DE102004040278B4

DE102004040278B4 - Polarmodulator für den Mobilfunk und Verfahren zur Polarmodulation eines Signals

Info

Publication number: DE102004040278B4
Application number: DE102004040278A
Authority: DE
Inventors: Bernd Adler; Dr. Itkin Grigory; Dr. Kraut Gunther
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Deutschland GmbH
Priority date: 2004-08-19
Filing date: 2004-08-19
Publication date: 2012-07-12
Anticipated expiration: 2024-08-20
Also published as: DE102004040278A1; US7428407B2; US20060040623A1

Abstract

Polarmodulator für den Mobilfunk, umfassend: – einen ersten Versorgungsanschluss (110) zur Zuführung eines Versorgungspotentials (VDD); einen zweiten Versorgungsanschluss (120) zur Zuführung eines Massepotentials (VM); – eine Verstärkerstufe (2), ausgeführt mit einer Gegentaktendstufe, mit einem Signaleingang (21) zur Zuführung eines Signals und einem einpoligen Ausgang (3) zur Abgabe eines Eintaktausgangssignals, die zur Versorgung der Gegentaktendstufe zwischen ersten Versorgungsanschluss (110) und zweiten Versorgungsanschluss (120) in einen Versorgungspfad geschaltet ist; – eine erste regelbare Spannungsquelle (102) und eine zweite regelbare Spannungsquelle (103), die mit ihren Regeleingängen (1021, 1031) an einen Anschluss (130) zur Regelung für eine Spannungsabgabe durch ein moduliertes Differenzsignal angeschlossen sind, wobei die erste regelbare Spannungsquelle (102) zwischen Verstärkerstufe (2) und ersten Versorgungsanschluss (110) und die zweite regelbare Spannungsquelle (103) zwischen Verstärkerstufe (2) und zweiten Versorgungsanschluss (120) geschaltet ist, wobei – der Signaleingang (21) mit einem Phasenmodulator (1) zur Zuführung eines phasenmodulierten Signals gekoppelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Polarmodulator für den Mobilfunk. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Polarmodulation eines Signals.
Einige Mobilfunkstandards benötigen neben einer reiner Phasenbeziehungsweise Frequenzmodulation in einer weitergehenden Ausführung eine zusätzliche Amplitudenmodulation. So wird beispielsweise in der Erweiterung des GSM-Mobilfunkstandards ein Modulationstyp verwendet, welcher Informationen sowohl in der Phase als auch in der Amplitude codiert. Beispiele für ein derartiges Modulationsverfahren ist der Modulationstyp 8-PSK (8-Phase Shift Keying), wie er im GSM-EDGE-Mobilfunkstandard Verwendung findet. Ein anderes Beispiel sind QPSK-Modulationsverfahren (Quadratur Phase Shift Keying Modulationsverfahren). Diese werden in den Mobilfunkstandards der dritten Generation eingesetzt. Eine Kombination einer reinen Phasen- beziehungsweise Frequenzmodulation mit einer Amplitudenmodulation ermöglicht eine Steigerung in der Übertragungsgeschwindigkeit.
Grundsätzlich müssen jedoch Senderbaugruppen für Mobilfunkgeräte mehrere Modulationsarten beherrschen, beispielsweise eine reine Phasenmodulation wie die für den GSM-Mobilfunkstandard verwendete GMSK-Modulation als auch eine kombinierte Amplituden- und Phasenmodulation wie 8-PSK für GSM-EDGE.
Eine gegen äußere Störeinflüsse unempfindliche und für die Implementierung sehr effiziente Ausführung für die Übertragung von gleichzeitig amplituden- und phasenmodulierten Daten wird durch einen Polarmodulator ermöglicht.
Jedes beliebig modulierte Hochfrequenzsignal R(t) lässt sich in Polarkoordinatenform darstellen: R(t) = A(t)·cos(ωt + ϕ(t))
Dabei stellt A(t) die zeitlich sich ändernde Amplitudeninformation und ϕ(t) die zeitlich sich ändernde Phaseninformation dar. In der Amplitude A(t) und Phase ϕ(t) sind also die Nutzinformationen enthalten. Ein Polarmodulator ist zur Modulation der Amplitude und dieser Phase ausgebildet.
