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Diese
Anmeldung führt das US 6940365 und das US 7127217 an, die
hierdurch durch Bezugnahme zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden
Erfindung gemacht sind.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen integrierten LC-Filter in einem
Breitband-Fernsehempfänger, der abgestimmt werden kann,
und ein Verfahren dazu, gemäß den Oberbegriffen
der jeweiligen Ansprüche 1 und 9.
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Moderne
Empfängersysteme verwenden Breitbandtechnologie, um einen
weiten Bereich von Frequenzen zu empfangen. Um zu verhindern, dass bandinterne
Blocker auf den Empfängerbetrieb störend einwirken,
erfordert der Empfänger an seinem Front-End sehr hohe Linearität.
In Breitband-Fernsehempfängern ist ein herkömmliches
Verfahren zum Erreichen hoher Linearität beim Vorhandensein von
bandinternen Blockern die Verwendung von Automatic-Gain-Control
(AGC). Ein gewünschtes Signal wird zusammen mit dem bandinternen
Blocker einem herkömmlichen Empfänger zugeführt
und unter Verwendung eines Breitband-Low-Noise-Amplifier (LNA) und
eines Variable-Gain-Amplifier (VGA) verstärkt. Ein Wide-Band-Power-Detektor,
der mit dem Ausgang des VGA gekoppelt ist, wandelt das gewünschte
Signal und die Blockerleistung in eine Gleichspannung um, die dann
in den Basisbandteil des Empfängers eingegeben wird. Da
die Gleichspannung der Eingangsignalleistung direkt proportional
ist, kann das Basisband das Vorhandensein von (einem) Block(ern)
erfassen, wenn das entsprechende Basisband-Radio-Signal-Strength-Indicator-(RSSI)-Niveau
nicht dem WBPD-Gleichstromniveau proportional ist. Wenn dies geschieht,
wird das Basisband ein Signal an das Front-End senden, um die Verstärkung des
VGA zu verringern. Wenn sich die Verstärkung verringert,
wird sich jedoch auch die Empfänger-Rauschzahl erhöhen.
Daher ist die Verwendung von AGC beschränkt.
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Viele
Empfänger verwenden daher Nachlauffilter bzw. Tracking-Filter,
um nur das gewünschte Eingangsignal zu verstärken,
wodurch die Notwendigkeit für derart hohe Linearität
verringert wird. In einem Direktumwandlungsempfänger kann
der Nachlauffilter das interne Lokale-Oszillations(LO)-Signal auffinden,
das durch einen phasengekoppelten Regelkreis (PLL) erzeugt wird.
Die Frequenzantwort eines Filters weist auf die Charakteristik(en)
des Filters hin, der das Eingangs-/interne Signal zu dem Filter aufbereitet.
Der Filter wird Frequenzantworten zeigen, die auf gewissen Schaltungsparametern
basieren.
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In
einem Breitband-Empfänger ist ein Filter erforderlich,
der viele Frequenzantworten aufweist, das heißt, ein abstimmbarer
Filter. Empfänger des Standes der Technik verwenden Radiofrequenz(RF)-Nachlauffilter,
die Bandpassfiltern entsprechen.
US
Patent 6285865 , das hier unter Bezugnahme aufgenommen ist,
offenbart einen Empfänger mit einem solchen einstellbaren
Filter. Der offenbarte integrierte Chip umfasst: einen ersten, einstellbaren, auf
dem Chip befindlichen Filter mit einer ersten Vielzahl von auswählbaren
Kapazitäten, die seine Mittenfrequenz bestimmen; einen
zweiten einstellbaren, auf dem Chip befindlichen Filter mit einer
zweiten Vielzahl von auswählbaren Kapazitäten,
die seine Mittenfrequenz bestimmen; Mittel zum Auswählen
einer Anzahl aus der ersten Vielzahl von Kapazitäten, um
den ersten Filter auf eine gewünschte Mittenfrequenz einzustellen;
und Mittel zum Übertragen der Auswahl aus der ersten Vielzahl
von Kapazitäten zu der zweiten Vielzahl von Kapazitäten,
um den zweiten Filter auf eine Mittenfrequenz einzustellen, die proportional
zu der gewünschten Frequenz ist. Der beschriebene Empfänger
muss zuerst einen abstimmbaren Dummy-Filter kalibrieren, bevor er
die Ergebnisse von dem Dummy-Filter zu dem anderen abstimmbaren
Filter in dem Hauptsignalpfad überträgt. Die Notwendigkeit,
einen anderen abstimmbaren Filter zu duplizieren und abzustimmen
ist teilweise durch die Tatsache bedingt, dass das Abstimmen des
Filters in dem Hauptsignalpfad durch Interferenzen, die von der
Antenne kommen, beeinträchtigt wird. Dies führt
dazu, dass das Plättchengebiet bzw. "die area" unnötig
vergrößert wird.
