DE102011052895A1

DE102011052895A1 - Digitale Wellenformsynthese

Info

Publication number: DE102011052895A1
Application number: DE201110052895
Authority: DE
Inventors: Michael Fulde; Franz Kuttner
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2010-08-24
Filing date: 2011-08-22
Publication date: 2012-03-01
Anticipated expiration: 2031-08-23
Also published as: US8676873B2; DE102011052895B4; US20120049904A1

Abstract

Eine Schaltung ist mit einer Vielzahl von Stromzellen versehen. Die Stromzellen umfassen jeweils eine Hauptstromquelle und eine Zusatzstromquelle, welche parallel geschaltet sind. Die Hauptstromquelle liefert einen Hauptstrom an einen Stromausgang (26-1, 26-2, 26-3, 26-4, 26-5, 26-6, 26-7) der Stromzelle, und die Zusatzstromquelle liefert einen Zusatzstrom an den Stromausgang (26-1, 26-2, 26-3, 26-4, 26-5, 26-6, 26-7) der Stromzelle. Die Hauptstromquellen sind gemäß einer ersten vordefinierten Wellenform gewichtet, und die Zusatzstromquellen sind gemäß einer zweiten vordefinierten Wellenform gewichtet, welche sich von der ersten vordefinierten Wellenform unterscheidet.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft Schaltungen und Verfahren zur digitalen Wellenformsynthese.
Im Zusammenhang mit der Synthese einer Sinuswellenform ist es bekannt, eine direkte digitale Frequenzsynthese zu verwenden, bei welcher eine Anzahl von gewichteten Stromzellen auf Basis eines digitalen Codesignals geschaltet werden. Die Leistungsfähigkeit eines entsprechenden Wellenformsynthesizers kann durch den störungsfreien Dynamikbereich (SFDR: „Spurious-Free Dynamic Range”) der erzeugten Sinuswelle bei einer bestimmten Frequenz definiert werden. Der SFDR ist typischerweise begrenzt durch eine begrenzte Ausgangsimpedanz von Stromquellen, welche in den Stromzellen des Wellenformsynthesizers verwendet werden. Die Auswirkung der begrenzten Ausgangsimpedanz ist, dass mit ansteigender Anzahl von aktivierten Stromzellen der Ausgangsstrom jeder Stromzelle ausgehend von ihrem Nominalwert abnimmt. Das Ausgangssignal des Wellenformsynthesizers weicht daher von einer idealen Sinuswellenform ab.
Folglich besteht ein Bedarf für Techniken, welche eine präzise digitale Wellenformsynthese ermöglichen. Aufgabe der Erfindung ist, diesem Bedarf gerecht zu werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden eine Schaltung gemäß Patentanspruch 1, ein digitaler Sinuswellenformsynthesizer gemäß Patentanspruch 16 und ein Verfahren gemäß Patentanspruch 19 bereitgestellt. Die abhängigen Patentansprüche definieren Weiterbildungen der Erfindung.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird somit eine Schaltung bereitgestellt, welche eine Vielzahl von Stromzellen umfasst. Jede der Stromzellen umfasst dabei eine Hauptstromquelle und eine Zusatzstromquelle, welche parallel mit einem Stromausgang der Stromzelle gekoppelt sind. Die Hauptstromquellen sind gemäß einer ersten vordefinierten Wellenform gewichtet. Die Zusatzstromquellen sind gemäß einer zweiten vordefinierten Wellenform gewichtet, welche sich von der ersten vordefinierten Wellenform unterscheidet. Beispielsweise kann die erste vordefinierte Wellenform eine Sinuswellenform sein, und die zweite vordefinierte Wellenform kann eine Sinus-Quadrat-Wellenform sein.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein digitaler Sinuswellenformsynthesizer bereitgestellt, welcher eine Vielzahl von Stromzellen umfasst. Dabei umfasst jede Stromzelle eine Hauptstromquelle und eine Zusatzstromquelle, welche parallel mit einem Stromausgang der Stromzelle gekoppelt sind. Weiterhin umfasst der Sinuswellenformsynthesizer einen Codegenerator, welcher dazu ausgestaltet ist, ein periodisches Codesignal zu erzeugen, um die Stromzellen selektiv zu aktivieren. Die Hauptstromquellen sind gemäß einer Sinuswellenform gewichtet, und die Zusatzstromquellen sind gemäß einer Sinus-Quadrat-Wellenform gewichtet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt. Bei dem Verfahren wird eine Vielzahl von Hauptströmen erzeugt, welche gemäß einer ersten vordefinierten Wellenform gewichtet sind. Für jeden der Hauptströme wird ein entsprechender Zusatzstrom erzeugt, wobei die Zusatzströme gemäß einer zweiten vordefinierten Wellenform gewichtet sind, welche sich von der ersten vordefinierten Wellenform unterscheidet. Jeder Hauptstrom wird mit dem entsprechenden Zusatzstrom kombiniert, um eine Vielzahl von Zellströmen zu erzeugen. Einer oder mehrere der Zellströme werden selektiv mit einem Signalausgang gekoppelt. Bei dem Verfahren kann beispielsweise die erste vordefinierte Wellenform eine Sinuswellenform sein, und die zweite vordefinierte Wellenform kann eine Sinus-Quadrat-Wellenform sein.
