DE102010043730A1

DE102010043730A1 - Strom-Spannungs-Wandler, Empfänger, Verfahren zum Bereitstellen eines Spannungssignals und Verfahren zum Empfangen eines Empfangssignals

Info

Publication number: DE102010043730A1
Application number: DE102010043730A
Authority: DE
Inventors: Elmar Wagner
Original assignee: Intel Mobile Communications GmbH
Current assignee: Intel Deutschland GmbH
Priority date: 2010-11-10
Filing date: 2010-11-10
Publication date: 2012-05-10
Also published as: US20120112798A1; CN102571029B; US8604839B2; CN102571029A

Abstract

Ein Strom-Spannungs-Wandler zum Bereitstellen eines Spannungssignals basierend auf einem Stromsignal weist eine erste aktive Stufe mit einem Eingang und einem Ausgang auf. Die erste aktive Stufe ist al bereitzustellen. Weiterhin weist der Strom-Spannungs-Wandler eine zweite aktive Stufe, welche zwisEingang der ersten aktiven Stufe gekoppelt ist, auf. Die zweite aktive Stufe ist ausgebildet, um an dem Eingang der ersten aktiven Stufe ein Rückkopplungssignal bereitzustellen, das frequenzselektiv einer Verstärkung durch die erste aktive Stufe von frequenzmäßig außerhalb eines vorgegebenen Nutzfrequenzbands liegenden Signalanteilen des an dem Eingang der ersten aktiven Stufe anliegenden Stromsignals entgegenwirkt.

Description

Technisches Gebiet
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung umfassen einen Strom-Spannungs-Wandler, wie er beispielsweise in einem Empfänger für ein Mobiltelefon Verwendung finden kann. Weitere Ausführungsbeispiele umfassen einen Empfänger, wie er beispielsweise in einem Mobilfunktelefon verwendet werden kann. Weitere Ausführungsbeispiele umfassen ein Verfahren zum Bereitstellen eines Spannungssignals basierend auf einem Stromsignal. Weitere Ausführungsbeispiele umfassen ein Verfahren zum Empfangen eines Empfangssignals, beispielsweise eines Mobilfunksignals.
Hintergrund der Erfindung
Einige Mobiltelefonstandards erfordern ein gleichzeitiges Senden und Empfangen (sogenanntes Vollduplex). In diesem Fall reduziert typischerweise ein Duplexer das Sendesignal (TX-Signal; TX = transmit, deutsch: senden) an dem Empfängereingang wesentlich; dennoch liegt ein starkes Signal an dem Empfängereingang (RX-Eingang; RX = receive, deutsch: empfangen) vor, das in dem Empfangsmischer (RX-Mischer) zu dem Basisband heruntergemischt wird und vor dem Analog-zu-Digital-Wandler (ADC = analog/digital converter, deutsch: Analog-zu-Digital-Wandler) durch Filterung gedämpft wird oder in manchen Fällen sogar gedämpft werden muss. In anderen Worten, es ist in manchen Fällen schwierig, ein Signal zu verarbeiten, das bei einer Nutzfrequenz einen vergleichsweise schwachen Pegel hat und bei einer unerwünschten Störfrequenz, die nicht allzu weit von der Nutzfrequenz entfernt liegt, einen vergleichsweise starken Pegel aufweist. Ein erster Pol (beispielsweise ein erstes Tiefpassfilter) nach dem Mischer führt eine Strom-Spannungs-Wandlung mit einem Filter erster Ordnung aus, was zu einem großen Spannungshub an dem Ausgang des Filters führt, da bei der Sende-Versatzfrequenz (offset – deutsch: Versatz, auch als Tx-Offsetfrequenz bekannt) nur eine geringe Unterdrückung durch das Filter erster Ordnung erzielt werden kann.
Der Signalpegel des Sendesignals in der Empfangskette kann beispielsweise durch Anwendung von Zwischenstufenfiltern in der RF-Kette reduziert werden. Alternativ kann ein erster Pol mit einem Operationsverstärker verwendet werden, der durch Verwendung einer großen Versorgungsspannung einen großen Signalhub handhaben kann. Dies kann dazu führen, dass bei einigen Systemen kein zwischenstufenfilterfreier Entwurf möglich ist, falls andernfalls die Versorgungsspannung zu groß werden würde.
Zusammenfassung der Erfindung
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen einen Strom-Spannungs-Wandler zum Bereitstellen eines Spannungssignals basierend auf einem Stromsignal. Der Strom-Spannungs-Wandler umfasst eine erste aktive Stufe mit einem Eingang und einem Ausgang. Die erste aktive Stufe ist ausgebildet, um an ihrem Eingang das Stromsignal zu empfangen und an ihrem Ausgang das Spannungssignal bereitzustellen. Weiterhin umfasst der Strom-Spannungs-Wandler eine zweite aktive Stufe, welche zwischen den Ausgang der ersten aktiven Stufe und den Eingang der ersten aktiven Stufe gekoppelt ist. Die zweite aktive Stufe ist ausgebildet, um an dem Eingang der ersten aktiven Stufe ein Rückkopplungssignal bereitzustellen. Das Rückkopplungssignal wirkt frequenzselektiv einer Verstärkung durch die erste aktive Stufe von frequenzmäßig außerhalb eines vorgegebenen Nutzfrequenzbands liegenden Signalanteilen des an dem Eingang der ersten aktiven Stufe empfangenen Stromsignals entgegen.
Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen einen Empfänger mit einem Mischer und einem oben genannten Strom-Spannungs-Wandler. Der Mischer ist dabei ausgebildet, um ein Empfangssignal in ein Basisband herunterzumischen, um ein Basisbandsignal zu erhalten, und um das Basisbandsignal als das Stromsignal dem Strom-Spannungs Wandler an dem Eingang der ersten aktiven Stufe des Strom-Spannungs-Wandlers bereitzustellen.
Kurzbeschreibung der Figuren
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild eines Strom-Spannungs-Wandlers gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 ein Blockschaltbild eines Strom-Spannungs-Wandlers gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
3 ein Blockschaltbild eines Strom-Spannungs-Wandlers gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
4 ein Ersatzschaltbild eines Strom-Spannungs-Wandlers gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
5 ein Diagramm mit. Kennlinien zur Darstellung der Übertragungsfunktion des in 4 gezeigten Strom-Spannungs-Wandlers;
6 ein Schaltbild eines Strom-Spannungs-Wandlers gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
7 ein Blockschaltbild eines Empfängers gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
8 ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; und
9 ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Bevor im Folgenden Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass gleiche Elemente oder Elemente gleicher Funktion mit denselben Bezugszeichen versehen sind und dass eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente weggelassen wird. Beschreibungen von Elementen mit gleichen Bezugszeichen sind daher untereinander austauschbar.
1 zeigt ein Blockschaltbild eines Strom-Spannungs-Wandlers 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Strom-Spannungs-Wandler 100 zum Bereitstellen eines Spannungssignals 102 basierend auf einem Stromsignal 101 weist eine erste aktive Stufe 103 mit einem Eingang 104 und einem Ausgang 105 auf. Der Eingang 104 der ersten aktiven Stufe 103 kann auch als Eingangsknoten 104 bezeichnet werden. Weiterhin weist der Strom-Spannungs-Wandler 100 eine zweite aktive Stufe 106 auf, welche zwischen den Ausgang 105 der ersten aktiven Stufe 103 und den Eingang 104 der ersten aktiven Stufe 103 gekoppelt ist.
Die erste aktive Stufe 103 ist ausgebildet, um an ihrem Eingang 104 das Stromsignal 101 zu empfangen und an ihrem Ausgang 105 das Spannungssignal 102 bereitzustellen.
Der Eingang 104 der ersten aktiven Stufe 103 kann damit direkt mit einem Eingang des Strom-Spannungs-Wandlers 100 verbunden sein und der Ausgang 105 der ersten aktiven Stufe 103 kann damit direkt mit einem Ausgang des Strom-Spannungs-Wandlers 100 verbunden sein.
Die zweite aktive Stufe 106 ist ausgebildet, um an dem Eingang 104 der ersten aktiven Stufe 103 ein Rückkopplungssignal 107 bereitzustellen. Das Rückkopplungssignal 107 wirkt einer Verstärkung durch die erste aktive Stufe 103 von frequenzmäßig außerhalb eines vorgegebenen Nutzfrequenzbands liegenden Signalanteilen des an dem Eingang 104 der ersten aktiven Stufe 103 empfangenen Stromsignals 101 entgegen.
Es ist ein Gedanke von Ausführungsbeispielen, dass eine verbesserte Strom-zu-Spannungs-Wandlung durchgeführt werden kann, wenn eine Verstärkung von Signalanteilen eines zu wandelnden Stromsignals, welche außerhalb eines vorgegebenen Nutzfrequenzbands liegen, durch ein Rückkopplungssignal, das bereits vor der Strom-Spannungs-Wandlung eingekoppelt wird, gedämpft werden. Bei Ausführungsbeispielen wird diese Dämpfung dadurch erreicht, dass das Rückkopplungssignal 107 auf den Eingang 104 der ersten aktiven Stufe 103 gegeben wird, um dort den frequenzmäßig außerhalb des vorgegebenen Nutzfrequenzbands liegenden Signalanteilen des Stromsignals 101 entgegenzuwirken.
Durch das Entgegenwirken des Rückkopplungssignals 107 können wirksame Amplituden der außerhalb des vorgegebenen Nutzfrequenzbands liegenden Signalanteile des Stromsignals 101 gedämpft werden, so dass diese Signalanteile von der ersten aktiven Stufe 103 geringer verstärkt werden als Signalanteile, welche innerhalb des vorgegebenen Nutzfrequenzbands liegen. Dadurch kann eine maximale Spannung des Spannungssignals 102 am Ausgang 105 der ersten aktiven Stufe 103 gering gehalten werden.
Wie bereits im einleitenden Teil dieser Anmeldung beschrieben, besteht, beispielsweise bei einer Filterung nach einem RX-Mischer das Problem, dass bei einem Filter erster Ordnung für die TX-Offsetfrequenz nur eine geringe Unterdrückung erzielt werden kann. Dies resultiert oftmals in einem großen Signalhub am Ausgang eines solchen Filters (beispielsweise eines einfachen Filters erster Ordnung) und damit einer hohen benötigten Versorgungsspannung eines zugehörigen Operationsverstärkers. Es wurde herausgefunden, dass ein Filter zweiter Ordnung vor einem Wandeln des Eingangssignals zu einem Spannungssignal eine Überwindung dieser Einschränkung ermöglichen würde. Es wurde ebenfalls herausgefunden, dass standardmäßige Entwürfe für Filter höherer Ordnung für diese Filterungsaufgabe nicht eingesetzt werden können, da die Quelle des Signals eine Stromquelle ist, die einen niederohmigen Abschluss erfordert. Übliche Filter höherer Ordnung verwenden häufig Spannungseingangssignale in Verbindung mit Widerständen an dem Eingang, die keine niederohmigen Eingangsimpedanzen aufweisen und deshalb für die Strom-Spannungs-Wandlung nicht verwendet werden können.
