FI80815C - Linearisation av en foerstaerkning i en rf-foerstaerkare. - Google Patents

Description

1 80815 RF-vahvietimen vahvistuksen linearisointi

Keksinnön kohteena on radiopuhelimen, esim. matkapuhelimen radiotaajuusvahvistin ja erityisesti sen lineaarinen vahvistus .

On tunnettua nostaa matkapuhelimen (esim. käsipuhelimen) antennin säteilytehoa sijoittamalla antennin eteen antenni-vahvistin, joka on radiotaajuusvahvistin. Tämä vahvistin kohottaa säteilytehoa nostamalla antennin syöttövirtaa, jolloin säteilyteho kasvaa suhteessa virran neliöön. Vahvistimen toiston täytyy olla lineaarinen niin, että se seuraa tulevaa tehotasoa vahvistaen sitä vakiolla.

Tunnetussa toteutuksessa radiotaajuusvahvistin käsittää vahvistimen käyttöjännitteiden säätöpiirin, esivahvistin- ja te-hovahvistinpiirin lähetyssignaalin vahvistamiseksi sekä teho-vahvistimen tehonsäätöpiirin.

Tehonsäätöpiirissä on operaatiovahvistin, joka ohjaa tehovah-vistimen tehoja säätämällä niiden syöttöjännitettä. Operaatiovahvistinta ohjataan puolestaan erillisellä ohjauspiirillä, joka käsittää IC-piirin ohjauslinjoineen sekä liittimi-neen, joilta ulkoisen ohjauksen linjat johdetaan IC-piirille.

Tällainen tunnettu ratkaisu, jossa tehonohjauksessa käytetään erillisiä ohjauslinjoja liittimineen, sisältää eräitä haittoja. Kaapelointi ja liittimet aiheuttavat helposti harhasätei-lyä ja lisäävät häiriöitä. Lisäkomponentit ja tarvittavat liittimet vievät tilaa ja lisäävät myös vikamahdol1isuuksia. Haluttaessa liittää antennivahvistin sellaiseen jo olemassaolevaan käsipuhelimeen, jossa ei ole erillisiä ohjauslinjoja, on ollut hankalaa toteuttaa tämä lisäys.

2 80815

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä ja laite RF-vahvistimen vahvistuksen linearisoimiseksi, joissa edellä-kuvatut haitat poistuvat. Tämä saadaan aikaan patenttivaatimusten 1 ja 2 osoittamalla tavalla.

Keksintöä selosteaan seuraavassa tarkemmin viitaten oheisiin kuvioihin, joissa: kuvio 1 esittää RF-vahvistimen sijaintia matkapuhelimessa, kuvio 2 esittää RF-vahvistimen lohkokaaviota, josta käy ilmi keksinnön mukaisen vahvistimen kytkeytyminen antennilinjaan, kuvio 3 esittää yksityiskohtaista piirikaaviota eräästä RF-vahvistimen toteutuksesta.

Kuviosta 1 käy ilmi, että RF-vahvistin, jota tästä eteenpäin nimitetään yksinkertaisesti booeteriksi, sijaitsee antennin ja rf-kytkimen välissä. Kytkimellä ohjataan tunnetulla tavalla tuleva signaali vastaanottimelle ja lähetyssignaali antennille. Lähetyssignaalia vahvistetaan boosterilla, kun taas tuleva signaali ohjataan suoraan vastaanottimeen.

Kuvassa 2 esitetyssä boosterin lohkokaaviossa vastaanotettu signaali tulee antennilta dupleksieuodattimeen DQ3B. Suodatin on kaksiosainen kaistanpäästösuodatin ja sen osa f2 näkyy vastaanottotaajuudella signaalille suurena impedanssina, kun taas fl näkyy antenni-impedanssin suuruisena. Signaali etenee nyt toiselle dupleksisuodattimelle DQ3A, jonka osasuodattimien impedanssit ovat sellaiset, että vastaanotettu signaali etenee vastaanottimelle tunnetulla tavalla. Vastaavasti lähetettäessä signaalia dupleksisuodattimien osasuodattimien impedanssit ovat siten mitoitetut, että signaali, joka tunnetulla tavalla tulee lähettimeltä, kulkee suodattimen DQ3A osan f2, booster-yksikön B ja dupleksieuodattimen DQ3B osan f2 kautta antennille. Edellä selostettu on sinänsä tunnettua ja ammattimiehelle selvää. Keksinnön kohteena on varsinaisesti booster-yksikkö B.

Il 3 80815

Booster-yksikkö B käsittää kuvion 2 periaatteen mukaisesti kolmeportaisen AB-luokan vahvistinketjun Ql, Q2, Q3, jännite-eäätimen, vahvistuksen säätöpiirin GC ja vahvistinten Ql, Q2, Q3 bias-jännitteiden kytkentäpiirin.

