DE10117055A1

DE10117055A1 - Method for balancing the performance of RF power amplifiers

Info

Publication number: DE10117055A1
Application number: DE2001117055
Authority: DE
Inventors: Jan Heiko Lemke; Christian Roth
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2001-04-05
Filing date: 2001-04-05
Publication date: 2002-10-10
Also published as: WO2002082643A1

Abstract

Zur Beschleunigung des Leistungsabgleichs von Leistungsverstärkern der Sendeendstufen von Mobiltelefonen wird die Kennlinie des zur Leistungsregelung verwendeten Leistungsdetektors lediglich auf einen oder zwei Abgleichwerte gestützt. Da der Verlauf der Kennlinie des veränderten Leistungsdetektors in der Regel immer gleichförmig ist, genügen für den Abgleich ein bis zwei Stützpunkte. Der Herstellungsprozess von Mobiltelefonen kann hierdurch enorm verkürzt werden.In order to accelerate the power adjustment of power amplifiers in the transmission output stages of mobile telephones, the characteristic curve of the power detector used for power control is based only on one or two adjustment values. Since the course of the characteristic curve of the changed power detector is generally always uniform, one or two support points are sufficient for the adjustment. This can enormously shorten the manufacturing process for mobile phones.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für den Leistungsabgleich von Leistungsverstär kern insbesondere von Sendeendstufen von Mobiltelefonen.The present invention relates to a method and a Device for the power adjustment of power amplifiers core, in particular, of transmitters for mobile phones.

Sender im Hoch/Höchstfrequenzbereich benötigen oft eine genau eingestellte Ausgangsleistung. In den meisten Fällen wird dies durch eine Leistungsregelung erreicht.Radio stations in the high / ultra-high frequency range often need one exactly set output power. In most cases this is achieved through a power regulation.

Für die Leistungsregelung wird gemäß Fig. 1 von der Ausgangs leistung RFout ein Teil der Leistung ausgekoppelt und mittels eines nicht-dargestellten Detektors in eine Ist-Spannung um gewandelt. Ein Vergleich dieser Ist-Spannung mit einer defi nierten Soll-Spannung veranlasst die Regelschleife mit dem Leistungsverstärker (Power Amplifier), die Sendeleistung zu erhöhen oder zu erniedrigen, bis die Ist-Spannung gleich der Soll-Spannung ist. Somit lässt sich durch Vorgabe der Soll- Spannung die Ausgangsleistung einstellen.For the power control, part of the power is decoupled from the output power RFout according to FIG. 1 and converted into an actual voltage by means of a detector (not shown). A comparison of this actual voltage with a defined target voltage causes the control loop with the power amplifier (power amplifier) to increase or decrease the transmission power until the actual voltage is equal to the target voltage. The output power can thus be set by specifying the target voltage.

Um eine bestimmte Ausgangsleistung einzustellen, muss der Zu sammenhang zwischen Soll-Spannung und Ausgangsleistung be kannt sein. Dieser wird in einem Abgleich durch Variation der Soll-Spannung und Messung der Ausgangsleistung bestimmt.To set a certain output power, the Zu relationship between target voltage and output power be known. This is compared by varying the Target voltage and measurement of the output power determined.

Überall dort, wo unterschiedliche Leistungen eingestellt wer den müssen, ist es nötig, den Zusammenhang zwischen Soll- Spannung und Ausgangsleistung über einen großen Leistungsbe reich zu kennen. In derartigen Fällen sind mehrere Abgleich messungen nötig.Wherever different services are set it is necessary to determine the relationship between Voltage and output power over a large power range to know richly. In such cases there are several comparisons measurements necessary.

