DE60001940T2

DE60001940T2 - Verstärkerschaltung

Info

Publication number: DE60001940T2
Application number: DE60001940T
Authority: DE
Inventors: Ian James Chelmsford FORSTER
Original assignee: AB Dick Holdings Ltd
Current assignee: Mineral Lassen LLC
Priority date: 1999-05-22
Filing date: 2000-05-17
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2020-05-18
Also published as: GB9911880D0; GB2350958B; KR20020053033A; DE60003925D1; US6480062B1; GB2350957B; WO2000072440A1; EP1188231A1; ATE236473T1; ATE245317T1; CA2371595A1; CN1365537A; US6799027B1; JP4498620B2; GB2350957A; DE60003925T2; CA2371593A1; EP1186097A1; KR100849001B1; DE60001940D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstärkerschaltung, insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf eine Verstärkerschaltung, die in Funkempfängern für eine Bandpaßverstärkung bei Zwischenfrequenzen sorgt.
Verstärker werden im Stand der Technik weitgehend verwendet, um Eingangssignale zu verstärken, die an ihnen angelegt sind, um für verstärkte Ausgangssignale zu sorgen. Dies ist insbesondere für Funkempfänger wichtig, für welche Strahlung, die von ihnen empfangen wurde, entsprechende, bei der Antenne empfangene Signale erzeugt, die typischerweise eine Amplitude von Mikrovolt haben. Die Funkempfänger verwenden dabei Verstärker, um solche empfangene Signale auf eine Amplitude in der Größenordnung von Millivolt bis Volt zu verstärken, um zum Beispiel einen Lautsprecher zu betreiben. Da es schwierig ist, Verstärker, die dafür entworfen sind, bei Hochfrequenzen zu verstärken, an spontanen Oszillationen zu hindern, insbesondere wenn sie Stufen aufweisen, die für eine Kaskadenverstärkung sorgen, ist es gebräuchlich, die empfangenen Signale auf niedrigere Zwischenfrequenzen zu überlagern, für welche es einfacher ist, für einen hohen Grad der Verstärkung zu sorgen und auch für eine selektivere Bandpaßsignalfilterung zu sorgen.
In Funkempfängern aus dem Stand der Technik ist es deshalb gebräuchlich, für einen Großteil der Signalverstärkung, die bei Zwischenfrequenzen erforderlich ist, nämlich Frequenzen, die zwischen den Frequenzen der empfangenen Strahlung und den Audio- oder Videofrequenzen liegen, zu sorgen. Ein Funkempfänger empfängt zum Beispiel Strahlung bei einer Frequenz von 500 MHz und erzeugt ein entsprechendes, bei der Antenne empfangenes Signal mit ebenfalls 500 MHz. Der Empfänger überlagert das empfangene Signal, um ein Zwischenfrequenzsignal in einem Frequenzbereich von ungefähr 10,7 MHz zu erzeugen, das dann verstärkt und gefiltert wird, und demoduliert das verstärkte Zwischenfrequenzsignal schließlich, um ein entsprechendes Audioausgangssignal zu erzeugen, das Signalkomponenten in einem Frequenzbereich von 100 Hz bis 5 kHz hat.
Da das Funkfrequenzspektrum zunehmend verstopft wird, gibt es seit neuestem einen Trend, einen Ultrahochfrequenz(UHF)-Bereich für gegenwärtige Kommunikationssysteme zu verwenden, nämlich ungefähr 500 MHz; die Übertragung bei Mikrowellenfrequenzen, zum Beispiel 1 GHz bis 30 GHz, wird nun auch verwendet. Verbunden damit ist ein Trend beim Entwurf von modernen Funkempfängern Zwischenfrequenzverstärkung bei einigen 10 MHz oder mehr zu verwenden; Dies wird getan, um eine angemessene Geisterbildunterdrückung bei der Verwendung der Überlagerungsprozesse zu erhalten.
Bei modernen Mobiltelefonen wird für die meiste Signalverstärkung bei Zwischenfrequenzverstärkerschaltungen, die darin eingezogen sind, gesorgt. Diese Schaltungen weisen Übertragungssverstärker und zugehörige Oberflächenwellen(SAW)- oder Keramikfilter auf, um für eine Signalverstärkungseigenschaft mit engem Bandpasses zu sorgen; die Schaltungen und ihre dazugehörigen Filter werden gewöhnlich kollektiv als „Zwischenfrequenzstreifen" bezeichnet. Solche Übertragungsverstärker verbrauchen beim Betrieb einen bedeutenden Strom, zum Beispiel verbrauchen Zwischenfrequenzverstärkerschaltungen, die in Mobiltelefonen eingesetzt werden, typischerweise zwischen mehreren hundert Mikroampere und mehreren mA Strom beim Betrieb.
