DE102009035945A1

DE102009035945A1 - Abwärtsmischer mit Signalbearbeitung

Info

Publication number: DE102009035945A1
Application number: DE102009035945A
Authority: DE
Inventors: Dieter Draxelmayr; Zisan Zhang
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2008-08-05
Filing date: 2009-08-03
Publication date: 2010-02-18
Also published as: US20100035572A1; US8364111B2

Abstract

Systeme und Verfahren zur Realisierung eines Abwärtsmischers (206) mit Signalbearbeitung werden offenbart.

Description

Hintergrund der Erfindung
Bei drahtlosen Kommunikationssystemen, wie beispielsweise UWB („Ultra Wide Band”), WLAN („Wireless Local Area Network”), usw. wird ein Funkfrequenzsignal (RF-Signal) bearbeitet und mit einem Signal von einem lokalen Oszillator zum Abwärtsmischen des RF-Signals gemischt, wodurch ein Basisband-Signal entsteht. Bei herkömmlichen Ausführungsformen findet das Abwärtsmischen des RF-Signals in das Basisbandsignal im Strom-Bereich statt, während jedoch die Signalbearbeitung, wie beispielsweise die Verstärkung und das Filtern, in dem Spannungs-Bereich stattfindet. Darüber hinaus liegen Schnittstellen zwischen Blöcken zur Signalbearbeitung und Blöcken zum Mischen des Signals bei einer klassischen RF-Sende-/Empfangseinrichtung auch im Spannungs-Bereich. Daher findet eine Umsetzung des Basisbandsignals von dem Spannungs-Bereich in den Strom-Bereich und umgekehrt gewöhnlicherweise mehrere Mal statt. Dies kann das Rauschen, eine Chipfläche und einen Stromverbrauch wesentlich erhöhen.
In letzter Zeit weisen mehr und mehr RF-Sende-/Empfangseinrichtungen, welche bei drahtlosen Kommunikationssystemen eingesetzt werden, eine sehr hohe Integrationsdichte (VLSI („Very Large Scale Integration”)) oder sogar eine SoC-Integration (SoC („System-on-Chip”)) auf, wobei sie einen Multi-Band-Betrieb (die Sende-Empfangseinrichtung unterstützt insbesondere mehrere Frequenzbänder) und/oder einen Multi-Standard-Betrieb (die Sende-/Empfangseinrichtung unterstützt insbesondere mehrere Standards) unterstützen. Die Blöcke zur Signalbearbeitung und die Blöcke mit mehreren RF-Frontends, welche die Mischer umfassen, sind in einer VLSI-Schaltung (IC) integriert. In den meisten Fällen benötigt ein Block mit mehreren RF-Frontends eine große Chip-Fläche, und der Block zur Signalbearbeitung sollte aufgrund einer geeigneten Aufteilung der Chip-Fläche angemessen von dem Block mit mehreren RF-Frontends getrennt sein. Daher erzeugt der Block zur Signalbearbeitung ein Signal, welches über lange Leiterbahnen an den Block mit mehreren RF-Frontends geleitet wird. Bei der Übertragung des Signals über lange Leiterbahnen kann Rauschen bei den Schnittstellenknoten eingekoppelt und ein hoher Stromverbrauch verursacht werden, um die parasitären Lasten der langen Leiterbahnen zu treiben.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben beschriebenen nach dem Stand der Technik bekannten Probleme zumindest abzumildern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Abwärtsmischer nach Anspruch 1, eine Vorrichtung zur Realisierung eines Abwärtsmischers mit Signalbearbeitungseigenschaften nach Anspruch 10 und ein Verfahren zum Abwärtsmischen eines Funkfrequenzsignals in ein Basisband-Signal nach Anspruch 18 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug zu den Figuren anhand bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen im Detail beschrieben. In den Figuren kennzeichnet die links stehende Ziffer eines Bezugszeichens diejenige Figur, in welcher das Bezugszeichen zum ersten Mal auftritt. Dieselben Bezugszeichen werden in allen Zeichnungen verwendet, um ähnliche Merkmale und Komponenten zu bezeichnen.
In 1 sind Blockdiagramme dargestellt, welche einen beispielhaften RF-Sende-/Empfangseinrichtungsabschnitt und einen Abwärtsmischer in einer Kommunikationsvorrichtung darstellen.
2 ist ein Blockdiagramm, welches einen erfindungsgemäßen RF-Sende-/Empfangseinrichtungsabschnitt einer Kommunikationsvorrichtung mit einem Abwärtsmischer mit Signalbearbeitungseigenschaften darstellt.
3 zeigt ein Blockdiagramm, welches einen erfindungsgemäßen Hochspannungs-Abwärtsmischer mit Signalbearbeitungseigenschaften darstellt.
4 ist ein Schaltplan eines erfindungsgemäßen Hochspannungs-Abwärtsmischers mit Signalbearbeitungseigenschaften.
5 ist ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Niederspannungs-Abwärtsmischers mit Signalbearbeitungseigenschaften.