4 zeigt ein Blockschaltbild eines Senders für ein Signal nach einem Mobilfunkstandard, wobei im Signal die Nutzinformationen enthalten sind. Der Sender enthält einen Phasenregelkreis, der die notwendige Phaseninformation direkt auf das Hochfrequenzsignal moduliert. Das Ausgangssignal S(t) des Phasenregelkreises 1 lässt sich daher durch die Funktion S(t) = f(ωt + ϕ(t)) beschreiben. Bei einer reinen Phasenmodulation ist dieses Signal direkt über einen Vorverstärker 13 und einen Schalter 14 auf den Ausgangsverstärker 15 geführt. Der Ausgangsverstärker 15 verstärkt das modulierte Signal auf den geforderten Pegel.
Bei einer Amplituden- und Phasenmodulation des Ausgangssignals wird hingegen auf einen zweiten Sendepfad geschaltet. Dies erfolgt durch Umschalten des Schalters 14, der den Eingang der Leistungsendstufe 15 auf den Ausgang eines Verstärkers 12 schaltet. Gleichzeitig wird ein Mischer 11 und ein regelbarer Verstärker 12 aktiviert. Der Verstärker 12 ist eingangsseitig mit dem Ausgang des Mischers 11 verbunden, der als Amplitudenmodulator arbeitet und dem eingangsseitig phasenmodulierten Signal S(t) zugeführt wird. Nach einer Amplitudenmodulation A(t) des von dem Phasenregelkreis 1 abgegebenen phasenmodulierten Signals wird dieses durch den Verstärker 12 in geeigneter Weise vorverstärkt und der Leistungsendstufe zugeführt.
In dieser dem Erfinder bekannten Ausführungsform sind daher zwei unterschiedliche Signalpfade für die reine Phasenmodulation und eine kombinierte Amplituden- und Phasenmodulation vorhanden. Dadurch lassen sich die eventuell unterschiedlichen Rausch- und Verzerrungsanforderungen der verschiedenen Mobilfunkstandards gerecht werden.
So ist beispielsweise der obere Signalpfad mit dem Verstärker 13 für eine besonders rauscharme Verstärkung ausgeführt, enthält dafür jedoch keine große Linearität, da die bei einer reinen Phasenmodulation untergeordnet ist. Hingegen kann der untere Signalpfad für die kombinierte Amplituden- und Phasenmodulation weniger rauscharm ausgelegt werden, benötigt jedoch ein sehr lineares Übertragungsverhalten. Darüber hinaus muss für die Modulationsart 8-PSK eine Stellung der Zielausgangsleistung am Eingang des Endstufen-Leistungsverstärkers 15 über einen großen Bereich von etwa 45 dB einstellbar sein. Dies kann durch einen variablen in seiner Verstärkung einstellbaren Verstärker 12 erreicht werden, der hinter den als Amplitudenmodulator arbeitenden Mischer 11 geschaltet ist.
Verstärker mit wertkontinuierlich einstellbarem Verstärkungsfaktor, sogenannte VGAs haben jedoch den Nachteil, dass bei Abregelung, das heißt bei niedrigen Ausgangsleistungen, die Verzerrungen deutlich ansteigen. Eine Reduzierung dieser Verzerrung ist nur durch einen großen Biasstrom durch den Verstärker möglich, was jedoch den Wirkungsgrad verschlechtert und den gesamten Stromverbrauch erhöht. Darüber hinaus erhöht sich der Platzverbrauch durch die zwei vorzusehenden Signalpfade, und parasitäre Effekte des jeweils abgeschalteten und nicht verwendeten Signalpfades müssen berücksichtigt werden.
In 9 der DE 195 35 075 A1 ist ein digitales Modulationsverfahren gezeigt, in dem in einer Brückenschaltung Betrag und Phase getrennt moduliert werden.
Aus der EP 1 014 566 A2 ist ein Dualmode Audioverstärker mit Umschaltmöglichkeiten von Klasse D zu Klasse AB bekannt.
In 1 der US 5,898,340 ist ein Audioverstärker bekannt, bei dem über Transistoren 101, 103 die Lautstärke eingestellt wird und über die Transistoren 106, 107 ein digitales Audiosignal 215 verstärkt wird.
