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Die
Erfindung betrifft allgemein Leistungsverstärker und insbesondere das Minimieren
von Verzerrung in der Eingangs-/Ausgangsübertragungsfunktion von Verstärkern, insbesondere
Hochleistungs-Klasse AB-Leistungsverstärker.
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Hochleistungs-Breitband-Leistungsverstärker sind
gut bekannt. Diese Verstärker
können
in einer Mitkopplungskonfiguration arbeiten oder andere Formen der
Linearisierung aufweisen, die notwendig sind, wenn der Hauptleistungsverstärker beispielsweise
als ein Klasse AB-Verstärker
betrieben wird. Obwohl Klasse A-Verstärker üblicherweise weniger Verzerrung
erzeugen als Klasse AB-Verstärker,
sind Klasse A-Verstärker
ebenso weniger effizient als Klasse AB-Verstärker. Daher sind, um die Vorteile
der Effizienz bei gleichzeitigem Minimieren der Verzerrung zu erhalten,
Klasse AB-Verstärkerkonfigurationen
entwickelt worden, die verschiedene Formen von Fehler- oder Verzerrungskorrektur
implementieren.
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Eine
Form der Fehlerkorrektur versucht beispielsweise, das Eingangssignal
in einer Art zu verzerren, dass die Verzerrungen des Klasse AB-Verstärkers kompensiert
werden. Daher kann eine Vorverzerrungsschaltung zum Erzeugen eines
Verzerrungssignals aus dem ursprünglichen
Signal mit verschiedenen manuellen Anpassungen ausgestattet sein,
so dass beim Kombinieren des Verzerrungssignals mit dem Eingangssignal
und bei Eingabe der Kombination in den Leistungsverstärker, der
beispielsweise als ein Klasse AB-Verstärker arbeitet, das Ausgangssignal
im Wesentlichen eine lineare Verstärkung des ursprünglichen
Eingangssignals in die Verstärkeranordnung
ist.
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Derartige
Vorverzerrungsschaltkreise verwenden typischerweise einen Niederleistungsverstärker mit
vorzugsweise den gleichen allgemeinen Verzerrungscharakteristika
wie der Hauptverstärker, so
dass dessen korrekt verarbeitetes Ausgangssignal zum Erlangen der
notwendigen Verzerrungskomponenten genutzt werden kann, die zum
Kombinieren mit dem Eingangssignal in dem Vorverzerrungsschaltkreis
zum Erzeugen eines vorverzerrten Eingangssignals für den Hauptverstärker benötigt werden.
Derartige Konfigurationen bewirken, dass die durch einen Klasse
AB-Verstärker
erzeugten Intermodulationsfrequenzverzerrungen wesentlich reduziert
werden, wenn die variablen Elemente des Vorverzerrungsschaltkreises
richtig eingestellt sind.
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Jedoch
kann selbst in richtig eingestellten Verstärkeranordnungen, die Vorverzerrung
verwenden, ein gewisses Maß an
Instabilität
beobachtet werden. Bei vielen im Klasse AB-Modus arbeitenden Verstärkern kann
der Vorspannungspunkt des Verstärkers
die durch ihn erzeugte Verzerrung beeinflussen. Ferner kann in stromlateralen
MOSFETs, die als ein Klasse AB-Verstärker arbeiten, eine Drift von
Verstärkerkomponenten
durch Temperaturübergange verursacht
werden und, falls die Verstärkercharakteristika
empfindlich gegenüber
der durchschnittlichen Leistungseingabe sind, kann es zusätzlich Verstärkerinstabilität geben.
Typischerweise sind diese Parameter jedoch relativ langsam veränderlich
(beispielsweise würde
eine typische Antwortzeit in der Größenordnung von einer Millisekunde
liegen) und selbst ein Verstärker
mit niedriger Bandbreite weist eine Signalbandbreite von einem Megaherz
auf, die einer Periode von einer Mikrosekunde entspricht. Während diese
Instabilitäten
beispielsweise in einem Mitkopplungsschalkreis mit Unterdrückungsschleife
beachtet worden sind, werden sie nicht angemessen bei der Leistungsverstärkung selbst
gehandhabt.
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Das
US-Patent 3,900,823 von Sokal beschreibt ein System zum Regeln der
Leistungsamplitude des Ausgangssignals durch Regeln der Spannung
der Gleichspannungsenergieversorgung einer Leistungsverstärkerstufe.
