DE102011075796A1 - Mischerzelle, Modulator und Verfahren - Google Patents
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Abstract
Description
- Technisches Gebiet
- Ausführungsbeispiele schaffen eine Mischerzelle, die beispielsweise in einem Modulator (beispielsweise einen Polarmodulator oder einen Vektormodulator) Verwendung finden kann. Weitere Ausführungsbeispiele schaffen einen Modulator mit einer Mehrzahl solcher Mischerzellen.
- Hintergrund der Erfindung
- Moderne Sendearchitekturen und Mobilfunkchips verwenden Polarmodulatoren. Die Phase des modulierten RF-Signals wird über eine DPLL (Digital Phase Locked Loop-Digitale Phasenregelschleife) und die Amplitude mit einem Hochfrequenz DAC-Mischer (DAC-Digital to Analog Converter, Digital zu Analogwandler) moduliert. Ein grundsätzliches Problem im Polarmodulator ist, dass bei Nulldurchgängen im Konstellationsdiagramm Modulationsfehler entstehen bzw. das Modulationsspektrum aufgeweicht wird. Während des Nulldurchgangs im Konstellationsdiagramm ist ein Phasensprung von 180° notwendig, welcher von der DPLL nicht verarbeitet werden kann. Des Weiteren kann der HF-DAC nur positive Signale bereitstellen.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Ausführungsbeispiele schaffen eine Mischerzelle, die ausgebildet ist, um ein Datensignal mit einem Oszillatorsignal und einem Vorzeichensignal logisch zu kombinieren, um basierend auf der logischen Kombination ein Mischerzellenausgangssignal zu erhalten.
- Weitere Ausführungsbeispiele schaffen einen Modulator zum Bereitstellen eines Modulatorausgangssignals mit einer Mehrzahl von oben genannten Mischerzellen. Weiterhin weist der Modulator einen Oszillator auf, der ausgebildet ist, um jeder Mischerzelle aus der Mehrzahl von Mischerzellen ein Oszillatorsignal bereitzustellen. Ferner weist der Modulator einen Dekodierer auf, der ausgebildet ist, um basierend auf einer zu übertragenden Information jeder Mischerzelle aus der Mehrzahl von Mischerzellen ein Vorzeichensignal und ein Datensignal bereitzustellen. Die Mehrzahl der Mischerzellen sind so mit einander verschaltet, dass das Modulatorausgangssignal eine Überlagerung der Mischerzellenausgangssignale der Mehrzahl von Mischerzellen ist.
- Kurzbeschreibung der Figuren
- Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Es zeigen:
-
1 ein Blockschaltbild einer Mischerzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
2a ein Blockschaltbild einer möglichen Implementierung der Mischerzelle aus1 gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
2b eine mögliche Implementierung einer Stromquelle, wie sie bei dem in2a gezeigten Ausführungsbeispiel Verwendung finden kann; -
3 eine Simulation von Signalverläufen von Signalen der in2a gezeigten Mischerzelle; -
4 ein Blockschaltbild eines Modulators gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
5 ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel; und -
6 das zeitliche Ausgangssignal und das Ausgangsspektrum eines RF-DACs gemäß einem Ausführungsbeispiel. - Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
- Bevor im Folgenden Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Figuren detailliert beschrieben werden, wird darauf hingewiesen, dass gleiche Elemente oder Elemente gleicher Funktionen mit denselben Bezugszeichen versehen sind und deshalb auf eine wiederholte Beschreibung von Elementen, die mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, verzichtet wird. Beschreibungen von Elementen, die mit denselben Bezugszeichen versehen sind, sind daher untereinander austauschbar.
-
1 zeigt ein Blockschaltbild einer Mischerzelle100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Mischerzelle100 ist ausgebildet, um ein Datensignal101 mit einem Oszillatorsignal103 und einem Vorzeichensignal105 logisch zu kombinieren, um basierend auf der logischen Kombination ein Mischerzellenausgangssignal107 zu erhalten. - Es ist eine Idee von Ausführungsbeispielen, dass Modulationsfehler bei Nulldurchgängen im Konstellationsdiagramm bei einem Modulator (beispielsweise bei einem Polarmodulator) vermieden oder zumindest reduziert werden können, wenn in einer Mischerzelle eines solchen Modulators ein Mischerzellenausgangssignal dieser Mischerzelle auf einer logischen Kombination (wie beispielsweise einer digitalen Verknüpfung) des Datensignals und des Vorzeichensignals basiert. So wird beispielsweise ermöglicht, dass mit dem Vorzeichensignal
105 mit Hilfe der logischen Kombination bzw. digitalen Verknüpfung in der Mischerzelle100 die Polarität des Mischerausgangssignals107 gedreht wird, ohne dass dabei ein Phasensprung des Oszillatorsignals103 benötigt wird. Durch die logische Kombination des Datensignals101 mit dem Vorzeichensignal105 wird somit ermöglicht, dass eine DPPL, welche beispielsweise das Oszillatorsignal103 bereitstellt auch bei einem Nulldurchgang im Konstellationsdiagramm keinen Phasensprung von 180° an dem Oszillatorsignal103 ausführen muss, da der Wechsel des Vorzeichens bereits durch die Kombination des Datensignals101 mit dem Vorzeichensignal105 realisiert ist. Durch die logische Kombination des Datensignals101 mit dem Oszillatorsignal103 und dem Vorzeichensignal105 in einer Mischerzelle100 anstatt einer Umschaltung der Polarität des Oszillatorsignals103 , beispielsweise außerhalb der Mischerzelle100 lässt sich eine Nicht-Synchronität zwischen dem Datensignal101 und dem Vorzeichensignal105 vermeiden. - Beispielsweise kann in einem Modulator, bei Anwendung einer Mehrzahl von Mischerzellen