Weitere Merkmale von Ausführungsbeispielen der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen ersichtlich sein.
1 veranschaulicht schematisch eine Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 veranschaulicht schematisch eine Schaltung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3 veranschaulicht schematisch eine Stromzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4 veranschaulicht schematisch einen Wellenformsynthesizer gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
5 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
6 zeigt einen Vergleich eines Wellenformsignals, welches gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erzeugt ist, mit einem herkömmlichen Wellenformsignal.
7 zeigt einen Vergleich eines Frequenzspektrums eines Wellenformsignals, welches gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erzeugt ist, mit einem Frequenzspektrum eines herkömmlichen Wellenformsignals.
Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung detaillierter und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Es versteht sich, dass in der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen jegliche beschriebene oder in den Zeichnungen dargestellte direkte Verbindung oder Kopplung zwischen funktionalen Blöcken, Vorrichtungen oder Komponenten, Schaltungselementen oder anderen physikalischen oder funktionalen Einheiten auch durch eine indirekte Verbindung oder Kopplung implementiert sein könnte, d. h. eine Verbindung oder Kopplung, welche wenigstens ein Zwischenelement umfasst. Darüber hinaus versteht es sich, dass in den Zeichnungen dargestellte funktionale Blöcke oder Einheiten als separate Schaltungen implementiert sein können, jedoch auch vollständig oder teilweise in einer gemeinsamen Schaltung implementiert sein können. Mit anderen Worten bezweckt die Beschreibung von verschiedenen funktionalen Blöcken, ein klares Verständnis von verschiedenen in einer Vorrichtung vorgesehenen Funktionen zu ermöglichen, und ist nicht dahingehend zu verstehen, dass diese funktionalen Blöcke als separate funktionale Einheiten implementiert sein müssen. Beispielsweise können ein oder mehrere funktionale Blöcke implementiert werden, indem ein Prozessor mit geeignet ausgestaltetem Programmcode programmiert wird.
Es versteht sich auch, dass die Zeichnungen beigefügt sind, um eine Veranschaulichung von einigen Aspekten von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen und daher als lediglich schematisch zu betrachten sind. Insbesondere sind die in den Zeichnungen dargestellten Elemente nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander, und die Anordnung von verschiedenen Elementen und Zeichnungen ist gewählt, um ein klares Verständnis des jeweiligen Ausführungsbeispiels zu ermöglichen, und sind nicht dahingehend zu verstehen, dass sie notwendigerweise eine Darstellung der tatsächlichen relativen Positionen der veranschaulichten Strukturen sind.
Es versteht sich auch, dass die Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander geeignet kombiniert werden können. Andererseits ist die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Merkmalen nicht dahingehend zu verstehen, dass alle beschriebenen Merkmale notwendig sind, um die vorliegende Erfindung auszuführen. Zum Beispiel können andere Ausführungsbeispiele weniger Merkmale und/oder alternative Merkmale umfassen.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, welche sich auf eine digitale Erzeugung von Signalen in einem Wellenformsynthesizer beziehen. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Wellenformsynthesizer dazu ausgestaltet, ein Ausgangssignal mit einer Sinuswellenform zu erzeugen. Es versteht sich jedoch, dass die veranschaulichten Konzepte auch im Zusammenhang mit anderen Wellenformen angewendet werden können, z. B. einer Dreieckwellenform, einer Sägezahnwellenform oder dergleichen.
1 veranschaulicht schematisch eine Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Schaltung ist mit einer Anzahl von Stromzellen versehen, welche jeweils eine Hauptstromquelle und eine Zusatzstromzelle beinhalten. Die Hauptstromquellen beinhalten Transistoren 10-1, 10-2, 10-3, 10-4, 10-5, 10-6, 10-7. Die Zusatzstromzellen beinhalten Transistoren 20-1, 20-2, 20-3, 20-4, 20-5, 20-6, 20-7. Mit anderen Worten beinhaltet eine erste Stromzelle die Transistoren 10-1 und 20-1, eine zweite Stromzelle beinhaltet die Transistoren 10-2 und 20-2, eine dritte Stromzelle beinhaltet die Transistoren 10-3 und 20-3, eine vierte Stromzelle beinhaltet die Transistoren 10-4 und 20-4, eine fünfte Stromzelle beinhaltet die Transistoren 10-5 und 20-5, eine sechste Stromzelle beinhaltet die Transistoren 10-6 und 20-6, und eine siebte Stromzelle beinhaltet die Transistoren 10-7 und 20-7. Hierbei versteht es sich, dass die dargestellte Anzahl der Stromzellen lediglich beispielhaft ist, und dass Implementierungen in der Praxis eine kleinere oder eine größere Anzahl von Stromzellen beinhalten können. Zum Beispiel könnte bei einem Ausführungsbeispiel mit einer digitalen Steuerung von Stromzellen auf Basis von zehn Bit die Anzahl von Stromzellen 2¹⁰ = 1024 sein. Die Transistoren können als p-Kanal-Metall-Oxid-Halbleiter-Transistoren (PMOS-Transistoren) oder als n-Kanal-Metall-Oxid-Halbleiter-Transistoren (NMOS-Transistoren) implementiert sein. Bei typischen Implementierungen ist der Zusatzstrom einer Zusatzstromzelle kleiner als der Hauptstrom der entsprechenden Hauptstromquelle. Darüber hinaus versteht es sich, dass die Stromzellen weitere Komponenten beinhalten können, welche zusätzlich zu dem Transistor 10-1, 10-2, 10-3, 10-4, 10-5, 10-6, 10-7 der Hauptstromquelle und dem Transistor 20-1, 20-2, 20-3, 20-4, 20-5, 20-6, 20-7 der Zusatzstromquelle vorgesehen sind. Zum Beispiel könnten die Hauptstromquellen und/oder die Zusatzstromquellen Kaskodentransistoren beinhalten.
