DE60317459T2

DE60317459T2 - Verfahren zur Arbeitspunkteinstellung eines Transistors in einem Leistungsverstärker

Info

Publication number: DE60317459T2
Application number: DE60317459T
Authority: DE
Inventors: Rolf Nüchter
Original assignee: Alcatel Lucent SAS
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 2003-03-03
Filing date: 2003-03-03
Publication date: 2008-09-18
Anticipated expiration: 2023-03-04
Also published as: US20040174836A1; EP1455443A1; CN100403649C; CN1527477A; EP1455443B1; DE60317459D1; ATE378729T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Arbeitspunkts eines Transistors in einem Leistungsverstärker zur Verstärkung von TDM(A)-Signalen („Time Division Multiplex (Access)", Zeitmultiplex (Zugriff)).
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Computerprogramm zur Durchführung dieses Verfahrens, einen Leistungsverstärker mit einem Transistor, dessen Arbeitspunkt gesteuert wird, einen Sender mit einem solchen Leistungsverstärker, eine Senderstation mit mindestens einem dieser Sender und ein Telekommunikationssystem mit mindestens einem dieser Leistungsverstärker.
Gemäß dem Stand der Technik sind Verfahren zum Steuern des Arbeitspunkts eines Transistors eines Leistungsverstärkers bekannt, beispielsweise aus der US-Patentschrift 5,426,641 . Diese US-Patentschrift beschreibt einen Verstärker für kabellose TDMA-Kommunikationssysteme. Der Arbeitspunkt solcher Verstärker verschiebt sich normalerweise entsprechend den Temperaturschwankungen. Damit der Verstärker bei wechselnden Temperaturbedingungen auf dem korrekten Bias-Niveau gehalten und durch Alterung und Variationen der Vorrichtung nicht beeinträchtigt wird, beschreibt diese US-Patentschrift die Überwachung des Drain-Stroms des Verstärkers mit jedem Rahmen außerhalb eines Burst-Intervalls, in dem eine tragbare Vorrichtung sendet, d. h. wenn kein Signal am Eingang des Verstärkers anliegt. Der Drain-Strom wird durch Anpassen der Gate-Spannung (Steuerspannung) zur Kompensation eventueller Schwankungen gesteuert. Diese Anpassung umfasst insbesondere die Schritte zum Messen des Drain-Stroms, der einen Ist-Arbeitspunkt des Verstärkers, insbesondere eines Transistors darstellt, mit einem Zielwert, der einen Soll-Arbeitspunkt darstellt, und Anpassen der Gate-Spannung mit Bezug auf das Ergebnis dieses Vergleichs. Gemäß der Beschreibung in dieser US-Patentschrift werden alle diese Schritte, insbesondere die Messung, der Vergleich und die Anpassung, gemeinsam innerhalb eines Zeitfensters ohne Leistung durchgeführt.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein bekanntes Verfahren zum Steuern des Arbeitspunkts eines Transistors in einem Leistungsverstärker, ein Computerprogramm zur Durchführung dieses Verfahrens, einen Leistungsverstärker mit einem solchen Transistor, einen Sender mit einem solchen Leistungsverstärker, eine Senderstation mit mindestens einem dieser Sender und ein Telekommunikationssystem mit mindestens einem dieser Leistungsverstärker derart zu verbessern, dass die Steuerung des Arbeitspunkts in einer preisgünstigeren Weise durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch das im neuen Anspruch 1 beanspruchte Verfahren gelöst. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Erkennen einer Abweichung zwischen einem Soll-Arbeitspunkt und einem Ist-Arbeitspunkt dieses Transistors, der Schritt zum Erkennen des Auftretens von Zeitfenstern ohne Leistung oder die Verwendung der Information, wann solche Zeitfenster auftreten, und der Schritt zum Anpassen des Bias von Gate/Basis des Transistors gemäß dieser Abweichung zur erneuten Festlegung dieses Soll-Arbeitspunkts während verschiedener/individueller Zeitfenster mit Nullleistung in einem TDM(A)-Signal ausgeführt werden.
Ein Zeitfenster mit Nullleistung im Sinne der Erfindung ist ein Zeitfenster mit einer sehr niedrigen Signalleistung, insbesondere mit der Leistung Null.
Die Ausführung der Schritte in separaten Zeitfenstern ermöglicht in vorteilhafter Weise die Durchführung des Verfahrens unter Verwendung langsamerer und daher preisgünstigerer Hardwarevorrichtungen.
Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Lösung liegt darin, dass die Steuerung des Arbeitspunkts des Transistors, d. h. die Erkennung einer Abweichung zwischen dem Soll-Arbeitspunkt und dem Ist-Arbeitspunkt und die Einstellung des Bias nicht durch HF-Signale, die vom Leistungsverstärker verstärkt wurden, gestört wird. Daher ist eine präzisere Neufestlegung des einstellten Arbeitspunkts möglich. Darüber hinaus beeinträchtigt die Einstellung selbst das HF-Signal nicht, wenn die Anpassung in der Zeit durchgeführt wird, in der kein HF-Signal an den Transistor angelegt wird.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform dieses Verfahrens werden die einzelnen zur Steuerung des Arbeitspunkts erforderlichen Schritte während verschiedener Zeitfenster mit Nullleistung innerhalb dieses TDM(A)-Signals ausgeführt. Es ist nicht unbedingt erforderlich, dass diese Zeitfenster direkt aufeinander folgen; die Steuerung des Arbeitspunkts gemäß dem beanspruchten Verfahren ist auch während verschiedener Zeitfenster möglich, die nicht direkt aufeinander folgen. Die für die Durchführung der Steuerung des Arbeitspunkts verwendeten einzelnen Zeitfenster treten jedoch bevorzugt innerhalb eines Zeitintervalls auf, das wesentlich kürzer ist als die Zeitkonstante der Temperaturschwankungen, die die Verschiebung des Arbeitspunkts verursachen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Anpassung des Bias iterativ während mehrerer Regelkreisdurchläufe durchgeführt.
Darüber hinaus wird Steuerung erst durchgeführt, nachdem der Transistor nach dem Einschalten des Leistungsverstärkers hin sichtlich seiner Temperatur einen stabilen Zustand erreicht hat, um eine präzise Steuerung des Arbeitspunkts sicherzustellen. Damit sichergestellt ist, dass dieser stabile Zustand erreicht wurde, wird die Steuerungsoperation beispielsweise gestartet, nachdem N Zeitfenster mit Nullleistung innerhalb dieses TDM(A)-Signals aufgetreten sind, wobei N größer als 3 ist.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Die oben angegebene Aufgabe wird des Weiteren gelöst durch ein Computerprogramm für eine Steuereinheit eines Leistungsverstärkers mit einem Code, der so angepasst wurde, dass er das Verfahren gemäß der Erfindung bei Ausführung auf einem Mikroprozessor durchführt. Des Weiteren wird die oben angegebene Aufgabe gelöst durch einen Leistungsverstärker zur Verstärkung der TDM(A)-Signale, durch einen Sender mit einem solchen Leistungsverstärker, durch eine Senderstation mit einem solchen Sender und durch ein Telekommunikationssystem mit solchen Verstärkern. Die Vorteile dieser Lösungen entsprechen den oben kurz beschriebenen Vorteilen mit Bezug auf das beanspruchte Verfahren.
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung ausführlich beschrieben mit Bezug auf die beigefügten Figuren, wobei gilt:
1 zeigt einen Leistungsverstärker;
2 zeigt ein TDM(A)-Signal; und
3 zeigt einen Sender, eine Senderstation und ein Telekommunikationssystem.
1 zeigt einen Leistungsverstärker 100 zur Verstärkung von TDM(A)-Signalen in einem TDM(A)-System, insbesondere in einem globalen System für die Mobilkommunikation (GSM).
2 zeigt ein Beispiel eines solchen TDM(A)-Signals mit Daten-Zeitfenstern s_i mit i = 1, 3–6, 9–11, 13 und 15 und Zeitfenstern ohne Leistung n_j mit j = 2, 7, 9, 12 und 14.
Der Leistungsverstärker 100 zeigt in 1 einen Transistor 110 zur Verstärkung dieser TDM(A)-Signale. Dieser Transistor kann als bipolarer Transistor ausgeführt werden, ist jedoch bevorzugt ein Feldeffekttransistor (FET-Transistor) mit einer Quelle (Source) S, einer Steuerelektrode (Gate) G und einer Abfluss-Elektrode (Drain) D. Die Drain-Source-Verbindung dieses FET-Transistors ist mit einem Nebenschluss 120 in Reihe geschaltet, und dieser Reihenanschluss ist mit einer Spannungsversorgung Vs verbunden. Der Messspannungsabfall über diesem Nebenschluss 120 wird in einen operativen Verstärker 130 eingespeist. Dieser operative Verstärker 130 gibt ein analoges Signal aus, das den Wert dieser Messspannung darstellt. Dieses analoge Signal wird von einem Analog/Digital-Wandler 140 digitalisiert und anschließend in eine Steuereinheit 150 eingespeist.