6 ist ein Schaltplan, welcher einen erfindungsgemäßen Niederspannungs-Abwärtsmischer mit Signalbearbeitungseigenschaften darstellt.
7 sind Schaltpläne von erfindungsgemäßen Stromfiltern.
8 ist ein Flussplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Realisierung des Abwärtsmischers mit Signalbearbeitungseigenschaften.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Im Folgenden werden Techniken zur Realisierung eines Abwärtsmischers mit Signalbearbeitungseigenschaften offenbart. Ein Abwärtsmischer mit Signalbearbeitungseigenschaft kann in dem RF-Sende-/Empfangseinrichtungsabschnitt von Kommunikationsvorrichtungen, wie beispielsweise Mobiltelefonen, eingesetzt werden. Die offenbarten Techniken können sowohl für IC-Entwürfe als auch für Entwürfe von Platinen (PCB („Printed Circuit Board”)) eingesetzt werden, um das Einkoppeln von Rauschen, eine Chip-Fläche, einen Stromverbrauch und die Anzahl der Komponenten, welche in einer Schaltung eingesetzt werden, zu verringern.
Unter Verwendung eines Signals von einem lokalen Oszillator (LO) setzt der Abwärtsmischer das empfangene RF-Signal nach unten in ein Basisband-Signal um. Zuerst wird das RF-Signal in ein Basisband-Stromsignal abwärts gemischt, und dann wird das sich ergebende Stromsignal bearbeitet. Die Bearbeitung des Basisband-Signals umfasst ein Verstärken und ein Filtern des Basisband-Signals. Der Abwärtsmischer arbeitet nach dem Prinzip eines Strom kommutierenden Mischers (z. B. eines Gilbert-Mischers) kombiniert mit einer Signalbearbeitung im Strom-Bereich. Nach der Signalbearbeitung wird das Basisband-Stromsignal in ein entsprechendes Basisband-Spannungssignal umgesetzt.
Der Abwärtsmischer realisiert jede Signalbearbeitungskomponente selbst, was Chip-Fläche einspart, den Stromverbrauch absenkt und für eine größere Flexibilität bei der Aufteilung der Chip-Fläche sorgt. Darüber hinaus arbeiten Schnittstellenknoten zwischen verschiedenen Komponenten im Strombereich, so dass sie nicht derart empfindlich sind, wie im Spannungsbereich. Negative Faktoren, wie beispielsweise ein Einkoppeln von Rauschen und Auswirkungen einer parasitären Last aufgrund langer Leitungsbahnen, weisen dadurch einen geringeren Einfluss auf die Schaltung auf.
Erfindungsgemäße Ausführungsformen
Die Reihenfolge, in welcher Systemblöcke gemäß der folgenden Beschreibung angeordnet sind, ist nicht einschränkend zu verstehen. Die beschriebenen Systemblöcke können in irgendeiner Reihenfolge kombiniert werden, um die beschriebenen Systeme oder alternative Systeme zu implementieren. Darüber hinaus können einzelne Blöcke aus dem System entfernt werden, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Des Weiteren können die beschriebenen Systeme in irgendeiner geeigneten Hardware in ICs oder auf Platinen implementiert werden.
1 stellt einen Sende-/Empfangseinrichtungsabschnitt 100 einer Kommunikationsvorrichtung dar. Der RF-Sende-/Empfangseinrichtungsabschnitt 100 empfängt ein RF-Signal 102. Der RF-Sende-/Empfangseinrichtungsabschnitt 100 umfasst einen Abwärtsmischer 104 mit einem Signal 106 von einem lokalen Oszillator (LO) und Blöcke zur Signalbearbeitung, wie beispielsweise ein Filter 108 und einen Verstärker 110 mit programmierbarer Verstärkung. Bei dem Abwärtsmischer 104 wird das RF-Signal 102 mit dem LO-Signal 106 gemischt und das sich ergebende Basisband-Signal wird zur Bearbeitung an die Blöcke zur Signalbearbeitung gesendet. Nach der Bearbeitung steht ein Basisband-Spannungssignal (VBB) 112 zur Verfügung.
1 stellte darüber hinaus einen typischen Abwärtsmischer 104 dar. Der Abwärtsmischer 104 kann ein Strom kommuntierender Mischer, wie beispielsweise ein Gilbert-Mischer, sein. Der Abwärtsmischer 104 umfasst einen Umsetzer 114, welcher das RF-Signal 102 in ein Stromsignal umsetzt. Der Umsetzer 114 kann einen Transconductor umfassen. Das RF-Stromsignal wird dann im Strombereich in ein Basisband-Signal umgesetzt. Die Umsetzung wird mit einem Mischer 116 durchgeführt, welcher das LO-Signal 106 empfängt. Der Mischer 116 kann einen Schalt-Quadrierer („Switching-Quad”) umfassen.
Das Basisband-Stromsignal wird anschließend mit Hilfe einer Basisband-Last 118 in das VBB-Spannungssignal 112 gewandelt.
