DE102007040867B4

DE102007040867B4 - Schaltungsanordnung zur linearen Signalmischung

Info

Publication number: DE102007040867B4
Application number: DE102007040867.8A
Authority: DE
Inventors: Peter Laaser
Original assignee: Intel Deutschland GmbH
Current assignee: Intel Deutschland GmbH
Priority date: 2007-08-29
Filing date: 2007-08-29
Publication date: 2017-01-05
Anticipated expiration: 2027-08-30
Also published as: DE102007040867A1; US7852135B2; US20090058495A1

Abstract

Schaltungsanordnung (100) zum Mischen eines Eingangssignals (102a, 102b) mit mindestens einem Trägersignal (101a, 101b), mit: a) einer Stromquelle (300), welcher das Eingangssignal (102a, 102b) als ein Stromquellen-Eingangssignal (305a–305n, 306a–306n) zugeführt wird und welche ein zu mischendes Signal (501a, 501b) in Abhängigkeit von dem Stromquellen-Eingangssignal (305a–305n, 306a–306n) ausgibt, wobei ein erstes Stromquellen-Eingangssignal (305a–305n) und ein zweites Stromquellen-Eingangssignal (306a–306n) differentiell das zu mischende Eingangssignal (102a, 102b) bilden; b) einer eine geregelte Kaskode aufweisende Stromsenke (200), welcher das Eingangssignal (102a, 102b) als ein Stromsenken-Eingangssignal (205a–205n, 206a–206n) zugeführt wird und welche das zu mischende Signal (501a, 501b) in Abhängigkeit von dem Stromsenken-Eingangssignal (205a–205n, 206a–206n) aufnimmt, wobei ein erstes Stromsenken-Eingangssignal (205a–205n) und ein zweites Stromsenken-Eingangssignal (206a–206n) differentiell das zu mischende Eingangssignal (102a, 102b) bilden; und c) einem zwischen die Stromquelle (300) und die Stromsenke (200) geschalteten Mischerkern (400), welcher aufweist: c1) Mischereingangsanschlüsse (A, B) zum Anschluss der Stromsenke (200) und der Stromquelle (300); und c2) Mischerausgangsanschlüsse (C, D) zum Anschluss eines Lastwiderstands (108) und zum Durchleiten des zu mischenden Signals (501a, 501b); c3) Trägersignal-Eingangsanschlüsse (E, F, G, H) zum Zufuhren des mindestens einen Trägersignals (101a, 101b) zu dem Mischerkern (400), wobei c4) der Mischerkern (400) eine Kreuzverschaltung zwischen den Mischerausgangsanschlüssen (C, D) und den Mischereingangsanschlüssen (A, B) in Abhängigkeit von dem mindestens einen Trägersignal (101a, 101b) bereitstellt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Signalmischung, und betrifft insbesondere eine Schaltungsanordnung zum Mischen eines Eingangssignals mit mindestens einem Trägersignal.
Spezifisch betrifft die vorliegende Erfindung eine elektronische Mischervorrichtung, welche einen an eine Stromquelle und eine Stromsenke angeschlossenen Mischerkern aufweist, wobei dem Mischerkern sowohl mindestens ein Trägersignal als auch ein zu mischendes Eingangssignal zugeführt werden. Sowohl das mindestens eine Trägersignal als auch das zu mischende Eingangssignal können als differenzielle Signale ausgebildet sein. Der Mischerkern weist zwei Eingangsanschlüsse und zwei Ausgangsanschlüsse auf, die in Abhängigkeit von dem mindestens einen zugeführten Trägersignal kreuzverschaltet werden können.
STAND DER TECHNIK
Herkömmliche Mischerschaltungen mischen bzw. multiplizieren ein niederfrequentes, digital kodiertes Basisbandsignal mit einem hochfrequenten Trägersignal. Derartige Mischerschaltungen sollten eine hohe Linearität, eine hohe Gleichtaktunterdrückung des Basisbandsignals, geringes Rauschen und einen möglichst niedrigen Stromverbrauch aufweisen. Ferner ist es wünschenswert, eine Mischerschaltung auf einem breiten Frequenzbereich betreiben zu können. Bei herkömmlichen Mischerschaltungen wird unterschieden zwischen ”Single-Balanced”- und ”Double-Balanced”-Mischern. Wenn ein Mischer ein differenzielles Trägersignal (LO-Signal) aufnimmt, während das zu mischende Signal single-ended ist, wird dieser Mischer als ”single-balanced” bezeichnet. Wenn sowohl das Trägersignal als auch das zu mischende Signal differenziell ausgelegt und dem Mischer differenziell zugeführt werden, wird ein derartiger Mischer als ein ”Double-Balanced”-Mischer bezeichnet, wie in der Publikation „Halbleiter-Schaltungstechnik, U. Tietze et al., Springer-Verlag, 12. Auflage, Seiten 1463–1476” beschreiben.
Die Druckschrift „RAZAVI, Behzad: RF Microelectronics. 19. Auf 1. Upper Saddle River, New York: Prentice Hall PTR, 2006, S. 185–187. ISBN: 0-13-887571-5” beschreibt einen double-balanced Mischer auf Grundlage einer Gilbert-Zelle. Der Mischer arbeitet mit LO-Signal- und HF-Signal-Eingängen, welche jeweils differentiell ausgelegt sind. Als Stromquelle dienen zwei mit der positiven Versorgungsspannung verbundene Lastwiderstände, die mit ihrem jeweils anderen Anschluss mit den Kollektoren zweier LO-Transistoren verbunden sind. Das Eingangssignal wird im Takt des LO-Signals zwischen den beiden Lastwiderständen hin- und hergeschaltet. Eine Stromsenke ist zwischen einem Verbindungspunkt der Emitter der HF-Eingangstransistoren und Masse geschaltet.
