DE10005440B4 - Method for energy-saving operation of a mobile radio device and mobile radio device for performing the method - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum energiesparenden Betrieb eines Mobilfunkgerätes, mit einem Empfangs- und einem Sendeteil und mindestens einer Verstärkerstufe, deren Ruhestrom proportional zu ihrer Aussteuerung gesteuert wird, indem ein Signalanteil (10) eines an die Verstärkerstufe angelegten Eingangssignals (9) ausgekoppelt und detektiert wird, und der Ruhestrom über ein zur Signalgröße des detektierten Signalanteils proportionales Steuersignal (12) angepasst wird.Method for the energy-saving operation of a mobile radio device, with a receiving and a transmitting part and at least one amplifier stage, the quiescent current of which is controlled in proportion to its modulation by coupling and detecting a signal portion (10) of an input signal (9) applied to the amplifier stage, and the Quiescent current is adjusted via a control signal (12) proportional to the signal size of the detected signal component.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum energiesparenden Betrieb eines Mobilfunkgerätes, mit einem Empfangs- und einem Sendeteil und mindestens einer Verstärkerstufe, unter Variation eines Ruhestromes. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Mobilfunkgerät mit einer Verstärkerstufe, die mindestens einen Eingang für. ein Eingangssignal, einen Ausgang für ein Ausgangssignal, einen Ruhestrom-Steueranschluß und eine Spannungszuführung aufweist.The invention relates to a method for energy-saving operation of a mobile device, with a receiving and a transmitting part and at least one amplifier stage, with variation a quiescent current. Furthermore, the invention relates to a mobile radio device with a Amplifier stage, who have at least one input for. an input signal, an output for an output signal, a Quiescent current control connection and one voltage supply having.

Der Markt für Mobilkommunikation erfährt weltweit ein enormes Wachstum. Ermöglicht wird dies durch immer kleinere und preisgünstigere Endgeräte sowie durch leistungsfähige, nach dem GSM-Standard (GSM = Global System for Mobile Communication) konzipierte Mobilkommunikationsnetze.The market for mobile communication is experiencing worldwide huge growth. allows this is due to ever smaller and cheaper end devices as well through powerful, according to the GSM standard (GSM = Global System for Mobile Communication) designed mobile communication networks.

Derzeit sind in diesem GSM-Mobilfunksystem Datenübertragungsraten von 9,6 kbit/s möglich. Allerdings werden immer höhere Datenübertragungsraten benötigt, da neben dem reinen „Telefon=Handy" die Übertragung von Musik- oder Videodaten (Bildtelefon) sowie der High-Speed-Internet-Zugriff immer größere Bedeutung gewinnt.Currently in this GSM mobile radio system Data transfer rates of 9.6 kbit / s possible. Indeed are getting higher Data transfer rates needed since in addition to the pure "phone = cell phone" the transmission of music or video data (videophone) and high-speed Internet access are becoming increasingly important wins.

Die sogenannte dritte Generation der Mobilkommunikationsnetze ermöglicht diese hohen Datenübertragungsraten. Hierzu werden weltweit das „Future Public Land Mobile Telecommunications System" (FPLMTS) und europaweit das „Universal Mobile Telecommunications System" (UMTS) standardisiert.The so-called third generation which enables mobile communication networks these high data transfer rates. The “Future Public Land Mobile Telecommunications System "(FPLMTS) and the" Universal Mobile Telecommunications System "(UMTS) standardized.

Zudem werden bei bereits bestehenden Mobilfunksystemen der zweiten Generation, wie zum Beispiel das GSM-Mobilfunksystem, durch technische Erweiterungen die Datenübertragungsraten signifikant erhöht (z.B. EDGE: Enhanced Data Rate for GSM Evolution). Diese Mobilfunksysteme werden oftmals auch 2.5 oder 2+ Generation genannt.In addition to existing ones Second generation mobile radio systems, such as the GSM mobile radio system technical extensions significantly the data transfer rates elevated (e.g. EDGE: Enhanced Data Rate for GSM Evolution). These mobile radio systems are often also called 2.5 or 2+ generation.

Für diese Mobilkommunikationsnetze der 3. Generation und der 2.5 Generation werden digitale Modulationsverfahren verwendet, die allerdings nicht mit konstanter Hüllkurve arbeiten, wie dies bei GSM noch der Fall ist. Dies führt zu hohen Linearitätsanforderungen an die Sendeendstufen der Endgeräte dieser Handygeneration. Um die erforderliche Linearität zu gewährleisten, muß ein entsprechend hoher Ruhestrom zur Verfügung gestellt werden, der allerdings einen hohen Batteriestrom zieht und damit einen negativen Einfluß auf die Betriebszeit eines Mobilfunkgerätes hat.For these 3rd generation and 2.5 generation mobile communication networks digital modulation methods are used, but not with constant envelope work, as is still the case with GSM. This leads to high ones linearity requirements to the transmitters of the end devices this generation of cell phones. To ensure the required linearity, has to be correspondingly high quiescent current can be made available, however draws a high battery current and thus has a negative impact on the Operating time of a mobile device Has.

In der Patentschrift DE 40 01 810 C2 ist eine Energiesparschaltung in einer mobilen Vorrichtung zur drahtlosen Kommunikation beschrieben, bei der die Sendeleistung in Abhängigkeit von der Empfangsfeldstärke eingestellt ist.In the patent DE 40 01 810 C2 describes an energy-saving circuit in a mobile device for wireless communication, in which the transmission power is set as a function of the reception field strength.

In der Europäischen Patentanmeldung EP 0 896 439 A2 ist weiterhin ein System der 2+ und 3. Generation beschrieben, das zwischen zwei Ruhestromwerten umschaltet, um Strom zu sparen und so die Betriebszeit des Mobilfunkgerätes zu verlängern.In the European patent application EP 0 896 439 A2 Furthermore, a system of the 2+ and 3rd generation is described, which switches between two quiescent current values in order to save electricity and thus extend the operating time of the mobile radio device.