2 stellt einen Sende-/Empfangseinrichtungsabschnitt 200 einer erfindungsgemäßen drahtlosen Kommunikationsvorrichtung dar. Der Sende-/Empfangseinrichtungsabschnitt 200 empfängt das RF-Signal 102 über eine Antenne 202. Dabei kann das RF-Signal 102 ein Audio-Datenstrom, ein Video-Datenstrom, ein normaler Daten-Strom, usw. sein. Das RF-Signal 102 kann beispielsweise von irgendeiner anderen Kommunikationsvorrichtung oder Basisstation empfangen werden. Das RF-Signal 102 wird als Spannung von einem rauscharmen Verstärker (LNA („Low Noise Amplifier”) 204 entgegengenommen.
Der LNA 204 verstärkt das RF-Signal 102 und formt das RF-Signal 102 in einer für die weitere Bearbeitung geeigneten Weise. Der LNA 204 stellt eine Spannungsverstärkung bereit. Der LNA 204 kann darüber hinaus für eine elektrische Impedanztransformation bezüglich des RF-Signals 102 vor der weiteren Bearbeitung sorgen. Das RF-Signal 102 wird dann einem Mischer mit Signalbearbeitungseigenschaften 206, welcher im Folgenden als Mischer 206 bezeichnet wird, zugeführt.
Der Mischer 206 demoduliert das RF-Signal 102 in ein Basisband-Signal. Der Mischer 206 kann ein Abwärtsmischer mit Signalbearbeitungseigenschaften sein. Mit Hilfe des LO 106 wandelt der Mischer 206 das RF-Signal 102 in ein Basisband-Stromsignal, und dann wird das Basisband-Signal im Strombereich bearbeitet. Der Mischer 206 umfasst einen oder mehrere Stromverstärker und Stromfilter, um das Basisband-Stromsignal zu verstärken und zu filtern. Nach dem Verstärken und Filtern wird das Basisband-Stromsignal durch eine programmierbare Basisband-Last in ein Basisband-Spannungssignal umgesetzt.
3 stellt eine Hochspannungs-Version des Mischers 206 mit Signalbearbeitungseigenschaften dar. In der folgenden Beschreibung werden die in 1 und 2 dargestellten Komponenten mit den dort verwendeten selben Namen und Bezugszeichen referenziert.
Das von der Antenne 202 empfangene RF-Signal 102 wird einem Umsetzer 114 zugeführt. Der Umsetzer 114 setzt das RF-Signal 102 in ein RF-Stromsignal um. Das RF-Stromsignal wird dann dem Mischer 116 zugeführt.
Bei dem Mischer 116 wird das RF-Stromsignal mit dem LO-Signal 106 gemischt, um ein Basisband-Signal in dem Strombereich zu erzeugen. Der Mischer 116 empfängt das LO-Signal 106 und demoduliert das RF-Stromsignal mit dem LO-Signal 106. Das LO-Signal 106 kann durch einen lokalen Oszillator (LO) oder eine andere Schaltung (nicht dargestellt) erzeugt werden. Der Mischer 116 kann derart implementiert sein, dass differentielle Paare über Kreuz gekoppelt werden. Das Basisband-Stromsignal wird dann einem Stromfilter oder einem im Strombereich arbeitenden Filter 300 zugeführt.
Das Stromfilter 300 kann ein elektronisches Filter sein, welches ein Stromsignal filtert, um Rauschen oder irgendwelche unerwünschten Signale von dem Stromsignal zu entfernen. Das Stromfilter 300 kann entweder ein aktives Filter oder ein passives Filter sein. Das Stromfilter 300 kann mit einem intrinsischen Filter zweiter Ordnung von einer gesteuerten Kaskode ausgeführt sein, wie es nach dem Stand der Technik bekannt und im Folgenden weiter beschrieben wird. Das gefilterte Basisband-Stromsignal wird dann über eine programmierbare Basisband-Last 302 geschickt.
Die programmierbare Basisband-Last 302 wandelt das Basisband-Stromsignal in das VBB-Signal 112 um. Die programmierbare Basisband-Last 302 kann entweder ein geschaltetes Widerstandsfeld oder ein variabler MOS-Widerstand sein. Die Impedanz der programmierbaren Basisband-Last 302 kann verändert werden, um die erforderliche Wandlung des Basisband-Stromsignals in das VBB-Signal 112 zu ermöglichen.
4 stellt eine erfindungsgemäße Schaltung 400 für eine Hochspannungs-Version des Mischers 206 dar. Der Schaltplan ist vorhanden, um das Konzept für die Hochspannungs-Version des Mischers 206 auf einer elementaren Ebene zu erläutern, wobei die Anzahl und der Typ der elektronischen Komponenten, welche in dem Schaltplan dargestellt sind, die Realisierung des Mischers 206 nicht einschränken. In der folgenden Beschreibung werden die Komponenten, welche in 1, 2 und 3 vorhanden sind, mit den dort verwendeten Namen und Bezugszeichen referenziert.
