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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen eines
Parameters einer Leistungsvorrichtung durch Ändern eines Eingangssignals
zu der Leistungsvorrichtung, sowie ebenso eine entsprechende Vorrichtung.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere auf ein Verfahren und
eine entsprechende Vorrichtung zur Kompensation einer Leistungsfähigkeitsänderung
oder einer Leistungsverhaltensänderung
eines Transistors durch Einstellen eines Vorspannungspunktes oder
Biaspunktes gerichtet.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Leistungsvorrichtungen,
die beispielsweise Halbleiterelemente, wie Feldeffekttransistoren
(FET) oder Metalloxid-Silizium-(MOS-)FET verwenden, sind in verschiedenen
technologischen Gebieten weit verbreitet. Derartige Leistungsvorrichtungen
sind für eine
Leistungsverstärkung
ausgelegt und in der Lage, hohe Spannungen und große Ströme hand
zu haben. Ein Hauptproblem bei der Verwendung derartiger Leistungsvorrichtungen,
die vorstehend genannt sind, besteht darin, die Leistungsfähigkeit
oder das Leistungsverhalten, wie beispielsweise eine Linearität, ein Verstärkergewinn,
eine Ausgangsleistung und dergleichen, beispielsweise des verwendeten Halbleiterelements über eine
lange Zeitdauer konstant zu halten. Dies ist insbesondere wichtig
für variable
Hüllkurvensignale.
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Auf
Grund thermischer Effekte (beispielsweise eine Selbsterwärmung oder
eine externe Erwärmung),
einer Alterung und dergleichen können
charakteristische Parameter des Transistors verändert werden. Folglich kann
ein konstantes Leistungsverhalten, insbesondere die Linearität des Halbleiterelements, über eine
lange Zeitdauer nicht garantiert werden. Für eine effektive Verwendung
der Leistungsvorrichtung ist jedoch ein konstantes Leistungsverhalten
(beispielsweise Linearität)
extrem wichtig.
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Folglich
sind bisher mehrere Lösungen
vorgeschlagen worden, um das Leistungsverhalten einer derartigen
Leistungsvorrichtung, d. h. des Halbleiterelements, wie beispielsweise
eines MOSFET-Transistors, so stabil wie möglich in der Zeit zu halten.
Eine herkömmliche
Lösung
ist, den Drain-Strom ID über
einen Widerstand, der in Reihe geschaltet ist, zu erfassen. Eine
Vorspannungssteuerung oder Bias-Steuerung wird dann auf der Grundlage
dieses erfassten Stromes ausgeführt.
Auf Grund des Einfügens
des Widerstands ist es jedoch möglich,
dass in dem Fall einer hohen Leistung die Drain-Spannung deutlich verändert werden
kann. Außerdem
kann jedes Widerstandselement, das in den Weg eingefügt wird,
die Effektivität
des Verstärkers
verringern.
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Eine
weitere bekannte Lösung
ist, eine Zelle der Transistorstruktur abzutrennen und ein Signal, das
daraus gemessen wird, als eine Gleichstromreferenz bzw. DC-Referenz zu verwenden,
um eine Drain-Stromänderung
zu kompensieren. Dies kann jedoch lediglich durch den Elementhersteller
vorbereitet werden, da diese Lösung
eine neue Elementarchitektur erfordert.
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In
der Druckschrift EP-A-0 771 068 ist eine Vorspannungssteuerungseinrichtung
offenbart, die verwendet wird, um den Leistungsverbrauch eines Hochfrequenz-Leistungsverstärkers, der
in einem batteriebetriebenen tragbaren Telefon eingebaut ist, zu
minimieren, indem ein Vorspannungsstrom, der dem Hochfrequenz-Leistungsverstärker zugeführt wird,
auf eine derartige Weise gesteuert wird, dass ein Ausgangssignal
des Hochfrequenz-Leistungsverstärkers
die Verzerrung in einem zulässigen
Bereich so weit wie möglich
vergrößert, da
der Vorspannungsstrom umgekehrt proportional zu der Größe der Verzerrung
ist. Für
die Vorspannungssteuerung werden positive und negative Halbwellen
verwendet.
