DE69219260T2

DE69219260T2 - Schaltung für Impulsleistungsverstärker, dessen Ausgangssignal die erwünschte Kurvenform hat

Info

Publication number: DE69219260T2
Application number: DE69219260T
Authority: DE
Inventors: Tsuguo Hori
Original assignee: NEC Corp; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1991-09-27
Filing date: 1992-09-28
Publication date: 1997-11-27
Anticipated expiration: 2012-09-29
Also published as: AU649564B2; CA2079129A1; JPH0590853A; AU2537392A; EP0534484B1; EP0534484A1; CA2079129C; US5302913A; DE69219260D1

Description

Leistungsverstärkerschaltung, die in der Lage ist, ein Ausgabesignal mit einer gewünschten Signalform zu erzeugen

Hintergrund der Erfindung:

Die Erfindung betrifft eine Leistungsverstärkerschaltung, wie eine Endverstärkerstufe eines Funksenders zur Verstärkung eines Eingabesignais mit einer elektrischen Leistung, die von einem Verstärkungssteuersignal abhängig ist, um ein Ausgabesignal mit einer verstärkten elektrischen Leistung zu erzeugen.
Insbesondere in einer Basisstation eines mobilen Funkkommunikationsnetzwerks ist die Leistungsverstärkerschaltung nützlich.
Für gewöhnlich bewegt sich bei dem mobilen Funkkommunikationsnetzwerk eine mobile Station in einem Servicegebiet der Basisstation. Der Abstand zwischen der Basisstation und der mobilen Station ändert sich deshalb. Wenn die Basisstation ein Funksignal überträgt, das durch eine gewöhnliche Leistungsverstärkerschaltung erzeugt wurde, um so es eine feste oder vorgegebene elektrische Leistung zu haben, empfängt die mobile Station das Funksignal mit einer variablen elektrischen Leistung in Abhängigkeit des Abstands.
Auf eine später detaillierter zu beschreibende Art, verstärkt eine bekannte Leistungsverstärkerschaltung das Eingabesignal mit diese elektrischen Leistung in Abhängigkeit von einem Verstärkungssteuersignal, um ein Ausgabesignal mit einer verstärkten elektrischen Leistung zu erzeugen. Das Steuersignal steuert die verstärkte elektrische Leistung, so daß die elektrische Leistung des empfangenen Funksignals fest bleibt. Die bekannte Verstärkerschaltung hat den Nachteil, daß es unmöglich ist, das Ausgabesignal mit der gewünschten Signalform oder Verlauf (waveform) in einem großen Bereich zu erzeugen.

Zusammenfassung der Erfindung:

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine Leistungsverstärkerschaltung zu erzeugen, die in der Lage ist, ein Ausgabesignal mit einer gewünschten Signalform in einem weiten Bereich zu erzeugen.
Weitere Aufgaben der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung deutlich.
Anhand der Beschreibung des Ziels der Erfindung, wie sie in den beiliegenden Ansprüchen definiert ist, ist es möglich, zu verstehen, daß eine elektrische Verstärkerschaltung vorgesehen ist, zur Verstärkung eines Eingabesignals mit einer elektrischen Eingabeleistung in Abhängigkeit von einem Verstärkungssteuersignal, um ein Ausgabesignal mit einer verstärkten elektrischen Leistung zu erzeugen, und daß diese enthält:
(a) einen Leistungsverstärker zur Verstärkung der elektrischen Eingabeleistung auf eine verstärkte elektrische Leistung,
(b) einen Detektor, der mit dem Leistungsverstärker zur Detektion der verstärkten elektrischen Leistung verbunden ist, um ein Detektionssignal zu erzeugen,
(c) ein Leistungssteuersignalerzeugungsmittel zur Erzeugung eines Leistungssteuersignals beruhend auf dem Verstärkungssteuersignal,
(d) einen Vergleicher, der mit dem Detektor und dem Leistungssteuersignalerzeugungsmittel verbunden ist, um das Detektionssignal und das Leistungssteuersignal zu vergleichen, um ein Fehlersignal zu erzeugen, und
(e) eine Treiberschaltung, die mit dem Vergleicher und dem Leistungsverstärker verbunden ist, um den Leistungsverstärker beruhend auf dem Fehlersignal zu treiben.
Erfindungsgemäß umfaßt die Leistungsverstärkerschaltung, wie sie oben zu verstehen ist, einen Bezugssignalerzeuger zur Erzeugung eines Bezugssignals mit einer vorgegebenen Signalform und einen Multiplizierer, der mit dem Leistungssteuersignalerzeugungsmittel, dem Bezugssignalerzeuger und dem Vergleicher geschaltet ist, zur Multiplikation des Leistungssteuersignals und des Bezugssignals und zur Erzeugung eines Pegelsteuersignals als Leistungssteuersignal.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen:

