專利名稱：電壓控制電路和用于供給電氣元件供電電壓的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電壓控制電路。本發(fā)明還涉及一種用于供給電氣元件供電電壓的方法。
背景技術(shù)：
在移動(dòng)通信裝置中，使用高頻發(fā)射體系結(jié)構(gòu)日益增加，它們將調(diào)制有效數(shù)據(jù)所需的振幅變化施加到發(fā)射線路末級(jí)的高頻輸出信號(hào)上。振幅變化的概念在這種關(guān)系上既用于與有效信號(hào)所使用的調(diào)制類型相關(guān)的快速調(diào)幅，也用于相對(duì)緩慢地改變輸出電平的調(diào)整。
通常在發(fā)射線路上首先在取決于所使用的調(diào)制類型和所要傳輸?shù)桨l(fā)射信號(hào)上的數(shù)據(jù)情況下進(jìn)行調(diào)相并隨后改變所調(diào)相的信號(hào)的振幅。用于傳輸有效數(shù)據(jù)的調(diào)幅在此方面具有的頻率明顯高于輸出電平比較緩慢的調(diào)整。
按照這種原理工作的發(fā)射機(jī)也稱為EER發(fā)射機(jī)(“Envelope Elimination andRestauration”)、極性環(huán)發(fā)射機(jī)或者極性發(fā)射機(jī)。調(diào)幅在此方面經(jīng)常使用的可能性是，放大級(jí)通過(guò)放大級(jí)供電電壓的注入進(jìn)行功率調(diào)整。這一點(diǎn)通常通過(guò)所謂的縱向調(diào)節(jié)器進(jìn)行，該調(diào)節(jié)器基本上通過(guò)所控制的晶體管利用調(diào)幅信號(hào)改變放大級(jí)的供電電壓。
但這種原理的缺點(diǎn)在于，通過(guò)縱向調(diào)節(jié)器相當(dāng)多的功率未得到利用以被轉(zhuǎn)換。即使在放大級(jí)的最大輸出功率情況下，也就是縱向調(diào)節(jié)器上最小電壓降時(shí)，取決于調(diào)幅仍有不小部分被轉(zhuǎn)換成熱能。因?yàn)檎{(diào)幅和首先是其信號(hào)統(tǒng)計(jì)法已經(jīng)通過(guò)所使用的移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)作出了規(guī)定，所以針對(duì)損耗功率規(guī)定了發(fā)射機(jī)的效率上限。
為了將由于供電電壓在調(diào)壓器上的電壓降而產(chǎn)生的功率損耗保持在盡可能低的程度上，如在依據(jù)圖8的對(duì)本發(fā)明人公知的實(shí)施方式中那樣，調(diào)壓器的輸入端不是直接連接在供電電壓Vbat上，而是在供電電壓和調(diào)壓器15a的輸入端之間連接調(diào)壓器19c。調(diào)壓器19c用于將供電電壓Vbat轉(zhuǎn)換成得到改變的數(shù)值并在下面也稱為DC/DC變換器。由此也可以重新調(diào)整縱向調(diào)節(jié)器，從而降低縱向調(diào)節(jié)器15a上的電壓降。在通過(guò)高頻放大器11鎖定高頻輸出頻率時(shí)，該功率是通過(guò)降低高頻放大器供電輸入端上電壓V2達(dá)到的，因此沒(méi)有那么強(qiáng)地降低整個(gè)裝置的效率。為此在電壓轉(zhuǎn)換器19c的第一控制輸入端131a上施加從末級(jí)放大器11輸出端上所輸出的最大希望功率中導(dǎo)出的功率電平信息。向縱向調(diào)節(jié)器裝置15a其控制輸入端132a上還輸送高頻調(diào)幅信號(hào)。
通常為對(duì)高頻放大器11的供電電壓進(jìn)行調(diào)制，需要縱向調(diào)節(jié)器15a的信號(hào)帶寬明顯高于僅用于高頻放大器11輸出功率的純功率控制的情況。有益地，調(diào)幅信號(hào)的帶寬，即特別是縱向調(diào)節(jié)器15a的帶寬被選擇成比所使用的調(diào)幅的信道帶寬大10倍，以避免失真。
圖9示出用于高頻放大器11的電源的另一公知電路。在該放大器中，DC/DC變換器19b內(nèi)包括輸入端13上控制信號(hào)內(nèi)的功率電平信息和振幅信息。將所謂的調(diào)幅字AW輸送到控制輸入端，變換器據(jù)此相應(yīng)調(diào)整其輸出電壓V2。據(jù)此，恰恰是對(duì)脈沖式DC/DC變換器提出兩個(gè)本身相反的要求。一個(gè)是要達(dá)到高效率，而另一個(gè)是要達(dá)到高控制帶寬。這兩個(gè)要求實(shí)際上在所有相關(guān)的移動(dòng)無(wú)線電系統(tǒng)中都不可能統(tǒng)一。如已經(jīng)提到的那樣，調(diào)幅的信號(hào)帶寬為處理調(diào)幅信號(hào)的開(kāi)關(guān)元件的調(diào)制帶寬的十倍。對(duì)脈沖式DC/DC變換器，從這一要求中產(chǎn)生的脈沖頻率為調(diào)制帶寬的100倍大。這種變換器在其輸出信號(hào)中要產(chǎn)生在高頻頻譜的調(diào)制邊帶內(nèi)的頻譜部分，由此需要模擬的再濾波。這種再濾波具有很高的阻帶衰減，它由于出現(xiàn)高開(kāi)關(guān)電流而在DC/DC變換器或電壓轉(zhuǎn)換器內(nèi)部很難實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種電壓調(diào)節(jié)裝置，利用該裝置在高效率的同時(shí)可以達(dá)到快速調(diào)幅的目的。此外，本發(fā)明的任務(wù)還在于提供一種用于快速和高效調(diào)節(jié)供電電壓的方法。