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Vor
kurzem sind andere Empfänger, die integrierte Nachlauffilter
enthalten, entwickelt worden. Das
US
Patent 7127217 ist als eine Darstellung inkludiert. In
diesem Stand der Technik muss der gesamte Empfangspfad einschließlich
des Down-Mixers konfiguriert werden, um das gefilterte Signal von
dem abstimmbaren Filter zu erhalten. Außerdem wird das Kalibrierungssignal
durch die Antenne abstrahlen, wenn nicht ein zusätzlicher
Antennenschalter vorhanden ist.
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In
beiden Ständen der Technik muss die Kalibrierung dieser
abstimmbaren Filter entweder in der Fabrik, um Abstrahlung durch
die Antenne zu verhindern, oder außerhalb des Signalpfades
gemacht werden.
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Es
ist Aufgabe, einen Empfänger zur Verfügung zu
stellen, der einen integrierten Nachlauffilter umfasst, der die
Interferenz zu dem Empfänger minimiert und die Abstrahlung
des Kalibrierungssignals in den Raum während des Filter-Kalibrierungsverfahrens
verhindert. Wenn der gesamte Empfängerpfad während
des Abstimmverfahrens nicht erforderlich ist, kann der Empfängerleistungsverbrauch
noch weiter verringert werden.
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Dies
berücksichtigend zielt die Erfindung darauf ab, ein Sys tem
mit einem integrierten Nachlauffilter zur Verfügung zu
stellen, der einfach kalibriert werden kann. Dies wird durch einen
Empfänger und ein Verfahren gemäß den
jeweiligen Ansprüchen 1 und 9 bewirkt. Die Unteransprüche
offenbaren bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Wie
aus der nachfolgenden Beschreibung deutlicher zu ersehen ist, umfasst
der Empfänger ferner: einen abstimmbaren Low-Noise-Amplifier
(LNA) zum Auffinden eines lokalen Oszillations(LO)-Signals während
eines Kalibrierungsmodus, wobei der abstimmbare LNA umfasst: eine
Vielzahl von LNAs zum Empfangen und Verstärken von jeweils
einer Vielzahl von Frequenzbändern; eine Vielzahl von ersten Schaltern,
die jeweils mit der Vielzahl von LNAs gekoppelt sind; eine Vielzahl
von LC-Ladungen, die jeweils mit der Vielzahl von ersten Schaltern
gekoppelt sind; eine Vielzahl von Zwischenspeichern, die jeweils
mit der Vielzahl von ersten Schaltern gekoppelt sind; und eine Vielzahl
von zweiten Schaltern, die jeweils mit der Vielzahl von LC-Ladungen
und dem LO-Signal gekoppelt sind. Der offenbarte Empfänger umfasst
auch: eine Leistungserfassungsschaltung, die mit dem Ausgang des
abstimmbaren LNA gekoppelt ist, um ein gefiltertes Signal-Leistungsniveau entsprechend
dem LO-Signal zu bestimmen; eine erste Schalteinheit, die mit dem
LO-Signal gekoppelt ist; und eine Steuereinrichtung, die mit der
Leistungserfassungsschaltung, den ersten Schaltern, den zweiten
Schaltern und der ersten Schalteinheit gekoppelt ist, zum Steuern
der ersten Schalter, um den Ausgang der Vielzahl von LNAs zu isolieren,
zum Steuern der zweiten Schalter, um eine der LC-Ladungen entsprechend
der Frequenz des LO-Signals auszuwählen, und zur Steuerung
der ersten Schalteinheit, um das LO-Signal während des
Kalibrierungsmodus zu den zweiten Schaltern weiterzuleiten.