Um moderne Mobiltelefone mit ausgedehnter Betriebszeit von ihren zugehörigen Batterien bereitzustellen, wurden neue Batterietypen untersucht und entwickelt, die für eine verbesserte Ladungsspeicherung im Verhältnis zum Gewicht sorgen, zum Beispiel wiederaufladbare Metallhydrid- und Lithium-Batterien.
Eher als sich darauf zu konzentrieren, die Batterientechnologie zu verbessern, ging der Erfinder davon aus, daß die Verringerung des Stromverbrauchs von Zwischenfrequenzverstärkerschaltungen in Funkempfängern wünschenswert ist, um für eine ausgedehnte Betriebszeit von Batterien zu sorgen. Die Erfindung wurde deshalb in dem Bemühen gemacht, einen alternativen Typ von Verstärkerschaltung zu schaffen, zum Beispiel eine Schaltung, die besonders geeignet für die Verwendung bei Zwischenfrequenzen in Funkempfängern ist und fähig ist, weniger Strom zum Betrieb zu benötigen.
Aus dem Stand der Technik, wie in der japanischen Patentanmeldung JP 600127806A beschrieben, ist es bekannt, einen mehrstufigen Mikrowellenverstärker zu schaffen, der eine Kaskadenreihe von Zwischenstufenisolatoren aufweist, die mit den dazugehörigen Relexionsverstärkern und Verzögerungsschaltungen verbunden sind. Die Zirkulatoren sind betreibbar, um das Entstehen von spontanen Oszillationen in den Mikrowellenverstärker zu verhindern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Verstärkerschaltung zum Empfang eines Eingangssignals und Erzeugung eines entsprechenden verstärkten Ausgangssignals geschaffen, wobei die Schaltung dadurch gekennzeichnet ist, daß sie aufweist:

(a) mehrere Reflexionsverstärker, die entlang eines Signalpfads in Reihe geschaltet sind und betreibbar sind, um das Eingangssignal zu verstärken, daß sich in einer Vorwärtsrichtung da entlang fortpflanzt, um das Ausgangssignal zu erzeugen; und
(b) Verbindungseinrichtungen zum Verbinden der Reflexionsverstärker, um den Signalpfad zu bilden und um die Signalfortpflanzung in eine entgegengesetzte Richtung da entlang zu verhindern, wodurch der Entstehung spontaner Oszillation innerhalb der Schaltung entgegengewirkt wird, wobei die Verbindungseinrichtungen eine Schalteinrichtung aufweisen, um wahlweise Reflexionsverstärker so zu schalten, daß jeder Reflexionsverstärker betreibbar ist, um Signale zu empfangen, die sich in Vorwärtsrichtung entlang des Pfads fortpflanzen, und um die Signale nach Verstärkung am Signalpfad auszugeben, um sich weiter in Vorwärtsrichtung da entlang fortzupflanzen, wobei die Reflexionsverstärker eine Verzögerungseinrichtung zur Verzögerung der Signalfortpflanzung zu und von den Reflexionsverstärkern aufweisen.

Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß der Einbau der Verzögerungseinrichtung die Schalteinrichtung befähigt, das Eingangssignal in diskrete Segmente zu unterteilen, die für eine Zeitdauer innerhalb der Verzögerungseinrichtung gespeichert werden, wodurch die Schalteinrichtung genügend Zeit hat, die Segmente in Vorwärtsrichtung entlang des Signalpfads zu leiten und sie daran zu hindern, in der entgegengesetzten Richtung entlang des Pfads zu fließen, was zur spontanen Oszillation führen würde.
Ein Fachmann würde es aufgrund von spontanen, störenden Oszillationen, die während des Betriebs auftreten würden, nicht für praktikabel halten, mehrere Reflexionsverstärker miteinander zu verbinden und von ihnen eine stabile Verstärkung zu erhalten. Die Schaltung geht auf dieses Problem ein, indem sie eine Verbindungseinrichtung einbezieht, die die beabsichtigte Signalverstärkung in der Schaltung fördert und der Signalverstärkung, die zur Entstehung von spontaner Oszillation in ihr führt, entgegenwirkt.