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer bekannten Leistungsverstärkerschaltung;
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm eines Leistungssteuersignalerzeugers zur Verwendung in dem in Fig. 1 dargestellte Funkempfänger;
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm eines weiteren Leistungssteuersignalerzeugers zur Verwendung in dem in Fig. 1 dargestellten Funkempfänger;
Fig. 4 zeigt allgemein einen erwarteten Signalverlauf eines Ausgabesignals einer Leistungsverstärkerschaltung;
Fig. 5 zeigt einen Signalverlauf eines Ausgabesignals des in Fig. 1 dargestellten Funkempfängers;
Fig. 6 ist ein Blockdiagramm einer Leistungsverstärkerschaltung entsprechend einer erfindungsgemäßen Ausführungsform;
Fig. 7 ist ein Blockdiagramm eines Leistungssteuersignalerzeugers zur Verwendung in dem in Fig. 6 dargestellten Funkempfänger; und
Fig. 8 zeigt einen Signalverlauf eines Ausgabesignals des in Fig. 6 dargestellten Funkempfängers.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

In Fig. 1 wird zunächst eine bekannte Leistungsverstärkerschaltung beschrieben, um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern. Ein ähnliches Beispiel ist in EP-A-0 407 135 beschrieben, wo die Merkmale a), b), c), e), die im Anspruch 1 definiert sind, gezeigt sind. Die Leistungsverstärkerschaltung ist zur Verstärkung eines Eingabesignals mit einer elektrischen Leistung in Abhängigkeit von einem Verstärkungssteuersignal zur Erzeugung eines Ausgabesignals mit einer verstärkten elektrischen Leistung vorgesehen.
In Fig. 1 enthält die Leistungsverstärkerschaltung einen Leistungsverstärker 11 mit einem Eingabeanschluß 12 und einem Ausgabeanschluß 13. Der Leistungsverstärker 11 ist zur Verstärkung der elektrischen Eingabeleistung in die verstärkte elektrische Leistung vorgesehen. Ein Detektor 14 ist mit dem Ausgabeanschluß 13 des Leistungsverstärkers 11 zur Detektion der verstärkten elektrischen Leistung verbunden, um ein Detektionssignal zu erzeugen. Ein Leistungssteuersignalerzeuger 15 hat einen Verstärkungssteuersignal- Eingabeansahluß 16 und ist zur Erzeugung eines Leistungssteuersignals beruhend auf dem Verstärkungssteuersignal vorgesehen. Ein Vergleicher 17 ist mit dem Detektor 14 und dem Leistungssteuersignalerzeuger 15 verbunden, um das Detektionssignal und das Leistungssteuersignal zu vergleichen und um ein Fehlersignal zu erzeugen. Eine Treiberschaltung 18 ist mit dem Vergleicher 17 und dem Leistungsverstärker 11 verbunden, um den Leistungsverstärker 11 beruhend auf dem Fehlersignal zu treiben.
Das Eingabesignal wird dem Eingabeanschluß 12 zugeführt. Der Leistungsverstärker 11 verstärkt die elektrische Eingabeleistung auf die verstärkte elektrische Leistung. Der Leistungsverstärker 11 liefert das Ausgabesignal an den Ausgabeanschluß 13. Der Leistungsverstärker 11 hat einen Verstärkungsfaktor, der durch ein von der Treiberschaltung 18 zugeführten Treibersignal gesteuert wird.
Der Detektor 14 detektiert die verstärkte elektrische Leistung zur Erzeugung eines Detektionssignals. Der Detektor 14 liefert das Detektionssignal an den Vergleicher 17.
Der Verstärkungssteuersignal-Eingabeanschluß 16 ist mit einer Leistungssteuereinheit (nicht gezeigt) verbunden. Die Leistungssteuereinheit liefert das Verstärkungssteuersignal an den Verstärkungssteuersignal-Eingabeanschluß 16. Der Leistungssteuersignalerzeuger 15 erzeugt das Leistungssteuersignal in Abhängigkeit von dem Verstärkungssteuersignal, um dieses dem Vergleicher 17 zuzuführen.
Der Vergleicher 17 vergleicht das Detektionssignal und das Leistungssteuersignal zur Erzeugung des Fehlersignals. Der Vergleicher 17 liefert das Fehlersignal an die Treiberschaltung 18.
Die Treiberschaltung 18 treibt den Leistungsverstärker 11 beruhend auf dem Fehlersignal. Ein Verstärkungsfaktor des Leistungsverstärkers 11 ist von dem Fehlersignal abhängig.