Mobiltelefone müssen über einen großen Leistungsbereich ein zelne Leistungen bzw. Leistungsstufen einstellen können. Im Netzwerk GSM 900 sind dies 15 Leistungsstufen von 5 dBm bis 33 dBm, im Netzwerk PCN 1800 16 Leistungsstufen von 0 dBm bis 30d Bm, jeweils in 2 dBm Schritten. Fast alle modernen Mobilte lefone arbeiten mit derartigen Leistungsstufen. Aus diesem Grund benötigen auch sie einen Leistungsabgleich. Im Extrem fall muss dabei pro Leistungsstufe eine Abgleichmessung, also insgesamt 31, durchgeführt werden. Der Leistungsabgleich er fordert deshalb viel Zeit in dem Herstellprozess eines Mobil telefons und stellt somit einen nicht unbeträchtlichen Kos tenfaktor dar. Eine Verkürzung dieses Abgleichvorgangs kann deshalb bei einer Anpassung des restlichen Herstellprozesses den jährlichen Ausschuss an Mobiltelefonen deutlich erhöhen.Mobile phones must have a wide performance range can set individual services or performance levels. in the Network GSM 900, these are 15 power levels from 5 dBm to 33 dBm, in the PCN 1800 network 16 power levels from 0 dBm to 30d Bm, each in 2 dBm steps. Almost all modern mobiles phones work with such performance levels. For this For this reason, they also need a performance comparison. In the extreme In this case, an adjustment measurement must be made for each power level 31 in total. The performance comparison he therefore requires a lot of time in the manufacturing process of a mobile telephones and thus represents a not inconsiderable Kos A shortening of this adjustment process can therefore with an adjustment of the rest of the manufacturing process significantly increase the annual cellphone scrap.

Die letzten Mobiltelefongenerationen beinhalten vielfach die beschriebene Leistungsregelung. Bei den älteren Generationen davon wurde der Abgleich für jede Leistungsstufe einzeln durchgeführt. Später wurde dazu übergegangen, nur noch einige Leistungsstufen (6 pro Sendeband) abzugleichen und die dazwi schen liegenden Leistungsstufen mittels einer Spline-Interpo lation zu ermitteln. Der letzte Schritt war der Übergang zur Aufnahme einer Spannungs-Leistungs-Tabelle. Diese wurde eben falls aus 6 Messwerten pro Band und einer Spline-Interpola tion ermittelt und im Mobiltelefon gespeichert.The last generations of mobile phones contain many of them described power regulation. In the older generations of these, the comparison was made for each performance level individually carried out. It was later moved on to just a few more Power levels (6 per broadcast band) and compare the level levels using a spline interpo determination. The final step was the transition to Inclusion of a voltage-power table. This was just if from 6 measured values per band and a spline interpola tion determined and saved in the mobile phone.

Zum Abgleich einer Leistungsstufe wird ein Leistungs-Ziel fenster festgelegt. Die Soll-Spannung wird nun in iterativen Schritten so lange variiert, bis die gemessene Ausgangsleis tung in dem Zielfenster liegt.A performance target is used to compare a performance level window set. The target voltage is now iterative Steps varied until the measured output track tion lies in the target window.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, den Herstellungsprozess von Mobiltelefonen zu verkürzen und insbesondere die für den Leistungsabgleich der Sendeendstufen notwendige Zeit zu reduzieren.The object of the present invention is therefore shorten the manufacturing process of mobile phones and especially those for the power leveling of the transmitters reduce necessary time.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren für den Leistungsabgleich von Leistungsverstärkern, insbeson dere bei Sendeendstufen von Mobiltelefonen durch Messen min destens eines Abgleichwerts, der die Beziehung zwischen Aus gangsleistung eines Leistungsverstärkers und einem Sollwert in einem Punkt wiedergibt und Speichern einer vorgegebenen Kennlinie derart, dass die Kennlinie durch mindestens einen gemessenen Abgleichwert verläuft.According to the invention, this object is achieved by a method for the power comparison of power amplifiers, in particular in the case of transmitters of mobile phones by measuring min at least one match value that represents the relationship between off output power of a power amplifier and a setpoint reproduces in one point and save a given one Characteristic curve such that the characteristic curve by at least one measured adjustment value runs.

Darüber hinaus wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung für den Leistungsabgleich von Leistungsver stärkern, insbesondere bei Sendeendstufen von Mobiltelefonen mit einer Messeinrichtung zum Messen eines Abgleichwerts, der die Beziehung zwischen Ausgangsleistung eines Leistungsver stärkers und einem Sollwert in einem Punkt wiedergibt, einer Speichereinrichtung zum Speichern einer vorgegebenen Kennli nie als justierte Kennlinie derart, dass die Kennlinie durch den mindestens einem Abgleichwert verläuft, und einer Schnittstelleneinrichtung zum Übertragen der justierten Kenn linie von der Speichereinrichtung zu einem externen zu re gelnden Gerät, insbesondere Mobiltelefon.In addition, the above object is achieved by a device for the performance comparison of performance ver stronger, especially with transmitters of mobile phones with a measuring device for measuring a calibration value, the the relationship between output power of a power ver and a setpoint in one point, one Storage device for storing a predetermined characteristic never as an adjusted characteristic curve in such a way that the characteristic curve passes through which runs at least one adjustment value, and one Interface device for transferring the adjusted characteristic line from the storage device to an external one to the right applicable device, especially a mobile phone.