Spontane Oszillation ist als selbstinduzierte Oszillation definiert, die entlang eines Signalpfads auftritt und für eine Verstärkung als Folge von Rückkopplung, die bei oder innerhalb des Signalpfads auftritt, sorgt.
Geeigneterweise weist die Verzögerungseinrichtung daher mehrere Verzögerungsleitungen auf, so daß eine Verzögerungsleitung zwischen jedem Reflexionsverstärker und der Schalteinrichtung liegt. Dies hat den Vorteil, daß jeder Reflexionsverstärker durch die Schalteinrichtung mit dem Zweck isoliert werden kann, diskrete Signalsegmente zu schalten.
Vorzugsweise können die Verzögerungsleitungen betrieben werden, um für eine Bandpaßsignalübertragung durch sie zu sorgen. Ein Vorteil liegt darin, daß die Verstärkerschaltung fähig ist, für eine Bandpaßübertragungseigenschaft zu sorgen, die für Zwischenfrequenzverstärker zur Verwendung in Funkempfängern und Mobiltelefonen zum Beispiel geeignet ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung ein Verfahren zur Verstärkung eines Eingangssignals und Erzeugung eines entsprechenden, verstärkten Ausgangssignals, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:

(a) Bereitstellen mehrerer Reflexionsverstärker, die entlang eines Signalpfads in Reihe geschaltet sind, und von Verbindungseinrichtungen zum Verbinden der Reflexionsverstärker mit dem Signalpfad, wobei die Verbindungseinrichtungen betreibbar sind, um die Signalfortpflanzung in eine Vorwärtsrichtung entlang des Pfads zu unterstützen und der Signalfortpflanzung in einer entgegengesetzten Richtung da entlang entgegenzuwirken, wobei die Verbindungseinrichtungen eine Schalteinrichtung aufweisen, um wahlweise eine Vielzahl von Reflexionsverstärkern so zu schalten, daß jeder Verstärker betreibbar ist, um Signale zu empfangen, die sich in Vorwärtsrichtung entlang des Signalpfads fortpflanzen, und um die Signale nach Verstärkung am Signalpfad auszugeben, um sich weiter in der Vorwärtsrichtung da entlang fortzupflanzen, wobei die Reflexionsverstärker eine Verzögerungseinrichtung zur Verzögerung der Signalpfadfortpflanzung zu und von den Relfexionsverstärkern aufweisen;
(b) Empfangen des Eingangssignals auf dem Signalpfad;
(c) Leiten des Eingangssignals über die Verbindungseinrichtung zu einem der Reflexionsverstärker zur Verstärkung darin, um ein verstärktes Signal zu erzeugen;
(d) Leiten des verstärkten Signals in Vorwärtsrichtung zu einem weiteren der Reflexionsverstärker zur weiteren Verstärkung darin;
(e) Wiederholen des Schritts (d), bis das verstärkte Signal einen Ausgang des Signalpfads erreicht; und
(f) Ausgeben des verstärkten Signals als Ausgangssignal von dem Signalpfad.

Ein Vorteil des Verfahren ist, daß während Verstärkung das Signal selektiv von Verstärker zu Verstärker in einer Vorwärtsrichtung entlang des Signalpfads geleitet wird, wodurch entgegengewirkt wird, daß irgendeiner der Verstärker das Eingangssignal wieder verstärkt, und wodurch das Entstehen von irgendwelchen Rückkopplungsschleifen, in denen spontan Oszillation entstehen kann, verhindert wird.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun nur beispielhaft anhand der folgenden Diagramme beschrieben, in denen:
1 ein Schaubild einer Verstärkerschaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist; und
2 ein Schaubild einer Schaltung eines Reflexionsverstärkers zum Einbau in der Schaltung aus 1 ist.