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In
der Druckschrift
EP 0 413 625 ist
ein Mikrowellenverstärker
offenbart, bei dem die zweite Harmonische des Ausgangssignals zur
Steuerung der Gatterspannung bzw. Gate-Spannung eines FET-Leistungsverstärkers verwendet
wird.
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KURZZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist folglich eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
sowie ebenso eine entsprechende Vorrichtung zur Steuerung eines
Ausgangssignals einer Leistungsvorrichtung bereitzustellen, indem
ein Eingangssignal zu der Leistungsvorrichtung verändert wird,
welche frei von den vorstehend genannten Nachteilen sind.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Einstellen
eines Parameters einer Leistungsvorrichtung durch Ändern eines
Eingangssignals zu der Leistungsvorrichtung gelöst, wobei das Verfahren Schritte
umfasst zum Aufnehmen eines Abtastwerts eines Ausgangssignals der
Leistungsvorrichtung, zum Erfassen eines ersten Leistungspegels
der Grundfrequenz und eines zweiten Leistungspegels der Harmonischen
zweiter oder höherer
Ordnung des abgetasteten Ausgangssignals, zum Verarbeiten des erfassten
ersten und zweiten Leistungspegels, zum Entscheiden auf der Grundlage
eines Ergebnisses, das in dem Verarbeitungsschritt erhalten wird,
ob eine Kompensation einer Änderung
des Parameters erforderlich ist, und, wenn eine derartige Änderung
zu kompensieren ist, zum Bestimmen eines Änderungswerts für das Eingangssignal
und zum Einstellen des Parameters durch Ändern des Eingangssignals um
den bestimmten Änderungswert.
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Des
Weiteren ist in der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum
Einstellen eines Parameters einer Leistungsvorrichtung durch Ändern eines Eingangssignals
zu der Leistungsvorrichtung vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung
umfasst: eine Kopplungseinrichtung zum Aufnehmen eines Abtastwerts eines
Ausgangssignals der Leistungsvorrichtung, Erfassungseinrichtungen
zum Erfassen eines ersten Leistungspegels der Grundfrequenz und
eines zweiten Leistungspegels der Harmonischen zweiter oder höherer Ordnung
des abgetasteten Ausgangssignals und eine Verarbeitungsschaltung
zum Verarbeiten der erfassten ersten und zweiten Leistungspegel,
um auf der Grundlage eines in der Verarbeitung erhaltenen Ergebnisses
zu entscheiden, ob eine Kompensation einer Änderung des Parameters erforderlich ist,
und, wenn eine derartige Änderung
zu kompensieren ist, einen Änderungswert
für das
Eingangssignal zu bestimmen und den Parameter durch Ändern des
Eingangssignals um den bestimmten Änderungswert einzustellen.
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Vorteilhafte
Weiterentwicklungen der vorliegenden Erfindung sind in den jeweiligen
abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung erfordern das vorgeschlagene Verfahren und/oder die vorgeschlagene
Vorrichtung keine Änderung
in der Elementarchitektur. Ebenso ist kein Element wie ein Widerstand
innerhalb des Netzwerkes erforderlich, wobei folglich das Risiko
weiterer Änderungen
des Leistungsverhaltens, beispielsweise bei einer hohen Leistung,
vermieden ist.