Unter den zum Regeln der Leistungsausgabe verwendeten Verfahren
gibt es welche zum Regeln der Eingabe eines „Gleichspannung"-Vorspannungsniveaus
für eine
oder mehrere der Leistungsverstärkerstufen.
Der Verstärker
arbeitet im Klasse C-Betrieb und das Zitat von Sokal beschäftigt sich
nicht mit Verzerrungscharakteristika von MOSFET-Bausteinen. Das
Patent von Sokal beschäftigt
sich ferner nicht mit Regelungsverfahren in Bezug auf die Verstärkerlinearität als eine
Funktion der Gleichspannungs-Vorspannungsspannung.
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Daher
stellt die Erfindung das Erhalten der Stabilität in der Eingangs-/Ausgangsbeziehung
einer Hochleistungs-Klasse AB-Leistungsverstärkeranordnung zur Verfügung und
nähert
sich vorteilhafter Weise dieser an. Dabei werden bessere lineare
Stabilität über die
Zeit und geringere Intermodulationsverzerrungen in dem Verstärkerausgangssignal
erzielt.
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Zusammenfassungs der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Verstärkeranordnung zum Verstärken eines
Eingangssignals. Die Verstärkeranordnung
weist einen Hauptverstärker
(typischerweise einen Klasse AB-Verstärker), eine Fehlerschleife
mit einem Komparator, der die Differenz zwischen einer verzögerten Abteilung
des Eingangssignals für
die Verstärkeranordnung
und einem das Ausgangssignal des Hauptverstärkers repräsentierenden Signal bildet,
um ein Fehlersignal zu erzeugen, eine erste verzerrungsgesteuerte
Rückkopplungsschleife
mit einem Detektor zum Empfangen des Fehlersignals und zum Erzeugen
eines von der Energie in dem Fehlersignal abhängigen Ausgangssignals bezüglich des
detektierten. Fehlersignals und mit einer Vorspannungssignal-Erzeugungsschaltung
zum Erzeugen mindestens eines Vorspannungsregelungssignals zum optimalen
Einstellen des Vorspannungspunktes des Hauptverstärkers auf.
Die Vorspannungssignal-Erzeugungsschaltung weist eine Signalkorrekturschaltung
zum Empfangen des Ausgangssignals bezüglich des detektierten Fehlersignals
und zum Erzeugen eines Vorspannungsregelungssignals auf. Der Hauptverstärker reagiert
auf das Vorspannungsregelungssignal mit Verändern seines Arbeitspunktes
zum Reduzieren der Verzerrung in seinem Ausgangssignal.
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Nach
einem anderen Aspekt der Erfindung weist die Fehlerschleife eine
Fehlerschleifenverzögerungsschaltung,
die zum Empfangen eines von dem zu verstärkenden Eingangssignal abgeleiteten
Signals verbunden ist, und eine Fehlerschleifenphasenund -amplituden-Korrekturschaltung
auf, die in Reihe mit der Fehlerschleifenverzögerungsschaltung verbunden
ist, wobei die Fehlerschleifenverzögerungsschaltung und die Fehlerschleifenphasen-
und -verstärkungskorrekturschaltungen
gemeinsam die verzögerte
Ableitung des Eingangssignals erzeugen.
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Die
Verstärkeranordnung
weist ferner einen Detektor auf, der – in einer Ausführungsform – eine Energiemessschaltung
zu Messen der Energie in dem Fehlersignal und eine Kompensationsschaltung aufweist,
die einen Regelungsprozessor aufweist, der auf die Energiemessschaltung
mit iterativem Anpassen des Vorspannungsregelungssignals des Fehlerkorrekturschaltkreises
reagiert. Vorzugsweise arbeitet der Regelungsprozessor ebenso zyklisch
zum Anpassen einer Phasenkorrekturregelungsschaltung und danach
einer Verstärkungskorrekturregelungsschaltung
in der Fehlerschleife zum Reduzieren des Fehlersignals in einem
kontinuierlich wiederholenden Muster.
