DE102010003660B4

DE102010003660B4 - Filtern unter Verwendung eines Impedanzübersetzers

Info

Publication number: DE102010003660B4
Application number: DE102010003660.9A
Authority: DE
Inventors: Krzysztof Dufrene; Hans Pletzer; Harald Pretl; Werner Schelmbauer; Rastislav Vazny
Original assignee: Intel Mobile Communications GmbH
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2009-04-07
Filing date: 2010-04-06
Publication date: 2015-08-13
Anticipated expiration: 2030-04-07
Also published as: US20100255791A1; DE102010003660A1; US8644785B2; US8180310B2; US20120201175A1

Abstract

Vorrichtung, die folgende Merkmale aufweist: einen Empfänger (102, 202, 302, 402) mit einem rauscharmen Verstärker (LNA), wobei der LNA folgende Merkmale aufweist: einen Verstärker (346; 546), der konfiguriert ist, um in einem HF-Bereich zu arbeiten, um ein Gesamtsignal zu empfangen, das eine Komponente bei einer Empfangsfrequenz (fRx) und eine Komponente bei einer Sendefrequenz (fTx) enthält, um die Komponente bei der Empfangsfrequenz zu verstärken und um die verstärkte Komponente bei der Empfangsfrequenz auszugeben; eine erste Last (348; 548), die mit dem Verstärker (346; 546) verbunden ist; einen ersten Mischer (350; 564); eine zweite reaktive Last (352; 382; 552), die mit dem ersten Mischer (350; 564) verbunden ist, wobei der erste Mischer (350; 564) und die zweite reaktive Last (352; 382; 552) parallel mit der ersten Last (348; 548) verbunden sind, wobei die zweite reaktive Last eine Reaktanz aufweist, die, wenn sie durch den ersten Mischer (350; 564) in eine Impedanz übersetzt wird, entweder die Komponente bei der Empfangsfrequenz (fRx) kurzschließt oder der Komponente bei der Sendefrequenz (fTx) eine Leerlaufschaltung präsentiert; und einen zweiten Mischer (543), der mit dem Ausgang des Verstärkers (346; 546) verbunden ist und konfiguriert ist, um die verstärkte Komponente zu mischen und ein resultierendes Signal bei einer Basisbandfrequenz auszugeben; und eine Antenne in Kommunikation mit dem Empfänger; und einen Schalter (355), wobei der Schalter (355) konfiguriert ist, um den ersten Mischer (350; 564) von dem HF-Verstärker zu isolieren, wenn eine Größe der Komponente bei der Sendefrequenz (fTx) unter einem ausgewählten Wert ist.

Description

Mobilkommunikationsvorrichtungen, wie z. B. Zellulartelefone (hierin nachfolgend „zelluläre Telefone bzw. Mobiltelefone”), sind in vielen Teilen der Welt allgegenwärtig. Mobiltelefone ermöglichen es dem Benutzer, Stimm- und andere Datensignale zwischen einander, anderen und verschiedenen Vorrichtungen zu kommunizieren. Die Kommunikation ist üblicherweise eine Vollduplexkommunikation, bei der das Mobiltelefon ein Hochfrequenzsignal (HF-Signal) überträgt, das Informationen zu einer Basisstation übermittelt, und ein anderes HF-Signal von der Basisstation empfängt, das bestimmte andere Informationen zu dem Mobiltelefon übermittelt. Somit bringen Mobiltelefone sowohl einen HF-Sender als auch einen HF-Empfänger unter. Dementsprechend wird zumindest ein Teil eines typischen Mobiltelefons (und anderer Mobilkommunikationsvorrichtungen) als ein HF-Sende/Empfangs-Gerät bezeichnet. Üblicherweise ist die Stärke (gemessen an dem Mobiltelefon) des HF-Signals, das von dem Mobiltelefon übertragen wird, viele Dutzend Dezibel größer als die Stärke des HF-Signals, das von dem Mobiltelefon empfangen wird.
Ferner sind Mobiltelefone üblicherweise handgehalten und viele Benutzer schätzen Mobiltelefone, die kleine Formfaktoren besitzen. Somit ist es häufig der Fall, dass der Senderabschnitt des Mobiltelefons und der Empfängerabschnitt des Mobiltelefons eine Antenne gemeinschaftlich verwenden. Alternativ können separate Antennen durch diese Abschnitte eines Mobiltelefons verwendet werden. Nichts desto trotz, aufgrund des kleinen Formfaktors der meisten, wenn nicht aller Mobiltelefone, ist es wahrscheinlich, dass ein Teil des gesendeten Signals in den Empfänger des Mobiltelefons leckt. Ferner erhöht die Verwendung von separaten Antennen die Gesamtgröße des Mobiltelefons, so wie es das Hinzufügen einer Schaltungsanordnung tut, um die Auswirkungen des übertragenen Lecksignals zu filtern, kompensieren oder anderweitig zu beseitigen. Andere Mobilkommunikationsvorrichtungsempfänger leiden auf ähnliche Weise unter diesen Auswirkungen.
Aus der US 200810175307 A1 ist ein Empfänger bekannt, bei dem ein Niederrauschverstärker über getaktete Schalter mit einem Filter verbunden ist, das eine frequenzselektive Impedanz aufweist. Durch das Filter können Tiefpass-, Hochpass-, Kerb- oder Bandpass-Charakteristika implementiert werden, wobei die Taktfrequenz, mit der die Schalter getaktet werden, kleiner, gleich oder größer als die Frequenz eines Netzsignals sein kann.
