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Die
Erfindung betrifft eine Korrekturvorrichtung einer Amplitudendifferenz
zwischen zwei Signalen. Die Erfindung betrifft darüber hinaus
ein Empfangsgerät
zum Empfang eines Radiofrequenzsignals.
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Vergleiche
der Amplituden zweier elektrischer Signale werden allgemein für unterschiedlichste
elektronische Schaltkreise beispielsweise mit dem Ziel der Verstärkungsregelung
vorgenommen. Während
sich die Amplituden zweier synchroner Signale mittels einfacher
Vergleicher problemlos vergleichen lassen, ist dies nicht der Fall,
wenn diese Signale phasenverschoben sind. Derartige Signale erreichen folglich
zu unterschiedlichen Momenten Maximal- und Minimalwerte, und ein
Momentanvergleich dieser Signale ist für ihre eventuelle Amplitudendifferenz nicht
mehr repräsentativ.
Die Mehrzahl der Verfahren, die den Vergleich solcher Signale ermöglichen, greifen
auf Speicheretappen der Maximalwerte der Signale zurück, die
in bestimmten Fällen
analoge/digitale Konvertierungen dieser Signal implizieren, um ihre
Maximal- und Minimalwerte in Digitalform zu vergleichen. Derartige
Verfahren bedürfen
bei ihrer Umsetzung sowohl hinsichtlich der für ihre Implementierung erforderlichen
Siliziumfläche
als auch hinsichtlich des Energieverbrauchs komplexer und folglich kostspieliger
Strukturen.
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Ziel
dieser Erfindung ist es, diese Nachteile auszuräumen, indem eine Lösung vorgeschlagen wird,
die den Vergleich der Amplituden zweier Signale ermöglicht,
ohne dass die Speicherung dieser Signale erforderlich ist.
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Anspruch
1 definiert eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung nutzt
die Tatsache, dass die durch ein Signal beförderte Leistung für seine
Amplitude repräsentativ
ist. Erfindungsgemäß ist es
folglich nicht mehr erforderlich, im selben Moment auf Werte der
Amplituden jedes Signals zurückzugreifen,
um einen Momentanvergleich anzustellen, was bei einer Phasenverschiebung
zwischen den Signalen schwierig ist. Es genügt, für jedes Signal eine repräsentative
Information über
die von ihm beförderte
Leistung zu erarbeiten, wobei diese Information von seiner Phase
unabhängig
ist.
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In
diesem Zusammenhang soll angemerkt werden, dass die Druckschrift
US-A-5
287 069 einen Verstärker
beschreibt, der konstante Amplitudenwellen kombiniert. Ein Prüfkreis vergleicht
eine Eingangswelle mit einer Ausgangswelle, um eine Verzer rung auf
Ebene der Ausgangswelle zu sondieren. Der Prüfkreis gleicht die Verstärkung eines
Verstärkers
mit variabler Verstärkung
an, um die sondierte Verzerrung zu beseitigen. Genauer gesagt, legt
ein Schaltkreis nach dem Quadratgesetz das Quadrat der Ausgangswelle
fest. Ein Subtraktionskreis kalkuliert die Differenz zwischen den
jeweiligen Quadraten. Die Differenz wird auf den Verstärker mit
variabler Verstärkung
angewandt. Diese Regelung ermöglicht
es der Hilfswelle, ein gewünschtes
Kreismerkmal anzunehmen.
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Auch
wenn diese Erfindung für
alle Formen elektrischer Schaltkreise zur Anwendung kommen kann,
ist ihre Umsetzung besonders zur Korrektur der unterschiedlichen
Amplituden geeignet, die anlässlich
der Demodulierung eines Radiofrequenzsignals auftreten können. Anspruch
4 definiert ein erfindungsgemäßes Gerät.
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Die
Erfindung kann anhand der nachstehenden Beschreibung, die als nicht
beschränkendes
Beispiel zu betrachten ist, und der Zeichnungen in der Anlage besser
verstanden werden, wobei:
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1 ein
Teilfunktionsschema ist, das ein Empfangsgerät von Radiofrequenzsignalen
zur erfindungsgemäßen Umsetzung
beschreibt,
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2 ein
Schaltbild zur Beschreibung eines in einem solchen Gerät enthaltenen
Produktmoduls ist.