Ausgangspunkt der Erfindung ist, dass die Leistungsdetektie rung in den meisten leistungsgeregelten Mobiltelefonen mit einr Schottkydiode durchgeführt wird. Die Schottkydiode rich tet die HF-Spannung gleich und liefert somit eine Spannung, die ein Maß für die Höhe der HF-Leistung ist. Trägt man nun die Detektorspannung über der Leistung auf, so ergibt sich eine Spannungs-Leistungs Kennlinie. Diese Kennlinie wird ebenso beim Leistungsabgleich durch 6 Messungen und Spline Interpolation aufgenommen. Sie hat einen typischen, immer gleichartigen Verlauf, wie er in Fig. 2 gezeigt ist. Bei kleinen Eingangsleistungen verläuft die Detektor- bzw. Aus gangsspannung U₀ proportional der Eingangsleistung. Dieser Teil der Kennlinie wird auch als quadratischer Bereich der Kennlinie bezeichnet. Für diesen Bereich gilt:
The starting point of the invention is that the power detection is carried out in most power-controlled mobile telephones with a Schottky diode. The Schottky diode rectifies the RF voltage and thus supplies a voltage that is a measure of the level of the RF power. If the detector voltage is now plotted against the power, a voltage-power characteristic curve results. This characteristic is also recorded in the performance comparison using 6 measurements and spline interpolation. It has a typical, always similar course, as shown in FIG. 2. At low input powers, the detector or output voltage U _{0 is} proportional to the input power. This part of the characteristic curve is also referred to as the quadratic area of the characteristic curve. The following applies to this area:

U₀ = γ_q.P_Ein U ₀ = γ _q _A .P

Bei ansteigender Eingangsleistung weicht γ von seinem kon stanten Wert ab und die quadratische Kennline geht dann in eine lineare Kennlinie über. Für diesen Bereich der Kennline gilt:
As the input power increases, γ deviates from its constant value and the quadratic characteristic curve then changes into a linear characteristic curve. The following applies to this area of the characteristic:

Zwischen diesen beiden Kennlinienteilen ist ein kontinuierli cher Übergang. Dieser theoretische Zusammenhang wird durch Messung gemäß Fig. 3 bestätigt. In dieser doppelt logarithmi schen Darstellung der Spannung über der Leistung sind die Kennlinie und zwei Tangenten, die quadratische und die linea re, zu erkennen. Man sieht, dass die Kennlinie hauptsächlich aus diesen zwei Geraden besteht.There is a continuous transition between these two characteristic parts. This theoretical relationship is confirmed by measurement according to FIG. 3. The characteristic curve and two tangents, the quadratic and the linear, can be seen in this double logarithmic representation of the voltage versus the power. It can be seen that the characteristic curve mainly consists of these two straight lines.

Die Steigung der beiden Geraden ist für alle Schottkydioden konstant. Fig. 4 zeigt die Messung von 5 Dioden.The slope of the two straight lines is constant for all Schottky diodes. Fig. 4 shows the measurement of 5 diodes.

Durch zwei Messungen, eine im oberen Kennlinienbereich und eine im unteren Kennlinienbereich, können die beiden Geraden exakt bestimmt werden. Da der Übergangsbereich konstant ist, kann man die gesamte Kennlinie der Diode ermitteln und somit den gesamten Leistungsabgleich mit nur zwei Messungen durch führen. Wenn der Kennlinienübergang genau im detektierten bzw. verwendeten Leistungsbereich liegt, sind zwei Messungen notwendig. Andernfalls wäre nur eine Messung nötig.By two measurements, one in the upper characteristic area and one in the lower curve area, the two straight lines can can be determined exactly. Since the transition area is constant, you can determine the entire characteristic curve of the diode and thus the entire performance comparison with just two measurements to lead. If the characteristic curve transition is exactly detected or the power range used are two measurements necessary. Otherwise only one measurement would be necessary.