Bei einer Verwendung des in 1 gezeigten Strom-Spannungs-Wandlers 100 in einem Empfänger eines Mobiltelefons, beispielsweise hinter einem RX-Mischer, um ein von dem RX-Mischer ausgegebenes Stromsignal in ein Spannungssignal zu wandeln, kann das oben erwähnte verbleibende TX-Signal beispielsweise in Form eines außerhalb des vorgegebenen Nutzfrequenzbands liegenden Signalanteils des Stromsignals 101 vorliegen. Durch das Entgegenwirken des Rückkopplungssignals 107 können diese Signalanteile schon an dem Eingang 104 der ersten aktiven Stufe 103 gedämpft bzw. kompensiert werden, so dass eine Verstärkung dieser Signalanteile in der ersten aktiven Stufe 103 verkleinert ist und damit auch ein maximaler Signalhub des Spannungssignals 102 verkleinert ist (beispielsweise im Vergleich zu Systemen, welche lediglich eine Filterung erster Ordnung durchführen). Die erste aktive Stufe 103 kann daher mit niedrigeren Versorgungsspannungen arbeiten als ein Operationsverstärker, welcher in den oben genannten einfachen Tiefpassfiltern erster Ordnung nach einem RX-Mischer eingesetzt wird.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ermöglichen damit ein Filtern ohne Zwischenstufenfilter und mit einer ziemlich kleinen Versorgungsspannung. Durch das Abdämpfen bzw. Kompensieren der Signalanteile, welche frequenzmäßig außerhalb des vorgegebenen Nutzfrequenzbands liegen, bevor in den Spannungsbereich gegangen wird, wird eine viel größere Signalhandhabungsfähigkeit für das verbleibende TX-Signal ermöglicht.
Ausführungsbeispiele ermöglichen damit einen Strom-Spannungs-Wandler ohne Zwischenstufenfilter mit einer ziemlich kleinen Versorgungsspannung, welcher eine große Signalhandhabungsfähigkeit für ein eingehendes Stromsignal aufweist.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann die erste aktive Stufe 103 beispielsweise ein Tiefpassfilter erster Ordnung sein. Dieses Tiefpassfilter erster Ordnung kann beispielsweise als aktives Tiefpassfilter durch eine geeignete Operationsverstärkerschaltung ausgeführt sein. Mit anderen Worten kann die erste aktive Stufe 103 eine Tiefpassfiltercharakteristik erster Ordnung aufweisen. Die zweite aktive Stufe 106 kann beispielsweise als ein als spannungsgesteuerte Stromquelle wirkendes Verstärkerbauteil, als eine spannungsgesteuerte Stromquelle oder als eine Stromverstärkerstufe ausgebildet sein und kann eine Hochpassfiltercharakteristik aufweisen. Durch das von der zweiten aktiven Stufe 106 am Eingang 104 der ersten aktiven Stufe 103 bereitgestellte Rückkopplungssignal 107 lässt sich erreichen, dass eine Gesamtübertragungsfunktion des in 1 gezeigten Strom-Spannungs-Wandlers 100 einer Tiefpassübertragungsfunktion einer Ordnung höher 1, beispielsweise einer zweiten Ordnung, entspricht. Dadurch lassen sich die Signalanteile, welche frequenzmäßig außerhalb des vorgegebenen Nutzfrequenzbands liegen, besser dämpfen, so dass diese weniger Einfluss auf das Spannungssignal 102 haben. Bezogen auf das Beispiel der Anwendung des Strom-Spannungs-Wandlers 100 in einem Empfänger, bei dem ein verbleibendes TX-Signal bei Nutzung nur eines Filters erster Ordnung zu einem hohen Signalhub führen würde, kann daher gemäß Ausführungsbeispielen eine stärkere Dämpfung durch die Filterung zweiter Ordnung dieser Signalanteile erreicht werden.
Mit anderen Worten implementieren Ausführungsbeispiele einen Strom-Spannungs-Wandler, der effektiv über eine Filterung zweiter Ordnung verfügt, bevor in den Spannungsbereich gegangen wird, was zu einer viel größeren (im Vergleich zu manchen herkömmlichen Verstärkern) Signalhandhabungsfähigkeit für das verbleibende TX-Signal (welches in den Signalanteilen außerhalb des vorgegebenen Frequenzbands liegt) führt. Einige Ausführungsbeispiele verwenden daher einen ersten Pol (bzw. eine Schaltungsanordnung zur Realisierung eines ersten Pols) mit einem Operationsverstärker (als Bestandteil der ersten aktiven Stufe 103) und fügen einen weiteren Stromverstärker (als Bestandteil der zweiten aktiven Stufe 106) hinzu, um die Filterung von einem Entwurf erster Ordnung zu einem Entwurf zweiter Ordnung zu verbessern.
Mit anderen Worten können die erste aktive Stufe 103 und die zweite aktive Stufe 106 so ausgebildet sein, dass eine Gesamtübertragungsfunktion des Strom-Spannungs-Wandlers 100 von dem Eingang 104 der ersten aktiven Stufe 103 zu dem Ausgang 105 der ersten aktiven Stufe 103 einer Tiefpassfilterübertragungsfunktion mit einer Ordnung größer als 1 entspricht.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann die zweite aktive Stufe 106 ausgebildet sein, um das Rückkopplungssignal 107 als ein dem empfangenen Stromsignal 101 entgegengerichtetes Rückkopplungsstromsignal bereitzustellen. Dieses Rückkopplungsstromsignal kann weiterhin auf dem Spannungssignal 102 an dem Ausgang 105 der ersten aktiven Stufe 103 basieren. Mit anderen Worten kann die erste aktive Stufe 103 eine Strom-Spannungs-Wandlung des Stromsignals 101 in das Spannungssignal 102 vornehmen und die zweite aktive Stufe 106 eine Spannungs-Strom-Wandlung des Spannungssignals 102 in das Rückkopplungsstromsignal vornehmen. Wie bereits erwähnt, kann dabei die erste aktive Stufe 103 eine Tiefpassfiltercharakteristik aufweisen und die zweite aktive Stufe 106 eine Hochpassfiltercharakteristik aufweisen. Da die erste aktive Stufe 103 ausgebildet ist, um das Stromsignal 101 zu empfangen, kann eine Eingangsimpedanz am Eingang 104 der ersten aktiven Stufe 103 klein (beispielsweise kleiner 100 Ohm, kleiner 50 Ohm, kleiner 20 Ohm oder sogar kleiner 10 Ohm) für das vorgegeben Nutzfrequenzband sein. Eine Ausgangsimpedanz der zweiten aktiven Stufe 106 kann größer (beispielsweise um einen Faktor größer 50, größer 100, größer 500 oder sogar größer oder gleich 1000) sein als die Eingangsimpedanz der ersten aktiven Stufe 103.
Wie bereits erwähnt, kann die zweite aktive Stufe 106 eine Hochpassfiltercharakteristik aufweisen. Weiterhin kann die zweite aktive Stufe 106 gemäß einigen Ausführungsbeispielen so ausgebildet sein, dass eine Verstärkung des an dem Ausgang 105 der ersten aktiven Stufe 103 anliegenden Spannungssignals 102 mit steigender Frequenz des an dem Ausgang 105 der ersten aktiven Stufe 103 anliegenden Spannungssignals 102 zunimmt. Dadurch, dass mit steigender Frequenz des Spannungssignals 102 die Verstärkung durch die zweite aktive Stufe 106 zunimmt, kann erreicht werden, dass das Rückkopplungsstromsignal für Frequenzen außerhalb des vorgegebenen Nutzfrequenzbands oder für Frequenzen oberhalb des vorgegebenen Nutzfrequenzbands eine höhere Amplitude bekommt als für Frequenzen innerhalb des vorgegebenen Nutzfrequenzbands. Dadurch lässt sich erreichen, dass aufgrund der Rückkopplung von der zweiten aktiven Stufe 106 zu dem Eingang 104 der ersten aktiven Stufe 103 die Signalanteile des Stromsignals 101 außerhalb des Nutzfrequenzbands stärker gedämpft werden als die Signalanteile innerhalb des Nutzfrequenzbands.
Wie bereits erwähnt, kann die erste aktive Stufe 103 eine Tiefpassfiltercharakteristik erster Ordnung aufweisen. Beispielsweise kann die erste aktive Stufe 103 gemäß einigen Ausführungsbeispielen so ausgebildet sein, um einen mit steigender Frequenz des empfangenen Stromsignals 101 ansteigenden Kompensationsstrom in ihrem Eingang 104 einzuprägen, um das erwähnte Tiefpassfilter erster Ordnung zu bilden. Die zweite aktive Stufe 106 kann dabei ausgebildet sein, um das Rückkopplungsstromsignal an dem Eingang 104 der ersten aktiven Stufe 103 so bereitzustellen, dass sich dieses zumindest außerhalb des Nutzfrequenzbands an dem Eingang 104 der ersten aktiven Stufe 103 mit dem von der ersten aktiven Stufe 103 eingeprägten Kompensationsstrom überlagert, so dass eine Gesamtübertragungsfunktion von dem Eingang 104 der ersten aktiven Stufe 103 zu dem Ausgang 105 der ersten aktiven Stufe 103 eine Charakteristik eines Tiefpassfilters einer Ordnung größer 1 aufweist.
2 zeigt ein Blockdiagramm eines Strom-Spannungs-Wandlers 200 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Der Strom-Spannungs-Wandler 200 weist eine erste aktive Stufe 203 mit einem Eingang 204 und einem Ausgang 205 und eine zweite aktive Stufe 206 auf. Die erste aktive Stufe 203 kann von ihrer grundsätzlichen Funktion her beispielsweise der in 1 gezeigten ersten aktiven Stufe 103 entsprechen, wobei in 2 weitere optionale Details gezeigt sind. Analog dazu kann die zweite aktive Stufe 206 von ihrer grundsätzlichen Funktion her beispielsweise der in 1 gezeigten zweiten aktiven Stufe 106 entsprechen, wobei in 2 weitere optionale Details gezeigt sind. Bei dem in 2 gezeigten Strom-Spannungs-Wandler 200 wirkt die erste aktive Stufe 203 als ein Tiefpassfilter. Weiterhin weist ein erster Übertragungspfad 210 von dem Ausgang 205 der ersten aktiven Stufe 203 zu einem Eingang 213 eines aktiven Teils 211 der zweiten aktiven Stufe 206 eine erste Hochpassfiltercharakteristik auf. Ein Übertragungspfad wird hierin auch manchmal als Signalpfad bezeichnet werden.
Der erste Übertragungspfad 210 bzw. die Hochpassfiltercharakteristik erzeugende Elemente des ersten Übertragungspfads 210 können Bestandteil der zweiten aktiven Stufe 206 sein.
Weiterhin weist ein zweiter Übertragungspfad 212 von einem Ausgang 214 des aktiven Teils 211 der zweiten aktiven Stufe 206 zu dem Eingang 204 der ersten aktiven Stufe 203 eine zweite Hochpassfiltercharakteristik auf. Auch der zweite Übertragungspfad 212 bzw. die Hochpassfiltercharakteristik erzeugende Elemente des zweiten Übertragungspfads 212 können Bestandteile der zweiten aktiven Stufe 206 sein.
Der aktive Teil 211 kann beispielsweise ein als spannungsgesteuerte Stromquelle wirkendes Bauteil oder eine andere Verstärkerschaltung sein.
Die erste Hochpassfiltercharakteristik des ersten Übertragungspfads 210 kann sich beispielsweise durch ein passives Hochpasselement in Verbindung mit einer Eingangsimpedanz des aktiven Teils 211 ergeben, beispielsweise durch Vorschalten eines Kondensators zwischen den Ausgang 205 der ersten aktiven Stufe 203 und den Eingang 213 des aktiven Teils 211 der zweiten aktiven Stufe 206. Analog dazu kann sich die zweite Hochpassfiltercharakteristik des zweiten Übertragungspfads 212 durch Nutzung eines weiteren passiven Hochpassfilterbauelements in Verbindung mit einer Eingangsimpedanz am Eingang 204 der ersten aktiven Stufe 203 bzw. in Verbindung mit einer Ausgangsimpedanz des aktiven Teils 211 der zweiten aktiven Stufe, beispielsweise durch Schalten eines Kondensators zwischen den Ausgang 214 des aktiven Teils 211 der zweiten aktiven Stufe 206 und den Eingang 204 der der ersten aktiven Stufe 203, ergeben.