100 in diesem Modulator jede Mischerzelle dasselbe Vorzeichensignal105 sowie dasselbe Oszillatorsignal103 erhalten und dieses Oszillatorsignal103 und das Vorzeichensignal105 mit dem ihr dedizierten Datensignal101 logisch kombinieren, um ihr Mischerzellenausgangssignal zu erhalten. - Gemäß einigen Ausführungsbeispielen können das Datensignal
101 , das Oszillatorsignal103 und das Vorzeichensignal105 digitale Signale sein. Beispielsweise können diese digitalen Signale mit jeweils einem Bit dargestellt werden. Durch die Nutzung digitaler Signale und die logische Kombination dieser digitalen Signale wird eine hohe Synchronität des Oszillatorsignals103 , des Datensignals101 und des Vorzeichensignals105 erreicht, so dass das Modulatorausgangssignal107 eine hohe Genauigkeit aufweist. Des Weiteren lassen sich digitale Signale einfach realisieren und ein Nulldurchgang im Modulationsdiagramm lässt sich durch einfaches Umschalten des Vorzeichensignals105 , beispielsweise von einem „0”-Pegel zu einem „1”-Pegel realisieren. Dem Oszillatorsignal103 kann damit unabhängig von dem Vorzeichen eines digitalen Datenworts (von dem das Datensignal103 ein Bit darstellt) sein. - In einem Modulator, kann das Oszillatorsignal
103 ein phasenmoduliertes Digitalsignal sein, wobei Nulldurchgänge im Konstellationsdiagramm eines zu erzeugenden Ausgangssignals des Modulators nicht durch 180° Phasensprünge des Oszillatorsignals103 , sondern durch eine Umschaltung des Vorzeichensignals105 für die einzelnen Mischerzellen des Modulators realisiert sind. - Gemäß einigen Ausführungsbeispielen können das Datensignal
101 , das Oszillatorsignal103 und das Vorzeichensignal105 Spannungen sein und die Mischerzelle100 kann ausgebildet sein, um diese Signale als Spannungen zu empfangen. - Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann das von der Mischerzelle
100 bereitgestellte Ausgangssignal107 ein Strom sein. Mit anderen Worten kann die Mischerzelle100 ausgebildet sein, um das Mischerzelleausgangssignal107 als Strom bereitzustellen, beispielsweise als einen digitalen Strom, welcher in Abhängigkeit von dem Datensignal101 , dem Oszillatorsignal103 und dem Vorzeichensignal105 zwei verschiedene Werte (vergleichbar einem „0”-Pegel und einem „1”-Pegel, beispielsweise „Strom an”, „Strom aus”) annehmen kann. -
2a zeigt in einem Blockschaltbild eine Mischerzelle200 , als eine mögliche Implementierung der in1 gezeigten Mischerzelle100 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Die Mischerzelle200 ist ausgebildet, um ein Datensignal101 mit einem ersten Oszillatorsignal103 und einem Vorzeichensignal105 logisch zu kombinieren, um ein erstes Mischerzellenausgangssignal107 (auch bezeichnet als rf out) zu erhalten. Die Mischerzelle200 unterscheidet sich von der Mischerzelle100 dadurch, dass sie ferner ausgebildet ist, um das Datensignal101 mit einem zweiten Oszillatorsignal103' und dem Vorzeichensignal105 zu kombinieren, um ein zweites Mischerzellenausgangssignal107' (auch bezeichnet als rf outx) zu erhalten. Diese zweite logische Kombination des Datensignals101 mit dem zweiten Oszillatorsignal103' und dem Vorzeichensignal105 stellt lediglich eine optionale Möglichkeit dar, um ein zweites Mischerzellenausgangssignal107' zu erhalten, beispielsweise für eine differentielle Realisierung. Ausführungsbeispiele können daher auch nur ein Mischerzellenausgangsignal107 , basierend auf einer logischen Kombination des Datensignals101 mit einem Oszillatorsignal103 und dem Vorzeichensignal105 bereitstellen. Im Folgenden soll daher zuerst die logische Kombination des Datensignals101 mit dem ersten Oszillatorsignal103 und dem Vorzeichensignal105 , um das erste Mischerzellenausgangssignal107 zu erhalten, detailliert beschrieben werden. - Das Datensignal
101 , das Oszillatorsignal103 und das Vorzeichensignal105 bilden Eingangssignale der Mischerzelle200 und das Mischerzellenausgangssignal107 bildet ein Ausgangssignal der Mischerzelle200 . Die Mischerzelle200 ist ausgebildet, um mittels einer ersten logischen Kombination zwei seiner Eingangssignale (das Datensignal101 und das Oszillatorsignal103 ) zu kombinieren, und um mittels einer zweiten logischen Kombination ein Ergebnis201 der ersten logischen Kombination mit dem dritten Eingangssignal (dem Vorzeichensignal105 ) logisch zu kombinieren, um basierend auf einem Ergebnis203 , der zweiten logischen Kombination das Mischerzellenausgangssignal107 zu erhalten. In dem in2a gezeigten Ausführungsbeispiel ist die erste logische Kombination eine NAND-Verknüpfung und die zweite logische Kombination eine XOR-Verknüpfung. Die Mischerzelle200 ist daher ausgebildet, um das Oszillatorsignal103 mit dem Datensignal101 einer NAND-Verknüpfung zu unterziehen und um das Ergebnis201 dieser NAND-Verknüpfung mit dem Vorzeichensignal105 XOR zu verknüpfen, um das Mischerzellenausgangssignal107 , basierend auf dem Ergebnis203 dieser XOR-Verknüpfung zu erhalten. - Wie in
2a gezeigt, kann die Mischerzelle200 einen ersten Stromschalter205 aufweisen, wobei das Mischerzellenausgangssignal107 ein Strom entlang diesem ersten Stromschalter205 ist. Das Ergebnis203 bildet ein erstes Ansteuersignal203 für den ersten Stromschalter205 . Beispielsweise kann der erste Stromschalter205 in Abhängigkeit von einem Wert des Ansteuersignals203 geöffnet oder geschlossen werden, so dass in einem geöffneten Zustand des Stromschalters205 (beispielsweise bei einem „0”-Pegel des ersten Ansteuersignals203 ) kein Strom entlang dem Stromschalter205 fließt, und in einem geschlossenen Zustand des Stromschalters205 (beispielsweise bei einem „1”-Pegel des ersten Ansteuersignals203 ) ein Strom entlang dem Stromschalter205 fließt. Das erste Mischerzellenausgangssignal107 wird daher in dem geöffneten Zustand des Stromschalters105 einen „0”-Pegel aufweisen und in dem geschlossenen Zustand des Stromschalters205 einen „1”-Pegel aufweisen. - Zusammenfassend zeigt die Mischerzelle