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Außerdem stellt
die vorliegende Erfindung eine Schaltung bereit, die beinahe keine
HF-Leistung verbraucht und die einfach zu implementieren ist. Des
Weiteren ist es möglich,
Drifteffekte beispielsweise eines Drain-Stroms über eine lange Zeitdauer, beispielsweise
auf Grund von Alterung, aber ebenso über kurze Zeitänderungen,
beispielsweise auf Grund einer raschen Temperaturänderung
des Halbleiterelements, zu kompensieren. Da die Steuerung direkt
die Linearität
des Halbleiterelements (d. h. des Transistors) betrifft, arbeitet
ein Vorspannungssteuerungsverfahren bzw. Bias-Steuerungsverfahren gemäß der Erfindung
sehr genau. Da keine Unterbrechung zur Messung oder Einstellung
erforderlich ist, stellt die vorliegende Erfindung insbesondere
eine effektive Steuerung der Leistungsvorrichtung bereit.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind nachstehend ausführlich unter Bezugnahme auf
die beigefügte
Zeichnung als Beispiel beschrieben.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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Es
zeigen:
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1 ein Flussdiagramm, das
das Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung beschreibt,
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2 ein Blockschaltbild, das
eine Vorrichtung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
zeigt,
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3 ein Blockschaltbild, das
eine Vorrichtung gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel zeigt,
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4 ein Blockschaltbild, das
ein Element der Vorrichtung gemäß den Ausführungsbeispielen zeigt,
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5A und 5B schematische Diagramme, die Kennlinien
eines Transistors zeigen, und
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6 ein Diagramm, das ein
Verhältnis
von Ausgangssignalen eines Transistors für unterschiedliche Parameter
veranschaulicht.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Transistoren
werden in definierten Klassen, den sogenannten Betriebsklassen,
betrieben. Diese Betriebsklassen hängen von dem Ruhestrom des Transistors
ab. Transistoren, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden,
müssen
in der Betriebsklasse AB oder der Betriebsklasse B arbeiten. In
den vorstehend genannten Klassen werden Harmonische des Grundsignals
erzeugt, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
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Die
vorliegende Erfindung hat als Startpunkt die Überlegung, dass die Pegel von
Harmonischen (Grundfrequenz, zweite Harmonische und dergleichen)
eines Ausgangssignals eines Leistungsverstärkers (Transistors) von einem
Vorspannungspunkt bzw. Biaspunkt abhängen, der für den Transistor eingestellt
ist. Folglich kann ein Verhältnis
von Signalen, die die Grundfrequenz und beispielsweise die zweite Harmonische
betreffen, zur Überwachung
von Effekten verwendet werden, die den Vorspannungspunkt beeinflussen
(siehe auch 6).
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Die
nachfolgende Beschreibung der Theorie beruht auf der Therminologie
von FET- oder MOSFET-Transistoren. Es können jedoch ebenso andere Leistungsvorrichtung,
wie beispielsweise Bipolar-Transistoren oder dergleichen, verwendet
werden.
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In 5A ist eine idealisierte Übertragungskennlinie
eines Transistors, wie er vorstehend genannt ist, gezeigt. Wenn
eine Gate-Spannung VG unter einem Schwellenwertpegel VTH ist, ist
ein Drain-Strom ID Null. Wenn die Gate-Spannung VG über den
Schwellenwertpegel vergrößert wird,
vergrößert sich
der Drain-Strom, bis er den Sättigungsstrom
ISAT (der ebenso als Offener-Kanal-Strom bzw. Open-Channel-Strom bekannt
ist) erreicht.
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In 5B ist der Drain-Strom ID
als eine Funktion der Drain-Spannung VD gezeigt. Hierbei ist ein
Parameter x angegeben, der als das Verhältnis zwischen dem Drain-Ruhestrom IDQ und
dem Sättigungsstrom
ISAT (d. h. dem maximalen Drain-Strom ID) definiert ist. Ein Ruhevorspannungspunkt
ist bei dem Stromwert definiert, wenn die Drain-Spannung VDD ist,
welche die Versorgungsspannung ist. Dieser Ruhevorspannungspunkt entspricht
dem Drain-Ruhestrom IDQ bei einer Drain-Spannung VD = VDD.