Die Schaltung 400 für eine Hochspannungs-Version des Mischers 206 umfasst elektronische Komponenten, wie Transistoren, Stromquellen, Widerstände, Spannungsquellen, usw. Bei der Hochspannungs-Version ist die Versorgungsspannung in der Lage, 4 oder mehr (gestapelte) Transistoren und/oder Widerstände zwischen den Stromschienen (z. B. Versorgungsspannung führenden Anschlüssen) zu versorgen.
Bei der Schaltung 400 ist der Transconductor über ein differentielles Paar (z. B. einen differentiell arbeitenden Schaltungsabschnitt) implementiert, was mit der Hilfe von n-Kanal MOSFETs 404-9 und 404-10, welche im Folgenden als nMOS 404-9 und 404-10 bezeichnet werden, und einer Stromquelle 402-5 realisiert ist. Es können auch andere Transistortypen, wie beispielsweise Bipolartransistoren, anstelle der n-Kanal MOSFETs eingesetzt werden. Das differentielle Paar nimmt das RF-Signal 102 als Eingang an den Gate-Anschlüssen der nMOS 404-9 und 404-10 entgegen. Der nMOS 404-9 empfängt das RF-Signal 102 mit einer positiven Polarität, was als RF+-Signal 102-P bezeichnet wird, während der nMOS 404-10 das RF-Signal 102 mit einer negativen Polarität empfängt, was als RF–-Signal 102-n gekennzeichnet ist.
Das differentielle Paar wandelt das RF+-Signal 102-P und das RF–-Signal 102-N in entsprechende Stromsignale um. Die umgewandelten Stromsignale werden dann dem Mischer 116 zugeführt.
Der Mischer 116 demoduliert die RF-Stromsignale mit Hilfe des LO-Signals 106 in ein Basisband-Stromsignal. Dabei arbeiten zwei über Kreuz gekoppelte differentielle Paare als der Mischer 116. Die differenziellen Paare können mit den n-Kanal MOSFETs 404-5 bis 404-8 realisiert werden. Bei einer alternativen Ausführungsform können andere Transistortypen, wie beispielsweise BJT, eingesetzt werden, um ein differentielles Paar zu realisieren. Die Source-Anschlüsse der nMOS 404-5 bis 404-8 nehmen die Stromsignale entgegen. Die Gate-Anschlüsse der nMOS 404-5 und 404-8 nehmen das LO-Signal 106 mit der positiven Polarität, welches als LO+-Signal 106-P bezeichnet wird, während die Gate-Anschlüsse der nMOS 404-6 und 404-7 das LO-Signal 106 mit der negativen Polarität, welches als LO–-Signal 106-N bezeichnet wird, entgegennehmen.
Die nMOS 404-5 bis 404-8 bilden eine Multiplikationsfunktion, wobei die Stromsignale von nMOS 404-9 und 404-10 mit dem LO-Signal 106 multipliziert werden. Die nMOS-Paare (d. h. 404-5 und 404-8 sowie 404-6 und 404-7) schalten zwischen sich selbst, um ein Basisband-Stromsignal mit einer positiven Polarität und ein Basisband-Stromsignal mit einer negativen Polarität bereitzustellen. Die Basisband-Stromsignale werden dann als Eingang den Stromfiltern zugeführt.
Die Stromfilter filtern die Stromsignale, um Rauschen oder irgendwelchen unerwünschten Signale zu entfernen. Aktive oder passive Stromfilter, welche nach dem Stand der Technik bekannt sind, können zur Filterung der Stromsignale eingesetzt werden. Die Stromfilter können implementiert werden, indem Strom-Filter eingesetzt werden, welche unter Einsatz der n-Kanal MOSFETs 404-1 bis 404-4 und den Stromquellen 402-1 und 402-4 realisiert werden, wie es dargestellt ist. Die Stromfilter werden im Folgenden im Detail erläutert. Die gefilterten Basisband-Stromsignale werden dann der programmierbaren Basisband-Last 406 zugeführt.
Die Basisband-Last 406 kann entweder als geschaltetes Widerstandsfeld oder als ein variabler MOS-Widerstand ausgestaltet sein, wobei auch ein unveränderlicher Widerstand oder eine unveränderliche Last bei einfacheren Systemen eingesetzt werden kann. Bei der Basisband-Last 406 werden die Basisband-Stromsignale in Basisband-Spannungssignale, VBB 112-P und VBB 112-N, umgesetzt.
Die elektronischen Komponenten und die Stromquellen in der Schaltung 400 werden über Spannungsversorgungen 408-1, 408-2 und 408-3, welche von einer gemeinsamen Quelle bedient werden, versorgt. Dabei kann die Spannungsversorgung eine Gleichspannungsversorgung sein, welche von einer Batterie oder einer anderen Gleichspannungsquelle abgeleitet ist.
5 stellt eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Niederspannungs-Version des Mischers 206 dar. In der folgenden Beschreibung werden die Komponenten, welche aus 1, 2 und 3 bekannt sind, mit den dort verwendeten selben Namen und Bezugszeichen referenziert.