Die mit diesen Methoden erzielte Stromeinsparung ist allerdings für eine effektive Verlängerung der Betriebszeit nicht ausreichend.The one achieved with these methods However, saving electricity is for an effective extension of the Operating time not sufficient.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum energiesparenden Betrieb eines Mobilfunkgerätes und ein Mobilfunkgerät zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verfügung zu stellen, das auch bei hohen Linearitätsanforderungen eine Verlängerung der Betriebszeit von Mobilfunkgeräten ermöglicht.It is therefore an object of the invention a method for energy-saving operation of a mobile radio device and a cellular device to carry out of the method according to the invention to disposal an extension even with high linearity requirements the operating time of mobile devices.

Die Aufgabe zur Entwicklung eines Verfahrens wird durch die Merkmale des ersten Verfahrensanspruches, die Aufgabe zur Entwicklung eines Mobilfunkgerätes wird durch die Merkmale des ersten Vorrichtungsanspruches gelöst.The task of developing a Process is characterized by the features of the first process claim, the task of developing a mobile device is based on the features of the first device claim solved.

Der Erfinder hat erkannt, daß lineare Endstufen von Mobilfunkgeräten der 3. Generation vorwiegend mit konstantem Ruhestrom betrieben werden, oder daß lediglich zwischen zwei Ruhestromwerten umgeschaltet wird. Für eine effektive Stromeinsparung sind diese Systeme jedoch nicht geeignet.The inventor recognized that linear Power amplifiers from mobile devices of the 3rd generation mainly operated with constant quiescent current be, or that only is switched between two quiescent current values. For an effective However, these systems are not suitable for saving electricity.

Demgemäß schlägt der Erfinder vor, ein Verfahren zum energiesparenden Betrieb eines Mobilfunkgerätes, mit einem Empfangs- und einem Sendeteil und mindestens einer Verstärkerstufe, unter Variation eines Ruhestromes dahingehend weiterzuentwickeln, daß der Ruhestrom der Verstärkerstufe proportional zu ihrer Aussteuerung gesteuert wird. Hierbei wird die Verstärkerstufe entweder kontinuierlich (analog) oder in einer Vielzahl von Stufen (Schritten), mindestens jedoch in 3 Stufen, vorzugsweise mindestens in 6 Stufen (digitale Steuerung) an den Ruhestrom angepaßt. Es wird dabei immer nur so viel Ruhestrom bereitgestellt, wie für eine hinreichend verzerrungsarme Signalübertragung durch die Endstufe gerade benötigt wird. Die Steuerung des Ruhestromes der Verstärkerstufe verläuft im Gegensatz zu einer Regelung ohne Rückmessung, was einen wesentlich niedrigeren Realisierungsaufwand zur Folge hat. Weiterhin werden Stabilitätsprobleme der Regelung, die häufig ein Problem in geregelten Systemen darstellen, vermieden. Vorteilhaft ist außerdem, daß bei der Steuerung preiswerte Standardbauteile verwendet werden können.Accordingly, the inventor suggests a method for energy-saving operation of a mobile device, with a receiving and a transmitting part and at least one amplifier stage, with variation to develop a quiescent current in such a way that the quiescent current proportional to the amplifier stage is controlled for their modulation. Here the amplifier stage either continuously (analog) or in a multitude of stages (Steps), but at least in 3 stages, preferably at least adapted to the quiescent current in 6 stages (digital control). It will only as much quiescent current is provided as is sufficient for one low-distortion signal transmission just needed by the power amplifier becomes. The control of the quiescent current of the amplifier stage runs in contrast for regulation without back measurement, which results in a significantly lower implementation effort Has. Furthermore, stability problems of the Scheme that often a problem in regulated systems avoided. Advantageous is also that at inexpensive standard components of the control can be used.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist weiterhin vorgesehen, daß ein Signalanteil ausgekoppelt und detektiert wird, und je nach Signalgröße der Ruhestrom über ein Steuersignal angepaßt wird. Die Auskopplung eines Signalanteils kann entweder vor dem Eingang der Endstufe, oder nach dem Ausgang der Endstufe erfolgen, beispielsweise mit Hilfe eines Richtkopplers oder Leistungsteilers. Dieser ausgekoppelte Signalanteil wird zum Beispiel von einem Detektor detektiert und gleichgerichtet. Die Auskopplung eines Signalanteils nach dem Ausgang der Endstufe hat den Vorteil, daß sich für den Detektor ein höherer Ansteuerpegel und somit ein besseres Signal/Rausch-Verhältnis ergibt. Das Gleichspannungssignal am Ausgang des Detektors kann nun über einen nachfolgenden NF-Verstärker ein Steuersignal erzeugen, das den Ruhestrom der Endstufe steuert.In the method according to the invention it is further provided that a signal component is decoupled and detected, and the quiescent current is adapted via a control signal depending on the signal size. A signal component can be decoupled either before the input of the output stage or after the output of the output stage, for example with the aid of a directional coupler or power divider. This decoupled signal component is used, for example, by egg Detected and rectified by a detector. The decoupling of a signal component after the output of the output stage has the advantage that the detector has a higher control level and thus a better signal / noise ratio. The DC voltage signal at the output of the detector can now generate a control signal via a subsequent LF amplifier, which controls the quiescent current of the output stage.

In einer bevorzugten Ausführung wird die Stärke des Ruhestroms einer vorzugsweise linearen HF-Endstufe (HF-Verstärker) proportional der Aussteuerung der HF-Endstufe gesteuert.In a preferred embodiment the strenght proportional to the quiescent current of a preferably linear RF output stage (RF amplifier) controlled the level of the RF output stage.

Eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß die Stärke des Ruhestroms einer Sendetreiberstufe oder eines ZF-Verstärkers oder eines rauscharmen Vorverstärkers (LNA = Low Noise Amplifier) proportional der Aussteuerung der entsprechenden Verstärkerstufe gesteuert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann also für jede Verstärkerstufe einer Senderkette, wie zum Beispiel die Sendetreiberstufe oder den ZF-Verstärker, und auch auf jede Verstärkerstufe einer Empfängerkette, wie beispielsweise den rauscharmen Vorverstärker oder den ZF-Verstärker, angewendet werden.Another embodiment of the method according to the invention stipulates that the Strength the quiescent current of a transmitter driver stage or an IF amplifier or a low-noise preamplifier (LNA = Low Noise Amplifier) proportional to the modulation of the corresponding amplifier stage is controlled. The method according to the invention can therefore for each amplifier stage a transmitter chain, such as the transmitter driver stage or the IF amplifier, and also on every amplifier stage a recipient chain, such as the low-noise preamplifier or the IF amplifier.

In einer weiteren Ausführung des Verfahrens wird die Stärke des Ruhestroms direkt proportional der Aussteuerung der Endstufe gesteuert. Bei voller Aussteuerung wird die Endstufe mit maximal zulässigem Ruhestrom versorgt, wogegen bei reduzierter Aussteuerung auch der Ruhestrom der Endstufe entsprechend reduziert wird. Eine untere Grenze für die Ruhestromeinstellung ist physikalisch bedingt dadurch gegeben, daß die Verzerrungsprodukte einer Endstufe (HF-Verstärker) mit abnehmendem Ruhestrom immer mehr zunehmen. Durch diese Ausführung ist eine Stromeinsparung in der Größenordnung von beispielsweise ca. 100 mA bei Mobilfunkgeräten möglich.In another version of the Procedure becomes the strength of the quiescent current directly proportional to the modulation of the output stage controlled. With full control, the output stage is at maximum permissible Quiescent current supplied, whereas with reduced modulation also the Quiescent current of the output stage is reduced accordingly. A lower one Limit for the quiescent current setting is due to physical reasons, that the Distortion products of a power amplifier (RF amplifier) with decreasing quiescent current increase more and more. This design saves electricity on the order of for example, about 100 mA possible with mobile devices.

Eine Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß ein Signalanteil ausgekoppelt, weitergeleitet und detektiert wird, und je nach Signalgröße der Ruhestrom über ein Steuersignal angepaßt wird. Die Auskopplung eines Signalanteils kann entweder vor dem Eingang der Endstufe, oder nach dem Ausgang der Endstufe erfolgen, beispielsweise mit Hilfe eines Richtkopplers oder Leistungsteilers. Dieser ausgekoppelte Signalanteil wird zum Beispiel von einem Detektor detektiert und gleichgerichtet. Die Auskopplung eines Signalanteils nach dem Ausgang der Endstufe hat den Vorteil, daß sich für den Detektor ein höherer Ansteuerpegel und somit ein besseres Signal/Rausch-Verhältnis ergibt. Das Gleichspannungssignal am Ausgang des Detektors kann nun über einen nachfolgenden NF-Verstärker ein Steuersignal erzeugen, das den Ruhestrom der Endstufe steuert.An execution of the method according to the invention stipulates that a Signal portion is decoupled, forwarded and detected, and depending on the signal size, the quiescent current via Control signal adapted becomes. The decoupling of a signal component can either before Input of the output stage, or after the output of the output stage, for example with the help of a directional coupler or power divider. This decoupled signal component is used, for example, by a detector detected and rectified. The decoupling of a signal component after the output of the output stage has the advantage that the detector a higher one Drive level and thus a better signal / noise ratio results. The DC voltage signal at the output of the detector can now be subsequent NF amplifier generate a control signal that controls the quiescent current of the output stage.

In einer weiteren Ausführung erzeugt eine digitale Steuerelektronik das Steuersignal, das den Ruhestrom der Endstufe steuert. Dies hat den Vorteil, daß analoge Hardware, wie zum Beispiel der NF-Verstärker, entfallen kann.Generated in a further embodiment A digital control electronics the control signal that the quiescent current controls the power amplifier. This has the advantage that analog hardware, such as Example of NF amplifiers, can be omitted.

Da das Steuersignal für den Ruhestrom proportional dem Detektorausgangssignal, und dieses proportional dem ausgekoppelten Signalanteil des Eingangssignals ist, ist auch der Ruhestrom proportional der Leistung des Eingangssignals (Eingangsleistung).Since the control signal for the quiescent current proportional to the detector output signal, and this proportional the decoupled signal component of the input signal is also the quiescent current is proportional to the power of the input signal (input power).

In einer anderen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Spannungsabfall in der Spannungszuführung der Endstufe über einen Strommeßwiderstand einem NF-Verstärker oder einer digitalen Steuerelektronik zugeführt, der dann über ein Steuersignal den Ruhestrom der Endstufe steuert. Hier kann anstelle des Richtkopplers und des Detektors ein Strommeßwiderstand in der Spannungzuführung der Endstufe verwendet werden, denn die Stromaufnahme dieser Endstufe ist proportional zu der Leistung des Ausgangssignals (Ausgangsleistung) der Endstufe.In another variant of the method according to the invention there is a voltage drop in the voltage supply of the output stage via a current measuring resistor an NF amplifier or supplied to a digital control electronics, which then via a Control signal controls the quiescent current of the output stage. Here can instead the directional coupler and the detector a current measuring resistor in the voltage supply Power amplifier are used because the current consumption of this power amplifier is proportional to the power of the output signal (output power) the final stage.

Der Erfinder schlägt weiterhin vor, ein Mobilfunkgerät mit einer Verstärkerstufe, die mindestens einen Eingang für ein Eingangssignal, einen Ausgang für ein Ausgangssignal, einen Ruhestrom-Steueranschluß und eine Spannungszuführung aufweist, dahingehend weiterzuentwickeln, daß ein Mittel zur proportionalen Steuerung des Ruhestroms der Verstärkerstufe vorgesehen ist.The inventor furthermore proposes a mobile radio device with a Amplifier stage, who have at least one input for an input signal, an output for an output signal, a Quiescent current control connection and a power supply has to develop further in that a means for proportional Control of the quiescent current of the amplifier stage is provided.

