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Dokumentenidentifikation DE69531273T2 27.05.2004
EP-Veröffentlichungsnummer 0000701332
Titel Schaltung für variable Verstärkung und Radioapparat mit einer solchen Schaltung
Anmelder Kabushiki Kaisha Toshiba, Kawasaki, Kanagawa, JP
Erfinder Fujimoto, Ryuichi, Katsushika-ku, Tokyo-to, JP;
Tanimoto, Hiroshi, Kawasaki-shi, Kanagawa-ken, JP
Vertreter HOFFMANN · EITLE, 81925 München
DE-Aktenzeichen 69531273
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 11.09.1995
EP-Aktenzeichen 951142413
EP-Offenlegungsdatum 13.03.1996
EP date of grant 16.07.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.05.2004
IPC-Hauptklasse H04B 1/00
IPC-Nebenklasse H03G 1/00   H03H 11/28   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung mit variabler Verstärkung zum Schalten einer Vielzahl von Verstärkern, und auf eine Funkvorrichtung, welche die Schaltung mit variabler Verstärkung verwendet.

Es wird eine Bezugnahme auf EP-A-0,658,977 und PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 013 no. 507 (E-845), 14. November 1989 & JP-A-01 204477 (NEC CORP) 17. August 1989 gerichtet.

Um den dynamischen Bereich bei einer (drahtlosen) Funkvorrichtung zu erweitern, ist es wirksam, die Verstärkung zu steuern. In 1, welche einen herkömmlichen Funkempfänger zeigt, umfasst der Empfänger beispielsweise eine Antenne 1 zur Eingabe eines extern übertragenen Empfangssignals, einen herkömmlichen Verstärker 10 zum Verstärken des Empfangssignals, einen Bandpassfilter 2, durch welchen ein vorbestimmtes Frequenzband des Empfangssignal passiert wird, einen Frequenzumformer 3 zum Umformen einer Frequenz des Empfangssignals, einen Lokaloszillator 4 zur Ausgabe eines Lokaloszillatorsignals und eine Signalbearbeitungseinheit zur Bearbeitung eines frequenzumgeformten Signals. In diesem Fall ändert sich der Pegel eines über die Antenne 1 eingegebenen Signals verschiedenartig. Wenn eine Verstärkung des Verstärkers 10 nicht variabel ist, kann eine Verzerrung mit Bezug auf ein übermäßiges Eingangssignal auftreten, und/oder es kann sich eine Rauscheigenschaft mit Bezug auf ein sehr kleines Eingangssignal verschlechtern. Demgemäß ist es wünschenswert, dass der Verstärker eine variable Verstärkung hat, um somit eine Verstärkung mit Bezug auf ein übermäßiges Eingangssignal durchzuführen, und um eine Verstärkung mit Bezug auf ein sehr kleines Eingangssignal durchzuführen.

Der Verstärker 10 umfaßt einen Eingangsanschluß, 1 bis n Verstärkungsstufen 12a12n, welche parallel miteinander verbunden sind, und einen Ausgangsanschluß 16. Jede Verstärkungsstufe 12 umfaßt eine eingangsseitige Anpaßschaltung 13, eine Verstärkungsstufe 14 und eine ausgangsseitige Anpaßschaltung 15. Demgemäß werden durch die Anpaßschaltungen 13 und 15 jeweilige Stufen mit einer Eingangsseite und Ausgangsseite angepaßt, um schließlich das optimale Empfangssignal für die Signalbearbeitungseinheit 5 zuzuführen.

Darüber hinaus werden, wie in 1 gezeigt, die Antenne 1 und/oder der Filter 2 usw., im allgemeinen vor und hinter dem Verstärker 10 angeordnet. Da diese Teile (Schaltungsbauteile) auf der Basis eines vorbestimmten Wellenwiderstandes Z0 (im allgemeinen 50 Ohm, und im folgenden wird der Wellenwiderstand mit 50 Ohm angenommen) entworfen werden, werden, wenn die Eingangsimpedanz oder die Ausgangsimpedanz des Verstärkers nicht auf 50 Ohm eingestellt ist, die Antenne und/oder der Filter, welche vor und hinter dem Verstärker angeordnet sind, keine gewünschte Performance zeigen. Da jedoch im allgemeinen die Eingangs-/Ausgangsimpedanz des Verstärkers selber nicht 50 Ohm entspricht, werden Anpaßschaltungen 13 und 15, wie in 2 gezeigt, verwendet, um die Eingangsimpedanz oder die Ausgangsimpedanz des Verstärkers auf 50 Ohm umzuformen (zu ändern).

Hier dient eine typische Anpaßschaltung zur Umformung einer bestimmten Impedanz in eine gewünschte Impedanz bei einer vorbestimmten Frequenz. Demgemäß ist es, wenn sich die Frequenz ändert oder die Eingangsimpedanz oder Ausgangsimpedanz des Verstärkers selber ändert, schwierig eine Anpassung aufrecht zu erhalten.

Bisher ist eine elektrische Schaltung zur Durchführung eines Schaltens zwischen mehreren Verstärkungen von einem Aufbau, bei welchem ein Schalten zwischen Verstärkungsstufen durch Schalter durchgeführt wird, oder ist von einem Aufbau, bei welchem jeweilige Verstärkungsstufen parallel verbunden werden, wie in 1 gezeigt. Wenn die Schalter beispielsweise dem Verstärker 10 bereitgestellt werden, werden Schalter 17 und 18 jeweils vor der Anpaßschaltung 13 und hinter der Anpaßschaltung 15 verbunden.

Der Betrieb der in 1 gezeigten Schaltung wird zunächst beschrieben. In dem Fall, bei welchem die Verstärkung in der Schaltung von 1 auf A1 eingestellt wird, werden Schalter SWout1 der ersten Stufe (gekennzeichnet mit Bezugsziffern 17 und 18) eingeschaltet, und weitere Schalter von weiteren Stufen (gekennzeichnet mit Bezugsziffern 17 und 18) werden alle ausgeschaltet. Genauso werden in dem Fall, bei welchem die Verstärkung in der zweiten Stufe auf A2 eingestellt wird, Schalter SWin2 (17) und SWout2 (18) eingeschaltet, und weitere Schalter werden in weiteren Stufen alle ausgeschaltet. Da dieses Verfahren zur Verstärkungsauswahl Schalter verwendet, werden Elemente zur Bildung eines Schalters, wie beispielsweise ein FET (Feldeffekttransistor) benötigt, damit diese Schalter innerhalb eines IC's (integrierte Schaltung) ausgebildet (aufgebaut) werden. Aus diesem Grund war es notwendig, eine GaAs-Bearbeitung oder BiCMOS-Bearbeitung mit hohen Kosten zu verwenden. Ferner gibt es ebenfalls Fälle, bei denen die Gesamteigenschaft der Schaltung in Abhängigkeit von der Performance des Schalters verschlechtert werden könnte.

Zusätzlich ist es aus dem zuvor beschriebenen Grund vom praktischen Gesichtspunkt aus notwendig, zu jeder jeweiligen Verstärkungsstufe Anpaßschaltungen (nicht gezeigt) vorzubereiten. Da die Anpaßschaltung, welche im allgemeinen passive Elemente umfaßt, innerhalb eines IC's einen großen Belegungsbereich einnimmt, resultiert daraus ebenfalls das Problem, daß der Chipbereich vergrößert werden würde.

Andererseits werden in dem Fall, bei welchem Schalter nicht innerhalb des IC's integriert werden, Schalter von extern angebrachten Teilen verwendet. Wenn jedoch extern angebrachte Teile verwendet werden, stellt sich das Problem ein, daß der Bereich vergrößert wird und/oder die Kosten hoch werden.