Das RF-Signal 102, welches von einer Eingangsquelle, wie beispielsweise der Antenne 202, entgegengenommen wird, wird zu dem Umsetzer 114 geführt. Der Umsetzer 114 wandelt das RF-Signal 102 in ein Stromsignal um. Das Stromsignal wird dann zu dem Mischer 116 geführt.
Bei dem Mischer 116 wird das Stromsignal mit dem LO-Signal 106 gemischt, um ein Basisband-Stromsignal zu erzeugen. Der Mischer 116 empfängt das LO-Signal 106 und demoduliert das Stromsignal mit Hilfe des LO-Signals 106. Das LO-Signal 106 kann mit Hilfe eines lokalen Oszillators (LO) erzeugt werden. Der Mischer 116 kann ausgeführt sein, indem zwei über Kreuz gekoppelte differentielle Paare eingesetzt werden. Das Basisband-Stromsignal wird dann zu einem Stromverstärker oder zu mehreren Stromverstärkern 502 geführt.
Der oder die Stromverstärker 502 sorgen für eine Verstärkung des Stromsignals, wie es erwünscht ist. Geschaltete Stromspiegel können eingesetzt werden, um den oder die Stromverstärker 502 zu realisieren. Alternativ können Operationsverstärker, bei welchen der Strom zurückgekoppelt wird, als der oder die Stromverstärker 502 eingesetzt werden. Das verstärkte Stromsignal kann dann dem Stromfilter 300 zugeführt werden.
Das Stromfilter 300 kann ein elektronisches Filter sein, welches ein Stromsignal filtert, um Rauschen oder irgendwelche unerwünschten Signale von dem Stromsignal zu entfernen. Das Stromfilter 300 kann entweder ein aktives oder ein passives Filter sein. Das Stromfilter kann mit einem intrinsischen Filter zweiter Ordnung von einer gesteuerten Kaskode realisiert sein, wie es im Folgenden beschrieben ist. Anschließend wird das Basisband-Stromsignal über die programmierbare Basisband-Last 302 geschickt.
Die programmierbare Basisband-Last 302 wandelt das Basisband-Stromsignal in das VBB-Signal 112 um. Die programmierbare Basisband-Last 302 kann entweder ein geschaltetes Widerstandsfeld oder ein variabler MOS-Widerstand sein, wobei auch ein unveränderlicher Widerstand oder eine unveränderliche Last bei einfacheren Systemen eingesetzt werden kann. Die programmierbare Basisband-Last 302 kann derart eingestellt werden, dass die erwünschte Amplitude des VBB-Signals 102 bereitgestellt wird.
6 stellt eine erfindungsgemäße Schaltung für eine Niederspannungs-Version des Mischers 206 dar. Der Schaltplan soll das Konzept für die Niederspannungs-Version des Mischers 206 auf einem elementaren Niveau erläutern, wobei die Anzahl und der Typ der elektronischen Komponenten, welche in dem Schaltplan dargestellt sind, die Realisierung des Mischers nicht beschränken. In der folgenden Beschreibung werden die Komponenten, welche in den 1 bis 5 dargestellt sind, mit den dort verwendeten Namen und Bezugszeichen referenziert.
Die Schaltung 600 für eine Niederspannungs-Version des Mischers 206 umfasst elektronische Komponenten, wie beispielsweise Transistoren, Stromquellen, Widerstände, eine Spannungsversorgung, usw. Bei der Niederspannungs-Version ist die Spannungsversorgung in der Lage, maximal 3 gestapelte Transistoren zwischen den Stromschienen zu versorgen.
In der Schaltung 600 ist der Umsetzer 114 über ein pseudo-differentielles Paar (z. B. einen pseudo-differentiell arbeitenden Schaltungsabschnitt) implementiert, was mit Hilfe von n-Kanal MOSFETs 602-1 und 602-2, welche im Folgenden als nMOS 602-1 und 602-2 bezeichnet werden, realisiert ist. Anstelle der n-Kanal MOSFETs können auch andere Transistortypen, beispielsweise Bipolartransistoren, eingesetzt werden. Das RF-Signal 102 wird als Eingang an den Gate-Anschlüssen der nMOS 602-1 und 602-2 entgegengenommen. Der nMOS 602-1 empfängt das RF-Signal 102 mit einer positiven Polarität, was als RF+-Signal 102-P bezeichnet wird, während der nMOS 602-2 das RF-Signal 102 mit der negativen Polarität empfängt, was als RF–-Signal 102-N bezeichnet wird.
Das pseudo-differentielle Paar setzt das RF+-Signal 102-P und das RF–-Signal 102-N in entsprechende Stromsignale um. Die derart erzeugten Stromsignale werden dann einem Schalt-Quadrierer („Switching Quad”) zugeführt.
Zwei über Kreuz gekoppelte differentielle Paare arbeiten als der Mischer 116. Alternativ können andere Transistortypen, wie beispielsweise ein BJT, eingesetzt werden, um ein differentielles Paar zu realisieren. Die Source-Anschlüsse der nMOS 602-3 bis 602-6 nehmen die Stromsignale entgegen. Die Gate-Anschlüsse der nMOS 602-3 und 602-6 empfangen das LO-Signal 106 mit der positiven Polarität, welches als das LO+-Signal 106-P bezeichnet wird, während die Gate-Anschlüsse der nMOS 602-4 und 602-5 das LO-Signal 106 mit der negativen Polarität empfangen, welches als das LO–-Signal 106-N bezeichnet wird.