In jeder der Stromzellen ist die Zusatzstromquelle parallel zu der Hauptstromquelle geschaltet. Auf diese Weise wird ein Zusatzstrom, welcher von der Zusatzstromquelle erzeugt wird, zu einem Hauptstrom addiert, welcher von der Hauptstromquelle erzeugt wird, was an einem entsprechenden Stromausgangsknoten 26-1, 26-2, 26-3, 26-4, 26-5, 26-6, 26-7 der Stromzelle geschieht.
Darüber hinaus beinhaltet die Schaltung eine Vielzahl von Schaltern 25-1, 25-2, 25-3, 25-4, 25-5, 25-6, 25-7. Die Schalter 25-1, 25-2, 25-3, 25-4, 25-5, 25-6, 25-7 koppeln die Stromausgangsknoten 26-1, 26-2, 26-3, 26-4, 26-5, 26-6, 26-7 der einzelnen Stromzellen mit einem Signalausgang 60 der Schaltung. Folglich ermöglichen die Schalter 25-1, 25-2, 25-3, 25-4, 25-5, 25-6, 25-7, die Stromzellen selektiv mit dem Signalausgang 60 zu koppeln, wodurch eine oder mehrere der Stromzellen aktiviert werden. Die Schalter können unter Verwendung von Transistoren implementiert sein. Bei dem dargestellten Beispiel wird das selektive Koppeln der Stromzellen mit dem Signalausgang 60 auf Basis eines Thermometercodesignals (in 1 nicht dargestellt) gesteuert. Es versteht sich jedoch, dass auf andere Weise kodierte Signal ebenfalls verwendet werden könnten. Auf diese Weise wird an dem Signalausgang 60 ein Ausgangssignal erzeugt, welches Beiträge von einer ausgewählten Anzahl der Stromzellen beinhaltet. Abhängig von den mit dem Signalausgang 60 gekoppelten Stromzellen variiert der Signalwert an dem Signalausgang 60.
Weiterhin beinhaltet die Schaltung eine erste Biasquelle 30 für die Hauptstromquellen und eine zweite Biasquelle 35 für die Zusatzstromquellen. Die erste Biasquelle 30 liefert ein erstes Biassignal, welches Steuereingängen der Hauptstromquellen zugeführt wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird das erste Biassignal in Form einer ersten Biasspannung bereitgestellt und wird Gate-Anschlüssen der Transistoren 10-1, 10-2, 10-3, 10-4, 10-5, 10-6, 10-7 der Hauptstromquellen zugeführt. Auf ähnliche Weise liefert die zweite Biasquelle 35 ein zweites Biassignal an Steuereingänge der Zusatzstromquellen. Bei dem dargestellten Beispiel wird das zweite Biassignal in Form einer Biasspannung bereitgestellt und wird Gate-Anschlüssen der Transistoren 20-1, 20-2, 20-3, 20-4, 20-5, 20-6, 20-7 der Zuatzstromquellen zugeführt. Folglich werden die Hauptstromquellen mit demselben Biassignal, d. h. dem ersten Biassignal, betrieben, und die Zusatzstromquellen werden mit demselben Biassignal, d. h. dem zweiten Biassignal, betrieben. Die Größen der von den Hauptstromquellen erzeugten Hauptströme werden gemeinsam durch das erste Biassignal gesteuert. Die Größen der von den Zusatzstromquellen erzeugten Zusatzströme werden gemeinsam durch das zweite Biassignal gesteuert.
Bei der Schaltung von 1 sind die Hauptstromquellen gemäß einer ersten vordefinierten Wellenform gewichtet. Wenn z. B. die Schaltung zur Verwendung bei der Wellenformsynthese einer Sinuswellenform gedacht ist, können die Hauptstromquellen gemäß einer Sinuswellenform gewichtet sein. Dies bedeutet, dass der Hauptstrom, welcher von den verschiedenen Stromzellen erzeugt wird, in Abhängigkeit von einem Index der Stromzelle variiert. Die erste vordefinierte Wellenform bestimmt die relativen Größen der Hauptströme von verschiedenen Stromzellen. Das erste Biassignal bestimmt wiederum gemeinsam die Größen von allen Hauptströmen, ohne die relativen Größen zu ändern. Bei der Schaltung von 1 wird eine Gewichtung der Hauptstromquellen bewerkstelligt, indem die Transistoren 10-1, 10-2, 10-3, 10-4, 10-5, 10-6, 10-7 mit unterschiedlichen Transistorkanalbreiten versehen sind. Wenn z. B. die Stromzellen mit einem Index n zwischen 1 und N versehen sind, kann eine Gewichtung der Hauptstromquellen gemäß einer Sinuswellenform bewerkstelligt werden, indem die Transistoren 10-1, 10-2, 10-3, 10-4, 10-5, 10-6, 10-7 mit Breiten W_M versehen werden, welche gemäß W_M ∝ sin(n) variieren.