200 eine erste Logikschaltung207 , welche ausgebildet ist, um, basierend auf einer logischen Kombination des Datensignals101 , mit dem ersten Oszillatorsignal103 und dem Vorzeichensignal105 das erste Ansteuersignal203 für den ersten Stromschalter205 bereitzustellen. - Die erste Logikschaltung
207 weist ein erstes NAND-Gatter209 auf. Ein erster Eingang des ersten NAND-Gatters209 ist mit einem ersten Eingang der Mischerzelle200 gekoppelt, an dem das erste Oszillatorsignal103 anlegbar ist. Ein zweiter Eingang des ersten NAND-Gatters209 ist mit einem zweiten Eingang der Mischerzelle200 gekoppelt, an dem das Datensignal101 anlegbar ist. Ferner weist die erste Logikschaltung207 ein XOR-Gatter211 auf. Ein erster Eingang des XOR-Gatters211 ist mit einem Ausgang des ersten NAND-Gatters209 gekoppelt, um das Ergebnis201 der NAND-Verknüpfung aus dem ersten Oszillatorsignal103 und dem Datensignal101 zu empfangen. Ein zweiter Eingang des XOR-Gatters211 ist mit einem dritten Eingang der Mischerzelle200 gekoppelt, an dem das Vorzeichensignal105 anlegbar ist. Ein Ausgang des ersten XOR-Gatters211 ist mit einem Steueranschluss des ersten Stromschalters205 gekoppelt (beispielsweise direkt verbunden) um dem Stromschalter205 das erste Ansteuersignal203 bereitzustellen. - In der vorliegenden Anmeldung wird unter einer Kopplung eine direkte niederohmige Kopplung und eine indirekte Kopplung mit einem oder mehreren dazwischen geschalteten Bauteilen verstanden, so dass ein Signal an einem zweiten Schaltungsknoten von einem Signal an einem ersten Schaltungsknoten, der mit dem zweiten Schaltungsknoten gekoppelt ist, abhängig ist. Mit anderen Worten können zwischen den zwei miteinander gekoppelten Anschlüssen weitere Bauelemente, insbesondere passive Bauelemente, wie beispielsweise Widerstände, oder Schallstrecken aktiver Bauelemente, wie beispielsweise von Schaltern oder Transistoren geschaltet sein. Bei miteinander gekoppelten Anschlüssen kann ein Bauteil zwischen diesen Anschlüssen geschaltet sein, muss aber nicht, so dass zwei miteinander gekoppelte Anschlüsse auch direkt (d. h. durch eine niederohmige leitende Verbindung) miteinander verbunden sein können.
- Weiterhin ist gemäß der vorliegenden Anmeldung ein erster Anschluss mit einem zweiten Anschluss direkt verbunden, wenn ein an dem zweiten Anschluss anliegendes Signal identisch einem an dem ersten Anschluss anliegenden Signal ist, wobei parasitäre Effekte oder geringfügige Verluste aufgrund von Leiterwiderständen außer Betracht bleiben sollen. Zwei direkt miteinander verbundene Anschlüsse sind daher typischerweise über Leiterbahnen oder Drähte verbunden ohne zusätzliche dazwischengeschaltete Bauteile.
- Gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann die erste Logikschaltung
207 das erste Ansteuersignal203 als Digitalsignal bereitstellen, beispielsweise so, dass in einem ersten Zustand des Ansteuersignals der erste Stromschalter205 nicht leitend ist und so, dass in einem zweiten Zustand des ersten Ansteuersignals203 , welcher verschieden zu dem ersten Zustand des ersten Ansteuersignals203 ist (beispielsweise komplementär zu diesem), der erste Stromschalter205 leitend ist. - Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann die Mischerzelle
200 eine Stromquelle213 (beispielsweise eine Konstantstromquelle213 aufweisen). Die Stromquelle kann beispielsweise einen positiven Strom (aus der Stromquelle heraus) oder einen negativen Strom (in die Stromquelle hinein) erzeugen. - Eine Schaltstrecke des ersten Stromschalters
205 kann dabei zwischen die Stromquelle213 und einem ersten Ausgang206 der Mischerzelle200 , an dem das erste Mischerzellenausgangssignal107 von der Mischerzelle200 bereitgestellt wird geschaltet sein. Der erste Stromschalter205 kann daher ausgebildet sein, um einen von der Stromquelle213 bereitgestellten Strom, in seinem leitenden Zustand als das erste Mischerzellenausgangssignal107 an dem ersten Ausgang206 der Mischerzelle200 bereitzustellen. - Wie in
2a gezeigt, kann der Stromschalter205 als ein Transistor realisiert sein, wobei ein Steueranschluss des Transistors mit dem Ausgang der ersten Logikschaltung207 (beispielsweise mit dem Ausgang des ersten XOR-Gatters211 ) gekoppelt ist. Die Schaltstrecke dieses ersten Stromschalters205 kann zwischen die Stromquelle213 sein und den ersten Ausgang206 der Mischerzelle200 gekoppelt sein. Beispielsweise kann ein Quellenanschluss des ersten Stromschalters205 mit der Stromquelle213 gekoppelt sein und ein Senkenanschluss des ersten Stromschalters205 mit dem ersten Ausgang206 der Mischerzelle200 gekoppelt sein. - Der erste Stromschalter
205 kann beispielsweise ein Feldeffekttransistor, ein Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) oder ein Bipolartransistor sein. - Ein Quellenanschluss eines Transistors kann beispielsweise ein Sourceanschluss oder ein Emitteranschluss des Transistors sein, ein Senkenanschluss kann beispielsweise ein Drain-Anschluss oder ein Kollektoranschluss des Transistors sein und ein Steueranschluss kann beispielsweise ein Gate-Anschluss- oder ein Basisanschluss des Transistors sein. Die Schaltstrecke eines solchen Transistors kann daher beispielsweise eine Drain-Source-Strecke des Transistors oder eine Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors bilden. Ein Haupttransistorstrom fließt dann typischerweise von dem Quellenanschluss zu dem Senkenanschluss bzw. umgekehrt.
- Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann der Stromschalter
205 aber auch mit anderen Schaltertypen, beispielsweise in Form von sogenannten Transmission-Gates (Übertragungsschaltern), Relais, oder MEMS-Schaltern (MEMS-Microelectromechanical system, Mikroelektro-mechanisches System) realisiert sein. - In manchen Anwendungsfällen ist es sinnvoll, ein differentielles Ausgangssignal zu erhalten. In diesem Fall kann, wie in
2a gezeigt, die Mischerzelle200 eine zweite Logikschaltung207' und einen zweiten Stromschalter205' aufweisen. Die zweite Logikschaltung207' in Verbindung mit dem zweiten Stromschalter205' sind ausgebildet, um das Datensignal101 mit dem zweiten Oszillatorsignal103' und dem Vorzeichensignal105 logisch zu kombinieren, um das zweite Mittelzellenausgangssignal107' bereitzustellen. Die zweite Logikschaltung207' kann analog zu der ersten Logikschaltung207 aufgebaut sein, mit dem Unterschied, dass sie anstatt dem ersten Oszillatorsignal103 das zweite Oszillatorsignal103' empfängt. Die beiden Oszillatorsignale103 ,103' können komplementär zueinander bereitgestellt werden, beispielsweise um 180° phasenverschoben. - Die zweite Logikschaltung
207' weist daher ein zweites NAND-Gatter209' auf und ein erster Eingang des zweiten NAND-Gatters209' ist mit dem zweiten Eingang der Mischerzelle200 gekoppelt, an dem das Datensignal101 bereitgestellt wird. Ein zweiter Eingang des zweiten NAND-Gatters209' ist mit einem vierten Eingang der Mischerzelle200 gekoppelt, an dem das zweite Oszillatorsignal103' bereitgestellt wird. Ferner weist die zweite Logikschaltung207' ein zweites XOR-Gatter211' auf. Ein erster Eingang des zweiten XOR-Gatters211' ist mit einem Ausgang des ersten NAND-Gatters209' gekoppelt, um ein Ergebnis201' aus der NAND-Verknüpfung des Datensignals101 mit dem zweiten Oszillatorsignal103' zu empfangen. Ein zweiter Eingang des zweiten XOR-Gatters211' ist mit dem dritten Eingang der Mischerzelle200 gekoppelt, an dem das Vorzeichensignal105 bereitgestellt wird. Ein Ausgang des zweiten XOR-Gatters211' und damit ein Ausgang der zweiten Logikschaltung207' ist mit einem Steueranschluss des zweiten Stromschalters205' gekoppelt, um dem zweiten Stromschalter205' ein zweites Ansteuersignal203' als Ergebnis der XOR-Verknüpfung des Vorzeichensignals105 mit dem Ergebnis201' aus der NAND-Verknüpfung des Datensignals101 mit dem zweiten Oszillatorsignal103' bereitzustellen. - Eine Schaltstrecke des zweiten Stromschalters
205' ist zwischen die Stromquelle213 und einen zweiten Ausgang206' der Mischerzelle200 geschaltet, an dem das zweite Mischerzellenausgangssignal107' bereitgestellt wird. Auch das zweite Mischerzellenausgangssignal207' kann von der Mischerzelle200 als Strom bereitgestellt werden. Die Stromschalter205 ,205' sind gemeinsam mit der Stromquelle213 gekoppelt, so dass (bei einer gleich gewählten nachgeschalteten Stufe für die beiden Stromschalter205 ,205' ) eine minimale und eine maximale Amplitude der Mischerzellenausgangssignale107 ,107' jeweils identische sein können. - Analog zu dem ersten Stromschalter
205 , kann auch der zweite Stromschalter205' als Transistor realisiert sein. - Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen können die beiden Stromschalter
205 ,205' identisch realisiert sein. - Die Mischerzelle
200 ist daher ausgebildet, um die logische Kombination des Datensignals101 , des Vorzeichensignals105 und des zweiten Oszillatorsignals103' zeitgleich mit der logischen Kombination des Datensignals101 mit dem ersten Oszillatorsignal102 und dem Vorzeichensignal105 durchzuführen. -
2b zeigt eine mögliche Implementierung der Stromquelle213 mit zwei hintereinander geschalteten Transistoren221 ,223 , Steueranschlüsse225 ,227 der beiden Transistoren221 ,223 sind mit einem gemeinsamen Steueranschluss der Stromquelle213 verbunden, an dem beispielsweise eine Steuerspannung vcurr anlegbar ist. Über die Steuerspannung vcurr kann ein von der Stromquelle213 bereitgestellter Strom I eingestellt werden. Dieser Strom I kann von den Stromschaltern205 ,205' der Mischerzelle200 als die Mischerausgangssignale107 ,107' bereitgestellt werden. -
3 zeigt eine Simulation von Signalverläufen, wie sie bei der in2a gezeigten Mischerzelle200 basierend auf dem angelegten Datensignal101 , den beiden Oszillatorsignalen103 ,103' und dem Vorzeichensignal105 auftreten können. Die zwei oberen Diagramme zeigen dabei die beiden Ansteuersignale203 ,203' für die beiden Stromschalter205 ,205' als Resultat der logischen Kombinationen, aus den in den unteren vier Diagrammen dargestellten Signalen101 ,103 ,103' ,105 . An der X-Achse ist dabei jeweils die Zeit in Nanosekunden eingetragen, während an der Y-Achse jeweils die Spannung in Volt eingetragen ist. - Es wird deutlich, dass sich mit einer Umkehr des Vorzeichens für das Datensignal
