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HINTERGRUND
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1. Technisches Feld
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Die vorliegende Erfindung richtet sich auf Hochfrequenzverstärker (RF-Verstärker), insbesondere auf Hochfrequenzverstärker in Hochfrequenzmischern.
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2. Hintergrundinformationen
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Hochfrequenzverstärker können dazu verwendet werden, Hochfrequenzsignale vorzuverstärken, die von einer Antenne und/oder einem nachfolgenden rauscharmen Verstärker (LNA) empfangen worden sind, bevor die verstärkten Signale an einem Mischer bereitgestellt werden, so wie einem Gilbert-Mischer, der in 7 gezeigt ist. Der Gilbert-Mischer umfasst eine Vorverstärkerstufe 701 und einen Mischkreis 703, der die von der Vorverstärkerstufe 701 bereitgestellten Signale unter Verwendung lokaler Oszillatorensignale mischt, – um zum Beispiel Basisband- oder Zwischenfrequenzsignale (IF) zu erhalten. Der Gilbert-Mischer, der in 7 gezeigt ist, kann MOS-Schalter umfassen, die die Signale und den Gleichstrom zu der Last lenken. Die Schalter erzeugen jedoch 1/f-Rauschen, das an dem Ausgang des Mischers während Schaltübergängen auftritt.
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Die Höhe des 1/f-Rauschens hängt von der angewandten Technologie ab. Beispielsweise nimmt das 1/f-Rauschen mit Abnahme der mit den gegenwärtigen Chiptechnologien verbundenen Dimensionen zu. Zur Verringerung von 1/f-Rauschen kann ein passiver Mischer wie in 6 gezeigt verwendet werden. Der passive Mischer umfasst eine Vorverstärkerstufe 601 zum Vorverstärken von Hochfrequenzsignalen von beispielsweise einer Antenne und/oder einem Ballon und kann ausgelegt sein, einen rauscharmen Verstärker (LNA) zu bilden. Die verstärkten Hochfrequenzsignale werden einem Mischkreis 603 bereitgestellt, der einen kleinen Kondensator 605 zum Entfernen von Hochfrequenzbestandteilen umfasst. Der Mischkreis 603 umfasst einen Operationsverstärker 607, der beispielsweise einen ersten Zwischenfrequenzverstärker mit einem Tiefpass-Ansprechverhalten ausbildet und einpolige Tiefpassfilter (LPF) mit einem Kondensator beziehungsweise einem Widerstand umfasst. Die Ausgangssignale des Operationsverstärkers 607 können einem Zwischenfrequenzfilter bereitgestellt werden. Das 1/f-Rauschen wird verringert, da der Ruhestrom (DC) der vorangehenden Verstärkungsstufe 601 nicht durch die Schalter fließt und daher nicht das 1/f-Rauschen erzeugt. Der Ruhestrom in dem LNA 601 wird durch das thermische Rauschen bestimmt. Je höher der Strom in dieser Verstärkungsstufe ist, desto besser ist der Rauschfaktor des Mischers. Mit zunehmendem Strom in der Verstärkungsstufe jedoch nimmt die Verlustleistung in dem Mischer zu.
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Die Druckschrift
US 4 480 337 A beschreibt in der
2 und der zugehörigen Beschreibung ein Schaltkreisdiagramm einer Eingangsverstärker- und Mischerstufe. Diese weist eine erste Verstärkerschaltung bestehend aus Transistoren T1, T3 und T5, eine zweite Verstärkerschaltung bestehend aus einem Transistor T12, eine dritte Verstärkerschaltung bestehend aus Transistoren T2, T4 und T6 und eine vierte Verstärkerschaltung bestehend aus einem Transistor T13 auf.
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Die Druckschrift
US 5 548 840 A beschreibt in der
3 und der zugehörigen Beschreibung einen Mischerschaltkreis
200, welcher Transistoren
306,
308,
310 und
312 aufweist, wobei der Mischerschaltkreis dafür ausgelegt ist, ein erstes RF-Signal mit einem zweiten RF-Signal zu mischen.
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Die Publikation „A Low-Noise Low-Power IF Amplifier with Input and Output Impedance Matching” von D. Coffing und E. Main in „Proceedings of the 2000 Bipolar/BiCMOS Circuits and Technology Meeting”, 2000, 24.–26. September 2000, S. 66–69, beschreibt in der 3 und der zugehörigen Beschreibung einen Zwischenfrequenzverstärker in der Form eines integrierten BiCMOS-Schaltkreises. Der Schaltkreis weist drei Verstärkerstufen, von denen die ersten beiden differentielle Paare mit den Transistoren Q7, Q8, Q15, Q17, Q18 und Q19 enthalten, und eine Endverstärkerstufe mit den Transistoren M17 und M19 auf.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Hochfrequenz-(HF-)Verstärker und einen Hochfrequenz-(HF-)Mischer anzugeben, welche sowohl hinsichtlich Rauschen als auch Verlustleistung verbesserte Eigenschaften gegenüber bekannten Konzepten aufweisen.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
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Gemäß einem Aspekt stellt die Offenbarung einen Hochfrequenzverstärker zum Verstärken eines zusammengesetzten Hochfrequenzsignals bereit, welches von beispielsweise einer Antenne und/oder einem rauscharmen Verstärker empfangbar ist. Das zusammengesetzte Hochfrequenzsignal kann ein erstes Hochfrequenzsignal und ein zweites Hochfrequenzsignal umfassen. Zum Beispiel ist das zusammengesetzte Hochfrequenzsignal ein differentielles Signal, das von dem ersten Hochfrequenzsignal und dem zweiten Hochfrequenzsignal gebildet wird.