In Fig. 2 wird der Leistungssteuersignalerzeuger 15 detaillierter beschrieben. In Fig. 2 enthält der Leistungssteuersignalerzeuger 15 ein Schieberegister 15A zum Umwandeln von seriellen N-Bit-Dten in N-Bit-Paralleldaten. Die N-Bit- Faralleldaten werden N Schaltern 15B1, 15B2, ..., und 15BN zugeführt, wobei N eine vorgegebene positive ganze Zahl darstellt. An einem n-ten Schalter 15PN wird ein Bit der N-Bit-Paralleldaten zu einem Zeitpunkt angelegt, wobei n eine variable zwischen 1 und N ist, die beide eingeschlossen sind. Die Schalter 15 (Suffix weggelassen) werden gemeinsam mit elektrischer Leistung über einen Leistungszufuhrwiderstand 15C von einer Leistungsquelle versorgt, die durch eine kurze horizontale Linie angedeutet ist, und sind einzeln durch Erdungswiderstände 15D1, 15D2, bzw. 15DN geerdet.
Das Verstärkungssteuersignal sind die seriellen N-Bit-Daten. Jedes Bit der N-Bit-Daten hat einen niedrigen oder einen hohen Pegel. Der n-te Schalter 15Bn wird auf einen AN-Zustand AN-geschaltet, wenn das an ihm anliegende Bit den hohen Pegel hat. Der n-te Schalter lsbn wird in einen AUS-Zustand AUS-geschaltet, wenn das an ihm anliegende Bit den niedrigen Pegel hat. Der Leistungssteuersignalerzeuger 15 erzeugt ein Leistungssteuersignal, das durch einen Widerstandswert des Leistungszufuhrwiderstandes LSC, den Widerstandswert der Erdungswiderstände 15D1, 15D2, ... und 15DN und durch die AN- und AUS-Zustände der Schalter 15 festgelegt ist.
In Fig. 3 enthält ein anderer Steuersignalerzeuger 15 ein Schieberegister 15J zur Umwandlung von seriellen N-Bit- Daten in N-Bit-Paralleldaten zur Verwendung als Adressendaten. Ein Nur-Lese-Speicher 15K ist mit dem Schieberegister 15J verbunden und speichert digitale Leistungssteuersignale zur Erzeugung eines der digitalen Leistungssteuersignale in Abhängigkeit von den Adressendaten. Ein Digital-/Analog-Wandler 15L ist mit dem Nur-Lese-Speicher 15K zur Umwandlung des Digitalleistungssteuersignals in ein Analogleistungssteuersignal verbunden. Ein Tiefpaßfilter 15M ist mit dem Digital-/Analog-Wandler 15L zum Filtern des Analogsteuersignals verbunden.
Ein ähnliches Beispiel kann in EP-A-0 369 135 gefunden werden.
Bei der Verwendung in einem Zeitteilungs-Mehrfachzugriff- Rundfunkgerät muß die Leistungsverstärkerschaltung ein Leistungssteuersignal erzeugen, das im allgemeinen einen Signalverlauf mit sanftem Anstieg und Abfall hat, wie es beispielsweise in Fig. 4 gezeigt ist. Dies dient zur Unterdrückung einer Spektrum-Aufweitung eines Ausgabesignals der Leistungsverstärkerschaltung, wenn die Schalter 15 in die AN- und AUS-Zustände gebracht werden. In Pan-European Mobile Telephone System (GSM) muß die Leistungsverstärker schaltung die elektrische Leistung des Ausgabesignals in einem Bereich zwischen 30 dB und 42 dB steuern.
Die bekannte Leistungsverstärkerschaltung mit dem in Fig. 2 gezeigten Leistungssteuersignalerzeuger 15 ist schwerlich in der Lage, die elektrische Leistung in einem weiten Bereich von 32 dB bis 42 dB exakt zu steuern. Die bekannte Leistungsverstärkerschaltung mit dem in Fig. 3 gezeigten Steuersignalerzeuger erzeugt kein Ausgabesignal mit dem erwarteten Signalverlauf, wenn die elektrische Leistung bei 40 dB liegt. Dies liegt daran, daß der Nur-Lese-Speicher 15K einen engen dynamischen Bereich hat. In diesem Fall ist der Signalverlauf des Ausgabesignals in Fig. 5 dargestellt.