In 1 ist eine Verstärkerschaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, die mit 100 bezeichnet ist, gezeigt. Die Schaltung 100 umfaßt vier Reflexionsverstärker 110, 120, 130, 140, vier Bandpaßfilterverzögerungselemente 150, 160, 170, 180, vier Schalter 200, 210, 220, 230 und zwei logische Inverter 250, 260. Die Verstärker 110, 120, 130, 140 in Verbindung mit ihren zugehörigen Verzögerungselementen 150, 160, 170, 180 und ihren Schaltern 200, 210, 220, 230 sind so verbunden, daß sie die STUFE 1, die STUFE 2, die STUFE 3 bzw. die STUFE 4 bilden. Die STUFEN 1-4 sind innerhalb der gestrichelten Linien 300-330 jeweils gezeigt. Die STUFE 4 und die STUFE 4 weisen auch die Inverter 250 bzw. 270 auf.
Jedes Filterelement 150, 160, 170, 180 weist einen ersten Signalanschluß T1 und einen zweiten Signalanschluß T2 auf. Beim Betrieb sorgt jedes der Filterelemente 150, 160, 170, 180 für Bandpaßsignalfilterung als auch Signalspeicherung für eine Periode τ, wobei sie für eine Signalfortpflanzungsverzögerung durch sie sorgen. Die Filterelemente sind gegenseitig identisch, sie sorgen nämlich für eine identische Bandpaßübertragungseigenschaft mit gegenseitig ähnlichen Mittenfrequenzen und jedes kann als individuelles Bauteil ausgeführt sein oder auf einem einzelnen Substrat integriert sein.
Die Reflexionsverstärker 110, 120, 130, 140 sind gegenseitig identisch und verwenden eine Schaltungsanordnung, die in 2 gezeigt ist. Solche Reflexionsverstärker werden auch in unserem britischen Patent Nr. GB 2 284 323B beschrieben, das hiermit als Referenz einbezogen ist.
Jeder Verstärker 110, 120, 130, 140 bezieht einen Eingangs/Ausgangsanschluß T3 ein, an dem Signale empfangen und dann mit vergrößertem Betrag wegen eines negativen Widerstands, der bei dem Anschluß T3 während des Betriebs vorhanden ist, reflektiert werden.
Die Schalter 200, 210, 220, 230 sind gegenseitig identisch. Jeder Schalter weist einen Schleifanschluß A, zwei Schaltpolanschlüsse B und C und einen Schaltsteuerungsanschluß D zum Empfang eines binären Schaltsignals auf, das beim Betrieb zwischen einem logischen Zustand 0 und einem logischen Zustand 1 wechselt. Wenn das binäre Signal in dem logischen Zustand 0 ist, ist der Anschluß A mit dem Anschluß B verbunden. Umgekehrt ist der Anschluß A mit dem Anschluß C verbunden, wenn das binäre Signal in dem Zustand 1 ist.
Die Anschlüsse D der Schalter 210, 230 sind über die Inverter 250, 260 jeweils mit einer angewandten Steuerleitung, die durch S_C dargestellt ist, verbunden. Außerdem sind die Anschlüsse D der Schalter 200, 220 direkt mit der Steuerleitung S_C verbunden. Deshalb sind die Schalter 200, 220 beim Betrieb in bezug auf die Schalter 210, 230 aufgrund der relativen Schleifanschlußpositionen entgegengesetzt verbunden.
In jeder der STUFEN 1-4 ist der Anschluß A mit dem Anschluß T1 verbunden, und der Anschluß T2 ist mit dem Anschluß T3 verbunden. Außerdem ist der Anschluß B der STUFE 1 verbunden, um ein Eingangssignal S_in zu empfangen, und der Anschluß C der STUFE 4 ist mit dem Ausgang eines Ausgangssignals S_out verbunden. Außerdem sind die Anschlüsse C der STUFEN 1-3 mit den Anschlüssen D der STUFEN 2-4 jeweils verbunden.
Der Betrieb der Schaltung 100 wird nun mit Bezugnahme auf 1 beschrieben. Anfangs zu einer Zeit t = 0 ist das Steuersignal S_C in dem logischen Zustand 0, so daß die Anschlüsse A der Schalter 200, 220 mit den Anschlüssen B davon verbunden sind und die Anschlüsse A der Schalter 210, 230 sind mit den Anschlüssen C davon verbunden. Das Signal S_in geht zu dem Anschluß B des Schalters 200 und geht über ihn von dem Anschluß A zu dem Anschluß T1 des Filterelements 150 weiter. Das Signal S_in pflanzt sich durch das Filter-element 150 fort, in welchem es gefiltert wird, und tritt von dort zur Zeit T = τ als ein erstes verzögertes Signal aus. Das erste Signal wird durch den Reflexionsverstärker 110 verstärkt und wird dann zurück in das Filterelement 150 reflektiert, durch welches es sich fortpflanzt, um zu einer Zeit T = 2τ als ein zweites, verzögertes Signal auszutreten.