Der Betrieb der Schaltung wird nun beschrieben. Um die Verstärkung in der Schaltung auf A1 zu setzen, wird, wie in 1 gezeigt, nur die erste Verstärkungsstufe, welche Verstärker 14 enthält, eingeschaltet, und weitere Verstärkungsstufen werden alle ausgeschaltet. Genauso wird, um die Verstärkung auf A2 zu setzen, nur die zweite Verstärkungsstufe, welche Verstärker 14 enthält, eingeschaltet, und weitere Verstärkungsstufen werden alle ausgeschaltet. Da dieses Verfahren zur Verstärkungsauswahl keinen Schalter verwendet, kann es sogar durch eine preiswerte Bearbeitung realisiert werden, welche keinen FET hat, wie eine bipolare Bearbeitung. Da sich jedoch die Eingangs- und Ausgangsimpedanzwerte der Schaltung auf einen hohen Grad in Abhängigkeit von einer Verstärkungsstufe ändern, deren Vorspannung eingeschaltet wird (d. h. eine ausgewählte Verstärkungsstufe), ist es schwierig zu ermöglichen, die Eingangs- und Ausgangsimpedanzwerte der Schaltung auf einen gewünschten Impedanzwert anzupassen, sogar unabhängig davon, welche Verstärkungsstufe ausgewählt wird.

Ferner schwanken in Schaltungen wie in 1 gezeigt, Eigenschaften von jeweiligen Verstärkungsstufen, wenn kein Nachführen (Folgen) mit Bezug auf Veränderungen (Unregelmäßigkeit) der Bearbeitung durchgeführt wird.

Bei der Schaltung, welche zum Durchführen eines Schaltens zwischen mehreren Verstärkungen angepaßt ist, wird in dem Fall, bei welchem eine Verstärkungsschaltung durch Verwenden eines Schalters durchgeführt wird, eine Performance der gesamten Schaltung in Abhängigkeit von der Performance des Schalters schwach, oder es war notwendig eine GaAs-Bearbeitung oder BiCMOS-Bearbeitung mit hohen Kosten zu verwenden, da ein Schalter verwendet wird.

Zusätzlich ist es bzgl. der Impedanzanpassung in dem Fall, bei welchem ein Schalter verwendet wird, notwendig, unterschiedliche Anpassungsschaltungen an jeder jeweiligen Stufe bereitzustellen, welches zu einem großen Chipbereich führt. Andererseits ist es in dem Fall, bei welchem kein Schalter verwendet wird, sogar unabhängig davon, welche Verstärkungsstufe ausgewählt wird, schwierig, eine Anpassung herzustellen, so daß eine Konstante (festgesetzte) Impedanz resultiert.

Angesichts der oben beschriebenen Probleme ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, durch eine günstige bipolare Bearbeitung ohne Verwendung eines Schalters, ein Verstärkungsschaltmittel zu realisieren, welches so angepaßt ist, daß sich Eingangs- und Ausgangsimpedanzwerte des Verstärkers nicht ändern, sogar wenn die Verstärkungsstufe ausgewählt wird, und daß es somit ausreicht, Anpassungsschaltungen jeweils auf der Eingangsseite und auf der Ausgangsseite bereitzustellen.

Gemäß eines Aspektes der Erfindung wird eine Schaltung mit variabler Verstärkung bereitgestellt, umfassend eine erste Verstärkungseinheit und eine zweite Verstärkungseinheit, die parallel zwischen einem Eingangsanschluß und einem Ausgangsanschluß verbunden sind, und eine Steuereinheit, um den Verstärkungseinheiten zu erlauben, selektiv betriebsfähig zu sein, wobei: jede der Verstärkungseinheiten eine Eingangsstufe zum Eingeben eines Hochfrequenzsignals hat und einen Eingangsimpedanzwert, gesehen von dem Eingangsanschluß, hat, eine Verstärkerstufe zum Ausgeben eines Signals, das bezüglich des Hochfrequenzsignals verstärkt wird, und eine Ausgangsstufe einen Ausgangsimpedanzwert, gesehen von dem Ausgangsanschluß, hat, wobei mindestens zwei der Eingangsimpedanzwerte und der Ausgangsimpedanzwerte zueinander gleich sind.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung werden mehr als zwei Verstärkungseinheiten bereitgestellt, und die Vielzahl von Verstärkungseinheiten umfassen jeweils mindestens eines: Eingangsstufen, deren Eingangsimpedanzwerte, gesehen von dem Eingangsanschluß, zueinander gleich sind, und Ausgangsstufen, deren Ausgangsimpedanzwerte, gesehen von dem Ausgangsanschluß, zueinander gleich sind.

Gemäß eines weiteren Aspektes der Erfindung wird eine Funkvorrichtung bereitgestellt, welche die Schaltung mit variabler Verstärkung gemäß des einen Aspektes der Erfindung umfaßt, und angepaßt ist zum Empfangen von Daten durch Durchführung einer Frequenzumformung eines empfangenen Signals von einer Funkfrequenz in eine Basisfrequenz, um eine vorbestimmte Signalbearbeitung durchzuführen, wobei die Funkvorrichtung umfaßt: Verstärkungsschaltmittel zum Schalten einer Vielzahl von Verstärkungseinheiten, die miteinander parallel verbunden sind, wobei mindestens zwei von Eingangsimpedanzwerten und Ausgangsimpedanzwerten gleiche Werte haben; und Signalbearbeitungsmittel zum Steuern eines Wechsels der Verstärkung in dem Verstärkungsschaltmittel entsprechend dem empfangenen Funkfrequenzsignal.

In der begleitenden Zeichnung ist:

1 eine Ansicht, welche den Aufbau eines herkömmlichen Funkempfängers zeigt;

2 eine Ansicht, welche den Aufbau von einer herkömmlichen Schaltung mit variabler Verstärkung und Anpaßschaltungen auf der Eingangsseite und auf der Ausgangsseite davon zeigt;

3 eine Ansicht, welche den grundlegenden Aufbau einer Schaltung mit variabler Verstärkung dieser Erfindung zeigt;

4 eine Ansicht zur Erläuterung des Prinzips der Schaltung mit variabler Verstärkung dieser Erfindung;

5 eine Ansicht zur Erläuterung des Prinzips der Schaltung mit variabler Verstärkung dieser Erfindung;

6 eine Ansicht zur Erläuterung des Prinzips der Schaltung mit variabler Verstärkung dieser Erfindung;

7 eine Ansicht, welche ein Beispiel des Aufbaus von einer elementaren Schaltung der Verstärkerstufe der Schaltung mit variabler Verstärkung von dieser Erfindung zeigt;

8 eine Ansicht, welche ein weiteres Beispiel des Aufbaus von einer elementaren Schaltung der Verstärkerstufe der Schaltung mit variabler Verstärkung von dieser Erfindung zeigt;

9 eine Ansicht, welche ein Beispiel des Aufbaus einer Anpaßschaltung zeigt, welche in der Schaltung mit variabler Verstärkung dieser Erfindung verwendet wird;

10 eine Ansicht, welche ein Beispiel des Aufbaus zeigt, bei welchem die Schaltung mit variabler Verstärkung dieser Erfindung an einem Funkempfänger angelegt wird;

11 eine Ansicht, welche den Aufbau eines ersten Anwendungsbeispiels der Schaltung mit variabler Verstärkung dieser Erfindung zeigt;

