DE69611749T2 - Verstärkerschaltung mit variabler Verstärkung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verstärkungsvorrichtung mit variabler Verstärkung für eine AGC-Schaltung (Schaltung zur automatischen Verstärkungssteuerung), die in einen Empfänger zur Funkkommunikation aufgenommen ist und einen breiten Dynamikbereich aufweist.
• Das Problem bei einem Empfänger zur Mobilkommunikation besteht darin, daß sich die Stärke der empfangenen elektromagnetischen Welle über einen breiten Bereich ändert. Daher weist der Empfänger gewöhnlich eine AGC-Schaltung auf. Ein Verstärker mit variabler Verstärkung ist ohne Ausnahme in die AGC-Schaltung eingebaut, und seine Verstärkung wird durch eine Steuerspannung geändert. Diese Art eines Verstärkers ist beispielsweise in der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. 57-147309 ausgeführt. Der in diesem Dokument dargelegte Verstärker wird einfach dazu verwendet, die Amplitude eines empfangenen Signals konstant zu halten. Bei einer Konfiguration dieser Art ist es nicht immer erforderlich, daß die Steuerspannung und die Verstärkung (dB) linear zueinander sind.
• Andererseits besteht bei beispielsweise auf dem nordamerikanischen IS95-CDMA-System basierenden Mobiltelefonen die Voraussetzung darin, daß die Stärke eines empfangenen Signals unter Verwendung einer AGC-Steuerspannung in dB gemessen wird. Zum Erfüllen dieser Voraussetzung ist ein Verstärker mit variabler Verstärkung wünschenswert, bei dem eine Steuerspannung und eine Verstärkung (dB) so linear wie möglich zueinander sind.
• Ein typischer herkömmlicher Verstärker mit variabler Verstärkung ist durch einen Doppel-Gate-MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) verwirklicht. Ein Eingangssignal wird über eine Impedanzanpassungsschaltung an eine erste Gate-Elektrode des FETs angelegt. Das verstärkte Signal wird vom FET über eine Anpassungsschaltung ausgegeben. Eine Steuergleichspannung wird an eine zweite Gate-Elektrode des FETs angelegt, um die Verstärkung des FETs zu bestimmen. Beim Verstärker dieses Typs ist jedoch der Bereich, in dem die Verstärkung und die Steuerspannung linear zueinander sind, äußerst schmal. Daher ist es schwierig, mit einem einzigen Verstärker einer solchen Konfiguration über einen breiten Verstärkungsbereich eine lineare Steuerkennlinie zu verwirklichen.
• Zum Lösen des oben angegebenen Problems können mehrere einen einzigen Steueranschluß gemeinsam verwendende Verstärker in Reihe geschaltet werden, um den variablen Bereich der Verstärkung zu verbreitern. Wenngleich ein Schema dieser Art den variablen Bereich der Verstärkung verbreitert, vergrößert es zugleich die Abweichung von der Linearität. Überdies ist die Steuerspannung nur über einen schmalen Bereich variabel und weicht beispielsweise infolge der Abweichung einer Schaltungskonstante leicht ab.
• Im Dokument US-A-4 223 274 ist eine Verstärkungsvorrichtung mit variabler Verstärkung offenbart, die aufweist:
• - M in Reihe geschaltete Verstärker mit variabler Verstärkung, wobei M = 2, 3, 4, ... ist, und
• - eine Steuersignal-Erzeugungseinrichtung zum Gleichstromverstärken eines einzelnen ersten Steuersignals zur Verstärkungssteuereingabe in die Steuersignal-Erzeugungseinrichtung und zum Verschieben eines verstärkten Steuersignals um vorbestimmte Werte, um jeweils verschobene Spannungen zu erzeugen, wodurch M zweite Steuersignale ausgegeben werden,
• wobei die M zweiten Steuersignale jeweils die Verstärkungen der M Verstärker mit variabler Verstärkung steuern.
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Verstärkungsvorrichtung mit variabler Verstärkung bereitzustellen, welche die den herkömmlichen Vorrichtungen eigenen Probleme beseitigen kann.
• Eine Verstärkungsvorrichtung mit variabler Verstärkung gemäß der vorliegenden Erfindung weist M (M = 2, 3, 4, ...) in Reihe geschaltete Verstärker mit variabler Verstärkung auf. Ein Steuersignalgenerator führt eine Gleichspannungsverstärkung eines einzelnen ersten Steuersignals zur Verstärkungssteuereingabe aus, verschiebt das verstärkte Steuersignal um vorbestimmte Werte, um jeweilige verschobene Spannungen zu erzeugen, und begrenzt die verschobenen Spannungen, um begrenzte Spannungen zu erzeugen und dadurch M zweite Steuersignale auszugeben. Die M zweiten Steuersignale steuern jeweils die Verstärkungen der M Verstärker mit variabler Verstärkung.
• Die oben angegebenen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung zusammen mit der anliegenden Zeichnung offensichtlich werden, wobei:
• Fig. 1 ein Blockdiagramm ist, in dem ein herkömmlicher Verstärker mit variabler Verstärkung schematisch dargestellt ist,
• Fig. 2 eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen der Leistungsverstärkung und der Steuerspannung des herkömmlichen Verstärkers ist,
• Fig. 3 eine spezielle Reihenschaltung von Verstärkern zeigt, die jeweils die in Fig. 1 dargestellte Konfiguration aufweisen,
• Fig. 4 eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen der Leistungsverstärkung und der Steuerspannung ist, die sich speziell auf die in Fig. 3 dargestellte Reihenschaltung bezieht,
• Fig. 5 ein Blockdiagramm ist, in dem eine Verstärkungsvorrichtung mit variabler Verstärkung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt ist,
• Fig. 6 eine graphische Darstellung der Arbeitsweise der als Beispiel dienenden Ausführungsform ist und
