DE69526824T2 - Portables Funkgerät - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft tragbare Funksender/Funkempfänger wie etwa tragbare Telephone.
• Ein Hauptproblem bei tragbaren Telephonen besteht darin, eine ausreichende Batteriekapazität für lange Nutzungsperioden zu schaffen, weshalb die verwendeten Schaltungen so entwickelt wurden, daß sie bei verhältnismäßig kleinen Spannungen, z. B. 6 Volt, arbeiten. Außerdem liegen die Schaltungen solcher Telephone liegen außerdem im Interesse der Sparsamkeit vorwiegend in der Form integrierter Schaltungen vor, welche Transistoren sehr kleiner Größe verwenden, derartige integrierte Schaltungen besitzen jedoch eine eingeschränkte Fähigkeit des Leistungsmanagements. Diese Einschränkung stellt im eigentlichen Sender kein Problem dar, da der Ausgangsleistungsverstärker gewöhnlich ein diskretes Bauelement ist, etwa ein Galliumarsenid-Transistor. Es besteht jedoch die Notwendigkeit, die Leistungsversorgung zum Sender ein- und auszuschalten, wobei diese Operation normalerweise durch einen herkömmlichen Silicium-MOS- Transistor erfolgt. Es wäre wünschenswert, diesen Transistor in die Schaltungsanordnung zur Steuerung und Signalverarbeitung zu integrieren, die Leistungsschaltungsanforderungen dieses Transistors können jedoch bedeuten, daß seine Größe mit der der anderen Transistoren inkompatibel ist, so daß die Integration unerwünscht kompliziert ist. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dieses Problem zu mindern.
• Ein Sender des Standes der Technik mit einem Galliumarsenid-Transistor ist in EP 0 380 361 A offenbart.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein tragbarer Funksender/Funkempfänger geschaffen mit einem Galliumarsenid-n-Kanal-Feldeffekttransistor mit Verarmungsbetriebsart als Senderleistungsverstärker, einem Mittel für die Bereitstellung einer negativen Spannungsversorgung, das mit dem Gate des Transistors verbunden ist, sowie einem PMOS-Transistor mit Anreicherungsbetrieb, der mittels der an sein Gate angelegten Spannung geschaltet wird, damit er eine positive Spannungsversorgung zum Galliumarsenid-Transistor durchläßt oder sperrt, um eine Übertragung durch den Sender freizugeben oder zu verhindern, wobei die negative Spannungsversorgung außerdem für die Erhöhung der an den PMOS-Transistor angelegten Gatespannung verwendet wird, wenn dieser durchschaltet, um so dessen Widerstand zu verringern.
• Die Verminderung des Widerstands des PMOS-Transistors, wenn dieser durchschaltet, hat den Vorteil, daß es möglich ist, einen kleineren Transistor zu verwenden als denjenigen, der benötigt wird, wenn das Gate des Transistors mit Masse verbunden ist (0 V). Im Idealzustand sollte die Größe des Transistors derart sein, daß seine Geometrie mit der von Transistoren einer integrierten Schaltung kompatibel ist, die verwendet wird, um wenigstens einige der Funktionen eines tragbaren Telephons auszuführen, so daß alle Transistoren in einfacher Weise in derselben integrierten Schaltung ausgebildet werden können. Als Ergebnis der Größenreduzierung und der Verwendung eines größeren Spitze-Spitze-Werts bei der Gateansteuerspannung kann außerdem die Schaltgeschwindigkeit des PMOS- Transistors vergrößert werden.
• Die Erfindung wird in ihrer Anwendung auf ein tragbares Telephon beschrieben, sie ist jedoch außerdem auf weitere Vorrichtungen anwendbar, wie etwa tragbare Funksender/Funkempfänger für die persönliche Kommunikation im militärischen und zivilen Bereich.
• Damit die Erfindung vollständig verstanden und in einfacher Weise implementiert werden kann, wird nun eine Leistungsversorgungsschaltung für einen tragbaren Funksender unter Bezugnahme auf die einzige Figur der beigefügten Zeichnung beschrieben.
• Die einzige Figur der beigefügten Zeichnung zeigt einen Funksender 1, der an eine Antenne 2 angeschlossen ist und Leistungsversorgungs-Eingangsleitungen 3 und 4 aufweist. Die Leitung 3 ist durch einen PMOS-Transistor 5 an einen Anschluß 6 zur Verbindung mit dem positiven Anschluß einer (nicht gezeigten) Batterie angeschlossen. Die Leitung 4 ist an die Gehäusemasse angeschlossen sowie an einen Anschluß 7 zur Verbindung mit dem negativen Anschluß der Batterie. Außerdem ist eine Ladungspumpe 8 an die Anschlüsse 6 und 7 angeschlossen und dient zur Erzeugung einer in bezug auf die Leitung 4 negativen Versorgungsspannung auf der Leitung 9, wobei diese Spannung in einem Kondensator 10 gespeichert wird. Wie angegeben ist, ist der Leistungsverstärker im Sender 1 ein n-Kanal-Galliumarsenid-MESFET 11, der für seinen Betrieb an seinem Gate eine negative Vorspannung erfordert, um eine Resonanzspeicherschaltung, z. B. einen Verstärker der Klasse C, anzusteuern. Die Resonanzspeicherschaltung und die Schaltungsanordnung zum Ansteuern des Leistungsverstärkers sind nicht gezeigt, da sie eine beliebige herkömmliche Form besitzen können. Die negative Vorspannung für das Gate des Transistors 11 wird durch die Schaltungsanordnung, die durch das Rechteck 12 dargestellt ist, von der Leitung 9 abgeleitet. Die Leitung 9 ist außerdem durch einen SENDE-Schalter 13 und einen Pegelumsetzer 14 an das Gate des Transistors 5 angeschlossen. Der Schalter 13 ist als mechanischer Schalter dargestellt, obwohl es in einer praktischen Schaltung wahrscheinlich ist, daß er ein elektronischer Schalter in derselben integrierten Schaltung wie der Transistor 5 und der Pegelumsetzer 14 ist.
• Die Batteriespannung liegt typischerweise zwischen 4, 5 und 7,5 Volt und die negative Spannung, die durch die Ladungspumpe 8 erzeugt und im Kondensator 10 gespeichert wird, liegt zwischen 3 und 6 Volt.
• Der Galliumarsenid-Transistor 11 kann eine n-Kanal-Vorrichtung mit Verarmungsbetriebsart sein und erfordert an seinem Gate eine negative Vorspannung, um seinen Arbeitspunkt so einzustellen, daß er keinen unzulässigen Strom zieht und überhitzt wird.
• Die Schaltung verwendet die negative Versorgung, die vom Galliumarsenid- Leistungsverstärkungstransistor benötigt wird, um zu ermöglichen, daß eine große Spannungsschwingung an das Gate des Transistors 5 angelegt wird. Der Transistor 5 ist eine p-Kanal-MOS-Vorrichtung mit Anreicherungsbetriebsart, der normalerweise nicht durchgeschaltet ist und auf eine relativ große negative Spannung, beispielsweise -10 Volt, an seinem Gate in bezug auf die Source anspricht, dann sehr schnell durchschaltet und einen sehr kleinen Widerstand besitzt. Während der Transistor 5 durch eine kleinere negative Spannung, beispielsweise -5 Volt, zum durchgeschalteten Zustand geschaltet werden könnte, die von der Leitung 4 (auf 0 Volt) abgeleitet werden könnte, würde der Transistor 5 bei einem Betrieb unter diesen Umständen einen größeren Widerstand im Vorwärtsbetrieb aufweisen, so daß er einen solchen Betrag der Verlustleistung verbrauchen würde, daß die Abführung der erzeugten Wärme in einer integrierten Schaltung ein Problem darstellen würde. Außerdem würde die durch den Transistor 5 verbrauchte Leistung die Leistung schmälern, die durch den Leistungsverstärkungstransistor 11 erzeugt werden könnte. Während diese Schwierigkeiten bewältigt werden könnten, indem der Transistor 5 größer gemacht wird, wäre es dadurch viel schwieriger, ihn mit den anderen in dem Funksender/Funkempfänger verwendeten Transistoren zu integrieren, wie oben erwähnt wurde.
• Es ist erwünscht vorzusehen, daß dann, wenn die negative Versorgung aus irgendeinem Grund ausfallen sollte, der Transistor 5 im nicht durchgeschalteten Zustand bleiben sollte, so daß am Leistungstransistor 11 keine positive Versorgung anliegen würde. Der Ausfall der negativen Versorgung würde bedeuten, daß die negative Vorspannung nicht am Gate des Leistungstransistors 11 anliegt, wobei in diesem Fall dann, wenn die positive Versorgung am Transistor aufrechterhalten bliebe, ein großer Strom durchgeleitet werden würde, der den Transistor beschädigen oder sogar zerstören könnte. Da der Transistor 5 eine PMOS-Vorrichtung mit Anreicherungsbetriebsart ist, ist sein Kanal nicht durchgeschaltet, wenn keine geeignete Vorspannung an seinem Gate anliegt, deshalb ist es bei einem Ausfall der negativen Versorgung zur Gewährleistung seines nicht durchgeschalteten Zustands erforderlich, daß entweder keine Spannung an seinem Gate anliegt oder die Gatespannung nicht negativ ist.
• Diese Vorsichtsmaßnahme besitzt den zusätzlichen Vorteil, daß im normalen Betrieb die positive Versorgung nicht vor der negativen Vorspannung an den Leistungstransistor 11 angelegt werden kann, selbst wenn sich die negative Versorgung nur langsam aufbaut.
• Die Ladungspumpe 8, die verwendet wird, um die negative Versorgung zu erzeugen, könnte durch eine geeignete Batterie ersetzt werden.