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In 6 ist ein Graph gezeigt,
der das Leistungsverhältnis
der zweiten Harmonischen und der Grundfrequenz eines Ausgangsleistungssignals
des Transistors als eine Funktion der Leistung der Grundfrequenz
des Ausgangsleistungssignals darstellt. Es gibt unterschiedliche
Kurven, von denen jede einen unterschiedlichen Wert x, d. h. einen
unterschiedlichen Drain-Ruhestrom IDQ darstellt. Typische Werte des
Parameters x für
einen Klasse-AB-Verstärker (oder
Transistor) sind beispielsweise 0,08 bis 0,12. Für einen Klasse-B-Verstärker ist
x Null. Wie es in 6 gezeigt
ist, hängt
die Position der Kurven nicht nur von der Leistung bei der Grundfrequenz
ab, sondern ebenso von dem Vorspannungspunkt des Transistors. Wenn
der Wert der Ausgangsleistung festgelegt ist, hängt das Verhältnis der
zweiten Harmonischen und der Grundfrequenz nur von dem Parameter
x, d. h. von dem Drain-Ruhestrom IDQ ab. Dies bietet die Möglichkeit,
den Drain-Ruhestrom IDQ zu korrigieren, der durch Alterung und dergleichen,
wie es vorstehend beschrieben ist, verändert werden kann, indem beispielsweise
eine Messung der Pegel der Grundfrequenz und der zweiten Harmonischen des
Ausgangssignals eines Transistors verwendet wird. Ergebnisse dieser
Messung können
verwendet werden, um die Gate-Spannung zu verändern, um den Vorspannungspunkt
(d. h. den Drain-Ruhestrom) einzustellen.
Als ein Indikator für
das Erfordernis einer Korrektur wird das Verhältnis zwischen der Grundfrequenz
und der zweiten Harmonischen verwendet.
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Da
thermische Änderungen
ebenso den Drain-Ruhestrom IDQ beeinflussen, kann das Verhältnis zwischen
der Grundfrequenz und der zweiten Harmonischen entsprechend verwendet
werden. Folglich kann die vorliegende Erfindung ebenso verwendet
werden, um thermische Effekte auf den Transistor zu kompensieren.
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Unter
Verwendung der vorstehend beschriebenen theoretischen Überlegungen
stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Einstellen des Vorspannungspunktes
eines Transistors, beispielsweise eines MOSFET-Transistors (einer
Leistungsvorrichtung) bereit, indem die Ausgangsleistung abgegriffen
wird und Signalbestandteile bzw. Signalkomponenten, wie beispielsweise
die Pegel der Grundfrequenz und der zweiten Harmonischen des ursprünglichen
Ausgangssignals, zur Bestimmung einer Leistungsverhaltensänderung
erfasst werden. Dieses Verfahren ist nachstehend unter Bezugnahme
auf 1 beschrieben. Es
ist anzumerken, dass zur Beschreibung des Verfahrens ein Flussdiagramm,
das mehrere Schritte umfasst, verwendet wird, obwohl das Verfahren
gemäß der vorliegenden Erfindung
ebenso gleichzeitig ausgeführt
werden kann.
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Gemäß 1 wird nach einem Starten
der Steuerungsprozedur in Schritt S1 ein Abtastwert eines Ausgangssignals,
d. h. einer Ausgangsleistung POUT eines Transistors, der beispielsweise
ein lateral diffundierter Metalloxidhalbleiter-Transistor (laterally
diffused metal oxide semiconductor bzw. LDMOS-Transistor) ist, abgenommen.
Hierbei kann ein Abnehmen eines Abtastwerts des Ausgangssignals ebenso
als ein kontinuierliches Abgreifen des Ausgangssignals verstanden
werden. Dieses Ausgangssignal kann die Form eines HF-Signals aufweisen.
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Das
abgetastete Ausgangssignal POUT wird in zwei Signalteile aufgespaltet
bzw. gesplittet, die einander entsprechen (Schritt S3). In Schritt
S5 wird von einem dieser Signalteile ein Pegel der Grundfrequenz
P1st des ursprünglichen
Ausgangssignals erfasst, während
von dem anderen Signal ein Pegel der zweiten Harmonischen P2nd des
ursprünglichen Ausgangssignals
erfasst wird. Es ist anzumerken, dass in diesem Erfassungsschritt
S5 die HF-Signale in
Gleichstromsignale bzw. DC-Signale umgewandelt werden.
