DE10036735C2

DE10036735C2 - Multipliziererschaltung mit Offset-Kompensation und Quadrikorrelator

Info

Publication number: DE10036735C2
Application number: DE10036735A
Authority: DE
Inventors: Elmar Wagner
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Deutschland GmbH
Priority date: 2000-07-27
Filing date: 2000-07-27
Publication date: 2002-07-11
Anticipated expiration: 2020-07-28
Also published as: US20020019221A1; DE10036735A1; EP1176540A1; US6992510B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Multipliziererschaltung mit Offset-Kompensation und einen Quadrikorrelator mit solchen Multipliziererschaltungen.

Zur Demodulation frequenzmodulierter Signale in Mobilfunk- Empfängern können Quadrikorrelatoren verwendet werden. Bei dem DECT-(Digital enhanced cordless telecommunication-)Stan dard wird ebenso wie bei Bluetooth eine GFSK-Modulation (Gaußsche Frequenzumtastung) eingesetzt. In Mobilfunk- Empfängern, die die genannten Standards einsetzen, kann die Zwischenfrequenz null betragen oder sehr gering sein.

Zur Umwandlung des Nutzsignals in ein Basisband-Signal mit tels FM-Demodulatoren können sogenannte Quadrikorrelatoren verwendet werden. Im Aufsatz "Properties of Frequency Diffe rence Detectors" von Floyd M. Gardner, IEEE Transactions on Communications, volume COM-33, Seiten 131 bis 138, Februar 1985 ist in Fig. 3 ein symmetrischer Quadrikorrelator ange geben. Dabei sind im I- und im Q-Pfad jeweils Analogmultipli zierer vorgesehen, denen ein Phasenverschiebungsnetzwerk vor geschaltet ist, und deren Ausgänge in einem Differenzknoten verbunden sind.

Problematisch bei Quadrikorrelatoren ist, daß die Analogmul tiplizierer üblicherweise Gleichspannungsoffsets aufweisen, die ein Übersprechen des Eingangssignals des Demodulators auf den Ausgang zur Folge haben. Hierdurch wird dem Nutzsignal ein Störsignal überlagert, welches besonders bei der digita len Weiterverarbeitung des Nutzsignals in Basisband- Bausteinen zu Problemen führt.

Es ist bekannt, die Gleichspannungsoffsets der Analogmulti plizierer durch Vergrößern der Chipfläche zu verringern. Durch die somit verbesserte Anpassung bei den Analogmultipli zierern wird die Bitfehlerrate (bit error rate) bei der Wei terverarbeitung des Nutzsignals zwar verringert, der vergrö ßerte Chipflächenbedarf ist jedoch insbesondere dahingehend nachteilig, daß in Mobilfunkanwendungen üblicherweise Baugrö ße, Gewicht und Kostenreduzierung besondere Bedeutung beige messen wird.

Zur Unterdrückung von Gleichspannungs-Offsets in Verstärkern ist es bekannt, sowohl das Eingangssignal als auch das Aus gangssignals des Verstärkers periodisch in der Polarität um zuschalten (Chopping). Dabei muß die Umschaltfrequenz gemäß dem Abtasttheorem mindestens doppelt so groß wie die maximale Nutzfrequenz des Verstärkers sein.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Multipliziererschaltung mit Offsetkompensation sowie einen Quadrikorrelator mit solchen Multipliziererschaltungen anzu geben, bei denen ein offsetbedingtes Übersprechen von Ein- auf Ausgang reduziert ist, welche mit geringem Chipflächenbe darf realisierbar und zur Anwendung in Mobilfunk-Empfängern geeignet sind.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Multiplizierer schaltung mit Offset-Kompensation gelöst, aufweisend

- einen Analogmultiplizierer mit einem ersten Signaleingang, einem zweiten Signaleingang und einem Ausgang, an dem ein multipliziertes Signal abgreifbar ist,
- eine Schalteinrichtung zur Polaritätsumkehr, die an den er sten Signaleingang angeschlossen ist, und
- eine Schalteinrichtung zur Polaritätsumkehr, die an den zweiten Signaleingang angeschlossen ist.