Durch dieses neuartige Abgleichverfahren, welches die typi schen physikalischen Eigenschaften einer Schottkydioden-Kenn linie berücksichtigt und ausnutzt, kann ein Leistungsabgleich auf eine, in der Regel zwei Messungen verringert werden. Nichtsdestoweniger können auch 3 und mehr Messungen durchge führt werden. Es ist außerdem (wie bisher durchgeführt) keine iterative Abgleichregelung mit mehreren Messungen notwendig, sondern die zwei Messungen der Ausgangsleistung können bei fester Soll-Spannung erfolgen. Dadurch kann die Abgleichzeit deutlich reduziert werden und somit die Kosten für diesen Produktionsschritt deutlich gesenkt werden. Dies steigert letztendlich die Effizienz der Produktion. Auch im Hinblick auf künftige Mobilfunkgenerationen, die eventuell zusätzliche Leistungsabgleiche benötigen werden, stellt dieses Verfahren eine signifikante Verbesserung dar.Thanks to this new adjustment method, which typi physical properties of a Schottky diode identifier line can be considered and exploited, a performance comparison can be reduced to one, usually two measurements. Nevertheless, 3 or more measurements can be carried out leads. It is also not (as previously done) iterative adjustment control with several measurements necessary, but the two measurements of the output power can at fixed target voltage. This allows the adjustment time be significantly reduced and thus the cost of this Production step can be significantly reduced. This increases ultimately the efficiency of production. Also with regard on future mobile phone generations, which may be additional This procedure provides performance comparisons a significant improvement.

Nach dem Messen der beiden Abgleichwerte werden diese als Stützpunkte für die Kennlinie verwendet. Die so justierte Kennlinie wird im Mobiltelefon für den Leistungsdetektor und die damit durchzuführende Leistungsregelung verwendet und ge speichert werden.After measuring the two adjustment values, they are saved as Bases used for the characteristic. The so adjusted Characteristic is in the mobile phone for the power detector and the power regulation to be carried out and used be saved.

Dieses Prinzip lässt sich auf andere Leistungsdetektoren sinngemäß übertragen.This principle can be applied to other power detectors analogously transferred.

Claims

1. Procedure for the power comparison of power amplifiers, in particular in the case of transmitting power stages of mobile phones
Measuring at least one adjustment value which represents the relationship between the output power of a power amplifier and a desired value in one point and
Saving a predetermined characteristic curve in such a way that the characteristic curve runs through the at least one measured adjustment value.

2. The method according to claim 1, wherein an adjustment value each an end portion of the characteristic is measured.

3. The method of claim 1 or 2, wherein the predetermined Characteristic a power-voltage characteristic, in particular re that of a Schottky diode for its power span change.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the given characteristic curve a linear and a quadrati section.

5. A method for regulating the power of power amplifiers, in particular transmitting power stages of mobile telephones, by performing a power comparison according to a method according to one of claims 1 to 4,
Determine a control setpoint based on the characteristic and
Controlling the power amplifier based on the control setpoint.

6. Device for the performance comparison of power amplifiers, especially with transmitters of mobile phones
a measuring device for measuring an adjustment value, which represents the relationship between the output power of a power amplifier and a desired value in one point,
a memory device for storing a predetermined characteristic as an adjusted characteristic such that the characteristic runs through the at least one adjustment value, and
an interface device for transmitting the adjusted characteristic from the storage device to an external device to be controlled, in particular a mobile phone.

7. The device according to claim 6, wherein by the Messeinrich an adjustment value at each end section of the characteristic line is measurable.

8. The device according to claim 6 or 7, wherein the predetermined Characteristic a power-voltage characteristic, in particular re that of a Schottky diode for its power span change.

9. Device according to one of claims 6 to 8, wherein the given characteristic curve a linear and a quadrati section.

10. Power control device for power amplifiers, in particular with transmitters of mobile phones
a memory device for storing an adjusted characteristic curve obtained from a power adjustment device according to one of claims 6 to 9,
a data processing device for calculating a control setpoint on the basis of the characteristic curve and
a control device for controlling the power amplifier based on the control setpoint.