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Dann
werden in Schritt S6 die erfassten Pegel der Grundfrequenz und der
zweiten Harmonischen P1st, P2nd verarbeitet. In diesem Verarbeitungsschritt
S6 wird in dem Fall, dass die erfassten Pegel beispielweise proportional
zu dem Logarithmus der Leistung sind, der Pegel der zweiten Harmonischen
P2nd von dem Pegel der Grundfrequenz P1st subtrahiert, um eine Differenz
oder ein Fehlersignal zu erhalten. In anderen Fällen (d. h., die erfassten
Pegel sind nicht proportional zu dem Logarithmus der Leistung, beispielsweise
sind sie proportional zu der Leistung selbst), ist eine andere Berechnungsart erforderlich.
In dem vorstehend genannten Fall einer Proportionalität zu der
Leistung selbst ist beispielsweise ein Verhältnis zwischen dem Pegel der
zweiten Harmonischen P2nd und dem Pegel der Grundfrequenz P1st für die Verarbeitung
in Schritt S6 erforderlich.
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Das
erhaltene Ergebnis wird verwendet, um zu entscheiden, ob eine Änderung
eines Eingangssignals zu dem Transistor 1 (d. h. des Ausgangssignals POUT
des Transistors 1) zur Kompensation einer Leistungsverhaltensänderung
erforderlich ist (Schritt S7). Diese Entscheidung kann beispielsweise
allein durch Überprüfen des
Differenzsignals getroffen werden (beispielsweise ob es Null ist
oder nicht, wenn die Ausgangsleistung des Transistors bei einem
konstanten Wert ist). Eine weitere Möglichkeit ist, das Differenzsignal
mit vorbestimmten Werten zu vergleichen, wobei jeder Wert auf einen
jeweiligen Änderungswert
bezogen ist.
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Wenn
die Entscheidung in Schritt S7 negativ ist, d. h., es ist keine
Kompensation einer Änderung des
Ausgangssignals (d. h. des Leistungsverhaltens) erforderlich, springt
der Vorgang direkt zu dem Beginn zurück (S10) und die Steuerungsprozedur
wird erneut gestartet. Wenn die Entscheidung in Schritt S7 positiv
ist, d. h. eine Kompensation ist erforderlich, wird in Schritt S8
ein Änderungswert ΔV für das Eingangssignal
des Transistors zur Einstellung des Drain-Ruhestroms IDQ (d. h.
des Vorspannungspunktes oder Biaspunktes) des Transistors bestimmt. Wie
es vorstehend beschrieben ist, kann dieser Änderungswert ΔV entweder
durch Verwenden des Differenzsignals, das in dem Verarbeitungsschritt
S6 erhalten wird, selbst oder durch Verwenden vorbestimmter Werte,
die mit dem Differenzsignal verglichen werden, um einen jeweiligen Änderungswert
zu erhalten, bestimmt werden. Das zu ändernde Signal zur Einstellung
des Vorspannungspunktes ist beispielsweise im Falle des vorstehend
genannten LDMOS die Gate-Spannung VG, die den Drain-Ruhestrom IDQ
beeinflusst. In Schritt S9 wird diese Gate-Spannung VG entsprechend
dem bestimmten Änderungswert ΔV verändert. Danach
springt der Vorgang ebenso zu dem Beginn der Steuerungsprozedur
zurück
(Schritt S10).
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Als
eine Alternative ist es ebenso möglich, dass
nach dem Aufteilen bzw. Aufsplitten des abgetasteten Ausgangssignals
POUT in Schritt S3 und vor der Erfassung des Pegels der Grundfrequenz
und des Pegels der zweiten Harmonischen in Schritt S5 die aufgeteilten
Signalkomponenten in Schritt S4 vorverarbeitet werden, wenn es erforderlich
ist. Dieser Vorverarbeitungsschritt kann eine Dämpfung eines oder von beiden
der aufgeteilten Signalkomponenten (oder eines Frequenzteiles) für eine adäquate Erfassung
in dem Erfassungsschritt S5 sein. Beispielsweise kann zumindest
eines der aufgeteilten Signale um mehrere dB (beispielsweise 20–40 dB)
abgesenkt werden, insbesondere für
die Erfassung des Pegels der Grundfrequenz P1st. Zusätzlich kann
zumindest eines der aufgeteilten Signale gefiltert werden, beispielsweise
zum Erhalten eines adäquaten
Signalpegels der zweiten Harmonischen für die Erfassung, d. h. die
Grundfrequenz in dem ursprünglichen
Signal muss im Vergleich zu der zweiten Harmonischen abgesenkt werden
(beispielsweise um 10 dB).