101 auch die Ansteuersignale203 ,203' umkehren. So weist beispielsweise das erste Ansteuersignal203 einen „1”-Pegel auf, wenn das Datensignal101 , das erste Oszillatorsignal103 sowie das Vorzeichensignal105 einen „1”-Pegel aufweisen. Dahingegen, weist das Ansteuersignal203 einen „0”-Pegel auf, wenn das Datensignal101 , und das Oszillatorsignal103 einen „1”-Pegel aufweisen und das Vorzeichensignal105 einen „0”-Pegel aufweist. - Die beiden Ansteuersignale
203 ,203' korrelieren direkt mit den Mischerzellenausgangssignalen107 ,107' , so kann beispielsweise das erste Mischerzellenausgangssignal107 einen „1”-Pegel aufweisen (d. h. es fließt ein Strom entlang der Schaltstrecke des ersten Stromschalters205 ), wenn das erste Ansteuersignal203 einen „1”-Pegel aufweist, dahingegen kann das erste Mischerzellenausgangssignal107 einen „0”-Pegel aufweisen (d. h. es fließt kein Strom entlang dem ersten Stromschalter205 ), wenn das erste Ansteuersignal203 einen „0”-Pegel aufweist. Analog gilt dies auch für das zweite Mischerzellenausgangssignal207' und das zweite Ansteuersignal203' . -
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Modulators400 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Modulator400 weist eine Mehrzahl von Mischerzellen200a –200n (wobei n eine beliebige natürliche Zahl ist) auf. Weiterhin weist der Modulator400 einen Oszillator401 auf, welcher ausgebildet ist, um jeder Mischerzelle aus der Mehrzahl von Mischerzellen200a –200n ein erstes Oszillatorsignal103 und ein zweites Oszillatorsignal103' bereitzustellen. Das erste Oszillatorsignal103 und das zweite Oszillatorsignal103' können beispielsweise invertiert zueinander sein. Weiterhin weist der Modulator400 einen Dekodierer auf, der ausgebildet ist, um basierend auf einer zu übertragenden Information419 jeder Mischerzelle aus der Mehrzahl von Mischerzellen ein Vorzeichensignal105 und ein Datensignal (beispielsweise das Datensignal101 ) bereitzustellen. Die Mehrzahl der Mischerzellen200a –200n sind so miteinander verschaltet, dass ein erstes Modulatorausgangssignal407 eine Überlagerung der ersten Mischerzellenausgangssignale (beispielsweise der Mischerzellenausgangssignale107 ) der Mehrzahl von Mischerzellen200a –200n ist. Ein zweites Modulatorausgangssignal407' ist eine Überlagerung der zweiten Mischerzellenausgangssignale der Mehrzahl von Mischerzellen200a –200n . Die in dem Modulator400 verwendeten Mischerzellen können beispielsweise jeweils identisch der in2a gezeigten Mischerzelle200 aufgebaut sein, d. h. jede der Mischerzellen empfängt ein ihr dediziertes Datensignal, von dem Dekodierer sowie das erste Oszillatorsignal103 , das zweite Oszillatorsignal103' und das Vorzeichensignal105 , um basierend auf logischen Kombinationen dieser empfangenen Signale ihre Mischerzellenausgangssignale107 ,107' bereitzustellen. - Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen, beispielsweise in einer nicht-differenziellen Anordnung, können weiterhin Mischerzellen Verwendung finden, die lediglich ein Oszillatorsignal empfangen und auch nur ein Mischerzellenausgangssignal bereitstellen, so dass von dem Modulator
400 auch nur ein Modulatorausgangssignal407 bereitgestellt wird. In diesem Fall kann der Oszillator401 auch nur ein Oszillatorsignal103 an die Mehrzahl von Mischerzellen bereitstellen. - Bei dem in
4 gezeigten Modulator400 weist der Dekodierer einen Spaltendekodierer403 und einen Zeilendekodierer405 auf, um jeder Mischerzelle200a –200n das erste Oszillatorsignal103 , das zweite Oszillatorsignal103' , das Vorzeichensignal105 und ein ihr zugeordnetes (dediziertes) Datensignal bereitzustellen. Der Dekodierer des Modulators400 kann weiterhin eine Logikschaltung409 aufweisen, welche basierend auf einem zu übertragenden Datenwort411 Steuersignale für den Zeilendekodierer405 und den Spaltendekodierer403 bereitstellt. - Erste Ausgänge der Mischerzellen
200a –200n können mit einem gemeinsamen Ausgangsknoten des Modulators400 verbunden sein, an dem das erste Modulatorausgangssignal407 bereitgestellt wird. Zweite Mischerzellenausgänge der Mischerzellen200a –200n können mit einem zweiten Modulatorausgangsknoten des Modulators400 verbunden sein, an dem das zweite Modulatorausgangssignal407' bereitgestellt wird. Der erste Modulatorausgangsknoten kann über eine erste Spule L1 mit einer Stromquelle413 des Modulators400 gekoppelt sein und der zweite Modulatorausgangsknoten kann über eine zweite Spule L2 mit der Stromquelle413 gekoppelt sein. - Der in