Zur Zeit T = 2τ schaltet das Signal S_C auf den logischen Zustand 1, der die Anschlüsse A der Schalter 200, 220 mit ihren Anschlüssen C verbindet, und verbindet die Anschlüsse A der Schalter 210, 230 mit ihren Anschlüssen B. Das zweite Signal läuft von dem Anschluß C der STUFE 1 zu dem Anschluß B der STUFE 2, von wo es sich zu dem Filterelement 160 fortpflanzt, um von da an seinem Anschluß T2 als ein drittes, verzögertes Signal zu einer Zeit T = 3τ auszutreten. Das dritte Signal wird reflektierend von dem Reflexionsverstärker 120 verstärkt und läuft dann zu dem Filterelement 160 zurück, um sich durch es fortzupflanzen, um als ein viertes verzögertes Signal zu einer Zeit t = 4τ an dem Anschluß T1 auszutreten.
Zu einer Zeit t = 4τ schaltet das Signal S_C auf den logischen Zustand 0 zurück, was die Anschlüsse A der Schalter 200, 220 mit ihren Anschlüssen C wieder verbindet, und verbindet die Anschlüsse A der Schalter 200, 230 mit ihren Anschlüssen B. Dies isoliert die STUFEN 1 und 2 und ebenso die STUFEN 3 und 3 gegenseitig, wodurch Signale daran gehindert werden, zu dem Anschluß B der STUFE 1 zurückzulaufen, wodurch spontaner Oszillation, die aufgrund der Reflexion von Strahlung zwischen einer Stufe und ihrer vorausgehenden Stufe auftritt, entgegengewirkt wird. Das vierte Signal pflanzt sich weiter durch die STUFEN 3 und 4 auf ähnliche Weise wie durch die STUFEN 1 und 2 fort und wird schließlich bei den Ausgang C der STUFE 4 zu einer Zeit t = 8τ, nämlich als das Ausgangssignal S_out ausgegeben.
Der Einbau der Schalter 200, 210, 220, 230, um die Verstärker 110, 120, 130, 140 wie oben beschrieben periodisch zu isolieren, hat den Vorteil, daß die Bildung von stehenden Wellen innerhalb der Schaltung 100 unterbrochen wird, wodurch spontaner Oszillation in ihr entgegengewirkt wird. Dies erlaubt eine höhere Signalverstärkung, die sich +30 dB, welche zum Beispiel für jede Stufe erreicht werden soll, annähert. Wenn die Schalter ausgelassen würden und die Anschlüsse T1 der Filterelemente miteinander verbunden wären, um einen gemeinsamen Eingangs/Ausgangs-Knoten zu bilden, würden mehrere Oszillationsprobleme in der Schaltung aufgrund der ununterbrochenen Signalreflexion von Stufe zu Stufe auftreten.
Die Schaltung 100 sorgt somit für eine pseudokontinuierliche Verstärkung, die periodisch mit Intervallen von 4τ für eine Periode 2τ unterbrochen wird. Außerdem erfordern die Signale eine Periode von 8τ, um sich durch die Schaltung 100 fortzupflanzen. Wenn die Schaltung in einem Funkempfänger eingebaut wird, wird das Ausgangssignal S_out daraufhin demoduliert und Hochfrequenzartefakte, die dabei aufgrund der pseudokontinuierlichen Natur des Signals S_out auftreten, werden durch Filterung entfernt.
Die Schaltung 100 kann auf verschiedene Arten verändert werden, um nämlich veränderte Schaltungen zu schaffen:

(a) die Filterelemente 150-180 können gegenseitig unterschiedliche Filterungseigenschaften haben, obwohl sie alle für eine gegenseitig ähnliche Fortpflanzungsverzögerung τ sorgen und in Verbindung, wenn beim Betrieb Signale darüber übertragen werden;
(b) obwohl vier Stufen, nämlich die STUFEN 1-4 in der Schaltung eingeschlossen sind, können zwei oder mehr Stufen verwendet werden;
(c) die Reflexionsverstärker 110-140 können gegenseitig unterschiedlich sein und für eine gegenseitig unterschiedliche Signalverstärkung sorgen, zum Beispiel kann die STUFE 1 für eine größere Verstärkung relativ zur STUFE 4 sorgen; und
(d) die Relfexionsverstärker 110, 120, 130, 140 können so aufgebaut sein, daß ihre Vorströme zum Beispiel durch ein automatisches Verstärkungssteuer (AGC)-Signal gesteuert werden, so daß die Verstärkung, für die durch die Verstärkerschaltung 100 gesorgt wird, als Antwort auf die Größe des Eingangssignal S_in dynamisch veränderlich ist.