該任務(wù)利用并列的獨(dú)立權(quán)利要求1和14得以實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明有利的構(gòu)成來(lái)自從屬權(quán)利要求。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，電壓控制電路包括用于輸送輸入電壓的輸入端以及用于提供供電電壓的輸出端。該電路此外包括用于為調(diào)節(jié)輸出電壓而輸送電壓調(diào)節(jié)信號(hào)的輸入端。電壓控制電路輸入端和輸出端之間的調(diào)節(jié)回路利用第一供電元件和第二供電元件來(lái)實(shí)施。在第一和第二供電元件之間設(shè)置一個(gè)在其輸出電壓方面可調(diào)節(jié)的電壓轉(zhuǎn)換器。第一供電元件被構(gòu)成用于向電壓轉(zhuǎn)換器的調(diào)節(jié)輸入端上輸出第一和第二接線端上存在的信號(hào)的差額，其中，第一接線端與電壓控制電路的輸入端連接，而第二接線端在形成反饋線路的情況下與電壓控制電路的輸出端連接。第二供電元件被實(shí)施用于輸出第一和第二接線端上存在的信號(hào)的總和，其中，第一接線端與電壓轉(zhuǎn)換器的電壓輸出端連接，而第二接線端與電壓控制電路的輸入端連接。第二供電元件的輸出端構(gòu)成電壓控制電路的輸出端。
按照所提出的這種原理，調(diào)幅信號(hào)在電壓控制電路的輸入端上分成不同帶寬的兩個(gè)線路并在電壓控制電路的輸出端上重新匯合。在此方面，具有低帶寬的信號(hào)線路通過(guò)電壓轉(zhuǎn)換器傳送。調(diào)幅信號(hào)的高頻部分不是輸送到電壓轉(zhuǎn)換器，而是直接重新供給轉(zhuǎn)換器的輸出端。這樣做是可能的，因?yàn)榫哂姓{(diào)幅信號(hào)高頻部分的信號(hào)線路在實(shí)際所有通用的調(diào)制類型中均傳送相當(dāng)?shù)偷男盘?hào)能量，但為保持發(fā)射頻譜和調(diào)制精度又是必不可少的。
調(diào)幅信號(hào)分成一個(gè)低頻信號(hào)部分和一個(gè)高頻信號(hào)部分，且兩個(gè)信號(hào)部分在電壓控制電路不同信號(hào)線路中的不同處理通過(guò)在電壓調(diào)節(jié)線路內(nèi)輸送的電壓調(diào)節(jié)信號(hào)的雙點(diǎn)調(diào)制來(lái)進(jìn)行。雙點(diǎn)調(diào)制可以使兩個(gè)寬帶的恒定的傳遞函數(shù)在同時(shí)補(bǔ)償出現(xiàn)的極點(diǎn)和零點(diǎn)的情況下相加。在此方面，有利的是極點(diǎn)和零點(diǎn)以循環(huán)動(dòng)態(tài)方式的共用模擬實(shí)現(xiàn)為基礎(chǔ)，由此內(nèi)在地補(bǔ)償通過(guò)部件雜散所產(chǎn)生的公差。
依據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的電壓控制電路的第一供電元件相當(dāng)于低通元件，第二供電元件相當(dāng)于高通元件。調(diào)節(jié)回路內(nèi)確定的高通和低通函數(shù)內(nèi)在地互補(bǔ)成1，由此保證基本上恒定的傳遞函數(shù)。由此可以在電壓控制電路內(nèi)設(shè)置窄帶電壓轉(zhuǎn)換器，但該電路卻可以施加相當(dāng)高頻的電壓調(diào)節(jié)信號(hào)用于供電電壓的調(diào)幅。對(duì)轉(zhuǎn)換器的要求由此降低但卻保持高效。有利的是變換器作為脈沖式運(yùn)行的變換器實(shí)施。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，在調(diào)節(jié)回路內(nèi)在電壓轉(zhuǎn)換器前連接回路濾波器。該濾波器抑制輸入端上存在的電壓調(diào)節(jié)信號(hào)的高頻部分。在另一種實(shí)施方式中，電壓轉(zhuǎn)換器作為DC/DC變換器或者作為DC/DC變換器的一部分、作為直流變換器或者作為具有可調(diào)變換比的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器來(lái)實(shí)施。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，第一供電元件包括調(diào)節(jié)放大器，其中，調(diào)節(jié)放大器的第一輸入端構(gòu)成第一供電元件的第一接線端，和調(diào)節(jié)放大器的第二輸入端構(gòu)成第一供電元件的第二接線端。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，第二供電元件也利用電壓加法器實(shí)施。在本發(fā)明的進(jìn)一步構(gòu)成中，第二供電元件具有串聯(lián)在第二供電元件的第一接線端和電壓控制電路輸出端之間的具有可控電導(dǎo)率的線段。第二供電元件和特別是具有可控電導(dǎo)率的連接線段用于調(diào)制由電壓控制電路輸出的供電電壓的高頻部分。優(yōu)選具有可控電導(dǎo)率的線段作為縱向調(diào)節(jié)器的元件實(shí)施。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，第二供電元件包括調(diào)節(jié)放大器，其輸出端與具有可控電導(dǎo)率的線段的控制輸入端連接。優(yōu)選可控的線段包括至少一個(gè)雙極性晶體管。在一可選擇的實(shí)施方式中，具有可控電導(dǎo)率的線段包括至少一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管。第二供電節(jié)點(diǎn)因此被實(shí)施用于測(cè)定具有可控電導(dǎo)率的線段上的電壓降。由此調(diào)制的供電輸出電壓不是相對(duì)于地電位被調(diào)節(jié)，而是通過(guò)具有可控電導(dǎo)率的連接線段上的電壓降調(diào)節(jié)。