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1 stellt
schematisch ein Empfangsgerät zum
Empfang eines Radiofrequenzsignals dar, einschließend
- – ein
quadratisches Modul QUAD zur Ausgabe zweier Ausgangssignale I und
Q in Phasenquadratur zueinander, deren Phasen für die beförderten Daten repräsentativ
sind.
- – eine
Korrekturvorrichtung CORR einer Amplitudendifferenz zwischen den
Ausgangssignalen I und Q eines quadratischen Moduls QUAD.
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Das
Empfangsgerät
umfasst eine Antennen- und Filtervorrichtung AF zur Gewährleistung
des Empfangs des Radiofrequenzsignals und seiner Umwandlung in ein
elektronisches Signal SR bzw. Funksignal, das vom Gerät ausgewertet
werden kann. Das quadratische Modul QUAD umfasst einen ersten und
einen zweiten Mischer MIX1 und MIX2, die jeweils zur Ausgabe der
Ausgangssignale I und Q des quadratischen Moduls QUAD bestimmt sind,
einen Oszillator OSC zur Ausgabe eines Ausgangssignals mit einer
bestimmten Frequenz, die zumeist regelbar ist, und einen Phasenverschieber
PS zur Durchführung
einer Phasenverschiebung des Ausgangssignals auf Ebene des Oszillators
OSC um 90°.
Der erste Mischer MIXT empfängt
das Funksignal SR und das nicht Phasen verschobene Ausgangssignal
des Oszillators OSC, während
der zweite Mischer MIX2 das Funksignal SR und ein Signal mit einer
Phasenverschiebung von 90° im
Verhältnis
zum Ausgangssignal des Oszillators OSC empfängt. Die Ausgangssignale I
und Q des quadratischen Moduls QUAD weisen so ein und dieselbe Frequenz
gleich der Differenz zwischen der Frequenz des Funksignals SR und der
Frequenz des Ausgangssignals des Oszillators OSC auf und befinden
sich im Verhältnis
zueinander in der Phasenquadratur, und ihre Phase ist repräsentativ
für die
Informationen, die vom Funksignal SR befördert werden. Diese Verarbeitungsform
des Funksignals zur Vorbereitung seiner Demodulierung wird allgemein
für QAM-,
QPSK- oder auch BPSK-Demodulatoren verwendet.
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Die
Verarbeitung des Funksignals SR durch das quadratische Modul QUAD
kann eine Amplitudendifferenz zwischen seinen Ausgangssignalen I und
Q verursachen, die sich nachteilig auf die Demodulierung auswirkt,
welche vom Gerät
vorgenommen werden muss. Eine derartige Differenz wird mit der Korrekturvorrichtung
CORR korrigiert, der umfasst:
- – einen
ersten und einen zweiten Verstärker
mit variabler Verstärkung
AGC1 und AGC2, die mit Signaleingängen zum Empfang der Ausgangssignale
I und Q des quadratischen Moduls QUAD und mit Signalausgängen zur
Ausgabe der Ausgangssignale Iout und Qout der Korrekturvorrichtung
CORR versehen sind, und
- – ein
Produktmodul PR zum Empfang der Ausgangssignale Iout und Qout und
zur Erzeugung eines Ausgangssignals SP, dessen Wert für die Differenz
zwischen den mit diesen Signalen Iout und Qout beförderten
Leistungen und folglich für das
Ergebnis eines Vergleichs zwischen den Amplituden dieser Signale
repräsentativ
ist.
