden ausführlicher mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei
1 einen beispielhaften Rundfunkempfänger mit einer Vielzahl von Antennenverstärkern zeigt;
2 Details von einem der in 1 gezeigten Antennenverstärker zeigt; und
3 ein Flussdiagramm ist, das den Energiesparbetrieb der Antennenverstärker von 1 und 2 zeigt.
In 1 ist ein Rundfunkempfänger 100 mit beispielhaften vier Antennen 101 für den Empfang von analogen oder digitalen Radio- und Fernsehsignalen gezeigt. Die Antennenverstärker 110 verstärken das durch die Antennen empfangene Rundfunksignal und legen ihr Ausgabesignal an einer Schaltmatrix 120 an.
Durch die Schaltmatrix 120 kann ein beliebiges empfangenes Rundfunksignal an einer beliebigen gezeigten Tuner-Einheit 130 angelegt werden.
In dem spezifischen Beispiel sind drei Tuner-Einheiten vorgesehen. Es sollte jedoch deutlich sein, das auch mehr oder weniger Tuner-Einheiten vorgesehen werden können. Ein Tuner kann als analoger Radio-Tuner funktionieren, während ein anderer Tuner zum Empfangen von digitalen Radiosignalen wie z.B. DAB-T-Signalen ausgebildet ist. Weiterhin können die Tuner auch ausgebildet sein, um analoge oder digitale Fernsehsignale zu empfangen. In dem vorliegenden Beispiel ist ein Tuner als Hintergrund-Tuner vorgesehen, um das Frequenzspektrum auf verfügbare Sendestationen abzusuchen und mittels deines Spitzenpegel-Detektors 135 deren durch das Feldstärkesignal F wiedergegebene Feldstärke zu bestimmen. Alternativ zu der gezeigten Ausführungsform kann die Pegelfeststellung auch in einer folgenden Zwischenfrequenzstufe vorgenommen werden.
Der detaillierte Aufbau einer Tuner-Einheit sollte dem Fachmann bekannt sein. Es werden deshalb nur diejenigen Teile beschrieben und gezeigt, die in direktem Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung stehen.
Jeder der Antennenverstärker umfasst eine Vergleichsschaltung mit einem oder mehreren Schwellwertvergleichern 111 zum Vergleichen des Signals F, das die empfangene Feldstärke angibt, mit einem oder einer Vielzahl von Schwellwerten V_T. In der Figur ist der Einfachheit halber nur ein Vergleicher zum Vergleichen des Signals F mit dem Schwellwert gezeigt. Eine Vielzahl von Vergleichern ermöglicht einen Vergleich des Signals F mit unterschiedlichen Schwellwerten, um ein feineres Messergebnis zu erhalten.
Die Ausgabe der Vergleichers wird als Versorgungsspannungs-Steuersignal CTR verwendet und zu einer Versorgungsspannungs-Steuerschaltung gegeben, die mit Bezug auf 2 und 3 im größeren Detail beschrieben wird.
In 2 sind einige Details des Schaltungsaufbaus in dem Antennenverstärker 110 gezeigt. Wie in der Figur gezeigt, empfängt der Verstärker eine Hauptleistungs-Versorgungsspannung V_CC von beispielsweise 12 Volt aus dem Hauptleistungs-Versorgungsnetz des Fahrzeugs. Aus dieser Spannung sieht eine Spannungsversorgungseinheit 210 eine Vielzahl von unterschiedlichen Versorgungsspannungen V₁ ... V_n vor, die beispielsweise zwischen 2 und 12 Volt betragen. Die Vielzahl von unterschiedlichen Versorgungsspannungen wird an einem Selektor oder Multiplexer 220 angelegt, der das in der Schwellwertvergleichsschaltung 111 wie mit Bezug auf 1 beschrieben erzeugte Steuersignal CTR empfängt.
In Reaktion auf dieses Steuersignal wählt der Selektor 220 eine der Versorgungsspannungen V₁ ... V_n aus, um diese als Versorgungsspannung U_S an einem Verstärker 230 mit variabler Verstärkung anzulegen, der das Antennensignal empfängt.
