DE69923562T2

DE69923562T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Verhindern von Sättigung in einer Leistungsverstärker-Regelschleife

Info

Publication number: DE69923562T2
Application number: DE69923562T
Authority: DE
Inventors: Niels Jorgen Jensen
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1999-10-29
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2019-10-30
Also published as: EP1096673A1; DE69923562D1; EP1096673B1; DK1096673T3

Description

Bisheriger Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verhindern von Sättigung in einer Leistungsverstärker-Regelschleife.
JP-A-02302110 offenbart einen Filterkreis, der die Oberwellenkomponente – unter Auslassung der Grundwelle – gleichrichtet und glättet, um eine Steuerspannung zu erzeugen. Die Steuerspannung dient dazu, die Verstärkung in einer Hochfrequenz-Vorverstärkerstufe zu reduzieren.
JP-A-06216680 offenbart einen Verstärker, der einen Oberwellenerfassungsanteil zur Erfassung der höheren Oberwellen in den Verstärkerausgangswellen sowie einen Anteil zur Erzeugung eines Oberwellen-Referenzwertes hat, der mit einem Referenzwert für den Vergleich eines im Oberwellenerfassungsanteil erfassten Oberwellenwertes mit einem zulässigen Wert dient.
US-A-5712593 offenbart ein Mittel zur Erfassung des Wertes einer Verzerrung, die in einem Ausgangssignal vorliegt. Ein Rückkopplungssignal ist vorgesehen, um den Arbeitspunkt der aktiven Geräte zu steuern. Wenn die Antriebspegel ansteigen, führt der erfasste erhöhte Klirrfaktor dazu, dass die Vorspannung des Leistungsverstärkers steigt, so dass die Verzerrung reduziert wird.
EP-A-0 834 988 offenbart ein Audiogerät, das einen Detektor zur Messung der Verzerrung im Ausgangssignal hat.
Die Erfindung kann insbesondere in GSM-Sendern (Global System for Mobile Communications) verwendet werden, die Leistungsverstärker-Regelschleifen besitzen, insbesondere bei Ein-, Zwei- und Dreibandsystemen. Obwohl die vorliegende Erfindung grundsätzlich für jedes System anwendbar ist, das einen Leistungsverstärker enthält, werden die vorliegende Erfindung und die ihr zugrunde liegenden Probleme unter besonderer Bezugnahme auf derartige GSM-Sender besprochen.
Rückkopplungsregelschleifen für Leistungsverstärker haben oft ein Problem mit Sättigung, wenn der Leistungsverstärker den 1 dB-Kompressionspunkt erreicht.
Grund hierfür ist die nichtlineare Übergangsfunktion des Leistungsverstärkers, die die Ausgangsspannung in Relation zur Steuerspannung ergibt. Im gesättigten Bereich des Leistungsverstärkers sinkt die Regelverstärkung gegen Null. In der Praxis entspricht dies einer Situation mit offenem Regelkreis.
Dieser Mechanismus ist für drei besondere Probleme verantwortlich:
Man kann in einem Impulssystem wie GSM beim Abfall leicht Schaltbandbreitenanforderungen verletzen. Mit anderen Worten heißt dies, dass eine Leistungsverstärker-Regelschleife im gesättigten Bereich erhöhte Schaltbandbreiten-Einschwingvorgänge verursacht, und dadurch verletzt das Produkt die Spezifikationen und verursacht während des TDMA-Anstiegs/-Abfalls (Zeitmultiplex-Mehrfachzugriffs) weitere Störungen (Interferenzen) in anderen elektronischen Bauteilen.
Der Leistungsverstärker weist in diesem Bereich eine maximale Effizienz auf, und daher wäre es wünschenswert, den Leistungsverstärker nahe an diesem Punkt zu betreiben, um die Batterie optimal zu nutzen. Wenn ein Leistungsverstärker in einem prozessgekoppelten Schleifensystem betrieben wird, ist der Abstand von diesem Bereich nicht bekannt, da der Punkt von der Temperatur, der Speisespannung und losweisen Abweichungen abhängig ist.
ZUSAMMENFASSENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bietet ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verhindern von Sättigung in einer Leistungsverstärker-Regelschleife gemäß Anspruch 1 bzw. 3.
Auf der Basis des bisherigen Stands der Technik können weder der Leistungsverstärker noch die Regelschleife dank Sättigungserfassung im gesättigten Bereich arbeiten.
Weiterhin hat der Konstrukteur des Leistungsverstärkers und der Regelschleife dank Sättigungserfassung den Vorteil, dass er eine Rückkopplungsinformation erhält, wenn die Schleife den gesättigten Bereich erreicht. Der Leistungsverstärker kann dann sehr nahe am gesättigten Bereich betrieben werden, wo die Verstärkereffizienzspitze liegt.
Der gesättigte Bereich wird mit Hilfe der Bandbreitenleistung der zweiten oder einer anderen geradzahligen Bandbreitenoberwelle am Ausgang des Leistungsverstärkers erfasst.