Es ist folglich Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung anzugeben, die sowohl für reine Phasenmodulation wie auch für eine kombinierte Amplituden- und Phasenmodulation geeignet ist. Zusätzlich ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, bei der ein Signal auf einfache Weise moduliert wird.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der vorliegenden nebengeordneten Patentanspruche 1 und 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bezüglich der Anordnung wird die Aufgabe gelöst durch einen Polarmodulator mit einem ersten Versorgungsanschluss zur Zuführung eines Versorgungspotentials und einem zweiten Versorgungsanschluss zur Zuführung eines Massepotentials. Der Polarmodulator enthält eine Verstärkerstufe, die mit einer Gegentaktendstufe ausgeführt ist. Sie weist einen Signaleingang zur Zuführung eines Signals und einen einpoligen Ausgang zur Abgabe eines Eintaktsignals auf. Zur Versorgung der Gegentaktendstufe ist die Verstärkerstufe zwischen erstem und zweitem Versorgungsanschluss in einem Versorgungspfad geschaltet. Weiterhin umfasst der Polarmodulator eine erste regelbare Spannungsquelle sowie eine zweite regelbare Spannungsquelle, welche mit ihren Regeleingängen an einen Anschluss zur Regelung durch ein differentielles Amplitudenmodulationssignal angeschlossen sind. Die erste regelbare Spannungsquelle ist zwischen Verstärkerstufe und erstem Versorgungsanschluss und die zweite regelbare Spannungsquelle zwischen Verstärkerstufe und zweitem Versorgungsanschluss geschaltet. Der Signaleingang ist mit einem Phasenmodulator zur Zuführung eines phasenmodulierten Signals gekoppelt.
Eine Amplitudenmodulation eines eingangseitig angelegten Signals in einer eine Gegentaktendstufe umfassende Verstärkerstufe folgt so über eine Amplitudenmodulation einer Versorgungsspannung. Anders ausgedrückt ist der erfindungsgemäße Amplitudenmodulator zu einer Amplitudenmodulation eines eingansseitigen Signals über eine Modulation seiner Versorgungsspannung oder seines Versorgungsstroms ausgebildet. Bevorzugt sind die beiden regelbaren Spannungsquellen spannungsgesteuert über ein Gegentaktspannungssignal. Der Amplitudenmodulator und der Phasenmodulator bilden gemeinsam einen Polarmodulator. Sie lassen sich in einfacher weise in einem Halbleiterkörper als integrierte Schaltung ausbilden.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist zwischen regelbarer Spannungsquelle und Verstärkerstufe eine in den Versorgungspfad geschaltete Filteranordnung mit einer Tiefpassübertragungscharakteristik vorgesehen. Diese Filter dienen zur Entkopplung der niederfrequenten Amplitudenmodulation der Spannungsquelle von dem hochfrequenten Signalanteil, die von der Gegentaktendstufe parasitär in den Versorgungspfad gelangen. Dadurch werden Verzerrungen reduziert und die Linearität verbessert.
Wieder in einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist die Gegentaktendstufe mit zwei in Reihe geschalteten steuerbaren Strecken ausgebildet, wobei die steuerbaren Strecken einen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Jeweils ein Anschluss der beiden steuerbaren Strecken ist unter Bildung des einpoligen Ausgangs miteinander verbunden. Ein Steueranschluss der beiden steuerbaren Strecken ist mit dem Signaleingang gekoppelt. Bevorzugt sind die beiden steuerbaren Strecken als zwei Feldeffekttransistoren mit entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp ausgeführt. Somit weist ein erster Feldeffekttransistor einen ersten Leitfähigkeitstyp und ein zweiter Feldeffekttransistor einen zweiten Leitfähigkeitstyp auf.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfassen die regelbaren Spannungsquellen je einen rückgekoppelten Operationsverstärker. Ein Stellausgang des jeweiligen Operationsverstärkers ist an einen Steueranschluss je eines in den Versorgungspfad geschalteten Steuertransistors angeschlossen. Somit steuert der Operationsverstärker in geeigneter Weise den Stelltransistor und damit den Spannungsabfall über die regelbare Spannungsquelle. Eine Rückkopplung der Operationsverstärker ist durch je einen Abgriff zwischen Verstärkerstufe und Stelltransistor ausgeführt. Dieser Abgriff ist mit einem von zwei Eingängen des jeweiligen Operationsverstärkers verbunden.