12 eine Ansicht, welche den Aufbau eines zweiten Anwendungsbeispiel der Schaltung mit variabler Verstärkung dieser Erfindung zeigt;

13 eine Ansicht, welche den Aufbau eines dritten Anwendungsbeispiels der Schaltung mit variabler Verstärkung dieser Erfindung zeigt;

14 eine Ansicht, welche den Aufbau eines vierten Anwendungsbeispiels der Schaltung mit variabler Verstärkung dieser Erfindung zeigt;

15 eine Ansicht, welche den Aufbau eines fünften Anwendungsbeispiels der Schaltung mit variabler Verstärkung dieser Erfindung zeigt;

16 ein Schaltplan, welcher ein erstes Schaltungsbeispiel der Schaltung mit variabler Verstärkung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

17 ein Schaltplan, welcher ein zweites Schaltungsbeispiel der Schaltung mit variabler Verstärkung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

18 ein Schaltplan, welcher ein drittes Schaltungsbeispiel der Schaltung mit variabler Verstärkung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

19 ein Ersatzschaltbild zur Erläuterung eines Prinzips der vorliegenden Erfindung;

20 ein Kennlinienfeld zur Erläuterung eines Prinzips der vorliegenden Erfindung; und

21 ein Blockdiagramm, welches einen Aufbau einer Funkvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Die hiernach beschriebene Schaltung mit variabler Verstärkung ist derart, daß in parallel verbundenen Verstärkerstufen Eingangsimpedanzwerte von Schaltungen, welche der Eingangsseite am nächsten sind, und Ausgangsimpedanzwerte von Schaltungen, welche der Ausgangsseite am nächsten sind, dazu verursacht werden, bei allen Verstärkungsstufen im wesentlichen dieselben zu sein, wodurch zugelassen wird, daß Eingangs- und Ausgangsimpedanzwerte im wesentlichen konstant sind, sogar unabhängig davon, welche Verstärkungsstufe ausgewählt wird.

Im allgemeinen ändern sich größtenteils, in Abhängigkeit des Falles, bei welchem Leistung an eine elektronische Schaltung zugeführt wird, und des Falles, bei welchem keine Leistung hierzu zugeführt wird, Größen der Eingangsimpedanz und der Ausgangsimpedanz der elektronischen Schaltung. Genauso kann, ebenfalls in Abhängigkeit von Änderungen in Versorgungszuständen der Vorspannungsleistung oder der Vorspannung von einer Vorspannungsschaltung zum Einstellen des Betriebszustandes der elektronischen Schaltung, die Eingangs-/Ausgangsimpedanz von der Schaltung schwanken.

Die Schaltung mit variabler Verstärkung ist so angepaßt, daß vorbestimmte Signalverstärkungsfaktoren gemäß Verstärkungsfaktoren von den Verstärkungsabschnitten der mehreren Verstärkungsstufen-Blöcken bestimmt werden, einen der jeweiligen Verstärkungsstufen-Blöcke auszuwählen, wodurch es ermöglicht wird, einen gewünschten Verstärkungsfaktor zu erhalten. In diesem Fall, da sogar unabhängig davon welche Verstärkungsstufe ausgewählt wird, nur eine Verstärkungsstufe verursacht wird im eingeschalteten Zustand zu sein, und alle weiteren Verstärkungsstufen verursacht werden im ausgeschalteten Zustand zu sein, werden die Eingangsimpedanz und die Ausgangsimpedanz der gesamten variablen Verstärkungsstufe immer im wesentlichen konstant (festgelegt) sein, sogar unabhängig davon, welche Verstärkungsstufe ausgewählt wird, d. h. unabhängig von der ausgewählten Verstärkungsstufe. Aus diesem Grund ist es unnötig, individuell unterschiedliche Anpaßschaltungen an jeweiligen Verstärkungsstufen bereitzustellen.

Wenn eine Anpaßschaltung als die gesamte Schaltung mit variabler Verstärkung verwendet wird, ist es möglich mit einer gewünschten Impedanz anzupassen, sogar unabhängig davon, welcher Verstärkungsstufen-Block ausgewählt wird.

Daraus resultierend kann die Gesamtanzahl an Anpaßschaltungen, welche im allgemeinen große Bereiche innerhalb der integrierten Schaltung (IC) belegen, verringert werden. Dadurch kann der Chip-Bereich insgesamt reduziert werden. Darüber hinaus kann, da es möglich ist, gleichzeitig die Verstärkungsschaltfunktion und die Impedanzanpaßfunktion ohne Verwendung eines Verbindungsschalters zu realisieren, eine Verstärkungsschalt-Schaltung in die Praxis umgesetzt werden, sogar mit einer relativ günstigen Bearbeitung, wie zum Beispiel einer typischen bipolaren Bearbeitung.

Wie oben beschrieben, macht es die Schaltung mit variabler Verstärkung, welche eine Vielzahl von Verstärkungsstufen hat, einfach, eine Anpassung mit externen Schaltungen zu bewirken, welche mit der Eingangsseite und der Ausgangsseite verbunden werden, und die Anzahl an Anpaßschaltungen kann reduziert werden.

Zusätzlich kann, da kein Schalter zur Verstärkungsschaltung verwendet wird, diese Schaltung mit variabler Verstärkung sogar durch eine günstige Bearbeitung, wie zum Beispiel eine typische bipolare Bearbeitung, realisiert werden.

Es wird eine Schaltung mit variabler Verstärkung und eine Funkvorrichtung, welche dieselbe verwendet, gemäß bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben.

Zunächst wird nun vor der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform, der grundlegende Aufbau der Schaltung mit variabler Verstärkung dieser Erfindung mit Bezug auf 3 beschrieben. Bezugsziffern 20A, 20B, ... und 20C kennzeichnen mehrere unterschiedliche Verstärkungsstufen-Blöcke. In jeweiligen Verstärkungsstufen-Blöcken sind Eingangsabschnitte 21a, 21b, ... und 21n, Verstärkungsabschnitte 22a(A1), 22b(A2), ... und 22n(An) und Ausgangsabschnitte 23a, 23b, ... und 23n, usw., enthalten.

Wie in 3 gezeigt, sind mehrere Verstärkungsstufen-Blöcke parallel verbunden, um somit eine Schaltung mit variabler Verstärkung als eine Gesamtheit zu bilden, und eine Anpaßschaltung 13 der Eingangsseite und eine Anpaßschaltung 14 der Ausgangsseite sind jeweils vor und hinter der Stufe mit variabler Verstärkung verbunden.

