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Verbesserung der Effizienz eines HF-Leistungsverstaerkers im Multislot-Betrieb

IP.com Disclosure Number: IPCOM000030700D
Original Publication Date: 2004-Sep-25
Included in the Prior Art Database: 2004-Sep-25
Document File: 2 page(s) / 121K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Zur Leistungsverstaerkung in GSM/EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution) Mobiltelefonen findet eine Schaltungsanordnung zunehmend Verbreitung, die aus einer Verstaerkereinheit, vorzugsweise ein 3-stufiger Verstaerker fuer GSM-Anwendungen, und einem LDO (engl. Low Drop Out, Spannungsregler) besteht. Der LDO verfuegt ueber einen Steuereingang, mit dem dessen Ausgangsspannung eingestellt werden kann. Der Wirkungsgrad der Anordnung laesst sich verbessern, wenn der LDO durch einen Schaltwandler (engl. Buck Converter) ersetzt wird, dessen Ausgangsspannung analog zum LDO mittels einer Steuerspannung einstellbar ist. Mit Hilfe des Schaltwandlers wird die Eingangsspannung auf die zur Erreichung der gewuenschten Ausgangsleistung notwendigen Ausgangsspannung heruntergesetzt. Da die Umsetzung der Spannung mit einem typischen Wirkungsgrad von 80% bis 90% erfolgt, ergeben sich deutliche Vorteile verglichen mit einem LDO, bei dem die Spannungsdifferenz vollstaendig in Verlustwaerme umgesetzt wird:

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S

Verbesserung der Effizienz eines HF-Leistungsverstaerkers im Multislot- Betrieb

Idee: Andreas Langer, DE-Muenchen; Christian Bildl, DE-Muenchen

Zur Leistungsverstaerkung in GSM/EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution) Mobiltelefonen findet eine Schaltungsanordnung zunehmend Verbreitung, die aus einer Verstaerkereinheit, vorzugsweise ein 3-stufiger Verstaerker fuer GSM-Anwendungen, und einem LDO (engl. Low Drop Out, Spannungsregler) besteht. Der LDO verfuegt ueber einen Steuereingang, mit dem dessen Ausgangsspannung eingestellt werden kann.

Der Wirkungsgrad der Anordnung laesst sich verbessern, wenn der LDO durch einen Schaltwandler (engl. Buck Converter) ersetzt wird, dessen Ausgangsspannung analog zum LDO mittels einer Steuerspannung einstellbar ist. Mit Hilfe des Schaltwandlers wird die Eingangsspannung auf die zur Erreichung der gewuenschten Ausgangsleistung notwendigen Ausgangsspannung heruntergesetzt. Da die Umsetzung der Spannung mit einem typischen Wirkungsgrad von 80% bis 90% erfolgt, ergeben sich deutliche Vorteile verglichen mit einem LDO, bei dem die Spannungsdifferenz vollstaendig in Verlustwaerme umgesetzt wird:

Vergleich zwischen DC-Leistungsaufnahme von LDO und von DC/DC-Konvertern:

DC-Leistung LDO: PDC,LDO=VPIPA+(VBatt-VP)IPA=VBattIPA

DC-Leistung DC/DC Konverter: PDC,Buck=VPIPA+ µ

  µ - 1 VPIPA= µPA

 PI V

µ Wirkungsgrad Step Down Konverter

VP minimale Versorgungsspannung zum Erreichen der Ausgangsleistung

Die Verwendung eines Schaltwandlers, dessen Ausgangsspannung einstellbar ist, hat jedoch einige gravierende Nachteile. Ein erster Nachteil ergibt sich aus der hohen Schaltfrequenz, die notwendig ist, um die Ausgangsspannung ausreichend schnell in Abhaengigkeit der Steuerspannung zu aendern. Ist die Schaltfrequenz zu niedrig, so entsteht eine Tiefpasswirkung. Diese Tiefpasswirkung ist besonders dann unerwuenscht, wenn der Schaltwandler zum Aufbringen der Amplitudenmodulation in einem Polar-Loop-Sender verwendet werden soll. Bei einem EDGE Polar-Loop-Sender beispielsweise muss die Schaltfrequenz ca. 10MHz betragen, was fuer eine vernuenftige technische Realisierung in einem Telefon zu hoch ist. Der LDO hingegen besitzt prinzipbedingt eine grosse Bandbreite, so dass er diesbezueglich dem Schaltwandler eindeutig ueberlegen ist.

Ein weiterer Nachteil sind die sog. Spurious, die durch Schaltwandler erzeugt werden und durch Amplituden-Modulation im Spektrum des HF-Ausgangssignals der Verstaerkereinheit sichtbar werden. Diese Spurious sind eine Folge der physikalischen Wirkungsweise des Wandlers und lassen sich nur durch aufwaendige Filtermassnahmen auf das notwendige Minimum reduzieren.

Es wird vorgeschlagen, die bekannte LDO-Anordnung durch Einbeziehung eines Schaltwandlers zu erweitern. Eine prinzipielle Realisierung ist in Abb. 1 dargestellt. Der Schaltwandler besitzt einen Steuereingang, um dessen Ausgangsspannung einzustellen. Im Unterschied zum bekannten Schaltwandleransatz ist jedoch die Steuerspannung und dami...