Aus der US 2007/0001768 A1 ist ein Niederrauschverstärker bekannt, der ein Lastabstimmteil aufweist, um eine Resonanzfrequenz einer Impedanz einer Last des Verstärkers einzustellen. Die Last weist dabei Induktivitäten und Kapazitäten auf.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung, einen Empfänger und ein Verfahren zum Empfangen eines HF-Signals mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Die detaillierte Beschreibung ist Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren beschrieben. In den Figuren identifizieren die linken Zeichen eines Bezugszeichens die Figur, in der das Bezugszeichen zuerst auftritt. Die Verwendung derselben Bezugszeichen in unterschiedlichen Fällen in der Beschreibung und den Figuren kann ähnliche oder identische Elemente bezeichnen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm eines Mobiltelefon-Sende/Empfangs-Geräts;
2 ein Blockdiagramm eines alternativen Mobiltelefon-Sende/Empfangs-Geräts;
3A ein schematisches Diagramm eines Mobiltelefon-Sende/Empfangs-Geräts;
3B ein schematisches Diagramm eines anderen Mobiltelefon-Sende/Empfangs-Geräts;
4 ein schematisches Diagramm eines anderen Mobiltelefon-Sende/Empfangs-Geräts;
5 ein schematisches Diagramm eines wiederum anderen Mobiltelefon-Sende/Empfangs-Geräts; und
6 ein Flussdiagramm, das ein Verfahren von einigen Implementierungen darstellt.
Es sind hierin Techniken umfasst zum Filtern, wenn nicht beseitigen, von Lecksignalen aus Mobilkommunikationsvorrichtungsempfängern und insbesondere Mobiltelefonempfängern. Bei einer offenbarten Implementierung ist ein Hochfrequenz-(HF-)Empfänger konfiguriert, um ein Gesamtsignal zu empfangen, eine Komponente bei einer Sendefrequenz aus dem Gesamtsignal zu filtern und eine Komponente bei einer Empfangsfrequenz zu verstärken und auszugeben. Die hierin beschriebenen Techniken können auf eine Vielzahl von Weisen implementiert sein. Eine Beispielumgebung und ein Kontext werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren und die vorliegende Erörterung gegeben.
1 ist ein Blockdiagramm eines Mobiltelefon-Sende/Empfangs-Geräts. Das Sende/Empfangs-Gerät 100 enthält einen Empfänger 102, einen Sender 104, einen Duplexer 106, eine Antenne 108, einen Senderverstärker 109, einen rauscharmen Empfängerverstärker (LNA; low noise amplifier) 110 und ein Filter 112. Das Sende/Empfangs-Gerät 100 kann ein Teil eines universellen Mobiltelefonsystems (UMTS; universal mobile telephone system), eines globalen Systems für Mobilkommunikation (GMS; global system for mobile communication), ein Codemultiplexzugriff (CDMA; code division multiple access), ein Wide-CDMA (W-CDMA) etc. sein. Innerhalb des Empfängers 102 enthält das Sende/Empfangs-Gerät 100 einen herkömmlichen Verstärker 114 (nach dem LNA 110), einen HF-Mischer 116, ein Filter 118, einen Analog-zu-Digital-Wandler (ADC; analog to digital converter) 120, einen Entzerrer durch Entscheidungsrückkopplung (DFE; decision feedback equalizer) 122, einen Oszillator 124 und einen zugeordneten Phasenverschieber 125. Diese Komponenten 106, 110, 112, 114, 116, 118, 120, 122, 124 und 125 arbeiten auf herkömmliche Weise zusammen, um HF-Signale zu empfangen, trennen das Basisbandsignal (das Informationen übermittelt) von anderen Komponenten des Gesamtempfangssignals und verstärken und geben das Basisbandsignal aus. Genauer gesagt ist der LNA 110 nahe der Antenne 108 positioniert, um das Empfangssignal vor der Einbringung von so vielen Rauschquellen zu verstärken, wie praktizierbar ist. In Situationen, in denen es erwünscht ist, ein Differenzverstärkungssystem zu verwenden, kann der Empfänger 102 einen zweiten HF-Mischer 128, ein zweites Filter 130, einen zweiten ADC 132 und einen zweiten DFE 134 umfassen, um das gewünschte Signal in einem Differenzmodus zu verstärken und auf herkömmliche Weise.
Einige der Komponenten des Empfängers 102 sind derart gezeigt, dass sie auf einem einzelnen integrierten Schaltungschip (IC; integrated circuit) 136 integriert sind. 1 zeigt ferner, dass einige der Komponenten des Senders 104 (nicht gezeigt) auf demselben IC-Chip 136 integriert sein können wie die Komponenten des Empfängers 102. Diese Komponenten des Senders 104 und des Empfängers 102 jedoch können auf unterschiedlichen IC-Chips integriert sein. Der Duplexer 106, die Antenne 108, der LNA 110 und das Filter 112 sind derart gezeigt, dass sie extern zu dem IC-Chip 136 durch das Sende/Empfangs-Gerät 100 untergebracht sind. Das externe Unterbringen bzw. Rosten des Duplexers 106, der Antenne 108 und des Filters 112 entsteht aufgrund ihrer relativ großen physischen Größe. Tatsächlich wird die physische Größe der Antenne 108 teilweise durch die gewünschte Sende- und Empfangsfrequenz (d. h. die Sende- und Empfangswellenlänge) des Sende/Empfangs-Geräts 100 bestimmt. Die physische Größe der Antenne 108 bestimmt teilweise ferner die physische Größe des Duplexers 106. Somit ist der Duplexer 106 ebenfalls extern von dem IC-Chip 136 untergebracht.
Das Filter 112 kann entweder ein Filter für akustische Volumenwellen (BAW; bulk acoustic wave) oder akustische Oberflächenwellen sein, das zum Filtern bestimmter Komponenten des Gesamtempfangssignal aus diesem Empfangssignal dient, bevor diese Komponenten den Empfänger 102 erreichen. Zumindest einige dieser Komponenten treten bei der Sendefrequenz des Senders 104 auf, obwohl gefilterte Komponenten bei anderen Frequenzen auftreten können. Üblicherweise ist das Filter 112 extern zu dem IC-Chip 136 untergebracht, auch weil BAW- und SAW-Filter zumindest teilweise groß im Vergleich zu den anderen Komponenten des Empfängers 102 sein können.