Die Druckschrift ”Antunes, F. J.; Pimenta, T. C.; Moreno, R. L.: ”A 0.25 μm CMOS Downconverter Mixer for 1.6 GHz” . In: TENCON 2006, 2006 IEEE Region 10 Conference, S. 1–4, Nov. 2006” offenbart eine CMOS-Version eines Mischers auf Grundlage einer Gilbert-Zelle. Eine ungeregelte Stromsenke ist zwischen einem Verbindungspunkt der Emitter der HF-Eingangstransistoren und Masse geschaltet.
In der Druckschrift WO 2006/061204 A1 ist ein Mischerschaltkreis beschrieben, welcher aus einem Lastkreis, einem Mischerkern für den LO-Eingang und einer HF-Eingangsstufe besteht. Obere bzw. untere Stromschalterstufen übernehmen die Funktion einer Stromquelle bzw. einer Stromsenke. Die Stromschalterstufen werden mit dem Eingangssignal umgeschaltet.
Ein wesentlicher Nachteil der herkömmlichen Schaltungsanordnung besteht in dem hohen Stromverbrauch der Mischerschaltung zur Einstellung des Arbeitspunktes bei Verwendung eines Widerstandes als Lastelement. Bei einem zu niedrigen Ruhestrom entstehen bei hoher Signalaussteuerung am Lastwiderstand Gleichtaktanteile und somit unerwünschte Nichtlinearitäten in den folgenden Verstärkerstufen. Der Einsatz von Spulen als Lastelement führt zu einer Reduzierung des Ruhestromes und der Gleichtaktanteile, bedeutet aber einen größeren Flächenverbrauch und eine Frequenzabhängigkeit der Übertragungscharakteristik der Mischerschaltung.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine hochlineare Mischerschaltung bereitzustellen, die eine gute Gleichtaktunterdrückung des Basisbandsignals, ein geringes Rauschen und einen niedrigen Stromverbrauch aufweist.
Die obenstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Schaltungsanordnungen und Verfahrenen gelöst, wie sie in den nebengeordneten Patentansprüchen 1, 2, 10 und 11 angegeben sind.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, eine gespiegelt zu einer Stromsenke angeordnete Stromquelle bereitzustellen, wobei ein Mischerkern symmetrisch zwischen die Stromquelle und die Stromsenke geschaltet ist. Die erfindungsgemäße Mischerschaltung besteht aus einer Stromquelle, einer Stromsenke und einem Multipliziererkern, welcher die Stromquelle und die Stromsenke mit dem Lastwiderstand verbindet.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Mischen eines Eingangssignals mit mindestens einem Trägersignal weist im Wesentlichen auf:

a) eine Stromquelle, welcher das Eingangssignal als ein Stromquellen-Eingangssignal zugeführt wird und welche ein zu mischendes Signal in Abhängigkeit von dem Stromquellen-Eingangssignal ausgibt;
b) eine Stromsenke, welcher das Eingangssignal als ein Stromsenken-Eingangssignal zugeführt wird und welche das zu mischende Signal in Abhängigkeit von dem Stromsenken-Eingangssignal aufnimmt; und
c) einen zwischen die Stromquelle und die Stromsenke geschalteten Mischerkern, welcher aufweist:
c1) Mischereingangsanschlüsse zum Anschluss der Stromsenke und der Stromquelle; und
c2) Mischerausgangsanschlüsse;
c3) Trägersignal-Eingangsanschlüsse zum Zuführen des mindestens einen Trägersignals zu dem Mischerkern, wobei
c4) der Mischerkern eine Kreuzverschaltung zwischen den Mischerausgangsanschlüssen und den Mischereingangsanschlüssen in Abhängigkeit von dem mindestens einen Trägersignal bereitstellt.

Ferner weist das erfindungsgemäße Verfahren zum Mischen eines Eingangssignal mit mindestens einem Trägersignal im Wesentlichen die folgenden Schritte auf:

a) Ausgeben eines zu mischenden Signals aus einer Stromquelle, welcher das Eingangssignal als ein Stromquellen-Eingangssignal zugeführt wird, in Abhängigkeit von dem Stromquellen-Eingangssignal;
b) Eingeben des zu mischenden Signals in Mischereingangsanschlüsse eines an die Stromquelle angeschlossenen Mischerkerns;
c) Ausgeben des zu mischenden Signals aus Mischereingangsanschlüssen des an die Stromquelle angeschlossenen Mischerkerns;
d) Aufnehmen des zu mischenden Signals mittels einer an die Mischereingangsanschlüssen angeschlossenen Stromsenke, welcher das Eingangssignal als ein Stromsenken-Eingangssignal zugeführt wird, in Abhängigkeit von dem Stromsenken-Eingangssignal; und
e) Zuführen des mindestens einen Trägersignals zu dem zwischen die Stromquelle und die Stromsenke geschalteten Mischerkern über Trägersignal-Eingangsanschlüsse des Mischerkerns, wobei
f) der Mischerkern eine Kreuzverschaltung zwischen den Mischerausgangsanschlüssen und den Mischereingangsanschlüssen in Abhängigkeit von dem mindestens einen Trägersignal bereitstellt.