Es ist charakteristisch für die Reflexionsverstärker 110- 140, daß für eine Nennverstärkung in ihnen sich ihre Bandbreite verringert, wenn ihr Versorgungsstrom verringert wird. Wenn die Schaltung 100 für eine enge Verstärkungsbandbreite von 50 kHz bei 500 MHz und 100 dB Verstärkung sorgt, kann der Stromverbrauch der Schaltung 100 auf ein paar zehn Mikroampere für ein Stromversorgungspotential von 3 Volt, welches daran angelegt ist, sorgen; dies ist ein beträchtlich geringerer Strom als der von Übertragungsverstärkerschaltung aus dem Stand der Technik, die zum Bei spiel mehrere mA Strom verbrauchen würden, um für eine entsprechende Verstärkungsfunktion zu sorgen.
Die Reflexionsverstärker 110-140 werden nun weiter mit Bezugnahme auf 2 beschrieben werden. Eine Schaltung für jeden der Verstärker 110-140 ist mit 400 bezeichnet. Die Schaltung 400 befindet sich innerhalb einer gestrichelten Linie 410 und umfaßt einen Silizium- oder Galliumarsenid (GaAs)-Transistor, der mit 420 bezeichnet ist, einen Kondensator 430 und einen Widerstand 440, die ein Anschlußnetzwerk für den Transistor 420 bilden, einen Rückkopplungskondensator 450, einen Induktor 460 und einen Widerstand 470, die ein Vorspannungsnetzwerk bilden, und eine Stromquelle 480. Die Schaltung 400 weist einen Eingangs/ Ausgangsanschluß T3 auf, der mit einer Steueranschlußelektrode 420g des Transistors 420 und einem ersten Anschluß des Kondensators 450 verbunden ist.
Die Schaltung 400 ist mit einer Stromversorgung 500 verbunden, um die Schaltung 400 mit Strom zu versorgen; die Versorgung 500 ist auch mit den anderen der Reflexionsverstärker 110-140 verbunden. Die Versorgung 500 ist mit einer Senkenelektrode 420d des Transistor 420 verbunden und auch mit einem ersten Anschluß des Kondensators 430; ein zweiter Anschluß des Kondensators 430 ist geerdet. Der Kondensator 450 weist einen zweiten Anschluß auf, der mit einer Quellenelektrode 420s des Transistors 420, mit dem Widerstand 440, der geerdet ist, und über den Induktor 460 und den Widerstand 470 in Reihe mit der Quelle 480, die geerdet ist, verbunden ist.
Beim Betrieb der Schaltung 400 empfängt die Steueranschlußelektrode 420g ein ankommendes Signal, das über den Anschluß T3 angelegt ist. Das ankommende Signal verursacht den F1uß eines Signalstroms, der dem ankommenden Signal entspricht, zwischen der Quellenelektrode 420g und der Sen kenelektrode 420d. Der Signalstrom wird durch die Kapazitäten zwischen Steueranschluß und Senke und Steueranschluß und Quelle des Transistors 420 und auch durch den Kondensator 450 gekoppelt, wodurch ein abgehendes Signal bei der Steueranschlußelektrode 420g erzeugt wird, das eine verstärkte Version des ankommenden Signals ist. Das ankommende Signal wird bei der Steueranschlußelektrode 422g reflekiert, wo es mit dem abgehenden Signal kombiniert wird, das durch den Anschluß T3 austritt.
Weil die Schaltung 400 das ankommende Signal empfängt und das kombinierte Signal über einen Anschluß, nämlich den Anschluß T3 zurückgibt, verhält sie sich wie ein reflektierender, negativer Widerstand.