在本發(fā)明的進(jìn)一步構(gòu)成中，為測(cè)定該調(diào)節(jié)值而設(shè)置減法器方式的附加差分放大器。該減法器利用其兩個(gè)輸入端與連接線段連接，而輸出端向第二供電元件的調(diào)節(jié)放大器的輸入端反饋。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，在第一供電元件的第一接線端和第二供電元件的第二接線端前連接校正裝置。該裝置被實(shí)施用于向第一供電元件的第一接線端輸出第一電壓和向第二供電元件的第二接線端輸出第二電壓。在此方面優(yōu)選第一電壓和第二電壓具有相同的數(shù)值卻有不同的符號(hào)。
通過(guò)這種實(shí)施方式可以有利地將在電壓控制電路的調(diào)節(jié)回路內(nèi)部的電壓轉(zhuǎn)換器或DC/DC變換器的輸入端上的直流電壓部分相加，它大得足以避免連接線段飽和。所控制的線段由此可以近似無(wú)失真運(yùn)行。為補(bǔ)償該附加的直流電壓部分，將具有相反符號(hào)的相應(yīng)信號(hào)輸送到第二供電元件，并因此相對(duì)于電壓控制電路的輸出端進(jìn)行校正。在有利的實(shí)施方式中，通過(guò)適當(dāng)規(guī)定第一和第二電壓信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)縱向調(diào)節(jié)器的特性曲線(Kernlinie)的移動(dòng)，并因此還達(dá)到效率優(yōu)點(diǎn)。
依據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方式的電壓控制電路優(yōu)選用于在發(fā)射機(jī)上提供高頻放大器的供電電壓。特別是調(diào)幅信號(hào)可以直接在高頻發(fā)射機(jī)的供電電壓上進(jìn)行調(diào)制，由此所要放大的高頻信號(hào)以相同的方式在其輸出功率方面被調(diào)制。電壓控制電路因此優(yōu)選可用于為極化調(diào)制而被實(shí)施的發(fā)射機(jī)。
用于供給電氣元件供電電壓的方法包括以下步驟-提供用于供電電壓調(diào)節(jié)的調(diào)制信號(hào)；-提供輸入電壓；-從調(diào)制信號(hào)中測(cè)定具有第一頻率部分的第一分信號(hào)和從調(diào)制信號(hào)中測(cè)定具有第二頻率部分的第二分信號(hào)；-從輸入電壓中在取決于第一分信號(hào)的情況下產(chǎn)生第一電壓；-在取決于第二分信號(hào)的情況下調(diào)制第一電壓；-將所調(diào)制的第一電壓作為供電電壓輸送到電氣元件。
因此根據(jù)可例如由電池電壓或者其他直流電源導(dǎo)出的輸入電壓并利用第一分信號(hào)產(chǎn)生第一電壓，并然后利用第二分信號(hào)對(duì)其進(jìn)行調(diào)制。兩個(gè)分信號(hào)從所提供的調(diào)制信號(hào)中導(dǎo)出。在此方面，第一分信號(hào)僅包括基本上傳輸調(diào)制信號(hào)絕大部分能量的低頻部分。利用該低頻部分產(chǎn)生第一電壓。第一電壓在時(shí)間上看被進(jìn)行調(diào)幅，其中，調(diào)幅的頻率相當(dāng)于第一分信號(hào)的頻率部分。
第一電壓隨后利用具有高頻部分的第二分信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。電氣元件可以是放大器、有源濾波器、混頻器或者為信號(hào)處理而需要供電電壓的其他有源部件。該方法特別適用于進(jìn)行調(diào)幅的極化調(diào)制。
優(yōu)選地提供具有可調(diào)轉(zhuǎn)換比的電壓轉(zhuǎn)換器，并優(yōu)選直流電壓變換器、DC/DC變換器、開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器或者被實(shí)施用于將基本電壓轉(zhuǎn)換成輸出電壓的其他轉(zhuǎn)換器。DC/DC變換器或者開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器既可以作為下變換器也可以作為上變換器(升壓調(diào)節(jié)器)構(gòu)成。轉(zhuǎn)換比利用第一分信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)。隨后基本電壓借助所調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)換比轉(zhuǎn)換成第一電壓。


下面借助附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。其中圖1A示出用于說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明原理的調(diào)節(jié)回路方框圖；圖1B示出電壓控制電路的調(diào)節(jié)回路方框圖；圖2示出電壓控制電路的第一實(shí)施方式；圖3示出依據(jù)本發(fā)明電壓控制電路的第二實(shí)施方式；圖4示出具有依據(jù)本發(fā)明電壓控制電路的極化調(diào)制器；圖5示出用于說(shuō)明損耗功率的時(shí)間-電壓曲線圖；
圖6示出用于說(shuō)明損耗功率的傳統(tǒng)電壓控制電路的時(shí)間-電壓曲線圖；圖7示出公知的第一電壓控制電路；圖8示出公知的第二電壓控制電路；圖9示出在本發(fā)明一種實(shí)施方式中實(shí)現(xiàn)的DC/DC變換器。
具體實(shí)施例方式
為將在調(diào)制高頻放大器供電電壓時(shí)的損耗功率降到最低限度，使用優(yōu)選作為直流電壓轉(zhuǎn)換器或者作為DC/DC變換器實(shí)施的電壓轉(zhuǎn)換器。概念DC/DC變換器下面是指將第一電壓轉(zhuǎn)換成第二電壓的電路。此外為穩(wěn)定變換器的輸出電壓而需要調(diào)節(jié)器。變換器在輸出端上與放大器的供電輸入端連接。