In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist ein durch eine Mischung des Eingangssignals mit dem mindestens einen Trägersignal bereitgestelltes Mischersignal zwischen den Mischerausgangsanschlüssen abgreifbar.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sind das erste Stromsenken-Eingangssignal und das zweite Stromsenken-Eingangssignal als ein differenzielles zu mischendes Signal ausgebildet.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sind das erste Stromquellen-Eingangssignal und das zweite Stromquellen-Eingangssignal als ein differenzielles zu mischendes Signal ausgebildet.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist das Trägersignal als ein differenzielles Signal ausgebildet.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist der Mischerkern aus paarweise parallel geschalteten Transistoren mit komplementärer Übertragungscharakteristik ausgebildet, z. B. NMOS- und PMOS-Transistoren oder NPN- und PNP-Bipolartransistoren.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist der Mischerkern aus Transistoren mit gleicher Übertragungscharakteristik ausgebildet, z. B. NMOS-Transistoren oder NPN-Bipolartransistoren.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist die Stromquelle eine geregelte Kaskode auf.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist die Stromsenke eine geregelte Kaskode auf.
Vorzugsweise ist die geregelte Kaskode aus ersten und zweiten Regeltransistoren, die mit als Operationsverstärker ausgebildeten ersten und zweiten Spannungsverstärkern zusammenwirken, ausgebildet.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung werden unterschiedliche zu mischende Signale aus der Stromquelle ausgegeben und von der an die Mischereingangsanschlüssen angeschlossenen Stromsenke aufgenommen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Schaltungsanordnung zum Mischen eines Eingangssignals mit mindestens einem Trägersignal gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine in der Schaltungsanordnung der 1 eingesetzte Stromsenke in größerem Detail;
3 eine in der Schaltungsanordnung der 1 eingesetzte Stromquelle in gröberem Detail;
4 einen in der Schaltungsanordnung der 1 eingesetzten Mischerkern in größerem Detail; und
5 eine detaillierte Schaltungsauslegung eines weiteren in 1 einsetzbaren Mischerkerns;
6 die in 1 gezeigte Schaltungsanordnung, wobei detailliert erste und zweite Stromflussrichtungen, hervorgerufen durch die Kreuzverschaltung in dem Mischerkern, veranschaulicht sind.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten oder Schritte.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt eine Schaltungsanordnung eines hochlinearen Mischers gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die in 1 gezeigte Schaltungsanordnung beinhaltet drei Komponenten, d. h. eine Stromsenke 200, eine Stromquelle 300 und einen Mischerkern 400. Die Stromsenke 200 wirkt mit der Stromquelle 300 über den Mischerkern 400 zusammen. Im Folgenden wird die Funktionsweise der in 1 dargestellten Mischerschaltung detailliert beschrieben.
Die Stromquelle 300 ist mit einer Versorgungsspannungseinheit 104 verbunden, welche ein Versorgungsspannungspotential gegenüber Masse 105 bereitstellt. Die Stromsenke 200 ist mit Masse 105 verbunden. Der Mischerkern 400 ist zwischen die Stromquelle 300 und die Stromsenke 200 geschaltet. Der Mischerkern 400 weist Eingangsanschlüsse A, B und Ausgangsanschlüsse C, D auf.
Zwischen die Ausgangsanschlüsse C, D ist ein Lastwiderstand 108 geschaltet, über welchem ein Mischsignal 103 als das Ausgangssignal abgegriffen werden kann. Der Mischerkern 400 stellt eine Kreuzverschaltung zwischen den Mischerausgangsanschlüssen C, D und den Mischereingangsanschlüssen A, B in Abhängigkeit von einem zugeführten Trägersignal 101a, 101b (detaillierte Beschreibung der Umschaltung siehe 4) bereit. Das Prinzip der Kreuzverschaltung zwischen den Mischerausgangsanschlüssen C, D und den Mischereingangsanschlüssen A, B ist wie folgt:

(i) Erster Schaltzustand: Der Eingangsanschluss A ist mit dem Ausgangsanschluss C verbunden; und der Eingangsanschluss B ist mit dem Ausgangsanschluss D verbunden; und
(ii) Zweiter Schaltzustand: Der Eingangsanschluss A ist mit dem Ausgangsanschluss D verbunden; und der Eingangsanschluss B ist mit dem Ausgangsanschluss C verbunden.

Im Takt des Trägersignals 101a, 101b, welches als ein differenzielles Signal bereitgestellt werden kann, erfolgt nunmehr eine Umschaltung zwischen den ersten und zweiten Schaltzuständen. Zur Modulation wird ein zu mischendes Signal aufmultipliziert, d. h. die Kombination von Stromsenke 200 und Stromquelle 300 stellt eine Modulation mit dem durch den Mischerkern 400 fließenden Strom zwischen den Mischeranschlüssen A und C bzw. B und D (erster Schaltzustand) und zwischen den Anschlüssen A und D bzw. den Anschlüssen B und C (zweiter Schaltzustand) bereit.