Zum Beispiel kann U_S die Werte 5 oder 8 Volt in Abhängigkeit von dem angelegten Steuersignal CTR annehmen. Die variable Verstärkung des Verstärkers 230 wird in einer Rückkopplungs-Steuerschleife in Abhängigkeit von der tatsächlichen Feldstärke des empfangenen Signals gesteuert. Weil weiterhin die Versorgungsspannung für den Verstärker 230 mit variabler Verstärkung in Übereinstimmung mit der Feldstärke des empfangenen Signals variiert wird, kann eine optimale Betriebseigenschaft eines Verstärkungstransistors erhalten werden, wodurch der Energieverbrauch und die Wärmeemission reduziert werden.
Wie oben beschrieben, hat die veränderte Versorgungsspannung eine Änderung des Betriebspunkts des Hochfrequenz-Verstärkungstransistors zur Folge. Als alternative Implementierung zu der in 2 gezeigten kann auch eine andere Versorgungsspannung realisiert werden, indem entweder die Hauptleistungs-Versorgungsspannung V_CC geändert wird oder indem das Verhältnis eines Spannungsteilers in Übereinstimmung mit dem Steuersignal CTR geändert wird. Diese Implementierung kann einfacher und folglich weniger kostenaufwändig herzustellen sein als die Spannungsversorgungsschaltung 210 in Kombination mit dem Multiplexer 220.
3 zeigt den Steueralgorithmus des Energiesparbetriebs des Antennenverstärkers im größeren Detail. Nach dem Start (Schritt 300), d.h. nach dem Einschalten des Rundfunkempfängers, wird die höchste Versorgungsspannung als Standardwert genommen. Dann wird in Schritt 310 die Feldstärke des empfangenen Rundfunksignals oder der kombinierten Rundfunksignale gemessen und bestimmt. In dem nächsten Schritt 320 wird in der Vergleichsschaltung 111 ein Vergleich vorgenommen, um zu bestimmen, ob die Feldstärke des empfangenen Signals niedriger als ein vorbestimmter unterer Schwellwert ist. Wenn dies der Fall ist, wird ein Zählerwert inkrementiert, der die Anzahl der wiederholten Messungen zählt, bei denen die Feldstärke niedriger als der Schwellwert ist (Schritt 330).
Wenn die Feldstärke des empfangenen Signals für eine vorbestimmte Anzahl von Messwiederholungen niedriger als der untere Schwellwert ist, schreitet die Operation zu Schritt 340, wo das Versorgungsspannungs-Steuersignal erzeugt wird, das den Selektor 220 veranlasst, eine reduzierte Versorgungsspannung für den Antennenverstärker 230 auszuwählen. Dem Fachmann sollte deutlich sein, dass die Reduktion der Versorgungsspannung schrittweise erfolgen kann, bis eine zulässige Mindestspannung erreicht wird.
Wenn das Vergleichsergebnis in Schritt 320 angibt, dass die Feldstärke des empfangenen Signals höher als der vorbestimmte untere Schwellwert ist, wird in Schritt 305 geprüft, ob die Feldstärke über einem oberen Schwellwert ist. Wenn dies der Fall ist, wird ein Versorgungsspannungs-Steuersignal erzeugt (Schritt 360), das den Selektor 220 veranlasst, eine Versorgungsspannung als Spannung U_S für den Verstärker 230 auszuwählen. Die Erhöhung der Versorgungsspannung kann in Schritt 360 schrittweise erfolgen, bis eine zulässige maximale Spannung erreicht wird.
Wie oben beschrieben, wird in dem Antennenverstärker gemäß der vorliegenden Erfindung eine optimale Versorgungsspannung in Abhängigkeit von der Feldstärke des empfangenen Signals angelegt. Dadurch können beträchtliche Energieeinsparungen erzielt werden, ohne dass die Signalqualität durch Verzerrungen oder Intermodulationsprodukte beeinträchtigt wird.