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Das
Verfahren umfasst ferner: Bereitstellen eines abstimmbaren Low-Noise-Amplifier
(LNA) mit einer Vielzahl von LNAs und einer Vielzahl von LC-Ladungen,
die mit der Vielzahl von LNAs gekoppelt sind; Auswählen
eines gewünschten LNA und einer LC-Ladung entsprechend
dem gewünschten LNA; Isolieren des gewünschten
LNA von der ausgewählten LC-Ladung; Erzeugen eines lokalen
Oszillations(LO)-Signals; Weiterleiten des LO-Signals zu der ausgewählten
LC-Ladung; Bestimmen eines ersten gefilterten Signal-Leistungsniveaus
des LO-Signals mit der WBPD; Verändern der Kapazität
in der ausgewählten LC-Ladung; Bestimmen eines zweiten gefilterten
Signal-Leistungsniveaus des LO-Signals; Vergleichen des ersten gefilterten
Signal-Leistungsniveaus mit dem zweiten gefilterten Signal-Leistungsniveau;
und Bestimmen, entsprechend dem Vergleichsergebnis, ob die Kapazität
in der ausgewählten LC-Ladung eingestellt wird.
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Weitere
Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand
der Zeichnung.
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Darin
zeigt:
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1 ein
Diagramm eines beispielhaften Ausführungsbeispiels eines
Empfängers, der einen integrierten Nachlauffilter umfasst;
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2 ein
Diagramm des integrierten Nachlauffilters;
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3 ein
Ablaufdiagramm, das das Abstimmverfahren des Empfängers
in 1 detailliert darstellt; und
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4 ein
Diagramm eines herkömmlichen Empfängers.
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Bestimmte
Ausdrücke werden durch die Beschreibung und die folgenden
Ansprüche hindurch verwendet, um auf einzelne Komponen ten
zu verweisen. Wie ein Fachmann erkennen wird, können Hersteller
elektronischer Ausrüstung sich mit verschiedenen Namen
auf eine Komponente beziehen. Dieses Dokument beabsichtigt nicht,
zwischen Komponenten zu unterscheiden, die im Namen unterschiedlich
sind, aber nicht in der Funktion. In der folgenden Beschreibung
und in den Ansprüchen sind die Ausdrücke "enthalten"
und "umfassen" in einer offenen Weise verwendet, und sollten somit
so interpretiert werden, dass sie bedeuten "enthalten, aber nicht
darauf beschränkt...". Auch ist beabsichtigt, dass der Ausdruck
"koppeln" entweder eine indirekte oder direkte elektrische Verbindung
meint. Entsprechend kann, wenn eine Vorrichtung mit einer anderen
Vorrichtung gekoppelt ist, diese Verbindung durch eine direkte elektrische
Verbindung geschehen, oder durch eine indirekte elektrische Verbindung über
andere Vorrichtungen und Verbindungen.
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Der
offenbarte Empfänger verwendet einen integrierten Filter,
um ein LO-Signal aufzufinden, wobei der Filter eine Vielzahl von
LC-Bänken umfasst, die in einen Low-Noise-Amplifier (LNA)
integriert sind. Der Filter funktioniert, indem die LC-Bänke
auf das LO-Signal in einem Kalibrierungsmodus abgestimmt werden.
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Es
ist Bezug zu nehmen auf 1. 1 ist ein
Diagramm eines beispielhaften Ausführungsbeispiels des
offenbarten Empfängers 200. In diesem Ausführungsbeispiel
ist der Empfänger ein digitaler Direktumwandlungsempfänger,
jedoch sind die offenbarte Erfindung und das Verfahren auch auf
andere Empfänger anwendbar. Der Empfänger 200 umfasst
eine Antenne 202, die mit einem abstimmbaren Low-Noise-Amplifier
(LNA) 204 gekoppelt ist. Der Ausgang des abstimmbaren LNA 204 ist
mit einer Leistungserfassungsschaltung 206 gekoppelt, die
einen Variable-Gain-Amplifier (VGA) 207 umfasst, der mit
einer Breitband-Leistungserfassungseinrichtung (WBPD) 209 gekoppelt
ist. Der Ausgang des VGA 207 ist auch mit einer Vielzahl
von Down-Mixern 221, 223 gekoppelt, die empfangene
Signale zu Basisband-Signalen herunter wandeln. Ein phasengekoppelter
Regelkreis (PLL) 212 in dem Empfänger 200 ist
mit einem Zwischenspeicher 217 gekoppelt, der wiederum
mit dem Ausgang des abstimmbaren LNA 204 gekoppelt ist.