In einer Weiterbildung ist der jeweils zweite Eingang der Operationsverstärkung an die Ausgänge eines Differenzverstärkers zur Zuführung eines differenziellen Amplitudenmodulationssignals angeschlossen. Dadurch werden die beiden regelbaren Spannungsquellen durch ein differenzielles Signal ausgesteuert.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Leitfähigkeitstyp des ersten Stelltransistors der ersten regelbaren Spannungsquelle entgegengesetzt zu dem Leitfähigkeitstyp des Stelltransistors der zweiten regelbaren Spannungsquelle. Bevorzugt ist er gleich dem Leitfähigkeitstyp der mit dem ersten Stelltransistor gekoppelten steuerbaren Strecke.
Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Signal erst in seiner Phase moduliert wird. Dann wird das Signal einem Verstärker zugeführt der das phasenmodulierte Signal verstärkt. Der Verstärker wird an eine Versorgung angeschlossen und mit einer Versorgungsspannung und einem Versorgungsstrom versorgt. Eine Amplitudenmodulation des Signals erfolgt, indem eine Versorgungsspannung oder ein Versorgungsstrom des Verstärkers moduliert wird. Es wird demnach eine Verstärkung des Verstärkers geändert, so dass die Amplitude des am Verstärker anliegenden Signals moduliert wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme von Zeichnungen im Detail erläutert. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung,
3 eine schematische Darstellung eines amplitudenmodulierten Signals,
4 eine bekannte Ausführungsform eines Polarmodulators.
1 zeigt einen Ausschnitt eines Senders, wie er in einer Mobilfunkanwendung implementierbar ist. Der dargestellte Sender ist für die Erzeugung phasen- und amplitudenmodulierter Signale ausgebildet. Damit lassen sich die Modulationsarten vieler bekannter Mobilfunkstandards, beispielsweise GSM/EDGE, WCDMA, CDMA2000 und 802.11b implementieren. Sei der hier dargestellten Ausführungsform handelt es sich um einen Polarmodulator, der die Phase ϕ(t) eines Signals sowie die Amplitude A(t) des Signals moduliert. Für eine fehlerfreie Modulation ist es besonders wichtig, auf eine genaue Zeitsynchronisation zwischen der modulierten Phase und der Amplitude zu achten. Andererseits kann durch Zuführung eines konstanten Amplitudenmodulationssignals oder einem Festhalten der Amplitude beziehungsweise Abschalten einer Amplitudenmodulation eine reine Phasenmodulation erreicht werden. Folglich ist es durch den hier dargestellten Polarmodulator sehr einfach möglich, Mobilfunkstandards zu implementieren, die sowohl reine Phasenmodulation als auch kombinierte Amplituden- und Phasenmodulation verwenden.
Der Phasenmodulator 1 erzeugt ein Ausgangssignal, welches durch die Funktion S(t) = f(ωt + ϕ(t)) dargestellt wird. Die Kreisfrequenz des unmodulierten Hochfrequenzsignals beträgt ω, auf der die Phaseninformationen mittels einer Modulation ϕ(t) überlagert sind. Dieses Signal wird der Verstärkerstufe zur Amplitudenmodulation zugeführt. Dazu ist der Phasenmodulator 1 mit einer Verstärkerstufe 2 verbunden. Diese Verstärkerstufe ist als Gegentaktendstufe aus zwei in Reihe geschalteten Feldeffekttransistoren Tp und Tn ausgeführt. Die beiden Feldeffekttransistoren sind unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps. So ist der Transistor Tn von Leitfähigkeitstyp n, der Transistor Tp vom Leitfähigkeitstyp p. Der Leitfähigkeitstyp bestimmt Transport durch den aktiven Kanal des Feldeffekttransistors.