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Das
Verfahren der Erfindung bezieht sich auf das Minimieren der Verzerrungsenergie
in einer verstärkten
Signalausgabe eines Hauptverstärkers
(vorzugsweise als ein Klasse AB-Verstärker arbeitend), der Teil einer
Verstärkeranordnung
mit einem Eingang und einem Ausgang ist. Das Verfahren weist die Schritte
des Erzeugens eines Verstärkerausgangssignals
aus der Verstärkeranordnung,
des Erzeugens eines eine Verzerrungsfehlerenergie repräsentierenden
Fehlersignals aus dem Ausgangssignal des Hauptverstärkers und
des wiederholten und sukzessiven Korrigierens von Vorspannungsregelungssignalen
für den
Hauptverstärker
und/oder die Phasen – und/oder
die Verstärkungsanpassungen
in einer Fehlerschleife unter Verwendung eines digital gesteuerten
Prozessors auf, der zumindest auf von dem Fehlersignal abgeleitete
Signale reagiert.
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Nach
verschiedenen Aspekten der Erfindung weist der Schritt des Erzeugens
des Fehlersignals das Vergleichen eines von dem Ausgangssignal des Hauptverstärkers abgeleiteten
Signals mit einem von dem Eingangssignal für die Verstärkeranordnung abgeleiteten
Signal, das Erzeugen eines Differenzsignals und danach das Messen
eines Energieinhalts eines von dem Differenzsignal abgeleiteten
Signals auf.
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Die
Erfindung beeinflusst daher vorteilhafter Weise in einer dynamischen
Art das Eingangsvorspannungsregelungssignal für einen Klasse AB- oder einen
anderen verzerrenden Hauptverstärker
oder ein aktives Gerät/aktive
Geräte
und verursacht dadurch eine wesentliche Minimierung der Verzerrungscharakteristika
der gesamten Verstärkeranordnung. Der
dynamische Charakter des Systems passt ebenso verschiedene Instabilitäten einschließlich derer, die
durch Temperatur-, Signalniveau- und Komponentendrift verursacht
werden, an.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Andere
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden
Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen offensichtlich werden,
in denen
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1 ein
schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform des Vorverzerrungsverstärker- und
Regelungsschaltkreises ist, die einen Aspekt der Verzerrungsminimierung
gemäß der Erfindung
darstellt,
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2 ein
Flussdiagramm ist, das dem Betrieb des digital gesteuerten Prozessors
gemäß der Erfindung
darstellt, und
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3 eine
vereinfachte schematische Darstellung ist, die eine Vorspannungsregelung
gemäß der Erfindung
darstellt.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Bezug
nehmend auf 1 weist eine Verstärkeranordnung 10 einen
Vorverzerrungsschaltkreis 12, einen Hauptleistungsverstärker 14 und
einen Regelungsschaltkreis 16 auf. Der Verstärker 14 ist
typischerweise ein Hochleistungs-Klasse AB-Verstärker, dessen Ausgangssignal über eine
Leitung 18 entweder direkt genutzt werden kann oder das
Eingangssignal für
einen Mitkopplungs-Verzerrungsunterdrückungs-Schaltkreis sein kann,
wie dies beispielsweise in meiner ebenfalls anhängigen US-Anmeldung mit der
Nummer 08/639,264 mit dem Titel „BROADBAND AMPLIFIER WITH
QUADRATURE PILOT SIGNAL" beschrieben
wurde, die am 24. April 1997 eingereicht wurde und deren Inhalte
hier durch Referenz aufgenommen werden.
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Das
Eingangssignal für
die Verstärkeranordnung über eine
Leitung 20 wird für
etliche Zwecke aufgespaltet (oder gesamplet). Zuerst lenkt ein Leitungs-Sampling-Koppler 22 einen
Teil des Eingangssignals zu einem Verzögerungselement 24.
Das Ausgangssignal des Verzögerungselements
wird zu einem gesteuerten Verstärkungsschaltkreis 26 und
von dort aus zu einem gesteuerten Phasenschaltkreis 28 gelenkt.
Das Ausgangssignal des Phasenschaltkreises 28 wird einem
Komparationsgerät 30 übergeben. (Die
Verarbeitungsreihenfolge der Verzögerung 24 und der
Schaltkreise 26, 28 ist nicht von Bedeutung.)