Zur Einstellung des Stroms dient ein Eingangssignal 102a, 102b, das in dem in 1 gezeigten Beispiel als ein differenzielles Eingangssignal ausgelegt ist. Die in 1 gezeigte Schaltungsanordnung 100 ermöglicht es somit, dass das Trägersignal 101a, 101b mit dem Eingangssignal 102a, 102b moduliert bzw. multipliziert wird, wobei ein entsprechendes Mischsignal 103 an den Mischersignalausgangsanschlüssen C, D erhalten wird. Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 2 die in 1 dargestellte Stromsenke 200 detailliert beschrieben werden.
Die Stromsenke 200 besteht im Wesentlichen aus geschalteten Transistoren, d. h. ersten Stromsenken-Eingangstransistoren 203a–203n und zweiten Stromsenken-Eingangstransistoren 204a–204n. Den ersten und zweiten Stromsenken-Eingangstransistoren werden jeweils ein erstes Stromsenken-Eingangssignal 205a–205n und ein zweites Stromsenken-Eingangssignal 206a–206n zugeführt. In Abhängigkeit von dem Stromsenken-Eingangssignal 205a–205n, 206a–206n wird in der Stromsenke 200 ein zu mischendes Signal 501a, 501b aufgenommen. Ferner kann das Stromsenken-Eingangssignal 205a–205n, 206a–206n differenziell ausgelegt werden. Weiterhin kann das Stromsenken-Eingangssignal digital kodiert sein.
Zwischen den in 1 gezeigten Schaltungsknoten A und die parallel verbundenen ersten Stromsenken-Eingangstransistoren ist ein erster Stromsenkenregeltransistor 202a geschaltet, der über ein Stromsenkensteuersignal mit Hilfe eines ersten Stromsenkenverstärkers dazu beiträgt, eine Linearität der gesamten Stromquelle zu optimieren.
Hierbei bilden die ersten und zweiten Stromsenkenregeltransistoren Kaskodentransistoren, die mit den als Operationsverstärker ausgebildeten ersten und zweiten Stromsenkenverstärkern 201a, 201b jeweils zusammenwirken. Die Schaltungsanordnung, bestehend jeweils aus den ersten und zweiten Stromsenkenverstärkern 201a, 201b und den ersten und zweiten Stromsenkenregeltransistoren 202a, 202b, bilden zusammen eine geregelte Kaskode.
3 zeigt die in 1 blockbildartig dargestellte Stromquelle 300 in größerem Detail. Es sei darauf hingewiesen, dass die in 3 gezeigte Stromquelle 300 symmetrisch gespiegelt zu der in 2 dargestellten Stromsenke 200 aufgebaut ist.
Insbesondere ist die Stromquelle 300 zwischen die Versorgungsspannungseinheit 104 und die beiden Mischereingangsanschlüsse A, B geschaltet. Die Stromquelle 300 weist wie die Stromsenke 200 geschaltete Transistoren und geregelte Kaskoden auf. Ein Stromfluss wird von der Versorgungsspannungseinheit 104, welche ein Versorgungsspannungspotential Vdd gegenüber Masse 105 bereitstellt, zu dem Schaltungsknoten A, B bereitgestellt. Hierbei wird das Eingangssignal 102a, 102b jeweils als ein differenzielles Stromquellen-Eingangssignal der Stromquelle 300 zugeführt, d. h. ersten Stromquellen-Eingangstransistoren 302a–302n wird ein erstes Stromquellen-Eingangssignal 305a–305n zugeführt, währen zweiten Stromquellen-Eingangstransistoren 304a–304n ein zweites Stromquellen-Eingangssignal 306a–306n zugeführt wird.
Es sei darauf hingewiesen, dass das Stromquellen-Eingangssignal 305a–305n, 306a–306n als ein differenzielles Stromquellen-Eingangssignal ausgebildet sein kann. Ferner kann das Stromquellen-Eingangssignal digital kodiert sein.
Eine geregelte Kaskade ist, wie obenstehend unter Bezugnahme auf 2 für die Stromsenke 200 beschrieben, auch für die Stromquelle 300 bereitgestellt. Die geregelte Kaskade besteht einerseits aus einem ersten Stromquellen-Verstärker 301a, der wie in 3 gezeigt, mit einem ersten Stromquellen-Regeltransistor 302a verschaltet ist, und andererseits aus einem zweiten Stromquellen-Verstärker 301b, der, wie in 7 gezeigt, mit einem zweiten Stromquellen-Regeltransistor 302b verschaltet ist. Den ersten und zweiten Stromquellen-Verstärkern 301a, 301b wird jeweils ein Stromquellen-Steuersignal 307 zugeführt. Die geregelten Kaskoden sorgen dafür, dass eine hohe Linearität aufrecht erhalten wird.
4 zeigt den in 5 erläuterten Mischerkern 400 in größerem Detail. Der Mischerkern 400 enthält die ersten Mischertransistoren 402a, 402b, 402c und 402d, die beispielsweise als NMOS-Transistoren ausgebildet sein können, und die zweiten Mischertransistoren 403a, 403b, 403c und 403d, welche beispielsweise als PMOS-Transistoren ausgebildet sein können. Die in 4 gezeigte Schaltungsanordnung dient dazu, ein an den Eingängen, d. h. den Schaltungsknoten A und B anliegendes differenzielles zu mischendes Signal 501a, 501b durchzuschalten auf die Mischerausgangsanschlüsse C, D vermöge einer Kreuzschaltung, in Abhängigkeit von dem angelegten Trägersignal 101a, 101b, welches jeweils an Trägersignal-Eingangsanschlüssen E, F bzw. G, H bereitgestellt ist.