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Nachstehend
ist unter Bezugnahme auf 2 ein
erstes Beispiel einer Vorrichtung beschrieben, die angepasst ist,
das vorstehend beschriebene Verfahren auszuführen. Hierbei ist eine Vorrichtung zur
Steuerung des Vorspannungspunktes eines Transistors 1,
der als die Leistungsvorrichtung verwendet wird, durch Überwachen
des Ausgangssignals des Transistors 1 gezeigt. Der Transistor,
beispielsweise ein LDMOS-Transistor, soll in der Klasse AB oder
B betrieben werden.
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Der
Drain-Anschluss des Transistors 1 ist über ein elektrisches Element
E, wie beispielsweise einen Widerstand oder eine Induktivität, mit einer
Energiezufuhr VDD verbunden. Der Source-Anschluss des Transistors
ist geerdet bzw. mit Masse verbunden. Bezugszeichen A bzw. B bezeichnen
Abgleichungsnetzwerke, die mit dem Transistor 1 verbunden
sind. Bezugszeichen 2 bezeichnet eine Kopplungseinrichtung
bzw. einen Koppler zum Abnehmen eines Abtastwerts des Ausgangssignals
POUT. Der Koppler 2 ist beispielsweise ein Ausgangsleistungs-Steuerungskoppler.
Bezugszeichen 3 bezeichnet eine Erfassungseinrichtung zur
Erfassung des Pegels der Grundfrequenz P1st des abgetasteten Ausgangssignals
POUT und Bezugszeichen 4 bezeichnet eine Erfassungseinrichtung
zur Erfassung des Pegels der zweiten Harmonischen P2nd des abgetasteten
Ausgangssignals POUT. Wie es vorstehend beschrieben ist, sind die
Erfassungseinrichtungen angepasst, das HF-Ausgangssignal in Gleichstromsignale
bzw. DC-Signale für
eine weitere Verarbeitung umzuwandeln. Die Erfassungseinrichtungen 3, 4 sind
beispielsweise Dioden, Log-Erfassungseinrichtungen oder dergleichen.
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Bezugszeichen 5 bezeichnet
eine Verarbeitungsschaltung, beispielsweise eine Gleichstrom-Rückkopplungsschaltung.
Die Pegel der Grundfrequenz und der zweiten Harmonischen, die durch
die Erfassungseinrichtungen 3, 4 erfasst werden,
werden Eingangsanschlüssen
der Verarbeitungsschaltung 5 zugeführt. In dieser Schaltung 5 werden
die Eingangspegel (Gleichstromsignale bzw. DC-Signale) verarbeitet, beispielsweise
subtrahiert und verglichen, wie es vorstehend beschrieben ist. Ein
Beispiel einer derartigen Verarbeitungsschaltung ist nachstehend
unter Bezugnahme auf 4 angegeben.
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Die
Verarbeitungsschaltung entscheidet, ob und durch welchen Wert der
Drain-Ruhestrom (und folglich der Vorspannungspunkt bzw. Biaspunkt)
des Transistors 1 einzustellen ist, um eine Leistungsverhaltensänderung
(die durch Überwachung
des Ausgangssignals POUT erkannt wird) zu kompensieren. Folglich
gibt sie einen Änderungswert ΔV aus, um beispielsweise
die Gate-Spannung VG als ein Eingangssignal des Transistors, der
als die Leistungsvorrichtung verwendet wird, zu ändern, um das Leistungsverhalten
des Transistors konstant zu halten.
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Gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung, die in 3 gezeigt ist, verwendet.
Hier sind zusätzlich zu
den vorstehend beschriebenen Einrichtungen A und B sowie 1 bis 5 Vorverarbeitungseinrichtungen 6 und 7 beinhaltet.
