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Bereich der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Verstärkungssteuerungsschaltungen
und insbesondere auf eine Verstärkungssteuerungsschaltung,
welche ein Pilotsignal zum Erweitern des Dynamikbereichs der Verstärkungssteuerungsschaltung
verwendet.
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Hintergrund der Erfindung
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Verstärkungssteuerungsschaltungen
wurden zum Steuern eines Verstärkungspegels,
der an ein empfangenes Signal oder ein zu übertragendes Signal angelegt
wird, verwendet. In vielen Fällen
ist es wünschenswert,
einen gleichmäßigen Signalpegel über unterschiedliche
Betriebszustände
hinweg beizubehalten. Beispielsweise ist es in einer zellularen Kommunikationsumgebung
wünschenswert,
ein Signal zu übertragen,
welches einen Signalpegel hat, der ausreicht, um ihn an allen Standorten
innerhalb einer Zelle zu empfangen, aber nicht stark genug ist Interferenz
in nahen Zellen zu verursachen. Oft wird der optimale Signalpegel
durch die Größe der Zelle oder
den physischen Standort der Kommunikationsantenne innerhalb der
Zelle bestimmt.
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Eine
Verstärkungssteuerung
ist eher als eine Ausgangsleistungssteuerung erforderlich, wenn
das insgesamt übertragene
Signal mehrere Stimmverkehrskanäle
enthält,
welche wahlweise eingeschaltet werden, was die Mischsignalleistung
veranlasst zu variieren. Verstärkungssteuerung
hält den
Pegel jedes individuellen Stimmkanals konstant, wenn der Kanal eingeschaltet
ist, während
eine Variation des Mischsignalpegels erlaubt wird. Die Verstärkung kann
auch abhängig
von anderen Faktoren wie zum Beispiel der Variation der Signalfrequenz,
der Temperatur und der Eingangssignalpegel variieren und deshalb
wurden Verstärkungssteuerungsschaltungen verwendet,
um Änderungen
dieser Art Rechnung zu tragen.
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Typischerweise
misst eine Verstärkungssteuerungsschaltung
die Betriebssignalpegel durch Abtasten der Signalpegel am Eingang
und am Ausgang. In vielen RF-Verstärkern wird dies durch Schottky-Dioden
ausgeführt.
Unglücklicherweise funktionieren
diese Dioden unterhalb eines bestimmten Leistungspegels nicht zuverlässig, weil
die Temperaturkompensation schwieriger wird und die Spannungspegel
zu niedrig werden, um die Offset-Spannungen und -Rauschen im zugehörigen Schaltungsschema
zu überwinden.
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Wenn
sehr niedrige Signalpegel oder keine Signalpegel erfasst werden,
werden inhärente
Spannungsfehler im Steuerschaltungsschema, die aus einem Detektorverzerrungsdrift,
Operationsverstärker-Offset-Spannungen
und -Strömen
usw. resultieren können,
zu einer signifikanten Komponente der Signale, die verwendet werden,
um den Wert des Steuersignals zu bestimmen. Dies verursacht, dass die
Verstärkung
zu Pegeln driftet, die nicht vollständig den tatsächlichen
Signalpegel reflektieren. Auf diesen Signalpegeln ist die Verstärkungssteuerungsschaltung
zum Bereitstellen der erforderlichen Verstärkungseinstellungen ineffizient,
was in einem verringerten Dynamikbereich resultiert.
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Wenn
kein Signal erfasst wird oder kein Signal vorhanden ist, verursachen
die inhärenten
Fehlerspannungen im Steuerschaltungsschema, dass die Verstärkung des
Verstärkers
driftet und ihn oft auf seinen maximalen Pegel einstellt. Wenn nachfolgend das
Eingangssignal einen Pegel erreicht, der nicht länger von Fehlerspannungen dominiert
wird, wird das Signal anfänglich
auf einen maximalen Betrag verstärkt
bis die Schleifensteuerung die Verstärkung stabilisiert, was die
Erzeugung eines zu übertragenen
Signals verursachen kann, welches einen Signalpegel hat, der akzeptable
Betriebspegel übersteigt.
Dies könnte
Interferenz sowie Beschädigungen
der aktuellen oder nachfolgenden Verstärkungsstufen zur Folge haben.
Deshalb wäre
eine Verstärkungssteuerungsschaltung
mit einem erweiterten Dynamikbereich über den die Verstärkung stabil
ist von Vorteil.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
ein Blockdiagramm welches allgemein eine erfindungsgemäße Verstärkungssteuerungsschaltung
darstellt, die ein Pilotsignal verwendet.