Die Zusatzstromquellen sind gemäß einer zweiten vordefinierten Wellenform gewichtet, welche sich von der ersten vordefinierten Wellenform unterscheidet. Wenn z. B. die Schaltung zur Verwendung bei einer Wellenformsynthese einer Sinuswellenform gedacht ist, können die Zusatzstromquellen gemäß einer Sinus-Quadrat-Wellenform gewichtet sein. Dies bedeutet, dass der Hauptstrom, welcher von den verschiedenen Stromzellen erzeugt wird, in Abhängigkeit von einem Index der Stromzelle variiert. Die zweite vordefinierte Wellenform bestimmt die relativen Größen der Zusatzströme von verschiedenen Stromzellen. Das zweite Biassignal steuert wiederum gemeinsam die Größen von allen Zusatzströmen, ohne die relativen Größen zu ändern. Bei der Schaltung von 1 wird die Gewichtung der Zusatzstromquellen bewerkstelligt, indem die Transistoren 20-1, 20-2, 20-3, 20-4, 20-5, 20-6, 20-7 mit unterschiedlichen Transistorkanalbreiten versehen werden. Wenn z. B. die Stromzellen mit einem Index n zwischen 1 und N versehen sind, kann eine Gewichtung der Zusatzstromquellen gemäß einer Sinus-Quadrat-Wellenform bewerkstelligt werden, indem die Transistoren 20-1, 20-2, 20-3, 20-4, 20-5, 20-6, 20-7 mit Breiten W_A versehen werden, welche gemäß W_A ∝ sin²(n) variieren.
Durch Bereitstellung der Zusatzstromquellen, welche gemäß der zweiten vordefinierten Wellenform gewichtet sind, wird ein codeabhängiger Strom zu dem Signalbeitrag der Hauptstromquellen addiert. Dieser codeabhängige Strom kann verwendet werden, um auf präzise Weise codeabhängige Variationen in den einzelnen von den Hauptstromquellen erzeugten Hauptströmen zu kompensieren. Das bedeutet, dass eine Verringerung der Hauptströme, die aufgrund einer endlichen Stromquellenimpedanz auftreten kann, wenn eine große Anzahl von Stromzellen aktiv ist, durch den zusätzlichen Beitrag der Zusatzstromquellen kompensiert werden kann.
2 veranschaulicht schematisch eine Schaltung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Schaltung von 2 ist allgemein ähnlich zu derjenigen von 1, und entsprechende Komponenten wurden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Die nachfolgende Beschreibung verzichtet daher auf eine wiederholte Beschreibung dieser Komponenten und konzentriert sich auf die Unterschiede zu der Schaltung von 1.
Es ist zu erkennen, dass bei der Schaltung von 2 die zweite Biasquelle 35 durch eine Steuerschaltung 40 ersetzt wurde. Die Steuerschaltung 40 wird mit einem Eingangssignal 50 gespeist und erzeugt, auf Grundlage des Eingangssignals 50, ein Steuersignal, welches den Steuereingängen der Zusatzstromquellen zugeführt ist. Auf diese Weise kann der Kompensationseffekt aufgrund des Beitrags der Zusatzstromquellen an bestimmte Betriebsbedingungen oder externe Parameter angepasst werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden die Stromzellen auf Basis eines periodischen Codesignals aktiviert, und das Eingangssignal 50 beinhaltet eine Frequenzinformation des periodischen Codesignals. Auf diese Weise kann die Kompensation den Effekt von parasitären Kapazitäten in den Stromquellen berücksichtigen. Solche parasitären Kapazitäten können eine Variation der Hauptströme oder Zusatzströme in Abhängigkeit der Frequenz bewirken.
3 veranschaulicht schematisch eine Schaltungsimplementierung einer Stromzelle, welche in den Schaltungen von 1 und 2 verwendet werden kann.