Keksinnön pääperiaatteen mukaisesti vahvistimien Ql, Q2 ja Q3 tehoa ei ohjata ulkoisilla erillisillä ohjaus1 injoi 1la, vaan ohjaus toteutetaan käsipuhelimen ohjaamalla teholla pelkkää antennikaapelia hyväksikäyttäen. Tarkemmin sanottuna tällainen antennikaapelin hyväksikäyttö tehon ohjauksessa toteutetaan siten, että keksinnön mukaisesti käytetään sopivasti mitoitettuja suuntakytkimiä Skl ja Sk2 vahvistinketjun tulossa ja lähdössä, jolloin vahvistuksen ohjaus perustuu näiltä suunta-kytkimiltä saatavan jännitetiedon hyväksikäyttöön jäljempänä esitetyllä tavalla. Suuntakytkinhän on sellainen kytkin, joka koostuu kahdesta siten kytketystä johdosta, että toisessa kulkeva sähkömagneettinen aalto indusoi toiseen johtimeen samansuuntaisen aallon. Suuntakytkimiä hyväksikäyttämällä saadaan boosterille lineaarinen toisto, jolloin booster seuraa tulevia tehotasoja (esim. matkapuhelimen lähetystehotasoja) ja vahvistaa niitä vakiolla. Suuntakytkin voi olla millä tahansa sopivalla tekniikalla valmistettu kytkin, esim. strip line-, mikro strip- tai koaksiaalikytkin.

Jännitesäätimellä säädetään syöttö jännitteestä +VCB suodatettu jännite +VB tarvittavaan vakioarvoon. Tämä jännite tarvitaan vahvistuksen säätöpiirille sekä vahvistinten Ql, Q2 ja Q3 bias-jännitteiden asettelussa.

Vahvistuksen säätöpiiri toimii siten, että suuntakytkimiltä Skl ja Sk2 saatua jänniteinformaatiota vertaillaan ja vahvistimien Ql, Q2 ja Q3 vahvistusta säädetään siten, että jännitteet ennen tehovahvistueta ja sen jälkeen ovat samat, toisin sanoen suuntakytkimelle Skl tuleva lähetyssignaa1ijännite on sama kuin vahvistimilla Ql, Q2, Q3 vahvistettu suuntakytki-meltä Sk2 lähtevä signaalijännite.

4 80815

Vahvietimien Ql, Q2, Q3 biasjännitteitä tarkkailee bias-jännitteiden kytkentäpiiri. Se tarkkailee, onko lähetyssig-naalia ja onko vahvistuksen säätöpiiri kytkenyt vahvistimille syöttöjännitteet. Jos näin on, bias-jännitteet kytkeytyvät vahvietimien Ql, Q2, Q3 kantaan, jolloin vahvistinketju on toiminnassa.

Edellä esitettyä keksinnön mukaista boosterin toimintaa selostetaan nyt yksityiskohtaisemmin viitaten lähinnä kuvion 3 mukaisen erään suoritusmuodon piirikaavioon.

Lähetyksessä signaali tulee dupleksisuodattimen 0Q3A liittimestä TX IN suuntakytkimen Skl kautta boosterille ja edelleen vahvistinketjun Ql, Q2, Q3 kautta vahvistettuna suuntakyt-kimen Sk2 kautta dupleksisuodattimeen DQ3A ja edelleen antennille. Suuntakytkimeltä Skl saatu lähetyseignaalin indusoitua jännite tasasuunnataan diodilla D2 ja viedään vahvistuksen säätöpiirin vahvistimen IC 1/1 invertoivaan tuloon. Vastaavasti tehovahvistetun signaalin indusoitua jännite suuntakyt-kimessä Sk2 viedään mainitun vahvistimen ei-invertoivaan tuloon. Vahvistin ohjaa transistorin Q7 kautta tehovahvistimien :Ql ja Q2 syöttö jännitteitä siten, että signaali jännitteet ennen ja jälkeen tehovahvistinketjun ovat yhtäsuuret. Mikäli lähetyssignaalia ei ole, eli liittimen TX IN kautta ei kulje • tehoa, niin vahvistuksen säätöpiiri sulkee transistorin Q7, ’ ! jolloin tehovahvistimen kaksi ensimmäistä astetta eivät saa ‘ ' syöttö jännitettä. Vahvistimen IC 1/1 vahvistusta voidaan muuttaa muuttamalla vastuksen R27 arvoa.

Jännitesäätimen (D8, Q4-Q6) jännite viedään transistorin Q7 kautta tehovahvistimen kahden ensimmäisen vahvistinasteen Ql ja Q2 syöttöjännitteeksi, mutta tehovahvistimen päätetransis-torin Q3 syöttöjännite +VB on suodatettu syöttöjännitteestä :.. +VCB.