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2 ist
ein detaillierteres Blockdiagramm einer Verstärkungssteuerungsschaltung,
die in 1 dargestellt ist.
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Detaillierte Beschreibung
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Verstärkungssteuerungsschaltung bereit,
wobei ein Pilotsignal, das einen minimalen Signalpegel aufweist,
zu dem Eingangssignal addiert wird, um mit Sicherheit zu verhindern,
dass der Signalpegel des Eingangssignals unterhalb einen Signalpegel
abfällt,
wo die Erfahrung gemacht wurde, dass Fehler mit höherer Wahrscheinlichkeit
auftreten.
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Spezifischer
ausgedrückt
ist eine Verstärkungssteuerungsschaltung
bereitgestellt, umfassend einem Empfangssignaleingang zum Empfangenen eines
zu verstärkenden
Eingangssignals, einem Pilotsignalinjektor, der an den Empfangssignaleingang gekoppelt
ist, um ein Pilotsignal zu dem Eingangssignal zu addieren, und eine
einen Steuereingang aufweisende Schaltung variabler Verstärkung, die
an den Pilotsignalinjektor gekoppelt ist, um das Eingangssignal
mit dem addierten Pilotsignal zu empfangen und ein verstärktes Ausgangssignal
zu erzeugen. Der Verstärkungspegel
ist abhängig
vom Wert des am Steuereingang empfangenen Signals. Die Verstärkungssteuerungsschaltung
umfasst des Weiteren eine Eingangsabtastschaltung die an den Pilotsignalinjektor
gekoppelt ist, um das Eingangssignal mit dem addierten Pilotsignal
abzutasten (zu sampeln), eine Ausgangsabtastschaltung, die an die Schaltung
variabler Verstärkung
gekoppelt ist, um das verstärkte
Ausgangsignal abzutasten (zu sampeln), und eine Steuerschleife zum
Empfangen des abgetasteten Eingangssignals mit dem addierten Pilotsignal
und des abgetasteten verstärken
Ausgangssignals, um ein Steuersignal zu erzeugen, welches an den
Steuereingang der Schaltung variabler Verstärkung gekoppelt wird.
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Des
Weiteren ist ein Verfahren zum Bereitstellen einer Verstärkungssteuerung
eines variablen Verstärkers
unter Verwendung eines Pilotsignals bereitgestellt. Das Verfahren
umfasst die Schritte des Empfangens eines Eingangssignals, des Addierens eines
Pilotsignals zum Eingangssignal und des Verstärkens des Eingangssignals mit
dem addierten Pilotsignal um einen variablen Betrag, um ein verstärktes Ausgangssignal
zu erzeugen. Das Verfahren sieht dann zum Abtasten des Eingangssignals
mit dem addierten Pilotsignal vor, das verstärkte Ausgangssignal abzutasten
und das abgetastete Eingangssignal mit dem addierten Pilotsignal
mit dem abgetasteten verstärkten
Ausgangssignal zu vergleichen, wobei das abgetastete Eingangssignal
mit dem addierten Pilotsignal hauptsächlich aus dem Pilotsignalteil
des abgetasteten Eingangssignals mit dem Pilotsignal besteht, wenn
der empfangene Teil des Signalpegels des abgetasteten Eingangssignals
mit dem addierten Pilotsignal unterhalb einen vorbestimmten Schwellenwert
fällt.
Das Verfahren stellt dann den variablen Betrag der Verstärkung im
Schritt des Verstärkens
des Eingangssignals mit dem addierten Pilotsignal basierend auf
dem Ergebnis des Vergleichs zwischen dem abgetasteten Eingangssignal
mit dem addierten Pilotsignal und dem abgetasteten verstärkten Ausgangssignal
ein.
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Nun
im Detail Bezug nehmend auf die Zeichnungen, ist in 1 ein
Blockdiagramm einer Verstärkungssteuerungsschaltung 10,
die ein Pilotsignal verwendet, gemäß der vor liegenden Erfindung
dargestellt. Die Schaltung, die in 1 dargestellt
ist, stellt einen Empfangssignaleingang 12 zum Empfangen
eines zu verstärkenden
Signals bereit. Der Empfangssignaleingang ist an einen Pilotsignalinjektor 14 gekoppelt,
in dem ein Pilotsignal zu dem empfangenen Signal addiert wird. Der
Pilotsignalinjektor ist an eine Schaltung variabler Verstärkung gekoppelt,
die das Eingangssignal mit dem addierten Pilotsignal empfängt und
ein verstärktes
Ausgangssignal erzeugt, das an einen Ausgangsanschluss 18 gekoppelt
wird.