Durch die differenzielle Ausgestaltung des Trägersignals 101a–101b ist es möglich, eine Kreuzverschaltung wie obenstehend unter den Punkten (i) (erster Schaltzustand) und (ii) (zweiter Schaltzustand) bereitzustellen. In dem ersten Schaltzustand, bei welchem einerseits der Mischereingangsanschluss A mit dem Mischerausgangsanschluss C und andererseits der Mischereingangsanschluss B mit dem Mischerausgangsanschluss D verbunden ist, sind einerseits der erste Mischertransistor 402a und der zweite Mischertransistor 403a und andererseits der erste Mischertransistor 402d und der zweite Mischertransistor 403d durchgeschaltet.
In dem anderen Zustand, d. h. dem zweiten Schaltzustand (siehe (ii) oben) sind einerseits der erste Mischertransistor 402b und der zweite Mischertransistor 403b durchgeschaltet und andererseits der erste Mischertransistor 402c und der zweite Mischertransistor 403c durchgeschaltet. Somit erfolgt im Takt des Trägersignals 101a, 101b eine Kreuzverschaltung der Mischereingangsanschlüsse A, B auf die Mischerausgangsanschlüsse C, D.
5 veranschaulicht einen weiteren in 1 einsetzbaren Mischerkern 400. Der Mischerkern 400 ist mit zwei Transistorpaaren c1, c2 bzw. d1, d2 mit gleicher Übertragungscharakteristik ausgelegt. Die Gateanschlüsse werden mit einem hochfrequenten Trägersignal V_LO angesteuert. In Abhängigkeit von dem hochfrequenten Trägersignal V_LO fließt ein Strom von den Eingängen C und D über eine Kreuzschaltung zu den Ausgängen A und B.
6 zeigt ein Blockdiagramm der Mischerschaltung gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei das in 6 gezeigte Blockdiagramm dem in 1 gezeigten Blockdiagramm entspricht, mit dem Unterschied, dass in 6 zusätzlich erste und zweite Stromflussrichtungen 106 bzw. 107 detailliert angezeigt sind. Die Bezugszeichen 106 und 107 bezeichnen Pfeile, die die Stromflussrichtung von der Stromquelle 300 zu der Stromsenke 200 kennzeichnen. Im Folgenden wird der Stromfluss, der durch die erste Stromflussrichtung 106 und die zweite Stromflussrichtung 107 gekennzeichnet ist, näher erläutert. Bei einer positiven Aussteuerung erzeugen die ersten Stromquellen-Eingangstransistoren 303a–303n der Stromquelle 300 (siehe 3) einen Stromfluss von der Versorgungsspannungseinheit 104 zu dem Schaltungsknoten A.
In dem ersten Schaltzustand fließt der Strom weiter vom Schaltungsknoten A zu dem Schaltungsknoten C (4) und weiter über den Lastwiderstand 108 (1) die Verbindung D–B zu dem Schaltungsknoten B, wobei die zweiten Stromsenken-Eingangstransistoren 204a–204n durchgeschaltet sind und einen Stromfluss nach Masse 105 weiterleiten. Dieser Stromfluss, d. h. der Stromfluss in dem ersten Schaltzustand entspricht der in 6 gezeigten ersten Stromflussrichtung 106. Somit erzeugen die zweiten Stromquellen-Eingangstransistoren 304a–304n einen Stromfluss von der Versorgungsspannungseinheit 104 zu dem Schaltungsknoten B.
Vermöge der Kreuzverschaltung fließt der Strom von dem Schaltungsknoten B zu dem Schaltungsknoten D (4) und weiter über den Lastwiderstand 108 (1, 6) zu dem Schaltungsknoten C. Die Kreuzverschaltung weist in diesem Fall eine Verbindung von dem Schaltungsknoten C zu dem Schaltungsknoten A auf. Dieser Schaltungsknoten A ist über die ersten Stromsenken-Eingangstransistoren 203a–203n mit Masse 105 verbunden, wodurch der Stromfluss weiter nach Masse geleitet wird. Der Stromfluss folgt somit der durch das Bezugszeichen 107 angegebenen zweiten Stromflussrichtung.
In dem zweiten Schaltzustand (siehe Punkt (ii) obenstehend) ändert sich die Stromflussrichtung durch den Lasttransistor 108, so dass ein differenzielles Ausgangssignal erhalten wird. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung weist insbesondere den Vorteil auf, dass sowohl die Stromsenke 200 als auch die Stromquelle 300 aus geschalteten Einzeltransistoren und einer geregelten Kaskode bestehen. Die geregelte Kaskode erzeugt jeweils am Drain-Knoten der Schalttransistoren ein Potential, welches vom Eingangssignal unabhängig ist. Auf diese Weise erzeugen sämtliche eingeschalteten Eingangstransistoren ein identisches Strom-Delta durch den Kaskodentransistor, d. h. die ersten und zweiten Stromsenkenregeltransistoren 202a–202b und die ersten und zweiten Stromquellen-Regeltransistoren 302a–302b. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Stromquelle 300 und die Stromsenke 200 jeweils eine lineare Übertragungscharakteristik aufweisen.