Im Zusammenhang mit Fig. 6 erfolgt nun die Beschreibung einer Leistungsverstärkerschaltung entsprechend einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Ähnliche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Die Leistungsverstärkerschaltung ist vorgesehen zur Verstärkung eines Eingabesignals mit einer elektrischen Eingabeleistung in Abhängigkeit eines Verstärkungssteuersignals, um ein Ausgabesignal mit einer verstärkten elektrischen Leistung zu erzeugen. Die Leistungsverstärkerschaltung enthält einen Leistungsverstärker 11 zur Verstärkung der elektrischen Eingabeleistung in eine verstärkte elektrische Leistung. Ein Detektor 14 ist mit dem Leistungsverstärker 11 zur Detektion der verstärkten elektrischen Leistung verbunden, um ein Detektionssignal zu erzeugen. Ein Leistungssteuersignalerzeuger 21 ist zur Erzeugung eines Leistungssteuersignal beruhend auf dem Verstärkungssteuersignal vorgesehen. Ein Vergleicher 17 ist mit dem Detektor 14 und dem Leistungssteuersignalerzeuger 21 zum Vergleich des Detektionssignals und des Leistungssteuersignals verbunden, um ein Fehlersignal zu erzeugen. Eine Treiberschaltung 18 ist mit dem Vergleicher 17 und dem Leistungsverstärker 11 verbunden, um den Leistungsverstärker 11 beruhend auf dem Fehlersignal zu treiben.
Die Leistungsverstärkerschaltung enthält einen Bezugssignalerzeuger 22 zur Erzeugung eines Bezugssignals mit einem vorgegebenen Signalverlauf. Ein Bezugssignalerzeuger 22 wird in der US-Patentschrift 4,706,262 als "Envelope-Generator" (umhüllenden Erzeuger) offenbart. Ein Multiplizierer 23 ist mit dem Leistungssteuersignalerzeuger 21, dem Bezugssignalerzeuger 22 und dem Vergleicher 17 zum Multiplizieren des Leistungssteuersignals des Leistungssteuersignalgenerators 21 und des Bezugssignals, das von dem Bezugssignalerzeuger zugeführt wird, verbunden, um ein Pegelsteuersignal als Leistungssteuersignal dem Vergleicher 17 zuzuführen. Ein Beispiel des Multiplizierers ist ein Analogmultiplizierer NJM4200, der von New Japan Radio Corporation hergestellt wird.
Unter vorübergehenden Bezug auf Fig. 7 enthält der Leistungssteuersignalerzeugung 21 ein Schieberegister 21A zum Umwandeln von seriellen N-Bit-Daten in N-Bit-Paralleldaten zur Verwendung als Adressendaten. Ein Nur-Lese-Speicher 21B ist mit dem Schieberegister 21A verbunden und speichert digitale Leistungssteuersignale zur Erzeugung eines Digitalleistungssteuersignals in Abhängigkeit der Adressendaten. Ein Digital-/Analog-Wandler 21C ist mit dem Nur-Lese-Speicher 21B zur Umwandlung des Digitalleistungssteuersignals in ein Analogleistungssteuersignal zur Verwendung als Gleichspannungssignal verbunden.
Wieder unter Bezug auf Fig. 6 erzeugt der Bezugssignalerzeuger 22 das Bezugssignal, das einen in Fig. 4 dargestellten Signalverlauf hat. Der Signalverlauf wird immer in einer festen Form gehalten.
Der Multiplizierer 23 empfängt das Analogleistungssteuersignal und das Bezugssignal und erzeugt ein Pegelsteuersignal. Das Pegelsteuersignal hat einen Signalverlauf, der ähnlich dem Signalverlauf des Bezugssignals ist. Das Pegelsteuersignal hat eine Amplitude, die einer Spannung des Analogleistungssteuersignals entspricht.
Unter Bezug auf Fig. 8(a) sei nun angenommen, daß das Analogleistungssteuersignal eine Spannung V1 hat. In diesem Fall hat das Leistungssteuersignal eine Amplitude V1 und einen Signalverlauf, der ähnlich dem Signalverlauf des Bezugssignals ist. In Fig. 8(b) sei angenommen, daß das Analogleistungssteuersignal eine Spannung V2 hat. In diesem Fall hat das Pegelsteuersignal eine Amplitude V2 und einen Signalverlauf, der ähnlich dem Signalverlauf des Bezugssignals ist.
Erneut unter Bezug auf Fig. 6 detektiert der Detektor 14 die verstärkte elektrische Leistung zur Erzeugung eines Detektionssignals. Der Vergleicher 17 empfängt das Detektionssignal und das Leistungssteuersignal und erzeugt ein Fehlersignal. Der Vergleicher 17 liefert das Fehlersignal an die Treiberschaltung 18. Die Treiberschaltung 18 treibt den Leistungsverstärker 11 beruhend auf dem Fehlersignal. Der Leistungsverstärker erzeugt ein Ausgabesignal mit verstärkter elektrischer Leistung. Der Leistungsverstärker 11 hat einen Verstärkungsfaktor, der von dem Fehlersignal abhängt. Die Leistungsverstärkerschaltung kann das Ausgabesignal mit einem erwarteten Signalverlauf in einem weiten Bereich des Verstärkungsfaktors erzeugen.

