Sowohl in Sende-als auch in Empfangsgeräten des Mobilfunks ist normalerweise eine Frequenzumsetzung zwischen einem Ba- sisband und einem hochfrequenten Funk-Kanal erforderlich. In Sendeanordnungen mit homodyner Architektur beispielsweise wird mittels eines Frequenzmischers ein im Basisband vorlie- gendes Modulationssignal in eine hochfrequente Lage im Giga- hertz-Bereich konvertiert. Hierfür wird eine Trägerfrequenz benötigt, die der gewünschten Sendefrequenz entspricht.

Die Trägerfrequenz wird normalerweise von einem spannungsge- steuerten Oszillator bereitgestellt, der jedoch nicht bei der Sendefrequenz schwingt, sondern auf einer von der Sendefre- quenz verschiedenen Frequenz. Diese wird so gewählt, daß sie mit möglichst geringem Aufwand zur Sendefrequenz umgesetzt werden kann. Die Wahl einer anderen Schwingfrequenz als der Sendefrequenz verringert Rückwirkungen der Sendefrequenz auf den Oszillator. Wird die Oszillatorfrequenz geringer als die Sendefrequenz gewählt, kann zusätzlich die Leistungsfähigkeit des spannungsgesteuerten Oszillators verbessert werden. Um eine geringe Stromaufnahme und gute Phasenrauscheigenschaften des Oszillators sicherzustellen, läßt man den Oszillator bei- spielsweise auf der halben Sendefrequenz schwingen. Demnach ist eine Frequenzverdopplungsschaltung erforderlich, welche die Oszillatorfrequenz auf die gewünschte Trägerfrequenz, die im vorliegenden Beispiel der Sendefrequenz entspricht, über- setzt.

In Analogie hierzu kann auch in Empfangsanordnungen zur Um- setzung einer hochfrequenten Empfangslage in das Basisband oder eine Zwischenfrequenz ein hochfrequentes, sogenanntes Lokaloszillatorsignal mittels einer Frequenzverdopplungs- schaltung aus einem Oszillatorsignal bereitgestellt werden.

Die beschriebene Frequenzverdopplung wird normalerweise mit- tels eines Hochfrequenzmischers bewerkstelligt, mit zwei Ein- gängen, die beide mit dem Oszillator verbunden sind und eine Quadrierung des Oszillatorsignals am Ausgang des Mischers be- wirken. Hierfür wird das Oszillatorsignal mittels eines Pha- senschiebers in zwei orthogonal zueinander stehende Signal- komponenten aufgeteilt und auf die gewünschte Sendefrequenz hochgemischt. Am Ausgang des Mischers steht dann aufgrund der beschriebenen Signalquadrierung ein Ausgangssignal mit der doppelten Oszillatorfrequenz bereit. Für die bekannte Fre- quenzverdopplungsschaltung ist demnach neben einem Hochfre- quenzmischer ein Phasenschieber zur Erzeugung orthogonaler Signalkomponenten erforderlich.

In dem Dokument JP 10-004683 A ist eine Gleichrichterschal- tung zur Verarbeitung eines single-ended Signals angegeben.

Es ist ein Operationsverstärker vorgesehen, der den Ausgang der Schaltung bildet. Der Ausgang ist über Widerstände auf den Eingangsanschluß rückgekoppelt. Außerdem wird ein exter- nes Referenzsignal zugeführt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur Frequenzverdopplung sowie ein Mobilfunkgerät mit der Schal- tungsanordnung anzugeben, welche eine Frequenzverdopplung mit geringem Aufwand, geringer Stromaufnahme und guten Rauschei- genschaften ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bezüglich der Schaltungsan- ordnung gelöst durch eine Schaltungsanordnung zur Frequenz- verdopplung, aufweisend

- ein Eingangsklemmenpaar zum Zuführen eines Eingangssignals mit einer Eingangsfrequenz, - ein Ausgangsklemmenpaar, an dem ein Ausgangssignal mit der doppelten Eingangsfrequenz abgreifbar ist, - einen Gleichrichter, der das Eingangsklemmenpaar mit dem Ausgangsklemmenpaar koppelt, zum Gleichrichten des Ein- gangssignals in Abhängigkeit von einer Referenzgröße und - eine Regeleinrichtung, die einen Reglereingang hat, der mit dem Ausgangsklemmenpaar gekoppelt ist, und die einen Reg- lerausgang hat, der mit einem Steuereingang des Gleichrich- ters zum Zuführen der Referenzgröße gekoppelt ist, ausge- bildet zur Regelung der Referenzgröße des Ausgangssignals derart, daß geradzahlige höhere harmonische Frequenzanteile im Spektrum des Ausgangssignals verschwinden oder stark verringert werden, wobei der Gleichrichter so ausgelegt ist, daß mit dem Eingangssignal und mit der Referenzgröße unterschiedliche Transistoren angesteuert werden, die ge- meinsam einen Differenzverstärker bilden.