Ferner besteht ein Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung darin, dass, wie in 4 gezeigt, eine Parallelschaltung von Transistoren mit komplementärer Übertragungscharakteristik, wie beispielsweise die Parallelschaltung von NMOS- und PMOS-Transistoren, die Verwirklichung eines äußerst niederohmigen und von der Aussteuerung unabhängigen Schaltwiderstandes erlauben. Dies führt zu steilen Einschaltflanken und damit zu einer linearen Übertragungscharakteristik des Mischerkerns (Multipliziererkerns) 400.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht darin, dass der Lastwiderstand 108 symmetrisch um ein Mittenpotential (beispielsweise Vdd/2) ausgelenkt werden kann, ohne dass ein Ruhestrompotential erforderlich ist. Dies führt in vorteilhafter Weise zu einem niedrigen Stromverbrauch, da ein Stromfluss nur bei einer Ansteuerung bereitgestellt werden muss.
Diese Eigenschaft ist insbesondere vorteilhaft bei Systemen mit einem hohen Crestfaktor, wobei der Crestfaktor das Verhältnis von Scheitelwert zu Mittelwert einer sinusförmigen Spannung bezeichnet. Ein hoher Crestfaktor tritt beispielsweise bei Systemen wie WLAN, WiMAX, DVB-H auf, bei denen das Sendesignal durch Überlagerung vieler Sinusschwingungen gebildet wird, bezeichnet beispielsweise als ein OFDM-Verfahren. Insgesamt ist es vorteilhaft, dass zur Reduzierung von Gleichtaktanteilen und zur Vergrößerung des Aussteuerbereichs bei niedriger Versorgungsspannung keine zu einem Lastwiderstand parallel geschalteten Induktivitäten wie im Stand der Technik bereitgestellt werden müssen. Dies führt zu einem breiten verwendbaren Frequenzbereich und einem geringen Flächenverbrauch.
Die erfindungsgemäße Mischerschaltung weist nahezu keinen Gleichtaktanteil auf. In einem weiten Bereich ist die Übertragungscharakteristik frequenzunabhängig. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass an das Matching-Verhalten der Lastimpedanz 108 keine Anforderungen gestellt werden. Die Linearität der erfindungemäßen Mischerschaltung wird (bei idealem LO-Signal) lediglich durch das Matching-Verhalten der Schalttransistoren, d. h. der ersten und zweiten Stromsenken-Eingangstransistoren 203a–203n, 204a–204n und der ersten und zweiten Stromquellen-Eingangstransistoren 304a–304n, 305a–305n begrenzt.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung liegt darin, dass der Spannungsabfall an der Stromquelle 300 bzw. der Stromsenke 200 sehr gering ist. Er beträgt typischerweise 0,2 V bis 0,3 V. Die Mischerschaltung erlaubt auch bei einer niedrigen Versorgungsspannung von beispielsweise 1,5 V eine große Auslenkung von bis zu 1,0 V Spitze-differenziell.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
Auch ist die Erfindung nicht auf die genannten Anwendungsmöglichkeiten beschränkt. Die Schaltungsanordnung kann beispielsweise als digitaler Polarmodulator oder als digitaler Vektormodulator betrieben werden.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten oder Schritte.
Bezugszeichenliste

100: Schaltungsanordnung
101a, 101b: Trägersignal
102a, 102b: Eingangssignal
103: Mischsignal
104: Versorgungsspannungseinheit
105: Masse
106: Erste Stromflussrichtung
107: Zweite Stromflussrichtung
108: Lastwiderstand
200: Stromsenke
201a: Erster Stromsenkenverstärker
201b: Zweiter Stromsenkenverstärker
202a: Erster Stromsenkenregeltransistor
202b: Zweiter Stromsenkenregeltransistor
203a–203n: Erste Stromsenken-Eingangstransistoren
204a–204n: Zweite Stromsenken-Eingangstransistoren
205a–205n: Erstes Stromsenken-Eingangssignal
206a–206n: Zweites Stromsenken-Eingangssignal
207: Stromsenkensteuersignal
300: Stromquelle
301a: Erster Stromquellenverstärker
301b: Zweiter Stromquellenverstärker
302a: Erster Stromquellenregeltransistor
302b: Zweiter Stromquellenregeltransistor
303a–303n: Erste Stromquellen-Eingangstransistoren
304a–304n: Zweite Stromquellen-Eingangstransistoren
305a–305n: Erstes Stromquellen-Eingangssignal
306a–306n: Zweites Stromquellen-Eingangssignal
307: Stromquellensteuersignal
400: Mischerkern
402a–402d: Erste Mischertransistoren
403a–403d: Zweite Mischertransistoren
501a, 501b: Zu mischendes Signal
A, B, C, D: Schaltungsknoten
A, B: Mischereingangsanschlüsse
C, D: Mischerausgangsanschlüsse
E, F, G, H: Trägersignal-Eingangsanschlüsse

Claims

Schaltungsanordnung (100) zum Mischen eines Eingangssignals (102a, 102b) mit mindestens einem Trägersignal (101a, 101b), mit: a) einer Stromquelle (300), welcher das Eingangssignal (102a, 102b) als ein Stromquellen-Eingangssignal (305a–305n, 306a–306n) zugeführt wird und welche ein zu mischendes Signal (501a, 501b) in Abhängigkeit von dem Stromquellen-Eingangssignal (305a–305n, 306a–306n) ausgibt, wobei ein erstes Stromquellen-Eingangssignal (305a–305n) und ein zweites Stromquellen-Eingangssignal (306a–306n) differentiell das zu mischende Eingangssignal (102a, 102b) bilden; b) einer eine geregelte Kaskode aufweisende Stromsenke (200), welcher das Eingangssignal (102a, 102b) als ein Stromsenken-Eingangssignal (205a–205n, 206a–206n) zugeführt wird und welche das zu mischende Signal (501a, 501b) in Abhängigkeit von dem Stromsenken-Eingangssignal (205a–205n, 206a–206n) aufnimmt, wobei ein erstes Stromsenken-Eingangssignal (205a–205n) und ein zweites Stromsenken-Eingangssignal (206a–206n) differentiell das zu mischende Eingangssignal (102a, 102b) bilden; und c) einem zwischen die Stromquelle (300) und die Stromsenke (200) geschalteten Mischerkern (400), welcher aufweist: c1) Mischereingangsanschlüsse (A, B) zum Anschluss der Stromsenke (200) und der Stromquelle (300); und c2) Mischerausgangsanschlüsse (C, D) zum Anschluss eines Lastwiderstands (108) und zum Durchleiten des zu mischenden Signals (501a, 501b); c3) Trägersignal-Eingangsanschlüsse (E, F, G, H) zum Zufuhren des mindestens einen Trägersignals (101a, 101b) zu dem Mischerkern (400), wobei c4) der Mischerkern (400) eine Kreuzverschaltung zwischen den Mischerausgangsanschlüssen (C, D) und den Mischereingangsanschlüssen (A, B) in Abhängigkeit von dem mindestens einen Trägersignal (101a, 101b) bereitstellt.