• Fig. 7 eine graphische Darstellung einer bei der Ausführungsform erreichbaren Beziehung zwischen der Leistungsverstärkung und der Steuerspannung ist.
• Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird kurz auf einen in Fig. 1 dargestellten herkömmlichen Verstärker mit variabler Verstärkung bezug genommen. Wie dargestellt ist, ist der Verstärker durch einen Doppel-Gate-MOS-FET 9 verwirklicht. Ein Eingangssignal Vin wird über eine Impedanzanpassungsschaltung 7 an eine erste Gate-Elektrode 10 des SFETs 9 angelegt. Das verstärkte Signal wird als ein Ausgangssignal Vout vom FET 9 über eine Anpassungsschaltung 8 ausgegeben. Eine Steuergleichspannung Vc wird an ein zweites Gatter 11 des FETs 9 angelegt, um die Verstärkung des FETs 9 zu bestimmen. In Fig. 1 sind auch Widerstände R1 und R2, Kondensatoren C1 und C2 und Wicklungen L1 und L2 dargestellt.
• Fig. 2 zeigt eine Beziehung zwischen der Steuerspannung Vc und der Leistungsverstärkung. Wie dargestellt ist, ist der Bereich, in dem die Verstärkung und die Steuerspannung Vc linear zueinander sind, äußerst schmal. Daher ist es schwierig, mit einem einzigen Verstärker mit der oben angegebenen Konfiguration über einen breiten Bereich der Verstärkung eine lineare Steuerkennlinie zu verwirklichen.
• Angesichts des oben Erwähnten können mehrere Verstärker, die jeweils die Konfiguration aus Fig. 1 aufweisen, so in Reihe geschaltet werden, daß der variable Bereich der Verstärkung verbreitert wird. Fig. 3 zeigt beispielhaft eine Reihenschaltung von vier Verstärkern 1-4. Wie dargestellt ist, wird ein Steuersignal von einem einzigen Steueranschluß allen Verstärkern 1-4 zugeführt. Es sei angenommen, daß eine am Steueranschluß auftretende Spannung Vc über einen Bereich von 0,8 V bis 1,6 geändert wird, in dem sich die Verstärkung des in Fig. 1 dargestellten Verstärkers verhältnismäßig linear von -10 dB bis +10 dB ändert. Dann ist die Verstärkung zwischen -40 dB und +40 dB variabel, wie in Fig. 4 dargestellt ist. Dieser Bereich ist viermal so breit wie der beim Verstärker aus Fig. 1 verfügbare Bereich. Die Beziehung zwischen der Steuerspannung Vc und der Verstärkung ist jedoch nicht linear, und der um das Vierfache breitere Bereich vervierfacht die Abweichung von der Linearität. Überdies ist die Steuerspannung nur zwischen 0,8 V und 1,6 V variabel und weicht beispielsweise infolge der Abweichung einer Schaltungskonstante leicht ab.
• Mit Bezug auf Fig. 5 wird eine Verstärkungsvorrichtung mit variabler Verstärkung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wie dargestellt ist, weist die Verstärkungsvorrichtung eine Reihenschaltung von vier Verstärkern 1-4 mit variabler Verstärkung auf. Die Verstärker 1-4 können jeweils mit der in Fig. 1 dargestellten Konfiguration versehen sein. Das Verhältnis eines Ausgangssignals Vout zu einem Eingangssignal Vin, also die Verstärkung (dB) der Vorrichtung, ist durch die Summe der Verstärkungen (dB) der Verstärker 1-4 gegeben.
• Ein Steuersignalgenerator 6 besteht aus einem Gleichspannungsverstärker 61, Pegelschiebern 62, 63, 64 und 65 sowie Spannungsbegrenzern 66, 67, 68 und 69. Eine Steuerspannung Vc wird in den Steuersignalgenerator 6 eingegeben und vom Gleichspannungsverstärker 61 verstärkt oder gedämpft. Es sei der Einfachheit halber angenommen, daß die Verstärkung des Gleichspannungsverstärkers 61 null dB (eins) beträgt. Die Ausgangsspannung des Gleichstromverstärkers 61 wird den Pegelschiebern 62-65 zugeführt, von denen jeder dem jeweiligen Verstärker 1-4 zugeordnet ist. Jeder der Pegelschieber 62 - 65 verschiebt die Eingangsspannung um einen bestimmten Gleichspannungswert. Die von den Pegelschiebern 62-65 ausgegebenen verschobenen Spannungen werden jeweils an die Spannungsbegrenzer 66-69 angelegt. Die Spannungsbegrenzer 66-69 begrenzen die verschobenen Spannungen auf einen vorgewählten Gleichspannungsbereich. Von den Spannungsbegrenzern 66-69 ausgegebene Steuerspannungen Vc1 - Vc4 werden jeweils den Verstärkern 1-4 zugeführt.
• Fig. 6 zeigt eine Beziehung zwischen der Eingangssteuerspannung Vc und den Steuerspannungen Vc1 - Vc4, die von den Spannungsbegrenzern 66-69 ausgegeben werden. Wie dargestellt ist, verschieben die Pegelschieber 62-65 die Eingangssteuerspannung um +0,6 V, 0 V, -0,6 V bzw. -1,2 V, also jeweils um 0,6 V. Weiterhin begrenzen die Spannungsbegrenzer 66-69 die höchste Spannung auf 1,6 V und die niedrigste Spannung auf 0,8 V.
• Wie in Fig. 7 dargestellt ist, aktivieren die oben angegebenen Steuerspannungen Vc1 - Vc4 die Verstärker 1-4 bei Erhöhung der Eingangssteuerspannung Vc sequentiell einzeln nacheinander. Dadurch ändert sich die Verstärkung der Vorrichtung stufenweise. Dies gewährleistet eine linearere Verstärkung-Steuerspannung-Kennlinie über einen breiten Bereich der Steuerspannung, d. h. zwischen 0,2 V und 2,8 V.
• Zusammenfassend sei bemerkt, daß es ersichtlich ist, daß die vorliegende Erfindung eine Verstärkungsvorrichtung mit variabler Verstärkung bereitstellt, die eine linearere Verstärkung-Steuerspannung-Kennlinie als die herkömmliche Vorrichtung aufweist. Weil die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weiterhin den Bereich der Steuerspannung ohne Verschlimmerung der Abweichung der Verstärkung verbreitert, ist ihre Verstärkung-Steuerspannung-Kennlinie stabiler als die Kennlinie der herkömmlichen Vorrichtung.
• Verschiedene Modifikationen werden für Fachleute nach dem Studieren der Lehren der vorliegenden Offenbarung möglich sein, ohne daß von deren Schutzumfang abgewichen wird.