In dem Weg zu der Erfassungseinrichtung 3 für die Grundfrequenz
ist ein Dämpfungsglied 6 eingefügt. Dieses
Dämpfungsglied 6 wird
verwendet, um das aufgeteilte Signal, das der Erfassungseinrichtung 3 für die Grundfrequenz
zugeführt wird,
um mehrere dB abzusenken, um beispielsweise einen Signalpegel zu
erreichen, der gleich dem der zweiten Harmonischen ist (beispielsweise
um 20 bis 40 dB). Das Dämpfungsglied 6 ist
beispielsweise ein sogenanntes T-Dämpfungsglied,
das aus Chip-Widerständen
aufgebaut ist.
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Des
Weiteren ist in dem Weg der Erfassungseinrichtung 4 für die zweite
Harmonische ein Filter 7 beinhaltet. Dieses Filter 7 wird
mit dem aufgeteilten Signal des ursprünglichen abgetasteten Ausgangssignals
POUT verwendet, um die Grundfrequenz herauszufiltern, oder um sie
zumindest abzusenken, für
eine effektive Erfassung der zweiten Harmonischen in der Erfassungseinrichtung 4 (die Grundfrequenz
ist beispielsweise 10 dB niedriger als die zweite Harmonische).
Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein Bandpassfilter oder in einigen
Fällen ein
Sperrfilter verwendet werden.
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Zusätzlich zu
den vorstehend beschriebenen Schaltungselementen 6 und 7 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
ist es ebenso möglich,
weitere Elemente, wie beispielsweise Dämpfungsglieder oder Filter
in den Wegen der Vorrichtung hinzuzufügen. Dies hängt von den Pegeln der zu erfassenden Harmonischen
ab. Beispielsweise kann in dem Weg zu der Erfassungseinrichtung 3 für die Grundfrequenz
ebenso ein Filter zur Vorverarbeitung des aufgeteilten Signals erforderlich
sein.
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Nachstehend
ist unter Bezugnahme auf 4 ein
Beispiel einer Schaltung gezeigt, die als die Gleichstromrückführungsschaltung
verwendet wird, die in dem ersten und in dem zweiten Ausführungsbeispiel
anwendbar ist. Hierbei ist eine vereinfachte Implementierung beschrieben,
die beispielsweise in dem Fall verwendet werden kann, dass die Leistung konstant
ist und die Eingangs-(Gleichstrom-)Signale von den Erfassungseinrichtungen 3, 4,
die vorstehend beschrieben sind, zu dem Wert einer Leistung, der
in dBm ausgedrückt
wird, (d. h. zu dem Logarithmus der Leistung) proportional sind
und näherungsweise
auf dem gleichen Pegel sind. Wenn jedoch andere Vorbedingungen auftreten,
muss der Aufbau der Gleichstromrückführungsschaltung
entsprechend verändert
werden, um ein korrektes Ausgangssignal zu empfangen, das als ein Änderungswert
zur Einstellung des Vorspannungspunktes des Transistors verwendet
wird.
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Gemäß 4 wird das Gleichstromsignal bzw.
DC-Signal, das dem erfassten Pegel der Grundfrequenz P1st entspricht,
dem negativen Eingangsanschluss eines Differenzialverstärkers zugeführt, und
das Gleichstromsignal bzw. DC-Signal, das dem erfassten Pegel der
zweiten Harmonischen P2nd entspricht, wird dem positiven Eingangsanschluss des
Differenzialverstärkers
zugeführt.
Das heißt,
das Ausgangssignal ΔV
des Differenzialverstärkers,
das das vorstehend genannte Fehler- oder Differenzsignal ist, hängt lediglich
von dem Verhältnis
der Gleichstromsignale bzw. DC-Signale ab, die der Grundfrequenz
und der zweiten Harmonischen entsprechen. Als eine Referenz kann
eine festgelegte externe Spannungsquelle VREF verwendet werden.