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Der Hochfrequenzverstärker kann eine erste Verstärkerschaltung zum Verstärken des ersten Hochfrequenzsignals umfassen, wobei die erste Verstärkerschaltung eine erste Verstärkerstufe zum Bereitstellen eines ersten verstärkten Signals und eine zweite Verstärkerstufe zum Bereitstellen eines zweiten verstärkten Signals umfasst, wobei die zweite Verstärkerstufe nach der ersten Verstärkerstufe angeordnet ist. Zum Beispiel sind die ersten und zweiten Verstärkerstufen in Reihe angeordnet.
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Der Hochfrequenzverstärker umfasst weiterhin eine zweite Verstärkerschaltung zum Verstärken des zweiten Hochfrequenzsignals. Die zweite Verstärkerschaltung kann eine dritte Verstärkerstufe zum Bereitstellen eines dritten verstärkten Signals und eine vierte Verstärkerstufe zum Bereitstellen eines vierten verstärkten Signals umfassen, wobei die vierte Verstärkerstufe nach der dritten Verstärkerstufe angeordnet ist. Zum Beispiel können die dritten und vierten Verstärkerstufen in Reihe angeordnet sein.
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Der Hochfrequenzverstärker kann weiterhin einen ersten Summierknoten zum Summieren des ersten und des zweiten verstärkten Signals umfassen, um ein erstes verstärktes Hochfrequenzsignal bereitzustellen. Dementsprechend kann der Hochfrequenzverstärker einen zweiten Summierknoten zum Summieren des dritten und des vierten verstärkten Signals umfassen, um ein zweites verstärktes Hochfrequenzsignal bereitzustellen. Das erste und das zweite verstärkte Signal bilden ein verstärktes zusammengesetztes Hochfrequenzsignal, das beispielsweise einem Mischkreis oder einer weiteren Verarbeitungsstufe zum weiteren Verarbeiten bereitgestellt werden kann. Zum Beispiel können die Ausgänge der ersten und zweiten Verstärkerstufe gekoppelt werden, so wie elektrisch verbunden oder über einen Kondensator gekoppelt, und den ersten Summierknoten bilden. Dementsprechend können die Ausgänge der dritten und vierten Verstärkerstufe gekoppelt werden, so wie elektrisch verbunden oder über einen Kondensator gekoppelt, und den zweiten Summierknoten bilden. Die ersten und zweiten Summierknoten können jedoch durch andere Elemente gebildet werden, die ausgestaltet sind, die entsprechenden Signale zu summieren.
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Gemäß einem Aspekt können die ersten, zweiten, dritten beziehungsweise vierten Verstärkerstufen einen Transistor und einen verbundenen Widerstand umfassen, so wie in Reihe, oder einen Transistor oder eine Stromquelle beispielsweise in Reihe geschaltet.
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Gemäß einem Aspekt können die erste und zweite Verstärkerstufe entsprechend einen Eingang zum Empfangen des ersten Hochfrequenzsignals umfassen. Die erste und die zweite Verstärkerstufe empfangen damit jeweils einzeln das erste Hochfrequenzsignal oder eine darauf bezogene Variante zu Verstärkungszwecken. Dementsprechend umfassen die dritte und die vierte Verstärkerstufe entsprechend einen Eingang zum Empfangen des zweiten Hochfrequenzsignals.
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Gemäß einem Aspekt sind die erste und die zweite Verstärkerstufe in Reihe geschaltet. Dementsprechend sind die dritte und vierte Verstärkerstufe in Reihe geschaltet, wobei ein Knoten zwischen der ersten und der zweiten Verstärkerstufe mit einem Knoten zwischen der dritten und vierten Verstärkerstufe verbunden ist. Die Spannungen über die Verstärkerstufen sind daher gleich.
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Die Erfindung stellt weiterhin einen Hochfrequenzverstärker zum Verstärken eines zusammengesetzten Hochfrequenzsignals bereit, wobei das zusammengesetzte Hochfrequenzsignal ein erstes Hochfrequenzsignal und ein zweites Hochfrequenzsignal umfasst, die das zusammengesetzte Hochfrequenzsignal bilden, das differentiell sein kann.
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Der Hochfrequenzverstärker kann eine erste Verstärkerschaltung zum Verstärken des ersten Hochfrequenzsignal umfassen, wobei die erste Verstärkerschaltung eine erste Verstärkerstufe zum Bereitstellen eines ersten verstärkten Signals und eine zweite Verstärkerstufe zum Bereitstellen eines zweiten verstärkten Signals umfassen kann. Die zweite Verstärkerstufe ist nach der ersten Verstärkerstufe angeordnet. Gemäß einem Aspekt können die ersten und die zweiten Verstärkerstufen in Reihe geschaltet sein.
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Der Hochfrequenzmischer umfasst weiterhin eine zweite Verstärkerschaltung zum verstärken des zweiten Hochfrequenzsignals, wobei die zweite Verstärkerschaltung eine dritte Verstärkerstufe zum Bereitstellen eines dritten verstärkten Signals und eine vierte Verstärkerstufe zum Bereitstellen eines vierten verstärkten Signals umfasst, wobei die vierte Verstärkerstufe nach der dritten Verstärkerstufe angeordnet ist.