Schaltungsanordnung (100) zum Mischen eines Eingangssignals (102a, 102b) mit mindestens einem Trägersignal (101a, 101b), mit: a) einer eine geregelte Kaskode aufweisende Stromquelle (300), welcher das Eingangssignal (102a, 102b) als ein Stromquellen-Eingangssignal (305a–305n, 306a–306n) zugeführt wird und welche ein zu mischendes Signal (501a, 501b) in Abhängigkeit von dem Stromquellen-Eingangssignal (305a–305n, 306a–306n) ausgibt, wobei ein erstes Stromquellen-Eingangssignal (305a–305n) und ein zweites Stromquellen-Eingangssignal (306a–306n) differentiell das zu mischende Eingangssignal (102a, 102b) bilden; b) einer Stromsenke (200), welcher das Eingangssignal (102a, 102b) als ein Stromsenken-Eingangssignal (205a–205n, 206a–206n) zugeführt wird und welche das zu mischende Signal (501a, 501b) in Abhängigkeit von dem Stromsenken-Eingangssignal (205a–205n, 206a–206n) aufnimmt, wobei ein erstes Stromsenken-Eingangssignal (205a–205n) und ein zweites Stromsenken-Eingangssignal (206a– 206n) differentiell das zu mischende Eingangssignal (102a, 102b) bilden; und c) einem zwischen die Stromquelle (300) und die Stromsenke (200) geschalteten Mischerkern (400), welcher aufweist: c1) Mischereingangsanschlüsse (A, B) zum Anschluss der Stromsenke (200) und der Stromquelle (300); und c2) Mischerausgangsanschlüsse (C, D) zum Anschluss eines Lastwiderstands (108) und zum Durchleiten des zu mischenden Signals (501a, 501b); c3) Trägersignal-Eingangsanschlüsse (E, F, G, H) zum Zuführen des mindestens einen Trägersignals (101a, 101b) zu dem Mischerkern (400), wobei c4) der Mischerkern (400) eine Kreuzverschaltung zwischen den Mischerausgangsanschlüssen (C, D) und den Mischereingangsanschlüssen (A, B) in Abhängigkeit von dem mindestens einen Trägersignal (101a, 101b) bereitstellt.
Schaltungsanordnung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein durch eine Mischung des Eingangssignals (102a, 102b) mit dem mindestens einen Trägersignal (101a, 101b) bereitgestelltes Mischsignal (103) zwischen den Mischerausgangsanschlüssen (C, D) abgreifbar ist.
Schaltungsanordnung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Trägersignal (101a, 101b) als ein differentielles Signal ausgebildet ist.
Schaltungsanordnung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Mischerkern (400) aus paarweise parallel geschalteten NMOS- und PMOS-Transistoren ausgebildet ist.
Schaltungsanordnung (100) nach Anspruch 1, wobei die Stromquelle (300) eine geregelte Kaskode aufweist.
Schaltungsanordnung (100) nach Anspruch 1, wobei die geregelte Kaskode der Stromsenke (200) aus ersten und zweiten Stromregeltransistoren (202a, 202b), die mit als Operationsverstärker ausgebildeten ersten und zweiten Stromverstärkern (201a, 201b) zusammenwirken, ausgebildet ist.
Schaltungsanordnung (100) nach Anspruch 2 oder 6, wobei die geregelte Kaskode der Stromquelle (300) aus ersten und zweiten Stromregeltransistoren (302a, 302b), die mit als Operationsverstärker ausgebildeten ersten und zweiten Stromverstärkern (301a, 301b) zusammenwirken, ausgebildet ist.