Wie dargestellt, beinhaltet die Stromzelle eine Hauptstromquelle 18 und eine Zusatzstromquelle 17. Die Hauptstromquelle 18 und die Zusatzstromquelle 17 sind parallel zwischen einen Stromausgangsknoten 11 und eine erste Versorgungsspannungsschiene gekoppelt. Bei dem dargestellten Beispiel entspricht die erste Versorgungsspannungsschiene einem Massepotenzial. Zusätzlich beinhaltet die Schaltungsimplementierung zwei differentielle Strompfade, welche zwischen den Stromausgangsknoten 11 und eine zweite Versorgungsspannungsschiene, bei dem dargestellten Beispiel VSS, d. h. entsprechend einer hohen Versorgungsspannung, gekoppelt sind. Der erste differentielle Strompfad beinhaltet einen Lastwiderstand 13 und einen Schalttransistor 15, welche in Reihe zwischen den Stromausgangsknoten 11 und die zweite Versorgungsspannungsschiene gekoppelt sind. Der zweite differentielle Strompfad beinhaltet einen Lastwiderstand 14 und einen Schalttransistor 16, welche in Reihe zwischen den Stromausgangsknoten 11 und die zweite Versorgungsspannungsschiene gekoppelt sind. Die Schalttransistoren 15, 16 können verwendet werden, um selektiv den Zellstrom, welcher durch die Summe des Hauptstroms der Hauptstromquelle und des Zusatzstroms der Zusatzstromquelle gebildet ist, entweder auf den ersten differentiellen Strompfad oder den zweiten differentiellen Strompfad zu leiten. Folglich haben die Schalttransistoren 15, 16 eine ähnliche Funktion wie die Schalter 25-1, 25-2, 25-3, 25-4, 25-5, 25-6, 25-7 von 1 und 2. Die Schalttransistoren 15, 16 können von komplementärem Typ sein. Zum Beispiel kann der Schaltransistor 15 vom NMOS-Typ sein und der Schaltransistor 16 kann vom PMOS-Typ sein oder umgekehrt.
Außerdem veranschaulicht 3 eine Stromquellenimpedanz 19. Die Stromquellenimpedanz 19 kann als durch einen Ausgangswiderstand der Stromquellen 17, 18, z. B. durch einen Drain-Source-Leitwert (GDS) des die Stromquelle bildenden Transistors, und eine parasitäre Kapazität gebildet angesehen werden. Die parasitäre Kapazität hat typischerweise den Effekt, dass der Zellstrom in Abhängigkeit von der Frequenz variiert. Dies kann durch die Steuerschaltung 40 von 2 berücksichtigt werden.
4 veranschaulicht schematisch einen Wellenformsynthesizer. Der Wellenformsynthesizer kann auf den Schaltungen basieren, wie sie im Zusammenhang mit 1–3 erläutert wurden. Der Wellenformsynthesizer kann dazu ausgestaltet sein, ein sinusförmiges Wellenformsignal WF zu erzeugen. Es könnten jedoch auch andere Wellenformen erzeugt werden.
Wie dargestellt beinhaltet der Wellenformsynthesizer einen Codegenerator 200 und eine Anordnung von Stromzellen 100. Außerdem beinhaltet der Wellenformsynthesizer eine Steuerschaltung 300.
Die Stromzellen 100 sind jeweils mit einer Hauptstromquelle und einer Zusatzstromquelle implementiert, wie es im Zusammenhang mit 1–3 erläutert wurde. Aufgrund der Gewichtung der Hauptstromquellen und der Zusatzstromquellen gemäß unterschiedlichen Wellenformen, können codeabhängige Variationen in dem an dem Ausgang der Stromzellen 100 erzeugten Wellenformsignal WF ausgeglichen werden.
Bei dem dargestellten Beispiel werden die Stromzellen 100 durch ein periodisches Thermometercodesignal TC selektiv aktiviert. Das Thermometercodesignal TC wird durch den Codegenerator 200 erzeugt. Zu diesem Zweck beinhaltet der Codegenerator 200 ein Summationsregister 220, ein Entweder/Oder-Register (XOR-Register) 240, und einen Kodierer 250. Das Summationsregister 220 wird mit einem Frequenzsignal FRQ gespeist, welches eine gewünschte Frequenz des erzeugten Wellenformsignals WF darstellt. Das XOR-Register 240 nimmt das Ausgangssignal des Summationsregisters 220 auf und führt sein Ausgangssignal dem Kodierer 250 zu. Der Kodierer 250 erzeugt dann das periodische Thermometercodesignal TC. Wenn das Summationsregister 220 und das XOR-Register 240 auf Grundlage von binärkodierten Signalen arbeiten, kann der Kodierer 250 das binärkodierte Ausgangssignal des XOR-Registers 240 in das Thermometercodesignal TC umkodieren. Das Summationsregister 220, das XOR-Register 240, der Kodierer 250 sowie die Stromzellen 100 sind weiterhin mit einem Taktsignal CLK gespeist. Das Summationsregister 220 arbeitet derart, dass es einen Inkrementierungswert, welcher durch das Frequenzsignal FRQ definiert ist, zu einem Rückkopplungssignal von dem Ausgang des Summationsregisters 220 addiert. Dies bewirkt, dass der Wert des Summationsregisters 220 mit jedem Taktzyklus des Taktsignals CLK sukzessiv ansteigt, bis es einen Maximalwert erreicht und zurückgesetzt wird. Auf diese Weise wird an dem Ausgang des Summationsregisters 220 ein sägezahnartiges digitales Signal erzeugt. Das XOR-Register 240 konvertiert das sägezahnartige digitale Signal in ein digitales Dreiecksignal. Der Kodierer 250 bewirkt eine Umkodierung des digitalen Dreiecksignals in das Thermometercodesignal TC. Bei einigen Ausführungsbeispielen können das Summationsregister 220 und das XOR-Register 240 derart implementiert sein, dass sie auf Basis von Thermometercodesignalen arbeiten. In diesem Fall kann der Kodierer 250 weggelassen werden oder an einer anderen Position vorgesehen sein. Durch selektive Aktivierung der Stromzellen 100 auf Grundlage des Thermometercodesignals TC wird das Wellenformsignal WF mit einer Wellenform, die durch die Gewichtung der Hauptstromquellen der Stromzellen 100 definiert ist, z. B. eine Sinuswellenform, und mit einer Frequenz, welche durch das Frequenzsignal FRQ definiert ist, erzeugt. Es versteht sich jedoch, dass andere Ausführungsbeispiele abweichende Implementierungen des Codegenerators 200 verwenden können.