In Betrieb erzeugt der Sender 104 ein HF-Signal, das zu dem Senderverstärker 109 kommuniziert wird. Der Verstärker 109 hat einen zugeordneten Gewinn, der das HF-Signal verstärkt, das er von dem Sender 104 empfängt. Das verstärkte Signal verläuft von dem Verstärker 109 zu der Antenne 108 zur Übertragung. Da Mobiltelefon-Sende/Empfangs-Geräte 100 üblicherweise eine Antenne sowohl für Senden als auch Empfangen verwenden, verläuft das verstärkte Signal durch den Duplexer 106 auf dem Weg zu der Antenne 106, idealerweise würde der Duplexer 106 den Empfänger 102 vollständig von einem Lecken des gesendeten Signals in den Empfänger 102 isolieren. Um jedoch den Grad an Isolierung zu erhöhen, der durch den Duplexer 106 bereitgestellt wird, ist es häufig notwendig, die Einfügungsverluste zu erhöhen, die dem Duplexer 106 zugeordnet sind. Somit ist es gängige Praxis, einen Kompromiss zwischen Isolationsgrad und Einfügungsverlusten zu finden, die dem Duplexer 106 zugeordnet sind. Dementsprechend liefern typische Duplexer während Übertragungen nur ungefähr 57 Dezibel Isolation zwischen der Antenne 106 und dem Empfänger 102.
Da ein Teil des Sendesignals daher in den Empfangsweg des Mobiltelefon-Sende/Empfangs-Geräts 100 leckt, ist ein Filtern dieses ungewollten (in dem Empfänger 102) Sendesignals erwünscht. Anderweitig tritt das Lecksendesignal als Rauschen in dem Empfänger 102 auf. Folglich ist es ebenfalls gängige Praxis, das Filter 112 so früh wie möglich in dem Empfangsweg zu platzieren. Es ist jedoch ebenfalls erwünscht, die erste Stufe der Verstärkung (d. h. rauscharmes Filter 110) so früh wie möglich in dem Sendeweg zu platzieren, um daraufhin den Betrag an verstärktem Rauschen zu reduzieren. Viele Mobiltelefon-Sende/Empfangs-Gerät-Entwürfe 100 finden einen Ausgleich durch Platzieren des rauscharmen Verstärkers 110 als erstes und des Filters 112 als zweites in dem Empfangsweg. Diese Entwürfe fügen ferner eine zweite Verstärkungsstufe hinzu (d. h. rauscharmer Verstärker 114), um das Empfangssignal weiter zu verstärken, sobald es relativ rauschfrei ist (und insbesondere das Lecksendesignal). Somit liefern diese Entwürfe eine gewisse Isolation an dem Duplexer 106 und eine gewisse Isolation an dem Filter 112. Diese Entwürfe liefern ferner zwei Verstärkungsstufen. Eine Stufe verstärkt das gewollte Signal (Empfangen durch die Antenne 106) und das ungewollte und Leck-Sendesignal. Die zweite Verstärkerstufe 114 verstärkt das Empfangssignal, nachdem es gefiltert wurde. Während diese Anordnung relativ gut funktioniert, ist sie komplizierter als erwünscht. 2 stellt ein Mobiltelefon-Sende/Empfangs-Gerät 200 dar, das einen Teil der Komplexität beseitigt, die dem Mobiltelefon-Sende/Empfangs-Gerät 100 zugeordnet ist.
2 ist ein Blockdiagramm eines anderen Mobiltelefon-Sende/Empfangs-Geräts 200 von verschiedenen Implementierungen. Das Sende/Empfangs-Gerät 200 enthält einen Empfänger 202, einen Sender 204, einen Duplexer 206 und eine Antenne 208. Der Sender 204 und die Antenne 208 sind ähnlich zu jenen, die in dem Sende/Empfangs-Gerät 100 aus 1 gezeigt sind. Anstelle des extern befestigten Filters 112 und der zwei Verstärker 110 und 114, die in 1 dargestellt ist, umfasst das Mobiltelefon-Sende/Empfangs-Gerät 200 nur den rauscharmen Verstärker 210 und kein SAW- oder BAW-Filter (oder jegliches andere Filter), das dem Filter 112 entspricht. Ferner kann der Duplexer 206 sogar weniger Isolation von dem Sendesignal für den Empfänger 202 bereitstellen als der Duplexer 106 (siehe 1). Dementsprechend kann der Duplexer 206 weniger Isolationsverluste aufweisen, die demselben zugeordnet sind, als der Duplexer 106. Für einen gegebenen Empfänger 204 ist daher das Sendesignal stärker, als bislang möglich. Im Gegensatz zu dem Mobiltelefon-Sende/Empfangs-Gerät 100 umfasst das Mobiltelefon-Sende/Empfangs-Gerät 200 den rauscharmen Verstärker 210, der die ganze gewünschte Verstärkung des Empfangssignals liefern kann und der ferner eine Isolation von dem Lecksendesignal (und anderem Rauschen) liefert. Somit zeigt der Empfänger 204 aus 2 eine integrierte Selektivität.
Somit empfängt die Antenne 208 in Betrieb ein Gesamtsignal, das Komponenten enthalten könnte, die durch den Sender 204 gesendet werden (d. h. das Lecksignal), und möglicherweise anderes Rauschen. Der Duplexer 206 isoliert teilweise den Sender 204 und den Empfänger 202 voneinander durch Filtern des Lecksignals aus dem Empfangssignal. Somit ermöglicht der Duplexer 206 Zwei-Wege-Kommunikationen über die Antenne 208. Praktizierbare Duplexer 206 können das Lecken aus dem Sendesignal in den Empfänger 202 jedoch nicht vollständig beseitigen. Solche Signale innerhalb des Empfängers 202 werden häufig als „Lecksignale” bezeichnet.
