-
Die
Erfindung betrifft einen Verstärker
mit im wesentlichen feststehender Eingangsimpedanz und ein entsprechendes
Verfahren gemäß den Oberbegriffen
der Ansprüche
1, 8 bzw. 14.
-
Rauscharme
Verstärker
(LNA) sind unerlässliche
Elemente in einem Verstärker
eines drahtlosen Kommunikationssystems und werden verwendet zum
Versehen von durch eine Antenne empfangenen Signalen mit Verstärkungen
und Empfindlichkeit. Da der rauscharme Verstärker eingangsseitig im Empfänger angebracht
ist, um generell sehr schwache Signale zu verarbeiten, stehen die
Verhaltenscharakteristiken des rauscharmen Verstärkers, wie etwa die Rauschzahl,
die HF-Verstärkung
und die Nicht-Linearität,
in engem Zusammenhang mit der Gesamtverhaltenscharakteristik eines
Empfängers.
-
Es
sei verwiesen auf 1,
welche ein Funktionsblockdiagramm eines Empfängers 10 in einem
drahtlosen Kommunikationssystem ist. Der Empfänger 10 beim vorliegenden
Ausführungsbeispiel
wird hauptsächlich
angewandt auf das drahtlose Kommunikationssystem, welches bei 0,9
GHz bis 10 GHz arbeitet. Heutzutage arbeiten die meisten handelsüblichen
drahtlosen Kommunikationssysteme, wie etwa GMS, Blue Tooth und WLAN,
um diesen Frequenzbereich (0,9 GHz bis 10 GHz). Der Empfänger 10 umfasst
eine Antenne 12, ein Filter 14, einen rauscharmen
Verstärker 16,
einen Mischer 18, einen Empfangsoszillator (bzw. lokalen
Schwingungsgenerator) 20 und ein Signalverarbeitungsmodul 22.
Die Antenne 12 wird verwendet zum Empfangen eines HF-Signals
HF. Nach Erhalten des HF-Signals HF von der Antenne 12 betätigt das
Filter 14 einen Frequenzauswahlprozess, so dass das HF-Signal
HF ein Eingangssignal SI generiert. Der rauscharme Verstärker 16 verstärkt dann
das Eingangssignal SI um ein vor bestimmtes Verstärkungsverhältnis. Da das empfangene HF-Signal
HF und das gefilterte Eingangssignal SI sehr schwach sind, sollte
der rauscharme Verstärker 16,
welcher nach dem Filter 14 angebracht ist, ein sehr niedriges
Rauschen aufweisen. Anschließend
wird das Eingangssignal SI von dem rauscharmen Verstärker 16 ausgegeben und
dezimiert (bzw. „down-sampled") auf eine spezifische
Frequenz durch den Mischer 18 und den Empfangsoszillator
(bzw. lokalen Schwingungsgenerator) 20. Das Signalverarbeitungsmodul 22 fährt fort
mit weiteren Vorgängen,
wie etwa einer Demodulation.
-
In
der Realisierung kann unter verschiedenen Umständen der Empfänger 10 des
drahtlosen Kommunikationssystems das HF-Signal HF mit feststehender Größe nicht
empfangen. Wird die Signalübertragung
bei einem Mobiltelefon als Beispiel herangezogen, so ist, wenn sich
der Empfänger 10 dem
signalemittierenden Ende, wie etwa einer Basisstation, nähert, die
Größe des HF-Signals
HF größer als wenn
der Empfänger 10 sich
weit weg von dem signalemittierenden Ende befindet. Da das übermäßige HF-Signal
HF das System sättigen
und dazu führen kann,
dass der Verstärker
nicht mehr in der Lage ist, Signale linear zu verstärken, ist
der rauscharme Verstärker 16 generell
ausgelegt als ein Verstärker
mit variabler Verstärkung,
welcher in einer Vielzahl von Verstärkungsmodi arbeitet. In der
folgenden Beschreibung kann der Verstärker mit variabler Verstärkung in
zwei Verstärkungsmodi
arbeiten: einem Modus hoher Verstärkung und einem Modus niedriger Verstärkung. Wie
in 1 dargestellt, arbeitet
der rauscharme Verstärker 16,
wenn das Eingangssignal SI klein ist, in dem Modus hoher Verstärkung, und das
Eingangssignal SI wird um ein höheres
Verstärkungsverhältnis verstärkt und
anschließend
ausgegeben. Hingegen wird, wenn das Eingangssignal SI groß ist, der
Modus niedriger Verstärkung
angewandt zum Verarbeiten des Eingangssignals SI, um die Sättigung
des rauscharmen Verstärkers 16 zu
vermeiden. Es sei auf 2 verwiesen,
welche ein Funktionsblockdiagramm eines Ausführungsbeispiels des rauscharmen
Verstärkers 16 des
Standes der Technik, dargestellt in 1,
ist. Der rauscharme Verstärker 16 ist
ein Verstärker
mit variabler Verstärkung, welcher
in einem Modus hoher Verstärkung
bzw. einem Modus niedriger Verstärkung
arbeiten kann. Der rauscharme Verstärker 16 umfasst einen
Eingangsanschluss 32, eine Verstärkungsschaltung 34 und
einen Ausgangsanschluss 36. Der Eingangsanschluss 32 wird
verwendet zum Empfangen des Eingangssignals SI, und die Verstärkungsschaltung 34 umfasst Transistoren
Q1-Q5 und drei einstellbare Vorspannungen B1-B3. Die Verstärkungsschaltung 34 kann verwendet
werden zum Verstärken
des Eingangssignals SI um zwei entsprechende (hoch/niedrig) Verstärkungsverhältnisse,
jeweils in zwei (hoch/niedrig) Verstärkungsmodi. Der Ausgangsanschluss 36 wird verwendet
zum Ausgeben des Eingangssignals SI, verstärkt durch die Verstärkungsschaltung 34.