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Das
verbleibende Eingangssignal über
Leitung 36 wird durch einen anderen Koppler 38 gesamplet
und das Ausgangssignal des Kopplers 38 durch einen Signalsplitter 40 empfangen,
der das Signal gleichmäßig zur
Ausgabe über
die Leitungen 42 und 44 aufteilt. Das verbleibende
Signal aus Leitung 36 wird zu einem Verzögerungselement 46 gelenkt. Das
Ausgangssignal des Splitters 40 über Leitung 42 wird
zu einem Verzögerungselement 48 gelenkt,
dessen Ausgangssignal durch einen Komparationsschaltkreis 50 empfangen
wird. Das andere Ausgangssignal des Splitters 40 über die
Leitung 44 wird durch einen verstärkungsgesteuerten Verstärker 52 empfangen,
des sen Ausgangssignal zu einem Hilfsverstärker 54 gelenkt wird.
Das Ausgangssignal des Verstärkers 54 wird
durch einen gesteuerten Verstärkungsschaltkreis 60 empfangen.
Das Ausgangssignal des gesteuerten Verstärkungsschaltkreises 60 wird
an einen gesteuerten Phasenschaltkreis 62 übergeben,
dessen Ausgangssignal mit dem Signal aus dem Verzögerungselement 48 in
dem Komparationsschaltkreis 50 verglichen wird. Die Differenz
zwischen den beiden Signalen, die die hauptsächlich durch den Verstärker 54 eingeführten Verzerrungskomponenten
repräsentiert,
wird durch einen linearen Verstärker 64 an
einen gesteuerten Verstärkungsschaltkreis 66 übergeben.
Das Ausgangssignal der gesteuerten Verstärkungsschaltung 66 wird durch
eine gesteuerte Phasenschaltung 68 empfangen. Die Ausgabe
der gesteuerten Phasenschaltung 68 wird einem Koppler 70 übergeben,
der das Ausgangssignal der Phasenschaltung 68 mit dem Ausgangssignal
des Verzögerungselements 46 zum
Erzeugen eines Eingangssignals über
eine Leitung 72 an den Hauptleistungsverstärker 14 kombiniert.
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Das
Ausgangssignal des Hauptleistungsverstärkers 14 über eine
Leitung 74 wird durch einen Koppler 76 gesamplet
und das gesamplete Ausgangssignal mit dem über eine Leitung 78 verfügbaren Ausgangssignal
der phasengesteuerten Schaltung 28 zum Erzeugen eines Verzerrungsfehlersignals
auf einer Leitung 80 verglichen (die Differenz gebildet).
Das Verzerrungsfehlersignal über
Leitung 80 wird unter Verwendung von Verstärkern 82 und 84 verstärkt, die
in Reihe miteinander verbunden sind, und die Ausgabe des Verstärkers 84 wird – hier unter Verwendung
einer Shottky-Diode 68 – zum Messen der
Energie in dem Signal für
die Eingabe in einen digitalen Controller 90 detektiert.
Der digitale Controller 90 gibt – in dieser dargestellten Ausführungsform – sieben
digitale Signale über
die Leitungen 92a, 92b, 94a, 94b, 96, 98a und 98b jeweils
zum Steuern von Digital-zu-Analog (D/A)-Wandlern 100a, 100b, 102a, 102b, 104, 106a und 106b aus.
Die analogen Ausgangssignale der Digital-zu-Analog-Wandler werden zum Steuern der
verschiedenen Verstärkungs-
und Phasenelemente des Vorverzerrungsschaltkreises 12 und
des Rückkopplungssteuerungsschaltkreises für Verstärkung und
Phase 26 und 28 gelenkt.
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Das
Ausgangssignal der Komparationsschaltung 50, das durch
den Verstärker 64 verstärkt wird,
um ihm einen geeigneten Signalwert für das letztendliche Koppeln
in das Ausgangssignal aus dem Verzögerungselement 46 zu
geben, wird durch einen Koppler 118 gesamplet. Das Ausgangssignal des
Kopplers durchläuft – vergleichbar
dem Ausgangssignal des Komparationsschaltkreises 30 – ein Paar
von Verstärkern 120, 122 und
wird an dem Ausgang des Verstärkers 122 – in der
dargestellten Aus führungsform
der Erfindung unter Verwendung einer Shottky-Diode 124,
die eine Messung der Energie in der Signalausgabe des Verstärkers 122 zur
Verfügung
stellt – detektiert.