4 gezeigte Modulator400 kann beispielsweise ein Polarmodulator sein, d. h. der Oszillator401 ist ausgebildet, um eine Phase des Oszillatorsignals103 (und des zweiten Oszillatorsignals103' ) in Abhängigkeit von der zu übertragenden Information zu variieren. Beispielsweise kann der Oszillator401 ausgebildet sein, um ein Phaseneinstellsignal415 zu empfangen. - Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann der Modulator
400 einen QAM Dekodierer417 aufweisen, welcher ausgebildet ist, um basierend auf der zu übertragenden Information419 das Phaseneinstellsignal415 , das Vorzeichensignal105 und das Datenwort411 bereitzustellen. - In der in
4 gezeigten differenziellen Anordnung ist der Modulator400 ausgebildet, um ein differenzielles Ausgangssignal bereitzustellen (in Form einer Differenz zwischen dem ersten Modulatorausgangssignal407 und dem zweiten Modulatorausgangssignal407' ). Dieses differenzielle Ausgangssignal kann beispielsweise auf einen Antennenschaltkreis gegeben werden, um dieses mittels Funk zu übertragen. Dieses differenzielle Ausgangssignal kann beispielsweise ein QAM-moduliertes (Quadaraturamplituden-moduliertes) Signal sein. Im Gegensatz zu den Datensignalen für die einzelnen Mischerzellen200a –200n kann das Datenwort411 eine Vielzahl von Zuständen aufweisen und eine Amplitude des gewünschten differenziellen Ausgangssignals beschreiben. Diese Amplitude kann mit den Mischerzellen200a –200n durch Aufsummieren der Mischerzellenausgangssignale107 ,107' an den Modulatorausgangsknoten eingestellt werden. -
5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens500 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. - Das Verfahren
500 weist einen Schritt501 des logischen Kombinierens eines Datensignals mit einem Oszillatorsignal und einem Vorzeichensignal, um ein Mischerzellenausgangssignal zu erhalten, auf. Das Verfahren500 kann beispielsweise von der Mischerzelle100 oder der Mischerzelle200 oder einer weiteren Mischerzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel ausgeführt werden. - Optional kann das Verfahren
500 weiterhin einen Schritt503 aufweisen. Dieser optionale Schritt503 kann das logische Kombinieren des Datensignals mit einem weiteren Oszillatorsignal und dem Vorzeichensignal um ein weiteres Mischerzellenausgangssignal zu erhalten, umfassen. - Die Schritte
501 und503 können gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel zeitgleich durchgeführt werden. - Im Folgenden werden einige Aspekte von Ausführungsbeispielen zusammengefasst.
- Ausführungsbeispiele schaffen eine verteilte digitale RF-DAC-Mischerzelle mit einem Vorzeichensignal und einem Vorzeichenbit (Distributed Digital RF-DAC-Mixer-Cell with Sign Bit). Weitere Ausführungsbeispiele schaffen einen verteilten RF-DAC-Mischer (beispielsweise den Modulator
400 ). -
6 zeigt das zeitliche Ausgangssignal und das Ausgangsspektrum eines solchen RF-DACs als Simulationsergebnis mit einer Auflösung von 256 Bit und ein 1 GHz LO-Frequenz (Oszillatorfrequenz des Oszillatorsignals). - Weitere Ausführungsbeispiele schaffen einen RF-DAC oder einen Modulator (beispielsweise einen digitalen Vektormodulator, wie der Modulator
400 ) mit einem digitalen verteilten doppelsymmetrischen Mischer (RF-DAC or modulator with digital distributed double balanced mixer), wobei der digitale verteilte doppelsymmetrische Mischer des RF-DACs oder Modulators eine Mehrzahl von Mischerzellen (beispielsweise die Mischerzellen200a –200n ) gemäß Ausführungsbeispielen aufweist. Dieser digitale verteilte doppelsymmetrische Mischer hat den Vorteil, dass kein Biasstrom im Signalpfad benötigt wird bzw. vorliegt, und so auch keine Verfälschung des Signals (beispielsweise aufgrund eines schwankenden Biasstroms) auftreten kann. Zusammenfassend schaffen einige Ausführungsbeispiele einen digitalen Vektormodulator mit einem verteilten digitalen doppelsymmetrischen Mischer der ermöglicht, dass in dem Signalpfad des digitalen Vektormodulators kein Biasstrom benötigt wird. - Durch die Einfügung eines Vorzeichenbits und einer XOR Verknüpfung in den Mischerzellen des verteilten RF-DACs ist es möglich positive und negative Halbwellen des Datenworts zu verarbeiten. Das Problem des Nulldurchgangs im Konstellationsprogramm wird so gelöst. Die XOR-Verknüpfung erfolgt direkt mit dem LO-Signal (dem Oszillatorsignal) oder hinter der NAND-Verknüpfung für die Mischung der beiden Signale. Bei reduzierter Ausgangsleistung am Mischerausgang wird auch das Rauschen reduziert, weil die Stromquellen ausgeschaltet werden.
- Bei Ausführungsbeispielen wird mit dem Vorzeichenbit des digitalen Datenworts mit Hilfe einer digitalen Verknüpfung in einer Zelle des verteilten RF-DACs die Polarität des Ausgangssignals gedreht.
- Ausführungsbeispiele können mit Standardzellen realisiert werden, so können beispielsweise XOR Gatter und NAND Gatter mit Hilfe von Standardzellen realisiert werden.