Claims

1. Leistungsverstärkerschaltung zur Verstärkung eines Ein gangs-Signals mit einer elektrischen Eingabeleistung in Abhängigkeit von einem Verstärkungssteuersignal, um ein Ausgabesignal mit verstärkter elektrischer Leistung zu erzeugen, wobei die Leistungsverstärkerschaltung enthält:

(a) einen Leistungsverstärker (11) zur Verstärkung der elektrischen Eingabeleistung auf die verstärkte elektrische Leistung;

(b) einen Detektor (14), der mit dem Leistungsverstärker (11) zum Detektieren der verstärkten elektrischen Leistung verbunden ist, um ein Detektionssignal zu erzeugen, das für einen Pegel der verstärkten elektrischen Leistung repräsentativ ist;

(c) ein Steuersignalerzeugungsmittel (21) zur Erzeugung eines Leistungssteuersignals, das einen Gleichstrompegel hat, der durch das Verstärkungssteuersignal bestimmt wird;

(d) einen Vergleicher (17), der mit dem Detektor (14) und dem Leistungssteuersignalerzeugungsmittel (21) zum Vergleich des Detektionssignals mit dem Leistungssteuersignal verbunden ist, um ein Fehlersignal zu erzeugen, das für die Differenz zwischen dem Detektionssignal und dem Leistungssteuersignal repräsentativ ist;

(e) eine Treiberschaltung (18), die mit dem Vergleicher (17) und dem Leistungsverstärker (11) verbunden ist, um den Leistungsverstärker beruhend auf dem Fehlersignal zu treiben;

(f) einen Bezugssignalerzeuger (22) zur Erzeugung eines Bezugssignals, das einen vorgegebenen Signalverlauf hat, der durch eine sanft ansteigende Flanke und durch eine sanft abfallende Flanke gekennzeichnet ist; und

(g) einen Multiplizierer (23), der mit dem Leistungssteuersignalerzeugungsmittel (21), dem Bezugssignalerzeuger (22) und dem Vergleicher (17) verbunden ist, um das Leistungssteuersignal und das Bezugssignal zu multiplizieren, um als Leistungsteuersignal ein Pegelsteuersignal zu erzeugen, das Ähnlichkeit mit dem Bezugssignal und eine durch das Leistungssteuersignal bestimmten Amplitude hat, und um das Leistungssteuersignal dem Vergleicher (17) zuzuführen.

2. Leistungsverstärkerschaltung nach Anspruch 1, bei der das Leistungssteuersignalerzeugungsmittel (21) umfaßt: ein Schieberegister (21A) zur Erzeugung eines Adressensignals beruhend auf dem Verstärkungssteuersignal; einen Nur-Lesespeicher (21B), der mit dem Schieberegister (21A) zum Speichern digitaler Steuersignale verbunden ist, um eines der digitalen Steuersignale beruhend auf dem Adressensignal zuzuführen; und einen Digital/Analog-Wandler (21C) der mit dem Nur-Lesespeicher (21B) verbunden ist, um das digitale Steuersignal in ein analoges Steuersignal als Leistungssteuersignal umzuwandeln.