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Gemäß einem Aspekt ist ein Knoten zwischen der ersten und der zweiten Verstärkerstufe mit einem Knoten zwischen der dritten und vierten Verstärkerstufe aus Gründen der Symmetrie der Potentiale verbunden.
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Gemäß einem Aspekt umfassen die erste Verstärkerstufe, die zweite Verstärkerstufe, die dritte Verstärkerstufe beziehungsweise die vierte Verstärkerstufe einen Transistor und einen in Reihe geschalteten Widerstand oder einen Transistor und eine in Reihe geschaltete Stromquelle.
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Gemäß einem Aspekt umfassen die erste Verstärkerstufe beziehungsweise die zweite Verstärkerstufe einen Eingang zum Empfangen des ersten Hochfrequenzsignals, wobei die dritte Verstärkerstufe und die vierte Verstärkerstufe entsprechend einen Eingang zum Empfangen des zweiten Hochfrequenzsignals umfassen.
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Gemäß einem Aspekt umfasst der Hochfrequenzverstärker weiterhin einen ersten Summierknoten zum Summieren des ersten und des zweiten verstärkten Signals, um ein erstes verstärktes Hochfrequenzsignal bereitzustellen, und einen zweiten Summierknoten zum Summieren des dritten und des vierten verstärkten Signals, um eine zweites verstärktes Hochfrequenzsignal bereitzustellen, wobei das erste und zweite verstärkte Signal das verstärkte zusammengesetzte Hochfrequenzsignal bilden.
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Die Offenbarung stellt weiterhin einen Hochfrequenzmischer bereit, der einen Hochfrequenzverstärker und einen Mischkreis zum Mischen des ersten Hochfrequenzsignals mit einem ersten LO-Signal und zum Mischen des zweiten Hochfrequenzsignals mit einem zweiten LO-Signal umfasst.
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Die Offenbarung stellt weiterhin eine Vorrichtung zum Verstärken eines zusammengesetzten Hochfrequenzsignals bereit, um ein verstärktes zusammengesetztes Hochfrequenzsignal zu erhalten, wobei das zusammengesetzte Hochfrequenzsignal ein erstes Hochfrequenzsignal und ein zweites Hochfrequenzsignal umfasst. Die Vorrichtung umfasst ein erstes Mittel zum Verstärken des ersten Hochfrequenzsignals, wobei das erste Mittel zum Verstärken eine erste Verstärkerstufe zum Bereitstellen eines ersten verstärkten Signals und eine zweite Verstärkerstufe zum Bereitstellen eines zweiten verstärkten Signals umfasst, wobei die zweite Verstärkerstufe nach der ersten Verstärkerstufe angeordnet ist, ein zweites Mittel zum Verstärken des zweiten Hochfrequenzsignals, wobei das zweite Mittel zum Verstärken eine dritte Verstärkerstufe zum Bereitstellen eines dritten verstärkten Signals und eine vierte Verstärkerstufe zum Bereitstellen eines vierten verstärkten Signals umfasst, wobei die vierte Verstärkerstufe nach der dritten Verstärkerstufe angeordnet ist, ein erstes Mittel zum Summieren des ersten und des zweiten verstärkten Signals zum Bereitstellen eines ersten verstärkten Hochfrequenzsignals und ein zweites Mittel zum Summieren zum Summieren des dritten und des vierten verstärkten Signals zum Bereitstellen eines zweiten verstärkten Hochfrequenzsignals, wobei das erste und zweite verstärkte Signal das verstärkte zusammengesetzte Hochfrequenzsignal bilden.
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Gemäß einem Aspekt umfassen die erste Verstärkerstufe, die zweite Verstärkerstufe, die dritte Verstärkerstufe beziehungsweise die vierte Verstärkerstufe einen Transistor und einen in Reihe geschalteten Widerstand oder einen Transistor und eine in Reihe geschaltete Stromquelle.
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Gemäß einem Aspekt umfassen die erste Verstärkerstufe beziehungsweise die zweite Verstärkerstufe einen Eingang zum Empfangen des ersten Hochfrequenzsignals, wobei die dritte Verstärkerstufe beziehungsweise die vierte Verstärkerstufe einen Eingang zum Empfangen des zweiten Hochfrequenzsignals umfassen.
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Gemäß einem Aspekt sind die erste Verstärkerstufe und die zweite Verstärkerstufe in Reihe geschaltet; die dritte Verstärkerstufe und die vierte Verstärkerstufe sind in Reihe geschaltet, wobei ein Knoten zwischen der ersten Verstärkerstufe und der zweiten Verstärkerstufe mit einem Knoten zwischen der dritten Verstärkerstufe und der vierten Verstärkerstufe verbunden ist.
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Die Offenbarung stellt weiterhin eine Hochfrequenzmischvorrichtung bereit, die eine Vorrichtung zum Verstärken und ein Mittel zum Mischen des ersten Hochfrequenzsignals mit einem ersten LO-Signal und zum Mischen des zweiten Hochfrequenzsignals mit einem zweiten LO-Signal umfasst.