Wie darüber hinaus dargestellt, wird das Frequenzsignal FRQ weiterhin der Steuerschaltung 300 zugeführt. Die Steuerschaltung 300 verarbeitet das Frequenzsignal FRQ, um ein Steuersignal zur gemeinsamen Steuerung der Größen von Zusatzströmen zu erzeugen, welche von den Zusatzstromquellen in den Stromzellen erzeugt werden. Mit anderen Worten hat die Steuerschaltung 300 ähnliche Funktionen wie die Steuerschaltung 40 von 2. Wenn zum Beispiel das Frequenzsignal FRQ eine erhöhte Frequenz anzeigt, kann die Steuerschaltung 300 das Steuersignal derart erzeugen, dass die Größen der Zusatzströme gemeinsam erhöht werden. Wenn hingegen das Frequenzsignal FRQ eine verringerte Frequenz anzeigt, kann die Steuerschaltung 300 das Steuersignal derart erzeugen, dass die Größen der Zusatzströme gemeinsam verringert werden.
Bei dem dargestellten Beispiel ist das Frequenzsignal FRQ ein digitales Signal, und die Zusatzstromquellen werden durch ein analoges Steuersignal gesteuert, z. B. eine Transistorbiasspannung wie in Zusammenhang mit 1 erläutert. Die Steuerschaltung beinhaltet daher einen Digital-Analog-Wandler (DAC: „Digital-to-Analog Converter”) 320. Der Digital-Analog-Wandler 320 ermöglicht, das digitale Frequenzsignal in das analoge Steuersignal zu konvertieren. Es versteht sich, dass die Steuerschaltung 300 weitere Komponenten beinhalten kann, welche nicht dargestellt wurden. Zum Beispiel könnte die Steuerschaltung 300 einen Prozessor oder dergleichen beinhalten, um das digitale Frequenzsignal FRQ zu verarbeiten, und der Digital-Analog-Wandler 320 könnte dann verwendet werden, um das verarbeitete digitale Frequenzsignal FRQ in das analoge Steuersignal zu konvertieren.
5 zeigt ein Flussdiagramm zur schematischen Veranschaulichung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Verfahren kann verwendet werden, um die oben beschrieben Konzepte zu implementieren, z. B. in einem Wellenformsynthesizer, wie er in 4 dargestellt ist.
Bei Schritt 510 werden Hauptströme erzeugt. Die Hauptströme sind gemäß einer ersten vordefinierten Wellenform gewichtet, z. B. gemäß einer Sinuswellenform. Die Hauptströme können durch Hauptstromquellen erzeugt werden, z. B. durch Transistoren mit unterschiedlichen Breiten implementiert, wie es im Zusammenhang mit 1 erläutert wurde.
Bei Schritt 520 werden Zusatzströme erzeugt. Die Zusatzströme sind gemäß einer zweiten vordefinierten Wellenform gewichtet, welche sich von der ersten vordefinierten Wellenform unterscheidet. Wenn zum Beispiel die erste vordefinierte Wellenform eine Sinuswellenform ist, kann die zweite vordefinierte Welleform eine Sinus-Quadrat-Wellenform sein. Die Zusatzströme können durch Zusatzstromquellen erzeugt werden, z. B. durch Transistoren mit unterschiedlichen Breiten implementiert, wie es im Zusammenhang mit 1 erläutert wurde.
Bei Schritt 530 werden Zellströme erzeugt, indem die Hauptströme und die entsprechenden Zusatzströme kombiniert werden. Auf diese Weise können Zellströme erzeugt werden, in welchen eine codeabhängige Variation durch den Beitrag der Zusatzströme kompensiert ist.
Bei Schritt 540 werden die Zellströme selektiv mit einem Signalausgang gekoppelt. Dies kann unter Steuerung durch ein periodisches Codesignal, z. B. ein periodisches Thermometercodesignal, bewerkstelligt werden.
6 zeigt beispielhafte Ausgangssignale von Schaltungen, welche gewichtete Stromzellen verwenden, um ein Ausgangssignal mit einer Sinuswellenform zu erzeugen. Spezieller vergleicht 6 ein Ausgangssignal, welches mit der hierin beschriebenen Kompensation durch Zusatzströme erzeugt wurde, bezeichnet durch C, mit einem Ausgangssignal, welches ohne Kompensation durch Zusatzströme erzeugt wurde, bezeichnet durch NC. Beide Ausgangssignale werden erzeugt, indem auf Basis eines Thermometercodes 1024 Stromzellen sukzessiv aktiviert werden. In 6 entspricht der Wert auf der Code-Achse der Anzahl aktivierten Stromzellen.