-
Es
sei weiter auf 2 verwiesen.
Wenn der rauscharme Verstärker 16 in
dem Modus hoher Verstärkung
arbeitet, ist die Vorspannung B2 höher als die Vorspannung B3,
die Transistoren Q1, Q2, Q4, Q5 schalten ein, und der Transistor
Q3 schaltet aus. Das Eingangssignal SI wird verstärkt durch
die Transistoren Q1, Q2, Q4, Q5 in der Verstärkungsschaltung 34 und
ausgegeben durch den Ausgangsanschluss 36. Wenn der rauscharme
Verstärker 16 in dem
Modus niedriger Verstärkung
arbeitet, ist die Vorspannung B3 größer als die Vorspannung B2,
die Transistoren Q1, Q3, Q4, Q5 schalten ein, und der Transistor
Q2 schaltet aus. Das Eingangssignal SI wird verstärkt durch
die Transistoren Q4, Q5 und ausgegeben durch den Ausgangsanschluss 36.
Indem anfänglich
die Größen der
Transistoren Q1, Q2, Q3 größer ausgeführt werden
als diejenigen der Transistoren Q4, Q5, passiert lediglich ein kleiner
Teil des Eingangssignals SI die Transistoren Q4, Q5 zu dem Ausgangsanschluss 36,
während
der größte Teil
des Eingangssignals SI die Transistoren Q1, Q3 zu einer Spannungsquelle
VCC passiert. Daher ist die Umschaltung zwischen dem Modus hoher
Verstärkung und
dem Modus niedriger Verstärkung
abhängig
von dem Vergleich zwischen der Vorspannung B2 und der Vorspannung
B3 mit einer konstanten Vorspannung B1. Bei der Realisierung bleibt
die Vorspannung B2 auf einem vorbestimmten Spannungswert, während die
Vorspannung B3 zwischen zwei Werten (höher/niedriger als die Vorspannung
B2) umgeschaltet wird.
-
Außerdem umfasst
ein Verstärker
generell eine Eingangsimpedanz und eine Ausgangsimpedanz. In einem
System kann, sobald der Verstärker elektrisch
mit anderen Schaltungsanordnungen verbunden ist, eine Lastwirkung
auftreten, welche die Verhaltenscharakteristiken des gesamten Systems beeinträchtigen
infolge der (Eingangs/Ausgangs-) Impedanzfehlanpassung zwischen
dem Verstärker und
anderen Schaltungsanordnungen. Es sei sowohl auf 1 als auch auf 2 verwiesen. Der rauscharme Verstärker 16 umfasst
eine Eingangsimpedanz Zin1, eine induktive Gegenkopplungsschaltung 38 und
eine induktive Last Lc. Zum Vermeiden der Impedanzfehlanpassung
zwischen dem Filter 14 und dem rauscharmen Verstärker 16,
welche das Ansprechverhalten des Filters 14 und die Verhaltenscharakteristik
des rauscharmen Verstärkers 16 beeinträchtigt, sind
bei dem Ausführungsbeispiel
des Standes der Technik die Emitter des Transistors Q1, Q4 elektrisch verbunden
mit der induktiven Gegenkopplungsschaltung 38, um die Eingangsimpedanz
Zin1 einzustellen. Daher erfolgt, wenn der rauscharme Verstärker 16 umgeschaltet
wird zwischen dem Modus hoher Verstärkung und dem Modus niedriger
Verstärkung, keine Änderung
des Ansprechverhaltens des Filters 14 infolge der Änderung
der Eingangsimpedanz Zin1, so dass die Verhaltenscharakteristik
des Empfängers 10 aufrechterhalten
werden kann.