DC/DC變換器脈沖式地運(yùn)行并將例如電池的電壓轉(zhuǎn)換成第二電壓。由變換器輸出的輸出電壓在此方面可以小于輸入電壓(降壓變換器)或者大于輸入電壓(升壓變換器)。轉(zhuǎn)換比在此方面通過(guò)調(diào)幅字輸送到變換器。在例如用于有效數(shù)據(jù)調(diào)制的多個(gè)移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)所需的高頻調(diào)幅中，這一點(diǎn)導(dǎo)致脈沖式運(yùn)行的DC/DC變換器所需的脈沖信號(hào)必須相當(dāng)于調(diào)制帶寬的多倍。該數(shù)值來(lái)自信號(hào)處理的帶寬應(yīng)為多倍的要求。變換器的脈沖信號(hào)在其頻率上也應(yīng)明顯更高。例如對(duì)EDGE標(biāo)準(zhǔn)來(lái)說(shuō)，有效數(shù)據(jù)帶寬為270.8kHz。該調(diào)幅信號(hào)的帶寬高10倍，以避免失真。由此為DC/DC變換器的脈沖信號(hào)形成約30MHz的頻率。
因?yàn)檫@一點(diǎn)在實(shí)踐上很難并以很高費(fèi)用才能實(shí)現(xiàn)，所以按照所提出的原理將調(diào)幅信號(hào)分成兩個(gè)不同帶寬的線路并在電壓控制電路的輸出端上重新匯合。具有低帶寬，也就是低頻率調(diào)制信號(hào)的信號(hào)線路運(yùn)行通過(guò)DC/DC變換器。對(duì)DC/DC變換器的帶寬要求由此得到降低。特別是可以降低變換器脈沖信號(hào)的頻率。具有調(diào)幅信號(hào)高頻率部分的信號(hào)線路含有相當(dāng)少的信號(hào)能量，但對(duì)于信息含量和輸出信號(hào)的頻譜卻是非常重要的。
調(diào)幅信號(hào)分成一個(gè)高頻部分和一個(gè)低頻部分以及兩部分的不同處理通過(guò)調(diào)幅信號(hào)的雙點(diǎn)調(diào)制實(shí)現(xiàn)。這種方法的特征在于，極點(diǎn)和零點(diǎn)以回路動(dòng)態(tài)方式的共同模擬實(shí)現(xiàn)為基礎(chǔ)，并相互校正部件造成的公差。
圖1A示出這種調(diào)節(jié)回路的方框圖，其適用于利用雙點(diǎn)調(diào)制法傳輸寬帶信號(hào)。在此方面，調(diào)節(jié)回路中的調(diào)制既在低通點(diǎn)170上也在高通點(diǎn)150上進(jìn)行。通過(guò)調(diào)節(jié)回路確定的高通和低通函數(shù)內(nèi)在地互補(bǔ)成1。通常對(duì)低通點(diǎn)HTP(s)的傳遞函數(shù)適用
HTP=1XTP=HA(s)·H2F(s)·HC(s)1+HA(s)·HLF(s)·HC(s)]]>對(duì)相應(yīng)的高通點(diǎn)150作為傳遞函數(shù)HHP(s)適用HHP=k·yXHP=k·HC(s)1+HA(s)·HLF(s)·HC(s)]]>總傳遞函數(shù)Htot(s)從高通和低通傳遞函數(shù)的總和HTP(s)+HHP(s)中得出。在放大元件k為k＝1/HHC的比例元件條件下，為總傳遞函數(shù)得出數(shù)值1。
根據(jù)所提出的原理，調(diào)幅在電壓控制電路內(nèi)部通過(guò)雙點(diǎn)調(diào)制進(jìn)行，其中，在調(diào)節(jié)線段內(nèi)部具有DC/DC變換器。圖1B示出這種電壓控制電路的相應(yīng)方框圖。在此方面，調(diào)節(jié)回路內(nèi)部在第一供電元件170和第二供電元件150之間連接一個(gè)DC/DC變換器19a。第一供電元件170起到低通點(diǎn)的作用，第二供電元件150形成相應(yīng)的高通點(diǎn)。在DC/DC變換器19a前連接回路濾波器18a以及放大器17a。其輸入端與第一供電元件170的輸出端連接。DC/DC變換器19a在輸出端通過(guò)低通濾波器連接在第二供電元件150的第一接線端上。第二供電元件150輸出端上的節(jié)點(diǎn)V2反饋到第一供電元件170的第二接線端上。相應(yīng)地，第一供電元件170的第一接線端與第二供電元件150的第二接線端被實(shí)施用于在第二供電元件內(nèi)輸送高頻部分。
通過(guò)這樣的實(shí)現(xiàn)，可以通過(guò)使用雙點(diǎn)原理明顯提高電壓控制電路的效率。這一點(diǎn)以下面的例子進(jìn)行說(shuō)明。
移動(dòng)通信藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)其平均數(shù)據(jù)速率的規(guī)范而具有1MHz的有效信號(hào)帶寬。有效信號(hào)以1MHz的頻率既在其相位上也在其振幅上進(jìn)行調(diào)制。為在極化調(diào)制器中實(shí)現(xiàn)這種有效信號(hào)帶寬，需要更高的調(diào)幅帶寬，以避免調(diào)幅期間失真。例如調(diào)幅信號(hào)的帶寬高10倍。為采用傳統(tǒng)脈沖式DC/DC變換器或者具有調(diào)節(jié)回路作為電壓控制電路的電壓轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)約10MHz的帶寬，變換器的開(kāi)關(guān)脈沖頻率必須明顯高于50MHz，優(yōu)選為100MHz。
在相同條件下，對(duì)于具有有效信號(hào)帶寬270.83kHz的移動(dòng)無(wú)線電標(biāo)準(zhǔn)EDGE，形成27MHz的開(kāi)關(guān)頻率。在考慮到對(duì)電磁兼容性(EMV)要求的情況下，特別是在移動(dòng)無(wú)線電標(biāo)準(zhǔn)EDGE中，甚至必須將DC/DC變換器的開(kāi)關(guān)脈沖頻率提高到80兆赫以上。這樣高的開(kāi)關(guān)頻率需要成本很高的專用部件。此外，采用這種高頻率工作的變換器效率降低。
通過(guò)將調(diào)幅信號(hào)分成一個(gè)高頻部分和一個(gè)低頻部分及其不同的處理，特別是將高頻部分輸送到第二供電元件上，可以降低對(duì)設(shè)置在調(diào)節(jié)回路內(nèi)的DC/DC變換器的開(kāi)關(guān)頻率的要求。在此方面情況表明，可以達(dá)到92％和更高的效率。即使出于電磁兼容性的原因，電壓控制電路的脈沖式運(yùn)行的DC/DC變換器內(nèi)部的低開(kāi)關(guān)頻率也明顯能得到更好的控制。
