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Verfahren zum Leistungsabgleich von HF-Leistungsverstärkern - Dokument DE10117055A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE10117055A1 10.10.2002
Titel Verfahren zum Leistungsabgleich von HF-Leistungsverstärkern
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Lemke, Jan Heiko, 47445 Moers, DE;
Roth, Christian, 47475 Kamp-Lintfort, DE
DE-Anmeldedatum 05.04.2001
DE-Aktenzeichen 10117055
Offenlegungstag 10.10.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.10.2002
IPC-Hauptklasse H03F 3/24
IPC-Nebenklasse H03G 3/18   
Zusammenfassung Zur Beschleunigung des Leistungsabgleichs von Leistungsverstärkern der Sendeendstufen von Mobiltelefonen wird die Kennlinie des zur Leistungsregelung verwendeten Leistungsdetektors lediglich auf einen oder zwei Abgleichwerte gestützt. Da der Verlauf der Kennlinie des veränderten Leistungsdetektors in der Regel immer gleichförmig ist, genügen für den Abgleich ein bis zwei Stützpunkte. Der Herstellungsprozess von Mobiltelefonen kann hierdurch enorm verkürzt werden.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für den Leistungsabgleich von Leistungsverstärkern insbesondere von Sendeendstufen von Mobiltelefonen.

Sender im Hoch/Höchstfrequenzbereich benötigen oft eine genau eingestellte Ausgangsleistung. In den meisten Fällen wird dies durch eine Leistungsregelung erreicht.

Für die Leistungsregelung wird gemäß Fig. 1 von der Ausgangsleistung RFout ein Teil der Leistung ausgekoppelt und mittels eines nicht-dargestellten Detektors in eine Ist-Spannung umgewandelt. Ein Vergleich dieser Ist-Spannung mit einer definierten Soll-Spannung veranlasst die Regelschleife mit dem Leistungsverstärker (Power Amplifier), die Sendeleistung zu erhöhen oder zu erniedrigen, bis die Ist-Spannung gleich der Soll-Spannung ist. Somit lässt sich durch Vorgabe der Soll- Spannung die Ausgangsleistung einstellen.

Um eine bestimmte Ausgangsleistung einzustellen, muss der Zusammenhang zwischen Soll-Spannung und Ausgangsleistung bekannt sein. Dieser wird in einem Abgleich durch Variation der Soll-Spannung und Messung der Ausgangsleistung bestimmt.

Überall dort, wo unterschiedliche Leistungen eingestellt werden müssen, ist es nötig, den Zusammenhang zwischen Soll- Spannung und Ausgangsleistung über einen großen Leistungsbereich zu kennen. In derartigen Fällen sind mehrere Abgleichmessungen nötig.

Mobiltelefone müssen über einen großen Leistungsbereich einzelne Leistungen bzw. Leistungsstufen einstellen können. Im Netzwerk GSM 900 sind dies 15 Leistungsstufen von 5 dBm bis 33 dBm, im Netzwerk PCN 1800 16 Leistungsstufen von 0 dBm bis 30d Bm, jeweils in 2 dBm Schritten. Fast alle modernen Mobiltelefone arbeiten mit derartigen Leistungsstufen. Aus diesem Grund benötigen auch sie einen Leistungsabgleich. Im Extremfall muss dabei pro Leistungsstufe eine Abgleichmessung, also insgesamt 31, durchgeführt werden. Der Leistungsabgleich erfordert deshalb viel Zeit in dem Herstellprozess eines Mobiltelefons und stellt somit einen nicht unbeträchtlichen Kostenfaktor dar. Eine Verkürzung dieses Abgleichvorgangs kann deshalb bei einer Anpassung des restlichen Herstellprozesses den jährlichen Ausschuss an Mobiltelefonen deutlich erhöhen.

Die letzten Mobiltelefongenerationen beinhalten vielfach die beschriebene Leistungsregelung. Bei den älteren Generationen davon wurde der Abgleich für jede Leistungsstufe einzeln durchgeführt. Später wurde dazu übergegangen, nur noch einige Leistungsstufen (6 pro Sendeband) abzugleichen und die dazwischen liegenden Leistungsstufen mittels einer Spline-Interpolation zu ermitteln. Der letzte Schritt war der Übergang zur Aufnahme einer Spannungs-Leistungs-Tabelle. Diese wurde ebenfalls aus 6 Messwerten pro Band und einer Spline-Interpolation ermittelt und im Mobiltelefon gespeichert.