Die nMOS 602-3 bis 602-6 realisieren eine Multiplikationsfunktion, wobei die RF-Signale mit dem LO-Signal 106 multipliziert werden. Die nMOS-Paare (d. h. 602-3 und 602-6 sowie 602-4 und 602-5) schalten zwischen sich selbst, um ein Basisband-Stromsignal mit einer positiven Polarität und ein Basisband-Stromsignal mit einer negativen Polarität bereitzustellen. Daher werden die RF-Stromsignale mit der Hilfe des Signals von dem lokalen Oszillator LO 106 in die Basisband-Stromsignale demoduliert, wobei die Basisband-Stromsignale dann zu einem oder zu mehreren Stromverstärkern geschickt werden.
Der oder die Stromverstärker 502 können mit geschalteten Stromspiegeln oder mit Operationsverstärkern mit einer Stromrückkopplung realisiert werden. Das Stromsignal von dem nMOS 602-1 kann einem Stromspiegel zugeführt werden, welcher mit den Transistoren pMOS 604-1 und 604-3 realisiert ist. Das Stromsignal von dem nMOS 602-2 kann dann einem Stromspiegel zugeführt werden, welcher mit den Transistoren pMOS 604-2 und 604-4 realisiert ist. Die Stromspiegel verstärken die Basisband-Stromsignale abhängig von dem Spiegelverhältnis der Transistoren pMOS 604-1 bis 604-4 (z. B. von dem Verstärkungsfaktor des oder der Stromspiegel). Alternativ können nMOS-Stromspiegel anstelle der pMOS-Stromspiegel eingesetzt werden. Nach der Verstärkung können die Stromsignale den Stromfiltern 300 zugeführt werden.
Die Stromfilter 300 können mit Strom-Filtern, welche durch die n-Kanal MOSFETs 602-7 bis 602-10 realisiert werden, und Stromquellen 606-1 und 606-2 implementiert sein. Die Stromfilter 300 filtern die Stromsignale, um Rauschen oder irgendwelche unerwünschten Signale zu entfernen. Jedes aktive oder passive Stromfilter, welches nach dem Stand der Technik bekannt ist, kann eingesetzt werden, um die Stromsignale zu filtern. Die Stromfilter werden im Folgenden im Detail erläutert. Die gefilterten Basisband-Stromsignale werden dann der programmierbaren Basisband-Last 302 zugeführt, welche mit der Hilfe eines variablen Widerstands 608 realisiert ist.
Der variable Widerstand 608, welcher mit den Drain-Anschlüssen der nMOS 602-8 und 602-9 verbunden ist, kann eingestellt werden, um die Amplitude des VBB-Signals 112 zu erhöhen oder abzusenken. Alternativ kann ein variabler MOSFET-Widerstand oder ein schaltbares Widerstandsfeld anstelle des variablen Widerstands 608 eingesetzt werden.
Wieder mit Bezug auf 3 werden die Basisband-Stromsignale an der programmierbaren Basisband-Last 302 in Basisband-Spannungssignale VBB 112-P und VBB 112-N gewandelt. Die programmierbare Basisband-Last 302 kann entweder ein geschalteter Widerstand oder ein variabler MOS-Widerstand sein.
Nun wieder mit Bezug auf 6 werden die elektronischen Komponenten und die Stromquellen in der Schaltung 600 über eine Versorgungsspannung 610 mit Spannung versorgt. Die Versorgungsspannung 610 kann von einer Gleichspannungsversorgung stammen, welche von einer Batterie oder einer anderen Gleichspannungsquelle (nicht dargestellt) abgeleitet ist.
7 stellt eine erfindungsgemäße Ausführungsform des Stromfilters dar. Das Stromfilter 300 kann durch ein Strom-Biquad-Filter 700 implementiert sein. Das Strom-Biquad-Filter 700 kann ein Tiefpassfilter zweiter Ordnung sein. Das Strom-Filter 700 kann mit n-Kanal MOSFETs 702-1 und 702-2, welche als nMOS 702-1 und 702-2 im Folgenden bezeichnet werden, und Stromquellen 704-1 bis 704-3 realisiert werden. Die Steilheit der nMOS 702-1 und 702-2 zusammen mit ihrer Gate-Source-Kapazität bestimmen ein Stromfilter zweiter Ordnung. Das Basisband-Stromsignal 706 wird insbesondere im Strombereich gefiltert, wodurch ein gefiltertes Signal 707 erzeugt wird.
Die elektronischen Komponenten und die Stromquellen in der Schaltung 700 werden über eine Spannungsversorgung 708 mit Spannung versorgt. Die Versorgungsspannung 706 kann eine Gleichspannung sein, welche von einer Batterie oder von einer anderen Gleichspannungsquelle abgeleitet wird.