- 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 oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
Claims (26)
- Mischerzelle (
100 ,200 ), die ausgebildet ist, um ein Datensignal (101 ) mit einem Oszillatorsignal (103 ,103' ) und einem Vorzeichensignal (105 ) logisch zu kombinieren, um basierend auf der logischen Kombination ein Mischerzellenausgangssignal (107 ,107' ) zu erhalten. - Mischerzelle (
100 ,200 ) gemäß Anspruch 1, wobei das Datensignal (101 ), das Oszillatorsignal (103 ,103' ) und das Vorzeichensignal (105 ) Eingangssignale der Mischerzelle (100 ,200 ) sind; und wobei die Mischerzelle (100 ,200 ) ausgebildet ist, um mittels einer ersten logischen Kombination zwei seiner Eingangssignale logisch zu kombinieren und um mittels einer zweiten logischen Kombination ein Ergebnis (201 ) der ersten logischen Kombination mit dem dritten Eingangssignal logisch zu kombinieren, um basierend auf einem Ergebnis (203 ) der zweiten logischen Kombination das Mischerzellenausgangssignal (107 ) zu erhalten. - Mischerzelle (
100 ,200 ) gemäß Anspruch 2, wobei die erste logische Kombination eine NAND-Verknüpfung (209 ) ist und die zweite logische Kombination eine XOR-Verknüpfung (211 ) ist oder wobei die erste logische Kombination eine XOR-Verknüpfung ist und die zweite logische Kombination eine NAND-Verknüpfung ist. - Mischerzelle (
200 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, die ausgebildet ist, um mittels einer ersten logischen Kombination das Oszillatorsignal (103 ) mit dem Datensignal (101 ) logisch zu kombinieren und um mittels einer zweiten logischen Kombination ein Ergebnis (201 ) der ersten logischen Kombination mit dem Vorzeichensignal (105 ) logisch zu kombinieren, um basierend auf einem Ergebnis (203 ) der zweiten logischen Kombination das Mischerzellenausgangssignal (107 ) zu erhalten. - Mischerzelle (
200 ) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die erste logische Kombination eine NAND-Verknüpfung (209 ) ist und die zweite logische Kombination eine XOR-Verknüpfung (211 ) ist. - Mischerzelle (
100 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, die ferner ausgebildet ist, um das Datensignal (101 ) und das Vorzeichensignal (105 ) mit einem weiteren Oszillatorsignal (103' ) logisch zu kombinieren, um ein weiteres Mischerzellenausgangssignal (107' ) zu erhalten. - Mischerzelle (
100 ) gemäß Anspruch 6, die ausgebildet ist, um die logische Kombination des Datensignals (101 ), des Vorzeichensignals (105 ) und des Oszillatorsignals (103 ) unabhängig von der logischen Kombination des Datensignals (101 ), des Vorzeichensignals (105 ) und des weiteren Oszillatorsignals (103' ) durchzuführen. - Mischerzelle (
200 ) gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, die ausgebildet ist, um die logische Kombination des Datensignals (101 ), des Vorzeichensignals (105 ) und des weiteren Oszillatorsignals (103' ) analog zu der logischen Kombination des Datensignals (101 ), des Vorzeichensignals (105 ) und des Oszillatorsignals (103 ) durchzuführen. - Mischerzelle (
200 ) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, die ausgebildet ist, um die logische Kombination des Datensignals (101 ), des Vorzeichensignals (105 ) und des Oszillatorsignals (103 ) zeitgleich zu der logischen Kombination des Datensignals (101 ), des Vorzeichensignals (105 ) und des weiteren Oszillatorsignals (103' ) durchzuführen. - Mischerzelle (
200 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, die eine Logikschaltung (207 ) und einen Stromschalter (205 ) aufweist; wobei die Logikschaltung (207 ) ausgebildet ist, um basierend auf der logischen Kombination des Datensignals (101 ), des Vorzeichensignals (105 ) und des Oszillatorsignals (103 ) ein Ansteuersignal (203 ) für den Stromschalter (205 ) bereitzustellen; und wobei das Mischerzellenausgangssignal (107 ) ein Strom entlang dem Stromschalter (205 ) ist. - Mischerzelle (
200 ) gemäß Anspruch 10, wobei die Logikschaltung (207 ) ausgebildet ist, um das Ansteuersignal (203 ) als Digitalsignal bereitzustellen. - Mischerzelle gemäß einem der Ansprüche 10 bis 11, wobei die Logikschaltung (
207 ) ausgebildet ist, das Ansteuersignal (203 ) so bereitzustellen, dass in einem ersten Zustand des Ansteuersignals (203 ) der Stromschalter (205 ) nichtleitend ist und so, dass in einem zweiten Zustand des Ansteuersignals (203 ), welcher verschieden zu dem ersten Zustand des Ansteuersignals (203 ) ist, der Stromschalter (205 ) leitend ist. - Mischerzelle (
200 ) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei eine Schaltstrecke des Stromschalters (205 ) zwischen einer Stromquelle (213 ) und einem Ausgang (206 ) der Mischerzelle (200 ), an dem das Mischerzellenausgangssignal (107 ) bereitgestellt wird, geschaltet ist; und wobei ein Steueranschluss des Stromschalters (205 ) mit einem Ausgang der Logikschaltung (207 ), an dem das Ansteuersignal (203 ) bereitgestellt wird, gekoppelt ist. - Mischerzelle gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, ferner aufweisend einen weiteren Stromschalter (
205' ) und eine weitere Logikschaltung (207' ); wobei die weitere Logikschaltung (207' ) ausgebildet ist, um eine logische Kombination des Datensignals (101 ), des Vorzeichensignals (105 ) und eines weiteren Oszillatorsignals (103' ) durchführen, um ein weiteres Ansteuersignal (203' ) für den weiteren Stromschalter (205' ) zu erhalten; und wobei die Mischerzelle (200 ) ausgebildet ist, um ein weiteres Mischerzellenausgangssignal (107' ), welches ein Strom entlang dem weiteren Stromschalter (205 ) ist, bereitzustellen. - Mischerzelle (
200 ) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei Stromschalter (205 ,205' ) der Mischerzelle (200 ) Transistoren sind. - Mischerzelle (