Durch die erste Hochpassfiltercharakteristik vor dem aktiven Teil 211 (bzw. zwischen dem Ausgang 205 der ersten aktiven Stufe 203 und dem Eingang 213 des aktiven Teils 211 der zweiten aktiven Stufe 206) kann erreicht werden, dass nur bzw. bevorzugt die Signalanteile des Spannungssignals 102 durch den aktiven Teil 211 verstärkt werden, welche außerhalb des vorgegebenen Nutzfrequenzbands liegen. Diese Frequenzselektivität der Rückkopplung der Signalanteile außerhalb des vorgegebenen Nutzfrequenzbands kann durch die zweite Hochpassfiltercharakteristik weiter verstärkt werden. Das Rückkopplungssignal 107 enthält daher hauptsächlich verstärkte Signalanteile außerhalb des vorgegebenen Nutzfrequenzbands während hingegen Signalanteile innerhalb des vorgegebenen Nutzfrequenzbands in dem Rückkopplungssignal 107 geringer verstärkt oder sogar gedämpft sind. Die verstärkten Signalanteile außerhalb des vorgegeben Nutzfrequenzbands können sich am Eingang 204 der ersten aktiven Stufe 203 mit dem Stromsignal 101 überlagern und dort den Signalanteilen des Stromsignals 101 außerhalb des vorgegebenen Nutzfrequenzbands entgegenwirken, so dass diese Signalanteile in einem effektiven (Summen-)Eingangssignal der ersten aktiven Stufe 203 gedämpft werden und Signalanteile im vorgegebenen Nutzfrequenzband in dem effektiven (Summen-)Eingangssignal nicht (oder nur sehr geringfügig) gedämpft werden.
Beispielsweise bei einer Verwendung des Strom-Spannungs-Wandlers 200 in einem Mobilfunkempfänger können die verbleibenden (unerwünschten) Tx-Signalanteile (Signalanteile außerhalb des vorgegebenen Nutzfrequenzbands) im Stromsignal 101 eine höhere Amplitude, als die gewünschten RX-Signalanteile (Signalanteile innerhalb des vorgegebenen Nutzfrequenzbands) aufweisen. Durch die Rückkopplung mit dem Rückkopplungssignal 107 können genau diese unerwünschten TX-Signalanteile bereits vor der Tiefpassfilterung durch die erste aktive Stufe 203 gedämpft werden bzw. teilweise kompensiert werden, so dass ein unerwünscht hoher Signalhub des Spannungssignals 102 am Ausgang 205 der ersten aktiven Stufe 203 vermieden werden kann. Ein die Tiefpassfiltercharakteristik der ersten aktiven Stufe 203 realisierendes aktives Bauteil kann daher eine geringere Versorgungsspannung aufweisen als bei alternativen Systemen, in welchen lediglich eine Filterung erster Ordnung bewirkt wird und keine Rückkopplung vor der Filterung erster Ordnung erfolgt. Bei dem in 2 gezeigten Strom-Spannungs-Wandler 200 wird hingegen eine Filterung höherer Ordnung als 1 (in dem konkreten Beispiel beträgt die Ordnung 2) erreicht, wodurch die Signalanteile des Stromsignals 101 außerhalb des vorgegebenen Nutzfrequenzbands deutlich stärker gedämpft werden, als bei einer Filterung erster Ordnung.
3 zeigt ein Blockschaltbild eines Strom-Spannungs-Wandlers 300 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Der in 3 gezeigte Strom-Spannungs-Wandler 300 kann beispielsweise eine konkrete Implementierung des in 2 schematisch gezeigten Strom-Spannungs-Wandlers 200 sein. Der Strom-Spannungs-Wandler 300 weist daher eine erste aktive Stufe 303 mit einem Eingang 304 und einem Ausgang 305 auf. Weiterhin weist der Strom-Spannungs-Wandler 300 eine zweite aktive Stufe 306 auf. Die zweite aktive Stufe 306 weist einen aktiven Teil auf, welcher in dem in 3 gezeigten Strom-Spannungs-Wandler 300 unter Verwendung eines als spannungsgesteuerte Stromquelle wirkenden Bauteils 311 realisiert ist.
Das als spannungsgesteuerte Stromquelle wirkende Bauteil 311 kann im Folgenden auch als spannungsgesteuerte Stromquelle 311 bezeichnet werden.
Wie auch schon bei dem Strom-Spannungs-Wandler 200 weist ein erster Übertragungspfad von dem Ausgang 305 der ersten aktiven Stufe 303 zu einem Eingang 313 der spannungsgesteuerten Stromquelle 311 eine erste Hochpassfiltercharakteristik auf. Diese erste Hochpassfiltercharakteristik wird durch einen zwischen den Eingang 313 der spannungsgesteuerten Stromquelle 311 und den Ausgang 305 der ersten aktiven Stufe 303 geschalteten Kopplungskondensator 320 erreicht. Ein zweiter Übertragungspfad von einem Ausgang 314 der spannungsgesteuerten Stromquelle 311 zu dem Eingang 304 der ersten aktiven Stufe 303 weist auch hier eine zweite Hochpassfiltercharakteristik auf. Diese zweite Hochpassfiltercharakteristik wird erreicht durch das Schalten eines Rückkopplungskondensators 321 zwischen den Ausgang 314 der spannungsgesteuerten Stromquelle 311 und den Eingang 304 der ersten aktiven Stufe 303. Der Kopplungskondensator 320 bildet mit einer Eingangsimpedanz der spannungsgesteuerten Stromquelle 311 (und ggf. einer Ausgangsimpedanz der ersten aktiven Stufe 303) ein erstes Hochpassfilter und der Rückkopplungskondensator 321 bildet mit einer Eingangsimpedanz der ersten aktiven Stufe 303 (und ggf. einer Ausgangsimpedanz der spannungsgesteuerten Stromquelle 311) ein zweites Hochpassfilter.
Wie bereits erwähnt, kann eine Ausgangsimpedanz der spannungsgesteuerten Stromquelle 311 größer (beispielsweise zumindest um einen Faktor größer 50, größer 100, größer 500 oder sogar größer oder gleich 1000) sein als eine Eingangsimpedanz am Eingang 304 der ersten aktiven Stufe 303.
Die spannungsgesteuerte Stromquelle 311 kann das Rückkopplungssignal 107 als ein Rückkopplungsstromsignal, basierend auf einer hochpassgefilterten Version (durch den Kopplungskondensator 320) des Spannungssignals 102 bereitstellen. Die hochpassgefilterte Version des Spannungssignals 102 kann beispielsweise zwischen einem Ausgang des ersten Übertragungspfads und dem Eingang 313 der spannungsgesteuerten Stromquelle 311 vorliegen.
In dem in 3 gezeigten konkreten Ausführungsbeispiel ist die erste aktive Stufe 303 eine Operationsverstärkerstufe 303. Diese Operationsverstärkerstufe 303 weist einen Operationsverstärker 322 auf. Ein Eingang des Operationsverstärkers 322 ist direkt mit dem Eingang 304 der ersten aktiven Stufe 303 verbunden und ein Ausgang des Operationsverstärkers 322 ist direkt mit dem Ausgang 305 der ersten aktiven Stufe 303 verbunden. Parallel zwischen dem Eingang 304 der ersten aktiven Stufe 303 und dem Ausgang 305 der ersten aktiven Stufe 303, also zwischen dem Eingang des Operationsverstärkers 322 und dem Ausgang des Operationsverstärkers 322, weist die erste aktive Stufe 303 eine Rückkopplung 323 auf. Die Rückkopplung 323 in Verbindung mit dem Operationsverstärker 322 wirkt als (aktives) Tiefpassfilter der ersten aktiven Stufe 303. In dem in 3 gezeigten konkreten Ausführungsbeispiel ist die Rückkopplung 323 als eine Parallelschaltung aus einem Operationsverstärkerrückkopplungswiderstand 324 und einem Operationsverstärkerrückkopplungskondensator 325 realisiert. Jedoch sind auch andere Varianten eines aktiven Tiefpassfilters innerhalb der ersten aktiven Stufe 303 denkbar. Die Rückkopplung 323 des Operationsverstärkers 322 ist ausgelegt, um an dem Eingang 304 der ersten aktiven Stufe 303 eine niedrige Impedanz bereitzustellen. Dabei wird ein Anteil des empfangenen Stromsignals 101 durch das von der zweiten aktiven Stufe 306 gelieferte Rückkopplungssignal 107 kompensiert und es fließt, abgesehen von einem parasitären Eingangsstrom des Operationsverstärkers 322, nur ein nicht durch das von der zweiten aktiven Stufe 306 gelieferte Rückkopplungssignal 107 kompensierter Restanteil des empfangenen Stromsignals 101 durch die Rückkopplung 323 des Operationsverstärkers 322.
Mit anderen Worten bildet der Operationsverstärker 322 mit der Rückkopplung 323 ein Tiefpassfilter erster Ordnung. Um eine Übertragungsfunktion zweiter Ordnung an dem Ausgang des Operationsverstärkers 322 und damit an dem Ausgang 305 der ersten aktiven Stufe 303 zu erzielen, gibt es die spannungsgesteuerte Stromquelle 311 bzw. das als spannungsgesteuerte Stromquelle wirkende Verstärkerbauteil 311. Diese spannungsgesteuerte Stromquelle 311 koppelt das Signal (das Spannungssignal 102) zu dem Eingang 304 des Operationsverstärkers 322, also zu dem Eingang 304 der ersten aktiven Stufe 303, zurück, um ein Filter zweiter Ordnung zu bilden. Bei einer Verwendung des in 3 gezeigten Strom-Spannungs-Wandlers 300 in einem Empfänger, z. B. für ein Mobiltelefon, kann ein Signalstrom von einem Mischer, also das Stromsignal 101 an dem Eingang des Operationsverstärkers 322, in den Knoten (den Eingang 304 der ersten aktiven Stufe 303) eingespeist werden. Da dieser Knoten aufgrund der Rückkopplung des Operationsverstärkers 322 ein niederohmiger Punkt ist (an dem, aufgrund der typischerweise hohen Verstärkung des Operationsverstärkers 322 und aufgrund der Rückkopplung ein nahezu konstantes Potential, bezogen auf ein Bezugspotential GND anliegt), und da der Operationsverstärkereingang selbst hochohmig ist, kann der Signalstrom nur durch den Operationsverstärkerrückkopplungswiderstand 324, den Operationsverstärkerrückkopplungskondensator 325 der ersten aktiven Stufe 303 und den Rückkopplungskondensator 321 zwischen dem Eingang der ersten aktiven Stufe 303 und dem Ausgang 314 der spannungsgesteuerten Stromquelle 311 fließen. Der Operationsverstärkerrückkopplungskondensator 325 injiziert einen Strom in diesen Knoten (in den Eingang 304 der ersten aktiven Stufe 303), wodurch sich ein Filter erster Ordnung bildet. Der zweite Verstärker (die spannungsgesteuerte Stromquelle 311 bzw. das als spannungsgesteuerte Stromquelle wirkende Verstärkerbauteil 311) injiziert einen weiteren zusätzlichen Strom (das Rückkopplungssignal 107 bzw. das Rückkopplungsstromsignal) was insgesamt zu der Gesamtfilterfunktion zweiter Ordnung des Strom-Spannungs-Wandlers 300 führt. Das Ausgangssignal, also das Spannungssignal 102 des Operationsverstärkers 322, wird mit dem Kopplungskondensator 320 (z. B. in Verbindung mit einem Eingangswiderstand der spannungsgesteuerten Stromquelle 311 und ggf. mit einem Ausgangswiderstand der ersten aktiven Stufe 303) hochpassgefiltert und in die spannungsgesteuerte Stromquelle 311 bzw. in das als spannungsgesteuerte Stromquelle wirkende Verstärkerbauteil 311 eingespeist.