圖2示出依據(jù)本發(fā)明電壓控制電路的具體構(gòu)成方式。所示的電壓控制電路1連接在電池供電電壓Vbat和高頻放大器11之間。高頻放大器11供電電壓的調(diào)制利用調(diào)幅字AW進(jìn)行。由此高頻放大器11的供電電壓依據(jù)預(yù)先規(guī)定的調(diào)幅變化，從而處于其輸入端12上的該高頻信號(hào)相應(yīng)變化。高頻放大器11于是產(chǎn)生其所要放大的高頻信號(hào)的調(diào)幅。
電壓控制電路1包括形成第一供電元件170的調(diào)節(jié)放大器17。調(diào)節(jié)放大器17包括第一輸入端+，用于將調(diào)幅字AW輸送到接線端131上。第二輸入端-形成反饋線路并連接在電壓節(jié)點(diǎn)V2上。第二供電元件150由電壓縱向調(diào)節(jié)器構(gòu)成。第二供電元件150包括接線端152，可向其同樣輸送調(diào)幅字AW。電壓縱向調(diào)節(jié)器包括差分放大器154，其輸出端連接在晶體管153的柵極接線端上。晶體管153作為功率晶體管、特別是作為雙極性晶體管實(shí)施。它構(gòu)成具有可控電導(dǎo)率的連接線段并用于在供電電壓上調(diào)制調(diào)幅字AW的高頻部分。
在本實(shí)施方式的情況下，作為縱向調(diào)節(jié)器構(gòu)成的第二供電元件這樣連接，使差分放大器154的輸出電壓不相對(duì)于地電位被調(diào)節(jié)，而是相對(duì)于功率晶體管153上的電壓降調(diào)節(jié)。為此設(shè)有一個(gè)微分器16方式的附加差分放大器。微分器16的第二差分放大器161利用第一輸入端-連接在雙極性晶體管153的發(fā)射極上。第二輸入端+通過(guò)電阻162與雙極性晶體管153的集電極接線端連接。差分放大器的輸出端通過(guò)電阻164向其輸入端-反饋，并同時(shí)與縱向調(diào)節(jié)器的差分放大器154的輸入端+連接。此外，微分器16的差分放大器16的第二輸入端+通過(guò)電阻165與地電位連接。
在節(jié)點(diǎn)V1上的調(diào)壓器的輸入端連接在下面稱為DC/DC變換器的電壓轉(zhuǎn)換器19的輸出端上。該變換器利用其調(diào)節(jié)輸入端199上的調(diào)節(jié)信號(hào)將供電電壓Vbat轉(zhuǎn)換成第二供電電壓并在其輸出端上將其輸出。所述調(diào)節(jié)信號(hào)從低頻部分得出。DC/DC變換器19的調(diào)節(jié)信號(hào)輸入端199通過(guò)回路濾波器18連接在調(diào)節(jié)放大器17的輸出端上。當(dāng)然，回路濾波器18也可以包含在調(diào)節(jié)放大器17的接線內(nèi)。
在依據(jù)圖2的電壓控制電路的輸出節(jié)點(diǎn)V2上，在考慮到由高頻信號(hào)產(chǎn)生的注入電壓降情況下可具有電壓轉(zhuǎn)換器19的輸出電壓的總和。調(diào)幅字內(nèi)高通部分的低信號(hào)能量造成通過(guò)電壓加法器15僅產(chǎn)生相當(dāng)小的電壓降。由此與純縱向調(diào)節(jié)器部件中的損耗功率相反，將電壓控制電路的損耗功率保持在很小程度上。
圖3示出電壓控制電路的另一實(shí)施方式。在這種情況下，作為功率晶體管實(shí)施的雙極性晶體管159通過(guò)場(chǎng)效益晶體管153a取代。通過(guò)作為縱向調(diào)節(jié)器連接的電壓加法器150和特別是通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)晶體管153a不可能會(huì)出現(xiàn)電壓升高。確切地說(shuō)，通過(guò)本實(shí)施方式中的晶體管始終下降一個(gè)電壓，它同樣減少了節(jié)點(diǎn)V2上的總供電電壓。為補(bǔ)償這種效應(yīng)，優(yōu)選地為使調(diào)節(jié)電路15起到加法器的作用，將直流電壓部分在DC/DC變換器19的調(diào)節(jié)輸入端上相加。該變換器應(yīng)足夠大，以避免電壓加法器15內(nèi)場(chǎng)效應(yīng)晶體管153a飽和。
導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)V1上電壓升高的DC/DC變換器調(diào)節(jié)信號(hào)內(nèi)的直流電壓部分必須相對(duì)于輸出節(jié)點(diǎn)V2重新校正。為此在高頻部分的接線端132上供給相應(yīng)的直流電壓信號(hào)并輸送到電壓加法器15的差分放大器154。由直流電源Uofs輸送到接線端131和132上的直流電壓各自具有相同的數(shù)值但相反的符號(hào)。這一點(diǎn)由以下方式達(dá)到，即在線端131前連接一個(gè)加法器99。微分器98利用其輸出端連接在接線端132上。加法器和微分器98的各自第一輸入端與用于輸送調(diào)幅字AW的接線端13連接。在此方面，向接線端132輸送電源Uofs的直流電壓信號(hào)與調(diào)幅字AW的差值。電源Uofs的直流電壓部分和調(diào)幅字的總和在接線端132上被供給調(diào)節(jié)放大器17的輸入端。
通過(guò)電源Uofs提供的直流電壓信號(hào)在其定量的規(guī)定方面確定了整個(gè)裝置的效率優(yōu)勢(shì)。該直流電壓部分越小，通過(guò)功率晶體管153a的電壓降就越小，這也使損耗功率最小化。另一方面需要相應(yīng)大地選擇直流電壓部分，以防止在調(diào)幅信號(hào)AW的高頻部分內(nèi)的大正信號(hào)峰值情況下晶體管153a飽和并因此在調(diào)制的供電電壓上產(chǎn)生失真。