Claims

Antennensignalverstärker für einen mobilen oder tragbaren Rundfunkempfänger mit einer Stromversorgungseinheit (210), die wenigstens eine erste und eine zweite Versorgungsspannung (V₁ ... V_n) vorsieht, einer Einheit zum Empfangen eines Feldstärkesignals, das die Feldstärke von wenigstens einem empfangenen Rundfunksignal angibt, einer Einheit (111) zum Erzeugen eines Versorgungsspannungs-Steuersignals (CTR) auf der Basis der Feldstärke des empfangenen Signals, und einer Einrichtung (210, 220) zum Anlegen der ersten oder zweiten Versorgungsspannung an dem Betriebsschaltungsaufbau (230) des Verstärkers in Übereinstimmung mit dem Versorgungsspannungs-Steuersignal (CTR).
Antennensignalverstärker nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Erzeugen des Versorgungsspannungs-Steuersignals weiterhin eine Einrichtung (111) zum Vergleichen der Feldstärke des empfangenen Signals mit wenigstens einem vorbestimmten Schwellwert (V_T) sowie zum Erzeugen des Versorgungsspannungs-Steuersignals (CTR) auf der Basis des Vergleichsergebnisses umfasst.
Antennensignalverstärker nach Anspruch 2, wobei wenn das Feldstärkesignal einen oberen vorbestimmten Schwellwert überschreitet, die höhere erste oder zweite Versorgungsspannung an dem Betriebsschaltungsaufbau (230) des Verstärkers angelegt wird.
Antennensignalverstärker nach Anspruch 3, wobei beim Einschalten des Antennenverstärkers die höhere erste oder zweite Versorgungsspannung an dem Betriebsschaltungsaufbau (230) des Verstärkers angelegt wird.
Antennensignalverstärker nach Anspruch 4, wobei wenn das Feldstärkensignal bei einer Anzahl von Messwiederholungen kleiner als ein unterer vorbestimmter Schwellwert ist, die niedrigere erste oder zweite Versorgungsspannung an dem Betriebsschaltungsaufbau (230) des Verstärkers angelegt wird.
Antennensignalverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Feldstärkesignal auf den kombinierten Feldstärken einer Vielzahl von empfangenen Antennensignalen erhalten wird.
Antennensignalverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Betriebsschaltungsaufbau des Verstärkers wenigstens einen Verstärkungstransistor umfasst.
Antenennsignalverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Betriebsschaltungsaufbau einen Verstärker mit variabler Verstärkung umfasst.
Antennensignalverstärker nach allen Ansprüchen 1 bis 8, wobei die Einrichtung zum Anlegen der ersten oder zweiten Versorgungsspannung eine Spannungsversorgungsschaltung (210) zum Zuführen einer Vielzahl von verschiedenen Versorgungsspannungen und einen Multiplexer (220) zum selektiven Ausgeben einer Versorgungsspannung für das Anlegen an dem Betriebsschaltungsaufbau des Verstärkers in Reaktion auf das Versorgungsspannungs-Steuersignal (CTR) umfasst.
Antennensignalverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Einrichtung zum Anlegen der ersten oder zweiten Versorgungsspannung eine Einrichtung zum Dividieren einer Hauptleistungs-Versorgungsspannung (Vcc) durch einen unterschiedlichen Teilungsfaktor je nach dem Versorgungsspannungs-Steuersignal umfasst.
Mobiler Rundfunkempfänger mit einem Antennensignalverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 10, der weiterhin eine Einrichtung zum Messen der Feldstärke von wenigstens einem der empfangenen Rundfunksignale umfasst.
Mobiler Rundfunkempfänger nach Anspruch 11, der weiterhin eine Schaltmatrix (20) umfasst, um eines aus einer Vielzahl von empfangenen Rundfunksignalen oder eine Kombination derselben an der Einrichtung zum Messen der Feldstärke anzulegen.
Mobiler Rundfunkempfänger nach einem der Ansprüche 11 bis 12, wobei die Einrichtung (135) zum Messen der Feldstärke in einem Hintergrund-Tuner eingebettet ist.
Mobiler Rundfunkempfänger nach einem der Ansprüche 9 bis 11, der weiterhin einen Pegeldetektor (135) zum Feststellen des Spitzenpegels einer Trägerfrequenz in einem Fernsehsignal umfasst.