Ein nach Berücksichtigung der Rückkopplung über den Rückkopplungskondensator 321 verbleibender Eingangsstromanteil der ersten aktiven Stufe 303 fließt durch die Parallelschaltung aus dem Operationsverstärkerrückkopplungskondensator 325 und den Operationsverstärkerrückkopplungswiderstand 324, wobei eine sich am Ausgang des 305 der aktiven Stufe 303 einstellende Spannung durch die Größe des effektiven Eingangsstromanteils und die Impedanz der Rückkopplung 323 bestimmt wird.
Die spannungsgesteuerte Stromquelle 311 bzw. das als spannungsgesteuerte Stromquelle wirkende Verstärkerbauteil 311 kann auch als Transkonduktanzstufe oder gm-Stufe bezeichnet werden.
Ein Ausgangssignal 326 der spannungsgesteuerten Stromquelle 311 bzw. des als spannungsgesteuerte Stromquelle wirkenden Verstärkerbauteils 311 ist damit eine hochpassgefilterte Version der Ausgangsspannung, also des Spannungssignals 102. Das Ausgangssignal 326 der spannungsgesteuerten Stromquelle 311 bzw. des als spannungsgesteuerte Stromquelle wirkenden Verstärkerbauteils 311 wird mit dem Rückkopplungskondensator 321 wieder hochpassgefiltert und in den Stromsummierungsknoten (der Eingang 304 der ersten aktiven Stufe 303) des Operationsverstärkers 322 injiziert, was zu der Gesamtfilterfunktion zweiter Ordnung an dem Ausgang des Operationsverstärkers 322, und damit an dem Ausgang 305 der ersten aktiven Stufe 303, führt.
Der Ausgang 305 der ersten aktiven Stufe 303 kann weiterhin mit einer nächsten Filterstufe oder einem nachgeschalteten Analog-zu-Digital-Wandler gekoppelt sein, um somit als externer Ausgang des Strom-Spannungs-Wandlers 300 zu wirken.
Um die gm-Stufe oder die spannungsgesteuerte Stromquelle 311 bzw. das als spannungsgesteuerte Stromquelle wirkende Verstärkerbauteil 311 nicht zu übersteuern, können (unter Umständen, aber nicht notwendigerweise vorhandene) Rückkopplungswiderstände innerhalb dieser gm-Stufe ziemlich niederohmig sein, was zu einer höheren Kapazität für den Rückkopplungskondensator 321 führen kann, der den Strom in den Stromeingangsknoten (in den Eingang 304 der ersten aktiven Stufe 303) des Operationsverstärkers 322 injiziert. Beispielsweise kann eine Kapazität des Rückkopplungskondensators 321 um einen Faktor größer 2, größer 5 oder sogar größer gleich 10 höher sein als eine Kapazität des Kopplungskondensators 320.
Eine Kapazität des Operationsverstärkerrückkopplungskondensators kann beispielsweise identisch der Kapazität des Kopplungskondensators sein.
Ein weiterer Vorteil des in der 3 gezeigten Strom-Spannungs-Wandlers 300 ist, dass ein Rauschen der gm-Stufe das Nutzsignal nicht beeinflusst, da es nur über den Rückkopplungskondensator 321, der (in Verbindung mit einer Eingangsimpedanz der ersten aktiven Stufe 303 und ggf. einer Ausgangsimpedanz der spannungsgesteuerten Stromquelle 311) ein Hochpassfilter bildet, in den Eingangsknoten (in den Eingang 304 der ersten aktiven Stufe 303) injiziert wird, so dass in dem Durchlassband fast keine Rauschinjizierung vorliegt.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann die spannungsgesteuerte Stromquelle 311 bzw. das als spannungsgesteuerte Stromquelle wirkende Verstärkerbauteil 311 ein Transistor sein. Ein Steueranschluss des Transistors kann dabei über den ersten Übertragungspfad mit der ersten Hochpassfiltercharakteristik, also über den Kopplungskondensator 320, mit dem Ausgang 305 der ersten aktiven Stufe 303 gekoppelt sein. Weiterhin kann dieser Transistor mit dem Eingang 304 der ersten aktiven Stufe 303 (über den zweiten Übertragungspfad mit der zweiten Hochpassfiltercharakteristik, also über den Rückkopplungskondensator 321) gekoppelt sein, um zumindest einen Teil seines Laststreckenstroms (beispielsweise ein Kollektor-Emitter-Strom oder ein Drain-Source-Strom) zu dem Eingang 304 der ersten aktiven Stufe 303 zurückzukoppeln. Mit anderen Worten kann der Laststreckenstrom dieses Transistors (oder ein Teil davon) über den zweiten Übertragungspfad mit Hochpassfiltercharakteristik zu dem Eingang 304 der ersten aktiven Stufe 303 gekoppelt werden. Der Laststreckenstrom des Transistors kann beispielsweise das in 3 gezeigte Ausgangssignal 326 der spannungsgesteuerten Stromquelle bzw. des als spannungsgesteuerte Stromquelle wirkenden Verstärkerbauteils 311 sein. Das Rückkopplungssignal 107 bzw. das Rückkopplungsstromsignal kann dabei eine hochpassgefilterte Version (durch den Rückkopplungskondensator 321) des Laststreckenstroms 326 des Transistors sein.
Obwohl in dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sämtliche Signale sogenannte „single ended”-Signale sind, also auf Massepotential bezogen sind, so können gemäß weiteren Ausführungsbeispielen sowohl das Stromsignal 101 als auch das Spannungssignal 102 und das Rückkopplungssignal 107 jeweils differentielle Signale sein.
4 zeigt ein Ersatzschaltbild eines Strom-Spannungs-Wandlers 400 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Der in 4 gezeigte Strom-Spannungs-Wandler 400 ist ausgebildet, um differentielle Signale zu verarbeiten. An den Strom-Spannungs-Wandler 400 ist gemäß dem in 4 gezeigten Ersatzschaltbild ein Mischer 450 angeschlossen, welcher in dem Ersatzschaltbild durch eine Stromquelle modelliert worden ist. Der Mischer 450 ist kein Bestandteil des Strom-Spannungs-Wandlers 400, er soll lediglich dazu dienen, klarzustellen, wie der Strom-Spannungs-Wandler 400 an einen Mischer, beispielsweise einen Mischer in einem Mobilfunkempfänger, angeschlossen werden kann.
Der Strom-Spannungs-Wandler 400 kann gemäß dem Ersatzschaltbild beispielsweise die Funktionalität des in l gezeigten Strom-Spannungs-Wandlers 100 erzielen. Der Strom-Spannungs-Wandler 400 weist daher auch eine erste aktive Stufe 403 und eine zweite aktive Stufe 406 auf.
Die erste aktive Stufe 103 gemäß 1 kann beispielsweise durch eine Schaltungsanordnung realisiert worden sein, die eine Funktionalität gemäß dem Ersatzschaltbild der ersten aktiven Stufe 403 aufweist. Analog kann die zweite aktive Stufe 106 gemäß 1 beispielsweise durch eine Schaltungsanordnung realisiert worden sein, die eine Funktionalität gemäß dem Ersatzschaltbild der zweiten aktiven Stufe 406 aufweist.
Die erste aktive Stufe 403 ist ausgebildet, um ein differentielles Stromsignal, in Form eines ersten Teilstromsignals 101a und eines zweiten Teilstromsignals 101b, an einem Eingang zu empfangen.
Die erste aktive Stufe 403 weist daher einen ersten Eingang 404a zum Empfangen des ersten Teilstromsignals 101a und einen zweiten Eingang 404b zum Empfangen des zweiten Teilstromsignals 101b auf, die zusammen einen Differenzeingang bilden.
Die erste aktive Stufe 403 ist weiterhin ausgebildet, um an ihrem Ausgang ein differentielles Spannungssignal, in Form eines ersten Teilspannungssignals 102a und eines zweiten Teilspannungssignals 102b, bereitzustellen. Die erste aktive Stufe 403 weist daher einen ersten Differenzausgang 405a zum Bereitstellen des ersten Teilspannungssignals 102a und einen zweiten Differenzausgang 405b zum Bereitstellen des zweiten Teilspannungssignals 102b auf.
Die Differenzausgänge 405a, 405b sind gleichzeitig Differenzausgänge des Strom-Spannungs-Wandlers 400. Damit sind auch die Teilspannungssignale 102a, 102b Ausgangssignale des Strom-Spannungs-Wandlers 400. Weiterhin sind die Differenzeingänge 404a, 404b der ersten aktiven Stufe 403 gleichzeitig Differenzeingänge des Strom-Spannungs-Wandlers 400 und damit sind auch die beiden Teilstromsignale 101a, 101b Eingangssignale des Strom-Spannungs-Wandlers 400.
Wie schon bei den vorherigen Ausführungsbeispielen ist die zweite aktive Stufe 406 des Strom-Spannungs-Wandlers 400 zwischen den Ausgang der aktiven Stufe 403, also zwischen die beiden Differenzausgänge 405a, 405b der aktiven Stufe 403, und den Eingang, also die beiden Differenzeingänge 404a, 404b der ersten aktiven Stufe 403, gekoppelt. Die zweite aktive Stufe 406 ist dabei ausgebildet, um an dem Eingang der ersten aktiven Stufe 403 ein differentielles Rückkopplungssignal, als ein erstes Teilrückkopplungssignal 107a und ein zweites Teilrückkopplungssignal 107b, bereitzustellen. Das differentielle Rückkopplungssignal wirkt dabei frequenzselektiv einer Verstärkung durch die erste aktive Stufe 403 von frequenzmäßig außerhalb eines vorgegebenen Nutzfrequenzbands liegenden Signalanteilen des an dem Eingang der ersten aktiven Stufe 403 anliegenden Stromsignals 101a, 101b entgegen. Genauer wirkt das erste Teilrückkopplungssignal 107a außerhalb des vorgegebenen Frequenzbands liegenden Signalanteilen des ersten Teilstromsignals 101a entgegen, und das zweite Teilrückkopplungssignal 107b wirkt außerhalb des vorgegebenen Nutzfrequenzbands liegenden Signalanteilen des zweiten Teilstromsignals 101b entgegen.