Im Hinblick auf den Empfänger 202 leiten Wellenleiter, Kabel etc. innerhalb des Sende/Empfangs-Geräts 200 das Empfangssignal (einschließlich Leckkomponenten bei der Sendefrequenz) von dem Duplexer 206 zu dem Empfänger 202. Innerhalb des Empfängers 202 wird das Gesamtempfangssignal in den LNA 210 eingegeben, der 1) eine Isolation von dem Lecksignal liefert und 2) die Komponenten des Empfangssignal selektiv verstärkt, die bei der Empfangsfrequenz des Empfängers 202 sind. Der LNA 210 weist Komponenten des Gesamtempfangssignals ab, die bei einer anderen Frequenz liegen (und insbesondere jene Komponenten, die bei der Sendefrequenz liegen). Somit ist der LNA 210 auf der Empfangsfrequenz zentriert und wählt Signale bei dieser Frequenz. Der LNA 210 gibt ferner die verstärkten Komponenten zu dem Eingang der Mischer 216 und 228 aus. Die Mischer 216 und 228 mischen die verstärkten Komponenten (die bei der Empfangsfrequenz sind) und stellen das Basisbandsignal wieder her, das ursprünglich innerhalb der Komponente des Gesamtempfangssignals enthalten war, das bei der Empfangsfrequenz ist. Komponenten 218, 220, 222, 230, 232 und 234 des Empfängers 204, die nach den Mischern 216 und 228 liegen, verarbeiten die verstärkten Komponenten weiter für eine Endpräsentation für einen Benutzer (üblicherweise als hörbare Signale) oder für andere Komponenten innerhalb des Sende/Empfangs-Geräts 200 (üblicherweise als digitale Signale).
Weiterhin Bezug nehmend auf 2 kann der LNA 210 bei einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden. Zum Beispiel kann der LNA 210 in ein Mobiltelefon oder eine andere Mobilkommunikationsvorrichtung eingelagert sein, die mit dessen Antenne gekoppelt ist (entweder direkt oder indirekt durch einen Duplexer oder eine andere Komponente), und verwendet werden, um Komponenten des Empfangssignals selektiv zu verstärken. Genauer gesagt stellen 3–5 einige Implementierungen von LNAs dar, ähnlich zu dem LNA 210 bei verschiedenen zellulären Empfängern.
3A zeigt ein schematisches Diagramm eines Mobiltelefonempfängers von verschiedenen Implementierungen. Der Empfänger 302 umfasst einen LNA 310, einen Mischer 340 und einen Impedanzübersetzer 342. Der Mischer 340 erfüllt ähnliche Funktionen zu den Komponenten 216, 218, 220, 222, 224, 225, 228, 230, 232 und 234 aus 2. Weiter Bezug nehmend auf 3 umfasst der LNA 310 einen Verstärker 346 und eine Resonanzschaltung, wie z. B. einen LC-Tank 348. Der Verstärker 346 ist konfiguriert, um in dem HF-Bereich zu arbeiten. Der HF-Verstärker 346 und der LC-Tank 348 sind in Reihe zwischen einer Leistungsversorgung und Masse geschaltet. Ferner ist der LC-Tank 348 konfiguriert, um den HF-Verstärker 346 an der Empfangsfrequenz des Empfängers 302 zu zentrieren. Wie gezeigt ist, kann der HF-Verstärker 346 ein Rückkopplungs-Kaskodenverstärker sein (der Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren enthält), oder er kann ein anderer geeigneter Verstärkertyp sein, wie z. B. ein Verstärker, der auf einem BJT basiert (BJT = bipolarer Sperrschichttransistor; bipolar junction transistor). Der Mischer 340 kann über den Ausgang des HF-Verstärkers 346 verbunden sein, um verstärkte Komponenten des Gesamtempfangssignals zu akzeptieren und dieselben weiter zu verarbeiten.
Im Hinblick auf den Impedanzübersetzer 342, der durch 3A dargestellt ist, ist dieser parallel zu dem LC-Tank 348 verbunden und dient dazu, zu verursachen, dass der Empfänger 302 selektiv Komponenten des Gesamtempfangssignals verstärkt (die bei der Empfangsfrequenz sind), um andere Signalkomponenten abzulehnen (insbesondere, aber nicht beschränkt auf, Komponenten bei der Sendefrequenz fTx), oder um beide Funktionen auszuführen. Genauer gesagt enthält der Impedanzübersetzer 342 einen Mischer 350 und eine Blindkomponente bzw. reaktive Komponente 352. Wie weiter durch 3A angezeigt ist, kann die Blindkomponente 352 entweder ein Kondensator oder ein Induktor sein. Der Mischer 350 ist mit einer Wechselsignalquelle verbunden und dient zum Übersetzen der Reaktanz in eine Impedanz basierend auf der Frequenz des Wechselsignals.
Der Mischer 350 arbeitet entweder bei der Sende- oder bei der Empfangsfrequenz, wie hierin weiter erörtert wird. Bei einigen Implementierungen, die eine polare Modulationsarchitektur für den Sender des Mobiltelefons verwenden, treibt das Signal aus dem Lokaloszillator des Senders den Mischer 350. Ferner kann das Lokaloszillatorsignal des Senders phasenmoduliert sein, um abweichende Verzögerungen zu berücksichtigen, die dem Mischer 350 und dem rauscharmen Verstärker 310 zugeordnet sind. Somit kann das Phasenverschieben dazu dienen, den Mischer 350 und den rauscharmen Verstärker 310 phasengleich zueinander zu behalten. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist der Mischer 350 entweder ein Einzelmischer oder ein Quadraturmischer.
Falls erwünscht, kann der Impedanzübersetzer 342 als ein Bandpassfilter konfiguriert sein. Bei solchen Implementierungen ist die Blindkomponente 352 ein Kondensator. Genauer gesagt ist die Blindkomponente 352 ein Kondensator mit einer Kapazität (d. h. Reaktanz), die so ausgewählt ist, dass die Blindkomponente 352 und der Mischer 350 (getrieben durch ein Signal, das bei der Empfangsfrequenz fRx wechselt), als ein Bandpassfilter bei der Empfangsfrequenz fRx funktioniert. Dementsprechend ist jede Komponente bei der Empfangsfrequenz fRx des Gesamtsignals, das durch die Antenne empfangen wird (und nachfolgend in den HF-Verstärkerabschnitt des LNA 310 eingegeben wird), durch die Blindkomponente 352 (hier ein Kondensator) kurzgeschlossen wird, während ungewollte Signale darin gedämpft sind. Folglich zentrieren die Blindkomponente 352 und der Mischer 350 den LNA 310 an der Empfangsfrequenz und verursachen, dass dieser Signalkomponenten bei der Sendefrequenz fTx abweist (unter anderen Frequenzen).