Dieser Energiewert wird durch den Kontroller 90 empfangen,
der diesen Wert zum Anpassen und Steuern der Werte der Verstärkung in den
Schaltungen 52 und 60 und der Phasenkorrektur in
Schaltung 64 verwendet.
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Die
Schaltungsanordnung 10 weist also im Betrieb drei Schleifen
auf. Eine Schleife – die
erste Verzerrungsschleife – umfasst
Verzögerung 68,
Verstärker 52,
Hilfsverstärker 54,
Verstärkungs-
und Phasenkorrekturschaltungen 60 und 62 und Komparationsschaltkreise 50.
Die zweite Verzerrungsschleife umfasst diese vorherigen Elemente
und zusätzlich den
linearen Verstärker 64 und
Verstärkungs-
und Phasenkorrekturschaltkreise 66 und 68 zusammen mit
der Verzögerung 46.
Die Systemfehlerschleife umfasst diese zuvor bezeichneten Elemente
plus den Hauptverstärker 14,
Verzögerung 24,
Verstärkungs-
und Phasenkorrekturelemente 26 und 28 und Komparationsschaltkreis 30.
Die Schleifen werden durch den Fehlerkorrekturschaltkreis mit dem
Prozessor 90, den A/D-Wandlern 100a, 100b, 102a, 102b, 104, 106a und 106b,
den Verstärkern 82, 84, 120, 122 und
den Detektionselementen – hier
den Shottky-Dioden 86 und 124 – gesteuert.
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Die
Schaltungsanordnung arbeitet wie folgt. Ein Sample des Eingangssignals über Leitung 20 wird
durch den Koppler 38 gewonnen und durch einen spannungsveränderlichen
Splitter/Dämpfer 40 zu
dem linearen Verstärker 52 gelenkt.
Der Zweck des linearen Verstärkers
ist es, das Signalniveau zum Ansteuern des Hilfsverstärkers 54 zu
erhöhen,
der zum Erzeugen der im Wesentlichen – soweit möglich – gleichen Größe und Art
der Verzerrung wie der Hauptverstärker 14 entworfen
worden ist. Das Ausgangssignal des Verzerrungshilfsverstärkers wird durch
die Verstärkungs-
und Phasenkorrekturschaltungen 60 und 62 angepasst
und dann von der verzögerten
Version des Eingangssignals aus der Verzögerung 48 abgezogen,
um das Haupteingangssignal in dem Ausgangssignal des Hilfsverstärkers 54 zu unterdrücken und
die Verzerrung an dem Ausgang des Komparators 50 zu belassen.
Diese Verzerrungsprodukte werden dann wieder verstärkt und phasen-
und amplitudenkorrigiert, indem sie den Verstärker 64 und den Verstärkungs-
und Phasenkorrekturschaltkreis 66 und 68 durchlaufen.
Das Ausgangssignal des Phasenkorrekturschaltkreises 68 wird dann
um 180° phasenverschoben
in das ursprüngliche
Signal eingekoppelt.
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Die
um 180° in
Bezug auf das gewünschte Signal
aus der Verzögerung 46 phasenverschoben eingekoppelten
Verzerrungsprodukte eines ähnlichen
nicht linearen Geräts
(Verstärker 54)
verbessern die ersichtliche Linearität des darauf folgenden nicht
linearen Leistungsverstärkers 14,
der beispielsweise als ein Klasse AB-Verstärker arbeitet. Die Verbesserung
tritt typischerweise in den Intermodulationsprodukten dritter Ordnung
auf und ist geringer für die
Produkte hoher Ordnung.
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Das
Ausgangssignal des Hauptverstärkers wird
ebenso durch den Koppler 76 gesamplet. Die Komparationsschaltung 30 vergleicht
dann das gesamplete Ausgangssignal des Hauptverstärkers mit
dem ursprünglichen
Eingangssignal, das wie folgt bearbeitet wird. Ein Sample des ursprünglichen
Eingangssignals auf Leitung 20 wird durch den Koppler 22 gewonnen
und durchläuft
die Verzögerungsleitung 24.