Bei dem oben erwähnten grundlegenden Aufbau wird ein Eingangsschaltungsabschnitt derart gebildet, so daß Eingangsimpedanzwerte der Schaltungsteile (Eingangsabschnitte 21a, 21b, ... und 21n der Verstärkungsstufen-Blöcken 20A-20N), welche dem Signaleingangsanschluß 11 am nächsten sind, wobei sie in den einzelnen Verstärkungsstufen-Blöcken 20A, 20B, ... und 20N enthalten sind, im wesentlichen zueinander gleich sind,. und ein Ausgangsschaltungsabschnitt wird so gebildet, daß Ausgangsimpedanzwerte der Schaltungsteile (Ausgangsabschnitte 23a, 23b,... und 23n der Verstärkungsstufen-Blöcke 20A20N), welche dem Signalausgangsanschluß 16 am nächsten sind, zueinander gleich sind. Wenn eine Betrachtung in Verbindung mit den Eingangsimpedanzwerten und den Ausgangsimpedanzwerten der einzelnen Verstärkungsstufen-Blöcke gezogen wird, wird die Eingangsimpedanz der gesamten Stufe mit variabler Verstärkung auf einen maximalen Grad durch die Eingangsimpedanzwerte der Schaltungen, welche dem Signaleingangsanschluß am nächsten sind, d. h. die Schaltungen der Eingangsabschnitte der jeweiligen Verstärkungsstufen, bewirkt, und die Ausgangsimpedanz der gesamten Stufen mit variabler Verstärkung wird auf einen maximalen Grad durch Ausgangsimpedanzwerte der Schaltung bewegt, welche dem Signalausgangsanschluß, d. h. die Schaltungen der Ausgangsabschnitte der jeweiligen Verstärkungsstufen, am nächsten ist. Im Gegensatz dazu haben Eingangsimpedanzwerte und Ausgangsimpedanzwerte, usw., der Verstärkungsabschnittschaltungen, welche zwischen den Eingangsabschnitten und den Ausgangsabschnitten der Verstärkungsstufen-Blöcken bereitgestellt sind, einen geringeren Einfluß auf die Eingangsimpedanz und die Ausgangsimpedanz der gesamten Stufe mit variabler Verstärkung.

Im allgemeinen ändern sich gemäß des Falles, bei welchem Leistung an eine elektronische Schaltung zugeführt wird, und des Falles, bei welchem keine Leistung daran zugeführt wird, Größen der Eingangsimpedanz und der Ausgangsimpedanz der elektronischen Schaltung größtenteils. Genauso kann, ebenfalls in Abhängigkeit von Änderungen in Zuführungszuständen der Vorspannungsleistung oder der Vorspannung von einer Vorspannungsschaltung zum Einstellen des Betriebszustandes der elektronischen Schaltung, die Eingangs-/Ausgangsimpedanz der Schaltung schwanken.

Die Verstärkungsschalt-Schaltung dieser Erfindung ist so angepaßt, daß vorbestimmte Signalverstärkungsfaktoren in Abhängigkeit von Verstärkungsfaktoren der Verstärkungsabschnitte von mehreren Verstärkungsstufen-Blöcken bestimmt werden, um irgendeinen der jeweiligen Verstärkungsstufen-Blöcke auszuwählen, wodurch es ermöglicht wird, einen gewünschten Verstärkungsfaktor zu erhalten. In diesem Fall wird, unabhängig davon welche Verstärkungsstufe ausgewählt wird, nur eine Verstärkungsstufe bewirkt im eingeschalteten Zustand zu sein, und alle weiteren Verstärkungsstufen werden bewirkt im ausgeschalteten Zustand zu sein, die Eingangsimpedanz und die Ausgangsimpedanz der gesamten Stufe mit variablem Gewinn sind immer im wesentlichen konstant (festgesetzt), unabhängig davon welche Verstärkungsstufe ausgewählt wird, d. h. unabhängig von der ausgewählten Verstärkungsstufe. Aus diesem Grund ist es unnötig, einzeln unterschiedliche Anpaßschaltungen an jeweiligen Verstärkungsstufen bereitzustellen. Wenn eine Anpaßschaltung als die gesamte Verstärkungsschalt-Schaltung verwendet wird, ist es möglich mit einer gewünschten Impedanz anzupassen, unabhängig davon, welcher Verstärkungsstufen-Block ausgewählt wird.

Daraus resultierend kann die Gesamtanzahl an Anpaßschaltungen, welche im allgemeinen große Bereiche innerhalb der integrierten Schaltung (IC) belegen, verringert werden. Dadurch kann der Chipbereich insgesamt reduziert werden. Darüber hinaus kann, da es möglich ist gleichzeitig die Verstärkungsschaltfunktion und die Impedanzanpaßfunktion ohne Verwendung eines Verbindungsschalters zu realisieren, die Schaltung mit variabler Verstärkung in Praxis umgesetzt werden, sogar bei einer relativ günstigen Bearbeitung, wie zum Beispiel einer typischen bipolaren Bearbeitung.

Der grundlegende Aufbau der Schaltung mit variabler Verstärkung dieser Erfindung ist in 3 gezeigt. Jeweilige Eingangsimpedanzwerte von Schaltungen, welche der Eingangsseite (Eingangsabschnitte 21a, 21b, ... und 21n) am nächsten sind, und Ausgangsimpedanzwerte von Schaltungen, welche der Ausgangsseite (Ausgangsabschnitte 23a, 23b,... und 23n) am nächsten sind, und zwar von jeweiligen Verstärkungsstufenblöcken 20A, 20B, ... und 20N, werden bewirkt bei allen Verstärkungsstufen im wesentlichen dieselben zu sein, wobei eine Steuereinheit 24 eine Auswahl eines Verstärkungsstufen-Blockes gemäß einer gewünschten Verstärkung durchführt.

Der Grund dafür, warum der Aufbau verwendet wird, bei welchem Eingangsimpedanzwerte verursacht werden im wesentlichen dieselben zu sein, wird nun Bezug auf 4 und 5 beschrieben mit. Zur Kürze der Erläuterung wird angenommen, daß eine Betrachtung in Verbindung mit zwei Schaltungen gezogen wird, und es wird ferner angenommen, daß eine Eingangsimpedanz Zin ist und die andere Eingangsimpedanz Zin ist. Eingangs wird, wie in 4 gezeigt, eine Anpaßschaltung 25, welche so angepaßt ist, daß sie eine Impedanzanpassung mit dem Wellenwiderstand 50 Ohm erlaubt, mit zwei Schaltungen 26 und 26 einer Eingangsimpedanz Zin verbunden, welche parallel verbunden sind. Wenn ein solcher Zustand resultiert, findet keine Reflektion eines Eingangssignals an dem Eingangsanschluß statt.

Dann wird, wie in 5 gezeigt, eine Anpaßschaltung 25 mit einer Schaltung verbunden, welche eine Schaltung 26 mit einer Eingangsimpedanz Zin und eine Schaltung 27 mit einer Eingangsimpedanz Zin' umfaßt, welche parallel verbunden sind. Hier werden, wenn diese Schaltungsanordnung eine derartige Eingangsimpedanz Zm hat, so daß das Stehwellen-Verhältnis (VSWR) am Eingangsanschluß mit „VSWR < 3" ausgedrückt wird, Zin und Zin' so betrachtet, daß sie im wesentlichen dieselben Impedanz haben, da Leistung, welche am Eingangsanschluß reflektiert wird, geringer als ½ ist.

In dem Fall, bei welchem die Verstärkungsstufe 20A in der Schaltung von 3 ausgewählt wird, wird die Steuereinheit 24 bewirkt so betriebsfähig zu sein, daß nur die Verstärkungsstufe 20A eingeschaltet wird und weitere Verstärkungsstufen 20B20N alle ausgeschaltet werden. Zu diesem Zeitpunkt wird die Verstärkung der Schaltung von 3 ausgedrückt als Ain + A1 + Aout [dB]. Darüber hinaus werden die Eingangsimpedanz und die Ausgangsimpedanz dieser Schaltung im wesentlichen durch die Eingangsimpedanzwerte von Schaltungen bestimmt, welche der Eingangsseite am nächsten sind, und der Ausgangsimpedanzwerte von Schaltungen, welche der Ausgangsseite am nächsten sind, und zwar von jeweiligen Verstärkungsstufen. In dem Fall der Schaltung von 3 wird, sogar unabhängig davon welche Verstärkungsstufe ausgewählt wird, nur eine Verstärkungsstufe, welche ausgewählt wird von den Schaltungen, welche der Eingangsseite von jeweiligen Verstärkungsstufen am nächsten sind, im eingeschalteten Zustand sein, und Schaltungen von weiteren Verstärkungsstufen sind alle im ausgeschalteten Zustand. Die Eingangsimpedanz der Schaltung von 6 ist gleich einem Wert, bei welchem eine Eingangsimpedanz (Zon) von einer eingangsseitigen Schaltung im eingeschalteten Zustand ist, gekennzeichnet durch Bezugsziffer 28, und eine Eingangsimpedanz (Zoff) von (n-1) eingangsseitigen Schaltungen im ausgeschalteten Zustand ist, gekennzeichnet durch Bezugsziffer 29, parallel verbunden sind. Da dieser Zustand derselbe ist, sogar unabhängig davon welche Verstärkungsstufe ausgewählt ist, d. h. unabhängig von der ausgewählten Verstärkungsstufe, wird die Eingangsimpedanz der Schaltung von 3 festgesetzt (konstant), sogar unabhängig davon, welche Verstärkungsstufe ausgewählt ist.