Alternativ kann der Impedanzübersetzer 142 als ein Kerbfilter konfiguriert sein. Bei solchen Implementierungen ist die Blindkomponente 352 ein Induktor. Genauer gesagt ist die Blindkomponente ein Induktor mit einer Induktivität (d. h. Reaktanz), die so ausgewählt ist, dass die Blindkomponente 352 und der Mischer 350 (getrieben durch ein Signal, das bei der Sendefrequenz fTx alterniert bzw. wechselt) als ein Kerbfilter funktionieren, der an der Sendefrequenz fTx zentriert ist. Entsprechend verursachen die Blindkomponente 352 und der Mischer 350, dass der LNA 310 die gewollte Signalkomponente (bei der Empfangsfrequenz fRx) zu dem Mischer 240 für eine nachfolgende Verarbeitung leitet. Aus ähnlichen Gründen dämpfen die Blindkomponente 352 und der Mischer 350 die ungewollte Signalkomponente bei anderen Frequenzen (wie z. B. die Lecksignalkomponente). Folglich verursacht der LNA 310 aus 3A selektiv, dass Komponenten bei der Empfangsfrequenz des Gesamtempfangssignals durch den Mischer 340 geshunted, weiter verstärkt und entsprechend ausgegeben werden.
Bei einigen Implementierungen kann der Impedanzübersetzer 342 einen Schalter 355 enthalten, der zwischen den Mischer 350 und den LNA 310 geschaltet ist. Der Schalter 355 kann durch einen Prozessor (oder eine andere Komponente) des Mobiltelefons gesteuert werden, so dass, wenn der Sender (nicht gezeigt) inaktiv ist, der Schalter 355 offen ist. Somit kann der Schalter 355 verhindern, dass der Impedanzübersetzer 342 Leistung während Perioden verbraucht, in denen der Sender inaktiv ist. Bei einigen Implementierungen kann der Schalter 355 geöffnet sein, um den Impedanzübersetzer 342 zu isolieren, wenn die eine oder die mehreren Komponenten bei der Sendefrequenz fTx (und anderen Frequenzen als der Empfangsfrequenz fRx) des Gesamtempfangssignals unter einem ausgewählten Wert oder einer Schwelle sind.
3B ist ein schematisches Diagramm eines anderen Mobiltelefonempfängers. Bei einigen Implementierungen, die in 3B dargestellt sind, kann die Blindkomponente ein Induktor 382 sein, der unter Verwendung einer Wirkkomponente bzw. aktiven Komponente hergestellt ist, die konfiguriert ist, um eine Impedanz Zt zu verursachen. Genauer gesagt kann der aktive Induktor 382 einen Operationsverstärker 384 mit einem Gewinn von A und einem Paar aus Widerständen 386 mit einem Widerstandswert R umfassen, zwischengeschaltet wie gezeigt. Diese Anordnung des aktiven Induktors 382 und des Mischers 350 verursacht die Impedanz Zt, wobei die Versatzfrequenz von 0 Hz zunimmt. Nominell, mit DC-Signalen (DC = direct current = Gleichstrom), ist die Impedanz Zt gleich R/A. Somit, wenn der Gewinn sehr hoch ist, ist die Impedanz Zt ungefähr 0 für DC-Signale. Mit einer zunehmenden Frequenz jedoch nimmt der Gewinn A des Operationsverstärkers 384 ab und daher nimmt Zt zu. Dementsprechend nimmt mit AC-Signalen einer zunehmenden Frequenz die Impedanz Zt zu. Dementsprechend emulieren der Operationsverstärker 384 und die Widerstände 386 das Verhalten eines Induktors. Genauer gesagt ist bei ungefähr 80 MHz die Impedanz Zt ungefähr gleich dem Widerstandswert R der Widerstände 386. Somit kann der aktive Induktor 382 solcher Implementierungen aktiv gesteuert werden (durch Variieren der Frequenz des Antriebssignals z. B. zwischen der Sende- und Empfangsfrequenz), um nach Wunsch eine Impedanz Zt zu erzeugen. Ferner kann der aktive Induktor 382 auf demselben IC-Chip integriert sein wie die anderen Komponenten des Empfängers 302.
4 stellt eine andere Implementierung eines Mobiltelefonempfängers dar. Der Empfänger 402 umfasst einen LNA 410, einen Mischer 440 und zwei Impedanzübersetzer 462 und 472. Die Impedanzübersetzer 462 und 472 sind als Kerb- bzw. Bandpassfilter implementiert. Somit enthält der Impedanzübersetzer 462 einen Induktor 466, während der Impedanzübersetzer 472 einen Kondensator 476 enthält. Ferner umfassen die Impedanzübersetzer 462 und 472 Mischer 464 und 474, die durch Signale getrieben werden, die bei der Sendefrequenz fTx und der Empfangsfrequenz fRx alternieren bzw. wechseln. Somit funktionieren der Induktor 466 und der Impedanzübersetzer 462 als ein Kerbfilter, das an der Sendefrequenz fTx zentriert ist, und absorbieren Komponenten des Gesamtempfangssignals bei der Sendefrequenz fTx. Ferner funktionieren der Kondensator 476 und der Impedanzübersetzer 472 als ein Bandpassfilter, das an der Empfangsfrequenz fRx zentriert ist, und shunten Komponenten bzw. überbrücken Komponenten des Gesamtempfangssignals bei der Empfangsfrequenz fRx zu nachfolgenden Stufen zur weiteren Verarbeitung. Dementsprechend zentrieren der Induktor 466, der Kondensator 476, die Impedanzübersetzer 462 und 472 den LNA 410 bei dieser Implementierung zusammen an der Empfangsfrequenz fRx und verursachen dadurch, dass der LNA 410 selektiv Signale bei der Empfangsfrequenz fRx verstärkt, während Signale bei der Sendefrequenz fTx abgewiesen werden. Natürlich können bei einigen Implementierungen entweder die Kombination des Induktors 466 und des Impedanzübersetzers 462 oder die Kombination des Kondensators 476 und des Impedanzübersetzers 472 den LNA 410 an der Empfangsfrequenz fRx zentrieren.