Die Steueranschlüsse der beiden Feldeffekttransistoren Tp und Tn bilden den Eingang 21 der Verstärkerstufe und den Signaleingang des Amplitudenmodulators. Ein Abgriff zwischen den beiden Feldeffekttransistoren Tp und Tn führt zu dem Ausgang 3 des Amplitudenmodulators, der seinerseits mit dem Leistungsverstärker 15 gekoppelt ist.
Zur Versorgung der Gegentaktendstufe 2 sind die beiden Transistoren mit jeweils einem Anschluss an eine Masse beziehungsweise ein Bezugspotential angeschlossen. Im besonderen ist der Transistor Tp mit seinem Drain-Anschluss über ein erstes Tiefpassfilter 100 und eine regelbare Spannungsquelle 102 an einen Versorgungsanschluss 110 geführt. Diesem Versorgungsanschluss ist ein Versorgungspotential V_DD zuführbar. In gleicher Weise ist der zweite Feldeffekttransistor Tn unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps über einen Tiefpassfilter 101 und eine regelbare Spannungsquelle 103 an den Anschluss 120 geführt. An diesem Anschluss liegt das Massepotential V_M an. Die beiden Spannungsquellen 102 und 103 sind als regelbare Spannungsquellen ausgeführt, deren Regelanschlüsse 1021 und 1031 an den Modulationseingang 130 angeschlossen sind. Im Modulationseingang 130 wird das Amplitudenmodulationssignal A(t) zugeführt. Dieses steuert die regelbaren Spannungsquellen 102 und 103, so dass sich die Versorgungsspannung und der Versorgungsstrom der Gegentaktendstufe 2 gemäß dem zugeführten Amplitudenmodulationssignal A(t) ändert.
Während des laufenden Betriebes bei konstantem Amplitudenmodulationssignal verstärkt die Gegentaktendstufe ein eingangseitig zugeführtes phasenmoduliertes Signal und gibt dieses an ihrem einpoligen Ausgang 3 als Eintaktsignal ab. Die Verstärkung erfolgt in der Gegentaktendstufe derart, dass jeder Transistor eine Halbwelle des eingangsseitig anliegenden Signals verstärkt. So verstärkt beispielsweise der Feldeffekttransistor Tn die positive Halbwelle, der Transistor Tp sperrt währenddessen. Bei einer negativen Halbwelle sperrt der Transistor Tn und der Feldeffekttransistor Tp verstärkt das Signal.
Durch die geeignete Wahl und Ausbildung der Feldeffekttransistoren Tp und Tn beispielsweise in ihren geometrischen Abmessungen kann ein schaltähnliches Verhalten erreicht werden, so dass das verstärkte Signal im wesentlichen rechtecksförmig ist. Das Rauschen dieser Gegentaktendstufe 2 ist auch bei kleiner Aussteuerung durch diese Arbeitsweise im Vergleich zu den herkömmlich verwendeten linearen VGA-Verstärkerschaltungen sehr gering. Bei einem konstanten zugeführten Amplitudenmodulationssignal A(t) = const wird das vom Phasenmodulator 1 modulierte Signal mit einem konstanten Verstärkungsfaktor verstärkt. So lässt sich der erfindungsgemäße Amplitudenmodulator auch als Vorverstärker verwenden. Die Schaltung ist so zur Abgabe eines phasenmodulierten Signals ausgebildet, wie es beispielsweise von dem Mobilfunkstandard GSM verwendet wird.
Bei einer zeitlichen Änderung des Amplitudenmodulationssignals A(t) wird die Versorgungsspannung der Gegentaktendstufe verändert. Dadurch reduziert beziehungsweise erhöht sich auch die gesamte Verstärkung der Gegentaktendstufe 2. Es ergibt sich somit eine Amplitudenmodulation, deren Modulationsgrad durch das schaltende Verhalten der Gegentaktendstufe praktisch 100% beträgt, so dass bei geeigneter Dimensionierung der Gegentaktendstufe die absolute Leistung in einem spezifizierten Rahmen von 45 dB variiert werden kann. Dieser Spannungsschub von 45 dB wird bei phasen- und amplitudenmodulierten Signalen beispielsweise bei GSM/EDGE und auch bei WCDMA benötigt. Weiterhin beinhaltet ein Leistungsintervall im Bereich von 45 dB ebenso die Möglichkeit, in einem Zeitschlitzverfahren ein pulsförmiges Signal geeignet zu übertragen. Darunter fällt beispielsweise ein GSM-Puls des GSM-Mobilfunkstandards.