Erfindungsgemäß wird ein örtliches Minimum der zweiten oder einer anderen geradzahligen Bandbreitenoberwelle verwendet, um einen Sättigungspunkt des besagten Leistungsverstärkers zu erfassen, und die Ausgangsleistung des besagten Leistungsverstärkers wird so geregelt, dass sie an oder unter besagtem Sättigungspunkt gehalten wird.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den Unteransprüchen beschrieben.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird in Reaktion auf besagte erfasste Bandbreitenleistung ein Regelsignal in einen Integrator in der Leistungsverstärker-Regelschleife gespeist, wobei besagter Integrator eine passende Steuerspannung in besagten Leistungsverstärker eingibt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung lässt sich umfassender anhand folgender ausführlicher Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen in 1 und 2 verstehen, wobei:
1 eine Leistungsverstärker-Regelschleife gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt; und
2 eine typische Übergangsfunktion eines Leistungsverstärkers mit Regelschleife zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1 stellt eine Leistungsverstärker-Regelschleife gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar, und 2 stellt eine typische Übergangsfunktion eines Leistungsverstärkers mit Regelschleife dar.
In 1 und 2 bezeichnet das Referenzzeichen CV eine Steuerspannung, 100 eine Effizienzkennlinie, 200 eine Oberwellenlinie, 300 eine Schaltbandbreite, 10 einen Leistungsverstärker, 20 ein Abgleichmittel, 30 einen Koppler, 40 einen Tiefpassfilter, 50 einen Leistungsdetektor, 55 eine Leistungsverstärker-Regelschleife, 90 ein Steuergerät, 60 einen Sende-/Empfangsschalter, 70 eine Antenne, 80 einen Empfänger, 15 einen Oberwellenfilter und 25 einen Leistungsdetektor.
Wie aus 2 ersichtlich, haben selbst Oberwellen-Kennlinien (z.B. eine zweite Oberwellen-Kennlinie 200) der Trägerfrequenz ein örtliches Minimum, kurz bevor der Leistungsverstärker in den nichtlinearen Bereich wechselt, d.h., die Schaltbandbreite 300 wird unendlich und die Effizienz 100 maximal.
Die in 2 dargestellte Leistungsverstärkeranordnung, einschließlich Leistungsverstärker 10, Funkfrequenz-Abgleichmittel 20, Koppler 30, Tiefpassfilter 40, Leistungsdetektor 50, Leistungsverstärker-Regelschleife 55, Sende-/Empfangsschalter 60, Antenne 70, Empfänger 80 und Steuergerät 90, sind allgemein bekannt und sollen daher hier nicht weiter beschrieben werden.
Insbesondere die Schleife zwischen Koppler 30 und Leistungsverstärker 10, einschließlich Leistungsdetektor 50, Leistungsverstärker-Schleifenintegrator 55 und Steuergerät 90, wird Leistungsverstärker-Regelschleife genannt, die der Stabilisierung der Ausgangsleistung auf eine konstante Leistung dient, z.B. 2 Watt bei einem GSM-Sender.
Daher erfasst der Leistungsdetektor 50 die Ausgangsleistung am Koppler 30 und speist ein entsprechendes Signal in den Integrator 55. Der Integrator 55 empfängt ein Regelsignal vom Steuergerät 90 und speist eine entsprechende Steuerspannung CV in besagten Leistungsverstärker 10.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden zusätzlich ein paralleler Sperrfilter 15 für die zweite Oberwelle am Ausgang des Leistungsverstärkers 10 und ein einfacher Leistungsdetektor 25 vorgesehen, der ein Ausgangssignal in das Steuergerät 90 speist; dadurch wird es möglich, die Sättigung des Leistungsverstärkers 10 durch Messen des Verhaltens der zweiten Oberwelle zu verfolgen und die Ausgangsspannung so zu regeln, dass der lineare Bereich nicht verlassen wird.
Wenn man diese Anordnung am Ausgang des Leistungsverstärkers 10 hat, kann das Steuergerät 90 den Pegel der zweiten Oberwelle während eines Bursts überwachen und das örtliche Minimum in der Kennlinie 200 der zweiten Oberwelle suchen.
Wenn das Steuergerät 90 dieses örtliche Minimum erfasst, können Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, um z.B. die Ausgangsleistung zu reduzieren oder zu bestimmen, dass die Ausgangsleistung nicht mehr weiter steigen darf, und so können Probleme auf Grund von Sättigung der Regelschleife vermieden werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Bezug auf ihre bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, lässt sich erkennen, dass zahlreiche Modifikationen durchgeführt werden können, ohne dass dadurch von dem für die vorliegende Erfindung geltenden Schutzbereich, wie er durch die beigefügten Patentansprüche definiert wird, abgewichen wird.
Insbesondere ist die Erfindung auf jedes System anwendbar, dass eine Leistungsverstärker-Regelschleife enthält.