Die Schaltung 400 und ihre zugehörigen Komponenten, die innerhalb der gestrichelten Linie 410 gezeigt sind, sind fähig, für eine hohe Stromverstärkung, die sich +30 dB annähert, für einen Senken/Quellenstrom durch den Transistor 420 in der Größenanordnung von einigen zehn Mikroampere zu sorgen. Eine so hohe Stromverstärkung ist nicht für einen Transmissionsverstärker erreichbar, der mit einen so niedrigen Versorgungsstrom arbeitet.
Wenn die Verstärkerschaltung 100, die mehrere der Schaltungen 400 einbezieht, in ein Mobiltelefon als Teil ihres Zwischenfrequenzstreifens eingebaut ist, ist sie fähig, den Stromverbrauch des Telefons, der mit der Verstärkung von Signalen bei Zwischenfrequenzen in ihr verbunden ist, verglichen mit dem Stand der Technik um eine Größenordnung zu verringern. Dies ist ein beträchtlicher Vorteil und sorgt für eine ausgedehnte Dauer des Telefonbetriebs mit einer Stromversorgung von beispielsweise wiederaufladbaren Batterien.
Die Verstärkerschaltung 100 weist eine Kaskadenreihe von Reflexionsverstärkern auf, die verbunden sind, um einen Signalpfad zu bilden, entlang dessen die Eingangssignalverstärkung auftritt. Die Reflexionsverstärker sind durch geschaltete Einrichtungen verbunden, zum Beispiel die Schalter 200, 210, 220, 230 und die Filterelemente 150, 160, 170, 180, um die Signalfortpflanzung in einer Vorwärtsrichtung entlang des Pfades zur Verstärkung zu erleichtern und der Signalfortpflanzung in einer entgegengesetzten Richtung entlang des Pfads, die zu spontaner Oszillation führen kann, entgegenzuwirken. Dies ermöglicht das Erreichen einer höheren Verstärkung für einen niedrigeren Stromverbrauch, der niedriger ist als der, welcher für Transmissionsverstärker aus dem Stand der Technik erforderlich ist, die eine vergleichbare Verstärkung aufweisen.
Fachleute werden es zu schätzen wissen, daß die Schaltung 100 verändert werden kann, ohne aus dem Schutzumfang der Erfindung zu fallen. Somit können alternative Schalteinrichtungen oder äquivalente Einrichtungen für Reflexionsverstärker verwendet werden, vorausgesetzt, daß sie ähnliche Merkmale wie die Schalter der Schaltung 100 aufweisen, nämlich daß sie dem Entstehen von spontaner Oszillation entgegenwirken.
Die Schaltung 100 kann in Funkempfänger, zum Beispiel Mobiltelefone, eingebaut werden, die dann als Zwischenfrequenzstreifen in ihnen wirken. Wenn die Schaltung außerdem mit einem Demodulator ausgestattet ist, um Signale, die von der Schaltung 100 ausgegeben werden, umzuwandeln, ist die Schaltung fähig, als ein Zwischenfrequenzempfänger zu arbeiten.

Claims

Verstärkerschaltung (100) zum Empfang eines Eingangssignals (S_in ) und Erzeugung eines entsprechenden, verstärkten Ausgangssignals (S_out ), dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (100) aufweist: (a) mehrere Reflexionsverstärker (110, 120, 130, 140), die entlang eines Signalpfads in Reihe geschaltet sind und betreibbar sind, um das Eingangssignal (S_in ) zu verstärken, das sich in eine Vorwärtsrichtung da entlang fortpflanzt, um das Ausgangssignal (S_out ) zu erzeugen; und (b) Verbindungseinrichtungen (150, 160, 170, 180, 200, 210, 220, 230) zum Verbinden der Reflexionsverstärker (110, 120, 130, 140), um den Signalpfad zu bilden und um die Signalfortpflanzung in eine entgegengesetzte Richtung da entlang zu verhindern, wodurch der Entstehung spontaner Oszillation innerhalb der Schaltung entgegengewirkt wird, wobei die Verbindungseinrichtungen eine Schalteinrichtung (200, 210, 220, 230) aufweisen, um wahlweise mehrere Reflexionsverstärker (110, 120, 130, 140) so zu schalten, daß jeder Reflexionsverstärker betreibbar ist, um Signale zu empfangen, die sich in Vorwärtsrichtung entlang des Pfads fortpflanzen, und um die Signale nach Verstärkung am Signalpfad auszugeben, um sich weiter in Vorwärtsrichtung da entlang fortzupflanzen, wobei die Reflexionsverstärker (110, 120, 130, 140) eine Verzögerungseinrichtung zur Verzögerung der Signalfortpflanzung zu und von den Reflexionsverstärkern (110, 120, 130, 140) aufweisen.