Ein Gleichspannungsoffset eines Analogmultiplizierers wird dadurch kompensiert, daß beiden Eingängen des Analogmultipli zierers Umschalter zum Umpolen der jeweiligen Eingangsspan nungen vorgeschaltet sind. Die Eingangsspannungen können da bei jeweils gleichzeitig umgepolt werden. Wenn beide Ein gangssignale umgepolt zugeführt werden, so hebt sich durch Produktbildung am Ausgang das Minus-Vorzeichen auf. Das Umpo len kann periodisch erfolgen.

Die beiden Eingänge können an eine gemeinsame Schalteinrich tung oder an zwei voneinander getrennte Schalteinrichtungen angeschlossen sein.

Die beschriebene Anordnung hat den Vorteil, daß Signale, die am Eingang des Analogmultiplizierers zuführbar sind, nicht auf den Ausgang des Analogmultiplizierers übersprechen. Falls am Ausgang des Analogmultiplizierers ein Gleichspannungs- Offset bestehen bleibt, so kann dieser in einfacher Weise un terdrückt werden, da er wie ein Frequenzfehler behandelt wer den kann. Am Ausgang des Analogmultiplizierers ist durch Eli mination des negativen Vorzeichens durch die Produktbildung kein weiterer Umschalter erforderlich.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Er findung ist der Schalteinrichtung ein Taktsignal mit einer Umschaltfrequenz zuführbar. Dabei kann für beide Signalein gänge des Analogmultiplizierers je eine Schalteinrichtung oder eine gemeinsame Schalteinrichtung vorgesehen sein. Die Schalteinrichtungen können mit der Umschaltfrequenz so ange steuert sein, daß die den Signaleingängen zuführbaren Ein gangssignale jeweils gleichzeitig umgepolt werden.

In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der vorlie genden Erfindung ist die Umschaltfrequenz größer oder gleich der doppelten Frequenz der den Signaleingängen zuführbaren Signale. Gemäß dem Abtasttheorem ist die niedrigste Abtastfrequenz, bei der sich das Nutzsignal noch fehlerfrei, das heißt ohne Informationsverlust rekonstruieren läßt, grö ßer oder gleich der doppelten, maximalen Nutzsignalfrequenz.

In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der vorlie genden Erfindung liegt die Umschaltfrequenz in einem Bereich zwischen 4-facher und 32-facher Frequenz der den Signalein gängen zuführbaren Signale.

In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der vorlie genden Erfindung ist die Spannung am Ausgang des Analogmulti plizierers das Produkt aus den Spannungen der den Signalein gängen zuführbaren Signale.

Wenn die den Signaleingängen des Analogmultiplizierers zu führbaren Signale als Differenzsignale vorliegen, kann es vorteilhaft sein, daß die Signaleingänge des Analogmultipli zierers je zwei Klemmen zur Zuführung der als Differenzsigna le vorliegenden Eingangssignale aufweisen.

Falls die Eingangssignale als Differenzsignale vorliegen, kann das Umpolen in den Schalteinrichtungen dadurch besonders einfach gestaltet sein, daß zur Polaritätsumkehr der Ein gangssignale lediglich die beiden, daß Differenzsignal füh renden Leitungen verpolt werden müssen.

Bezüglich des Quadrikorrelators wird die Aufgabe mit einem Quadrikorrelator gelöst, bei dem je ein Analogmultiplizierer in einem I- und in einem Q-Pfad eines Quadrikorrelators vor gesehen ist, wobei die Ausgänge der Analogmultiplizierer in einem Differenzknoten verbunden sind, und an die Eingänge der Analogmultiplizierer je eine Schalteinrichtung zum periodi schen Umpolen der Signalspannungen der Eingangssignale ange schlossen ist. Der Differenzknoten kann ein Summierglied sein, dem der I-Pfad mit positivem und der Q-Pfad mit negati vem Vorzeichen zuführbar ist.

Hierdurch wird bei einem zur Frequenzdemodulation einsetzba ren Quadrikorrelator ein Übersprechen der Signale auf den I- und Q-Pfaden auf das Ausgangssignal des Quadrikorrelators verhindert. Somit ist eine digitale Weiterverarbeitung des Nutzsignals, beispielsweise in einem Basisband-Baustein, mit einer Bitfehlerrate (bit error rate) realisierbar, welche null oder minimal ist.

Das vorliegende Prinzip ist nicht auf die Anwendung bei Mi scher- oder Demodulatorschaltungen begrenzt, sondern kann von einem Fachmann entsprechend auf andere Anwendungen übertragen werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in den Unteransprü chen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie len näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung anhand eines Blockschaltbildes,

Fig. 2 eine Analogmultipliziererschaltung gemäß Fig. 1, angewandt in einem Quadrikorrelator, und

Fig. 3 eine Umschalteinrichtung für Differenzsignale zur Anwendung in Multipliziererschaltungen gemäß Fig. 1 oder Fig. 2.