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Zwischen
dem Pilotsignalinjektor 14 und der Schaltung 16 variabler
Verstärkung
ist eine Eingangsabtastschaltung 20 zum Abtasten eines
Signals, welches das Eingangssignal mit dem addierten Pilotsignal
repräsentiert,
gekoppelt. Zwischen die Schaltung 16 variabler Verstärkung und
dem Ausgangsanschluss 18 ist eine Verstärkungsausgangsabtastschaltung 22 zum
Abtasten eines Signals gekoppelt, welches das verstärkte Ausgangssignal
repräsentiert.
Die Eingangsabtastschaltung 20 und die Verstärkungsausgangsabtastschaltung 22 sind
an eine Steuerschleife 24 gekoppelt, welche die abgetasteten
Signale empfängt
und ein Steuersignal erzeugt, welches an die Schaltung 16 variabler
Verstärkung
gekoppelt ist, um den Verstärkungspegel der
Schaltung 16 variabler Verstärkung einzustellen.
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2 ist
ein detaillierteres Blockdiagramm einer Verstärkungssteuerungsschaltung 26,
die der Verstärkungssteuerungsschaltung 10 entspricht,
die in 1 dargestellt ist. Die Verstärkungssteuerungsschaltung 26 enthält ähnlich einen
Empfangssignaleingang 12 zum Empfangen eines Eingangssignals. In
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel,
in dem die Schaltung 26 innerhalb eines Zellulärkommunikati onssystems
verwendet wird, hat das Eingangssignal eine Betriebsfrequenz, die
typischerweise in einem Funkfrequenzspektrum ist.
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Der
Empfangssignaleingang 12 ist an den Pilotsignalinjektor 14 gekoppelt.
Der Pilotsignalinjektor enthält
einen Oszillator 28 zum Erzeugen eines Pilotsignals, welches
an einen Addierer 30 zum Addieren des erzeugten Pilotsignals
zu dem Eingangssignal gekoppelt wird. Der Oszillator erzeugt vorzugsweise ein
sinusförmiges
Wechselspannungssignal mit einer Frequenz, die nicht durch das Haupt-RF-Signal
verwendet wird, die aber innerhalb der Betriebsfrequenz der Schaltung 16 variabler
Verstärkung
liegt. Ähnlich sollte
für das
Pilotsignal eine Frequenz ausgewählt werden,
die nicht irgendein signifikantes Rauschsignal auf zugehörigen harmonischen
Frequenzen erzeugt, die den Frequenzen entsprechen, die durch das
empfangene Eingangssignal verwendet werden. Dies erlaubt dem Pilotsignal
im Frequenzbereich getrennt vom Eingangssignal zu bleiben, um den
Teil des Ausgangssignals, der dem Pilotsignal zugeordnet ist, leichter
von dem verstärkten
Ausgangssignal zu filtern.
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Des
Weiteren wird der Signalpegel des Pilotsignals so ausgewählt, dass
er einen bestimmten minimalen Signalpegel oberhalb eines vorbestimmten Schwellenwertes
verbleibt, zumindest hoch genug, um einen richtigen Betrieb der
Steuerschleife 24 sicherzustellen und um Probleme zu vermeiden,
die mit einem zu niedrigen Eingangssignal verbunden sind. Wenn das
Pilotsignal zum Eingangssignal addiert ist, hindert die Pilotsignalkomponente
den insgesamten Signalpegel daran, unterhalb einen minimalen Signalpegel
abzufallen, wo Fehler wahrscheinlich auftreten, selbst wenn der
Signalpe gel der Eingangssignalkomponente unterhalb den vorbestimmten
Schwellenwert fällt.
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Das
Eingangssignal mit dem addierten Pilotsignal wird über eine
Eingangsabtastschaltung 20 an die Schaltung 16 variabler
Verstärkung
gekoppelt, um ein verstärktes
Ausgangssignal zu erzeugen. Die Schaltung 16 variabler
Verstärkung
enthält
einen variablen Abschwächer 32 mit
einem Steuereingang 34, der an eine Verstärkerstufe 36 gekoppelt
ist. Die Gesamtverstärkung
der Schaltung 16 variabler Verstärkung ist die Summe der Verstärkung, die
dem variablen Abschwächer 32 zugeordnet
ist, und der Verstärkung,
die der Verstärkungsstufe 36 zugeordnet ist.
Dies erlaubt, dass die Gesamtverstärkung der Schaltung 16 variabler
Verstärkung
durch Steuern der Verstärkung
des variablen Abschwächers 32 über den
Steuereingang 34 einzustellen ist.