Wie zu erkennen, weicht mit ansteigendem Code-Wert, d. h. ansteigender Anzahl von aktivierten Stromzellen, das ohne Kompensation erzeugte Ausgangssignal zunehmend in Richtung niedrigerer Signalstärken von dem Ausgangssignal ab, welches mit Kompensation erzeugt wurde. Das mit Kompensation erzeugte Ausgangssignal stimmt wiederum gut mit der gewünschten Sinuswellenform überein.
7 zeigt beispielhafte Frequenzspektren von Ausgangssignalen von Schaltungen, welche gewichtete Stromzellen verwenden, um ein Ausgangssignal mit einer Sinuswellenform zu erzeugen. Spezieller vergleicht 7 ein Frequenzspektrum eines Ausgangssignals, welches mit der hierin beschriebenen Kompensation durch Zusatzströme erzeugt wurde (unterer Teil von 7, bezeichnet durch C) mit einem Frequenzspektrum eines Ausgangssignals, welches ohne Kompensation durch Zusatzströme erzeugt wurde (oberer Teil von 7, bezeichnet durch NC). In beiden Fällen werden die Ausgangssignale erzeugt, indem auf Basis eines periodischen Thermometercodesignals mit einer Frequenz von 500 MHz 1024 Stromzellen sukzessiv aktiviert werden.
Es ist zu erkennen, dass das Frequenzspektrum des ohne Kompensation erzeugten Ausgangssignals eine Spitze bei der gewünschten Frequenz von 500 MHz beinhaltet, jedoch auch störende Spitzen bei anderen Frequenzen, z. B. bei 10 MHz. Im Vergleich dazu ist das Frequenzspektrum des mit Kompensation erzeugten Ausgangssignals im Wesentlichen störungsfrei.
Es versteht sich, dass die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele lediglich als Beispiele für Implementierungen von Konzepten gemäß der vorliegenden Erfindung dienen, und dass diese Konzepte auf verschiedene Weisen angewendet werden können, welche nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt sind. Zum Beispiel können die Konzepte auf verschiedene Typen von Wellenformen angewendet werden, unter welchen die Sinuswellenform lediglich ein Beispiel ist. Auch könnten die Konzepte erweitert werden auf die Verwendung von einer oder mehr zusätzlichen Zusatzströmen in jeder Stromquelle. Die zusätzlichen Zusatzströme können dann gemäß weiteren unterschiedlichen vordefinierten Wellenformen gewichtet sein, um den Kompensationseffekt zu verfeinern. Darüber hinaus versteht es sich, dass die erzeugten Wellenformsignale in verschiedenen Anwendungen verwendet werden können, z. B. in Kommunikationsvorrichtungen, Empfängern, Sendern oder dergleichen. Zum Beispiel könnten die erzeugten Wellenformsignale als Trägersignale verwendet werden. Darüber hinaus versteht es sich, dass die Stromzellen auf differenzielle Weise implementiert sein könnten, z. B. wie in 1 dargestellt, oder auf einpolige Weise.

Claims

Schaltung, umfassend: eine Vielzahl von Stromzellen, wobei jede Stromzelle eine Hauptstromquelle (18) und eine Zusatzstromquelle (17) aufweist, welche parallel mit einem Stromausgang der Stromzelle gekoppelt sind, wobei die Hauptstromquellen (18) gemäß einer ersten vordefinierten Wellenform gewichtet sind, und wobei die Zusatzstromquellen (17) gemäß einer zweiten vordefinierten Wellenform gewichtet sind, welche sich von der ersten vordefinierten Wellenform unterscheidet.
Schaltung nach Anspruch 1, wobei die erste vordefinierte Wellenform eine Sinuswellenform ist.
Schaltung nach Anspruch 2, wobei die zweite vordefinierte Wellenform eine Sinus-Quadrat-Wellenform ist.
Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zusatzstromquellen (17) jeweils einen Steuereingang aufweisen, um einen jeweiligen durch die Zusatzstromquelle erzeugten Zusatzstrom zu steuern.
Schaltung nach Anspruch 4, umfassend: eine Steuerschaltung (40, 300), welche dazu ausgestaltet ist, ein den Steuereingängen der Zusatzstromquellen (17) zugeführtes Steuersignal zu erzeugen.
Schaltung nach Anspruch 5, wobei die Steuerschaltung (40, 300) einen Digital-Analog-Wandler (320) umfasst.
Schaltung nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Steuerschaltung (40, 300) dazu ausgestaltet ist, das Steuersignal auf Grundlage von an einem Frequenzeingang empfangenen Frequenzinformationen zu erzeugen.
Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: einen Codegenerator (200), welcher dazu ausgestaltet ist, ein Codesignal (TC) zur selektiven Aktivierung der Stromzellen (100) zu erzeugen.
Schaltung nach Anspruch 8, wobei der Codegenerator (200) dazu ausgestaltet ist, das Codesignal (TC) als thermometercodiertes Signal zu erzeugen.