Fig. 1 zeigt eine Multipliziererschaltung mit einem Analog multiplizierer M1, der einen ersten Signaleingang E1, einen zweiten Signaleingang E2 und einen Ausgang A aufweist. An die Signaleingänge E1, E2 des Analogmultiplizierers M1 ist je ei ne Schalteinrichtung S1, S2 angeschlossen.

Die Schalteinrichtungen S1, S2, denen ein Taktsignal C zu führbar ist, dienen zum gleichzeitigen, periodischen Umpolen der Spannungen U1, U2 der Eingangssignale E1, E2. Die Aus gangsspannung UA des Analogmultiplizierers M1 entspricht der Multiplikation der Spannungen U1, U2 der Eingangssignale E1, E2 gemäß der Formel

UA = U1.U2.

Sofern der Analogmultiplizierer einen Gleichspannungsoffset U₀₁, U₀₂ zwischen Ein- und Ausgang aufweist, so gilt für die Ausgangsspannung UA:

UA = (U1 + U₀₁).(U2 + U₀₂) = U1.U2 + U1.U₀₂ + U2.U₀₁ +U₀₁.U₀₂

Sind beide Eingangsspannungen umgepolt, so gilt:

UA = (-U1).(-U2) = U1.U2

Setzt man die Umschaltfrequenz f_C des Taktsignals C als groß gegenüber der Frequenz des Eingangssignals voraus, so gilt gemäß der Addition beider Schaltzustände zur Mittelung über eine Periode des Taktsignals C:

2.UA = (U1 + U₀₁).(U2 + U₀₂) + (-U1 + U₀₁).(-U2 + U₀₂) = U1.U2 + U1.U₀₂ + U2.U₀₁ + U₀₁.U₀₂ + (-U1).(-U2) + (-U1).U₀₂ + (-U2).U₀₁ + U₀₁.U₀₂ = U1.U2 + (-U1).(-U2) + (U1 - U1).U₀₂ + (U2 - U2).U₀₁ + U₀₁.U₀₂ + U₀₁.U₀₂ = 2.U1.U2 + 2.U₀₁.U₀₂

oder zusammengefaßt und gekürzt

UA = U1.U2 + U₀₁.U₀₂

Da die gemischten Therme verschwinden, werden Signale, die vom Eingang des Analogmultiplizierers oder Mischers zum Aus gang überkoppeln, unterdrückt. Der verbleibende, reine Gleichspannungs-Offset U₀₁.U₀₂ ist deshalb unproblematisch, da er wie ein Frequenzfehler erkannt und unterdrückt werden kann.

Es ist also mit geringem schaltungstechnischem Aufwand eine Multipliziererschaltung angegeben, bei der ein Übersprechen von Eingangssignalen auf den Ausgang unterdrückt ist. Diese Multipliziererschaltung ist in einfacher Weise mit geringem Bedarf an Chipfläche realisierbar, beispielsweise in Mobil funkanwendungen.

Fig. 2 zeigt einen zur Frequenzdemodulation eingesetzten symmetrischen Quadrikorrelator mit einem I- und einem Q-Pfad. Im I- und Q-Pfad ist jeweils ein Analogmultiplizierer M1, M2 vorgesehen. Die Ausgänge der Analogmultiplizierer M1, M2 sind in einem Differenzknoten zur Differenzbildung der Ausgangs spannungen UA, UB verbunden. Dem differenzbildenden Knoten D kann beispielsweise ein Basisbandbaustein zur digitalen Wei terverarbeitung des Nutzsignals nachgeschaltet sein. Die Ana logmultiplizierer M1, M2 weisen jeweils zwei Eingänge E1, E2 bzw. E3, E4 auf, an die jeweils eine Umschalteinrichtung S1, S2, S3, S4 angeschlossen ist. Den Umschalteinrichtungen S1, S2, S3, S4 ist jeweils ein Taktsignal C zuführbar. Abhängig vom Taktsignalpegel liegt an den Ausgängen der Umschaltein richtungen S1 bis S4 die Spannung des Eingangssignals U1, U2, U3, U4 identisch oder invertiert an. Während die Schaltein richtungen S1 und S4 unmittelbar im I- bzw. im Q-Pfad ange ordnet sind, sind die Schalteinrichtungen S2, S3 mittelbar über ein Phasenverschiebungsnetzwerk FS mit I- bzw. Q-Pfad verbunden.