Der Aufbau der beiden aktiven Stufen 403 und 406 ist ähnlich dem Aufbau der beiden aktiven Stufen 303, 306 des in 3 gezeigten Strom-Spannungs-Wandlers 300. So wirkt auch hier die erste aktive Stufe 403 als ein Tiefpassfilter für die sich an den Differenzeingängen 404a, 404b ergebenden effektiven Teilstromsignale, wobei ein erstes effektives Teilstromsignal aus Summe aus dem ersten empfangenen Teilstromsignal 101a und dem ersten Teilrückkopplungssignal 107a ergibt, und wobei sich ein zweites effektives Teilstromsignal aus einer aus dem zweiten empfangenen Teilstromsignal 101b und dem zweiten Teilrückkopplungssignal 107b ergibt. Die erste aktive Stufe 403 weist dazu einen aktiven Teil 422, welcher in dem in 4 gezeigten Ersatzschaltbild als eine spannungsgesteuerte Spannungsquelle ausgeführt ist, auf. Die spannungsgesteuerte Spannungsquelle kann in einer echten Realisierung beispielsweise durch einen geeigneten Operationsverstärker mit einer hohen Eingangsimpedanz (beispielsweise im Megaohm-Bereich) ersetzt werden. Zwischen einem Ausgang dieses aktiven Teils 422 und einem Eingang des aktiven Teil 422 weist die erste aktive Stufe 403, analog zu der ersten aktiven Stufe 303 eine erste Rückkopplung 423a mit einem ersten Operationsverstärkerrückkopplungswiderstand 424a und einem ersten dazu parallel geschalteten Operationsverstärkerrückkopplungskondensator 425a auf. Die erste Rückkopplung 423a ist parallel zwischen den Differenzeingang 404a und den Differenzausgang 405a der ersten aktiven Stufe 403 geschaltet. Weiterhin weist die erste aktive Stufe 403 parallel zwischen dem Differenzeingang 404b und dem Differenzausgang 405b eine zweite Rückkopplung 423b auf. Die zweite Rückkopplung 423b weist analog zu der ersten Rückkopplung 423a einen zweiten Operationsverstärkerrückkopplungswiderstand 424b parallel zu einem zweiten Operationsverstärkerrückkopplungskondensator 425b auf. Die erste Rückkopplung 423a und die zweite Rückkopplung 423b bilden daher mit dem aktiven Teil 422 der ersten aktiven Stufe 403 ein Tiefpassfilter erster Ordnung für das erste effektive Teilstromsignal und das zweite effektive Teilstromsignal.
Ein aktiver Teil der zweiten aktiven Stufe 406 ist in dem Ersatzschaltbild durch eine spannungsgesteuerte Stromquelle 411 in Verbindung mit einem ersten Stromquellenrückkopplungswiderstand 426a und einem zweiten Stromquellenrückkopplungswiderstand 426b realisiert. Wie auch schon bei der zweiten aktiven Stufe 306 ist auch bei der zweiten aktiven Stufe 406 der Eingang des aktiven Teils 422 der zweiten aktiven Stufe 406 über einen ersten Übertragungspfad mit einer ersten Hochpassfiltercharakteristik mit dem Ausgang der ersten aktiven Stufe 403 gekoppelt. Dazu ist ein erster Anschluss eines ersten Kopplungskondensators 420a der zweiten aktiven Stufe 406 mit dem Differenzausgang 405a der ersten aktiven Stufe 403 gekoppelt. Weiterhin ist ein erster Anschluss eines zweiten Kopplungskondensators 420b der zweiten aktiven Stufe 406 mit dem zweiten Differenzausgang 405b der ersten aktiven Stufe 403 gekoppelt. Ein zweiter Anschluss des ersten Kopplungskondensators 420a ist mit einem ersten Anschluss des zweiten Stromquellenrückkopplungswiderstands 426b gekoppelt und ein zweiter Anschluss des zweiten Kopplungskondensators 420b ist mit einem ersten Anschluss des ersten Stromquellenrückkopplungswiderstands 426a gekoppelt. Der zweite Anschluss des ersten Kopplungskondensators 420a ist weiterhin mit einem ersten Steueranschluss 427a der spannungsgesteuerten Stromquelle 411 verbunden und der zweite Anschluss des zweiten Kopplungskondensators 420b ist weiterhin mit einem zweiten Steueranschluss 427b der spannungsgesteuerten Stromquelle 411 verbunden. Ein zweiter Anschluss des ersten Stromquellenrückkopplungswiderstands 426a ist sowohl mit einem ersten Ausgang 428a der spannungsgesteuerten Stromquelle 411 als auch mit einem ersten Anschluss des ersten Rückkopplungskondensators 421a verbunden. Ein zweiter Anschluss des zweiten Stromquellenrückkopplungswiderstands 426b ist sowohl mit einem zweiten Ausgang 428b der spannungsgesteuerten Stromquelle 411 als auch mit einem ersten Anschluss des zweiten Rückkopplungskondensators 421b verbunden. Ein zweiter Anschluss des ersten Rückkopplungskondensators 421a ist mit dem ersten Differenzeingang 404a der ersten aktiven Stufe 403 verbunden. Ein zweiter Anschluss des zweiten Rückkopplungskondensators 421b ist mit dem zweiten Differenzeingang 404b der ersten aktiven Stufe 403 verbunden. Die Kopplungskondensatoren 420a, 420b bilden in Verbindung mit den Stromquellenrückkopplungswiderständen 426a, 426b und der spannungsgesteuerten Stromquelle 411 ein erstes Hochpassfilter für die Teilspannungssignale 102a, 102b. Die Rückkopplungskondensatoren 421a, 421b bilden mit Eingangsimpedanzen an den Differenzeingängen 404a, 404b der ersten aktiven Stufe 403 und ggf. Ausgangsimpedanzen der spannungsgesteuerten Stromquelle 411 ein zweites Hochpassfilter.
Durch die Rückführung des Eingangssignals mit Hilfe der beiden Teilrückkopplungssignale 107a, 107b auf die Differenzeingänge 404a, 404b wird zusätzlich zu der Filterung erster Ordnung innerhalb der ersten aktiven Stufe 403 eine Filterung zweiter Ordnung erreicht.
Im Folgenden soll die gesamte Funktionsweise des in der 4 gezeigten Strom-Spannungs-Wandlers 400 nochmals detailliert erklärt werden.
Im Folgenden wird angenommen, dass der aktive Teil 422, welcher in dem in 4 gezeigten Ersatzschaltbild durch eine spannungsgesteuerte Spannungsquelle realisiert worden ist als Operationsverstärker 422 ausgeführt ist. Der Signalstrom (in Form der beiden Teilstromsignale 101a, 101b) von dem RX-Mischer 450 wird unter Verwendung der Stromquelle des Mischers 450 in die Schaltung injiziert. In anderen Worten wirkt der Mischer 450 im Hinblick auf das Basisbandsignal im Wesentlichen als Stromquelle und ist in dem Ersatzschaltbild der 4 durch eine Stromquelle modelliert. Der Operationsverstärker 422 ist, wie bereits im Vorhergehenden erwähnt, hier als eine spannungsgesteuerte Spannungsquelle modelliert, die Rückkopplungswiderstände und Rückkopplungskondensatoren (die Widerstände 424a, 424b und die Kondensatoren 425a, 425b) verwendet, um einen Strom-Spannungs-Wandler mit einem Tiefpassfilter erster Ordnung zu bilden. Um eine Übertragungsfunktion zweiter Ordnung an dem Ausgang (an den Differenzausgängen 405a, 405b) des Operationsverstärkers 422 und damit der aktiven Stufe 403 zu erzielen, gibt es die spannungsgesteuerte Stromquelle 411 (welche auch als gm-Stufe bezeichnet werden kann) mit den zwei Stromquellenrückkopplungswiderständen 426a, 426b und vier Kondensatoren (die Kopplungskondensatoren 420a, 420b und die Rückkopplungskondensatoren 421a, 421b), die das Signal zu dem Eingang des Operationsverstärkers 422 rückkoppelt, um das Filter zweiter Ordnung zu bilden.
Die zugrunde liegende Funktionalität besteht darin, dass der Signalstrom von dem Mischer 450 an dem Eingang des Operationsverstärkers 422 in den Knoten (bzw. in die Knoten an den Differenzeingängen 404a, 404b) eingespeist wird. Da dieser Knoten (bzw. die Knoten) aufgrund der Rückkopplung des Operationsverstärkers 422 ein niederohmiger Punkt ist (zumindest innerhalb des vorgegebenen Nutzfrequenzbands des Stromsignals bzw. innerhalb einer Betriebsbandbreite der aktiven Elemente), und da die Operationsverstärkereingänge selbst hochohmig sind, kann der Signalstrom nur durch die Operationsverstärkerrückkopplungswiderstände 424a, 424b, die Operationsverstärkerrückkopplungskondensatoren 425a, 425b und die Rückkopplungskondensatoren 421a, 421b fließen. Die Operationsverstärkerrückkopplungskondensatoren 425a, 425b injizieren einen Strom, der (z. B. unter Annahme einer bestimmten Signalamplitude an den Ausgängen 405a, 405b des Operationsverstärkers 422) in Richtung höherer Frequenzen ansteigt, in diesen Knoten (in die Knoten an den Differenzeingängen 404a, 404b), was ein Filter erster Ordnung bildet bzw. wodurch sich ein Filter erster Ordnung ergibt. Der zweite Verstärker (die zweite aktive Stufe mit der spannungsgesteuerten Stromquelle 411) überlagert diese Injizierung durch Injizieren eines weiteren zusätzlichen Stroms (in Form der beiden Teilrückkopplungssignale 107a, 107b), der (z. B. unter Annahme einer bestimmten Signalamplitude an den Ausgängen 405a, 405b des Operationsverstärkers 422) mit zunehmender Frequenz ansteigt, was insgesamt zu der Filterungsfunktion zweiter Ordnung führt. Das Ausgangssignal (in Form der beiden Teilspannungssignale 102a, 102b) des Operationsverstärkers 422 wird mit den Kopplungskondensatoren 420a, 420b hochpassgefiltert und in die gm-Stufe (also in den aktiven Teil der zweiten aktiven Stufe 406) gespeist. Deshalb ist das Ausgangssignal der gm-Stufe eine hochpassgefilterte Version der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 422. Die Spannung wird mit den Rückkopplungskondensatoren 421a, 421b wieder hochpassgefiltert (bzw. in einer Weise zu einer Anregung eines Stromflusses verwendet, das bei vorgegebener Spannungsamplitude der Strom mit steigender Frequenz ansteigt) und in den Stromsummierungsknoten an dem Eingang des Operationsverstärkers 422 (also an den Differenzeingängen 404a, 404b der ersten aktiven Stufe 403) injiziert, was zu der Gesamtfilterung zweiter Ordnung an dem Ausgang (an den Differenzausgängen 405a, 405b) des Operationsverstärkers 422 und damit der aktiven Stufe 403 führt.
Wie bereits erwähnt, ist der Ausgang der aktiven Stufe 403 der Ausgang, der zu einer folgenden Filterungsstufe oder zu einem nachgeschalteten Analog-Digital-Wandler führen (bzw. mit diesem gekoppelt sein kann) kann. Die beiden Differenzausgänge 405a, 405b bilden damit einen Ausgang des Strom-Spannungs-Wandlers 400. Um die gm-Stufe (genauer den aktiven Teil der zweiten aktiven Stufe 406) nicht zu übersteuern, können die Rückkopplungswiderstände der gm-Stufe (die Stromquellenrückkopplungswiderstände 426a, 426b) ziemlich niederohmig sein, was zu einer höheren Kapazität für die Rückkopplungskondensatoren 421a, 421b führt, die den Strom in den Stromeingangsknoten des Operationsverstärkers 422 injizieren.
Wie bereits erwähnt, kann eine Kapazität der beiden Rückkopplungskondensatoren 421a, 421b um einen Faktor größer 2, größer 5 oder sogar größer gleich 10 höher sein als eine Kapazität der beiden Kopplungskondensatoren 420a, 420b.
Analog zu dem Strom-Spannungs-Wandler 300 besteht auch hier ein weiterer Vorteil darin, dass das Rauschen der gm-Stufe das Nutzsignal nicht beeinflusst, da das Signal nur über Kondensatoren (über die Rückkopplungskondensatoren 421a, 421b), die ein Hochpassfilter (bzw. einen Spannungs-Strom-Umsetzer mit Hochpasscharakteristik) bilden, in den Eingangsknoten injiziert wird, so dass in dem Durchlassband fast keine Rauschinjizierung vorliegt.
