FI92531B

FI92531B - Suurtaajuusilmaisin laajalla dynamiikalla

Info

Publication number: FI92531B
Application number: FI913529A
Authority: FI
Inventors: Timo Saarnimo; Mika Niemioe
Original assignee: Nokia Mobile Phones Ltd
Priority date: 1991-07-23
Filing date: 1991-07-23
Publication date: 1994-08-15
Also published as: EP0524806B1; DE69222900T2; FI913529A; FI913529A0; US5291150A; DE69222900D1; EE03246B1; EP0524806A1; FI92531C

Description

92531

Suurtaajuusilmaisin laajalla dynamiikalla - Högfrekvens-detektor med stor dynamik 5 Keksintö koskee patenttivaatimuksen johdannon mukaista biasointikytkentää suurtaajuusilmaisimen biasointia varten, jolla saadaan suurtaajuusilmaisin laajalla dynamiikalla .

10 Suurtaajuusilmaisimeen kohdistuu ristiriitaisia vaatimuk sia. Ilmaisimen lähtöjännite ei saa kasvaa laitteen käyttöjännitettä suuremmaksi, mikä rajoittaa ilmaisimen tu-losignaalin suurinta tasoa. Toisaalta suurtaajuisen tu-losignaalin taso on aina pidettävä riittävän korkeana, 15 jotta ilmaisimen lämpötilariippuvuudesta ei aiheutuisi häiriötä. Ilmaisimen pienimmälle ja suurimmalle tasolle on näin asetettu rajat eli ilmaisimen dynamiikka on rajoitettu määrätylle alueelle.

20 Piiriteknisesti olisi edullista laajentaa ilmaisimen dynamiikkaa. Eräänä ratkaisuna dynamiikan laajentamiseksi on esim. US-patentti 4 523 155, jossa kompensoidaan ilmaisimen lämpötilan vaihteluja. Ilmaisin on biasoitu lämpötilasta riippuvalla jännitteellä kuvion l mukaisesti. Ku-25 viossa la suurtaajuusilmaisimeen 100 (detector) tuodaan radiotaajuinen signaali Rf ja ilmaisimen lähtönä on ta-sasuunnattu jännite Vr. Kondensaattori Cl erottaa signaalin Rf ja piirin tasajännitetasot toisistaan. Biasointi-jännite Vb tuodaan ilmaisimen tuloon lämpötilan kompen-30 sointipiiriltä 101 (compensated bias) . Kuviossa Ib on esi-. tetty eräs piiriratkaisu, jolla kuvion la mukainen bia- sointi on toteutettu. Siinä kompensoitu biasointi VB johdetaan vastuksen Rl kautta biasointijännitteeksi Vb. Tällaisen ratkaisun haittana ovat kompensoinnista johtuvat 35 lisäkomponentit (ei esitetty kuviossa Ib) ja epätyydyttävä dynamiikka.

92531 2

Keksinnön tarkoituksena on osoittaa biasointikytkentä suurtaajuusilmaisimen biasointia varten, jolla laajennetaan ilmaisimen dynamiikka-aluetta ilman tekniikan tason haittoja. Tämä saavutetaan patenttivaatimuksen 1 mukaisel-5 la kytkennällä, jota alla selitetään lähemmin suori-tusesimerkin avulla oheisiin piirustuksiin viitaten, joissa: kuvio 1 esittää tekniikan tason mukaisen ilmaisinpiirin 10 lohkokaavion (kuvio la) ja tätä vastaavan piirikaavion (kuvio Ib); kuvio 2 esittää keksinnön mukaisen piirin lohkokaavion; kuvio 3 esittää keksinnön mukaisen piirin erään suoritusmuodon ; j a 15 kuvio 4 esittää taulukko- ja käyrämuodossa vertailun tekniikan tason ja keksinnön mukaisen dynamiikan välillä.

Keksinnön mukaisesti suurtaajuusilmaisimen 100 lähtöjännitteellä Vr säädetään biasointijännitettä Vb negatiivisen 20 takaisinkytkennän 200 kautta kuten kuviossa 2 on esitetty, ts. ilmaisin on biasoitu jännitelähteellä, joka riippuu ilmaisimen tasasuuntaamasta jännitteestä Vr. Siinä ei käytetä lämpötilakompensointia, kuten tekniikan tasossa, koska ilmaisimelle voidaan syöttää riittävän suuri signaali-25 taso laajentuneen dynamiikka-alueen ansiosta.

Keksinnölle oleellisena piirteenä on takaisinkytkentä, joka pienentää ilmaisimen biasointijännitettä Vb, kun suurtaajuisen signaalin Rf taso kasvaa. Tällöin lähtöjän-30 nite Vr kasvaa signaalin Rf funktiona, mutta huomattavasti pienemmällä kulmakertoimella kuin tunnetuissa ratkaisuissa. Tällä tavalla ilmaisimen 100 dynamiikka laajenee. Tätä on havainnollistettu kuviossa 4, jonka vasemmalla puolella on taulukon muodossa esitetty vertailu tekniikan tason ja 35 keksinnön mukaisen ratkaisun välillä.