200 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, die ausgebildet ist, um das Datensignal (101 ), das Vorzeichensignal (105 ) und das Oszillatorsignal (103 ) als Digitalsignale zu empfangen. - Mischerzelle (
200 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, die ausgebildet ist, um das Datensignal (101 ), das Vorzeichensignal (105 ) und das Oszillatorsignal (103 ) als Spannungssignal zu empfangen. - Mischerzelle (
200 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, die ausgebildet ist, um das Mischerzellenausgangssignal (107 ) als Stromsignal bereitzustellen. - Schaltung mit: einer Mischerzelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18; und einem Oszillator, der ausgebildet ist, um das Oszillatorsignal (
103 ) und ein weiteres Oszillatorsignal (103' ) derart bereitzustellen, dass das weitere Oszillatorsignal (103' ) invertiert zu dem Oszillatorsignal (103 ) ist. - Mischerzelle (
200 ) mit folgenden Merkmalen: einem Datensignaleingang zum Empfangen eines Datensignals (101 ); einem ersten Oszillatorsignaleingang zum Empfangen eines ersten Oszillatorsignals (103 ); einem zweiten Oszillatorsignaleingang zum Empfangen eines zweiten Oszillatorsignals (103' ); einem Vorzeichensignaleingang zum Empfangen eines Vorzeichensignals (105 ); einem ersten Mischerzellenausgang (206 ) zum Bereitstellen eines ersten Mischerzellenausgangssignals (107 ); einem zweiten Mischerzellenausgang (206' ) zum Bereitstellen eines zweiten Mischerzellenausgangssignals (107' ); einem ersten NAND-Gatter (209 ) und einem zweiten NAND-Gatter (209' ); einem ersten XOR-Gatter (211 ) und einem zweiten XOR-Gatter (211' ); und einem ersten Stromschalter (205 ) und einem zweiten Stromschalter (205' ); wobei ein erster Eingang des ersten NAND-Gatters (209 ) mit dem ersten Oszillatorsignaleingang gekoppelt ist und ein zweiter Eingang des ersten NAND-Gatters (209 ) mit dem Datensignaleingang gekoppelt ist; wobei ein erster Eingang des zweiten NAND-Gatters (209' ) mit dem Datensignaleingang gekoppelt ist und ein zweiter Eingang des zweiten NAND-Gatters (209' ) mit dem weiteren Oszillatorsignaleingang gekoppelt ist; wobei ein erster Eingang des ersten XOR-Gatters (211 ) mit einem Ausgang des ersten NAND-Gatters (209 ) gekoppelt ist und ein zweiter Eingang des ersten XOR-Gatters (211 ) mit dem Vorzeichensignaleingang gekoppelt ist; wobei ein erster Eingang des zweiten XOR-Gatters (211' ) mit einem Ausgang des zweiten NAND-Gatters (209' ) gekoppelt ist und ein zweiter Eingang des zweiten XOR-Gatters (211' ) mit dem Vorzeichensignaleingang gekoppelt ist; wobei ein Ausgang des ersten XOR-Gatters (211 ) mit einem Steueranschluss des ersten Stromschalters (205 ) gekoppelt ist; wobei ein Ausgang des zweiten XOR-Gatters (211' ) mit einem Steueranschluss des zweiten Stromschalters (205' ) gekoppelt ist; wobei der erste Mischerzellenausgang (206 ) mit einer Schaltstrecke des ersten Stromschalters (205 ) gekoppelt ist; und wobei der zweite Mischerzellenausgang (206' ) mit einer Schaltstrecke des zweiten Stromschalters (205' ) gekoppelt ist. - Modulator (
400 ) zum Bereitstellen eines Modulatorausgangssignals (407 ), mit folgenden Merkmalen: einer Mehrzahl von Mischerzellen (200a –200n ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20, einem Oszillator (401 ), der ausgebildet ist, um jeder Mischerzelle aus der Mehrzahl von Mischerzellen (200a –200n ) ein Oszillatorsignal (103 ) bereitzustellen; und einem Dekodierer (403 ,405 ,409 ,417 ), der ausgebildet ist, um basierend auf einer zu übertragenden Information (419 ) jeder Mischerzelle aus der Mehrzahl von Mischerzellen (200a –200n ) ein Vorzeichensignal (105 ) und ein Datensignal (101 ) bereitzustellen; und wobei die Mehrzahl der Mischerzellen (200a –200n ) so miteinander verschaltet sind, dass das Modulatorausgangssignal (407 ) eine Überlagerung der Mischerzellenausgangssignale (107 ) der Mehrzahl von Mischerzellen (200a –200n ) ist. - Modulator (
400 ) gemäß Anspruch 21, wobei der Oszillator (401 ) ausgebildet ist, um eine Phase des Oszillatorsignals (103 ) in Abhängigkeit von der zu übertragenden Information (419 ) zu variieren. - Modulator gemäß einem der Ansprüche 21 bis 22, wobei der Oszillator (
401 ) ausgebildet ist, um jeder Mischerzelle aus der Mehrzahl von Mischerzellen (200a –200n ) dasselbe Oszillatorsignal (103 ) bereitzustellen. - Modulator (
400 ) gemäß einem der Ansprüche 21 bis 23, wobei der Dekodierer (403 ,405 ) ausgebildet ist, um jeder Mischerzelle aus der Mehrzahl von Mischerzellen (200a –200n ) dasselbe Vorzeichensignal (105 ) bereitzustellen und um jeder Mischerzelle ein der Mischerzelle zugeordnetes Datensignal bereitzustellen. - Modulator (
400 ) gemäß einem der Ansprüche 21 bis 24, der ferner ausgebildet ist, um ein weiteres Modulatorausgangssignal (407' ) bereitzustellen; wobei der Oszillator (401 ) ausgebildet ist, um jeder Mischerzelle aus der Mehrzahl von Mischerzellen (200a –200n ) ein weiteres Oszillatorsignal (103' ) bereitzustellen; wobei jede Mischerzelle aus der Mehrzahl von Mischerzellen ausgebildet ist, um ihr Datensignal mit dem weiteren Oszillatorsignal (103' ) und dem Vorzeichensignal (105 ) logisch zu kombinieren, um basierend auf dieser weiteren logischen Kombination ein weiteres Mischerzellenausgangssignal zu erhalten; und wobei die Mehrzahl der Mischerzellen (200a –200n ) so miteinander verschaltet sind, dass das weitere Modulatorausgangssignal (407' ) eine Überlagerung der weiteren Mischerzellenausgangssignale der Mehrzahl von Mischerzellen (200a –200n ) ist. - Verfahren (
500 ) zum Bereitstellen eines Mischerzellenausgangssignals mit dem folgenden Schritt: Logisches Kombinieren (501 ) eines Datensignals mit einem Oszillatorsignal und einem Vorzeichensignal, um das Mischerzellenausgangssignal zu erhalten.
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