Gemäß vorliegendem Prinzip wird dem Eingangsklemmenpaar ein Eingangssignal mit einer Eingangsfrequenz, beispielsweise mit der Frequenz eines spannungsgesteuerten Oszillators, der am Eingangsklemmenpaar angeschlossen ist, zugeführt. Dieses Si- gnal wird mittels der beschriebenen Schaltungsanordnung be- züglich seiner Frequenz verdoppelt und die verdoppelte Aus- gangsfrequenz am Ausgangsklemmenpaar der Schaltungsanordnung bereitgestellt. Der Gleichrichter bewirkt eine Gleichrichtung des Eingangssignals zunächst ohne Glättung und Siebung, aber in Abhängigkeit von einer Bezugsgröße. Dabei werden die unte- ren Halbwellen des Eingangssignals anschaulich betrachtet nach oben geklappt, so daß bereits nach diesem Gleichrich- tungsschritt ein Signal mit doppelter Frequenz an dem Ausgang des Gleichrichters und demnach am Ausgangsklemmenpaar bereit- steht. Dieses würde jedoch höhere harmonische Frequenzanteile aufweisen. Bei einer bevorzugt vorgesehenen Zweiwegegleich- richtung wären im Frequenzspektrum des Ausgangssignals insbe- sondere geradzahlige höhere harmonische Frequenzanteile domi-

nant. Mittels der Regeleinrichtung, die vom Ausgangsklemmen- paar auf einen Steuereingang des Gleichrichters eingreift, werden diese geradzahligen höheren harmonischen Frequenzan- teile im Spektrum des Ausgangssignals dadurch reduziert, daß die Bezugsgröße der Gleichrichtung geregelt wird. Hierfür wird bevorzugt der Gleichanteil des Ausgangssignals, bei- spielsweise als Gleichtaktsignal, ausgewertet und als Refe- renzgröße dem Gleichrichter an einem Steuereingang zugeführt.

Bei geeigneter Dimensionierung der Schaltungsanordnung werden die unerwünschten höheren Harmonischen, die auch Oberschwin- gungen genannt werden, verringert oder ausgelöscht, insbeson- dere die geradzahligen höheren harmonischen Frequenzanteile im Spektrum des Ausgangssignals. Die Leistungsfähigkeit der Frequenzverdopplung entspricht bei vorliegendem Prinzip dem eingangs erläuterten, welches mit Signalquadrierung des Os- zillatorsignals arbeitet. Die Stromaufnahme ist bei vorlie- gendem Prinzip jedoch um Faktor 3 bis 5 geringer als bei je- nem, zudem ist aufgrund des einfachen Aufbaus, der mit weni- gen Bauteilen möglich ist, eine Reduzierung der benötigten Chipfläche auf die Hälfte bei Ausführung als integrierte Schaltung ermöglicht.

Das Eingangsklemmenpaar ist bevorzugt ausgelegt zum Zuführen eines Eingangssignal, welches als symmetrisches oder differi- entielles Spannungssignal vorliegt. Das Ausgangsklemmenpaar ist bevorzugt ausgebildet zum Bereitstellen eines als symme- trisches oder differientielles Stromsignal vorliegenden Si- gnals.

Die Regeleinrichtung ist bevorzugt ausgebildet zur Bereit- stellung der Referenzgröße in Abhängigkeit von einem zwischen den beiden Ausgangsklemmen des Ausgangsklemmenpaares abgreif- baren Differenzsignals. Beispielsweise ist die Regeleinrich- tung bevorzugt so ausgebildet, daß die Referenzgröße das gleichgerichtete Signal bezüglich einer Darstellung des Si- gnals in einem Schaubild über der Zeit flächengleich teilt.

Die Referenzgröße ist dabei bevorzugt ein DC (Direct Current)- Signal.