Eine erste Schalteinheit 214 ist mit dem Eingang des abstimmbaren
LNA 204 gekoppelt. Eine Steuereinrichtung 220 ist
mit der ersten Schalteinheit 214, dem abstimmbaren LNA 204 und
der Leistungserfassungsschaltung 206 gekoppelt.
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Der
abstimmbare LNA 204 in 1 ist durch das
Integrieren einer Vielzahl von LC-Ladungen in den Verstärker
abstimmbar gemacht. Es ist Bezug zu nehmen auf 2. 2 ist
ein Diagramm des abstimmbaren LNA 204. Der abstimmbare
LNA 204 umfasst eine Vielzahl von Band-LNAs 232, 234, 236, die
jeweils mit einer Vielzahl von ersten Schaltern 242, 244, 246 gekoppelt
sind. Die Vielzahl von ersten Schaltern 242, 244, 246 ist
ferner mit LC-Ladungen 252, 254, 256 gekoppelt,
die die integrierten Filter umfassen. Jede LC-Ladung 252, 254, 256 ist
jeweils mit einem Zwischenspeicher 262, 264, 266 gekoppelt,
und mit dem LO-Signal mittels einer Vielzahl von zweiten Schaltern 272, 274, 276 gekoppelt.
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Während
des Kalibrierungsmodus wird ein LNA (z. B. 232) aus der
Vielzahl von LNAs 232, 234, 236 ausgewählt,
und eine entsprechende LC-Ladung (z. B. 252) wird aus der
Vielzahl von LC-Ladungen 252, 254, 256 entsprechend
der Frequenz des gewünschten Signals ausgewählt.
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Als
nächstes wird ein LO-Signal entsprechend der Frequenz des
gewünschten Signals erzeugt und von dem Zwischenspeicher 217 zu
dem abstimmbaren LNA 204 weitergeleitet. Die erste Schalteinheit 214 dient
dazu, den Eingang des abstimmbaren LNA 204 während
des Abstimmens kurz zu schließen. Die Steuereinrichtung 220 steuert
die erste Schalteinheit 214, um sie zu öffnen
oder zu schließen, und den Zwischenspeicher 217,
um ihn ein- oder auszuschalten. Die LNAs 232, 234, 236,
die Down-Mixer 221, 223 und die Basisbandschaltungen,
die mit dem Ausgang dieser Down-Mixer gekoppelt sind, sind während
dieses Modus ausgeschaltet. Zusätzlich ist der dem ausgewählten
LNA entsprechende Zwischenspeicher (z. B. 262) eingeschaltet. Die
anderen Zwischenspeicher 264, 266 werden ausgeschaltet.
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Alle
ersten Schalter 242, 244, 246 sind während
des Kalibrierens geöffnet. Das hat ferner die Funktion,
die LC-Ladung von der Antenne 202 zu isolieren. Der Betrieb
der Vielzahl von zweiten Schaltern wird durch die Steuereinrichtung 220 gesteuert.
Das LO-Signal wird dann zu einer der ausgewählten LC-Ladungen 252, 254, 256 weitergeleitet,
und das gefilterte LO-Signal-Leistungsniveau mit dem WBPD gemessen.
Dann wird die Kapazität der LC-Ladung geändert,
und das gefilterte LO-Signal-Leistungsniveau wiederum gemessen.
Wenn das zweite gefilterte Signal-Leistungsniveau höher
ist als das erste gefilterte Signal-Leistungsniveau, ist die Kapazität
in der LC-Ladung richtig geändert worden, und der Filter
ist in der richtigen Richtung abgestimmt. Dieses Verfahren wird
fortgeführt bis der Filter mittig eingestellt ist.