Zum Abgleich einer Leistungsstufe wird ein Leistungs-Zielfenster festgelegt. Die Soll-Spannung wird nun in iterativen Schritten so lange variiert, bis die gemessene Ausgangsleistung in dem Zielfenster liegt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, den Herstellungsprozess von Mobiltelefonen zu verkürzen und insbesondere die für den Leistungsabgleich der Sendeendstufen notwendige Zeit zu reduzieren.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren für den Leistungsabgleich von Leistungsverstärkern, insbesondere bei Sendeendstufen von Mobiltelefonen durch Messen mindestens eines Abgleichwerts, der die Beziehung zwischen Ausgangsleistung eines Leistungsverstärkers und einem Sollwert in einem Punkt wiedergibt und Speichern einer vorgegebenen Kennlinie derart, dass die Kennlinie durch mindestens einen gemessenen Abgleichwert verläuft.

Darüber hinaus wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung für den Leistungsabgleich von Leistungsverstärkern, insbesondere bei Sendeendstufen von Mobiltelefonen mit einer Messeinrichtung zum Messen eines Abgleichwerts, der die Beziehung zwischen Ausgangsleistung eines Leistungsverstärkers und einem Sollwert in einem Punkt wiedergibt, einer Speichereinrichtung zum Speichern einer vorgegebenen Kennlinie als justierte Kennlinie derart, dass die Kennlinie durch den mindestens einem Abgleichwert verläuft, und einer Schnittstelleneinrichtung zum Übertragen der justierten Kennlinie von der Speichereinrichtung zu einem externen zu regelnden Gerät, insbesondere Mobiltelefon.

Ausgangspunkt der Erfindung ist, dass die Leistungsdetektierung in den meisten leistungsgeregelten Mobiltelefonen mit einr Schottkydiode durchgeführt wird. Die Schottkydiode richtet die HF-Spannung gleich und liefert somit eine Spannung, die ein Maß für die Höhe der HF-Leistung ist. Trägt man nun die Detektorspannung über der Leistung auf, so ergibt sich eine Spannungs-Leistungs Kennlinie. Diese Kennlinie wird ebenso beim Leistungsabgleich durch 6 Messungen und Spline Interpolation aufgenommen. Sie hat einen typischen, immer gleichartigen Verlauf, wie er in Fig. 2 gezeigt ist. Bei kleinen Eingangsleistungen verläuft die Detektor- bzw. Ausgangsspannung U0 proportional der Eingangsleistung. Dieser Teil der Kennlinie wird auch als quadratischer Bereich der Kennlinie bezeichnet. Für diesen Bereich gilt:



U0 = γq.PEin

Bei ansteigender Eingangsleistung weicht γ von seinem konstanten Wert ab und die quadratische Kennline geht dann in eine lineare Kennlinie über. Für diesen Bereich der Kennline gilt:





Zwischen diesen beiden Kennlinienteilen ist ein kontinuierlicher Übergang. Dieser theoretische Zusammenhang wird durch Messung gemäß Fig. 3 bestätigt. In dieser doppelt logarithmischen Darstellung der Spannung über der Leistung sind die Kennlinie und zwei Tangenten, die quadratische und die lineare, zu erkennen. Man sieht, dass die Kennlinie hauptsächlich aus diesen zwei Geraden besteht.



Die Steigung der beiden Geraden ist für alle Schottkydioden konstant. Fig. 4 zeigt die Messung von 5 Dioden.

Durch zwei Messungen, eine im oberen Kennlinienbereich und eine im unteren Kennlinienbereich, können die beiden Geraden exakt bestimmt werden. Da der Übergangsbereich konstant ist, kann man die gesamte Kennlinie der Diode ermitteln und somit den gesamten Leistungsabgleich mit nur zwei Messungen durchführen. Wenn der Kennlinienübergang genau im detektierten bzw. verwendeten Leistungsbereich liegt, sind zwei Messungen notwendig. Andernfalls wäre nur eine Messung nötig.