Der Gleichrichter ist bevorzugt als Zwei-Weg-Gleichrichter ausgebildet. Zwei-Weg-Gleichrichter weisen gegenüber Ein-Weg- Gleichrichtern den Vorteil auf, daß eine niedrigere Brumm- spannung und eine höhere Brummfrequenz vorliegen. Dabei bil- den die zweite und weitere geradzahlige höhere Harmonische den wesentlichen Anteil der Brummspannung.

Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der vorlie- genden Erfindung ist eine Stabilisierungseinrichtung zum Sta- bilisieren der als Gleichsignal vorliegenden Referenzgröße über der Zeit vorgesehen. Die Stabilisierung ist dabei mit dem Reglerausgang und somit auch mit dem Steuereingang des Gleichrichters verbunden.

Der Gleichrichter ist beispielsweise mit zwei Differenzver- stärkern aufgebaut, die jeweils ein Transistorpaar mit einem ersten und zweiten Transistor umfassen. Dabei sind die beiden ersten Transistoren bezüglich ihrer gesteuerten Strecken mit- einander parallelgeschaltet, ebenso sind die beiden zweiten Transistoren bezüglich ihrer gesteuerten Strecken miteinander parallel geschaltet. Die Steueranschlüsse der beiden ersten Transistoren bilden das Eingangsklemmenpaar der Schaltungsan- ordnung, während die Steueranschlüsse der beiden zweiten Transistoren miteinander und mit dem Steuereingang des Gleichrichters verbunden sind. Ein derartiger Gleichrichter ist in bipolarer Schaltungstechnik ebenso realisierbar wie im CMOS-oder BICMOS-Schaltungstechnik und zeichnet sich durch geringen Flächenbedarf, geringe Stromaufnahme, sowie einfa- chen Aufbau aus.

Die Regeleinrichtung ist beispielsweise mit einem Operations- verstärker realisiert, mit einem invertierenden und einem nicht-invertierenden Eingang, welche mit je einer Ausgangs-

klemme des Ausgangsklemmenpaares der Schaltungsanordnung ver- bunden sind. Weiterhin weist der Operationsverstärker einen Ausgang auf, der an den Steuereingang des Gleichrichters an- geschlossen ist.

Der Operationsverstärker erfaßt den Gleichanteil des Aus- gangssignals und speist diesen mit Vorteil als Bezugsgröße der Gleichrichtung in den Gleichrichter ein.

Die Schaltungsanordnung ist bevorzugt ausgelegt zur Verarbei- tung eines an den Eingangsklemmen zuführbaren Signals, bei dem der Nutz-Informationsgehalt in der Frequenz des Signals liegt. Dies ist insbesondere bei Mobilfunkgeräten der Fall, bei denen mittels der beschriebenen Frequenzverdopplungs- schaltung eine Signalaufbereitung eines Oszillatorsignals er- folgt. Dabei ist es für die Funktionsfähigkeit der Schal- tungsanordnung gemäß dem erfinderischen Prinzip unerheblich, ob das Eingangssignal der Frequenzverdopplungsschaltung le- diglich ein Trägersignal oder bereits ein moduliertes, hoch- frequentes Signal ist.

Bezüglich des Mobilfunkgerätes wird die Aufgabe gelöst durch ein Mobilfunkgerät mit einer Schaltungsanordnung wie vorste- hend beschrieben, aufweisend - zumindest eine Einrichtung zur Frequenzumsetzung zwischen einer hochfrequenten Lage und einem Basisbandsignal mit ei- nem Hilfseingang zum Zuführen eines Signals mit einer Trä- gerfrequenz, - einen Frequenzgenerator, der an einem Ausgang ein Bezugs- signal mit einer Bezugsfrequenz bereitstellt, und - die Schaltungsanordnung zur Frequenzverdopplung, die mit ihrem Eingangsklemmenpaar an den Ausgangs des Frequenzgene- rators und mit dem Ausgangsklemmenpaar mit dem Hilfseingang der Einrichtung zur Frequenzumsetzung gekoppelt ist.

Insbesondere in Mobilfunkgeräten kommen die Vorteile der vor- liegenden Schaltungsanordnung, nämlich deutlich verringerte

Stromaufnahme, deutlich verringerte Chipfläche und gute Rauscheigenschaften des frequenzverdoppelten Signals aus of- fensichtlichen Gründen vorteilhaft zum Tragen.