Dies wird genauso auf die Ausgangsseite angewendet. Da sogar in dem Fall, bei welchem, unabhängig davon, welche Verstärkungsstufe ausgewählt ist, nur die ausgewählte Verstärkungsstufe im eingeschalteten Zustand ist und weitere Verstärkungsstufen im ausgeschalteten Zustand sind, ist die Ausgangsimpedanz zu allen Zeiten konstant. Aus diesem Grund ist es ausreichend, jeweils Anpaßschaltungen auf der Eingangsseite und auf der Ausgangsseite bereitzustellen, da es ausreicht, daß Anpaßschaltungen dieselben sind, sogar unabhängig davon, welche Verstärkungsstufe in der Schaltung von 3 ausgewählt wird. Daher ist es unnötig, eine hohe Anzahl an Anpaßschaltungen vorzubereiten, wie im Falle der in 1 gezeigten Schaltung.

Einzelne Schaltungen an jeweiligen Verstärkungsstufen von 3 können beispielsweise ein Verstärker 30 mit geerdetem Emitter sein, wie in 7 gezeigt, oder ein Dämpfer 31, bei welchem Widerstandselemente 32a32c in &pgr;-Form verbunden sind, wie in 8 gezeigt. Die Schaltungsform, die Verstärkungsgröße und Größe der Dämpfungsquantität sind willkürlich. Im allgemeinen sind Abmessungen dieser Schaltungen bestenfalls um 100 &mgr;m2. Im Gegensatz dazu haben bei einer Anpaßschaltung, welche ein typisches passives Element verwendet, bei welchem ein Kondensator 33 und eine Spule 34 in Serie verbunden sind, wie in 9 gezeigt, die Spule 34 und der Kondensator 33 jeweils einen großen Bereich, mehr als einige hunderte &mgr;m2 und 100 &mgr;m2. Demgemäß kann in dem Fall der Schaltung von 3 der Chipbereich reduziert werden, da Schaltungen, welche kleiner als 100 &mgr;m2 sind, nur in jeweiligen Stufen bereitgestellt werden, so daß die Anzahl an Anpaßschaltungen, welche einen großen Bereich belegen, reduziert werden kann.

Darüber hinaus zeigt 10 ein Beispiel, bei welchem die Schaltung von 3 als ein Funkempfänger 35 verwendet wird. Ein von einem Antennenabschnitt 1 eingegebenes Empfangssignal wird durch einen Frequenzumformer 3 über ein Bandpaßfilter 2 in ein Basisbandsignal umgeformt. Das somit erhaltene Basisbandsignal wird durch eine Signalbearbeitungseinheit 5 in Sprach/Bild-Daten, usw. umgeformt. Die Signalbearbeitungseinheit 5 beurteilt eine Größe von einer Signalamplitude. In dem Fall, bei welchem die Signalbearbeitungseinheit 5 Änderungen (Schwankung) des Pegels eines Empfangssignals erfaßt, gibt sie ein Steuersignal aus, um eine Einheit (nicht gezeigt) einer Schaltung mit variabler Verstärkung 36 auf die Weise zu steuern, daß sie den oben erwähnten Aufbau hat, oder dergleichen. Wenn der Funkempfänger beispielsweise ein Signal von einem Amplitudenwert eines vorbestimmten Pegels oder mehr empfängt, gibt die Signalbearbeitungseinheit 5 ein Steuersignal aus, um es zu ermöglichen, daß die Dämpfungsgröße der Signalamplitude groß wird. In dem Fall, bei welchem die Signalbearbeitungseinheit 5 kein Signal eines Amplitudenwertes von einem vorbestimmten Pegel erfassen kann, gibt sie ein Steuersignal aus, um es zu ermöglichen, daß die Dämpfungsgröße der Signalamplitude klein wird.

Bei dem Verstärkungsschaltkreis, welcher diese Erfindung verwendet, zeigt die Antenne und/oder der Filter, welche vor und hinter dem Verstärkungsschaltkreis angeordnet sind, eine zufriedenstellende Eigenschaft, da die Eingangsimpedanz und die Ausgangsimpedanz beide mit 50 Ohm angepaßt sind, und es resultiert dort keine unnötige Reflektion, welche in dem Fall stattfindet, bei welchem diese Elemente nicht mit 50 Ohm angepaßt sind.

Die in 11 gezeigte Schaltung hat einen Aufbau, welcher Verstärkungsstufen-Blöcke 20A, 20B,... und 20N umfaßt, welche parallel verbunden sind, so daß Ausgangsimpedanzwerte von Schaltungen, welche der Ausgangsseite (Ausgangsabschnitte 23a, 23b, ... und 23n) am nächsten sind, und zwar von jeweiligen Verstärkungsstufen-Blöcken 20A, 20B, ... und 20N, bewirkt werden bei all den Verstärkungsstufen zueinander gleich zu sein. Um Verstärkungsstufe 20A in dieser Schaltung auszuwählen, wird nur die Verstärkungsstufe 20A dazu bewirkt, eingeschaltet zu sein, und alle weiteren Verstärkungsstufen werden bewirkt ausgeschaltet zu sein. Somit wird die Ausgangsimpedanz der Schaltung von 11 gleich einem Wert, bei welchem eine Ausgangsimpedanz von einer Schaltung, welche der Ausgangsseite am nächsten ist, im eingeschalteten Zustand ist, und eine Ausgangsimpedanz von (n-1) Schaltungen, welche der Ausgangsseite am nächsten sind, im ausgeschalteten Zustand sind, parallel zueinander verbunden sind. Demgemäß ist die Ausgangsimpedanz konstant (festgelegt), sogar unabhängig davon welche Verstärkungsstufe ausgewählt ist.

Genauso wird die Eingangsimpedanz in der Schaltung von 12 konstant, sogar unabhängig davon, welche Verstärkungsstufe 20A, 20B, ... oder 20N ausgewählt ist. Es werden nämlich Schaltungen, welche der Eingangsseite (Eingangsabschnitte 21a, 21b, ... und 21n) von jeweiligen Verstärkungsstufen-Blöcken 20A, 20B, ... und 20N am nächsten sind, welche so angepaßt sind, daß Eingangsimpedanzwerte bei allen Verstärkungsstufen zueinander gleich sind, verwendet, um einen Aufbau bereitzustellen, welcher diese parallel verbundenen Schaltungen umfaßt, so daß die Eingangsimpedanz konstant wird.