Bias-jännitteiden kytkentäpiiriin kuuluva operaatiovahvistin IC 1/2 tarkkailee, onko lähetyssignaalia eli tuleeko suunta-

II

5 80815 kytkimen Skl kautta indusoitunutta signaalia ei-invertoivaan tuloon ja ovatko syöttöjännitteet kytketyt tehovahvistimen kahteen ensimmäiseen asteeseen Q1 ja Q2 eli vahvistuksen säätöpiirin tuottama syöttöjännite viedään myös operaatiovahvistimen invertoivaan tuloon. Mikäli molemmissa navoissa on jännite, kytkeytyvät bias-jännitteet transistorin Q8 kautta.

Kuten edellä esitetystä huomataan, niin boosterin vahvistusta ohjataan automaattisesti pelkästään lähetyseignaalin teholla antennilinjaeta, eikä mitään erillisiä ohjauslinjoja liitti-mineen tarvita tehon säätöön. Vahvistus on lineaarinen ja esim. matkapuhelimen tehotasoja vahvistetaan vakiolla. Keksinnön mukaisessa boosterin toteutuksessa erillisten ohjaus-ja säätölinjojen poisjääminen tuottaa monia etuja yleisesti käytettyihin ratkaisuihin nähden. Koska matkapuhelimen rakenne pyritään saamaan hyvin kompaktiksi, on edullista, että erillisten säätö- ja ohjaus1 injojen tarvitsemien ylimääräisten kaapelien ja liittimien aiheuttama tilantarve poistuu. Keksinnön mukainen ratkaisu pienentää myös harhasäteilyä ja erilaisia muita häiriöongelmia, koska kaapelointitarve vähenee. Tämä johtaa helpompaan asennukseen ja, koska erillisiä oh-jauslinjoja liittimineen ei tarvita, myös hinnaltaan halvempaan rakenteeseen.

Todettakoon, että keksinnön mukaisella boosterilla on matkapuhelimen lähetystehoa nostettu Θ dB.

Edellä on selostettu erästä keksinnön mukaista toteutusesi-merkkiä, mutta on selvää, että boosterin käytännön piirito-teutus voi vaihdella keksinnöllisen perusajatuksen rajoissa suurestikin.

Claims (6)

6 80815

1. Menetelmä radiopuhelimen, esim. matkapuhelimen, radiotaajuus vahvistimen vahvistuksen linearieoimiseksi, jossa radio-taajuusvahvistin <B) on kytketty antennin eteen kahden vastakkain kytketyn dupleksisuodattimen (DQ3A, DQ3B) määräämän silmukan siihen haaraan, jossa lähetettävä signaali kulkee, tunnettu siitä, että radiotaajuusvahvistimen tehoa ohjataan suoraan matkapuhelimen lähetysteholla pelkkää antennikaapelia hyväksikäyttäen.

2. Kytkentäjärjestely radiopuhelimen, esim. matkapuhelimen, radiotaajuusvahvistimen vahvistuksen linearieoimiseksi, jossa radiotaajuusvahvistin (B) on kytketty antennin eteen kahden vastakkain kytketyn dupleksisuodattimen (DQ3A, DQ3B) määräämän silmukan siihen haaraan, jossa lähetettävä signaali kulkee, radiotaajuusvahvistimen sisältäessä tehovahvistimen (Ql, Q2, Q3), bias-jännitteiden kytkentäpiirin, vahvistimen te-honvahvistuksen ohjauspiirin ja jännitteensäätöpiirin, tunnettu, siitä, että radiotaajuusvahvistimen <B) tuloon ja lähtöön on kytketty välineet <Skl, Sk2), joista saatavan informaation perusteella radiotaajuusvahvistimen tehonvahvistuksen ohjauspiiri ohjaa radiotaajuusvahvistimen <B> tehonvahvistusta siten, että vahvistus on lineaarinen ja vakio.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen kytkentäjärjestely, tunnettu siitä, että radiotaajuusvahvistimen tuloon ja lähtöön kytketyt välineet ovat suuntakytkimiä (Skl, Sk2>.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen kytkentäjärjee tely, tunnettu siitä, että radiotaajuusvahvistimen (B) tehoa ohjataan siten, että kummaltakin suuntakytkimeltä <Skl, Sk2> saatu jännite on yhtä suuri. Il 7 80815

5. Patenttivaatimuksen 2 mukainen kytkentäjärjestely, t u n n e t tu siitä, että tehonvahvistuksen ohjauspiiri on kytketty siten, että mikäli ensimmäiselle suuntakytkimelle (Skl) ei tule lähetystehoa, ohjauspiiri kytkee radiotaajuus-vahvistimen tehovahvistimien (Q1,Q2> syöttöjännitteen pois.

6. Patenttivaatimuksen 2 mukainen kytkentäjärjestely, tunnettu siitä, että bias-jännitteiden kytkentäpiiri kytkee biasjännitteet tehovahvietimille <Q1, Q2, Q3) vain, mikäli ensimmäiselle suuntakytkimelle <Skl) tulee lähetystehoa ja radiotaajuusvahvistimen <B> tehovahvistimien <Q1, Q2> syöttöjännitteet ovat kytkettyinä. β 80815