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Die Offenbarung stellt weiterhin eine Vorrichtung zum Verstärken eines zusammengesetzten Hochfrequenzsignals bereit, wobei das zusammengesetzte Hochfrequenzsignal ein erstes Hochfrequenzsignal und ein zweites Hochfrequenzsignal umfasst. Die Vorrichtung umfasst ein erstes Mittel zum Verstärken des ersten Hochfrequenzsignals, wobei das erste Mittel eine erste Verstärkerstufe zum Bereitstellen eines ersten verstärkten Signals und eine zweite Verstärkerstufe zum Bereitstellen eines zweiten verstärkten Signals umfasst, wobei die zweite Verstärkerstufe nach der ersten Verstärkerstufe angeordnet ist, ein zweites Mittel zum verstärken des zweiten Hochfrequenzsignals, wobei das zweite Mittel eine dritte Verstärkerstufe zum Bereitstellen eines dritten verstärkten Signals und eine vierte Verstärkerstufe zum Bereitstellen eines vierten verstärkten Signals umfasst, wobei die vierte Verstärkerstufe nach der dritten Verstärkerstufe angeordnet ist, wobei ein Knoten zwischen der ersten und der zweiten Verstärkerstufe mit einem Knoten zwischen der dritten und der vierten Verstärkerstufe verbunden ist.
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Gemäß einem Aspekt umfassen die erste Verstärkerstufe, die zweite Verstärkerstufe, die dritte Verstärkerstufe beziehungsweise die vierte Verstärkerstufe einen Transistor und einen in Reihe geschalteten Widerstand oder einen Transistor und eine in Reihe geschaltete Stromquelle.
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Gemäß einem Aspekt umfassen die erste Verstärkerstufe beziehungsweise die zweite Verstärkerstufe einen Eingang zum Empfangen des ersten Hochfrequenzsignals, wobei die dritte Verstärkerstufe beziehungsweise die vierte Verstärkerstufe einen Eingang zum Empfangen des zweiten Hochfrequenzsignals umfassen.
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Gemäß einem Aspekt umfasst die Vorrichtung zum Verstärken weiterhin ein erstes Mittel zum Summieren des ersten und des zweiten verstärkten Signals zum Bereitstellen eines ersten verstärkten Hochfrequenzsignals und ein zweites Mittel zum Summieren des dritten und des vierten verstärkten Signals zum Bereitstellen eines zweiten verstärkten Hochfrequenzsignals, wobei das erste und zweite verstärkte Signal das verstärkte zusammengesetzte Hochfrequenzsignal bilden.
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Die Offenbarung stellt weiterhin eine Hochfrequenzmischvorrichtung bereit, welche die entsprechende erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verstärken und eine Vorrichtung zum Mischen des ersten Hochfrequenzsignals mit einem ersten LO-Signal und zum Mischen des zweiten Hochfrequenzsignals mit einem zweiten LO-Signal umfasst.
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Die Offenbarung stellt weiterhin ein Verfahren zum Verstärken eines zusammengesetzten Hochfrequenzsignals bereit, um ein verstärktes zusammengesetztes Hochfrequenzsignals zu erhalten, wobei das zusammengesetzte Hochfrequenzsignal ein erstes Hochfrequenzsignal und ein zweites Hochfrequenzsignal umfasst. Das Verfahren beinhaltet das Verstärken des ersten Hochfrequenzsignals in einer ersten Verstärkerstufe zum Bereitstellen eines ersten verstärkten Signals und in einer zweiten Verstärkerstufe zum Bereitstellen eines zweiten verstärkten Signals, wobei die zweite Verstärkerstufe nach der ersten Verstärkerstufe angeordnet ist, das Verstärken des zweiten Hochfrequenzsignals in einer dritten Verstärkerstufe zum Bereitstellen eines dritten verstärkten Signals und in einer vierten, Verstärkerstufe zum Bereitstellen eines vierten verstärkten Signals, wobei die vierte Verstärkerstufe nach der dritten Verstärkerstufe angeordnet ist, das Summieren des ersten und des zweiten verstärkten Signals zum Bereitstellen eines ersten verstärkten Hochfrequenzsignals und das Summieren des dritten und des vierten verstärkten Signals zum Bereitstellen eines zweiten verstärkten Hochfrequenzsignals, wobei das erste und zweite verstärkte Signal das verstärkte zusammengesetzte Hochfrequenzsignal bilden.
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Die Offenbarung stellt weiterhin ein Verfahren zum Verstärken eines zusammengesetzten Hochfrequenzsignals bereit, wobei das Hochfrequenzsignal ein erstes Hochfrequenzsignal und ein zweites Hochfrequenzsignal umfasst. Das Verfahren beinhaltet das Verstärken des ersten Hochfrequenzsignals in einer ersten Verstärkerstufe zum Bereitstellen eines ersten verstärkten Signals und in einer zweiten Verstärkerstufe zum Bereitstellen eines zweiten verstärkten Signals, wobei die zweite Verstärkerstufe nach der ersten Verstärkerstufe angeordnet ist, und das Verstärken des zweiten Hochfrequenzsignals in einer dritten Verstärkerstufe zum Bereitstellen eines dritten verstärkten Signals und in einer vierten Verstärkerstufe zum Bereitstellen eines vierten verstärkten Signals, wobei die vierte Verstärkerstufe nach der dritten Verstärkerstufe angeordnet ist und ein Knoten zwischen der dritten und der vierten Verstärkerstufe mit einem Knoten zwischen der ersten und der zweiten Verstärkerstufe verbunden ist.
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Die Offenbarung stellt weiterhin ein Verfahren zum Mischen bereit, welches das entsprechende erfindungsgemäße Verfahren zum Verstärken, das Mischen des ersten Hochfrequenzsignals mit einem ersten LO-Signal und das Mischen des zweiten Hochfrequenzsignals mit einem zweiten LO-Signal umfasst.