Verfahren zum Mischen eines Eingangssignals (102a, 102b) mit mindestens einem Trägersignal (101a, 101b), mit den Schritten: a) Ausgeben eines zu mischenden Signals (501a, 501b) aus einer Stromquelle (300), welcher das Eingangssignal (102a, 102b) als ein Stromquellen-Eingangssignal (303a–303n, 304a–304n) zugeführt wird, in Abhängigkeit von dem Stromquellen-Eingangssignal (303a–303n, 304a–304n), wobei ein erstes Stromquellen-Eingangssignal (303a–303n) und ein zweites Stromquellen-Eingangssignal (304a–304n) differentiell als das zu mischende Eingangssignal (102a, 102b) eingegeben werden; b) Eingeben des zu mischenden Signals (501a, 501b) in Mischereingangsanschlüsse (A, B) eines an die Stromquelle (300) angeschlossenen Mischerkerns (400); c) Durchleiten des zu mischenden Signals (501a, 501b) durch einen an Mischeraungangsanschlüsse (C, D) des Mischerkerns (400) angeschlossenen Lastwiderstand (108); d) Ausgeben des zu mischenden Signals (501a, 501b) aus Mischereingangsanschlüssen (A, B) des an die Stromquelle (300) angeschlossenen Mischerkerns (400); e) Aufnehmen des zu mischenden Signals (501a, 501b) mittels einer an die Mischereingangsanschlüsse (A, B) angeschlossenen und mittels einer Kaskodenschaltung geregelten Stromsenke (200), welcher das Eingangssignal (102a, 102b) als ein Stromsenken-Eingangssignal (205a–205n, 206a–206n) zugeführt wird, in Abhängigkeit von dem Stromsenken-Eingangssignal (205a–205n, 206a–206n), wobei ein erstes Stromsenken-Eingangssignal (205a–205n) und ein zweites Stromsenken-Eingangssignal (206a–206n) differentiell als das zu mischende Eingangssignal (102a, 102b) eingegeben werden; und f) Zuführen des mindestens einen Trägersignals (101a, 101b) zu dem zwischen die Stromquelle (300) und die Stromsenke (200) geschalteten Mischerkern (400) über Trägersignal-Eingangsanschlüsse (E, F, G, H) des Mischerkerns (400), wobei g) der Mischerkern (400) eine Kreuzverschaltung zwischen den Mischeraungangsanschlüssen (C, D) und den Mischereingangsanschlüssen (A, B) in Abhängigkeit von dem mindestens einen Trägersignal (101a, 101b) bereitstellt.
Verfahren zum Mischen eines Eingangssignals (102a, 102b) mit mindestens einem Trägersignal (101a, 101b), mit den Schritten: a) Ausgeben eines zu mischenden Signals (501a, 501b) aus einer mittels einer Kaskodenschaltung geregelten Stromquelle (300), welcher das Eingangssignal (102a, 102b) als ein Stromquellen-Eingangssignal (303a–303n, 304a–304n) zugeführt wird, in Abhängigkeit von dem Stromquellen-Eingangssignal (303a–303n, 304a–304n), wobei ein erstes Stromquellen-Eingangssignal (303a–303n) und ein zweites Stromquellen-Eingangssignal (304a–304n) differentiell als das zu mischende Eingangssignal (102a, 102b) eingegeben werden; b) Eingeben des zu mischenden Signals (501a, 501b) in Mischereingangsanschlüsse (A, B) eines an die Stromquelle (300) angeschlossenen Mischerkerns (400); c) Durchleiten des zu mischenden Signals (501a, 501b) durch einen an Mischeraungangsanschlüsse (C, D) des Mischerkerns (400) angeschlossenen Lastwiderstand (108); d) Ausgeben des zu mischenden Signals (501a, 501b) aus Mischereingangsanschlüssen (A, B) des an die Stromquelle (300) angeschlossenen Mischerkerns (400); e) Aufnehmen des zu mischenden Signals (501a, 501b) mittels einer an die Mischereingangsanschlüsse (A, B) angeschlossenen Stromsenke (200), welcher das Eingangssignal (102a, 102b) als ein Stromsenken-Eingangssignal (205a–205n, 206a–206n) zugeführt wird, in Abhängigkeit von dem Stromsenken-Eingangssignal (205a–205n, 206a–206n), wobei ein erstes Stromsenken-Eingangssignal (205a–205n) und ein zweites Stromsenken-Eingangssignal (206a–206n) differentiell als das zu mischende Eingangssignal (102a, 102b) eingegeben werden; und f) Zuführen des mindestens einen Trägersignals (101a, 101b) zu dem zwischen die Stromquelle (300) und die Stromsenke (200) geschalteten Mischerkern (400) über Trägersignal-Eingangsanschlüsse (E, F, G, H) des Mischerkerns (400), wobei g) der Mischerkern (400) eine Kreuzverschaltung zwischen den Mischeraungangsanschlüssen (C, D) und den Mischereingangsanschlüssen (A, B) in Abhängigkeit von dem mindestens einen Trägersignal (101a, 101b) bereitstellt.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei unterschiedliche zu mischende Signale (501a, 501b) aus der Stromquelle (300) ausgegeben und von der an die Mischereingangsanschlüssen (A, B) angeschlossenen Stromsenke (200) aufgenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei ein durch eine Mischung des Eingangssignals (102a, 102b) mit dem mindestens einen Trägersignal (101a, 101b) gewonnenes Mischsignal (103) zwischen den Mischerausgangsanschlüssen (C, D) entnommen wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Trägersignal (101a, 101b) als ein differentielles Signal eingegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Stromquelle (300) mittels einer Kaskodenschaltung geregelt wird.