Zudem ermöglicht eine Frequenzverdopplung zwischen Frequenz- generator und Frequenzumsetzer eines Nutzsignals einen rück- wirkungsfreien Betrieb des Oszillators sowie das Realisieren eines Oszillators mit geringer Stromaufnahme und guten Pha- senrauscheigenschaften, unter anderem auf Grund der verrin- gerten Schwingfrequenz.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen des vorliegenden Prinzips ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbei- spielen anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen : Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung anhand eines vereinfachten Schaltbildes und Figur 2 ein Mobilfunkgerät mit einer Schaltungsanordnung gemäß Figur 1.

Figur 1 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Frequenzverdopp- lung. Dabei ist zwischen ein Eingangsklemmenpaar 1 zum Zufüh- ren eines Eingangssignals mit einer Eingangsfrequenz und ein Ausgangsklemmenpaar 2, an dem ein Ausgangssignal mit der dop- pelten Eingangsfrequenz abgreifbar ist, ein Gleichrichter 3 geschaltet. Der Gleichrichter 3 ist zum Gleichrichten des Eingangssignals in Abhängigkeit von einer Referenzgröße aus- gebildet. Zur Bereitstellung dieser Referenzgröße ist eine Regeleinrichtung 4 vorgesehen, die einen Reglereingang hat, der mit dem Ausgangsklemmenpaar 2 gekoppelt ist und deren Ausgang mit einem Steuereingang 5 des Gleichrichters 3 zum

Zuführen der Referenzgröße gekoppelt ist. Eingangsklemmenpaar 1 und Ausgangsklemmenpaar 2 sind jeweils symmetrisch zum Füh- ren differentieller Signale ausgebildet. Der Regler 4 ist als Operationsverstärker ausgebildet mit einem nicht- invertierenden Eingang und einem invertierenden Eingang, die mit je einer Anschlußklemme des Ausgangsklemmenpaars 2 ver- bunden sind. Der Gleichrichter 3 selbst umfaßt zwei Diffe- renzverstärker, welche jeweils ein Paar von emittergekoppel- ten Transistoren 6,7 ; 8,9 umfassen. Jeder Differenzverstär- ker umfaßt je einen ersten Transistor 6,8 und einen zweiten Transistor 7,9. Die NPN-Bipolartransistoren 6,7 des ersten Differenzverstärkers sind mit ihren Emitteranschlüssen mit- einander und über eine Speisestromquelle 10 mit einem Bezugs- potentialanschluß 11 gekoppelt. Die NPN-Bipolartransistoren des zweiten Differenzverstärkers 8,9 sind mit ihren gemein- samen Emitteranschlüssen mit den Emitteranschlüssen des er- sten Differenzverstärkers 6,7 verbunden. Kollektorseitig sind jeweils die ersten Transistoren 6, 8 der beiden Diffe- renzverstärker miteinander und mit einer Ausgangsklemme des Ausgangsklemmenpaares 2 verbunden ; ebenso sind die Kollek- toranschlüsse der zweiten Transistoren 7,9 der beiden Diffe- renzverstärker miteinander und dem weiteren Ausgangsklemmen- anschluß des Ausgangsklemmenpaares 2 verbunden. Die beiden Basis-Anschlüsse der ersten Transistoren 6, 8 bilden das sym- metrische Eingangsklemmenpaar 1. An das Eingangsklemmenpaar 1 ist ein Oszillator 12 angeschlossen, welcher das Eingangs- signal mit der Eingangsfrequenz abgibt. Der Steuereingang 5 des Gleichrichters 3 ist mit den Basisanschlüssen der zweiten Transistoren 7,9 der Differenzverstärker verbunden und wei- terhin über eine Stabilisierungskapazität 13 gegen Bezugspo- tentialanschluß 11 geschaltet.

Mit dem Gleichrichter 3 wird ein am Eingang 1 anliegendes, sogenanntes differentielles Eingangssignal zunächst gleichge- richtet. Der beschriebene Gleichrichter arbeitet dabei als Zweipunkt-Gleichrichter. Die bei Zweipunkt-Gleichrichtung normalerweise entstehenden zweiten und weiteren geradzahligen

höheren Harmonischen werden mittels des Reglers 4 weitgehend unterdrückt. Dies erfolgt dadurch, daß der Regler 4 das Be- zugspotential, welches dem Gleichrichter 3 an seinem Steuer- eingang 5 zugeführt wird, in Abhängigkeit vom am Ausgang an- liegenden Ausgangssignal nachregelt. Am Ausgang des Gleich- richters 3, also am Ausgang 2 der Schaltungsanordnung, liegt das Signal mit verdoppelter Frequenz des Eingangssignals als differentielles oder symmetrisches Signal vor.