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Alternativ
hierzu kann beispielsweise in dem Fall eines breiteren Dynamikbereichs
der abzugreifenden Ausgangsleistung eine (nicht gezeigte) Nachschlagetabelle
als eine Referenz zur Bestimmung, um welchen Wert die Gate-Spannung
VG für
eine korrekte Einstellung zu verändern
ist, verwendet werden. Dann wird der Änderungswert ΔV über ein
Tiefpassfilter zu dem Transistor 1 geführt, um die Gate-Spannung VG
(d. h. den Ruhestrom IDQ) einzustellen.
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Es
ist anzumerken, dass, da das Differenzsignal ΔV lediglich von einer gemittelten
Hüllkurve
von Harmonischen abhängt,
die vorliegende Erfindung im Allgemeinen in der Lage ist, unabhängig von
der Art der Modulation, die für
das ursprüngliche
Ausgangssignal verwendet wird, zu arbeiten.
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Als
eine bevorzugte Implementierung wird die vorliegende Erfindung in
einer Stufe eines Leistungsverstärkers
verwendet. In der vorstehenden Beschreibung ist als Halbleiterelement
der Leistungsvorrichtung ein Lateral diffundierter Metalloxidhalbleiter-(LDMOS-)Transistor
genannt. Es ist jedoch ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung
ebenso bei einer beliebigen anderen Leistungsvorrichtung anwendbar
ist, die über
eine lange Zeitdauer zu stabilisieren ist.
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Um
eine hohe Effektivität
zu erreichen, sollten die Gleichstromsignale bzw. DC-Signale, die
von beiden Erfassungseinrichtungen 3, 4 zugeführt werden,
nicht sehr differieren. Dies kann durch entsprechende Maßnahmen,
wie die vorstehend beschriebene Dämpfung, erreicht werden. Des
Weiteren kann zur Verbesserung der Effektivität der Änderungs-(d. h. der Einstell-)Pegelbereich
für die
Gate- Spannung durch
einen vorbestimmten Schwellenwert begrenzt werden, wenn beispielsweise
das Ausgangssignal POUT weit und/oder schnell abfällt.
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Obwohl
in der vorliegenden Erfindung, die vorstehend beschrieben ist, die
Grundfrequenz und die zweite Harmonische für die Einstellung des Halbleiterelements 1 verwendet
werden, ist es ebenso möglich,
eine oder mehr der dritten, vierten usw. Harmonischen für die Berechnung
des Einstellungspegels zu verwenden. In diesem Fall können das
Verfahren und die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
sehr einfach modifiziert werden, um diese Parameter zu berücksichtigen.
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Die
vorliegende Erfindung schlägt
ein Verfahren zum Einstellen eines Parameters IDQ einer Leistungsvorrichtung 1 durch Ändern eines
Eingangssignals VG zu dieser Leistungsvorrichtung vor, wobei das
Verfahren Schritte umfasst zum Aufnehmen S2 eines Abtastwerts eines
Ausgangssignals POUT der Leistungsvorrichtung 1, zum Erfassen S5 eines
ersten Leistungspegels der Grundfrequenz P1ST und eines zweiten
Leistungspegels der Harmonischen zweiter oder höherer Ordnung P2ND des abgetasteten
Ausgangssignals POUT, zum Verarbeiten S6 des erfassten ersten und
zweiten Leistungspegels P1ST, P2ND, zum Entscheiden S7 auf der Grundlage
eines Ergebnisses, das in dem Verarbeitungsschritt S6 erhalten wird,
ob eine Kompensation einer Änderung
des Parameters IDQ erforderlich ist, und, wenn eine derartige Änderung
zu kompensieren ist, zum Bestimmen S8 eines Änderungswerts ΔV für das Eingangssignal
VG und zum Einstellen S9 des Parameters IDQ durch Ändern des
Eingangssignals VG um den bestimmten Änderungswert ΔV. Des Weiteren
schlägt
die vorliegende Erfindung eine entsprechende Vorrichtung vor.
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Es
ist ersichtlich, dass die vorstehende Beschreibung und die beigefügten Figuren
lediglich als Beispiel zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung
dienen sollen. Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung können
somit innerhalb des Umfangs der beigefügten Patentansprüche variieren.