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Das
verstärkte
Ausgangssignal ist über
die Verstärkungsausgangsabtastschaltung 22 an
einen Bandpassfilter 38 gekoppelt, um die Komponente des
verstärkten
Ausgangssignals zu entfernen, die zum Pilotsignal zugehörig ist,
und um das gefilterte Signal zum Ausgangsanschluss 18 weiterzugeben.
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Die
Eingangsabtastschaltung 20 enthält einen Koppler 40,
um ein abgetastetes Eingangssignal zu erzeugen, welches proportional
zum Eingangssignal mit dem addierten Pilotsignal ist. Der Koppler
enthält
eine primäre
Leiterbahn 42 und eine sekundäre Leiterbahn 44.
Das abgetastete Eingangssignal wird durch den Strom erzeugt, der
in der zweiten Leiterbahn 44 von dem elektromagnetischen
Feld induziert wird, das durch den Strom in der primären Leiterbahn 42 erzeugt
wird. Ähnlich
enthält
die Verstärkungsausgangsschaltung 22 einen
Koppler 46 und erzeugt ein abgetastetes, verstärktes Ausgangssignal
proportional zum verstärkten
Ausgangssignal. Das abgetastete Eingangssignal und das abgetastete,
verstärkte Ausgangssignal
werden an die Steuerschleife 24 gekoppelt, in der sie dazu
verwendet werden, ein Steuersignal zu erzeugen.
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Die
Steuerschleife 24 empfängt
das abgetastete Eingangssignal und koppelt es an den Eingang einer
Referenzverstärkungspegeleinstellschaltung 48,
um ein Referenzverstärkungspegelsignal
zu erzeugen. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist die Referenzverstärkungspegeleinstellschaltung 48 ein
variabler Verstärker 50.
Das Referenzverstärkungspegelsignal
und das abgetastete verstärkte Ausgangssignal
werden jeweils an eine Vergleichsschaltung 52 gekoppelt,
und zwar über
entsprechende RF-Detektoren 54 und 56.
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Im
bevorzugten Ausführungsbeispiel
sind die RF-Detektoren 54 und 56 Dioden 58 und 60,
die das Referenzverstärkungspegelsignal
und das abgetastete verstärkte
Ausgangssignal gleichrichten, um Gleichspannungen zu erzeugen, die
proportional zu den entsprechenden Signalen sind.
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Die
Vergleichschaltung vergleicht die zwei gleich gerichteten Signale
und erzeugt ein Steuersignal, welches an den Steuereingang 34 der
Schaltung 16 variabler Verstärkung gekoppelt wird. Weil
das Referenzverstärkungspegelsignal
von der Verstärkung
des variablen Verstärkers 50 abhängt, kann durch
Einstellen der Verstärkung
des variablen Verstärkers 50 die
Gesamtverstärkung
der Schaltung 16 variabler Verstärkung entsprechend eingestellt
werden.
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Die
Verwendung eines Pilotsignals, wie durch die vorliegende Erfindung
vorgesehen, erlaubt den gleichgerichteten Signalen, die damit verglichen werden,
größtenteils
den Signalpegeln zu entsprechen, die den empfangenen Eingangssignal
zugeordnet sind, wenn der Signalpegel des empfangenen Eingangssignals
oberhalb des Signalpegels des Pilotsignals ist. Wenn jedoch der
Signalpegel des empfangenen Eingangssignals unterhalb dem Signalpegel
des Pilotsignals fällt,
entsprechen die gleichgerichteten, verglichenen Signale größtenteils
den Signalpegeln, die dem Pilotsignal zugeordnet sind. Dies stellt
das Vorhandensein von abgetasteten Signalen sicher, die einen Signalpegel
haben, der hoch genug ist, um geeignet erfasst zu werden und vermeidet eine
signifikante Beeinflussung durch Fehlerspannungen, mit zumindest
dem einen Vorteil, dass eine Verstärkungssteuerschaltung einen
erweiterten Dynamikbereich hat.
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Aus
der vorhergehenden Beschreibung ist ersichtlich, dass die Verstärkungssteuerschaltung und
das Verfahren zum Bereitstellen einer Verstärkungssteuerung eines variablen
Verstärkers
unter Verwendung eines Pilotsignals der vorliegenden Erfindung eine
Anzahl von Vorteilen hat, von denen einige vorstehend beschrieben
wurden und andere der Erfindung innewohnen. Es ist ebenso ersichtlich, dass
Modifikationen der vorstehend beschriebenen Schaltung und des Verfahrens
gemacht werden können,
ohne von der Lehre der Erfindung abzuweichen.