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Während
des normalen Betriebs des ausgewählten LNA (z. B. 232)
wird der entsprechende erste Schalter (z. B. 242) geschlossen,
um den ausgewählten LNA mit der abgestimmten LC-Ladung
(z. B. 252) zu koppeln, der entsprechende Zwischenspeicher (z. B. 262)
wird eingeschaltet, und die erste Schalteinheit 214 wird
geöffnet, wodurch Eingangssignale zu dem abstimmbaren LNA 204 weitergeleitet
werden.
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In
einem Ausführungsbeispiel sind während des Kalibrierungsmo dus
alle Kapazitäten in der ausgewählten LC-Ladung
zugeschaltet. Das gefilterte LO-Signal wird durch den VGA 207 geleitet
und die Signalleistung dann durch die WBPD 209 bestimmt. Eine
Einheitskapazität wird dann von der LC-Ladung entfernt,
und die Signalleistung des gefilterten LO-Signals wiederum bestimmt.
Wenn das Leistungsniveau des ersten Signals geringer ist als das
Leistungsniveau des zweiten Signals, dann muss das Kalibrierungsverfahren
noch einmal wiederholt werden, indem mehr Einheitskapazitäten
von der ausgewählten LC-Ladung entfernt werden. Wenn der
Filter einmal zentriert ist, kann die Abstimmphase verlassen werden.
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Es
ist Bezug zu nehmen auf 3. 3 ist ein
Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel
des Kalibrierungsmodus des offenbarten Empfängers detailliert
beschreibt. Die Schritte sind wie folgt:
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Schritt 400: Öffne
die erste Schalteinheit 214;
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Schritt 402:
Wähle einen geeigneten LNA aus der Vielzahl von LNAs 232, 234, 236 (z.
B. 232) zusammen mit einem entsprechenden ersten Schalter
aus der Vielzahl von ersten Schaltern 242, 244, 246 (z.
B. 242), einer LC-Ladung aus der Vielzahl von LC-Ladungen 252, 254, 256 (z.
B. 252), einen Zwischenspeicher aus der Vielzahl von Zwischenspeichern 262, 264, 266 (z.
B. 262) und einen zweiten Schalter aus der Vielzahl von
zweiten Schaltern 272, 274, 276 (z. B. 272)
entsprechend der gewünschten Eingangssignalfrequenz;
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Schritt 404:
Schalte alle nicht-gewählten LNAs (234, 236),
Zwischenspeicher (264, 266) und Down-Mixer 221, 223 aus;
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Schritt 406:
PLL 212 Sperre, um ein LO-Signal entsprechend der gewünschten
Eingangsignalfrequenz zu erzeugen;
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Schritt 408: Öffne
erste Schalter 242, 244, 246 in LNA 204 und
schließe den gewählten zweiten Schalter (z. B. 272);
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Schritt 410:
Schalte den Zwischenspeicher 217 ein, um das LO-Signal
zum LNA 204 weiterzuleiten;
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Schritt 412:
Schalte alle Kapazität in der gewählten LC-Ladung
(z. B. 252) zu;
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Schritt 414:
Erfasse das Signal-Leistungsniveau (x) des gefilterten LO-Signals
am Ausgang des VGA 207 unter Verwendung der WBPD 209;
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Schritt 416:
Entferne eine Einheitskapazität von der LC-Ladung (z. B. 252);
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Schritt 418:
Erfasse das Signal-Leistungsniveau (y) des gefilterten LO-Signals
am Ausgang des VGA 207 unter Verwendung der WBPD 209;
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Schritt 420:
Ist x > y? wenn ja,
gehe zu Schritt 424, wenn nein, gehe zu Schritt 422;
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Schritt 422:
Entferne eine nächste Einheitskapazität von der
LC-Ladung (z. B. 252), setzte x = y und gehe zurück
zu Schritt 418;
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Schritt 424:
Schalte Zwischenspeicher 217 aus;
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Schritt 426: Öffne
die erste Schalteinheit 214 und den zweiten ausgewählten
Schalter 272, schließe ausgewählten ersten
Schalter (z. B. 242);
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Schritt 428:
Schalte ausgewählten LNA (z. B. 232) ein.