調(diào)幅信號(hào)的所產(chǎn)生的最大高頻部分在此方面取決于調(diào)制類型和回路濾波器18的外部調(diào)節(jié)回路的低通角頻率。作為基礎(chǔ)，為此可以使用所謂的峰值因數(shù)(Crestfaktor)，它體現(xiàn)出相對(duì)于信號(hào)平均功率的信號(hào)內(nèi)出現(xiàn)的最大功率。例如對(duì)移動(dòng)無(wú)線電標(biāo)準(zhǔn)WCDMA/FDD來(lái)說(shuō)，峰值因數(shù)為10.4dB。在移動(dòng)無(wú)線電標(biāo)準(zhǔn)GSM/EDGE中，為信號(hào)產(chǎn)生典型的峰值因數(shù)3.4dB。這意味著，所要發(fā)射的信號(hào)的峰值輸出功率在標(biāo)準(zhǔn)WCDMA中為10.4dB，而對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)GSM/EDGE則約為3.4dB，其超過(guò)平均功率。當(dāng)然，這種峰值功率的概率極小。
圖9示出在電壓控制電路的依據(jù)本發(fā)明的構(gòu)成中可實(shí)現(xiàn)的DC/DC變換器19的一種構(gòu)成。這種變換器也稱為開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器。原則上可以使用根據(jù)可調(diào)轉(zhuǎn)換比將基本電壓轉(zhuǎn)換到輸出電壓的所有轉(zhuǎn)換器。相同的附圖標(biāo)記表示作用或者功能相同的部件。
DC/DC變換器19包括用于控制輸出電壓的控制裝置191，該裝置還包括一個(gè)未示出的調(diào)節(jié)元件?？刂蒲b置包括用于輸送頻率為fref的脈沖信號(hào)的基準(zhǔn)輸入端296。在控制電路內(nèi)例如通過(guò)未示出的相位調(diào)節(jié)回路從該脈沖信號(hào)導(dǎo)出用于變換器運(yùn)行的開(kāi)關(guān)頻率。使用外部脈沖信號(hào)具有優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)檫@樣可以達(dá)到開(kāi)關(guān)脈沖與所輸送的調(diào)幅字低頻部分的同步性。當(dāng)然，也可以直接使用輸入端296上的脈沖信號(hào)。所示的DC/DC變換器因此作為可利用脈沖信號(hào)運(yùn)行的變換器實(shí)施。
調(diào)幅字的低頻部分輸送到控制電路191的輸入端199?？刂齐娐?91在輸出端通過(guò)兩個(gè)控制接線端294和295連接在兩個(gè)串聯(lián)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管192和193的控制接線端上或者柵極上。這兩個(gè)晶體管設(shè)置在供電電壓Vbat和地電位之間。在場(chǎng)效應(yīng)晶體管192和193之間具有一個(gè)與線圈195連接的節(jié)點(diǎn)195a。該線圈與電容器197共同作為存儲(chǔ)能量的儲(chǔ)能器使用。通過(guò)小電阻196與線圈195的另一接線端連接并與輸出端297連接的電容器197此外對(duì)由DC/DC變換器19在輸出點(diǎn)V1上輸出的電壓進(jìn)行平整。
通過(guò)由也作為調(diào)節(jié)元件使用的控制電路191交替控制場(chǎng)效應(yīng)晶體管192和193，產(chǎn)生通過(guò)線圈195的電流。線圈的電感構(gòu)成儲(chǔ)能器并在輸出端297上輸出電壓方式的儲(chǔ)存能量。用于輸送電池電壓Vbat的接線端298為抑制供電線路上通過(guò)控制引發(fā)的電流和電壓波動(dòng)而被連接在電容器290上。此外與晶體管193并聯(lián)一個(gè)肖特基二極管194。它防止電流反向流動(dòng)。
調(diào)節(jié)信號(hào)輸入端199上的控制信號(hào)改變晶體管192和193的開(kāi)關(guān)時(shí)間。由此也改變通過(guò)線圈195的電流和輸出端297上的輸出電壓。由于明顯更高的開(kāi)關(guān)頻率，例如高于控制信號(hào)最大頻率10倍，輸出端V1上卻產(chǎn)生穩(wěn)定和精確調(diào)節(jié)的電壓。在輸出端上恒定負(fù)荷時(shí)，輸出端上通過(guò)開(kāi)關(guān)頻率引發(fā)的附加電壓波動(dòng)通過(guò)電容器襯償。
圖5示出按照本發(fā)明實(shí)施方式公開(kāi)的調(diào)壓器在時(shí)間上的電壓降。圖中示出為標(biāo)準(zhǔn)EDGE所采用的調(diào)制的40個(gè)隨機(jī)符號(hào)以及該公開(kāi)的電壓控制電路的輸出電壓VA。曲線VE在此方面表示節(jié)點(diǎn)V1上的輸入電壓。輸出電壓VA和輸入電壓VE的兩條曲線之間陰影線所示的面表示在時(shí)間上的電壓降，并因此表示在該公開(kāi)的調(diào)壓器上損耗功率的程度。通過(guò)DC/DC變換器內(nèi)部附加的高頻調(diào)節(jié)，通過(guò)縱向調(diào)節(jié)器明顯降低了電壓降方式的損耗。
圖6示出依據(jù)圖7的調(diào)壓器實(shí)施方式的電壓時(shí)間曲線圖。由于輸入電壓VE不變，與圖5的曲線圖相比，通過(guò)調(diào)壓器的電壓降部分地很大，而且損耗功率與此相應(yīng)地高。
圖4示出具有本發(fā)明電壓控制電路的極化調(diào)制器。在所示的極化調(diào)制器上，在放大調(diào)相高頻信號(hào)的高頻放大器11的供電電壓上以調(diào)幅字AW的方式對(duì)調(diào)幅信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。通過(guò)供電電壓的調(diào)幅相應(yīng)改變高頻信號(hào)的輸出功率。