Kuvion 4 taulukossa ilmaisimen lähtöjännitteet v; (tekniikan taso, prior art) ja vl; (keksintö, invention) tulosig-

II

3 92531 naalin Rf tehotason pi funktiona, kun mittaukseen käytettiin lähettimen suuntakytkimeen liitettyjä suurtaajuisia ilmaisimia. Lähtöjännitteet vi ja vli vastaavat kuvion 1 ja vastaavasti kuvioiden 2 ja 3 tasasuunnattua lähtöjän-5 nitettä Vr. Jännitteen yksikkönä on V (Volts) ja tehotason yksikkönä dBm. Indeksi i tarkoittaa eri mittauskertoja eli ilmaisimelle tuotuja tehotasoja, i = 1...12. Mittaukset suoritettiin tehotasoilla 6-28 dBm, jolloin lähtöjännite vi tunnetulla ilmaisimella (kuvio Ib) vastaavasti vaihteli 10 välillä 1,481 - 5,23 V. Keksinnön mukaisella piirillä (kuvio 3) lähtöjännite vli vaihteli vastaavasti välillä 1,532 - 4,00 V. Sama asia on ilmaistu käyrämuodossa kuvion 4 oikealla puolella, jossa vaaka-akselina on ilmaisimen tulosignaalin Rf tehotaso pi ja pystyakselina on mitattu 15 lähtöjännite vi, vli. Jännitteitä vi vastaa käyrä PA, ja jännitteitä vli vastaa käyrä INV. Käyriä vertaamalla nähdään, että keksinnön mukainen ratkaisu nostaa lähtöjännitteen tasoa jonkin verran, mutta ennen kaikkia keksinnön ansiosta käyrällä INV on oleellisesti pienempi kulmakerroin 20 kuin käyrällä PA. Tämä merkitsee sitä, että ilmaisimella on laajempi dynamiikka-alue. Jos esimerkiksi laitteen syöttöjännitteen asettama raja tasasuunnatun lähtösignaa-lin tasolle olisi 4V, voitaisiin käyrän PA mukaan toimivaa ilmaisinta käyttää vain tulotasoilla 5-25 dBm. Keksinnön 25 mukainen ratkaisu toimisi sen sijaan tulotasoilla 5-28 dBm.

Keksinnön perusajatusta voidaan soveltaa useammalla eri tavalla alan ammattilaisen tuntemia piiriratkaisuja sovel-30 tamalla. Kuviossa 3 on esitetty esimerkkinä piiriratkaisu, jonka pohjana on sama ilmaisinrakenne kuin kuviossa Ib. Viitenumeroihin on kuviossa 3 kuitenkin lisätty luku 10 kuvion Ib numeroihin verrattuna. Negatiivinen takaisinkytkentä on muodostettu vastuksen R14 ja transistorin Tll 35 avulla. Lähtöjännite Vr vaikuttaa transistorin kannalle vastuksen R14 kautta, ja koska syöttöjännite +VCC pysyy oleellisesti vakiona, niin tulosignaalin Rf tason ja siten 4 92531 lähtöjännitteen Vr kasvaessa jännite-ero vastuksen R14 yli pienenee, jolloin vastaavasti kantavirta Ib pienenee. Tästä aiheutuu myös transistorin Tll kollektorivirran Ie pieneneminen, joka puolestaan johtaa jännitteenjakajan 5 R11/R12 välipisteessä olevan biasointijännitteen Vb pie nenemiseen. Tämä vaikuttaa suoraan lähtöjännitettä Vr pienentävästi. Tulosignaalin Rf tason pienentyessä takaisinkytkentä vaikuttaa toiseen suuntaan. Piirin kom-ponenttiarvot voidaan mitoittaa alan ammattilaisen tunte-10 maila tavalla siten, että saadaan haluttu takaisinkytken-täsuhde.

15 20 25 30 35

II

Claims

92531 Patenttivaatimus Biasointikytkentä suurtaajuusilmaisinta varten, jonka ilmaisimen tuloon on liitetty radiotaajuinen tulosignaali (Rf) ja lähdöstä saadaan tasasuunnattu lähtöjännite (Vr) 5 tulosignaalin tason tai tehon funktiona, jolloin ilmaisimen lähdöstä on takaisinkytkentähaara (200) ilmaisimen biasointijännitteen (Vb) säätämiseksi negatiivisen takaisinkytkennän avulla, tunnettu siitä, että lähtöjännite (Vr) on liitetty vastuksen (R14) kautta transistorin (Tll) 10 kannalle, jolloin kantavirta (Ib) säätää transistorin kollektorivirtaa (Ie) ja ainakin yhden vastuksen (Rl, R2) kautta biasointijännitettä (Vb).
15 Biaseringskoppling för en högfrekvensdetektor, tili vars detektoringang anslutits en radiofrekvent ingängssignal (Rf) och frän vars utgäng erhälls en likriktad utgangs-spänning (Vr) säsom en funktion av ingängssignalens niva eller effekt, varvid frän detektorns utgäng förts en äter-20 kopplingsgren (200) i och för regiering av biaseringsspän-ning (Vb) medelst en negativ äterkoppling, kännetecknad av att utgängsspänningen (Vr) via ett motständ (R14) förts tili basen hos en transistor (Tll), varvid basströmmen (Ib) reglerar transistorns kollektorström (Ie) och via 25 ätminstone ett motständ (Rl, R2) biaseringsspänningen (Vb) .