Bei einigen Implementierungen kann der LNA 410 ohne einen LC-Tank oder eine Resonanzschaltung hergestellt sein. Tatsächlich ist bei einigen Implementierungen der LC-Tank durch eine Widerstandslast 448 ersetzt. Da die Widerstandslast 448 resistiv ist (d. h. keine Blindkomponenten wie z. B. Induktoren oder Kondensatoren enthält), kann die Widerstandslast 448 auf demselben IC-Chip hergestellt sein wie der Kaskodenverstärker 446 (oder ein anderer Verstärkertyp), der den LNA 410 enthält. Folglich können diese Blindkomponenten auf dem IC-Chip hergestellt sein, auf dem der Rest des Empfängers 402 integriert ist.
5 ist ein schematisches Diagramm eines wiederum anderen Mobiltelefonempfängers 502. Genauer gesagt stellt 5 eine Implementierung auf Transistorebene eines Mobiltelefonempfängers 502 dar. Der Empfänger 502 ist auf einem IC-Chip hergestellt und enthält eine Blindkomponente 552, einen Mischer 564, einen LNA 510, einen Nachverstärker 541 und einen HF-Mischer 543. Die Blindkomponente 552 weist eine Impedanz von Zt auf und kann kapazitiv oder induktiv sein. Ferner zentriert die Blindkomponente 552 (übersetzt in den HF-Bereich durch den Mischer) den LNA 510 an der Empfangsfrequenz fRx und verursacht, dass der LNA 510 Empfangssignalkomponenten an der Sendefrequenz fTx abweist oder beides.
Der Mischer 564 übersetzt die Impedanz Zt der reaktiven Komponente 552 in den HF-Bereich. Der Mischer 564 schaltet ferner die Blindkomponente 552 parallel über den LC-Tank 548 (oder die Wirklast bei einigen Implementierungen) des LNA 510. Ferner kann der Mischer 564 Transistoren 580 enthalten, die bei der Implementierung aus 5 ähnlich zu den p-Typ- oder n-Typ-MOSFETs (Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistoren) des LNA 510, des Nachverstärkers 541 und des HF-Mischers 543 sind. Wie dargestellt ist, akzeptiert der Mischer 564 und ist getrieben von einem Signal, das entweder bei der Sendefrequenz fTx oder der Empfangsfrequenz fRx wechselt, abhängig davon, ob es für die Blindkomponente 552 und den Mischer 564 erwünscht ist, entweder als Bandpassfilter oder Kerbfilter zu funktionieren, wie hierin offenbart ist.
Weiterhin Bezug nehmend auf 5 umfasst der LNA 510 einen Kaskodenverstärker 546 und einen LC-Tank 548. Der LNA 510 könnte jedoch andere Typen von Teilkomponenten umfassen, wie z. B. einen auf BJT basierenden Verstärker und eine resistive Last, anstelle des Kaskodenverstärkers 546 und des LC-Tanks 548. Unabhängig von den Typen der Teilkomponenten darin empfängt der LNA 510 das Gesamt-HF-Signal (das in einigen Fällen Komponenten bei der Sendefrequenz fTx und Komponenten bei der Empfangsfrequenz fRx enthält) und verstärkt die Komponenten desselben selektiv bei der Empfangsfrequenz fRx. Wie hierin beschrieben ist, zentrieren die reaktive Komponente 552 und der Mischer 546 den LNA 510 an der Empfangsfrequenz fRx und verursachen, dass der LNA 510 Signale bei der Sendefrequenz fTx abweist. Somit gibt der LNA 510 die verstärkten Komponenten (bei der Empfangsfrequenz fRx) an seinem Ausgang für eine nachfolgende Verarbeitung durch den Nachverstärker 541 und den HF-Mischer 543 aus.
Bei der Implementierung, die durch 5 dargestellt ist, enthält der Empfänger 502 ferner den Nachverstärker 541, wie vorangehend erwähnt wurde. Der Nachverstärker 541 umfasst einen anderen Kaskodenverstärker 581 und eine Stromquelle 585, die in Reihe zwischen eine Leistungsversorgung und Masse geschaltet ist. Von seinem Eingang akzeptiert der 541 die verstärkten Komponenten des Gesamtempfangssignals und verstärkt sie weiter durch einen Gewinn von Gm, wie dargestellt ist. Der Nachverstärker 541 gibt die resultierenden, verstärkten Komponenten an den HF-Mischer 543 aus.
Im Hinblick auf den HF-Mischer 543 empfängt er die verstärkten Komponenten (bei der Empfangsfrequenz fRx) von dem Nachverstärker 541 und mischt dieses Signal mit einem Signal, das bei der Empfangsfrequenz fRx alterniert. Folglich gibt der HF-Mischer 543 ein Signal bei der Basisbandfrequenz aus und ein Signal bei der Empfangsfrequenz fRx (verursacht durch die Wechselwirkung der verstärkten Komponenten von dem Nachverstärker 541 und dem Antriebssignal des HF-Mischers 543). Nachfolgend stellen zusätzliche Filter (nicht gezeigt) das Basisbandsignal wieder her und leiten es weiter, um es dem Benutzer zu präsentieren, üblicherweise als hörbare Signal(e), oder an andere Komponenten des Mobiltelefons, üblicherweise als eines oder mehrere digitale Signale.
Bei einigen Implementierungen können die Transistoren 580, 582, 584 und 586 des Mischers 564, der LNA 510, der Nachverstärker 541 und (bzw.) der HF-Mischer 543 derselbe Transistortyp sein. Zum Beispiel können die Transistoren 580, 582, 584 und 586 alle p-Typ- oder n-Typ-MOSFETs sein (wie in 5 gezeigt ist) oder ein anderer Transistortyp, wie z. B. BJTs. Somit können alle Komponenten 552, 564, 510, 541, 543 und deren Teilkomponenten gleichzeitig auf einer einzelnen IC hergestellt sein. Die Transistoren 580, 582, 584 und 586 könnten jedoch als unterschiedliche Transistortypen hergestellt sein.