依據(jù)圖4所示實(shí)施方式的極化調(diào)制器包括信號(hào)處理電路2，其具有輸入端21以及第一輸出端22和第二輸出端23。在其輸入端21上，將所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)輸送到信號(hào)處理電路2。信號(hào)處理電路2將這些所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)依據(jù)預(yù)先規(guī)定的調(diào)制方式調(diào)制成調(diào)相字ΦW以及調(diào)幅字AW。調(diào)相字ΦW包括所調(diào)制數(shù)據(jù)的相位信息，調(diào)幅字AW除了純調(diào)相外還包括說(shuō)明所要求的高頻信號(hào)總輸出功率的功率電平信息。調(diào)相字ΦW在輸出端23上提供并輸送到調(diào)相器3。調(diào)相器3例如作為具有相位調(diào)節(jié)回路和頻率合成的雙點(diǎn)調(diào)制器構(gòu)成。它在載波信號(hào)上調(diào)制相位信息并在其輸出端31上將調(diào)相過(guò)的載波信號(hào)輸出到低通濾波器4。低通濾波過(guò)的調(diào)相載波信號(hào)被輸送到高頻放大器的輸入端12。調(diào)幅字AW由信號(hào)處理電路2在其輸出端22上提供并供給輸入端13。輸入端13構(gòu)成電壓控制電路10的一部分。該電路連接在電池供電電壓Vbat上，并利用其輸出端與高頻放大器11的供電輸入端連接。
電壓控制電路將處于其輸入端13上的振幅信息分為一個(gè)高頻部分和一個(gè)低頻部分。將這樣調(diào)制的供電電壓信號(hào)輸送到高頻放大器11的供電輸入端。高頻放大器11在輸出端上輸出調(diào)幅和調(diào)相的高頻信號(hào)。定向耦合器方式的功率電平檢波器991測(cè)定輸出信號(hào)的功率并將其輸送到接線端99。該接線端用于輸出功率校正可能的調(diào)節(jié)反饋。輸出信號(hào)在輸入端14被提供。
利用所提出的電壓控制電路和所提出的方法，也可以利用用于改變高頻放大器供電電壓的脈沖式DC/DC轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)調(diào)幅。在此方面，振幅信息依據(jù)本發(fā)明分為一個(gè)高頻部分和一個(gè)低頻部分并繼續(xù)處理。該電壓控制電路因此可以具有帶低頻部分供電元件和高頻部分供電元件的調(diào)制器。由于這種處理過(guò)程中損耗功率較低而提高了該裝置的總效率，而且該電路可以優(yōu)選作為集成電路在低熱損耗的半導(dǎo)體本體內(nèi)構(gòu)成。當(dāng)然，這里所介紹的不同實(shí)施方式的元件和裝置可以任意組合，而并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)。
附圖標(biāo)記清單10 電壓控制電路2 信號(hào)處理電路3 調(diào)相器，頻率合成4 低通濾波器11 高頻放大器12 載波信號(hào)輸入端13 調(diào)幅信號(hào)輸入端14 信號(hào)輸出端15 電壓加法器，縱向調(diào)節(jié)器16 電壓微分器，減法器17 調(diào)節(jié)放大器17a 調(diào)節(jié)放大器18 回路濾波器19、19a 電壓轉(zhuǎn)換器，DC/DC變換器98 微分器99 加法器97 直流電源131、132輸入接線端150 第二輸入元件，高通點(diǎn)153、153a 功率晶體管154、161差分放大器163、163a 電阻164、165電阻170 第一供電元件，低通點(diǎn)171 調(diào)節(jié)放大器180 回路濾波器190 調(diào)節(jié)線段191 控制電路
192、193 場(chǎng)效應(yīng)晶體管194 肖特基二極管195 線圈197、290、291電容器199 調(diào)節(jié)信號(hào)輸入端292、293 傳感器輸入端294、295 調(diào)節(jié)輸出端296 脈沖信號(hào)輸入端299 供電輸入端AW 調(diào)幅信號(hào)，調(diào)幅字ΦW 調(diào)相信號(hào)，調(diào)相字fref脈沖信號(hào)頻率。
權(quán)利要求
1.電壓控制電路，包括-用于輸送輸入電壓(Vbat)的輸入端(298)；-用于提供供電電壓的輸出端(V2)；-用于為調(diào)節(jié)供電電壓而輸送電壓調(diào)節(jié)信號(hào)(AW)的調(diào)節(jié)輸入端(13)，-利用調(diào)節(jié)輸入端(13)可調(diào)節(jié)其輸出電壓的電壓轉(zhuǎn)換器(19、19a)，其被實(shí)施用于根據(jù)輸入端(298)上存在的輸入電壓和調(diào)節(jié)輸入端上的調(diào)節(jié)信號(hào)將輸出電壓輸出到輸出端(297)上；-調(diào)節(jié)回路，其具有設(shè)置在第一元件(170)和第二元件(150)之間的電壓轉(zhuǎn)換器(19、19a)；-第一元件(170)被實(shí)施用于輸出第一和第二接線端(131、-)上存在的信號(hào)的差額，第一接線端(131)與調(diào)節(jié)輸入端(13)連接，而第二接線端(-)在形成反饋線路的情況下與輸出端(V2)連接；-第二元件(150)被實(shí)施用于向輸出端(V2)輸出第一和第二接線端(V1、152)上存在的信號(hào)的總和，第一接線端(V1)與電壓轉(zhuǎn)換器(19、19a)的輸出端(297)連接，而第二接線端(152)與電壓控制電路的調(diào)節(jié)輸入端(13)連接。
2.按權(quán)利要求1所述的電壓控制電路，其特征在于，電壓轉(zhuǎn)換器(19、19a)包括用于輸送基準(zhǔn)脈沖信號(hào)的基準(zhǔn)輸入端(296)，并作為DC/DC變換器或者作為DC/DC變換器的一部分被實(shí)施。
3.按權(quán)利要求1-2之一所述的電壓控制電路，其特征在于，在調(diào)節(jié)回路內(nèi)在電壓轉(zhuǎn)換器(19、19a)前連接了回路濾波器(18)。