Die Verzögerungsleitungen 24, 46 und 48 sind
alle zum Erhalten der Signale in der Zeitphase ausgewählt, wenn
sie zusammengekoppelt werden, die in den Verstärker- und Korrekturschaltkreisen
inhärenten
Verzögerungen
beachtend. Das verzögerte Ausgangssignal
des Verzögerungselements 24 wird phasen-
und verstärkungskorrigiert
und dem Komparationsschaltkreis 30 übergeben, dessen Ausgabe ein
Maß der
Verzerrungsprodukte bei dem Hauptverstärkerausgang ist, nachdem eine
Null gewonnen worden ist. Dieses genullte Signal wird dann zum Teil verwendet,
um die verschiedenen Elemente des Vorverzerrungsschaltkreises 12 und
der nullenden Mitkopplungsschaltkreise 26, 28 zum
Optimieren des Betriebs bei irgendeinem gegebenen Energieniveau, Temperatur,
Tonabstand, etc. zu steuern.
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Mit
Bezug auf den Korrektur- und Regelungsschaltkreis 16 wird
das Fehlersignalausgangssignal aus dem Komparationsschaltkreis 30 durch die
Verstärker 82 und 84 verstärkt und
isoliert, wird unter Verwendung der Shottky-Diode 86 – in der
dargestellten Ausführungsform
der Erfindung – detektiert
und wird als ein Eingangssignal für den Prozessor 90 zur
Verfügung
gestellt. Wie oben erwähnt, empfängt der
Prozessor 90 ebenso ein Eingangssignal von dem Vorverzerrungsschaltkreis,
wo das Ausgangssignal des linearen Verstärkers 64, das das Verzerrungsausgangssignal
aus der ersten Verzerrungsschleife enthält, durch die Verstärker 120, 122 passiert
und isoliert und durch die Shottky-Diode 124 detektiert
wird. Im Wesentlichen messen die Shottky-Dioden die Energie, die
in dem an ihnen angelegten Signal enthalten ist. Dieses Energiesignal
wird dem Controller 90 (durch Analog-zu-Digital-Wandler (nicht dargestellt))
zur Verfügung
gestellt.
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Der
Controller 90 arbeitet auf einer Prioritätsbasis,
was unten beschrieben wird, und gibt basiert auf die ihm angelegten
Energieeingangssignale und seiner Programmprioritätsbasis
kontinuierlich und iterativ digitale Signalwerte an die D/A-Wandler
aus.
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Die
D/A-Wandler wandeln beim Empfangen eines neuen digitalen Signalwertes
ihre digitalen Eingänge
in eine analoge Signalausgabe zum Steuern der verschiedenen Phasen-
und Verstärkungselemente
des Schaltkreises, das heißt
des Verstärkers 52 vor
dem Hilfsverstärker 54 und
der Verstärkungs- und
Phasenkorrekturschaltkreise 60, 62, 66, 68 und 26, 28.
Da diese Schaltkreise in der Verstärkung und/oder Phase variieren,
wird der Effekt erreicht, dass die Eingangs-/Ausgangsbeziehung des
Eingangssignals 20 zu dem Ausgangssignal 18 für die gesamte
Schaltungsanordnung linearisiert wird. Dies wird wie oben beschrieben
durch Hinzufügen
von Verzerrungssignalen (Vorverzerrung) zu dem Eingangssignal des
Hauptverstärkers
erreicht, so dass die gesamte Antwort bei dem Ausgangssignal des Hauptverstärkers in
Bezug auf das Eingangssignal über
Leitung 20 linear ist.
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Im
Betrieb arbeitet der Controller 90 im Wesentlichen in einer
Rückkopplungsschleifenumgebung.
Er passt iterativ die variierenden Steuerungselemente, mit denen
er verbunden ist, an und bestimmt, ob die Anpassung die Fehlerprodukte – wie zum
Beispiel die Ausgabe der ersten Verzerrungsschleife auf Leitung 140 oder
in der Fehlerausgabe der gesamten Vorrichtung auf Leitung 80 – verbessert,
keinen Effekt erzielt oder verschlechtert. Die Aufgabe ist es, die
Verzerrung in dem Ausgangssignal des linearen Verstärkers 14 bis
zum Erreichen einer Null bei dem Ausgangssignal des Komparators 30 zu
minimieren. Beim Durchführen
dieses Prozesses – Bezug
nehmend auf 2 – vergibt der Controller die
höchste
Priorität
an die Verstärkungs-
und Phasenregelungsschaltkreise 26, 28, die bei
einer Zykluszeit von ungefähr
einer Millisekunde arbeiten, im Gegensatz zu einer geringeren Priorität beim Steuern
des Betriebs der Verstärkungs-
und Phasenkorrekturschaltungen 60 und 62, die
ungefähr
alle drei bis vier Millisekunden aktualisiert werden, und eine niedrigste
Priorität
an die Anpassung des Verstärkers 52 und
der Verstärkungs-
und Phasenkorrekturschaltkreise 66 und 68, die
ungefähr
alle 50 Millisekunden korrigiert werden. Der Steuer-/Regelungsprozessor
kann zum Beispiel ein Modell des durch Motorola hergestellten MC68HC11E9-Prozessors
sein.