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Die Offenbarung stellt weiterhin ein Rechnerprogrammprodukt zum Ausführen eines der erfindungsgemäßen Verfahren bereit, wenn das Rechnerprogrammprodukt auf einem Computer läuft.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Bevor die Erfindung ausführlich beschrieben wird, sollte verstanden werden, dass diese Erfindung nicht auf die speziellen Bauteilbestandteile der beschriebenen Vorrichtungen oder der beschriebenen Schritte der Verfahren beschränkt ist, da solche Vorrichtungen und Verfahren variieren können. Es sollte auch verstanden werden, dass die Bezeichnungsweise, die hierin verwendet wird, nur zu Zwecken der Beschreibung spezieller Ausführungsformen dient und nicht als beschränkend vorgesehen ist. Es muss angemerkt werden, dass die Einzahlformen „ein”, „eine” und „der/die/das”, wie sie in der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen verwendet werden, Bezugnahme auf Einzahl und/oder Mehrzahl beinhalten, soweit der Zusammenhang es nicht offenkundig anders vorgibt.
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Die speziellen Kombinationen von Elementen und Merkmalen in den oben erläuterten Ausführungsformen sind nur beispielhaft; das Austauschen und Ersetzen dieser Lehren mit anderen Lehren in dieser Anmeldung und den Patenten/Anmeldungen, die durch Inbezugnahme mitaufgenommen sind, werden ausdrücklich ebenfalls betrachtet. Wie Fachmänner erkennen werden, können Variationen, Änderungen und andere Ausgestaltungen dessen, was hierin beschrieben ist, durchschnittlichen Fachmännern in den Sinn kommen ohne von dem Wesen und dem Anwendungsbereich der beanspruchten Erfindung abzuweichen. Demgemäß ist die vorangehende Beschreibung lediglich beispielhafter Natur und nicht beschränkend beabsichtigt. Die Reichweite der Erfindung wird in den folgenden Ansprüchen bestimmt und den Entsprechungen dazu. Des Weiteren beschränken Bezugszeichen, die in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet werden, den Schutzbereich der beanspruchten Erfindung nicht.
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Weitere Ausführungsformen der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren beschrieben werden, worin:
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1a bis 1d Schaubilder von Hochfrequenzverstärkern zeigen,
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2a und 2b Schaubilder von Hochfrequenzverstärkern zeigen,
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3a bis 3d Schaubilder von Verstärkerstufen zeigen,
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4 ein Schaubild einer Verstärkerstufe zeigt,
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5 ein Schaubild eines Hochfrequenzmischers zeigt,
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6 einen passiven Mischer zeigt, und
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7 einen Gilbert-Mischer zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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1a zeigt einen Hochfrequenzverstärker mit einer ersten Verstärkerschaltung, die einen Transistor 101, einen mit einem Anschluss des Transistors 101 verbundenen Widerstand 103, einen Transistor 105 und einen mit einem Anschluss des Transistors 105 verbundenen Widerstand 107 umfasst. Der Transistor 101 und der Widerstand 103 bilden eine erste Verstärkerstufe der ersten Verstärkerschaltung. Dementsprechend bilden der Transistor 105 und der Widerstand 107 eine zweite Verstärkerstufe der ersten Verstärkerschaltung.
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Der Hochfrequenzverstärker umfasst weiterhin eine zweite Verstärkerschaltung, die einen Transistor 109, einen mit einem Anschluss des Transistors 109 gekoppelten Widerstand 111, einen Transistor 113 und einen mit einem Anschluss des Transistors 113 gekoppelten Widerstand 115 umfasst. Der Transistor 109 und der Widerstand 111 bilden eine dritte Verstärkerstufe und der Transistor 113 und der Widerstand 115 bilden eine vierte Verstärkerstufe der zweiten Verstärkerschaltung. Des Weiteren ist ein Knoten 117 zwischen der ersten und zweiten Verstärkerstufe mit einem Knoten 119 zwischen der dritten und vierten Verstärkerstufe verbunden.
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Die dritte Verstärkerschaltung hat zwei Ausgänge 121 beziehungsweise 123 zum Bereitstellen eines ersten und eines zweiten verstärkten Signals von einer entsprechenden Verstärkerstufe. Dementsprechend umfasst die zweite Verstärkerschaltung zwei Ausgänge 125, 127 zum Bereitstellen von verstärkten Hochfrequenzsignalen von der dritten und vierten Verstärkerstufe.
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Das erste Hochfrequenzsignal kann gleichzeitig an die Basen der Transistoren 101 und 105 angelegt werden. Dementsprechend kann das zweite Hochfrequenzsignal gleichzeitig an die Basen der Transistoren 109 und 113 angelegt werden.
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1b zeigt einen Hochfrequenzverstärker gemäß einer anderen Ausführungsform. Die grundsätzliche Struktur des in 1b gezeigten Hochfrequenzverstärkers entspricht der Struktur des Verstärkers, der in 1a gezeigt ist. Der Verstärker in 1b umfasst eine erste Verstärkerschaltung mit einem Transistor 129, einer Stromquelle 131, einem Transistor 133 und einer Stromquelle 135. Der Transistor 129 und die Stromquelle 131 bilden eine erste Verstärkerstufe. Der Transistor 133 und die Stromquelle 135 bilden eine zweite Verstärkerstufe.