-
Jedoch
sind aufgrund der Tatsache, dass die Schaltungsfläche der
induktiven Gegenkopplungsschaltung 38 zu groß ist, im
Hinblick auf die Kosten, die Ohmsche Last und die Ohmsche Gegenkopplungsschaltung
akzeptabler für
die Industrie. Es sei verwiesen auf 3,
welche ein Funktionsblockdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels
des rauscharmen Verstärkers 16 des
Standes der Technik, dargestellt in 1,
ist. Der rauscharme Verstärker 16 ist
noch immer ein Verstärker
mit variabler Verstärkung,
welcher in dem Modus hoher Verstärkung und
dem Modus niedriger Verstärkung
arbeitet. Ähnlich
wie bei dem in 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel
besteht der rauscharme Verstärker 16 aus dem
Eingangsanschluss 32, der Verstärkungsschaltung 34,
dem Ausgangsanschluss 36 und einer Eingangsimpedanz Zin1'. Die Verstärkungsschaltung 34 umfasst
die Transistoren Q1'-Q5' und drei einstellbare
Vorspannungen B1'-B3' zum Verstärken des
Eingangssignals SI um entsprechende zwei (hoch/niedrig) Verstärkungsverhältnisse,
jeweils in zwei (hoch/niedrig) Verstärkungsmodi. Der Hauptunterschied
zwischen dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
und dem vorhergehenden besteht darin, dass bei dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
eine Ohmsche Last RL und eine Ohmsche Gegenkopplungsschaltung 40 die
induktive Last LC und die induktive Gegenkopplungsschaltung 38,
dargestellt in 2, ersetzen,
um eine Gegenkopplungsfunktion zu erreichen. Zur Klärung der
Charakteristiken der Ohmschen Gegenkopplung wird ein weiterer Verstärker als
Beispiel herangezogen. Es sei verwiesen auf 4, welche ein (einfacher) Verstärker 50 in
Kombination mit einem Widerstand Rf, verwendet für eine Ohmsche Gegenkopplungsschaltung,
ist. Der Verstärker 50 besteht
aus einem Transistor Q6, einem Eingangsanschluss 52, einem
Ausgangsanschluss 56, einem Wirk widerstand R und einem
Widerstand Rf für
eine Gegenkopplung. Ohne Einbeziehung des Widerstands Rf (für eine Gegenkopplung)
hat der Verstärker
die Spannungsverstärkung
Av1=gm·R,
wobei gm ein charakteristischer Parameter
des Transistors Q6 ist. Wie in 4 dargestellt,
zeigt die Volllinie einen Frequenzgang bzw. -ansprechverhalten des Verstärkers 50 ohne
die Gegenkopplung (die horizontale Achse stellt die Frequenz f dargestellt,
und die vertikale Achse stellt die Verstärkung Av dar). Bei Einbeziehung
des Widerstands Rf vermindert sich die Verstärkung auf Av2≈gm·R·Rf/(Rf+R),
und die Strichlinie, dargestellt in 4,
stellt den Frequenzgang des Verstärkers 50 mit der Gegenkopplung
dar. Wie in 4 dargestellt,
kann die verminderte Verstärkung
(verringert durch Rf/(Rf+R)) stattdessen einen besseren Frequenzgang
herbeiführen,
so dass das Verstärkungsverhältnis des
Frequenzgangs über einen
breiteren Frequenzbereich flach bleibt. Währenddessen wird auch die Verzerrung
zusammen mit der Verringerung des Verstärkungsverhältnisses verringert. Außerdem wird
die Eingansimpedanz Zin2 des Verstärkers 50 geändert auf
zin2≈(Rf+R)/gm·R) durch
die Wirkung des Transistors Rf; das heißt, die Ohmsche Gegenkopplungsschaltung 40 kann
zum Einstellen der Eingangsimpedanz Zin2 des Verstärkers verwendet
werden.
-
Um
die Beschränkungen
des Standes der Technik anzusprechen, sei erneut auf 3 verwiesen. Die Ohmsche
Gegenkopplungsschaltung 40 ist ein Widerstand R, welcher
elektrisch mit einem Kondensator C verbunden ist. Das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel
arbeitet ähnlich
wie das in 2 dargestellte
Ausführungsbeispiel.
Wenn der rauscharme Verstärker 16 in
dem Modus hoher Verstärkung
arbeitet, wird ein Teil des Eingangssignals SI, verarbeitet und
ausgegeben zum Ausgangsanschluss 36, rückgeführt von dem Ausgangsanschluss 36 zu
dem Eingangsanschluss 32 über die Ohmsche Gegenkopplungsschaltung 40,
welcher als Rückführsignal
bezeichnet wird. Jedoch passiert, wenn der rauscharme Verstärker 16 umgeschaltet
wird auf den Modus niedriger Verstärkung, ein kleiner Teil des
Eingangssignals SI die Transistoren Q4', Q5' zum
Ausgangsanschluss 36, während
der größte Teil
des Eingangssignals SI die Transistoren Q1', Q3' zu
einer Spannungsquelle VCC' passiert;
das heißt,
lediglich ein kleines Rückführsignal
passiert die Ohmsche Gegenkopplungsschaltung 40 zurück zum Eingangsanschluss 32.
Daher kann in verschiedenen Verstärkungsmodi die Ohmsche Gegenkopplungsschaltung 40 nicht
zum Einstellen der Eingangsimpedanz verwendet werden, so dass die
Eingangsimpedanz Zin1' sich
in verschiedenen Verstärkungsmodi ändert. Wie bereits
bekannt, wird das Filteransprechverhalten des Filters 14 durch
die Impedanzfehlanpassung zwischen dem Filter 14 und dem
rauscharmen Verstärker 16 verzerrt,
und die Verhaltenscharakteristiken des rauscharmen Verstärkers 16 werden
beeinträchtigt.
-
Vor
diesem Hintergrund zielt die vorliegende Erfindung auf die Schaffung
eines Verstärkers
und eines entsprechenden Verfahrens zur Nutzung einer Vielzahl von
Ohmschen Gegenkopplungsschaltungen zur Verarbeitung entsprechender
Rückführsignale,
so dass die Eingangsimpedanz des Verstärkers in verschiedenen Verstärkungsmodi
im wesentlichen konstant gehalten wird.