Vorteilhaft ist als Verstärkerstufe eine vorzugsweise lineare HF-Endstufe vorgesehen, das heißt eine Endstufe für Modulationsverfahren, die mit nicht konstanter Hüllkurve arbeiten. Weiterhin können auch Endstufen, die für Modulationsverfahren mit konstanter Hüllkurve verwendet werden, und an die nur geringere Anforderungen an die Linearität gestellt werden, vorgesehen sein.Is advantageous as an amplifier stage a preferably linear RF output stage is provided, that is Power amplifier for Modulation methods that work with a non-constant envelope. Farther can also power amps for Constant envelope modulation methods are used, and to which only lower demands are placed on linearity will be provided.

Darüber hinaus kann als Verstärkerstufe jede Verstärkerstufe einer Senderkette, wie zum Beispiel eine Sendetreiberstufe oder ein ZF-Verstärker, sowie auch jede Verstärkerstufe einer Empfängerkette, wie beispielsweise ein rauscharmer Vorverstärker oder ein ZF-Verstärker, vorgesehen sein.In addition, each can be used as an amplifier stage amplifier stage a transmitter chain, such as a transmitter driver stage or an IF amplifier, as well also every amplifier stage a recipient chain, such as a low noise preamplifier or an IF amplifier his.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Mobilfunkgerätes sieht vor, daß das Mittel zur proportionalen Steuerung des Ruhestroms einen Richtkoppler oder einen Leistungsteiler aufweist, der einen Teil eines Signals auskoppelt. Hierbei kann das Signal sowohl das Eingangssignal am Eingang der Endstufe, sowie das Ausgangssignal am Ausgang der Endstufe sein.An embodiment of the mobile radio device according to the invention provides before that A directional coupler for proportional control of the quiescent current or has a power divider that is part of a signal couples out. Here, the signal can both the input signal on Input of the output stage, as well as the output signal at the output of the output stage his.

Weiterhin kann das Mittel zur proportionalen Steuerung des Ruhestroms einen Detektor aufweisen, der zum Beispiel als Diodendetektor ausgeführt ist, der den ausgekoppelten Signalanteil gleichrichtet und das gleichgerichtete Detektorausgangssignal weiterleitet. Hierbei ist das Detektorausgangssignal proportional zu dem Detektoreisgangssignal, also proportional dem ausgekoppelten Signalanteil.Furthermore, the means for proportional control of the quiescent current have a detector, for example as a diode detector is executed which rectifies the decoupled signal component and the rectified Detector output signal passes on. Here the detector output signal is proportional to the detector input signal, i.e. proportional to the output Signal component.

In einer Weiterentwicklung des Mobilfunkgerätes weist das Mittel zur proportionalen Steuerung des Ruhestroms einen NF-Verstärker, wie zum Beispiel einen Operationsverstärker auf, der, je nach Detektorausgangssignal, ein Steuersignal zur Ruhestrom-Steuerung der Endstufe generiert. Ist das Detektorausgangssignal niedrig, bewirkt dieses Steuersignal einen reduzierten Ruhestrom, ist das Detektorausgangssignal maximal, wird die Endstufe so gesteuert, daß sie mit maximal zulässigem Ruhestrom versorgt wird.In a further development of the mobile radio The device for proportional control of the quiescent current has an LF amplifier, such as an operational amplifier, which, depending on the detector output signal, generates a control signal for controlling the quiescent current of the output stage. If the detector output signal is low, this control signal causes a reduced quiescent current; if the detector output signal is at a maximum, the output stage is controlled so that it is supplied with the maximum permissible quiescent current.

In einer weiteren Ausführung des Mobilfunkgerätes weist das Mittel zur proportionalen Steuerung des Ruhestroms eine digitale Steuerelektronik auf, die das Steuersignal zur Ruhestrom-Steuerung der Verstärkerstufe generiert.In another version of the mobile device the means for proportional control of the quiescent current digital control electronics on the control signal to control the quiescent current amplifier stage generated.

In einer vorteilhaften Weiterentwicklung weist die digitale Steuerelektronik eine Softwaretabelle auf. Diese Softwaretabelle kann die Kennwerte des HF-Verstärkers enthalten, also die Leistung des Ausgangssignals (Ausgangsleistung), die Leistung des Eingangssignals (Eingangsleistung) und den Ruhestrom, wobei die Ausgangsleistung beziehungsweise der Verstärkungsfaktors der Endstufe abhängig ist von der Eingangsleistung und von der Ruhestromeinstellung. Diese Ausführung hat den Vorteil, daß auf analoge Hardware gänzlich verzichtet werden kann.In an advantageous further development the digital control electronics have a software table. This software table can the characteristics of the RF amplifier contain, i.e. the power of the output signal (output power), the power of the input signal (input power) and the quiescent current, where the output power or the gain factor depending on the power amplifier is of the input power and the quiescent current setting. This execution has the advantage that analog hardware entirely can be dispensed with.

Auf die Auskopplung der Leistung des Eingangssignals mittels Leistungsteiler oder Richtkoppler kann verzichtet werden, da meist die Verstärkungsfaktoren der einzelnen Verstärkerstufen der gesamten Verstärkerkette (Basisband über ZF bis Sendetreiber) vor der HF-Endstufe bekannt sind, und somit auch die Leistung des Eingangssignals der Endstufe bekannt ist. Ist nun der Verstärkungsfaktor bzw. die Leistung des Ausgangssignals der Endstufe in Abhängigkeit von der Leistung des Eingangssignals und von der Ruhestromeinstellung bekannt (Kennwerte der Endstufe), so ist auch der Verstärkungsfaktor bzw. die Leistung des Ausgangssignals der gesamten Verstärkerkette inklusive der Endstufe bekannt.On decoupling the performance of the input signal using a power divider or directional coupler to be dispensed with, since mostly the amplification factors of the individual amplifier stages the entire amplifier chain (Baseband over IF to transmit drivers) are known before the RF output stage, and thus the power of the input signal of the output stage is also known. Now is the gain factor or the power of the output signal of the output stage depending the power of the input signal and the quiescent current setting the gain factor is also known (characteristic values of the output stage) or the power of the output signal of the entire amplifier chain including the power amplifier known.