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Der Hochfrequenzverstärker umfasst weiterhin eine zweite Verstärkerschaltung mit einem Transistor 137, einer Stromquelle 139, einem Transistor 141 und einer Stromquelle 143. Der Transistor 137 und die Stromquelle 139 bilden eine dritte Verstärkerstufe. Dementsprechend bilden der Transistor 141 und die Stromquelle 143 eine vierte Verstärkerstufe. Des Weiteren ist ein Knoten zwischen der Stromquelle 139 und dem Transistor 141 mit einem Knoten zwischen der Stromquelle 131 und dem Transistor 133 verbunden. Die ersten und die zweiten Hochfrequenzsignale können an die erste und die zweite Verstärkerschaltung angelegt werden, wie in Verbindung mit der Ausführungsform in 1a erörtert.
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1c zeigt einen Hochfrequenzverstärker gemäß einer anderen Ausführungsform. Der Verstärker in 1c hat eine Struktur, die mit der Struktur der Verstärker, die in den 1a und 1b gezeigt werden, übereinstimmt. Der Hochfrequenzverstärker umfasst eine erste Verstärkerschaltung mit einem Widerstand 145, einem Transistor 147, einem Widerstand 149 und einem Transistor 151. Der Widerstand 145 und der Transistor 147 bilden eine erste Verstärkerstufe. Der Widerstand 149 und der Transistor 151 bilden eine zweite Verstärkerstufe.
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Der Hochfrequenzverstärker umfasst weiterhin eine zweite Verstärkerschaltung mit einem Widerstand 153, einem Transistor 155, einem Widerstand 157 und einem Transistor 159. Der Widerstand 153 und der Transistor 155 bilden eine dritte Verstärkerstufe. Der Widerstand 157 und der Transistor 159 bilden eine vierte Verstärkerstufe. Des Weiteren ist ein Knoten zwischen dem Transistor 147 und dem Widerstand 149 mit einem Knoten zwischen dem Transistor 155 und dem Widerstand 157 verbunden. Zusätzlich können die Transistoren 147, 151, 155 und 159 von anderer Art sein als die Transistoren der Ausführungsformen, die in 1a und 1b gezeigt werden.
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Die ersten und die zweiten Hochfrequenzsignale können an die erste und die zweite Verstärkerschaltung angelegt werden, wie in Verbindung mit den Ausführungsformen in 1a und 1b beschrieben.
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1d zeigt einen Hochfrequenzverstärker gemäß einem anderen Aspekt mit einer Struktur, die einer Struktur eines entsprechenden in 1a bis 1c gezeigten Verstärkers entspricht. Der Hochfrequenzverstärker umfasst eine erste Verstärkerschaltung mit einer Stromquelle 161, einem Transistor 163, einer Stromquelle 165 und einem Transistor 167. Der Hochfrequenzverstärker umfasst weiterhin eine zweite Verstärkerschaltung, die eine Stromquelle 169, einen Transistor 171, eine Stromquelle 173 und einen Transistor 175 umfasst.
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Die Stromquelle 161 und der Transistor 163 bilden eine erste Verstärkerstufe der ersten Verstärkerschaltung. Die Stromquelle 165 und der Transistor 167 bilden eine zweite Verstärkerstufe der ersten Verstärkerschaltung. Dementsprechend bilden die Stromquelle 169 und der Transistor 171 eine dritte Verstärkerstufe der zweiten Verstärkerschaltung. Die Stromquelle 173 und der Transistor 175 bilden eine vierte Verstärkerstufe der zweiten Verstärkerschaltung. Weiterhin ist ein Knoten zwischen der ersten und der zweiten Verstärkerstufe mit einem Knoten zwischen der dritten und der vierten Verstärkerstufe der zweitem Verstärkerschaltung verbunden. Der Hochfrequenzverstärker kann wie in Verbindung mit den Ausführungsformen in 1a bis 1c beschrieben betrieben werden.
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Die Elemente der Hochfrequenzverstärker sind untereinander wie in 1a bis 1d gezeigt verbunden. Die Stromquellen, die in 1b bis 1d gezeigt sind, können beispielsweise durch beispielsweise Transistorschaltungen gebildet werden.
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Die ersten, zweiten, dritten beziehungsweise vierten Verstärkerstufen bilden individuelle gm-Stufen, wobei beispielsweise die zweite gm-Stufe am oberen Ende der ersten gm-Stufe gelegen sein kann, so dass eine höhere Spannung über die Stufen dergestalt verteilt werden kann, dass keine der Vorrichtungen oder Elemente einer höheren als der höchstens zulässigen Spannung ausgesetzt wird. Das Gleiche gilt für die dritte und die vierte gm-Stufe.
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Zum Beispiel kann der erfindungsgemäße Hochfrequenzverstärker in einem Mischer, so wie in einem passiven oder in einem aktiven Mischer, eingesetzt werden. In diesem Fall wird ein Strom für eine gm-Stufe mindestens für zwei gm-Stufen verwendet, so dass höhere Spannungen über die Stufen dergestalt verteilt werden, dass keine der Vorrichtungen von der höchstens zulässigen Spannung getrieben wird. Durch Summieren der Ausgänge zweier oder mehr gm-Stufen kann die Leistungsfähigkeit im Bezug auf das Rauschen und die Linearität eines Mischers erhöht werden. Im Vergleich mit den klassischen Herangehensweisen müsste der Strom und damit der Leistungsverlust verdoppelt werden, um die gleiche Leistungsfähigkeit zu erhöhen.