Diese Steuereinheit ist bevorzugt als ein digitaler Signalprozessor DSP ausgeführt. Dieser Signaleingang in diesen Signalprozessor 150 stellt den Ist-Arbeitspunkt des Transistors 110 dar. Die Steuereinheit vergleicht diesen Ist-Arbeitspunkt mit einem vordefinierten, Soll-Arbeitspunkt für diesen Transistor 110. Falls eine Abweichung zwischen diesem Soll-Arbeitspunkt und dem Ist-Arbeitspunkt erkannt wird, gibt die Steuereinheit 150 über einen Digital/Analog-Wandler 160 ein Steuersignal an die Gate-Elektrode dieses Transistors 110 aus. Das Steuersig nal ist typischerweise eine Steuerspannung. Es dient zum Einstellen des Bias der Gate-Elektrode des Transistors gemäß der erkannten Abweichung zum erneuten Einrichten des Soll-Arbeitspunkts.
Gemäß der Erfindung ist die Steuereinheit 150 so ausgeführt, dass sie ausschließlich während der innerhalb dieses TDM(A)-Signals auftretenden Zeitfenster mit Nullleistung die Erkennung der Abweichung und die Anpassung des Bias durchführt, d. h. den Arbeitspunkt des Transistors steuert. Die Steuereinheit ist des Weiteren in vorteilhafter Weise zur Erkennung des Auftretens dieser Zeitfenster mit Nullleistung n_j ausgeführt.
Die Steuereinheit 150 ist vorzugsweise so ausgeführt, dass sie die Steuerung des Arbeitspunkts während mehrerer Zeitfenster mit Nullleistung, die innerhalb dieses TDM(A)-Signals nicht notwendigerweise direkt aufeinander folgend auftreten, durchführt. Konkret kann die Steuereinheit 150 das Auftreten dieser Zeitfenster mit Nullleistung innerhalb eines ersten dieser Zeitfenster mit Nullleistung erkennen, das Bias innerhalb eines zweiten dieser Zeitfenster mit Nullleistung anpassen und wahlweise innerhalb eines dritten dieser Zeitfenster mit Nullleistung die Anpassung des Bias überprüfen. Allgemein gesehen kann die Erkennung der Zeitfenster mit Nullleistung durch diese Erkennung erfolgen, oder sie kann durch die Steuereinheit bereits gesteuert werden bzw. bekannt sein.
Falls die zur Steuerung des Arbeitspunkts verwendeten Zeitfenster mit Nullleistung nicht direkt aufeinander folgend auftreten, sollten sie innerhalb eines Zeitintervalls auftreten, das wesentlich kürzer ist als die Zeitkonstante der Temperaturschwankungen, die die Verschiebung des Arbeitspunkts verursachen.
Die Anpassung des Bias kann nicht ohne einen Regelkreis erfolgen, sie kann jedoch iterativ über mehrere Regelkreise hinweg erfolgen.
Das Verfahren zum Steuern des Arbeitspunkts des Transistors gemäß der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt von einem Computerprogramm für die Steuereinheit 150 durchgeführt bei Ausführung auf einem Mikroprozessor 152 dieser Steuereinheit. Bei einer solchen Softwarelösung kann das Computerprogramm – eventuell gemeinsam mit anderen Computerprogrammen der Steuereinheit – auf einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert werden, z. B. auf einer Platte, einer CD oder einem Flash-Speicher. Wenn das Computerprogramm auf einem solchen Speichermedium gespeichert wird, kann es an Kunden verkauft werden.
Eine weitere Möglichkeit zur Übertragung des Computerprogramms ist die Übertragung über ein Kommunikationsnetzwerk, insbesondere über das Internet. In diesem Fall ist kein Speichermedium erforderlich.
Wie in 3 gezeigt, kann der Leistungsverstärker gemäß der Erfindung einen Sender 200 umfassen, insbesondere einen Funksender. Der Leistungsverstärker bzw. der Sender können Teil einer Senderstation 300 sein, insbesondere einer Funksender-Basisstation. Schließlich können der beanspruchte Leistungsverstärker, der Sender oder die Senderstation Teil eines Telekommunikationsnetzwerks 400 sein, insbesondere eines mobilen Funksystems.