Im Folgenden werden einige Dimensionierungsregeln beschrieben, die in manchen Ausführungsbeispielen beachtet werden können, von denen aber auch abgewichen werden kann.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können Widerstandswerte des ersten Operationsverstärkerrückkopplungswiderstands 424a und des zweiten Operationsverstärkerrückkopplungswiderstands 424b identisch sein. Weiterhin können Kapazitäten der beiden Operationsverstärkerrückkopplungskondensatoren 425a, 425b identisch sein. Weiterhin können Kapazitäten der beiden Kopplungskondensatoren 420a, 420b identisch sein. Weiterhin können Widerstände der beiden Stromquellenrückkopplungswiderstände 426a, 426b identisch sein. Weiterhin können Kapazitäten der beiden Rückkopplungskondensatoren 421a, 421b identisch sein.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können die Kapazitäten der beiden Kopplungskondensatoren 420a, 420b identisch zu den Kapazitäten der beiden Operationsverstärkerrückkopplungskondensatoren 425a, 425b sein. Wie bereits erwähnt, können die Kapazitäten der beiden Rückkopplungswiderstände 421a, 421b um einen Faktor größer 2, größer 5 oder sogar größer gleich 10 größer sein als die Kapazitäten der beiden Kopplungskondensatoren 420a, 420b und/oder als die Kapazitäten der beiden Operationsverstärkerrückkopplungskondensatoren 425a, 425b. Die Widerstandswerte der beiden Stromquellenkondensatoren 426a, 426b können dahingegen um einen Faktor größer 5, größer 10 oder sogar größer gleich 20 kleiner sein als die Widerstandswerte der beiden Operationsverstärkerrückkopplungswiderstände 424a, 424b.
Gemäß einem konkreten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann eine Kapazität der Operationsverstärkerrückkopplungskondensatoren 425a, 425b sowie der Kopplungskondensatoren 420a, 420b einen Wert von 4,0 pF (±20%) betragen. Ferner kann eine Kapazität der beiden Rückkopplungskondensatoren 421a, 421b einen Wert von 50,0 pF (±20%) betragen. Ein Widerstandswert der beiden Operationsverstärkerrückkopplungswiderstände 424a, 424b kann 5000 (±10%) Ohm betragen. Ein Widerstandswert der beiden Stromquellenrückkopplungswiderstände 426a, 426b kann 250 (±10%) Ohm betragen.
Um eine Stabilität der Schaltung und insbesondere der ersten aktiven Stufe 403 zu gewährleisten, kann eine Verstärkung der spannungsgesteuerten Spannungsquelle bzw. des Operationsverstärkers negativ sein, beispielsweise kann die Verstärkung einen Wert von –1000000 haben. In anderen Worten erfolgt in der aktiven Stufe 403 über die Operationsverstärkerrückkopplungskondensatoren 425a, 425b bzw. die Operationsverstärkerrückkopplungswiderstände 424a, 424b eine Gegenkopplung.
5 zeigt in einem Diagramm Übertragungsfunktionen, wie sie aus dem in 4 gezeigten Ersatzschaltbild des Strom-Spannungs-Wandlers 400 abgeleitet werden können. 5 zeigt in dem Diagramm mit einer durchgezogenen Kurve 501 die Übertragungsfunktion von dem Eingangsstrom (also von dem an den Differenzeingängen 404a, 404b empfangenen Stromsignal 101a, 101b) zu dem Ausgangssignal des Operationsverstärkers 422, also der Differenzspannung zwischen den Teilspannungssignalen 102a, 102b an den beiden Differenzausgängen 405a, 405b der ersten aktiven Stufe 403.
Weiterhin zeigt das Diagramm in 5 in einer gestrichelten Kurve 502 die Übertragungsfunktion von dem Eingangsstrom an den beiden Differenzeingängen 404a, 404b der ersten aktiven Stufe 403 zu dem Ausgangssignal der gm-Stufe (also zu den Ausgangssignalen des aktiven Teils 411 bzw. der spannungsgesteuerten Stromquelle 411 der zweiten aktiven Stufe 406).
In dem Diagramm ist an der Abszisse die Frequenz logarithmisch über einen Bereich von 10.000 kHz bis 1 GHz angetragen und an der Ordinate eine Dämpfung bzw. Verstärkung in einem Bereich von –70 dB bis +30 dB angetragen.
An der durchgezogenen Kurve 501, welche die Gesamtübertragungsfunktion des Strom-Spannungs-Wandlers 400 darstellt, ist deutlich die Tiefpassfilterung zweiter Ordnung des Operationsverstärkerausgangssignals zu erkennen. Das Eingangssignal des Strom-Spannungs-Wandlers 400, also das an den Differenzeingängen 404a, 404b empfangene Stromsignal, wird daher in dem Bereich außerhalb des vorgegebenen Nutzfrequenzbands (viel) stärker gedämpft als dies bei einem Filter erster Ordnung der Fall ist. Weiterhin ist an der gestrichelten Kurve 502 in Verbindung mit der durchgezogenen Kurve 501 erkennbar, dass der Spannungshub an dem Ausgang der gm-Stufe, also an dem Ausgang des aktiven Teils 411 der zweiten aktiven Stufe 403 wesentlich niedriger ist als der Spannungshub an dem Operationsverstärker 422, was deshalb kein einschränkender Faktor sein kann. Aus der gestrichelten Kurve 502 wird in einem ersten Frequenzbereich, welcher beispielsweise ein Nutzfrequenzband des Strom-Spannungs-Wandlers 400 sein kann und sich beispielsweise von 0 Hz bis 10 MHz erstreckt, die Hochpassfilterung erster Ordnung erkennbar. Die Hochpassfilterung erster Ordnung wird durch die beiden Kopplungskondensatoren 420a, 420b in Verbindung mit den Stromquellenrückkopplungswiderständen 426a, 426b und dem aktiven Teil 411 gebildet. Weiterhin wird an der gestrichelten Kurve 502 in einem zweiten Frequenzbereich, welcher beispielsweise außerhalb bzw. oberhalb des Nutzfrequenzbands des Strom-Spannungs-Wandlers 400 liegen kann und beispielsweise Frequenzen über 10 MHz beinhaltet, eine Tiefpassfilterung erster Ordnung deutlich, welche aus sich einer Überlagerung aus der Gesamtübertragungscharakteristik (die Tiefpassfilter-charakteristik zweiter Ordnung) des Strom-Spannungs-Wandlers zweiter Ordnung und der Hochpassfiltercharakteristik erster Ordnung der zweiten aktiven Stufe bildet.
6 zeigt ein Schaltbild eines Strom-Spannungs-Wandlers 600 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Der in 6 gezeigte Strom-Spannungs-Wandler 600 ist eine mögliche konkrete Implementierung (zur Übersichtlichkeit sind zusätzliche Bauteile, welche beispielsweise zur Einstellung der Gleichspannungsarbeitspunkte dienen, nicht dargestellt) des in 4 als Ersatzschaltbild gezeigten Strom-Spannungs-Wandlers 400. In der konkreten, in 6 gezeigten Implementierung weist die erste aktive Stufe 403 anstelle der spannungsgesteuerten Spannungsquelle 422 einen Operationsverstärker 622 auf. Die erste aktive Stufe 403 bildet daher eine Operationsverstärkerstufe 403. Der Operationsverstärker 622 weist eine hohe Eingangsimpedanz und eine vergleichsweise niedrige Ausgangsimpedanz auf. Weiterhin weist die in 6 gezeigte konkrete Implementierung anstelle der aktiven Stufe 411 mit den beiden Stromquellenrückkopplungswiderständen 426a, 426b einen ersten Stromquellentransistor 601a und einen zweiten Stromquellentransistor 601b auf (wobei Bauteile zur Arbeitspunkt-Einstellung sowie eine ggf. vorhandene zusätzliche Lastimpedanz zur Vereinfachung in 6 nicht gezeigt sind). Ein Steueranschluss des ersten Stromquellentransistors 601a ist mit dem zweiten Anschluss des ersten Kopplungskondensators 420a gekoppelt. Ein Steueranschluss des zweiten Stromquellentransistors 601b ist mit dem zweiten Anschluss des zweiten Kopplungskondensators 420b gekoppelt. Mit anderen Worten sind die Steueranschlüsse der beiden Stromquellentransistoren 601a, 601b über Signalpfade mit Hochpassfiltercharakteristik mit den Ausgängen der ersten aktiven Stufe 403 gekoppelt. Ein erster Laststreckenanschluss (beispielsweise ein Kollektoranschluss oder ein Drainanschluss oder ein Ausgangsanschluss) des ersten Stromquellentransistors 601a ist mit dem zweiten Anschluss des ersten Rückkopplungskondensators 421a gekoppelt und ein erster Laststreckenanschluss des zweiten Stromquellentransistors 601b ist mit dem zweiten Anschluss des zweiten Rückkopplungskondensators 421b gekoppelt. Mit anderen Worten sind Laststrecken (beispielsweise zwischen Kollektoranschlüssen und Emitteranschlüssen oder zwischen Drainanschlüssen und Sourceanschlüssen) der beiden Stromquellentransistoren 601a, 601b über Signalpfade mit Hochpassfiltercharakteristik mit den Eingängen der ersten aktiven Stufe 403 gekoppelt. Damit wird zumindest ein Teil der Laststreckenströme (beispielsweise Kollektor-Emitter-Ströme oder Drain-Source-Ströme oder Ausgangsströme) der beiden Stromquellentransistoren 601a, 601b auf die Eingänge der ersten aktiven Stufe 403 zurückgeführt. Mit anderen Worten basiert das erste Teilrückkopplungssignal 107a auf einem Laststreckenstrom des ersten Stromquellentransistors 601a und das zweite Teilrückkopplungssignal 107b basiert auf einem Laststreckenstrom des zweiten Stromquellentransistors 601b.
Die beiden Stromquellentransistoren 601a, 601b können Transistoren einer beliebigen Transistortechnik, wie beispielsweise Bipolar- oder MOSFET-Technologie sein. Weiterhin sind auch andere als spannungsgesteuerte Spannungsquellen wirkende Verstärkerelemente einsetzbar, u. a. auch eine andere Verschaltung der beiden Stromquellentransistoren 601a, 601b.
Anstelle einer Verwendung eines Transistors in der zweiten aktiven Stufe 403 ist natürlich auch eine Verwendung eines weiteren Operationsverstärkers, beispielsweise mit einem Stromausgang und einer damit verbundenen hohen Ausgangsimpedanz, wie dies beispielsweise bei einem Transkonduktanzverstärker (englisch: Transconductance-Amplifier (OTA)) der Fall ist, möglich.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann das im Vorherigen erwähnte vorgegebene Nutzfrequenzband eine obere Grenzfrequenz (beispielsweise eine obere 3 dB Grenzfrequenz) in einem Bereich von 10 kHz bis 50 MHz aufweisen.
7 zeigt ein Blockdiagramm eines Empfängers 700 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Der Empfänger 700 weist einen Mischer 701 und einen Strom-Spannungs-Wandler 100 auf. Anstelle des Strom-Spannungs-Wandlers 100 kann auch ein anderer Strom-Spannungs-Wandler gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Einsatz kommen (beispielsweise einer der Strom-Spannungs-Wandler 200, 300, 400 oder 600). Der Mischer 701 ist ausgebildet, um ein Empfangssignal 702 in ein Basisband herunterzumischen, um ein Basisbandsignal zu erhalten, und um das Basisbandsignal als das Stromsignal 101 dem Strom-Spannungs-Wandler 100 bereitzustellen. Wie bereits erwähnt, kann durch die Nutzung eines Strom-Spannungs-Wandlers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in dem Empfänger 700 der Empfänger 700 ohne Zwischenstufenfilter und mit einer niedrigen Versorgungsspannung realisiert werden. Der Empfänger 700 hat damit durch die Nutzung des Strom-Spannungs-Wandlers 100 oder eines anderen Strom-Spannungs-Wandlers gemäß einem Ausführungsbeispiel gegenüber konventionellen Empfängern den Vorteil, dass er mit einem geringeren Schaltungsaufwand und damit geringeren Materialkosten auskommt und mit einer niedrigeren Versorgungsspannung und damit einer niedrigeren Leistungsaufnahme arbeiten kann.