Variationen (Unregelmäßigkeit) des Herstellungsprozesses des Halbleiters werden nun betrachtet. Bei der wie in 3 gezeigten Schaltung treten Variationen bei der Eingangsimpedanz oder der Ausgangsimpedanz von jeweiligen Verstärkungsstufen einzeln bei jeweiligen Verstärkungsstufen-Blöcken auf. Demgemäß würde die Eingangsimpedanz oder die Ausgangsimpedanz von der gesamten in 3 gezeigten Schaltung in Abhängigkeit davon variieren, welche Verstärkungsstufe ausgewählt ist. Im Gegensatz dazu hat die in 13 gezeigte Schaltung, welche Verstärkungsblöcke 40A, 40B, ... 40N umfaßt, einen Aufbau, bei welchem Schaltungen, welche der Eingangsseite (Eingangsabschnitte 41a, 41b, ... und 41n) am nächsten sind, und Schaltungen, welche der Ausgangsseite (Ausgangsabschnitte 43a, 43b, ... und 43n) am nächsten sind, und zwar von allen Verstärkungsstufen-Blöcken 40A, 40B, ... und 40N, dazu bewirkt, denselben Schaltungsaufbau und dieselben Schaltungskonstanten zu haben. Wenn eine solche Annäherung angewendet wird, variieren (schwanken) Eingangsimpedanzwerte der Schaltungen, welche der Eingangsseite am nächsten sind, und Ausgangsimpedanzwerte der Schaltungen, welche der Ausgangsseite am nächsten sind, während sie ein Nachführen mit Bezug auf Variationen der Bearbeitung ausführen. Aus diesem Grund wird, unabhängig von der ausgewählten Verstärkungsstufe, die Eingangsimpedanz und die Ausgangsimpedanz von der gesamten in 13 gezeigten Schaltung konstant. Ziffern 42a, 42b, ... 42n kennzeichnen Verstärkungsabschnitte in den Verstärkungsstufen-Blöcken 40A, 40B, ... 40N.

Bei der in 14 gezeigten Schaltung werden Schaltungen, welche der Eingangsseite (Eingangsabschnitte 44a, 44b, 44c, ... und 44n) am nächsten sind, und Schaltungen, welche der Ausgangsseite (46a, 46b, 46c, ... 46n) am nächsten sind, und zwar von allen Verstärkungsstufen-Blöcken (45A, 45B, 45C, ... und 45N) dazu bewirkt, denselben Schaltungsaufbau und dieselben Schaltungskonstanten zu haben, die Abschnitte mit Ausnahme der obigen werden jeweils gebildet, indem dieselben Schaltungen verwendet werden, und Unterschiede zwischen gewinnvorschreibenden Verstärkungsfaktoren von jeweiligen Verstärkungsstufen werden bestimmt, indem die Anzahl an verbundenen Schaltungsstufen variiert wird. Bezüglich der Eingangsimpedanz und der Ausgangsimpedanz dieser Schaltung sind sie, genauso wie in dem Fall der Schaltung von 13, konstant, sogar unabhängig davon welche Verstärkungsstufe ausgewählt ist. Darüber hinaus wird in 14 ein Verstärkungsunterschied zwischen Verstärkungsstufe 45A und Verstärkungsstufe 45B gleich einer Größe A der Verstärkungseinheit des Verstärkungseinheiten-Blockes 47a, ... oder 47mn, und ein Verstärkungsunterschied zwischen Verstärkungsstufe 45B und Verstärkungsstufe 45C wird ebenfalls gleich A. Mit Bezug auf Veränderungen der Bearbeitung ändern sich nämlich Eigenschaften von einzelnen Schaltungen, welche jeweilige Verstärkungsstufen bilden, während sie ein Nachfolgen durchführen. Aus diesem Grund werden Verstärkungsunterschiede zwischen jeweiligen Verstärkungsstufen gleich A. Mit Bezug auf Verstärkungsunterschiede zwischen jeweiligen Verstärkungsstufen ist es möglich, Verstärkungsunterschiede durch den Schritt von Größe A von der Einheitenverstärkung zu allen Zeiten genau bereitzustellen. Demgemäß enthält der abschließende Verstärkungsstufen-Block 45N dazwischen geschaltete Verstärkungsabschnitte 47n bis 4mn bei m Stufen.

Darüber hinaus ist die Schaltung von 15 so angepaßt, daß Schaltungen, welche der Eingangsseite (51a, 51b, 51c, ... und 51n) am nächsten sind, und Schaltungen, welche der Ausgangsseite (53a, 53b, 53c, ... und 53n) am nächsten sind, und zwar von allen Verstärkungsstufen-Blöcken 50A, 50B, 50C, ... und 50N, dazu bewirkt werden, denselben Schaltungsaufbau und dieselben Schaltungskonstanten zu haben, Teile von Verstärkungsabschnitten 52a, 52b, ... und 52n werden jeweils gebildet, indem Schaltungen desselben Aufbaus verwendet werden, und Verstärkungsunterschiede zwischen jeweiligen Verstärkungsstufen werden bestimmt, indem ein Weg vorbeschrieben wird, wie eine Vorspannung an die Schaltungen der Verstärkungsabschnitte zugeführt wird. Das heißt, daß die Verstärkungsstufen-Blöcke 50A50N jeweils Spannungsquellen 54a, 54b, ... 54n umfassen. Demgemäß, wenn Vorrichtungsgrößen, beispielsweise Transistoren, welche in Spannungsquellen zur Bestimmung von Vorspannungen verwendet werden, geändert werden, um Vorspannungswerte von jeweiligen Verstärkungsstufen zu bestimmen, schwanken Vorspannungswerte von jeweiligen Verstärkungsstufen, während sie ein Nachfolgen mit Bezug auf Variationen durchführen. In diesem Fall ist es, da eine Verstärkung des Verstärkers im allgemeinen proportional zur Vorspannung ist, möglich, konstante Verstärkungsunterschiede zwischen jeweiligen Verstärkungsstufen der Schaltung von 15 aufrechtzuhalten, genauso wie im Falle der Schaltung von 14.

Als nächstes wird ein detaillierter Schaltungsaufbau von jedem Typ der Schaltungen mit variabler Verstärkung gemäß 16 bis 18 beschrieben.

16 ist ein Schaltplan, welcher eine Schaltung mit variabler Verstärkung gemäß eines ersten konkreten Beispiels zeigt, welche eine Anpaßschaltung an einer Eingangsanschlußseite enthält. Die Schaltung mit variabler Verstärkung des ersten Beispiels entspricht der in 12 gezeigten Schaltung, und umfaßt eine eingangsseitige Anpaßschaltung 13 und eine Vielzahl von Verstärkungsstufen-Blöcken 20A bis 20N. Der Verstärkungsstufen-Block 20A umfaßt einen Eingangsverstärkerabschnitt 24a, Kondensatoren Ca1 und Ca1 und einen Verstärkerabschnitt 22a, und der Verstärkungsstufen-Block 20N umfaßt einen Eingangsabschnitt 21a, Kondensatoren Cn1 und Cn2 und einen Dämpferabschnitt 22n. Die Anpaßschaltung 13 umfaßt eine LC-Schaltung.

Bei dem obigen Aufbau haben die Verstärkungsstufen 21a bis 21n denselben Eingangsimpedanzwert, gesehen von einem Eingangsanschluß 11, da die Eingangsverstärkungsstufen der ersten bis N-ten Verstärkungsstufen-Blöcke denselben Aufbau haben. Da die Schaltung 22a der Verstärker ist und die Schaltung 22n der Dämpfer ist, haben jeweils beide Schaltungen im allgemeinen einen unterschiedlichen Ausgangsimpedanzwert. Demgemäß wird in diesem Beispiel eine Impedanzanpassung nur auf der Eingangsseite gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt.