Durch jeweils gleichzeitiges Umpolen der Signalspannungen U1, U2, U3, U4 der an den Eingängen E1 bis E4 anliegenden Ein gangssignale der Analogmultiplizierer M1, M2 mit einer Um schaltfrequenz f_C wird ein übersprechen der Eingangssignale der Analogmultiplizierer auf ihre Ausgänge bzw. den Ausgang des Quadrikorrelators wirksam unterdrückt. Die Umschaltfre quenz f_C ist dabei gemäß Abtasttheorem zumindest doppelt so groß wie die maximal auftretende Nutzsignalfrequenz. Für eine einfache, schaltungstechnische Realisierung kann die Um schaltfrequenz f_C beispielsweise in einem Bereich zwischen 4- facher und 32-facher Nutzsignalfrequenz liegen.

Sofern die den Analogmultiplizierern M1, M2 an ihren Si gnaleingängen E1 bis E4 zuführbaren Signale als Differenzsi gnale vorliegen, kann die Polaritätsumkehr der Eingangssigna le in einfacher Weise mit einer Umschalteinrichtung M1 gemäß Fig. 3 bewerkstelligt werden. Denn zum Umpolen bzw. inver tieren der Eingangssignale ist lediglich das Vertauschen der beiden das Differenzsignal führenden Leitungen erforderlich. Selbstverständlich kann das für die erste Schalteinrichtung S1 gezeigte Prinzip auch für die weiteren Schalteinrichtungen S2 bis S4 angewandt werden.

Claims

1. Multipliziererschaltung mit Offset-Kompensation, aufwei send
einen Analogmultiplizierer (M1) mit einem ersten Signalein gang (E1), einem zweiten Signaleingang (E2) und einem Aus gang (A), an dem ein multipliziertes Signal abgreifbar ist,
eine Schalteinrichtung (S1) zur Polaritätsumkehr, die an den ersten Signaleingang (E1) angeschlossen ist, und
eine Schalteinrichtung (S2) zur Polaritätsumkehr, die an den zweiten Signaleingang angeschlossen ist.

2. Multipliziererschaltung nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, daß der Schalteinrichtung (S1, S2) ein Taktsignal (C) mit ei ner Umschaltfrequenz (f_C) zuführbar ist.

3. Multipliziererschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltfrequenz (f_C) größer oder gleich der doppel ten Frequenz der den Signaleingängen (E1, E2) zuführbaren Si gnale ist.

4. Multipliziererschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltfrequenz (f0) in einem Bereich zwischen 4- facher und 32-facher Frequenz der den Signaleingängen (E1, E2) zuführbaren Signale liegt.

5. Multipliziererschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung (UA) am Ausgang (A) des Analogmultiplizie rers (M1) das Produkt aus den Spannungen (U1, U2) der den Si gnaleingängen (E1, E2) zuführbaren Signale ist.

6. Multipliziererschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Signaleingänge (E1, E2) je zwei Klemmen zur Zuführung von als Differenzsignale vorliegenden Eingangssignalen auf weisen.

7. Multipliziererschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (S1, S2) zur Polaritätsumkehr Mit tel zum Verpolen zweier das Differenzsignal führender Leitun gen aufweist.

8. Quadrikorrelator, bei dem je ein Analogmultiplizierer (M1, M2) mit zwei Eingän gen (E1, E2, E3, E4) und einem Ausgang in je einem Signalpfad (I, Q) vorgesehen ist, wobei den Eingängen (E1, E2, E3, E4) der Analogmultiplizierer (M1, M2) Quadraturkomponenten eines Signals oder von den Quadraturkomponenten abgeleitete Signale zuführbar sind, wobei die Ausgänge der Analogmultiplizierer (M1, M2) in einem Differenzknoten (D) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß an die Eingänge (E1, E2, E3, E4) der Analogmultiplizierer (M1, M2) je eine Schalteinrichtung (S1, S2, S3, S4) zur peri odischen Polaritätsumkehr von den Eingängen (E1, E2, E3, E4) zuführbaren Signalen angeschlossen ist.