-
Dies
wird erreicht durch einen Verstärker,
ein Verfahren und einen Differenzverstärker gemäß den Ansprüchen 1, 8 bzw. 14. Die Unteransprüche zeigen entsprechende
Weiterentwicklungen und Verbesserungen.
-
Wie
aus der nachfolgenden Beschreibung deutlicher hervorgeht, verwenden
der Verstärker,
das Verfahren und der Differenzverstärker eine Vielzahl von Ohmschen
Gegenkopplungsschaltungen, welche jeweils angebracht sind in einer
Vielzahl von entsprechenden Pfaden, durch welche ein Rückführsignal
in verschiedenen Verstärkungsmodi
passiert, um die entsprechenden Rückführsignale zu verarbeiten, so
dass die Eingangsimpedanz des Verstärkers in verschiedenen Verstärkungsmodi
im wesentlichen konstant bleiben kann.
-
Im
folgenden wird die Erfindung ferner beispielhaft dargestellt, wobei
eine Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung erfolgt; es zeigt:
-
1 ein Funktionsblockdiagramm
eines Empfängers
in einem drahtlosen Kommunikationssystem;
-
2 ein Funktionsblockdiagramm
eines Ausführungsbeispiels
des in 1 dargestellten rauscharmen
Verstärkers
des Standes der Technik;
-
3 ein Funktionsblockdiagramm
eines weiteren Ausführungsbeispiels
des in 1 dargestellten
rauscharmen Verstärkers
des Standes der Technik;
-
4 einen Verstärker in
Kombination mit einem Widerstand Rf, verwendet für eine Ohmsche Gegenkopplungsschaltung;
-
5 ein schematisches Diagramm
eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels
eines Verstärkers;
-
6 ein schematisches Diagramm
eines weiteren Ausführungsbeispiels,
welches einen erfindungsgemäßen Verstärker darstellt;
-
7 ein schematisches Diagramm
eines detaillierten Ausführungsbeispiels,
dargestellt in 6;
-
8 eine Liste, welche drei
Vorspannungen, dargestellt in 7,
enthält;
-
9 ein Flussdiagramm eines
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels
eines Verfahrens;
-
10 ein Funktionsblockdiagramm
eines erfindungsgemäßen Differenzverstärkers;
-
11 ein schematisches Diagramm
eines detaillierten Ausführungsbeispiels
des in 10 dargestellten
Differenzverstärkers.
-
5 ist ein schematisches
Diagramm eines Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Verstärkers 60. Ähnlich wie
bei den in 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen
des Standes der Technik umfasst der Verstärker 60 bei dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
einen Eingangsanschluss 62, eine Verstärkungsschaltung 64,
einen Ausgangsanschluss 66 und eine Eingangsimpedanz Zin3.
Der Eingangsanschluss 62 wird verwendet zum Empfangen eines
Eingangssignals SI3, und die Verstärkungsschaltung 64 umfasst
die Transistoren Q7-Q11 und drei einstellbare Vorspannungen B4-B6. Im
Gegensatz zu dem in 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel
entsprechen die Transistoren Q7-Q11 jeweils den Transistoren Q1-Q5,
und die drei Vorspannungen B4-B6 entsprechen jeweils den Vorspannungen
B1-B3. Die Verstärkungsschaltung 64 wird
ferner verwendet zum Verstärken
des von dem Eingangsanschluss 62 empfangenen Eingangssignals
SI3 um entsprechende Verstärkungsverhältnisse
in jeweiligen Verstärkungsmodi.
Der Ausgangsanschluss 66 wird verwendet zum Ausgeben des
durch die Verstärkungsschaltung 64 verstärkten Eingangssignals
SI. Das vorliegende Ausführungsbeispiel übernimmt
die Festlegung von zwei Verstärkungsmodi
(bei den Ausführungsbeispielen
des Standes der Technik): einen Modus hoher Verstärkung und
einen Modus niedriger Verstärkung.
Wenn die Vorspannung B5 höher
ist als die Vorspannung B6, arbeitet der Verstärker 60 in dem Modus
hoher Verstärkung. Das
Eingangssignal SI3 wird durch die Transistoren Q7, Q8, Q10, Q11
in der Verstärkungsschaltung 64 verstärkt und
zum Ausgangsanschluss 66 ausgegeben. Wenn die Vorspannung
B6 höher
ist als die Vorspannung B5, arbeitet der Verstärker 60 in dem Modus
niedriger Verstärkung;
währenddessen
passiert lediglich ein kleiner Teil des Eingangssignals SI3 die Transistoren
Q10, Q11 zum Ausgangsanschluss 66, während der größte Teil
des Eingangssignals SI3 die Transistoren Q7, Q9 zu einer Spannungsquelle
VCC passiert. Daher wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
die Umschaltung zwischen dem Modus hoher Verstärkung und dem Modus niedriger
Verstärkung
noch immer bestimmt durch Vergleichen der Vorspannung B5 mit der
Vorspannung B6.