Schaltung nach Anspruch 1, wobei die Verzögerungseinrichtung mehrere Verzögerungsleitungen aufweist, so daß eine Verzögerungsleitung zwischen jedem Reflexionsverstärker (110, 120, 130, 140) und der Schalteinrichtung (200, 210, 220, 230) verläuft.
Schaltung nach Anspruch 2, wobei die Verzögerungsleitungen betreibbar sind, um für eine Signalverzögerung mit einer Periode τ darüber zu sorgen, und wobei die Schalteinrichtung (200, 210, 220, 230) aufgebaut ist, um abwechselnd mit einer Frequenz zu schalten, die eine zugeordnete Zeitperiode hat, welche ein Vielfaches der Periode τ ist.
Schaltung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Verzögerungsleitungen akustische Oberflächenwellen-, akustische Raumwellen- oder Keramikbauteile aufweisen.
Schaltung nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei die Verzögerungsleitungen betreibbar sind, um für eine Bandpaßsignalübertragung darüber zu sorgen.
Schaltung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, wobei die Schalteinrichtung eine Anzahl von Schaltern (200, 210, 220, 230) aufweist, die in Reihe geschaltet sind, um den Signalpfad zu bestimmen, wobei die Schalter betreibbar sind, so daß die Schalter, die miteinander benachbart sind, wechselseitig in entgegengesetzten Verbindungszuständen sind, um in Zusammenarbeit mit den Verzögerungseinrichtungen der Signalfortpflanzung in einer entgegengesetzten Richtung entlang des Signalpfads entgegenzuwirken.
Zwischenfrequenzstreifen mit einer Verstärkerschaltung nach einem vorhergehenden Anspruch.
Zwischenfrequenzempfänger mit einer Verstärkerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Mobiltelefon mit einer Verstärkerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Verfahren zur Verstärkung eines Eingangssignals (S_in ) und Erzeugung eines entsprechenden, verstärkten Ausgangssignals (S_out ), wobei das Verfahren folgende Schritte um faßt: (a) Bereitstellen mehrerer Reflexionsverstärker (110, 120, 130, 140), die entlang des Signalpfads in Reihe geschaltet sind, und von Verbindungseinrichtungen (150, 160, 170, 180, 200, 210, 220, 230) zum Verbinden der Reflexionsverstärker (110, 120, 130, 140) mit dem Signalpfad, wobei die Verbindungseinrichtungen betreibbar sind, um die Signalfortpflanzung in eine Vorwärtsrichtung entlang des Pfads zu unterstützen und der Signalfortpflanzung in einer entgegengesetzten Richtung da entlang entgegenzuwirken, wobei die Verbindungseinrichtungen eine Schalteinrichtung (200, 210, 220, 230) aufweisen, um wahlweise eine Vielzahl von Reflexionsverstärkern (110, 120, 130, 140) so zu schalten, daß jeder Verstärker betreibbar ist, um Signale zu empfangen, die sich in der Vorwärtsrichtung entlang des Signalpfads fortpflanzen, und um die Signale nach Verstärkung am Signalpfad auszugeben, um sich weiter in der Vorwärtsrichtung da entlang fortzupflanzen, wobei die Reflexionsverstärker (110, 120, 130, 140) eine Verzögerungseinrichtung zur Verzögerung der Signalfortpflanzung zu und von den Reflexionsverstärkern (110, 120, 130, 140) aufweisen; (b) Empfangen des Eingangssignals (S_in ) auf dem Signalpfad; (c) Leiten des Eingangssignals über die Verbindungseinrichtung zu einem der Reflexionsverstärker zur Verstärkung darin, um ein verstärktes Signal zu erzeugen; (d) Leiten des verstärkten Signals in Vorwärtsrichtung zu einem weiteren der Reflexionsverstärker zur weiteren Verstärkung darin; (e) Wiederholen des Schritts (d) bis das verstärkte Signal einen Ausgang des Signalpfads (S_out ) erreicht; und (f) Ausgeben des verstärkten Signals als Ausgangssignal von dem Signalpfad.