Schaltung nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Codegenerator (200) dazu ausgestaltet ist, das Codesignal (TC) als periodisches Signal zu erzeugen.
Schaltung nach Anspruch 10, umfassend: eine Steuerschaltung (300), welche dazu ausgestaltet ist, ein Steuersignal zu erzeugen, welches Steuereingängen der Zusatzstromquellen (17) zugeführt ist, um einen jeweiligen von der Zusatzstromquelle (17) erzeugten Zusatzstrom zu steuern, wobei die Steuerschaltung (300) dazu ausgestaltet ist, das Steuersignal auf Grundlage einer Frequenz des periodischen Codesignals (TC) zu erzeugen.
Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der Hauptstromquellen (18) einen Transistor (10-1, 10-2, 10-3, 10-4, 10-5, 10-6, 10-7) umfasst und wobei die Transistoren (10-1, 10-2, 10-3, 10-4, 10-5, 10-6, 10-7) von unterschiedlichen Hauptstromquellen (18) mit unterschiedlichen Transistorkanalbreiten versehen sind, um die Gewichtung der Hauptstromquellen (18) gemäß der ersten vordefinierten Wellenform zu erhalten.
Schaltung nach Anspruch 12, wobei jede der Zusatzstromquellen (17) einen Transistor (20-1, 20-2, 20-3, 20-4, 20-5, 20-6, 20-7) umfasst, und wobei die Transistoren (20-1, 20-2, 20-3, 20-4, 20-5, 20-6, 20-7) von unterschiedlichen Zusatzstromquellen (17) mit unterschiedlichen Transistorkanalbreiten versehen sind, um die Gewichtung der Zusatzstromquellen (17) gemäß der zweiten vordefinierten Wellenform zu erhalten.
Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: eine Vielzahl von Schaltern (15, 16; 25-1, 25-2, 25-3, 25-4, 25-5, 25-6, 25-7), welche zwischen die Stromausgänge der Stromzellen und einen Wellenformausgang (60) der Schaltung gekoppelt sind.
Schaltung nach Anspruch 14, wobei die zweite vordefinierte Wellenform derart ausgewählt ist, dass Nichtlinearitäten eines an dem Wellenformausgang erzeugten Wellenformsignals kompensiert werden.
Digitaler Sinuswellenformsynthesizer, umfassend: eine Vielzahl von Stromzellen (100) wobei jede Stromzelle eine Hauptstromquelle (18) und eine Zusatzstromquelle (17) umfasst, welche parallel mit einem Stromausgang der Stromzelle gekoppelt sind, einen Codegenerator (200), welcher dazu ausgestaltet ist, ein periodisches Codesignal (TC) zur selektiven Aktivierung der Stromzellen (100) zu erzeugen, wobei die Hauptstromquellen (18) gemäß einer Sinuswellenform gewichtet sind, und wobei die Zusatzstromquellen (17) gemäß einer Sinus-Quadrat-Wellenform gewichtet sind.
Digitaler Sinuswellenformsynthesizer gemäß Anspruch 16, wobei der Codegenerator (200) einen Frequenzeingang zur Steuerung einer Frequenz des periodischen Codesignals (TC) umfasst, wobei jede der Zusatzstromquellen (17) einen Steuereingang zur Steuerung eines jeweiligen von der Zusatzstromquellen (17) erzeugten Zusatzstroms umfasst, und wobei eine Regelschleife zwischen dem Frequenzeingang des Codegenerators (200) und den Steuereingängen der Zusatzstromquellen (17) vorgesehen ist.
Digitaler Sinuswellenformsynthesizer nach Anspruch 17, wobei die Steuerschleife einen Digital-Analog-Wandler (320) umfasst.
Verfahren, umfassend: – Erzeugen einer Vielzahl von Hauptströmen, welche gemäß einer ersten vordefinierten Wellenform gewichtet sind, – für jeden Hauptstrom, Erzeugen eines entsprechenden Zusatzstroms, wobei die Zusatzströme gemäß einer zweiten vordefinierten Wellenform gewichtet sind, welche sich von der ersten vordefinierten Wellenform unterscheidet, und – Kombinieren des Hauptstroms mit dem entsprechenden Zusatzstrom, um eine Vielzahl von Zellströmen zu erzeugen, und selektives Koppeln eines oder mehrerer Zellströme mit einem Signalausgang.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die erste vordefinierte Wellenform eine Sinuswellenform ist.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei die zweite vordefinierte Wellenform eine Sinus-Quadrat-Wellenform ist.
Verfahren nach Anspruch 19, umfassend: – Erzeugen eines periodischen Codesignals, und – Steuern der selektiven Kopplung von einem oder mehreren Zellströmen mit dem Signalausgang auf Basis des periodischen Codesignals.
Verfahren nach Anspruch 22, umfassend: – Steuern der Zusatzströme auf Basis einer Frequenz des periodischen Codesignals.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, umfassend: – Erzeugen der gewichteten Hauptströme durch Transistoren mit unterschiedlichen Transistorkanalbreiten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19–24, umfassend: – Erzeugen der gewichteten Zusatzströme durch Transistoren mit unterschiedlichen Transistorkanalbreiten.