-
In
jeden Verstärkungsmodus
wird ein Rückführsignal
rückgeführt zu dem
Eingangsanschluss über
zumindest einen entsprechenden Pfad. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
umfasst der Verstärker 60 zwei
Ohmsche Gegenkopplungsschaltungen, eine Ohmsche Gegenkopplungsschaltung 67 für hohe Verstärkung und
eine Ohmsche Gegenkopplungsschaltung 69 für niedrige
Verstärkung,
welche jeweils realisiert sind durch einen Widerstand, welcher elektrisch
verbunden ist mit einem Kondensator (die Ohmsche Gegenkopplungsschaltung 67 für hohe Verstärkung umfasst
einen Widerstand Rf1 und einen Kondensator Cf1; die Ohmsche Gegenkopplungsschaltung 69 für niedrige
Verstärkung
umfasst einen Widerstand Rf2 und einen Kondensator Cf2). Die Ohmsche
Gegenkopplungsschaltung 67 für hohe Verstärkung wird hauptsächlich verwendet
zur Verarbeitung des Rückführsignals
in dem Modus hoher Verstärkung,
und die Ohmsche Gegenkopplungsschaltung 69 für niedrige
Verstärkung
wird verwendet zur Verarbeitung des Rückführsignals in dem Modus niedriger
Verstärkung.
Es sei sowohl auf das in 3 dargestellte
Ausführungsbeispiel
des Standes der Technik als auch auf das vorliegende Ausführungsbeispiel
verwiesen; die Ohmsche Gegenkopplungsschaltung 67 für hohe Verstärkung entspricht der
Ohmschen Gegenkopplungsschaltung, dargestellt in 3; das heißt, im Modus hoher Verstärkung wird
das Rückführsignal
von dem Ausgangsanschluss 66 zu dem Eingangsanschluss 62 hauptsächlich über die
Ohmsche Gegenkopplungsschaltung 67 für hohe Verstärkung rückgeführt, während im
Modus niedriger Verstärkung
das Rückführsignal von
der Spannungsquelle VCC zum Eingangsanschluss 62 hauptsächlich über die
Ohmsche Gegenkopplungsschaltung 69 für niedrige Verstärkung rückgeführt wird.
Außerdem
umfasst der Verstärker 60 ferner
eine Schaltvorrichtung 68, welche elektrisch verbunden
ist mit der Ohmschen Gegenkopplungsschaltung 69 für niedrige
Verstärkung.
Daher wird bei der Realisierung im Modus hoher Verstärkung die
Schaltvorrichtung 68 geöffnet,
so dass das Rückführsignal
nicht beeinträchtigt
wird durch die Ohmsche Gegenkopplungsschaltung 69 für niedrige Verstärkung (Widerstand
Rf2 und Kondensator Cf2) und von dem Ausgangsanschluss 66 zu
dem Eingangsanschluss 62 hauptsächlich über die Ohmsche Gegenkopplungsschaltung 67 für hohe Verstärkung rückgeführt wird.
Im Modus niedriger Verstärkung wird
infolge der Tatsache, dass der größte Teil des Eingangssignals
SI3 die Transistoren Q7, Q9 zu der Spannungsquelle VCC passiert,
zum Verarbeiten des über
die Spannungsquelle VCC rückgeführten Signals
die Schaltvorrichtung 68 geschlossen, so dass der größte Teil
des Rückführsignals
rückgeführt wird
von der Spannungsquelle VCC zu dem Eingangsanschluss 62 über die
Ohmsche Gegenkopplungsschaltung 69 für niedrige Verstärkung.
-
Daher
kann durch ein geeignetes Bestimmen der Werte des Widerstands Rf2
und des Kondensators Cf2 die Eingangsimpedanz Zin3 (des Verstärkers 60)
im wesentlichen konstant bleiben, sowohl im Modus niedriger Verstärkung als
auch im Modus hoher Verstärkung,
so dass eine Beeinträchtigung
der Verhaltenscharakteristiken des Filters vermieden wird.
-
Es
sei darauf hingewiesen, dass die Typen der Transistoren Q7-Q11 bei dem oben
erwähnten Ausführungsbeispiel
bipolare Sperrschicht-Transistoren (BJT) oder Metalloxid-Halbleiter-Transistoren (MOS-Transistoren)
sein können.
Es sei auf 6 verwiesen,
welche ein schematisches Diagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels
ist, das einen erfindungsgemäßen Verstärker 80 darstellt.
Dabei wurden die Charakteristiken des in 5 dargestellten früheren Ausführungsbeispiels übernommen,
und der Verstärker 80 des
vorliegenden Ausführungsbeispiels
umfasst ebenfalls einen Eingangsanschluss 82 (zum Empfangen
eines Eingangssignals SI3'), eine
Verstärkungsschaltung 84 und
einen Ausgangsanschluss 86. Außerdem umfasst der Verstärker 80 eine
Eingangsimpedanz Zin3'.
Die Verstärkungsschaltung 84 besteht
aus Transistoren Q7'-Q11', drei einstellbaren
Vorspannungen B4'-B6', eine Ohmsche Gegenkopplungsschaltung 87 für hohe Verstärkung (mit
einem Widerstand Rf1' und
einem Kondensator Cf1')
und eine Ohmsche Gegenkopplungsschaltung 89 für niedrige
Verstärkung
(mit einem Widerstand Rf2' und
einem Kondensator CF2').