3 zeigt bei einem dreiecksförmigen Amplitudenmodulationssignal den simulierten Verlauf des Ausgangssignals am einpoligen oder single-ended Ausgang 3 des Amplitudenmodulators gemäß 1.
Eine Weiterentwicklung des Polarmodulators gemäß 1 zeigt 2. Funktions- beziehungsweise wirkungsgleiche Bauelemente tragen dabei gleiche Bezugszeichen. Die an die Anschlüsse 23 und 24 der Gegentaktendstufe 2 angeschlossenen Filter 100 und 102 sind als Tiefpassfilter zweiter Ordnung ausgebildet. Das Filter 100 enthält eine in Reihe zwischen Ausgang 23 und regelbarer Spannungsquelle 102 geschaltete Spule Lp, sowie einen mit dem Ausgang 23 gekoppelten Kondensator Cp. Der zweite Anschluss des Kondensators Cp ist an das Massepotential angeschlossen. In gleicher Weise ist das Filter 101 aufgebaut.
Die beiden Filter 100 und 101 entkoppeln hochfrequente, von der Gegentaktendstufe an den Ausgängen 23 und 24 abgegebene Anteile von den Spannungsquellen 102 und 103. Lediglich die geringe Frequenz der amplitudenmodulierten Versorgungsspannung wird nicht gedämpft. Dadurch werden Rückwirkungen des eingangsseitig dem Amplitudenmodulator zugeführten Signal auf die nicht gezeigten Versorgungsschaltkreise reduziert und Verzerrungen verringert. Zwischen der Gegentaktendstufe 2 und dem Ausgang 3 des erfindungsgemäßen Amplitudenmodulators ist ein Bandpassfilter 140 geschaltet. Harmonische Signalanteile, die durch die schaltende Arbeitsweise der Gegentaktendstufe entstehen, werden so in ausreichendem Maße unterdrückt.
Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist der einpolige Ausgang 3 zur Abgabe des Eintaktsignals an den Leistungsverstärker 15 angeschlossen, wobei ein Ausgang des Leistungsverstärkers 15 seinerseits mit der Antenne 16 verbunden ist. Durch die verwendete Topologie der Schaltung und insbesondere den einpoligen Ausgang ist ein zusätzlicher Gegentakt/Eintaktkonverter oder ein Balun(Balanced Unbalanced)-Konverter im Signalpfad nicht notwendig. Vorgegeben einer geeigneten Impedanzanpassung, die auch durch das Filter 140 erzeugt werden kann, kann so der Ausgang 3 direkt mit dem als single-ended ausgeführten Eingang der Leistungsendstufe 15 verbunden werden.
Die beiden regelbaren Spannungsquellen 102 und 103 enthalten hier jeweils einen Operationsverstärker OPp und OPn. Dieser umfasst einen invertierenden Eingang ”–” und einen nicht invertierenden Eingang ”+”. Der Ausgang des Operationsverstärkers OPp ist an einen Stelltransistor TVp geführt. Der Stelltransistor TVp weist dabei den gleichen Leitfähigkeitstyp auf wie der Transistor Tp der Gegentaktendstufe 2. Beide Transistoren sind über das Filter 100 miteinander gekoppelt. Der Drain-Anschluss des Stelltransistors TVp ist an den Versorgungspotentialanschluss 110 zur Zuführung des Versorgungspotentials V_DD angeschlossen. In gleicher Weise ist auch der zweite Stelltransistor TVn, der einen zu dem ersten Stelltransistor TVn entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufweist, implementiert.
Auch dieser ist mit seinem Steueranschluss an dem Steuerausgang des Operationsverstärkers OPn der regelbaren Spannungsquelle 103 verbunden. Der Drain-Anschluss des Stelltransistors TVn führte zu dem Abgriff 1023 und zu dem Anschluss der Spule Ln des Filters 101.