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Der
erste und der zweite Verstärker
AGC1 und AGC2 sind mit Verstärkungsregelungseingängen zum
Empfang des Ausgangssignals SP des Produktmoduls PR versehen. Diese
Regelungseingänge wurden
beim hier beschriebenen Beispiel zueinander derart umgekehrt, dass
eine Amplitudendifferenz zwischen den Signalen Iout und Qout zur
Verstärkung dessen
der beiden Signale, dessen Amplitude schwächer ist, und gleichzeitig
zur Dämpfung
dessen der beiden Signale, dessen Amplitude stärker ist, führt. Dies ermöglicht die
Nutzung ein und derselben Struktur zum Aufbau der Verstärker AGC1
und AGC2, wobei sich einzig die Regelungseingangsverkabelung von
einem Verstärker
zum anderen unterscheidet. Zur Gewährleistung einer optimalen
Demodulierung des Geräts
ist es erforderlich, dass die Ausgangssignale Iout und Qout weitestgehend
symmetrischen Kanälen
folgen. Die Verstärker
AGC1 und AGC2 können
in unterschiedlichen Formen ausgeführt werden, die dem Fachmann
bekannt sind, wie beispielsweise durch die Verwendung von Gilbert-Zellen.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
umfasst das Produktmodul PR ein so genanntes Erzeugungsmodul GEN,
das zwei Ausgangsklemmen S1 und S2 aufweist, die zur Ausgabe eines
für die
Differenz zwischen den Quadraten der Signale Iout und Qout repräsentativen
Ausgangssignals bestimmt sind. Das Produktmodul PR schließt darüber hinaus
einen Tiefpassfilter LPF zum Empfang eines durch das Erzeugungsmodul
GEN erzeugten Signals ein. Dieser Filter kann beispielsweise aus
einer zwischen den Ausgangsklemmen S1 und S2 des Erzeugungsmoduls GEN
angeordneten Leistung gebildet werden. Es ist bekannt, dass ein
Tiefpassfilter auf ein Signal, das er empfängt, eine Durchschnittswirkung
hat. Das vom Tiefpassfilter LPF ausgegebene Signal SP ist demzufolge
für die
Differenz zwischen den Leistungen repräsentativ, die von den Signalen
Iout und Qout befördert
werden, wobei diese Leistungen in Form der Durchschnittwerte der
Amplitudenquadrate dieser Signale Iout und Qout dargestellt werden.
Das Signal SP ist demzufolge für
das Ergebnis eines Vergleichs zwischen den Amplituden der Ausgangssignale
Iout und Qout der Korrekturvorrichtung CORR repräsentativ. Zur Erarbeitung des
Signals SP ist keine Speicherung erforderlich, auch wenn die Signale
Iout und Qout in Phasenquadratur zueinander sind.
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2 ist
ein Schaltbild, das eine Ausführungsform
des Erzeugungsmoduls GEN darstellt, welche in diesem Beispiel umfasst:
- – einen
ersten und einen zweiten Transistor T1 und T2, die ein erstes Differentialpaar
bilden,
- – einen
dritten und einen vierten Transistor T3 und T4, die ein zweites
Differentialpaar bilden,
- – einen
fünften
und einen sechsten Transistor T5 und T6, die ein drittes Differentialpaar
bilden,
- – einen
siebten und achten Transistor T7 und T8, die ein viertes Differentialpaar
bilden,
- – einen
neunten und einen zehnten Transistor T9 und T10, die ein fünftes Differentialpaar
bilden.
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Jeder
Transistor ist mit einer Prüfklemme,
einer Übertragungsklemme
und einer Bezugsklemme ausgestattet. In diesem Beispiel handelt
es sich bei den verwendeten Transistoren um bipolare Transistoren,
deren Basen, Sammler und Sender jeweils Prüf-, Übertragungs- und Bezugsklemmen
ausbilden. Es ist auch möglich,
MOS-Transistoren
zu verwenden, deren Gitter, Abzugselektroden und Quellen in diesem
Fall die Prüf-, Übertragungs-
und Bezugsklemmen ausbilden.
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Die Übertragungsklemme
des ersten Transistors T1 ist mit den Bezugsklemmen des dritten
und vierten Transistors T3 und T4, die Übertragungsklemme des zweiten
Transistors T2 mit den Bezugsklemmen des fünften und sechsten Transistors
T5 und T6 verbunden.
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Die
Prüfklemmen
des ersten, dritten und siebten Transistors T1, T3 und T7 sind zum
Empfang des ersten Signals Iout bestimmt.
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Die
Prüfklemmen
des zweiten, sechsten und zehnten Transistors T2, T6 und T10 sind
zum Empfang des Signals Qout bestimmt.
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Die
Prüfklemmen
des vierten, fünften,
achten und neunten Transistors T4, T5, T8 und T9 sind zum Empfang
desselben Bezugssignals REF bestimmt.
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Dieses
Signal REF wird vorzugsweise als ein kontinuierliches Signal ausgewählt, dessen
Nennwert dem Wert der kontinuierlichen Komponenten entspricht, die
in den Signalen Iout und Qout zu finden sind.
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Die Übertragungsklemmen
des dritten, fünften
und achten Transistors T3, T5 und T8 sind über einen ersten Widerstand
R1 mit einer Versorgungsklemme VCC verbunden.
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Die Übertragungsklemmen
des vierten, sechsten und zehnten Transistors T4, T6 und T10 sind über einen
zweiten Widerstand R2 mit dieser Versorgungsklemme VCC verbunden.