Weiterhin können Detektor und NF-Verstärker entfallen, da die Steuerung des Ruhestroms nun mit Hilfe der Werte der Softwaretabelle erfolgt, wobei selbst mehrdimensionale umfangreiche Tabellen in Echtzeit verarbeitet werden können.Furthermore, the detector and AF amplifier can be omitted, since the control of the quiescent current is now using the values of the software table takes place, even multidimensional extensive tables in real time can be processed.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Mobilfunkgerätes sieht vor, daß das Mittel zur Steuerung des Ruhestroms einen Strommeßwiderstand aufweist, der einen Spannungsabfall weiterleitet und dem NF-Verstärker oder der digitalen Steuerelektronik zuführt. Hier kann der NF-Verstärker oder die digitale Steuerelektronik je nach Spannungsabfall ein Steuersignal zur Ruhestrom-Steuerung der Endstufe erzeugen.A further embodiment of the mobile radio device according to the invention is seen before that means to control the quiescent current has a current measuring resistor which Voltage drop passes on and the NF amplifier or digital control electronics supplies. Here the NF amplifier or the digital control electronics a control signal depending on the voltage drop generate for quiescent current control of the output stage.

Es versteht sich, daß sich die Erfindung auch auf. Modulationsverfahren mit konstanter Hüllkurve, wie zum Beispiel GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying), im GSM-Mobilfunksystem, übertragen läßt. Auch wenn bei den Endstufen dieser Systeme nur geringe Anforderungen an die Linearität gestellt wird, und somit der Ruhestromverbrauch gering gehalten wird, bietet die erfindungsgemäße Ruhestrom-Steuerung auch hier ein Potential für eine Sprechzeiterhöhung.It is understood that the Invention also on. Modulation method with a constant envelope, such as for example GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying), in the GSM mobile radio system leaves. Also if the end stages of these systems have only minor requirements to linearity is set, and thus the quiescent current consumption is kept low, offers the quiescent current control according to the invention also here a potential for a talk time increase.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen:Further details of the invention result from the following description of an exemplary embodiment with reference to the drawings. Show it:

1: Ruhestrom-Steuerung durch die Ableitung eines Steuersignals aus einem Eingangssignal am Eingang der HF-Endstufe; 1 : Quiescent current control by deriving a control signal from an input signal at the input of the RF output stage;

2: Ruhestrom-Steuerung durch die Ableitung eines Steuersignals aus einem Ausgangssignal am Ausgang der HF-Endstufe; 2 : Quiescent current control by deriving a control signal from an output signal at the output of the RF output stage;

3: Ruhestrom-Steuerung durch die Ableitung eines Steuersignals über eine Messung der Stromaufnahme der HF-Endstufe. 3 : Quiescent current control by deriving a control signal by measuring the current consumption of the RF output stage.

4: Ruhestrom-Steuerung durch die Ableitung eines Steuersignals aus dem Eingangssignal am Eingang der HF-Endstufe mit Hilfe einer digitalen Steuerelektronik, wobei Kennwerte der HF-Endstufe als Softwaretabelle abgespeichert sind. 4 : Quiescent current control by deriving a control signal from the input signal at the input of the RF output stage with the aid of digital control electronics, with characteristic values of the RF output stage being stored as a software table.

Die 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, mit einer Endstufe 1 (HF-Verstärker), einem Richtkoppler 2, einem Detektor 3 und einem NF-Verstärker 4, zum Beispiel einem Operationsverstärker 4, wobei ein Steuersignal 12 über ein Eingangssignal 9 der Endstufe 1 abgeleitet wird. Der HF-Verstärker 1 hat einen Eingang 6, einen Ausgang 7, einen Ruhestrom-Steueranschluß 5 sowie eine Spannungszuführung 13.The 1 shows a first embodiment of the invention, with an output stage 1 (RF amplifier), a directional coupler 2, a detector 3 and an NF amplifier 4, for example an operational amplifier 4 , being a control signal 12 via an input signal 9 the final stage 1 is derived. The RF amplifier 1 has an entrance 6 , an exit 7 , a quiescent current control connector 5 as well as a power supply 13 ,

Vor dem Eingang 6 des HF-Verstärkers 1 wird über einen Richtkoppler 2 ein Signalanteil 10 des Eingangssignals 9 ausgekoppelt und dem nachfolgenden Detektor 3 zugeführt. Am Ausgang des Detektors 3 steht nun ein, der Leistung des Eingangssignals 9 proportionales Gleichspannungssignal 11 zur Verfügung. Der nachfolgende NF-Verstärker 4 generiert hieraus ein Steuersignal 12, das über den Ruhestrom-Steueranschluß 5 des HF-Verstärkers 1 den Ruhestrom der Endstufe 1 steuert.In front of the entrance 6 of the RF amplifier 1 is via a directional coupler 2 a signal portion 10 of the input signal 9 decoupled and the subsequent detector 3 fed. At the exit of the detector 3 is now the power of the input signal 9 proportional DC signal 11 to disposal. The following NF amplifier 4 generates a control signal from this 12 that through the quiescent current control connector 5 of the RF amplifier 1 the quiescent current of the output stage 1 controls.

Das Gleichspannungssignal 11 am Ausgang des Detektors 3 steigt mit zunehmender Leistung des Eingangssignals 9 an und sinkt mit abnehmender Leistung.The DC voltage signal 11 at the output of the detector 3 increases with increasing power of the input signal 9 on and decreases with decreasing performance.