Der Hauptunterschied zwischen dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
und dem in 5 dargestellten
Ausführungsbeispiel
besteht darin, dass die beiden Ohmschen Gegenkopplungsschaltungen
bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
versehen sind mit Schaltvorrichtungen, einer ersten Schaltvorrichtung 83,
welche elektrisch verbunden ist mit der Ohmschen Gegenkopplungsschaltung 87 für hohe Verstärkung, und
einer zweiten Schaltvorrichtung 85, welche elektrisch verbunden
ist mit der Ohmschen Gegenkopplungsschaltung 89 für niedrige
Verstärkung.
Die erste Schaltvorrichtung 83 kann realisiert sein durch
einen Transistor Q12 und ein Steuersignal Ctr1, und die zweite Schaltvorrichtung 85 kann
ebenfalls realisiert sein durch einen Transistor Q13 und ein Steuersignal Ctr2.
Die zweite Schaltvorrichtung 85 kann der Schaltvorrichtung 68 bei
dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel
entsprechen. Daher wird in dem Modus hoher Verstärkung die zweite Schaltvorrichtung 85 geöffnet, und
die erste Schaltvorrichtung 83 wird geschlossen, so dass
das Rückführsignal
von dem Ausgangsanschluss 86 zu dem Eingangsanschluss 82 vollständig über die
Ohmsche Gegenkopplungsschaltung 87 für hohe Verstärkung rückgeführt werden
kann. Hingegen wird im Modus niedriger Verstärkung die erste Schaltvorrichtung 83 geöffnet, und
die zweite Schaltvorrichtung 85 wird geschlossen, so dass
das Rückführsignal
von der Spannungsquelle VCC' zu
dem Eingangsanschluss 82 vollständig über die Ohmsche Gegenkopplungsschaltung 89 für niedrige
Verstärkung
rückgeführt werden
kann. In ähnlicher
Weise kann durch ein geeignetes Bestimmen der Werte des Widerstands
Rf1', des Kondensators
Cf1', des Widerstands
Rf2' und des Kondensators
Cf2' die Eingangsimpedanz
Zin3' des Verstärkers 80
im Modus niedriger Verstärkung
und im Modus hoher Verstärkung
im wesentlichen konstant bleiben.
-
Tatsächlich ist
die Anzahl von Verstärkungsmodi
nicht beschränkt
auf genau zwei: "hoch" und "niedrig". Im Falle des in 6 dargestellten Ausführungsbeispiels
kann bei der Realisierung die Vorspannung B5' auf einen vorbestimmten Spannungswert
gehalten werden, während
die Vorspannung B6' umgeschaltet
wird zwischen drei verschiedenen Spannungen, welche höher als
die Vorspannung B5', niedriger
als die Vorspannung B5' bzw.
gleich dieser sind, um den Übergang
zwischen drei verschiedenen Verstärkungsmodi zu erreichen. Es
sei auf 7 verwie sen,
welche ein schematisches Diagramm eines detaillierten Ausführungsbeispiels,
dargestellt in 6, ist.
Um die Umschaltung zwischen drei verschiedenen Spannungen entsprechend
dem Übergang
zwischen drei verschiedenen Verstärkungsmodi hervorzuheben, zeigt
das in 7 dargestellte Ausführungsbeispiel
detaillierte Schaltungsanordnungen der drei einstellbaren Vorspannungen B4'-B6'. Die drei Vorspannungen
B4'-B6' entsprechen jeweils
den drei Vorspannungsliefervorrichtungen 90, 91, 92.
Die Vorspannung B5' ist
im wesentlichen feststehend bei einem vorbestimmten Spannungswert,
und der vorbestimmte Spannungswert ist dargestellt in 8, welche eine Liste ist,
die die drei in 7 dargestellten
Vorspannungen B4'-B6' enthält. Wie
in 8 dargestellt, beträgt der vorbestimmte
Spannungswert der Vorspannung B5' 1,6, und
die Vorspannung B6' kann
umgeschaltet werden zwischen einem hohen Spannungswert (2,7V) und einer
Massespannung GND (0V), um den Verstärker 80 zwischen dem
Modus niedriger Verstärkung
und dem Modus hoher Verstärkung
umzuschalten. Wenn die Vorspannung B6' vollständig gleich der Vorspannung
B5' (1,6V) ist,
ist unter dem Eingangssignal SI3 der von den Transistoren Q10', Q11' gelieferte Betrag zum
Ausgangsanschluss 86 ähnlich
dem von den Transistoren Q7',
Q9' zur Spannungsquelle
VCC' gelieferten
Betrag. Daher befindet sich das Verstärkungsverhältnis zwischen dem Verstärkungsverhältnis in
dem Modus hoher Verstärkung
und dem Verstärkungsverhältnis im
Modus niedriger Verstärkung; die
Situation wird als Modus mittlerer Verstärkung bezeichnet. In dem Modus
mittlerer Verstärkung
leiten sowohl die erste Schaltvorrichtung 83 als auch die zweite
Schaltvorrichtung 85, so dass die Eingangsimpedanz Zin3' des Verstärkers 80 in
dem Modus mittlerer Verstärkung
die gleiche bleibt wie diejenige im Modus hoher/niedriger Verstärkung. Daher
hat der Verstärker 80,
welcher in den drei verschiedenen Verstärkungsmodi (hoch, niedrig und
mittel) arbeitet, eine im wesentlichen feststehen de Eingangsimpedanz
Zin3'. Außerdem ist
die Anzahl der Verstärkungsmodi
nicht beschränkt
auf eine bestimmte Anzahl; das heißt, die Hauptcharakteristik
der vorliegenden Erfindung ist ein Verwenden einer Vielzahl von Ohmschen
Gegenkopplungsschaltungen, welche mit entsprechenden Schaltvorrichtungen
versehen und in einer Vielzahl von Pfaden angeordnet sind, welche das
Rückführsignal
in verschiedenen Verstärkungsmodi
passiert, um jeweils das Rückführsignal
in verschiedenen Verstärkungsmodi
zu verarbeiten und somit die Eingangsimpedanz des Verstärkers in
verschiedenen Verstärkungsmodi
im wesentlichen konstant zu halten.