Claims (4)

1. Tragbarer Funksender/Funkempfänger, mit einem als Senderleistungsverstärker dienenden Galliumarsenid-n-Kanal-Feldeffekttransistor vom Verarmungstyp, einem Mittel (8) für die Bereitstellung einer negativen Spannungsversorgung, das mit dem Gate des Transistors (11) verbunden ist, sowie einem PMOS-Transistor (5) vom Anreicherungstyp, der mittels der an sein Gate angelegten Spannung geschaltet wird, damit er eine positive Spannungsversorgung (6) zum Galliumarsenid-Transistor (11) durchläßt oder sperrt, um eine Übertragung durch den Sender freizugeben oder zu verhindern, wobei die negative Spannungsversorgung (9) außerdem für die Erhöhung der an den PMOS-Transistor (5) angelegten Gate-Spannung verwendet wird, wenn dieser durchschaltet, um so dessen Widerstand zu verringern.

2. Sender/Empfänger nach Anspruch 1, der eine integrierte Schaltung enthält, bei der der PMOS-Transistor (5) in der integrierten Schaltung enthalten ist.

3. Sender/Empfänger nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, der als das Mittel für die Bereitstellung der negativen Spannungsversorgung eine Ladungspumpe (8) enthält, die durch die positive Spannungsversorgung (6) mit Leistung versorgt wird.

4. Sender/Empfänger nach einem vorhergehenden Anspruch, in dem die Vorspannungsversorgung zum Gate des PMOS-Transistors (5) derart ist, daß bei fehlerhafter negativer Spannungsversorgung der Transistor nicht durchschaltet.