Der jeweils nicht invertierende Eingang ”+” der Operationsverstärker OPP und OPN ist mit dem jeweiligen Eingang 1022 und 1023 zur Bildung einer Rückkopplung verbunden. Die beiden invertierenden Eingänge ”–” der Operationsverstärker OPP und OPN bilden die Stelleingänge 1021 und 1031 der regelbaren Spannungsquellen 102 und 103. Sie sind an die Ausgänge eines Differenzverstärkers 131 angeschlossen. Der Eingang des Differenzverstärkers 131 bildet gleichzeitig den Eingang 130 zur Zuführung des differenziell ausgebildeten Amplitudenmodulationssignals A(t). Somit erfolgt eine Ansteuerung der beiden Spannungsquellen 102 und 103 über ein differenzielles Signal.
Wird beispielsweise die Drain-Spannung von Transistor Tp durch diese Ansteuerung positiver, so wird in gleichem Maße die Grenzspannung des Transistors Tn negativer. Die beiden Operationsverstärker OPp und OPn der beiden regelbaren Spannungsquellen sind geeignet frequenzkompensiert. Dadurch ist auch eine stabile Arbeitsweise der durch die Rückkopplung gegebenen Regelschleife gewährleistet. Die hohe Schleifenverstärkung der Operationsverstärker und Stelltransistoren TVp und TVn erzeugen eine besonders lineare Spannungsabgabe an die Gegentaktendstufe und somit ein getreues Abbild der Amplitudeninformation A(t) an die Anschlüsse der Feldeffekttransistoren Tp und Tn der Gegentaktendstufe 2. Die beiden Filter 100 und 101 sind nur gering gedämpft und erzeugen so kaum Gleichstromverluste.
Die hier dargestellte Ausführungsform eines Amplitudenmodulators mit angeschlossenem Phasenmodulator 1 bildet einen gemeinsamen Polarmodulator und ist vor allem für Mobilfunkanwendungen verwendbar. Insbesondere kann auf einen weiteren zusätzlichen Signalpfad verzichtet werden. Der Amplitudenmodulator stellt in geeigneter Weise zudem einen Verstärker für die Leistungsendstufe 15 dar. Die Verwendung einer Gegentaktendstufe mit einem einpoligen Ausgang erlaubt den direkten Anschluss an eine gebräuchliche Leistungsendstufe ohne zusätzliche konvertierende Maßnahmen.
Anstatt der in den Ausführungsbeispielen verwendeten Feldeffekttransistoren lassen sich natürlich auch Bipolartransistoren einsetzen. Ebenso sind auch die Potentiale und Leitfähigkeitstypen der Transistoren vertauschbar. Anstatt des Massepotentials kann auch ein beliebig anderes Potential verwendet werden. Das Gegentaktprinzip erreicht hohe Ausgangsleistungen, die für den Betrieb vor allem nicht linearer Leistungsendverstärker notwendig sind. Gleichzeitig ist die Stufe besonders rauscharm und besitzt ein hochlineares Übertragungsverhalten.
Bezugszeichenliste

1: Phasenmodulator
11: Mischer
12, 13: Verstärker
14: Schalter
15: Leistungsendstufe
16: Antenne
2: Gegentaktendstufe
100, 101: Tiefpassfilter
140: Anpassfilter
102, 103: Regelbare Spannungsquellen
110, 120: Versorgungsanschlüsse
3: Ausgang
21: Eingang
130: Amplitudenmodulationssignaleingang
1021, 1031: Stelleingang

Claims

Polarmodulator für den Mobilfunk, umfassend: – einen ersten Versorgungsanschluss (110) zur Zuführung eines Versorgungspotentials (V_DD); einen zweiten Versorgungsanschluss (120) zur Zuführung eines Massepotentials (V_M); – eine Verstärkerstufe (2), ausgeführt mit einer Gegentaktendstufe, mit einem Signaleingang (21) zur Zuführung eines Signals und einem einpoligen Ausgang (3) zur Abgabe eines Eintaktausgangssignals, die zur Versorgung der Gegentaktendstufe zwischen ersten Versorgungsanschluss (110) und zweiten Versorgungsanschluss (120) in einen Versorgungspfad geschaltet ist; – eine erste regelbare Spannungsquelle (102) und eine zweite regelbare Spannungsquelle (103), die mit ihren Regeleingängen (1021, 1031) an einen Anschluss (130) zur Regelung für eine Spannungsabgabe durch ein moduliertes Differenzsignal angeschlossen sind, wobei die erste regelbare Spannungsquelle (102) zwischen Verstärkerstufe (2) und ersten Versorgungsanschluss (110) und die zweite regelbare Spannungsquelle (103) zwischen Verstärkerstufe (2) und zweiten Versorgungsanschluss (120) geschaltet ist, wobei – der Signaleingang (21) mit einem Phasenmodulator (1) zur Zuführung eines phasenmodulierten Signals gekoppelt ist.
Polarmodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zumindest einer regelbaren Spannungsquelle (102, 103) und Verstärkerstufe (2) eine in den Versorgungspfad geschaltete Filteranordnung (100, 101) mit einer Tiefpassübertragungscharakteristik vorgesehen ist.
Polarmodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegentaktendstufe mit zwei in Reihe geschalteten steuerbaren Strecken (Tp, Tn) entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps ausgebildet ist, wobei jeweils ein Anschluss der beiden steuerbaren Strecken unter Bildung des einpoligen Ausgangs miteinander verbunden ist und jeweils ein Steueranschluss der beiden steuerbaren Strecken (Tp, Tn) mit dem Signaleingang (21) gekoppelt ist.
Polarmodulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei steuerbaren Strecken (Tp, Tn) als zwei Feldeffekttransistoren mit entgegengesetztem Leitfähigkeitstyps ausgeführt sind.
Polarmodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die regelbaren Spannungsquellen (102, 103) je einen gegengekoppelten Operationsverstärker (OPp, OPn) aufweisen, die mit ihren Stellausgängen an je einen Steueranschluss je eines in den Versorgungspfad geschalteten Stelltransistors (TVp, TVn) angeschlossen sind.
Polarmodulator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Rückkopplung der Operationsverstärker (OPp, OPn) je ein Abgriff (1022, 1023) zwischen Verstärkerstufe (2) und Stelltransistor (TVp, TVn) vorgesehen ist, der mit einem ersten (+) von zwei Eingängen der Operationsverstärker (OPp, OPn) verbunden ist.
Polarmodulator nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitfähigkeitstyp des ersten Stelltransistors (TVp) entgegengesetzt zu dem Leitfähigkeitstyp des zweiten Stelltransistors (TVn) ist und gleich dem Leitfähigkeitstyp der mit ihm gekoppelten steuerbaren Strecke (Tp).
Polarmodulator nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils zweiten Eingänge (–) der Operationsverstärker (OPp, Opn) an Ausgänge eines Differenzverstärkers (131) zur Zuführung eines amplitudenmodulierten Differenzsignals (A(t)) angeschlossen sind.
Polarmodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegentaktendstufe mit Biopolartransistoren zur Verstärkung ausgebildet ist.
Verfahren zur Polarmodulation eines Signals, umfassend die Schritte: – Bereitstellen eines Signals; – Bereitstellen eines Verstärkers mit einer Gegentaktendstufe (2) zum Verstärken des Signals; – Vorsehen einer ersten und einer zweiten regelbaren Spannungsquelle (102, 103); – Anordnen der ersten regelbaren Spannungsquelle (102) zwischen einem ersten Versorgungsanschluss (110) und der Gegentaktendstufe (2) sowie der zweiten regelbaren Spannungsquelle (103) zwischen einem zweiten Versorgungsanschluss (120) und der Gegentaktendstufe (2); – Bereitstellen eines modulierten Differenzsignals; – Versorgen des Verstärkers (2) mit einer Versorgungsspannung und einem Versorgungsstrom; – Zuführen des Signals an den Verstärker (2); – Zuführen des modulierten Differenzsignals an die erste und die zweite regelbare Spannungsquelle (102, 103); – Verstärken des Signals; – Verändern der Versorgungsspannung und/oder des Versorgungsstroms des Verstärkers (2), um eine Verstärkung des Signals zu ändern, und – Beaufschlagen des Signals mit einer zusätzlichen sich zeitlich verändernden Phase, so dass das Signal in seiner Phase moduliert wird.