6 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren einiger Implementierungen darstellt. Genauer gesagt stellt 6 das Verfahren 600 zum Empfangen eines HF-Signals unter Verwendung eines Empfängers einer Mobilkommunikationsvorrichtung dar. Das Verfahren 600 umfasst verschiedene Schritte, wie z. B. Schritt 602, bei dem ein Gesamt-HF-Signal, das Komponenten bei der Empfangsfrequenz fRx und der Sendefrequenz fTx umfasst, empfangen wird. Bei Schritt 604 wird eine Reaktanz durch einen Mischer in eine Impedanz übersetzt. Die übersetzte Reaktanz zentriert einen LNA des Empfängers bei Schritt 606. Bei einigen Implementierungen kann eine Impedanz aktiv gesteuert sein, um die Reaktanz zu erzeugen, wie bei Schritt 608 dargestellt ist. Die Komponenten des Gesamt-HF-Signals, die bei der Empfangsfrequenz fRx sind, werden bei Schritt 610 selektiv verstärkt, während die Komponenten bei der Sendefrequenz fTx bei Schritt 612 abgewiesen werden. Bei Schritt 614 werden die verstärkten Komponenten, die bei der Empfangsfrequenz fRx sind, ausgegeben.
Hierin offenbarte Implementierungen und Abweichungen derselben liefern zahlreiche Vorteile gegenüber Mobilkommunikationsvorrichtungsempfängern und insbesondere gegenüber herkömmlichen Mobiltelefonempfängern. Zum Beispiel liefern Implementierungen LNAs mit reaktiven Komponenten, die auf einem IC-Chip integriert sind, zusammen mit den LNAs und zusammen mit den anderen Komponenten der Empfänger. Die integrierten, reaktiven Komponenten können die LNAs an der Empfangsfrequenz zentrieren und können verursachen, dass der LNA Signale bei anderen Frequenzen abweist (z. B. die Sendefrequenz des Mobiltelefons). Ferner ermöglichen einige Implementierungen, dass der LNA mit einer resistiven Last hergestellt ist (anstelle eines LC-Tanks) und auf einem einzelnen IC-Chip zusammen mit anderen Empfängerkomponenten. Ferner ermöglichen Implementierungen, dass der Empfänger aus Transistoren eines Typs (z. B. MOSFETs, BJTs etc.) auf einem einzelnen IC-Chip hergestellt ist.
In Betrieb liefern Empfänger von verschiedenen Implementierungen weitere Vorteile. Zum Beispiel zeigen Empfänger mit verschiedenen Implementierungen ein reduziertes, wenn nicht beseitigtes Sendelecken durch den LNA zu anderen Stufen des Empfängers. Empfänger einiger Implementierungen zeigen eine verbesserte Selektivität und verbesserte Rauschunterdrückungscharakteristika, insbesondere jene, die sich auf das Rauschen bei der Sendefrequenz beziehen. Diese Empfänger können auch in einem IC-Chip implementiert sein, mit daraus resultierenden Raum- und Herstellungseinsparungen über die Gesamteinheit (z. B. Mobiltelefon), in der sie angeordnet sind. Empfänger von verschiedenen Implementierungen zeigen eine integrierte Selektivität.
Details von exemplarischen Verfahren sind hierin beschrieben. Es sollte jedoch darauf hingewiesen werden, dass bestimmte Handlungen nicht in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden müssen und modifiziert werden können und/oder vollständig weggelassen werden können, abhängig von den Gegebenheiten. Ferner können die beschriebenen Handlungen durch einen Computer, Prozessor oder eine andere Rechenvorrichtung implementiert sein, basierend auf Anweisungen, die auf einem oder mehreren computerlesbaren Medien gespeichert sind. Das computerlesbare Medium kann jegliches verfügbare Medium sein, auf das durch eine Rechenvorrichtung zugegriffen werden kann, um die Anweisungen zu implementieren, die darauf gespeichert sind.
Schlussfolgerung
Obwohl der Gegenstand in einer Sprache beschrieben wurde, die für strukturelle Merkmale und/oder methodische Handlungen spezifisch ist, wird darauf hingewiesen, dass der Gegenstand, der in den beiliegenden Ansprüchen definiert ist, nicht notwendigerweise auf die spezifischen Merkmale oder Handlungen beschränkt ist, die beschrieben sind. Stattdessen sind die spezifischen Merkmale und Handlungen als bevorzugte Formen zum Implementieren der Ansprüche offenbart. Zum Beispiel könnten die Systeme als rauscharme Verstärker, Empfänger, Sende/Empfangs-Geräte etc. von verschiedenen Typen von Mobilkommunikationsvorrichtungen konfiguriert sein, abgesehen von Mobiltelefonen.

Claims

Vorrichtung, die folgende Merkmale aufweist: einen Empfänger (102, 202, 302, 402) mit einem rauscharmen Verstärker (LNA), wobei der LNA folgende Merkmale aufweist: einen Verstärker (346; 546), der konfiguriert ist, um in einem HF-Bereich zu arbeiten, um ein Gesamtsignal zu empfangen, das eine Komponente bei einer Empfangsfrequenz (fRx) und eine Komponente bei einer Sendefrequenz (fTx) enthält, um die Komponente bei der Empfangsfrequenz zu verstärken und um die verstärkte Komponente bei der Empfangsfrequenz auszugeben; eine erste Last (348; 548), die mit dem Verstärker (346; 546) verbunden ist; einen ersten Mischer (350; 564); eine zweite reaktive Last (352; 382; 552), die mit dem ersten Mischer (350; 564) verbunden ist, wobei der erste Mischer (350; 564) und die zweite reaktive Last (352; 382; 552) parallel mit der ersten Last (348; 548) verbunden sind, wobei die zweite reaktive Last eine Reaktanz aufweist, die, wenn sie durch den ersten Mischer (350; 564) in eine Impedanz übersetzt wird, entweder die Komponente bei der Empfangsfrequenz (fRx) kurzschließt oder der Komponente bei der Sendefrequenz (fTx) eine Leerlaufschaltung präsentiert; und einen zweiten Mischer (543), der mit dem Ausgang des Verstärkers (346; 546) verbunden ist und konfiguriert ist, um die verstärkte Komponente zu mischen und ein resultierendes Signal bei einer Basisbandfrequenz auszugeben; und eine Antenne in Kommunikation mit dem Empfänger; und einen Schalter (355), wobei der Schalter (355) konfiguriert ist, um den ersten Mischer (350; 564) von dem HF-Verstärker zu isolieren, wenn eine Größe der Komponente bei der Sendefrequenz (fTx) unter einem ausgewählten Wert ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner einen Sender aufweist, der mit der Antenne verbunden ist und konfiguriert ist, um die Komponente bei der Sendefrequenz (fTx) über die Antenne zu übertragen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2, die ferner einen Duplexer aufweist, der mit der Antenne, dem Sender und dem HF-Verstärker verbunden ist, wobei der Duplexer ferner konfiguriert ist, um die Antenne zwischen die zwei Möglichkeiten zu schalten, mit dem Sender oder mit dem HF-Verstärker gekoppelt zu sein.