17 ist ein Schaltplan, welcher eine Schaltung mit variabler Verstärkung gemäß eines zweiten konkreten Beispiels zeigt, welche eine Anpaßschaltung auf einer Ausgangsseite enthält. Die Schaltung mit variabler Verstärkung des zweiten Beispiels entspricht der in 11 gezeigten Schaltung, und umfaßt eine Vielzahl von Verstärkungsstufen-Blöcken 20A bis 20N, welche parallel miteinander verbunden sind, und eine ausgangsseitige Anpaßschaltung 14. Der erste Verstärkungsstufen-Block 20A umfaßt eine Eingangsstufe 21a, eine Verstärkerstufe 22a und eine Ausgangsstufe 23a, und der N-te Verstärkungsstufen-Block 20N umfaßt einen Abschnitt 21n, 22n und 23n. Die Anpaßschaltung 14 umfaßt ebenfalls eine LC-Schaltung.

18 ist ein Schaltplan, welcher eine Schaltung mit variabler Verstärkung gemäß eines dritten konkreten Beispiels zeigt, welche Anpaßschaltungen sowohl auf der Eingangs- als auch auf der Ausgangsseite enthält. Die Schaltung mit variabler Verstärkung des dritten Beispiels entspricht der in 3 gezeigten Schaltung, und umfaßt Anpaßschaltungen 13 und 14 und eine Vielzahl von ersten bis N-ten Verstärkungsstufen-Blöcken 20A bis 20N. Der erste Verstärkungsstufen-Block 20A umfaßt eine Eingangsstufe 21a, Verstärkerstufe 22a und Ausgangsstufe 23a und Kondensatoren Ca1 und Ca2. Der N-te Verstärkungsstufenblock 20N umfaßt eine Eingangsstufe 21n, Dämpferstufe 22n und Ausgangsstufe 23n und Kondensatoren Cn1 und Cn2. Die Anpaßschaltungen 13 und 14 umfassen jeweils eine LC-Schaltung.

Hier wird ein schematischer Betrieb der Schaltung mit variabler Verstärkung gemäß des zweiten Beispiels mit Bezug auf 19 und 20 beschrieben. 19 ist ein Ersatzschaltbild der in 17 gezeigten Verstärkungsschaltung. In 19 umfassen die Verstärkungsstufen die erste und zweite Verstärkungsstufe, welche jeweils einen wie folgt beschriebenen dynamischen Bereich haben.

Im allgemeinen wird die untere Grenze des dynamischen Bereiches des Verstärkers durch eine Rauscheigenschaft bestimmt, und die obere Grenze des dynamischen Bereiches wird durch eine Verzerrungseigenschaft bestimmt, wenn der Verstärker aktive Elemente (Transistoren) enthält. Demgemäß hat, wenn die Verstärkungsschaltung ein aktives Element wie den in 17 gezeigten Verstärkungsstufen-Block 20A umfaßt, der Block 20A einen dynamischen Bereich zwischen –100 dBm und –25 dB ohne Rausch- und Verzerrungseigenschaften des Verstärkers. Hier hat der in 19 gezeigte Verstärker 23n als ein einzelner Körper den dynamischen Bereich von –100 dBm bis –25 dBm.

Andererseits, wenn das Signal mit 30 dB durch den Dämpfungsstufenblock 20N gedämpft wird, welcher n-Typ Widerstände hat, wie in 19 gezeigt, dämpft der Dämpfer 20N den Signalpegel von einem Eingangssignal, welches –100 dBm hat, mit 20 dB, welches ursprünglich für einen Verstärker-Einzelkörper ausreicht, so daß der Signalpegel in den Rauschpegel eingegraben wird, wodurch der Empfänger zum Empfangen des Eingangssignals unwirksam gemacht wird. Demgemäß wird der dynamische Bereich um eine gedämpfte Komponente, d. h. 20 dB, schmaler, wenn der Dämpfer an der Anfangsstufe, wie z. B. die Schaltung 17 (19) bereitgestellt wird,.

Im Gegensatz dazu ist es, wenn die hohe Größe der Signalleistung zugeführt wird, mit der durch den Anfangsstufendämpfer gedämpften Komponente vorteilhaft.

Beispielsweise ist es, sogar obwohl das Signal zugeführt wird, welches den Pegel von –25 dBm hat, welcher ein für den Verstärker-Einzelkörper ohne Verzerrung empfangbarer Grenzwert ist, möglich, das Signal mit einem vorbestimmten Spielraum zu empfangen, da der Dämpfer den Signalpegel mit 20 dB dämpft. Demgemäß scheint die obere Grenze des dynamischen Bereiches durch eine gedämpfte Größe des Dämpfers verbreitert worden zu sein. Das Prinzip kann in 20 gesehen werden.

Hier wird beispielsweise in einem privaten Mobilfunksystem (personal handyphone system PHS) der dynamische Bereich für den Signalempfang von –100 dBm bis +5 dBm erfordert.

Demgemäß, wenn –25 dBm die ursprüngliche obere Grenze des dynamischen Bereiches in dem Verstärker ist, sind 30 dB als die gedämpfte Größe notwendig, um das Signal von +5 dBm zu empfangen, gemäß der folgenden Gleichung: –25 – 5 = –30(dB).

Daher ist die Dämpfungsgröße von ungefähr 30 dB notwendig. Jedoch wird, da der Verstärkungsblock und Dämpfungsblock jeweils die unterschiedlichen Verzerrungs- und Rauscheigenschaften haben, und der Dämpfungsblock eine extreme Verzerrungseigenschaft hat, die obere Grenze des dynamischen Bereichs verbessert. Demgemäß kann tatsächlich um 20 dB gedämpft werden, um den ausreichenden Signalempfang zu erhalten.

Die Stufenanzahl der Stufenblöcke mit variabler Verstärkung beträgt im allgemeinen zwei Stufen, es kann ausreichen, wenn der Unterschied der einzelnen Stufen um 30 dB beträgt. Wenn die Schaltungen mit variabler Verstärkung in den Mehrstufenblöcken aufgebaut sind, werden korrekte Spielräume jeweils zwischen den angrenzenden zwei Blöcken bereitgestellt.

Abschließend wird eine Funkvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 21 beschrieben. In 21 wird die doppelte Beschreibung mit Bezug auf Komponenten, welche dieselben Nummern in 1 haben, ausgelassen.

Die Funkvorrichtung 60 umfaßt eine Antenne 1, einen Verstärker 61 mit niedrigem Rauschen, ein Bandpaßfilter, eine Schaltung mit variabler Verstärkung 20, einen Bandpaßfilter 2, Frequenzumformer 3, einen Lokaloszillator 4 und eine Signalbearbeitungseinheit 5. Bei einem solchen Aufbau ist es möglich das optimale Empfangssignal zu erhalten, indem die optimale Verstärkung durch die Schaltung mit variabler Verstärkung gewechselt wird. Der Verstärker mit niedrigem Rauschen 61 und das Bandpaßfilter 62 können eine Empfangsschaltung zum Empfangen des Eingangssignals über die Antenne 1 bilden.