-
Es
sei darauf hingewiesen, dass die oben erwähnten Ausführungsbeispiele von Verstärkern, dargestellt
in 5 bis 7, hauptsächlich angewandt werden
in dem Empfänger
eines drahtlosen Kommunikationssystems, um ein rauscharmer Verstärker zu sein.
Zusammenfassend kann sich das Verfahren der vorliegenden Erfindung,
welches die Eingangsimpedanz des Verstärkers in einer Vielzahl von
Verstärkungsmodi
im wesentlichen konstant hält,
auf 9 beziehen, welche
ein Flussdiagramm ist, das ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des Verfahrens
darstellt. Der Verstärker
umfasst einen Eingangsanschluss, eine Verstärkungsschaltung, mindestens
eine Schaltvorrichtung, eine Vielzahl von Ohmschen Gegenkopplungsschaltungen
und einen Ausgangsanschluss. Die vorliegende Erfindung umfasst folgende
Schritte:
Schritt 100: Verwenden des Eingangsanschlusses zum
Empfangen eines Eingangssignals;
Schritt 102: Verwenden
der Verstärkungsschaltung zum
Verstärken
des Eingangssignals um ein entsprechendes Verstärkungsverhältnis in jedem Verstärkungsmodus;
Schritt 104:
Verwenden der Vielzahl von Ohmschen Gegenkopplungsschaltungen und
mindestens einer Schaltvorrichtung, um die Eingangsimpedanz des Verstärkers in
verschiedenen Verstärkungsmodi
im wesentlichen konstant zu halten. Das heißt genauer, Betätigen mindestens
einer Schaltvorrichtung, um ein Rückführen des Rückführsignals durch mindestens
eine entsprechende Ohmsche Gegenkopplungsschaltung zu dem Eingangsanschluss
in verschiedenen Verstärkungsmodi
zu bewirken, so dass die Eingangsimpedanz des Verstärkers in
verschiedenen Verstärkungsmodi
im wesentlichen konstant bleibt;
Schritt 106: Verwenden
des Ausgangsanschlusses zum Ausgeben des durch die Verstärkungsschaltung verstärkten Eingangssignals.
-
Eine
weitere Hauptcharakteristik der vorliegenden Erfindung ist die Charakteristik
eines Differenzverstärkers.
Der Differenzverstärker
der vorliegenden Erfindung kann realisiert sein durch Zusammenführen zweier
in 5 bis 7 dargestellter Verstärker, wobei
einer der beiden Verstärker
als eine positive Verstärkerschaltung
behandelt wird, während
der andere als eine negative Verstärkerschaltung behandelt wird.
Das Ausgangssignal ist eine Differenz zwischen den beiden Ausgangssignalen
der beiden Verstärker.
Es sei auf 10 verwiesen,
welche ein Funktionsblockdiagramm eines erfindungsgemäßen Differenzverstärkers 100 ist.
Der Differenzverstärker 100 umfasst
einen positiven Eingangsanschluss 102P, einen negativen
Eingangsanschluss 102N, eine positive Verstärkerschaltung 100P,
eine negative Verstärkerschaltung 100N,
einen positiven Ausgangsanschluss 106P und einen negativen
Ausgangsanschluss 106N. Der Differenzverstärker 100 umfasst
ferner eine Eingangsimpedanz ZinD. Der positive Eingangsanschluss 102P wird verwendet
zum Empfangen eines positiven Eingangssignals SIP, und der negative
Eingangsanschluss 102N wird verwendet zum Empfangen eines
negativen Eingangssignals SIN. Die positive Verstärkerschaltung 100P ist elektrisch
mit dem positiven Eingangsanschluss 102P verbunden, und
die negative Verstärkerschaltung 100N ist
elektrisch mit dem negativen Eingangsanschluss 102N verbunden.
Außerdem
ist der positive Ausgangsanschluss 106P elektrisch mit
der positiven Verstärkerschaltung 100P verbunden,
um das positive Ausgangssignal SIP, verarbeitet durch die positive
Verstärkerschaltung 100P,
auszugeben; der negative Ausgangsanschluss 106N ist elektrisch
mit der negativen Verstärkerschaltung 100N verbunden, um
das negative Eingangssignal SIN, verarbeitet durch die negative
Verstärkerschaltung 100N,
auszugeben. Tatsächlich
können
der positive Eingangsanschluss 102P, die positive Verstärkerschaltung 100P und
der positive Ausgangsanschluss 106P kombiniert werden,
um als ein offenbarter erfindungsgemäßer rauscharmer Verstärker (dargestellt
in 5 bis 7) betrachtet zu werden.