Gegenüber herkömmlichen, mit Signalquadrierung arbeitenden Frequenzverdopplerschaltungen benötigt die vorliegende Fre- quenz-Verdopplungsschaltung einen um den Faktor 3 bis 5 ver- ringerten Arbeitsstrom und kann auf halber Chipfläche inte- griert werden.

Figur 2 zeigt ein Mobilfunkgerät mit der Schaltungsanordnung zur Frequenzverdopplung von Figur 1, die dort mit Bezugszei- chen 14 versehen ist. Dabei ist ein Aufwärts-Frequenzmischer 15 in einem Sendepfad, sowie ein Abwärts-Frequenzmischer 16 in einem Empfangspfad des Mobilfunkgerätes vorgesehen. Der Aufwärts-Frequenzumsetzer 15 weist einen Modulationseingang zum Zuführen eines im Basisband vorliegenden Modulations- signals BB-TX auf und ist mit einem digitalen Signalprozessor 17 gekoppelt, der das Modulationssignal im Basisband bereit- stellt. Am Ausgang des Aufwärts-Frequenzumsetzers 15 steht das Modulationssignal als in eine hochfrequente Lage konver- tierter, modulierter Träger bereit. Der Ausgang des Aufwärts- Frequenzmischers 15 ist mit einer Duplexeinheit 18 gekoppelt, welche wiederum bidirektional an eine Antenne 19 angeschlos- sen ist. Die Duplexeinheit 18 ist weiterhin in Empfangsrich- tung an einem Ausgang an einen Hochfrequenzeingang des Ab- wärts-Frequenzmischers 16 zum Zuführen eines hochfrequenten Empfangssignals angeschlossen. Der Ausgang des Abwärts- Frequenzmischers 16 ist mit einem Eingang des digitalen Si- gnalprozessors 17 verbunden, dem dabei ein demoduliertes, ins Basisband heruntergemischtes Empfangssignal zugeführt wird.

Zur Ansteuerung der Frequenz-Mischer 15,16 mit einem Träger-

signal ist ein spannungsgesteuerter Oszillator 12, der auch eine Phasenregelschleife umfassen kann, vorgesehen. Dieser spannungsgesteuerte Oszillator 12 ist über die Schaltungsan- ordnung zur Frequenzverdopplung 14 an je einen Hilfseingang der Mischer 15,16 angeschlossen. Demnach wird die Schwingfrequenz des Oszillators 12 den Hilfseingängen der Mi- scher 15,16 verdoppelt zugeführt.

Insbesondere bei mobilen Anwendungen sind die Eigenschaften der vorliegenden Frequenzverdopplungseinheit, wie geringe Stromaufnahme und geringe Chipfläche, von besonderer Bedeu- tung. Der Oszillator 12 kann bei halber Schwingfrequenz ar- beiten, so daß eine weitere Vereinfachung des Schaltungslay- outs gewährleistet ist.

Anstelle der gezeigten Direktumsetzungsarchitektur des Mobil- funkgerätes können, insbesondere in Bezug auf den Empfangs- zweig des Transceivers gemäß Figur 2, auch heterodyne Archi- tekturen sowie Low-IF-Architekturen vorteilhaft mit der er- findungsgemäßen Frequenzverdopplungsschaltung ausgestattet sein.

Bezugszeichenliste 1 Eingangsklemmenpaar 2 Ausgangsklemmenpaar 3 Gleichrichter 4 Regeleinrichtung 5 Steuereingang 6 erster Transistor 7 zweiter Transistor 8 erster Transistor 9 zweiter Transistor 10 Stromquelle 11 Bezugspotentialanschluß 12 Oszillator 13 Kondensator 14 Frequenzverdopplungsschaltung 15 Aufwärts-Frequenzumsetzer 16 Abwärts-Frequenzumsetzer 17 digitaler Signalprozessor 18 Duplexeinheit 19 Antenne