Anspruch[de]
  1. Schaltung mit variabler Verstärkung umfassend eine erste Verstärkungseinheit (20A) und eine zweite Verstärkungseinheit (20B), die parallel zwischen einem Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss verbunden sind, und eine Steuereinheit (24), um den Verstärkungseinheiten zu erlauben, selektiv betriebsfähig zu sein, wobei:

    jede der Verstärkungseinheiten eine Eingangsstufe (21a & 21b) zum Eingeben eines Hochfrequenzsignals hat und einen Eingangsimpedanzwert, gesehen von dem Eingangsanschluss hat, eine Verstärkerstufe (22a & 22b) zum Ausgeben eines Signals, das bezüglich des Hochfrequenzsignals verstärkt wird, und eine Ausgangsstufe (23a & 23b) einen Ausgangsimpedanzwert, gesehen von dem Ausgangsanschluss, hat, wobei zwei Eingangsimpedanzwerte oder Ausgangsimpedanzwerte zueinander gleich sind.
  2. Schaltung mit variabler Verstärkung nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Verstärkungseinheiten (20A & 20B) jede mindestens eines umfassen:

    Eingangsstufen (21a & 21b), deren Eingangsimpedanzwerte, gesehen von dem Eingangsanschluss, zueinander gleich sind, und Ausgangsstufen (23a & 23b), deren Ausgangsimpedanzwerte, gesehen von dem Ausgangsanschluss, zueinander gleich sind.
  3. Schaltung mit variabler Verstärkung nach Anspruch 2, wobei die ersten bzw. zweiten Verstärkungseinheiten Eingangsstufen umfassen, deren Eingangsimpedanzwerte, gesehen von dem Eingangsanschluss, zueinander gleich sind.
  4. Schaltung mit variabler Verstärkung nach Anspruch 2, wobei die ersten bzw. zweiten Verstärkungseinheiten Ausgangsstufen umfassen, deren Ausgangsimpedanzwerte, gesehen von dem Ausgangsanschluss, zueinander gleich sind.
  5. Schaltung mit variabler Verstärkung nach Anspruch 2, wobei die ersten bzw. zweiten Verstärkungseinheiten sowohl die Eingangsstufen, deren Eingangsimpedanzwerte, gesehen von dem Eingangsanschluss, zueinander gleich sind, als auch die Ausgangsstufen umfassen, deren Ausgangsimpedanzwerte, gesehen von dem Ausgangsanschluss, zueinander gleich sind.
  6. Schaltung mit variabler Verstärkung nach Anspruch 1, wobei eine Vielzahl von mehr als zwei Verstärkungseinheiten (20A, 20B, ... 20N) vorgesehen ist.
  7. Schaltung mit variabler Verstärkung nach Anspruch 6, wobei die Eingangsstufen der Vielzahl von Verstärkungseinheiten jeweils Impedanzwerte haben, die gesehen von dem Eingangsanschluss zueinander gleich sind.
  8. Schaltung mit variabler Verstärkung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Eingangsstufen der Vielzahl von Verstärkungseinheiten jeweils Ausgangsimpedanzwerte haben, die gesehen von dem Ausgangsanschluss zueinander gleich sind.
  9. Schaltung mit variabler Verstärkung nach Anspruch 6, wobei die Vielzahl von Verstärkungseinheiten jeweils sowohl die Eingangsstufen, deren Eingangsimpedanzwerte, gesehen von dem Eingangsanschluss, zueinander gleich sind, als auch die Ausgangsstufen umfassen, deren Ausgangsimpedanzwerte, gesehen von dem Ausgangsanschluss, zueinander gleich sind.
  10. Schaltung mit variabler Verstärkung nach Anspruch 6, wobei Zwischenschaltungen (22a, 22b, ..., 22n) in jeweiligen Verstärkungseinheiten der Vielzahl von Verstärkungseinheiten, die Schaltungstechniken mit Charakteristika zum Aufspüren der Ungleichmäßigkeit in einem Herstellungsprozess umfassen, vorgesehen sind, wobei die Zwischenschaltungen alle Schaltungen der jeweiligen Verstärkungseinheit mit Ausnahme jener Schaltungen der Verstärkungseinheit umfassen, die dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss am nächsten sind.
  11. Schaltung mit variabler Verstärkung nach Anspruch 10, wobei die Zwischenschaltungen der Vielzahl von Verstärkungseinheiten jeweils Schaltungen derart umfassen, dass jede Einheit einen anderen Verstärkungswert mittels Verbindung von einem oder mehr Elementen (47a bis 4mn) hat, wobei jedes Element den gleichen Wert hat, wobei es unterschiedliche Anzahlen der Elemente in jeder Verstärkungseinheit gibt.
  12. Schaltung mit variabler Verstärkung nach Anspruch 10, wobei die Zwischenschaltungen der Vielzahl von Verstärkungseinheiten Elemente mit der gleichen Struktur umfassen, und jede der Zwischenschaltungen jeweils einen anderen Verstärkungswert hat.
  13. Funkvorrichtung umfassend die Schaltung mit variabler Verstärkung nach Anspruch 1 und angepasst zum Empfangen von Daten durch Durchführung einer Frequenzumformung eines empfangenen Signals von einer Funkfrequenz in eine Basisfrequenz, um eine vorbestimmte Signalbearbeitung durchzuführen, wobei die Funkvorrichtung umfasst:

    Verstärkungsschaltmittel (36) zum Schalten einer Vielzahl von Verstärkungseinheiten, die miteinander parallel verbunden sind, wobei mindestens zwei von Eingangsimpedanzwerten und Ausgangsimpedanzwerten gleiche Werte haben; und

    Signalbearbeitungsmittel (5) zum Steuern eines Wechsels der Verstärkung in dem Verstärkungsschaltmittel entsprechend dem empfangenen Funkfrequenzsignal.
  14. Funkvorrichtung nach Anspruch 13, wobei das Verstärkungsschaltmittel (36) die Vielzahl von Verstärkungseinheiten (20A, 20B, ..., 20N) umfasst, deren Eingangsimpedanzwerte, gesehen von einem Eingangsanschluss, zueinander im wesentlichen gleich sind und die parallel verbunden sind.
  15. Funkvorrichtung nach Anspruch 13, wobei das Verstärkungsschaltmittel (36) die Vielzahl von Verstärkungseinheiten (20A, 20B, ..., 20N) umfasst, deren Ausgangsimpedanzwerte, gesehen von einem Ausgangsanschluss, zueinander im wesentlichen gleich sind und die parallel verbunden sind.
  16. Funkvorrichtung nach Anspruch 13, wobei das Verstärkungsschaltmittel (36) die Vielzahl von Verstärkungseinheiten (20A, 20B, ..., 20N) umfasst, deren Eingangsimpedanzwerte, gesehen von einem Eingangsanschluss, zueinander im wesentlichen gleich sind und die parallel verbunden sind, und deren Ausgangsimpedanzwerte, gesehen von einem Ausgangsanschluss, zueinander im wesentlichen gleich sind und die parallel verbunden sind.
  17. Funkvorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Funkvorrichtung ferner Signalleistungserfassungsmittel zum Erfassen einer Signalleistung des empfangenen Funkfrequenzsignals umfasst; und

    das Signalbearbeitungsmittel (5) den Wechsel der Verstärkung in dem Verstärkungsschaltmittel (36) entsprechend der Signalleistung des Empfangssignals der Funkfrequenz steuert.
  18. Funkvorrichtung nach Anspruch 17, wobei das Signalleistungserfassungsmittel Amplitudenerfassungsmittel zum Erfassen eines Amplitudenwerts des Empfangsfunkfrequenzsignals umfasst; und

    das Signalbearbeitungsmittel (5) den Wechsel der Verstärkung in dem Verstärkungsschaltmittel (36) entsprechend dem Amplitudenwert des Empfangsfunkfrequenzsignals steuert.
Es folgen 14 Blatt Zeichnungen






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B Arbeitsverfahren; Transportieren
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