Weiterhin dient der NF-Verstärker 4 dazu, die Kennlinie des Detektors 3 (Detektorausgangssignal 11 in Abhängigkeit von der Leistung des Eingangssignals 9) an die Ruhestrom-Steuerkennlinie des HF-Verstärkers 1 (Leistung des Ausgangssignals 14 des HF-Verstärkers 1 in Abhängigkeit von einer Steuerspannung oder einem Steuerstrom bzw. dem Ruhestrom der Endstufe 1) anzupassen.The NF amplifier also serves 4 the characteristic curve of the detector 3 (Detector output signal 11 depending on the power of the input signal 9 ) to the quiescent current control characteristic of the RF amplifier 1 (Power of the output signal 14 of the RF amplifier 1 depending on a control voltage or a control current or the quiescent current of the output stage 1 ) to adapt.

Die 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei das Steuersignal 12 über ein Ausgangssignal 14 am Ausgang 7 der Endstufe 1 abgeleitet wird. Hierbei wird dieses Ausgangssignal 14 am Ausgang 7 des HF-Verstärkers 1 über einen Richtkoppler 2 oder einen Leistungsteiler ausgekoppelt. Für den Detektor 3 ergibt sich dadurch der Vorteil eines höheren Ansteuerpegels. Der ausgekoppelte Signalanteil 10 des Richtkopplers 2 wird wiederum mit Hilfe des Detektors 3 gleichgerichtet und dieses Gleichspannungssignal 11 dem NF-Verstärker 4 zugeführt. Das von dem NF-Verstärker 4 generierte Steuersignal 12 steuert den Ruhestrom-Steueranschluß 5 des HF-Verstärkers 1 an und bewirkt eine Ruhestrom-Steuerung je nach Aussteuerung der Endstufe 1.The 2 shows a further embodiment of the invention, wherein the control signal 12 about an output signal 14 at the output 7 the final stage 1 is derived. Here, this output signal 14 at the output 7 of the RF amplifier 1 via a directional coupler 2 or uncoupled a power divider. For the detector 3 this results in the advantage of a higher control level. The decoupled signal component 10 of the directional coupler 2 is in turn using the detector 3 rectified and this DC voltage signal 11 to the LF amplifier 4 fed. That from the NF amplifier 4 generated control signal 12 controls the quiescent current control port 5 of the RF amplifier 1 on and causes a quiescent current control depending on the level of the output stage 1 ,

Weiterhin dient der NF-Verstärker 4 dazu, die Kennlinie des Detektors 3 (Detektorausgangssignal 11 in Abhängigkeit von der Leistung des Ausgangssignals 14 des HF-Verstärkers) an die Ruhestrom-Steuerkennlinie des HF-Verstärkers 1 (Leistung des Ausgangssignals 14 des HF-Verstärkers 1 in Abhängigkeit von der Steuerspannung oder Steuerstrom bzw. dem Ruhestrom der Endstufe 1) anzupassen.The NF amplifier also serves 4 the characteristic curve of the detector 3 (Detector output signal 11 depending on the power of the output signal 14 of the RF amplifier) to the quiescent current control characteristic of the RF amplifier 1 (Power of the output signal 14 of the RF amplifier 1 depending on the control voltage or control current or the quiescent current of the output stage 1 ) to adapt.

Die 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, wobei das Steuersignal 12 über eine Stromaufnahme der Endstufe 1 abgeleitet wird. Da die Stromaufnahme der Endstufe 1 proportional zur Ausgangsleistung der HF-Endstufe 1 ist, wird zur Messung dieser Stromaufnahme ein Strommeßwiderstand 8 in der Spannungszuführung 13 des HF-Verstärkers 1 verwendet. Dabei wird der Spannungsabfall über dem Strommeßwiderstand 8 direkt dem NF-Verstärker 4 zugeführt, der dann ein Steuersignal 12 generiert, den Ruhestrom-Steueranschluß 5 ansteuert und so den Ruhestrom der Endstufe 1 steuert.The 3 shows a third embodiment, wherein the control signal 12 via a current consumption of the output stage 1 is derived. Because the power consumption of the power amplifier 1 proportional to the output power of the RF output stage 1 is, a current measuring resistor is used to measure this current consumption 8th in the voltage supply 13 of the RF amplifier 1 used. The voltage drop across the current measuring resistor 8th directly to the NF amplifier 4 fed, which is then a control signal 12 generates the quiescent current control connection 5 controls and so the quiescent current of the power amplifier 1 controls.

Weiterhin dient der NF-Verstärker 4 dazu, die Kennlinie des Strommeßwiderstandes 8 (Ausgangssignal 19 des Strommeßwiderstandes 8 in Abhängigkeit von der Stromaufnahme des HF-Verstärkers 1) an die Ruhestrom-Steuerkennlinie des HF-Verstärkers 1 (Leistung des Ausgangssignals 14 des HF-Verstärkers 1 in Abhängigkeit von der Steuerspannung oder Steuerstrom bzw. dem Ruhestrom der Endstufe 1) anzupassen.The NF amplifier also serves 4 in addition, the characteristic of the current measuring resistor 8th (Output signal 19 of the current measuring resistor 8th depending on the current consumption of the RF amplifier 1 ) to the quiescent current control characteristic of the RF amplifier 1 (Power of the output signal 14 of the RF amplifier 1 depending on the control voltage or control current or the quiescent current of the output stage 1 ) to adapt.

Dieses erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, daß gegenüber den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 der Richtkoppler und der Detektor entfallen.This embodiment of the invention has the advantage that compared to the embodiments of 1 and 2 the directional coupler and the detector are eliminated.