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Die Übertragungsklemmen
des dritten und sechsten Transistors T3 und T6 bilden die Ausgangsklemmen
S1 und S2 des Erzeugungsmoduls GEN aus.
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Die Übertragungsklemmen
des siebten und neunten Transistors T7 und T9 sind mit der Versorgungsklemme
VCC verbunden.
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Das
erste, vierte und fünfte
Differentialpaar wird mit der ersten, vierten und fünften Stromquelle I1,
I4 und I5 polarisiert. Diese Stromquellen werden vorzugsweise derart
konfiguriert, dass sie Ströme
abgeben, die alle denselben Nennwert entsprechend J aufweisen.
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Der
Strom, der über
die Übertragungsklemme
des i-ten Transistors Ti fließt
(für i
= 1 bis 10) wird entsprechend Ji bewertet.
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Das
Ausgangssignal, das vom Erzeugungsmodul GEN zwischen seinen Ausgangsklemmen
S1 und S2 ausgegeben wird, wird wie folgt dargestellt: V(S1) – V(S2)
= VCC – R1·(J3 +
J5 + J8) – [VCC – R2·(J4 +
J6 + J10)]. Werden die Nennwerte des ersten und zweiten Widerstands
R1 und R2 gleich ein und demselben Wert R ausgewählt, wird das Ausgangssignal
in der nachstehenden Form dargestellt: R·[(J4 + J6 + J10) – (J3 +
J5 + J8)].
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Die
Darstellung der Ströme,
die über
die Übertragungsklemmen
der Transistoren fließen,
welche die unterschiedlichen Differentialpaare bilden, kann anhand
der nachstehenden Formeln abgeleitet werden: J1
= J/2·[1
+ tanh((Iout – Qout)/2·Vt)]und J2 = J/2·[1 – tanh((Iout – Qout)/2·Vt)],wobei:
tanh
die hyperbolische Tangentenfunktion darstellt, und Vt = k·T/q, wobei
k der Boltzmann-Konstanten, T der absoluten Temperatur und q der
Elementarladung entspricht.
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Im
benachbarten Bereich von Null gleicht die Funktion tanh(x) im Übrigen x.
Die Signale Iout und Qout können
jeweils in der Form REF + iout und REF + qout dargestellt werden,
wobei iout und qout Alternativkomponenten sind, deren Amplitude
angesichts des Werts des Bezugssignals REF schwach ist.
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Die
Kombination der Gleichungen wie oben ermöglicht es, das Ausgangssignal
des Erzeugungsmoduls GEN wie folgt darzustellen: V(S1) – V(S2)
= J/2·(iout2 – qout2)/(2·Vt)2.
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Dieses
Ausgangssignal ist folglich proportional zur Differenz zwischen
den Quadraten der Alternativkomponenten Iout und Qout und aus diesem Grund
repräsentativ
für die
Differenz zwischen den Quadraten der Amplituden dieser Signale.
Dieses Ausgangssignal V(S1) – V(S2)
wird an einen Eingang des Tiefpassfilters LPF angelegt, von dem
ein Ausgang das SP-Signal ausgibt, das folglich für einen Vergleich
zwischen den von den Signalen Iout und Qout beförderten Leistungen repräsentativ
ist.
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Das
vierte und fünfte
Differentialpaar ermöglicht
die Subtraktion eines Teils des harmonischen Inhalts, der das Ausgangssignal
eines Erzeugungsmoduls beinhaltet, welches einzig aus dem ersten,
zweiten und dritten Differentialpaar gebildet wird. Ein derartiges
Erzeugungsmodul würde
jedoch ein Ausgangssignal ausgeben, dessen Hauptkomponente für die Differenz
zwischen den Quadraten der Amplituden der Signale Iout und Qout
repräsentativ
wäre, aber
eine weniger hohe Spektralreinheit aufweisen würde.
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Anzumerken
ist, dass die Symmetrie der mit diesem Ausführungsbeispiel des Erzeugungsmoduls GEN
beschriebenen Struktur sowie die Tatsache der Auswahl des Werts
der kontinuierlichen Komponenten der Signale Iout und Qout als REF-Wert
das Ausgangssignal V(S1) – V(S2)
des Erzeugungsmoduls GEN im Hinblick auf die Schwankungen, den der Wert
des Bezugssignals REF darstellen könnte, neben anderen Vorteilen
weniger empfindlich macht.