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Dementsprechend
durchläuft
der Controller 90 im Betrieb Schleifen zwischen den verschiedenen Korrekturschaltkreisen,
um die Korrekturausgabewerte kontinuierlich zu erhalten und zu aktualisieren. Daher überprüft das System,
sobald es gestartet ist (Bezug nehmend auf 2), ob die
Verstärkungs- und
Phasenkorrekturschaltkreise 26, 28 anzupassen sind.
Diese Entscheidung kann beispielsweise auf einer internen Zeitmessung
erfolgen, so dass diese Elemente jede Millisekunde aktualisiert
werden können.
Dies wird in Schritt 200 geprüft. Falls die Elemente anzupassen
sind, kann dann die Verstärkung in
Schritt 202 und die Phase in Schritt 204 angepasst werden,
nach denen die Regelung zu der Hauptschleife zurückkehrt. Danach bestimmt das
System, ob die Steuerspannungen für den Verstärker 52, die Verstärkungskorrekturschaltung 66 und
die Verstärkungskorrekturschaltung 68 anzupassen
sind. Falls die Entscheidung in Schritt 206 „ja" ist, werden die Steuerungssignale
für jedes
der drei Elemente der Reihe nach in den Schritten 208, 210 und 214 angepasst.
Die Regelung kehrt dann zu der Hauptschleife zurück. Schließlich überprüft das System in 218,
ob die die Verstärkungs-
und Phasenkorrekturschaltungen 60 und 62 steuernden
Signale anzupassen sind. Falls die Verstärkung und Phase anzupassen
sind, passt das System dann nach Bedarf diese Elemente in 220 und 222 an
und die Regelung kehrt zu der Hauptschleife zurück. Der nächst Schritt liest neue Detektorwerte
von den Eingaben aus den Detektorelementen 86 und 124.
Dies ist in Schritt 224 angedeutet.
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In
einer besonderen Ausführungsform
der Erfindung werden die Verstärkungs-
und Phasenkorrekturschaltkreise 26 und 28 lediglich
basiert auf dem Fehlersignalwert von Detektor 86 angepasst.
In ähnlicher
Weise werden das Verstärkungselement 52 und
die Verstärkungs-
und Phasenkorrekturschaltkreise 66 und 68 ebenso
lediglich basiert auf das Signalniveau des Detektors 86 bestimmt.
Schließlich werden
die Verstärkungs-
und Phasenkorrekturschaltungen 60 und 62 lediglich
basiert auf die Detektorausgabemessungen des Detektors 124 angepasst.
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Nun
Bezug nehmend auf 3 weist eine Leistungsverstärkerschaltung 198,
in der keine Vorverzerrung existiert, einen Hauptverstärker 200 auf, der
als ein Klasse A/B-Verstärker arbeitet.
Die Verzerrungsenergieausgabe des Verstärkers wird durch den Vorspannungspunkt
des Verstärkers
beeinflusst werden. In einem bestimmten Ausführungsbeispiel kann beispielsweise
ein lateraler MOSFET-Baustein als ein Hochfrequenz-MOSFET-Transistorverstärker verwendet
werden. Während
dieses Gerät
niedrigere Quelleninduktivitäten
erzeugt und in den zwei-Gigahertzbereich hinein arbeiten kann, weist
dieser Verstärker
zusätzlich
zu der allgemeinen Beeinflussbarkeit durch seinen Vorspannungspunkt
mit ihm verbunden eine Drift in seinem Arbeitsvorspannungsstrom über eine
lange Zeitspanne hinweg (beispielsweise hunderte von Stunden) auf.
Dementsprechend gibt es, wenn diese Geräte über tausende von Stunden in
einem einzigen Jahr verwendet werden, Bedenken in Bezug auf die
konstanten Betriebscharakteristika des Verstärkers.