Durch dieses neuartige Abgleichverfahren, welches die typischen physikalischen Eigenschaften einer Schottkydioden-Kennlinie berücksichtigt und ausnutzt, kann ein Leistungsabgleich auf eine, in der Regel zwei Messungen verringert werden. Nichtsdestoweniger können auch 3 und mehr Messungen durchgeführt werden. Es ist außerdem (wie bisher durchgeführt) keine iterative Abgleichregelung mit mehreren Messungen notwendig, sondern die zwei Messungen der Ausgangsleistung können bei fester Soll-Spannung erfolgen. Dadurch kann die Abgleichzeit deutlich reduziert werden und somit die Kosten für diesen Produktionsschritt deutlich gesenkt werden. Dies steigert letztendlich die Effizienz der Produktion. Auch im Hinblick auf künftige Mobilfunkgenerationen, die eventuell zusätzliche Leistungsabgleiche benötigen werden, stellt dieses Verfahren eine signifikante Verbesserung dar.

Nach dem Messen der beiden Abgleichwerte werden diese als Stützpunkte für die Kennlinie verwendet. Die so justierte Kennlinie wird im Mobiltelefon für den Leistungsdetektor und die damit durchzuführende Leistungsregelung verwendet und gespeichert werden.

Dieses Prinzip lässt sich auf andere Leistungsdetektoren sinngemäß übertragen.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren für den Leistungsabgleich von Leistungsverstärkern, insbesondere bei Sendeendstufen von Mobiltelefonen durch

    Messen mindestens eines Abgleichwerts, der die Beziehung zwischen Ausgangsleistung eines Leistungsverstärkers und einem Sollwert in einem Punkt wiedergibt und

    Speichern einer vorgegebenen Kennlinie derart, dass die Kennlinie durch den mindestens einen gemessenen Abgleichwert verläuft.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei je ein Abgleichwert an einem Endabschnitt der Kennlinie gemessen wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die vorgegebene Kennlinie eine Leistungs-Spannungs-Kennlinie, insbesondere die einer Schottky-Diode für deren Leistungs-Spannungs-Wandlung, ist.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die vorgegebene Kennlinie einen linearen und einen quadratischen Abschnitt aufweist.
  5. 5. Verfahren zur Leistungsregelung von Leistungsverstärkern, insbesondere von Sendeendstufen von Mobiltelefonen durch Ausführen eines Leistungsabgleichs nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4,

    Bestimmen eines Regelungssollwerts auf der Grundlage der Kennlinie und

    Regeln des Leistungsverstärkers anhand des Regelungssollwerts.
  6. 6. Vorrichtung für den Leistungsabgleich von Leistungsverstärkern, insbesondere bei Sendeendstufen von Mobiltelefonen mit

    einer Messeinrichtung zum Messen eines Abgleichwerts, der die Beziehung zwischen Ausgangsleistung eines Leistungsverstärkers und einem Sollwert in einem Punkt wiedergibt,

    einer Speichereinrichtung zum Speichern einer vorgegebenen Kennlinie als justierte Kennlinie derart, dass die Kennlinie durch den mindestens einem Abgleichwert verläuft, und

    einer Schnittstelleneinrichtung zum Übertragen der justierten Kennlinie von der Speichereinrichtung zu einem externen zu regelnden Gerät, insbesondere Mobiltelefon.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei durch die Messeinrichtung je ein Abgleichwert an einem Endabschnitt der Kennlinie messbar ist.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die vorgegebene Kennlinie eine Leistungs-Spannungs-Kennlinie, insbesondere die einer Schottky-Diode für deren Leistungs-Spannungs-Wandlung, ist.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die vorgegebene Kennlinie einen linearen und einen quadratischen Abschnitt aufweist.
  10. 10. Leistungsregelungsvorrichtung für Leistungsverstärker, insbesondere von Sendeendstufen von Mobiltelefonen mit

    einer Speichereinrichtung zum Speichern einer von einer Leistungsabgleichvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9 erhaltenen justierten Kennlinie,

    einer Datenverarbeitungseinrichtung zur Berechnung eines Regelungssollwerts auf der Grundlage der Kennlinie und

    einer Regelungseinrichtung zur Regelung des Leistungsverstärkers anhand des Regelungssollwerts.






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