Claims

Verfahren zum Verhindern von Sättigung in der Regelschleife eines Leistungsverstärkers (10), das folgende Schritte umfasst: – Erfassung der Bandbreitenleistung der zweiten oder einer anderen geradzahligen Bandbreitenoberwelle der Trägerfrequenz am Ausgang des Leistungsverstärkers (10); – Regelung der Ausgangsleistung des Leistungsverstärkers (10) entsprechend besagter erfasster Bandbreitenleistung der besagten Bandbreiten-Oberwelle, so dass die Ausgangsleistung am oder unterhalb eines Sättigungspunktes gehalten wird; dadurch gekennzeichnet, dass: der Schritt der Regelung der Ausgangsleistung mit Hilfe eines örtlichen Minimums der Bandbreitenleistung der zweiten oder einer anderen geradzahligen Bandbreitenoberwelle bewerkstelligt wird, um besagten Sättigungspunkt des besagten Leistungsverstärkers (10) zu erfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in Reaktion auf besagte erfasste Bandbreitenleistung ein Regelsignal in einen Integrator (55) in der Leistungsverstärker-Regelschleife gespeist wird, wobei besagter Integrator (55) eine entsprechende Steuerspannung (CV) in besagten Leistungsverstärker (10) speist.
Gerät (90) zur Verhinderung von Sättigung in der Regelschleife eines Leistungsverstärkers (10), das Folgendes umfasst: – einen Sperrfilter (15), der an den Ausgang des Leistungsverstärkers (10) angeschlossen ist, um eine Bandbreiten-Oberwelle der Trägerfrequenz zu extrahieren; – einen Leistungsdetektor (25) zur Erfassung der Bandbreitenleistung besagter Bandbreiten-Oberwelle, die durch besagten Sperrfilter (15) geht; – ein Steuergerät (90) zum Empfangen besagter erfasster Bandbreitenleistung und zur Regelung der Ausgangsleistung des Leistungsverstärkers (10) entsprechend besagter erfasster Bandbreitenleistung der besagten Bandbreiten-Oberwelle, dadurch gekennzeichnet, dass: das Steuergerät (90) so angepasst ist, dass es: – nach einem örtlichen Minimum der Bandbreitenleistung besagter zweiter oder anderer geradzahligen Oberwelle sucht, um einen Sättigungspunkt des besagten Leistungsverstärkers (10) zu erfassen; und – die Ausgangsleistung besagten Leistungsverstärkers (10) so regelt, dass sie am oder unterhalb des besagten Sättigungspunktes gehalten wird.
Gerät (90) nach Anspruch 3, bei dem: besagter Sperrfilter (15) so angepasst ist, dass er die zweite oder andere geradzahlige Bandbreiten-Oberwelle am Ausgang des Leistungsverstärkers (10) extrahiert.
Gerät (90) nach Anspruch 3, bei dem: das Steuergerät (90) so angepasst ist, dass es in Reaktion auf besagte erfasste Bandbreitenleistung ein Regelsignal an einen Integrator (55) in der Leistungsverstärker-Regelschleife speist, wobei besagter Integrator (55) so angepasst ist, dass er eine entsprechende Steuerspannung (CV) in besagten Leistungsverstärker (10) einspeist.