Claims

Verfahren zur Steuerung des Arbeitspunkts eines Transistors (110) in einem Leistungsverstärker (100) zur Verstärkung von TDM(A)-Signalen („Time Division Multiplex (Access)”, Zeitmultiplex (Zugriff)), das die folgenden Schritte umfasst: – Erkennen des Auftretens von Zeitfenstern mit Nullleistung (n_j) innerhalb dieser TDM(A)-Signale oder Verwendung der Kenntnis, wann diese auftreten; – Erkennen einer Abweichung zwischen einem Soll-Arbeitspunkt und einem Ist-Arbeitspunkt dieses Transistors (110); und – Anpassen des Bias von Gate/Basis dieses Transistors (110) gemäß dieser erkannten Abweichung zur erneuten Festlegung dieses Soll-Arbeitspunkts; dadurch gekennzeichnet, dass diese Schritte während separater Zeitfenster mit Nullleistung (n_j) dieser TDM(A)-Signale ausgeführt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Anpassen des Bias optional den folgenden Teilschritt umfasst: – Prüfen der Anpassung des Bias.
Verfahren gemäß einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu verwendenden Zeitfenster mit Nullleistung (n_j) innerhalb dieses TDM(A)-Signals aufeinander folgen oder nicht aufeinander folgen.
Verfahren gemäß einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung des Bias iterativ während mehrerer Regelkreisdurchläufe durchgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Arbeitspunkt angepasst wird als Reaktion auf die Temperatur in der Umgebung des Transistors (110).
Verfahren gemäß einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Begriff Bias die Gate/Basis-Spannung zur Steuerung von Gate/Basis des Transistors (110) kennzeichnet.
Verfahren gemäß einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Arbeitspunkts des Transistors (110) erst erfolgt, nachdem der Transistor (110) nach dem Einschalten des Leistungsverstärkers einen stabilen Zustand hinsichtlich seiner Temperatur erreicht hat.
Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Arbeitspunkts gestartet wird, nachdem N Zeitfenster mit Nullleistung (n_j) aufgetreten sind, wobei z. B. N = 3 ist.
Computerprogramm für eine Steuereinheit (150) eines Leistungsverstärkers (100), das einen Code umfasst, mit dem bei Ausführung auf einem Mikroprozessor (152) das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1–8 durchgeführt werden kann.
Computerprogramm gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Code auf einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert ist.
Leistungsverstärker (100) zur Verstärkung von TDM(A)-Signalen („Time Division Multiplex (Access)", Zeitmulti plex (Zugriff)) in einem TDM(A)-System, insbesondere in einem globalen System für die Mobilkommunikation (GSM), wobei der Leistungsverstärker folgendes umfasst: – Transistor (110) zur Verstärkung dieser TDM(A)-Signale; – Nebenschluss (120), in Reihe geschaltet zum Drain-Source-Pfad oder Kollektor-Emitter-Pfad dieses Transistors (110) zur Bereitstellung einer Messspannung, deren konstante Komponente den Ist-Arbeitspunkt dieses Transistors (110) darstellt; und – Steuereinheit (150) zum Erkennen des Auftretens von Zeitfenstern mit Nullleistung (n_j) innerhalb dieser TDM(A)-Signale, zum Erkennen einer Abweichung zwischen einem Soll-Arbeitspunkt und diesem Ist-Arbeitspunkt dieses Transistors (110) und zum Anpassen des Bias von Gate/Basis dieses Transistors (110) gemäß dieser Abweichung zur erneuten Festlegung dieses Soll-Arbeitspunkts; dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (150) so ausgeführt ist, dass sie die Schritte zum Erkennen und Anpassen in separaten dieser erkannten Zeitfenster mit Nullleistung (n_j) ausführt.
Leistungsverstärker (100) gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (150) als ein digitaler Signalprozessor ausgeführt ist.
Sender (200), insbesondere ein Funksender, der einen Leistungsverstärker (100) gemäß Anspruch 11 oder 12 umfasst.
Senderstation (300), insbesondere eine Funksender-Basisstation, die mindestens einen Sender gemäß Anspruch 13 umfasst.
Telekommunikationssystem (400), insbesondere ein Mobilfunksystem, das mindestens einen Leistungsverstärker (100) gemäß einem der Ansprüche 11 oder 12 umfasst.