7 stellt auch eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform des Stromfilters 300 dar. Das Stromfilter 300 kann als ein Filter 710 implementiert werden. Das Filter 710 kann mit der Hilfe von Transkonduktanzverstärkern (OTA („Operational Transconductance Amplifier”)) 712-1 und 712-2, Kapazitäten 714-1 und 714-2, Ausgangswiderständen 716-1 und 716-2 realisiert werden. Das Basisband-Stromsignal 706 kann in einer Weise gefiltert werden, welche mit derjenigen ähnlich ist, die mit Bezug auf Schaltung 700 vorab beschrieben ist, wodurch das gefilterte Signal 707 erzeugt wird.
Erfindungsgemäßes Verfahren
8 stellt ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Implementierung eines Abwärtsmischers mit Signalbearbeitungeigenschaften dar. Die Reihenfolge, in welcher das Verfahren beschrieben ist, soll keine Beschränkung der vorliegenden Erfindung darstellen. Es kann irgendeine Anzahl der beschriebenen Verfahrensblöcke in irgendeiner Reihenfolge kombiniert werden, um ein erfindungsgemäßes Verfahren oder ein alternatives erfindungsgemäßes Verfahren zu implementieren. Darüber hinaus können bestimmte Blöcke bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht vorhanden sein, ohne den Geist der hier beschriebenen Erfindung zu verlassen.
Bei Block 802 wird ein RF-Spannungssignal als eine Eingabe zum Abwärtsmischen empfangen. Dabei kann das RF-Signal 102 von dem Empfangsabschnitt einer Kommunikationsvorrichtung, beispielsweise eines Mobiltelefons, empfangen werden. Das RF-Signal 102 wird bearbeitet und dem Abwärtsmischer 206 zugeführt. Dabei wird das RF-Signal 102 mit dem Mischer 206 in ein Basisband-Signal abwärtsgemischt.
Bei Block 804 wird das RF-Spannungsignal in ein Stromsignal umgesetzt. Dabei wird das RF-Signal 102 insbesondere durch den Umsetzer 114, welcher in dem Mischer 206 vorhanden ist, umgesetzt.
Bei Block 806 wird das RF-Signal mit Hilfe eines Signals von einem lokalen Oszillator (LO) in ein Basisband-Signal umgesetzt. Das RF-Stromsignal wird dem Mischer 116 zugeführt. Bei dem Mischer 116 wird das RF-Stromsignal mit dem LO-Signal (Signal vom LO) 106 gemischt, um ein Basisband-Stromsignal zu erzeugen. Der Mischer 116 empfängt das LO-Signal 106 und demoduliert das RF-Stromsignal mit dem LO-Signal 106. Das LO-Signal 106 wird durch eine lokale Oszillatorschaltung erzeugt. Der Mischer 116 kann mittels über Kreuz gekoppelter differenzieller Paare implementiert sein.
Bei Block 808 wird das Basisband-Stromsignal verstärkt und gefiltert. Das Stromsignal kann mittels eines oder mittels mehrerer Stromverstärker verstärkt werden. Der oder die Stromverstärker 502 sorgen für eine erforderliche Verstärkung des Stromsignals. Geschaltete Stromspiegel können zur Implementierung des oder der Stromverstärker 502 eingesetzt werden. Alternativ können Operationsverstärker mit einer Stromrückkopplung als der oder die Stromverstärker 502 eingesetzt werden. Das verstärkte Stromsignal wird dann insbesondere dem Stromfilter 300 zugeführt.
Das Stromfilter 300 kann ein elektronisches Filter sein, welches das Stromsignal filtert, um Rauschen oder irgendwelche unerwünschten Signale von dem Stromsignal zu entfernen. Das Stromfilter 300 kann entweder ein aktives oder ein passives Filter sein. Das Stromfilter kann mittels eines intrinsischen Filters zweiter Ordnung von einer gesteuerten Kaskode implementiert sein.
Das Basisband-Stromsignal wird über die programmierbare Basisband-Last 302 geschickt, wobei es in das VBB-Signal 112 umgesetzt wird.

Claims

Abwärtsmischer mit Signalbearbeitungseigenschaften, umfassend: einen Umsetzer (114; 402-5, 404-9, 404-10; 602-1, 602-2), welcher ein Funkfrequenzsignal (102; 102-P, 102-N) in ein Stromsignal umsetzt; einen Mischer (116; 404-5 bis 404-8; 602-3 bis 602-6), welcher das Stromsignal empfängt, das Stromsignal mit einem Signal (106; 106-P, 106-N) von einem lokalen Oszillator (LO) mischt und ein Basisband-Signal erzeugt; ein Stromfilter (300; 402-1 bis 402-4, 404-1 bis 404-4; 602-7 bis 602-10, 606-1, 606-2; 700; 710), welches das Basisband-Signal empfängt und ein gefiltertes Signal erzeugt, und eine Last (302; 406; 608), welche das gefilterte Signal in ein Basisband-Spannungssignal (112; 112-P, 112-N) umsetzt.
Abwärtsmischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umsetzer (402-5, 404-9, 404-10; 602-1, 602-2) als ein differentielles Paar, welches MOSFETs (404-9, 404-10; 602-1, 602-2) umfasst, implementiert ist.
Abwärtsmischer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer zwei über Kreuz gekoppelte differentielle Paare umfasst, wobei n-Kanal MOSFETs (404-5 bis 404-8; 602-3 bis 602-6) eingesetzt werden.
Abwärtsmischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal (106; 106-P, 106-N) vom lokalen Oszillator (LO) durch einen LO-Erzeugungsblock erzeugt ist.
Abwärtsmischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromfilter (300; 402-1 bis 402-4, 404-1 bis 404-4; 602-7 bis 602-10, 606-1, 606-2; 700; 710) ein aktives oder ein passives Filter ist, welches Rauschen und unerwünschte Signale von dem Stromsignal entfernt.
Abwärtsmischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromfilter (700; 710) ein Filter zweiter Ordnung von einer gesteuerten Kaskode ist
Abwärtsmischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die programmierbare Verstärkung durch einen programmierbaren Stromverstärker (502; 604-1 bis 604-4) oder durch eine programmierbare Basisband-Last (302; 406; 608) erzielt wird.
Abwärtsmischer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die programmierbare Basisband-Last (302; 406; 608) entweder ein geschaltetes Widerstandsfeld oder ein variabler MOS-Widerstand ist.
Abwärtsmischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abwärtsmischer (500; 600) darüber hinaus einen Stromverstärker (502; 604-1 bis 604-4) umfasst, welcher das Stromsignal verstärkt.
Vorrichtung, welche einen Abwärtsmischer mit Signalbearbeitungseigenschaften realisiert, umfassend: einen rauscharmen Verstärker, welcher ein Funkfrequenzsignal (102; 102-P, 102-N) empfängt und verstärkt, und einen Mischer (206), welcher das Funkfrequenzsignal (102; 102-P, 102-N) in ein Basisband-Signal demoduliert, umfassend: 1) einen Umsetzer (114; 402-5, 404-9, 404-10; 602-1, 602-2), welcher das Funkfrequenzsignal (102; 102-9, 102-N) in ein Stromsignal umsetzt, 2) eine erste Komponente (116; 404-5 bis 404-8; 602-3 bis 602-6), welche das Funkfrequenzsignal (102; 102-9, 102-N) mit einem Signal (106; 106-2, 106-N) eines lokalen Oszillators (LO) mischt, 3) eine zweite Komponente (300; 402-1 bis 402-4, 404-1 bis 404-4; 602-7 bis 602-10, 606-1, 606-2; 700; 710), welche das Basisband-Signal im Strombereich filtert, und 4) eine dritte Komponente (302; 406; 608), welche die Amplitude des Basisband-Ausgangsspannungssignals (112; 112-2, 112-N) einstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Umsetzer (402-5, 404-9, 404-10; 602-1, 602-2) als ein differentielles Paar implementiert ist, welches ein Paar von Transistoren (404-9, 404-10; 602-1, 602-2) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente ein Mischer (116; 404-5 bis 404-8; 602-3 bis 602-6) ist, welcher das Stromsignal empfängt.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer zwei über Kreuz gekoppelte differenzielle Transistorpaare (404-5 bis 404-8; 602-3 bis 602-6) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10–13, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Komponente ein Stromfilter (300; 402-1 bis 402-4, 404-1 bis 404-4; 602-7 bis 602-10, 606-1, 606-2; 700; 710) ist, welches das Basisband-Signal empfängt und ein gefiltertes Signal erzeugt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10–14, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Komponente einen programmierbaren Stromspiegel (604-1 bis 604-4) umfasst, welcher das Basisband-Signal einstellt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10–15, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Komponente eine programmierbare Basisband-Last (302; 406; 608) umfasst, welche das Basisband-Signal einstellt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10–16, dadurch gekennzeichnet, dass der Abwärtsmischer (206) darüber hinaus einen Stromverstärker (502; 604-1 bis 604-4) umfasst, welcher das Basisband-Stromsignal verstärkt.
Verfahren zum Abwärtsmischen eines Funkfrequenzsignals in ein Basisband-Signal mittels einer Signalbearbeitung, umfassend: Empfangen des Funkfrequenzsignals (102; 102-P, 102-N) zum Abwärtsmischen, Umsetzen des Funkfrequenzsignals (102; 102-P, 102-N) von einem Spannungssignal in ein Stromsignal, Demodulieren des Funkfrequenzsignals (102; 102-P, 102-N) mit Hilfe eines Signals (106; 106-P, 106-N) von einem lokalen Oszillator (LO), Erzeugen des Basisband-Signals durch die Demodulation, Filtern des Basisband-Signals, und Bearbeiten des Basisband-Signals über einer Last (302; 406; 608).
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitung des Basisband-Signals mit einer variablen Last (302; 406; 608) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren darüber hinaus ein Verstärken des gefilterten Basisband-Signals umfasst.