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Es
sei angemerkt, dass das obige Verfahren für eine einpolige
LC ist, jedoch das offenbarte Verfahren und Gerät auch
auf einen Nachlauffilter mit mehr als zwei LC-Polen angewandt werden
kann. In diesem Fall werden die Schritte 418–422 für
jeden Pol wiederholt, bis alle Pole zentriert sind, und das Verfahren
wird dann weiter zu Schritt 424 gehen. Beide Ausführungsbeispiele
fallen in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.
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Durch
Implementieren des Nachlauffilters hinter dem abstimmbaren LNA 204,
kann der Nachlauffilter von der Front-End-Interferenz isoliert werden,
und das Kalibrierungssignal (LO-Signal) wird nicht über
die Antenne 202 in den Raum abgestrahlt. Die Implementierung
der ersten Schalter 242, 244, 246 in
dem Nachlauffilter und der ersten Schalteinheit 214 an
dem Eingang des abstimmbaren LNA 204 gewährleisten
ferner diese Vorteile. Weiterhin kann durch das Integrieren des
Nachlauffilters in den abstimmbaren LNA 204 der Filter
direkt in dem Signalpfad abgestimmt werden.
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Der
Fachmann wird leicht erkennen, dass zahlreiche Modifikationen und Änderungen
der Vorrichtung und des Verfahrens gemacht werden können,
während die Lehren der Erfindung beibehalten werden. Entsprechend
sollte die obige Offenbarung nur als durch den Schutzumfang der
beigefügten Ansprüche begrenzt angesehen werden.
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Zusammenfassend
ist festzustellen, dass die vorliegende Erfin dung einen Empfänger
betrifft. Der Empfänger umfasst: einen abstimmbaren Low-Noise-Amplifier
(LNA), wobei der abstimmbare LNA umfasst: eine Vielzahl von LNAs
zum jeweiligen Empfangen und Verstärken einer Vielzahl
von Frequenzbändern, die jeweils mit der Vielzahl von LNAs
gekoppelt sind; eine Vielzahl von ersten Schaltern, die jeweils
mit der Vielzahl von LNAs gekoppelt sind; eine Vielzahl von LC-Ladungen,
die jeweils mit der Vielzahl von ersten Schaltern gekoppelt sind;
eine Vielzahl von Zwischenspeichern, die jeweils mit der Vielzahl
von ersten Schaltern gekoppelt sind; und eine Vielzahl von zweiten
Schaltern, die jeweils mit der Vielzahl von LC-Ladungen und einem
LO-Signal gekoppelt sind; eine Leistungserfassungsschaltung zum
Bestimmen eines dem LO-Signal entsprechenden Signal-Leistungsniveaus;
eine erste Schalteinheit; und eine Steuereinrichtung zum Isolieren
des Ausgangs der Vielzahl von LNAs, zum Entkoppeln mindestens einer
der LC-Ladungen entsprechend dem Signal-Leistungsniveau des LO-Signals,
zum Weiterleiten des LO-Signals zu den zweiten Schaltern während
des Kalibrierungsmodus.
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- 200
- Empfänger
- 202
- Antenne
- 204
- Low-Noise-Amplifier
(LNA)
- 206
- Leistungserfassungsschaltung
- 207
- Variable-Gain-Amplifier
(VGA)
- 209
- Wide-Band-Power-Detektor
(WBPD)
- 212
- phasengekoppelter
Regelkreis (PLL)
- 214
- erste
Schalteinheit
- 217
- Zwischenspeicher
- 220
- Steuereinrichtung
- 221
- Down-Mixer
- 223
- Down-Mixer
- 232
- Low-Noise-Amplifier
(LNA)
- 234
- Low-Noise-Amplifier
(LNA)
- 236
- Low-Noise-Amplifier
(LNA)
- 242
- erster
Schalter
- 244
- erster
Schalter
- 246
- erster
Schalter
- 252
- LC-Ladung
- 254
- LC-Ladung
- 256
- LC-Ladung
- 262
- Zwischenspeicher
- 264
- Zwischenspeicher
- 266
- Zwischenspeicher
- 272
- zweiter
Schalter
- 274
- zweiter
Schalter
- 276
- zweiter
Schalter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 6285865 [0005]
- - US 7127217 [0006]