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2a zeigt einen Hochfrequenzverstärker, der eine erste Verstärkerschaltung mit einem Transistor 201, einem mit einem Anschluss des Transistors 201 verbundenen Widerstand 203, eifern mit dem Widerstand 203 verbundenen Widerstand 205 und einem Transistor 207 mit einem mit dem Widerstand 205 verbundenen Anschluss zeigt. Der Transistor 201 und der Widerstand 203 bilden eine erste Verstärkerstufe. Der Widerstand 205 und der Transistor 207 bilden eine zweite Verstärkerstufe.
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Der Hochfrequenzverstärker umfasst weiterhin eine zweite Verstärkerschaltung mit einem Transistor 209, einem mit einem Anschluss des Transistors 209 verbundenen Widerstand 211, einem mit dem Widerstand 211 verbundenen Widerstand 213 und einem Transistor 215 mit einem mit dem Widerstand 213 verbundenen Anschluss. Der Transistor 209 und der Widerstand 211 bilden eine dritte Verstärkerstufe. Der Widerstand 213 und der Transistor 215 bilden eine vierte Verstärkerstufe.
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Die Elemente des Verstärkers sind wie in 2a gezeigt untereinander verbunden. Des Weiteren kann das erste Hochfrequenzsignal (rfp) gleichzeitig an die Basen der Transistoren 201 und 207 der ersten und der zweiten Verstärkerstufe angelegt werden. Dementsprechend kann das zweite Hochfrequenzsignal (rfn) gleichzeitig an die Basen der Transistoren 209 und 215 der dritten und vierten Verstärkerstufe angelegt werden.
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2b zeigt einen beispielhaften Hochfrequenzverstärker. Die Struktur des in 2b gezeigten Hochfrequenzverstärkers entspricht der Struktur des Hochfrequenzverstärkers in 2a. Abweichend davon ersetzen die Stromquellen 217, 219, 221 und 223 die entsprechenden Widerstände.
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Im Bezug auf 2a und 2b ist ein Knoten zwischen entsprechenden ersten und zweiten Verstärkerstufen mit einem Knoten zwischen entsprechenden dritten und vierten Verstärkerstufen verbunden. Außerdem können die Ausgangssignale der ersten und zweiten Verstärkerstufen summiert werden, um ein verstärktes Signal zu erhalten. Das gleiche trifft auf die Ausgangssignale der entsprechenden dritten und vierten Verstärkerstufe zu.
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In 3a bis 3d werden Verstärkerstufen gezeigt, die entsprechend beispielsweise differentielle Verstärkerstufen bilden. Die Verstärkerstufen, die in 3a bis 3d gezeigt werden, können übereinander gestapelt werden, um Verstärkerschaltungen zu erhalten, wobei eine Anzahl von Verstärkerstufen vorzugsweise größer als 1 ist.
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3a zeigt eine Verstärkerstufe, die eine Reihenschaltung umfasst, welche einen Transistor 301 und einen Widerstand 303 umfasst, die beispielsweise eine Verstärkerstufe beispielsweise einer ersten oder einer zweiten Verstärkerschaltung bilden. Des Weiteren wird eine weitere Verstärkerstufe mit einem Transistor 305 und einem Widerstand 307, die in Reihe angeordnet sind, bereitgestellt. Die Verstärkerstufe und die weitere Verstärkerstufe können eine differentielle Verstärkerstufe zum gleichzeitigen Verstärken eines ersten und/oder eines zweiten Hochfrequenzsignals bilden.
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Die Verstärkerstufen, die in 3b gezeigt sind, entsprechen den Verstärkerstufen, die in 3a gezeigt sind, mit der Ausnahme, dass die Widerstände 303 und 307, die in 3a gezeigt sind, durch Stromquellen 309 und 311 ersetzt werden.
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Im Bezug auf 3c umfasst eine Verstärkerstufe einen Widerstand 313 und einen Transistor 315, die in Reihe angeordnet sind. Eine weitere Verstärkerstufe umfasst einen Widerstand 317 und einen Transistor 319, die in Reihe angeordnet sind. Die Transistoren 315 und 319 können von verschiedener Polaritätsbauart von der der in 3a und 3b gezeigten Transistoren sein.
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Die Verstärkerstufen, die in 3d gezeigt sind, entsprechen den Verstärkerstufen, die in 3c gezeigt sind, mit der Ausnahme, dass die Widerstände 313 und 317 durch die Stromquellen 321 und 323 ersetzt werden.
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Die Verstärkerstufen, die in 3a bis 3d gezeigt werden, bilden entsprechend ein differentielles Paar, das beispielsweise eine einzelne gm-Stufe aufbaut. Diese gm-Stufe kann mit einer Last verbunden sein, die aus Widerständen oder Stromquellen oder einer Kombination aus beiden aufgebaut ist. Falls Stromquellenlasten verwendet werden, kann eine gemeinsame Modenregelung verwendet werden.
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In zeitgemäßen tiefen Submikrontechnologien kann die Versorgungsspannung auf weniger als beispielsweise 1,2 V fallen. Die Batteriespannung für Mobiltelefone kann jedoch aufgrund von Versorgungserfordernissen des Leistungsverstärkers, der beispielsweise eine Antenne treibt, bei beispielsweise 3 bis zu 5 V verbleiben. Zum Beispiel können 2,7 V für die Versorgung der analogen Blöcke verwendet werden, wobei ein Reihenregler eine Spannung von 1 oder 1,2 V für die wie in 4 abgebildete entsprechende gm-Stufe erzeugen kann.