Claims (2)

1. Verstärkungsvorrichtung mit variabler Verstärkung, aufweisend:

M in Reihe geschaltete Verstärker (1-4) mit variabler Verstärkung, wobei M = 2, 3, 4, ... ist, und

eine Steuersignal-Erzeugungseinrichtung (6) zum Gleichspannungsverstärken eines einzelnen ersten Steuersignals zur Verstärkungssteuereingabe in die Steuersignal-Erzeugungseinrichtung, zum Verschieben eines verstärkten Steuersignals um vorbestimmte Werte, um jeweilige verschobene Spannungen zu erzeugen, und zum Begrenzen der verschobenen Spannungen, um begrenzte Spannungen zu erzeugen und dadurch M zweite Steuersignale auszugeben,

wobei die M zweiten Steuersignale jeweils die Verstärkungen der M Verstärker mit variabler Verstärkung steuern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuersignal- Erzeugungseinrichtung (6) aufweist:

eine Verstärkungseinrichtung (61) zum Gleichspannungsverstärken des ersten Steuersignals,

M Pegelschiebeeinrichtungen (62-65), von denen jede dem Verschieben eines von der Verstärkungseinrichtung (61) ausgegebenen Gleichspannungspegels um einen bestimmten Wert dient, und

M Spannungsbegrenzungseinrichtungen (66-69) zum jeweiligen Begrenzen der Spannungsbereiche von Ausgaben der M Pegelschiebeeinrichtungen,

wobei M Ausgaben der M Spannungsbegrenzungseinrichtungen jeweils die M Verstärker (1-4) mit variabler Verstärkung steuern.