4.按權(quán)利要求1-3之一所述的電壓控制電路，其中，第一元件(170)包括調(diào)節(jié)放大器(17)，其中，調(diào)節(jié)放大器(17)的第一輸入端(131)構(gòu)成第一元件(170)的第一接線端，和調(diào)節(jié)放大器(17)的第二輸入端(-)構(gòu)成第一元件(170)的第二接線端。
5.按權(quán)利要求1-4之一所述的電壓控制電路，其中，第二元件(150)利用縱向調(diào)節(jié)器實(shí)施。
6.按權(quán)利要求1-5之一所述的電壓控制電路，其中，第二元件(150)具有串聯(lián)在第二元件(150)的第一接線端(V1)和電壓控制電路輸出端(V2)之間的具有可控電導(dǎo)率的線段(153)。
7.按權(quán)利要求6所述的電壓控制電路，其中，第二元件(150)包括差分放大器(154)，其輸出端與具有可控電導(dǎo)率的線段(153)的控制輸入端連接。
8.按權(quán)利要求6-7之一所述的電壓控制電路，其中，具有可控電導(dǎo)率的線段(153)包括至少一個(gè)雙極性晶體管。
9.按權(quán)利要求6-7之一所述的電壓控制電路，其中，具有可控電導(dǎo)率的線段(153)包括至少一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
10.按權(quán)利要求1-9之一所述的電壓控制電路，其中，第二元件(150)被實(shí)施用于測(cè)定具有可控電導(dǎo)率的線段(153)上的電壓降。
11.按權(quán)利要求6-9之一所述的電壓控制電路，其中，第二元件(150)包括微分器(16)，其兩個(gè)輸入端與具有可控電導(dǎo)率的線段(153)連接，其輸出端向差分放大器(154)的輸入端反饋。
12.按權(quán)利要求1-11之一所述的電壓控制電路，其中，在第一元件(170)的第一接線端(131)和第二元件(150)的第二接線端前連接校正裝置(97)，該裝置被實(shí)施用于向第一元件(170)的第一接線端(131)輸出第一電壓和向第二元件(150)的第二接線端(152)輸出第二電壓。
13.按權(quán)利要求12所述的電壓控制電路，其中，從第一電壓和第二電壓中產(chǎn)生0V數(shù)值的總和。
14.電壓控制電路，包括-用于分接電壓信號(hào)的電壓輸出端；-在其輸出電壓上可調(diào)節(jié)的電壓轉(zhuǎn)換器(19、19a)；-用于輸送具有高頻部分和低頻部分的調(diào)節(jié)信號(hào)的調(diào)節(jié)輸入端(13)；其中，調(diào)節(jié)輸入端(13)與電壓轉(zhuǎn)換器的調(diào)節(jié)輸入端和電壓轉(zhuǎn)換器的輸出端連接，用于雙點(diǎn)調(diào)制可在電壓輸出端上分接的電壓信號(hào)。
15.按權(quán)利要求14所述的電壓控制電路，該電路被實(shí)施用于用低頻部分調(diào)節(jié)電壓轉(zhuǎn)換器和向電壓輸出端輸送高頻部分。
16.用于供給電氣元件供電電壓的方法，包括以下步驟-提供調(diào)制信號(hào)(AW)；-提供輸入電壓(Vbat)；-從調(diào)制信號(hào)(AW)中測(cè)定具有第一頻率部分的第一分信號(hào)和從調(diào)制信號(hào)(AW)中測(cè)定具有第二頻率部分的第二分信號(hào)；-從輸入電壓(Vbat)中在取決于第一分信號(hào)的情況下產(chǎn)生第一電壓；-在取決于第二分信號(hào)的情況下調(diào)制第一電壓；-將所調(diào)制的第一電壓作為供電電壓輸送到電氣元件。
17.按權(quán)利要求16所述的方法，其中，第一電壓的調(diào)制步驟包括以下步驟之一-將第二分信號(hào)與第一電壓相加；-從第一電壓中減去第二分信號(hào)。
18.按權(quán)利要求16-17之一所述的方法，其中，產(chǎn)生第一電壓的步驟包括以下步驟-提供具有可調(diào)轉(zhuǎn)換比的電壓轉(zhuǎn)換器(19、19a)；-利用第一分信號(hào)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換比；-將輸入電壓(Vbat)轉(zhuǎn)換成第一電壓。
19.按權(quán)利要求18所述的方法，其中，提供電壓轉(zhuǎn)換器的步驟包括的步驟有提供直流變換器、DC/DC變換器或者具有可調(diào)變換比的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器。
20.按權(quán)利要求16-19之一所述的方法，其中，測(cè)定第一和第二分信號(hào)的步驟包括以下步驟-提供第一和第二信號(hào)線路；-抑制第一信號(hào)線路內(nèi)的第一頻率范圍。
全文摘要
建議一電壓控制電路(10)，具有輸送電壓調(diào)節(jié)信號(hào)的輸入端(13)及提供供電電壓的輸出端(V2)。電壓控制電路(10)包括具有設(shè)置在第一節(jié)點(diǎn)(170)和第二節(jié)點(diǎn)(150)間的DC/DC變換器(19)的調(diào)節(jié)回路。第一節(jié)點(diǎn)(170)被實(shí)施成輸出輸入端存在的信號(hào)差。第二供電節(jié)點(diǎn)被構(gòu)成為輸出存在的信號(hào)總和。通過(guò)第一和第二供電節(jié)點(diǎn)在電壓控制電路(10)的調(diào)節(jié)回路內(nèi)實(shí)現(xiàn)利用DC/DC變換器(19)的雙點(diǎn)調(diào)制。在此將輸入端存在的信號(hào)分成高頻和低頻部分。通過(guò)在DC/CD變換器內(nèi)處理低頻信號(hào)部分降低對(duì)DC/DC變換器開(kāi)關(guān)頻率的要求、提高電壓控制電路的效率和減少損耗功率。
文檔編號(hào)G05F1/56GK1832312SQ200610073909
公開(kāi)日2006年9月13日 申請(qǐng)日期2006年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月9日
發(fā)明者S·赫爾青格, G·克勞特 申請(qǐng)人:英飛凌科技股份公司