Wie bereits im Vorhergehenden erklärt, kann der Strom-Spannungs-Wandler 100 als ein Filter zweiter Ordnung wirken. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Empfänger 700 daher einen Filter zweiter Ordnung in dem Strom-Spannungs-Wandler 100 nach dem Mischer 701 verwenden, um einen filterfreien Niederspannungsentwurf zu ermöglichen.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann ein Ausgang des Mischers 701, an dem das Stromsignal 101 bereitgestellt wird, direkt mit dem Eingang der ersten aktiven Stufe des Strom-Spannungs-Wandlers 100 verbunden sein.
8 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 800 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 800 zur Bereitstellung eines Spannungssignals weist einen Schritt 801 des Empfangens eines Stromsignals an einem Eingang auf.
Weiterhin weist das Verfahren 800 einen Schritt 802 des aktiven Bereitstellens des Spannungssignals in Abhängigkeit von dem Stromsignal auf. Bei dem aktiven Bereitstellen 802 des Spannungssignals kann eine Tiefpassfilterung erster Ordnung erfolgen, so dass das Spannungssignal zumindest teilweise auf einer tiefpassgefilterten Version des Stromsignals basiert. Sowohl das Empfangen 801 des Stromsignals als auch das aktive Bereitstellen 802 des Spannungssignals können beispielsweise in einer der im Vorherigen erwähnten ersten aktiven Stufen eines der Strom-Spannungs-Wandler durchgeführt werden.
Weiterhin weist das Verfahren 800 einen Schritt 803 des aktiven Bereitstellens eines Rückkopplungssignals an den Eingang auf. Das Rückkopplungssignal wirkt frequenzselektiv einer Verstärkung von frequenzmäßig außerhalb eines vorgegebenen Nutzfrequenzbands liegenden Signalanteilen des Stromsignals entgegen. Das Rückkopplungssignal kann beispielsweise basierend auf dem Spannungssignal gebildet werden. Das aktive Bereitstellen 803 des Rückkopplungssignals kann beispielsweise in einer der im Vorherigen erwähnten zweiten aktiven Stufen der Strom-Spannungs-Wandler durchgeführt werden.
Das Verfahren 800 kann um alle Merkmale und Funktionalitäten ergänzt werden, die hierin in Bezug auf die Vorrichtungen beschrieben wurden.
9 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 900 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
Das Verfahren 900 zum Empfangen eines Empfangssignals weist einen Schritt 901 des Heruntermischens des Empfangssignals in ein Basisband, um ein Basisbandsignal zu erhalten und um das Basisbandsignal als ein Stromsignal zur Verfügung zu stellen, auf.
Weiterhin weist das Verfahren 900 einen Schritt 902 des Empfangens des Stromsignals an einem Eingang auf.
Weiterhin weist das Verfahren 903 einen Schritt des aktiven Bereitstellens eines Spannungssignals in Abhängigkeit von dem Stromsignal auf.
Weiterhin weist das Verfahren 900 einen Schritt 904 des aktiven Bereitstellens eines Rückkopplungssignals, das frequenzselektiv einer Verstärkung von frequenzmäßig außerhalb eines vorgegebenen Nutzfrequenzbands liegenden Signalanteilen des Stromsignals entgegenwirkt, an dem Eingang auf.
Im Folgenden sollen nun noch einmal einige Aspekte von Ausführungsbeispielen erläutert werden.
Einige Ausführungsbeispiele schaffen einen Empfänger, bei dem eine Schaltung zu dem ersten Pol nach dem Stromausgang des Mischers hinzugefügt wird, um eine Filterung zweiter Ordnung zu erzielen, bevor in den Spannungsbereich gegangen wird, um einen Empfänger ohne Zwischenstufenfilter mit einer niedrigen Versorgungsspannung zu ermöglichen.
Einige Ausführungsbeispiele verwenden ein Filter zweiter Ordnung in dem Strom-Spannungs-Wandler nach dem Mischer, um einen filterfreien Niederspannungsentwurf zu ermöglichen.
Einige Ausführungsbeispiele schaffen einen Strom-Spannungs-Wandler der Filterung zweiter Ordnung.
Einige weitere Ausführungsbeispiele schaffen eine Implementierung eines Strom-Spannungs-Wandlers der Filterung zweiter Ordnung.
Einige weitere Ausführungsbeispiele schaffen einen Empfänger mit einer niedrigen RX-Versorgungsspannung zusammen mit einem zwischenstufenfilterfreien RX-Entwurf.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem Verfahrensschritt oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.

Claims

Strom-Spannungs-Wandler (100, 200, 300, 400, 600) zum Bereitstellen eines Spannungssignals (102, 102a, 102b) basierend auf einem Stromsignal (101, 101a, 101b), mit folgenden Merkmalen: einer ersten aktiven Stufe (103, 203, 303, 403) mit einem Eingang (104, 204, 304, 404a, 404b) und einem Ausgang (105, 205, 305, 405a, 405b); wobei die erste aktive Stufe (103, 203, 303, 403) ausgebildet ist, um an ihrem Eingang (104, 204, 304, 404a, 404b) das Stromsignal (101, 101a, 101b) zu empfangen und an ihrem Ausgang (105, 205, 305, 405a, 405b) das Spannungssignal (102, 102a, 102b) bereitzustellen; und einer zweiten aktiven Stufe (106, 206, 306, 406), welche zwischen den Ausgang (105, 205, 305, 405a, 405b) der ersten aktiven Stufe (103, 203, 303, 403) und den Eingang (104, 204, 304, 404a, 404b) der ersten aktiven Stufe (103, 203, 303, 403) gekoppelt ist; wobei die zweite aktive Stufe (106, 206, 306, 406) ausgebildet ist, um an dem Eingang (104, 204, 304, 404a, 404b) der ersten aktiven Stufe (103, 203, 303, 403) ein Rückkopplungssignal (107, 107a, 107b) bereitzustellen, das frequenzselektiv einer Verstärkung durch die erste aktive Stufe (103, 203, 303, 403) von frequenzmäßig außerhalb eines vorgegebenen Nutzfrequenzbandes liegenden Signalanteilen des an dem Eingang (104, 204, 304, 404a, 404b) der ersten aktiven Stufe (103, 203, 303, 403) anliegenden Stromsignals (101, 101a, 101b) entgegenwirkt.
Strom-Spannungs-Wandler (200, 300, 400) gemäß Anspruch 1, bei dem die erste aktive Stufe (203, 303) und die zweite aktive Stufe (206, 306, 406) so ausgebildet sind, dass eine Gesamtübertragungsfunktion von dem Eingang (204, 304, 404a, 404b) der ersten aktiven Stufe (203, 303, 403) zu dem Ausgang (205, 305, 405a, 405b) der ersten aktiven Stufe (203, 303, 403) einer Tiefpassfilterübertragungsfunktion mit einer Ordnung größer als 1 entspricht.
Strom-Spannungs-Wandler (200, 300, 400, 600) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die erste aktive Stufe (203, 303, 403) ausgebildet ist, um als ein Tiefpassfilter zu wirken; wobei ein erster Übertragungspfad (210, 320, 420a, 420b) von dem Ausgang (205, 305, 405a, 405b) der ersten aktiven Stufe (203, 303, 403) zu einem Eingang (213, 313) eines aktiven Teils (211, 311, 411, 601a, 601b) der zweiten aktiven Stufe (206, 306, 406) eine erste Hochpassfiltercharakteristik aufweist, und ein zweiter Übertragungspfad (212, 321, 421a, 421b) von einem Ausgang (214, 314) des aktiven Teils (211, 311, 411, 601a, 601b) der zweiten aktiven Stufe (206, 306, 406) zu dem Eingang (204, 304, 404a, 404b) der ersten aktiven Stufe (203, 303, 403) eine zweite Hochpassfiltercharakteristik aufweist.
Strom-Spannungs-Wandler (200, 300, 400, 600) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die zweite aktive Stufe (206, 306) ausgebildet ist, um das Rückkopplungssignal (107, 107a, 107b) als ein dem empfangenen Stromsignal (101, 101a, 101b) entgegengerichtetes und auf dem Spannungssignal (102, 102a, 102b) an dem Ausgang (205, 305, 405a, 405b) der ersten aktiven Stufe (203, 303, 403) basierendes Rückkopplungsstromsignal bereitzustellen.
Strom-Spannungs-Wandler (300, 400, 600) gemäß Anspruch 4, bei dem die erste aktive Stufe (303, 403) ausgebildet ist, um als Rückkopplung einen Kompensationsstrom in ihren Eingang (304, 404a, 404b) einzuprägen, um ein Tiefpassfilter erster Ordnung zu bilden; wobei die zweite aktive Stufe (306, 406) ausgebildet ist, um das Rückkopplungsstromsignal so bereitzustellen, dass sich dieses zumindest außerhalb des Nutzfrequenzbands an dem Eingang (304, 404a, 404b) der ersten aktiven Stufe (303, 403) mit dem Kompensationsstrom überlagert, so dass eine Gesamtübertragungsfunktion von dem Eingang (304, 404a, 404b) der ersten aktiven Stufe (303, 403) zu dem Ausgang (305, 405a, 405b) der ersten aktiven Stufe (303, 403) eine Charakteristik eines Tiefpassfilters einer Ordnung größer als 1 aufweist.
Strom-Spannungs-Wandler (300, 400, 600) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die zweite aktive Stufe (306, 406) so ausgebildet ist, dass eine Verstärkung des an dem Ausgang (305, 405a, 405b) der ersten aktiven Stufe (303, 403) anliegenden Spannungssignals (102, 102a, 102b) mit steigender Frequenz des an dem Ausgang (305, 405a, 405b) der ersten aktiven Stufe (303, 403) anliegenden Spannungssignals (102, 102a, 102b) zunimmt.
Strom-Spannungs-Wandler (100, 200, 300, 400, 600) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem ein Eingangswiderstand an dem Eingang (104, 204, 304, 404a, 404b) der ersten aktiven Stufe (103, 203, 303, 403) in einem Bereich kleiner 100 Ohm für das vorgegebene Nutzfrequenzband ist.
Strom-Spannungs-Wandler (300, 600) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die erste aktive Stufe (303, 403) eine Operationsverstärkerstufe (303, 403) ist, welche mindestens einen mit dem Eingang (304, 404a, 404b) der Operationsverstärkerstufe (303, 403) und dem Ausgang (305, 405a, 405b) der Operationsverstärkerstufe (303, 403) verbundenen Operationsverstärker (322, 422, 622) aufweist; wobei eine Rückkopplung (323, 423a, 423b) des Operationsverstärkers (322, 422, 622) so ausgelegt ist, um an dem Eingang (304, 404a, 404b) der Operationsverstärkerstufe (303, 403) eine niedrige Impedanz bereitzustellen; und wobei die Rückkopplung (323, 423a, 423b) des Operationsverstärkers (322, 422, 622) ferner so ausgelegt ist, dass ein Anteil des empfangenen Stromsignals (101, 101a, 101b) durch das von der zweiten aktiven Stufe (306, 406) gelieferte Rückkopplungssignal (107, 107a, 107b) kompensiert wird, und dass, abgesehen von einem parasitären Eingangsstrom des Operationsverstärkers (322, 422, 622), nur ein nicht durch das von der zweiten aktiven Stufe (306, 406) gelieferte Rückkopplungssignal (107, 107a, 107b) kompensierter Restanteil des empfangenen Stromsignals (101, 101a, 101b) durch die Rückkopplung (323, 423a, 423b) des Operationsverstärkers (322, 422, 622) der ersten aktiven Stufe (303, 403) fließt.