Vorrichtung gemäß Anspruch 3, bei der die Komponente bei der Sendefrequenz (fTx) ein Lecksignal von dem Sender durch den Duplexer ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 oder 4, bei der der Empfänger ein Teil von entweder einer UMTS-Vorrichtung (UMTS = universal mobile telephone system), einer GMS-Vorrichtung (GMS = global system for mobile communication), einer CDMA-Vorrichtung (CDMA = code division multiple access) oder einer Breit-CDMA-Vorrichtung (W-CDMA-Vorrichtung) ist.
Empfänger (102, 202, 302, 402), der folgende Merkmale aufweist: einen Verstärker (346; 546), um ein Gesamtsignal zu empfangen, das eine Komponente bei einer Empfangsfrequenz (fRx) und eine Komponente bei einer Sendefrequenz (fTx) enthält, um die Komponente bei der Empfangsfrequenz zu verstärken und um die verstärkte Komponente bei der Empfangsfrequenz auszugeben; eine erste Last (348; 548), die mit dem Verstärker (346; 546) verbunden ist; einen Mischer (350; 564); eine zweite reaktive Last (352; 382; 552), die mit dem Mischer (350; 564) verbunden ist, wobei der Mischer (350; 564) und die zweite reaktive Last (352; 382; 552) parallel mit der ersten Last geschaltet sind, wobei die zweite reaktive Last (352; 382; 552) eine Reaktanz aufweist, die, wenn sie in eine Impedanz durch den Mischer (350; 564) übersetzt wird, entweder die Komponente bei der Empfangsfrequenz (fRx) kurzschließt oder der Komponente bei der Sendefrequenz (fTx) eine Leerlaufschaltung präsentiert; und einen Schalter (355), wobei der Schalter (355) konfiguriert ist, um den Mischer (350; 564) von dem HF-Verstärker (346; 546) zu isolieren, wenn eine Größe der Komponente bei der Sendefrequenz (fTx) unter einem ausgewählten Wert ist.
Empfänger gemäß Anspruch 6, bei dem die erste Last (348) eine Resonanzschaltung ist.
Empfänger gemäß Anspruch 6, bei dem die erste Last (548) eine resistive Last ist.
Empfänger gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem der Mischer (350; 564) entweder ein Einzelmischer oder Quadraturmischer ist.
Empfänger gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, bei dem die zweite reaktive Last (352; 382; 552) ein Induktor ist, wobei der Induktor und der Mischer (350; 564) als ein Bandstoppfilter konfiguriert sind.
Empfänger gemäß Anspruch 10, bei dem der Induktor zumindest eine aktive Komponente enthält.
Empfänger gemäß einem der Ansprüche 6 bis 11, bei dem die zweite reaktive Last (352; 552) ein Kondensator ist, wobei der Kondensator und der Mischer (350; 564) als ein Bandpassfilter konfiguriert sind.
Empfänger gemäß einem der Ansprüche 6 bis 12, bei dem der HF-Verstärker (346; 546) ein Kaskodenverstärker ist.
Empfänger gemäß einem der Ansprüche 6 bis 13, bei dem die Reaktanz der zweiten reaktiven Last und der Mischer (350; 564) auf der Empfangsfrequenz (fRx) zentriert sind.
Empfänger gemäß einem der Ansprüche 6 bis 14, der ferner einen integrierten Schaltungschip (IC-Chip) aufweist, auf dem der HF-Verstärker (346; 546), die erste Last (348; 548), der Mischer (350; 564) und die zweite reaktive Last (352; 382; 552) integriert sind.
Verfahren (600) zum Empfangen eines HF-Signals, das folgende Schritte aufweist: Empfangen (602) eines Gesamt-HF-Signals, das eine Komponente bei einer Empfangsfrequenz (fRx) und eine Komponente bei einer Sendefrequenz (fTx) enthält; Verwenden eines Mischers (350; 564), um eine Reaktanz einer ersten reaktiven Last in eine Impedanz zu übersetzen; Verwenden der übersetzten Reaktanz zumindest entweder, um die Komponente bei der Empfangsfrequenz (fRx) kurzzuschließen oder um der Komponente bei der Sendefrequenz (fTx) eine Leerlaufschaltung zu präsentieren; Verstärken (610) der Komponente bei der Empfangsfrequenz unter Verwendung eines Verstärkers (346; 546), der eine zweite Last enthält und konfiguriert ist, um in dem HF-Bereich zu arbeiten; und Ausgeben (614) der verstärkten Komponente bei der Empfangsfrequenz (fRx); wobei das Verfahren ferner ein Isolieren des Mischers (350; 564) von dem Verstärker (346; 546) aufweist, wenn eine Größe der Komponente bei der Sendefrequenz (fTx) unter einem ausgewählten Wert ist.
Verfahren gemäß Anspruch 16, bei dem das Verwenden der übersetzten Reaktanz zumindest entweder zum Kurzschließen der Komponente bei der Empfangsfrequenz oder um der Komponente bei der Sendefrequenz (fTx) eine Leerlaufschaltung zu präsentieren, ferner das Verwenden der übersetzten Reaktanz aufweist, um die Komponente bei der Empfangsfrequenz (fRx) kurzzuschließen und der Komponente bei der Sendefrequenz eine Leerlaufschaltung zu präsentieren.
Verfahren gemäß Anspruch 16 oder 17, das ferner das aktive Steuern der ersten reaktiven Last aufweist, um die Reaktanz zu erzeugen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 18, das ferner das Zentrieren der Reaktanz der ersten reaktiven Last und des Mischers (350; 564) auf der Empfangsfrequenz (fRx) aufweist.