In ähnlicher
Weise können
auch der negative Eingangsanschluss 102N, die negative
Verstärkerschaltung 100N und
der negative Ausgangsanschluss 106N kombiniert werden,
um als ein (rauscharmer) Verstärker
betrachtet zu werden. Es sei auf 11 verwiesen,
welche ein schematisches Diagramm eines detaillierten Ausführungsbeispiels
des Differenzverstärkers 100,
dargestellt in 10, ist,
und das in 11 dargestellte
Ausführungsbeispiel
ist realisiert durch Zusammenführen der
beiden in 6 dargestellten
Verstärker 80.
Das Differenzverhalten des Differenzverstärkers ist abhängig von
der Genauigkeit der Phasendifferenz zwischen dem positiven Eingangssignal
und dem negativen Eingangssignal. Wenn die Phasendifferenz nicht
genau ist, tritt ein Gleichtaktsignal auf, welches das Differenzverhalten
beeinträchtigt.
Wie in 11 dargestellt,
umfasst die positive Verstärkerschaltung 100P eine
positive Verstärkungsschaltung 104P, eine
Vielzahl von (zwei) positiven Ohmschen Gegenkopplungsschaltungen 110P und
eine Vielzahl von (zwei) positiven Schaltvorrichtungen 108P.
Die positive Verstärkungsschaltung 104P wird
verwendet zum Verstärken
des positiven Eingangssignals SIP um ein entsprechendes Verstärkungsverhältnis in
jedem Verstärkungsmodus,
und die Vielzahl von positiven Ohmschen Gegenkopplungsschaltungen 110P sowie
die positiven Schaltvorrichtungen 108P können verwendet
werden, um die Eingangsimpedanz ZinP der positiven Verstärkerschaltung 100P in
verschiedenen Verstärkungsmodi
im wesentlichen konstant zu halten. Die negative Verstärkerschaltung 100N arbeitet
in der gleichen Weise wie die positive Verstärkerschaltung 100P.
-
Gemäß dem vorhergehenden
Absatz haben die positive Verstärkerschaltung 100P und
die negative Verstärkerschaltung 100N im
wesentlichen feststehende Eingangsimpedanzen in verschiedenen Verstärkungsmodi.
Daher können
die positive Verstärkerschaltung 100P und
die negative Verstärkerschaltung 100N mit
zwei identischen Verstärkern
realisiert werden, so dass die Eingangsimpedanz der positiven Verstärkerschaltung 100P gleich
der Eingangsimpedanz der negativen Verstärkerschaltung 100N in
verschiedenen Verstärkungsmodi
ist (ZinP = ZinN). Infolge der Tatsache, dass die Eingangsimpedanz ZinD
des Differenzverstärkers 100 eine
mathematische Kombination aus der Eingangsimpedanz ZinP und der
Eingangsimpedanz ZinN ist, kann die Eingangsimpedanz ZinD des Differenzverstärkers 100 in verschiedenen
Verstärkungsmodi
im wesentlichen konstant bleiben. Das heißt, wenn jeder Verstärker, welcher
in dem Differenzverstärker 100 enthalten
ist, die im wesentlichen konstante Eingangsimpedanz aufweist, bleibt
die Eingangsimpedanz ZinD des Differenzverstärkers 100 im wesentlichen
konstant. Außerdem
hat aufgrund der Tatsache, dass der Differenzverstärker 100 im Differenzmodus
arbeitet, der Differenzverstärker 100 mehr
Vorteile als generelle Eintaktverstärker, wie etwa die in 5 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiele. Mit den Charakteristiken
des Differenzmodus kann erreicht werden, dass der Differenzverstärker 100 nicht
mehr gestört wird
und keine Störung
bzw. Interferenz erzeugt, wobei er einen geringeren Intercept-Punkt
zweiter Ordnung (IP2) auf der Eingangsseite des Empfängers bei
einem geringeren DC-Offset bzw. Gleichspannungs-Offset erzeugt.
Außerdem
ist der Frequenzgang des Differenzverstärkers 100 breiter
als derjenige von generellen Eintaktverstärkern. Da es sich um einen
rauscharmen Differenzverstärker
handelt, kann der Differenzverstärker
der vorliegenden Erfindung auf ein drahtloses Kommunikationssystem
angewandt werden.
-
Erfindungsgemäß ist ein
Verstärker
mit im wesentlichen feststehender Eingangsimpedanz offenbart. In
dem Verstärker
sind eine Vielzahl von Ohmschen Gegenkopplungsschaltungen jeweils
angeordnet in einer Vielzahl von entsprechenden Pfaden, durch welche
ein Rückführsignal
in verschiedenen Verstärkungsmodi
passiert. In jedem Verstärkungsmodus
wird mindestens eine entsprechende Ohmsche Gegenkopplungsschaltung
verwendet zur Verarbeitung des entsprechenden Rückführsignals, so dass die Eingangsimpedanz
des Verstärkers
in verschiedenen Verstärkungsmodi
im wesentlichen konstant bleibt. Daher kann die Verzerrung einer
Filterantwort, hervorgerufen durch eine Impedanz-Fehlanpassung, vermieden werden. Außerdem ist
ein Differenzverstärker
mit im wesentlichen feststehender Eingangsimpedanz ebenfalls offenbart, um
verschiedenen Anforderungen bei Kommunikationssystemen zu genügen.