Strom-Spannungs-Wandler (300, 400, 600) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die zweite aktive Stufe (303, 403) ein als spannungsgesteuerte Stromquelle wirkendes Verstärkerbauteil (311, 411, 601a, 601b) aufweist, welches ausgebildet ist, um das Rückkopplungssignal (107, 107a, 107b) als ein Rückkopplungsstromsignal basierend auf einer hochpassgefilterten Version des Spannungssignals (102, 102a, 102b) bereitzustellen.
Strom-Spannungs-Wandler (600) gemäß Anspruch 9, bei dem das als spannungsgesteuerte Stromquelle wirkende Verstärkerbauteil (601a, 601b) ein Transistor (601a, 601b) ist, wobei ein Steueranschluss des Transistors (601a, 601b) über einen ersten Übertragungspfad (420a, 420b) mit Hochpassfiltercharakteristik mit dem Ausgang (405a, 405b) der ersten aktiven Stufe (403) gekoppelt ist; wobei weiterhin ein Ausgangsanschluss des Transistors (601a, 601b) mit dem Eingang (404a, 404b) der ersten aktiven Stufe (403) gekoppelt ist, um zumindest einen Teil seines Ausgangsstroms zu dem Eingang (404a, 404b) der ersten aktiven Stufe (403) zurückzuführen.
Strom-Spannungs-Wandler (600) gemäß Anspruch 10, bei dem der Ausgangsanschluss des Transistors (601a, 601b) über einen zweiten Übertragungspfad (421a, 421b) mit Hochpassfiltercharakteristik mit dem Eingang (404a, 404b) der ersten aktiven Stufe (403) gekoppelt ist.
Strom-Spannungs-Wandler (300, 400, 600) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem der Ausgang (305, 405a, 405b) der ersten aktiven Stufe (303, 403) über zumindest einen Kopplungskondensator (320, 420a, 420b) mit einem Eingang (313, 427a, 427b) des als spannungsgesteuerte Stromquelle wirkenden Verstärkerbauteils (311, 411, 601a, 60Ib) gekoppelt ist; wobei ein Ausgang (314, 428a, 428b) des als spannungsgesteuerte Stromquelle wirkenden Verstärkerbauteils (311, 411, 601a, 601b) über zumindest einen Rückkopplungskondensator (321, 421a, 421b) mit dem Eingang (304, 404a, 404b) der ersten aktiven Stufe (303, 403) gekoppelt ist; und wobei eine Kapazität des zumindest einen Kopplungskondensators (320, 420a, 420b) um mindestens einen Faktor 2 kleiner ist als eine Kapazität des zumindest einen Rückkopplungskondensators (321, 421a, 421b).
Strom-Spannungs-Wandler (400, 600) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem das Stromsignal (101a, 101b) ein differentielles Signal ist, welches ein erstes Teilstromsignal (101a) und ein zweites Teilstromsignal (101b) aufweist; wobei die erste aktive Stufe (406) ausgebildet ist, um an ihrem Ausgang (405a, 405b) das Spannungssignal als ein differentielles Spannungssignal (102a, 102b) mit einem ersten Teilspannungssignal (102a) und einem zweiten Teilspannungssignal (102b) bereitzustellen; und wobei die zweite aktive Stufe (406) ausgebildet ist, um an dem Eingang (404a, 404b) der ersten aktiven Stufe (406) das Rückkopplungssignal als ein differentielles Rückkopplungssignal (107a, 107b) mit einem ersten Teilrückkopplungssignal (107a) und einem zweiten Teilrückkopplungssignal (107b) bereitzustellen.
Strom-Spannungs-Wandler (100, 200, 300, 400, 600) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem das vorgegebene Nutzfrequenzband eine obere Grenzfrequenz in einem Bereich von 10 kHz bis 50 MHz aufweist.
Verfahren (800) zur Bereitstellung eines Spannungssignals basierend auf einem Stromsignal mit den folgenden Schritten: Empfangen (801) des Stromsignals an einem Eingang; Aktives Bereitstellen (802) des Spannungssignals in Abhängigkeit von dem Stromsignal; und Aktives Bereitstellen (803) eines Rückkopplungssignals, das frequenzselektiv einer Verstärkung von frequenzmäßig außerhalb eines vorgegebenen Nutzfrequenzbands liegenden Signalanteilen des Stromsignals entgegenwirkt, an dem Eingang.
Ein Empfänger (700) mit folgenden Merkmalen: einem Mischer (701); einem Strom-Spannungs-Wandler (100, 200, 300, 400, 600) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14; wobei der Mischer (701) ausgebildet ist, um ein Empfangssignal (702) in ein Basisband herunterzumischen, um ein Basisbandsignal zu erhalten und, um das Basisbandsignal als das Stromsignal (101) dem Strom-Spannungs-Wandler (100, 200, 300, 400, 600) bereitzustellen.
Empfänger gemäß Anspruch 16, bei dem ein Ausgang des Mischers (701), an dem das Stromsignal (101) bereitgestellt wird, direkt mit dem Eingang (104, 204, 304, 404a, 404b) der ersten aktiven Stufe (103, 203, 303, 403) des Strom-Spannungs-Wandlers (100, 200, 300, 400, 600) verbunden ist.
Verfahren (900) zum Empfangen eines Empfangssignals, mit folgenden Schritten: Heruntermischen (901) eines Empfangssignals in ein Basisband, um ein Basisbandsignal zu erhalten und um das Basisbandsignal als ein Stromsignal bereitzustellen; Empfangen (902) des Stromsignals an einem Eingang eines Strom-Spannungs-Wandlers; aktives Bereitstellen (903) eines Spannungssignals in Abhängigkeit von dem empfangenen Stromsignal; und aktives Bereitstellen (904) eines Rückkopplungssignals, das frequenzselektiv einer Verstärkung von frequenzmäßig außerhalb eines vorgegebenen Nutzfrequenzbands liegenden Signalanteilen des Stromsignals entgegenwirkt, an dem Eingang des Strom-Spannungs-Wandlers.
Strom-Spannungs-Wandler (300, 400, 600) zum Bereitstellen eines Spannungssignals (102, 102a, 102b) basierend auf einem Stromsignal (101, 101a, 101b), mit folgenden Merkmalen: einer ersten aktiven Stufe (303, 403) mit einem Eingang (304, 404a, 404b) und einem Ausgang (305, 405a, 405b); und einer zweiten aktiven Stufe (306, 406), welche zwischen den Ausgang (305, 405a, 405b) der ersten aktiven Stufe (303, 403) und den Eingang (304, 404a, 404b) der ersten aktiven Stufe (303, 403) gekoppelt ist; wobei die erste aktive Stufe (303, 403) ausgebildet ist, um an ihrem Eingang (304, 404a, 404b) das Stromsignal (101, 101a, 101b) zu empfangen und an ihrem Ausgang (305, 405a, 405b) das Spannungssignal (102, 102a, 102b) bereitzustellen; wobei die zweite aktive Stufe (306, 406) ausgebildet ist, um an dem Eingang (304, 404a, 404b) der ersten aktiven Stufe (303, 403) ein Rückkopplungssignal (107, 107a, 107b) bereitzustellen, das frequenzselektiv einer Verstärkung durch die erste aktive Stufe (303, 403) von frequenzmäßig außerhalb eines vorgegebenen Nutzfrequenzbandes liegenden Signalanteilen des an dem Eingang (304, 404a, 404b) der ersten aktiven Stufe (303, 403) anliegenden Stromsignals (101, 101a, 101b) entgegenwirkt; wobei die erste aktive Stufe (303, 403) eine Operationsverstärkerstufe (303, 403) ist, welche mindestens einen mit dem Eingang (304, 404a, 404b) der Operationsverstärkerstufe (303, 403) und dem Ausgang (305, 405a, 405b) der Operationsverstärkerstufe (303, 403) verbundenen Operationsverstärker (322, 422, 622) aufweist; wobei eine Rückkopplung (323, 423a, 423b) des Operationsverstärkers (322, 422, 622) ausgelegt ist, um an dem Eingang (304, 404a, 404b) der Operationsverstärkerstufe (303, 403) eine niedrige Impedanz bereitzustellen; wobei die Rückkopplung (323, 423a, 423b) des Operationsverstärkers (322, 422, 622) ferner so ausgelegt ist, dass ein Anteil des empfangenen Stromsignals (101, 101a, 101b) durch das von der zweiten aktiven Stufe (306, 406) gelieferte Rückkopplungssignal (107, 107a, 107b) kompensiert wird, und dass, abgesehen von einem parasitären Eingangsstrom des Operationsverstärkers (322, 422, 622), nur ein nicht durch das von der zweiten aktiven Stufe (306, 406) gelieferte Rückkopplungssignal (107, 107a, 107b) kompensierter Restanteil des empfangenen Stromsignals (101, 101a, 101b) durch die Rückkopplung (323, 423a, 423b) des Operationsverstärkers (322, 422, 622) fließt; wobei die zweite aktive Stufe (303, 403) ein als spannungsgesteuerte Stromquelle wirkendes Verstärkerbauteil (311, 411, 601a, 601b) aufweist, welches ausgebildet ist, um das Rückkopplungssignal (107, 107a, 107b) als ein Rückkopplungsstromsignal basierend auf einer hochpassgefilterten Version des Spannungssignals (102, 102a, 102b) bereitzustellen; wobei eine Ausgangsimpedanz des als spannungsgesteuerte Stromquelle wirkenden Verstärkerbauteils (311, 411, 601a, 601b) zumindest um einen Faktor 100 größer ist, als eine Eingangsimpedanz an dem Eingang (304, 404a, 404b) der Operationsverstärkerstufe (303, 403); wobei der Ausgang (305, 405a, 405b) der Operationsverstärkerstufe (303, 403) über zumindest einen Kopplungskondensator (320, 420a, 420b) mit einem Eingang (313, 427a, 427b) des als spannungsgesteuerte Stromquelle wirkenden Verstärkerbauteils (311, 411, 601a, 601b) gekoppelt ist; wobei ein Ausgang (314, 428a, 428b) des als spannungsgesteuerte Stromquelle wirkenden Verstärkerbauteils (311, 411, 601a, 601b) über zumindest einen Rückkopplungskondensator (321, 421a, 421b) mit dem Eingang (304, 404a, 404b) der Operationsverstärkerstufe (303, 403) gekoppelt ist; wobei die Operationsverstärkerstufe (303, 403) ausgebildet ist, um als Rückkopplung einen Kompensationsstrom in ihren Eingang (304, 404a, 404b) einzuprägen, um ein Tiefpassfilter erster Ordnung zu bilden; und wobei die zweite aktive Stufe (306, 406) ausgebildet ist, um das Rückkopplungsstromsignal so bereitzustellen, dass sich dieses zumindest außerhalb des Nutzfrequenzbands an dem Eingang (304, 404a, 404b) der Operationsverstärkerstufe (303, 403) mit dem Kompensationsstrom überlagert, so dass eine Gesamtübertragungsfunktion von dem Eingang (304, 404a, 404b) der Operationsverstärkerstufe (303, 403) zu dem Ausgang (305, 405a, 405b) der Operationsverstärkerstufe (303, 403) eine Charakteristik eines Tiefpassfilters einer Ordnung größer als 1 aufweist.