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4 zeigt eine Verstärkerstufe mit einem Transistor 401 und einem Widerstand 403, der in Reihe mit dem Transistor 401 angeordnet ist. Eine weitere Verstärkerstufe umfasst einen Transistor 405, der in Reihe mit einem Widerstand 407 angeordnet ist. Die Verstärkerstufen sind über einen Knoten 409 verbunden, an den ein Transistor 411 gekoppelt ist. Der Transistor 411 bildet einen Spannungsregler, der eine Spannung an dem Knoten 409 bezüglich eines Anschlusses 413 des Transistors 401 auf 1,2 V regelt, falls 2,7 V an einem Knoten 415 des Transistors 411 angelegt werden. An einer Basis eines Transistors 401 kann ein erstes Hochfrequenzsignal (rfp) angelegt werden. Dementsprechend kann an einer Basis eines Transistors 405 ein zweites Hochfrequenzsignal (rfn) angelegt werden. Gemäß einem Aspekt können weitere Verstärkerstufen mit den Verstärkerstufen, die in 5 gezeigt werden, verbunden werden, so dass mehr Leistung für eine entsprechende gm-Stufe verfügbar ist.
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5 zeigt einen Hochfrequenzmischer, der einen Hochfrequenzverstärker 501 und einen hinter dem Hochfrequenzverstärker 501 angeordneten Mischkreis 503 umfasst. Der Hochfrequenzverstärker 501 umfasst eine erste Verstärkerschaltung mit einer ersten Verstärkerstufe, die durch einen Transistor 505 und einen Widerstand 507 gebildet wird. Die erste Verstärkerschaltung umfasst weiterhin eine zweite Verstärkerstufe, die von einem Widerstand 509 und einem Transistor 511 gebildet wird. Als Beispiel sind die Transistoren 505 und 511 von verschiedener (Folaritäts-)Bauart. Die Basen der Transistoren 511 und 505 sind über Kapazitäten 513 und 515 gekoppelt. Des Weiteren sind Vorspannungswiderstände 517 und 519 an eine Basis der Transistoren 505 beziehungsweise 511 gekoppelt.
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Der Hochfrequenzverstärker umfasst weiterhin eine zweite Verstärkerschaltung mit einer dritten Verstärkerstufe, die einen Transistor 521, einen Widerstand 523, einen Widerstand 525 und einen Transistor 527 umfasst. Der Transistor 521 und der Widerstand 523 bilden eine dritte Verstärkerstufe. Der Widerstand 525 und der Transistor 527 bilden eine vierte Verstärkerstufe. Die Transistoren 527 und 521 sind als Beispiel von verschiedener Polaritätsbauart. Des Weiteren sind die Basen der Transistoren 527 und 521 über Kapazitäten 529 beziehungsweise 531 gekoppelt. Des Weiteren sind Vorspannungswiderstände 533 und 535 entsprechend an die Basen der zugehörigen Transistoren 527 und 521 gekoppelt. Die Vorspannungswiderstände 519 und 535 sind miteinander an einem Knoten verbunden, an dem eine Vorspannung angelegt werden kann. Dementsprechend sind die Widerstände 517 und 533 an einem Knoten gekoppelt, an dem eine weitere Vorspannung angelegt werden kann.
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Die zweiten und vierten Verstärkerstufen sind mit den ersten beziehungsweise dritten Verstärkerstufen gekoppelt. Des Weiteren sind die Knoten zwischen den Verstärkerstufen miteinander verbunden.
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Die Ausgänge der ersten und zweiten Verstärkerstufe sind über eine Kapazität 537 gekoppelt, wobei ein Anschluss der Kapazität 537 einen ersten Ausgang 539 der ersten Verstärkerschaltung bildet. Dementsprechend sind die Ausgänge der dritten und vierten Verstärkerstufe über eine Kapazität 541 gekoppelt, wobei ein Anschluss der Kapazität 541 einen zweiten Ausgang 543 der zweiten Verstärkerschaltung bildet. Somit bilden die Ausgänge 539 und 543 ein Ausgangspaar, welches ein verstärktes Hachfrequenzsignal in differentieller Weise bereitstellt.
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Die Ausgänge 539 und 543 sind mit entsprechenden Eingängen des Mischkreises 503 verbunden, der Transistoren 545, 547, 549 und 551 umfasst, die wie in 5 gezeigt angeordnet sind. Die Basen der Transistoren 545 und 551 können von einem ersten lokalen Oszillatorsignal getrieben werden, wobei Basen der Transistoren 547 und 549 von einem zweiten lokalen Oszillatorsignal getrieben werden können. Das erste und zweite Oszillatorsignal kann von einem lokalen Oszillator oder von einer Vielzahl von lokalen Oszillatoren, die in 5 nicht gezeigt sind, bereitgestellt werden. Die Ausgänge 553 und 555 des Bochfrequenzmischers können weiterhin von entsprechenden Anschlüssen der Transistoren 545 und 551 gebildet werden.
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Es ist daher beabsichtigt, dass die vorangehende ausführliche Beschreibung als veranschaulichend statt als einschränkend angesehen wird, und dass es sich versteht, dass es die folgenden Ansprüche einschließlich aller Entsprechungen sind, die dazu gedacht sind, das Wesen und den Schutzbereich dieser Erfindung zu bestimmen.