Für die Ausführungsbeispiele nach den 1, 2 und 3 gilt weiterhin, daß anstelle des NF-Verstärkers 4 auch eine digitale Steuerelektronik zur Anpassung der Detektorkennlinie beziehungsweise des Ausgangssignals des Strommeßwiderstandes 8 an die Ruhestrom-Steuerkennlinie des HF-Verstärkers 1 verwendet werden kann.For the embodiments according to the 1 . 2 and 3 still applies that instead of the NF amplifier 4 also digital control electronics for adapting the detector characteristic or the output signal of the current measuring resistor 8th to the quiescent current control characteristic of the RF amplifier 1 can be used.

Die 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung, mit einem HF-Verstärker 1 und einem Funktionsblock 17 eines Mobiltelefons, der eine Verstärkerkette 15 (inklusive Basisband-Verstärker und ZF-Verstärker), Steuerleitungen 16 und eine digitale Steuerelektronik 18 mit einer Softwaretabelle 20 aufweist. Hier wird die Ruhestrom-Steuerung durch die Ableitung eines Steuersignals 12 aus einem Eingangssignal 9 am Eingang 6 des HF-Verstärkers 1 mit Hilfe der digitalen Steuerelektronik 18 erreicht, wobei die Kennwerte des HF-Verstärkers 1, also die Eingangsleistung, die Ausgangsleistung und die Ruhestromeinstellung als Softwaretabelle 20 abgespeichert sind.The 4 shows a fourth embodiment of the invention, with an RF amplifier 1 and a function block 17 of a cell phone that has an amplifier chain 15 (including baseband amplifier and IF amplifier), control lines 16 and digital control electronics 18 with a software table 20 having. Here the quiescent current is controlled by deriving a control signal 12 from an input signal 9 at the input 6 of the RF amplifier 1 with the help of digital control electronics 18 reached, the characteristics of the RF amplifier 1 , i.e. the input power, the output power and the quiescent current setting as a software table 20 are saved.

Diese Softwaretabelle 20 ist als dreidimensionale Wertetabelle mit den Spalten A, B und C aufgebaut. Hierin sind, beispielsweise in der Spalte A, die Werte für die Leistung des Eingangssignals 9 in dBm, in der Spalte B die Werte für die Ruheströme in mA und in der Spalte C die Werte für die Leistung des Ausgangssignals 14 in dBm enthalten. Hierbei ist die Leistung des Ausgangssignals 14 beziehungsweise des Verstärkungsfaktors der HF-Endstufe 1 von der Leistung des Eingangssignals 9 und von der Ruhestromeinstellung abhängig.This software table 20 is structured as a three-dimensional table of values with columns A, B and C. Here, for example in column A, are the values for the power of the input signal 9 in dBm, in column B the values for the quiescent currents in mA and in column C the values for the power of the output signal 14 contained in dBm. Here is the power of the output signal 14 or the amplification factor of the RF output stage 1 on the power of the input signal 9 and depends on the quiescent current setting.

Mit Hilfe dieser Wertetabelle generiert die digitale Steuerelektronik 18 je nach Eingangssignal 9 ein Steuersignal 12, das über den Ruhestrom-Steueranschluss 5 den Ruhestrom der HF-Endstufe 1 steuert. Weiterhin stellt die digitale Steuerelektronik 18 über die Steuerleitungen 16 mit Hilfe der Verstärkerkette 15 die Leistung des Eingangssignals 9 der HF-Endstufe 1 bereit.The digital control electronics generate using this table of values 18 depending on the input signal 9 a control signal 12 that through the quiescent current control connector 5 the quiescent current of the RF output stage 1 controls. Furthermore, the digital control electronics 18 over the control lines 16 with the help of the amplifier chain 15 the power of the input signal 9 the RF power amplifier 1 ready.

Die Steuerleitungen 16 sind mit Hilfe zweier Pfeile dargestellt. Hierbei soll der Pfeil 16 von der Verstärkerkette 15 zur digitalen Steuerelektronik 18 verdeutlichen, daß der Ausgangspegel der Verstärkerkette 15 (ist gleich der Leistung des Eingangssignals 9 des HF-Verstärkers 1) der digitalen Steuerelektronik 18 bekannt ist. Der Pfeil 16 in der Gegenrichtung von der digitalen Steuerelektronik 18 zur Verstärkerkette 15 zeigt, daß die digitale Steuerelektronik 18 die Leistung des Eingangssignals 9 des HF-Verstärkers 1 über die Verstärkerkette 15 steuert.The control lines 16 are shown with the help of two arrows. Here the arrow should 16 from the amplifier chain 15 to digital control electronics 18 clarify that the output level of the amplifier chain 15 (is equal to the power of the input signal 9 of the RF amplifier 1 ) of digital control electronics 18 is known. The arrow 16 in the opposite direction from the digital control electronics 18 to the amplifier chain 15 shows that the digital control electronics 18 the power of the input signal 9 of the RF amplifier 1 over the amplifier chain 15 controls.

Dieses Ausführungsbeispiel enthält außer dem Ruhestrom-Steueranschluss 5 des HF-Verstärkers 1 keine weitere analoge Hardware. Der Realisierungsaufwand wird also in die Software der digitalen Steuerung 18 verlagert. Diese Ausführung des Mobilfunkgerätes unterstützt den Trend zu weiterer Integration, Miniaturisierung und Kostenreduktion.This embodiment includes the quiescent current control port 5 of the RF amplifier 1 no further analog hardware. The implementation effort is therefore in the software of the digital control 18 relocated. This version of the mobile device supports the trend towards further integration, miniaturization and cost reduction.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.It is understood that the above mentioned features of the invention not only in the specified Combination, but also in other combinations or alone can be used without departing from the scope of the invention.

Insgesamt wird durch die Erfindung erreicht, daß durch die Anpassung des Ruhestroms an die jeweilige Aussteuerung der Endstufe erheblich Strom (Energie) eingespart wird, wodurch sich sowohl Sprechzeit als auch Betriebszeit eines Mobilfunkgerätes erhöht.Overall, the invention achieved that through the adjustment of the quiescent current to the respective modulation of the output stage considerably electricity (energy) is saved, which increases both talk time as well as operating time of a mobile device increased.