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Dementsprechend
wird in Verbindung mit der Erfindung ein Vorspannungsregelungssignal über eine
Leitung 202 von einem Digital-zu-Analog-Wandler 204 zur
Verfügung
gestellt. Der Digital-zu-Anlaog-Wandler wird durch einen Controller 206,
beispielsweise den oben erwähnten
Motorola-Controller, der auf die von einer Shottky-Diode 208,
die das Ausgangssignal von in Reihe geschalteten Verstärkern 210 und 212 empfängt, detektierte Energie
reagiert, gesteuert. Das Eingangssignal in den Verstärker 212 repräsentiert
idealerweise die Verzerrungskomponenten in dem Ausgangssignal des
Hauptverstärkers 200.
Diese Verzerrungskomponenten werden unter Verwendung eines Komparators 214 durch
Subtraktion eines von dem Ausgangssignal des Hauptverstärkers unter
Verwendung eines Kopplers 216 abgeleiteten Signals und
eines von dem Eingangssignal in den Hauptverstärker abgeleiteten Signals,
das bei dem Koppler 220 gesamplet wird und jeweils eine
Verzögerung 222 und
Phasen- und Amplitudenkorrekturschaltkreise 224 und 240 durchläuft, gewonnen.
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Gemäß der Erfindung
arbeitet der Controller deshalb iterativ, um die Vorspannung für den Hauptverstärker periodisch
anzupassen. Er bestimmt dann, ob sich die durch die Shottky-Diode 208 detektierte
Verzerrungsenergie vergrößert oder
verkleinert. Zusätzlich
können
die Phasen- und Amplitudenschaltkreise 224 und 240 in
normaler Art und Weise – wie
oben beschrieben – zum
Unterstützen
der Verbesserung der Charakteristika der Signale, die außer Phase
sind und in den Komparator 214 eingegeben werden, angepasst
werden.
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Als
ein Ergebnis wird deshalb das gewünschte Ausgangssignal des Verstärkers 200 durch adaptive
Regelung des Phasenschieberschaltkreises 224 und des variablen
Verstärkers 240 zu
Null gesetzt. Die verbleibende Leistung an dem Detektor wird dann
minimiert, um die Verzerrungsprodukte zu minimieren. Da der optimale
Vorspannungspunkt für den
Hauptverstärker 200 von
dem Leistungsniveau, der Zahl der Töne, dem Tonabstand, etc. in
dem Eingangssignal über
die Leitung 242 abhängig
sein wird, wird die Vorspannung anfänglich adaptiv in jedem Modus
für die
beste Betriebsleistungsfähigkeit
angepasst und diese Leistungsfähigkeit
wird dann über eine
fortdauernde Zeit erreicht werden, da der anpassungsfähige Schaltkreis
kontinuierlich und iterativ die Steuerungssignale für den Hauptverstärker und
die Schaltkreise 224 und 240 (in dieser dargestellten Ausführungsform)
anpasst. Daher ist in dieser Ausführungsform, wenn das Hauptfehlerverstärkungssignal
von dem Koppler 216 genullt ist, das, was übrig bleibt,
die Verzerrungsleistung, und deshalb ist das, was bei der Shottky-Diode 208 detektiert
wird, die Verzerrungsleistung, die zum adaptiven Abstimmen des Verstärkers, eines
Vorverzerrers – wie
in 1 dargestellt – oder irgendeines anderen
nicht linearen Geräts
für verbesserte
Linearität
genutzt werden kann. Die kontinuierliche Vorspannungsanpassung zum
Minimieren der Verzerrung des Hauptverstärkerausgangssignals, wenn der
Verstärker
ein lateraler MOSFET ist, weist ebenso den wünschenswerten Effekt der Kompensation
von Temperatur- oder anderer Drift über die Zeit auf.
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Der
Controller 206 steuert folglich ebenso die Digital-zu-Analog-Wandler 244,
deren Ausgänge
jeweils die Phasen- und Amplitudenschaltkreise 224 und 240 kontrollieren.
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Hinzufügungen,
Wegnahmen oder andere Modifikationen der beschriebenen und bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung werden für
Fachleute offensichtlich sein und sind innerhalb des Umfangs der
folgenden Ansprüche.