Claims (11)

Verfahren zum energiesparenden Betrieb eines Mobilfunkgerätes, mit einem Empfangs- und einem Sendeteil und mindestens einer Verstärkerstufe, deren Ruhestrom proportional zu ihrer Aussteuerung gesteuert wird, indem ein Signalanteil (10) eines an die Verstärkerstufe angelegten Eingangssignals (9) ausgekoppelt und detektiert wird, und der Ruhestrom über ein zur Signalgröße des detektierten Signalanteils proportionales Steuersignal (12) angepasst wird.Method for the energy-saving operation of a mobile radio device, with a receiving and a transmitting part and at least one amplifier stage, the quiescent current of which is controlled in proportion to its modulation by a signal component ( 10 ) an input signal applied to the amplifier stage ( 9 ) is coupled out and detected, and the quiescent current via a control signal proportional to the signal size of the detected signal component ( 12 ) is adjusted. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ruhestrom einer vorzugsweise linearen HF-Endstufe eines HF-Verstärkers (1) proportional zur Aussteuerung der HF-Endstufe (1) gesteuert wird.A method according to claim 1, characterized in that the quiescent current of a preferably linear RF output stage of an RF amplifier ( 1 ) proportional to the modulation of the HF output stage ( 1 ) is controlled. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ruhestrom einer Sendetreiberstufe und/oder eines ZF-Verstärkers und/oder eines rauscharmen Vorverstärkers proportional zur Aussteuerung der jeweiligen Verstärkerstufe gesteuert wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that that the Quiescent current of a transmission driver stage and / or an IF amplifier and / or of a low noise preamp proportional to the modulation of the respective amplifier stage is controlled. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ruhestrom direkt proportional zur Aussteuerung der Verstärkerstufe gesteuert wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the Quiescent current controlled directly proportional to the level of the amplifier stage becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannungsabfall In der Spannungszuführung (13) der Verstärkerstufe über einen Strommeßwiderstand (8) einem NF-Verstärker (4) oder einer digitalen Steuerelektronik (18) zugeführt wird, der dann über ein Steuersignal (12) den Ruhestrom der Verstärkerstufe steuert.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that a voltage drop in the voltage supply ( 13 ) the amplifier stage via a current measuring resistor ( 8th ) an NF amplifier ( 4 ) or digital control electronics ( 18 ) which is then fed via a control signal ( 12 ) controls the quiescent current of the amplifier stage. Mobilfunkgerät zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einer Verstärkerstufe, die mindestens einen Eingang (6) für ein Eingangssignal (9), einen Ausgang (7) für ein Ausgangssignal (14), einen Ruhestrom-Steueranschluß (5), eine Spannungszuführung (13), und ein Mittel zur proportionalen Steuerung des Ruhestroms der Verstärkerstufe aufweist, wobei das Mittel zur proportionalen Steuerung des Ruhestroms – einen Richtkoppler (2) oder einen Leistungsteiler, der einen Signalanteil (10) des Eingangssignals (9) auskoppelt, – weiterhin einen Detektor (3), der den ausgekoppelten Signalanteil (10) gleichrichtet und ein gleichgerichtetes Detektorausgangssignal (11) weiterleitet – und einen NF-Verstärker (4), der ein Steuersignal (12) zur Ruhestrom-Steuerung der Verstärkerstufe generiert, aufweist.Mobile radio device for performing the method according to one of the preceding claims with an amplifier stage which has at least one input ( 6 ) for an input signal ( 9 ), an exit ( 7 ) for an output signal ( 14 ), a quiescent current control connection ( 5 ), a power supply ( 13 ), and has a means for proportional control of the quiescent current of the amplifier stage, the means for proportional control of the quiescent current - a directional coupler ( 2 ) or a power divider that contains a signal component ( 10 ) of the input signal ( 9 ) decouples, - still a detector ( 3 ), which the coupled signal portion ( 10 ) rectified and a rectified detector output signal ( 11 ) forwards - and an NF amplifier ( 4 ) which is a control signal ( 12 ) generated for quiescent current control of the amplifier stage. Mobilfunkgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstärkerstufe eine vorzugsweise lineare HF-Endstufe (1) vorgesehen ist.Mobile radio device according to Claim 6, characterized in that a preferably linear HF output stage ( 1 ) is provided. Mobilfunkgerät nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstärkerstufe eine Sendetreiberstufe und/oder ein ZF-Verstärker und/oder ein rauscharmer Vorverstärker vorgesehen ist.mobile device according to one of the claims 6 or 7, characterized in that a transmitter driver stage as the amplifier stage and / or an IF amplifier and / or a low-noise preamplifier is provided. Mobilfunkgerät nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur proportionalen Steuerung des Ruhestroms eine digitale Steuerelektronik (18) aufweist, die ein Steuersignal (12) zur Ruhestrom-Steuerung der Verstärkerstufe generiert.Mobile radio device according to one of Claims 6 to 8, characterized in that the means for proportional control of the quiescent current are digital control electronics ( 18 ) which has a control signal ( 12 ) generated for quiescent current control of the amplifier stage. Mobi 1 funkgerät nach Anspruch 9 , dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Steuerelektronik (18) eine Softwaretabelle (20) aufweist.Mobi 1 Radio device according to claim 9, characterized in that the digital control electronics ( 18 ) a software table ( 20 ) having. Mobilfunkgerät nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Steuerung des Ruhestroms einen Strommeßwiderstand (8) aufweist, der einen Spannungsabfall weiterleitet und einem NF-Verstärker (4) oder einer digitalen Steuerelektronik (18) zuführt.Mobile radio device according to one of Claims 6 to 10, characterized in that the means for controlling the quiescent current have a current measuring resistor ( 8th ) which forwards a voltage drop and an NF amplifier ( 4 ) or digital control electronics ( 18 ) feeds.
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