DE102011122940B3

DE102011122940B3 - Modulator

Info

Publication number: DE102011122940B3
Application number: DE102011122940.3A
Authority: DE
Inventors: Markus Schimper; Martin Simon
Original assignee: Apple Inc
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2011-05-13
Filing date: 2011-05-13
Publication date: 2022-09-29
Anticipated expiration: 2031-05-14

Abstract

Modulator (400) zum Bereitstellen eines Modulatorausgangssignals (407), mit folgenden Merkmalen:einer Mehrzahl von Mischerzellen (200a-200n), wobei jede Mischerzelle der Mehrzahl von Mischerzellen (200a-200n) so konfiguriert ist, dass sie ein Datensignal (101) mit einem Oszillatorsignal (103, 103') und einem Vorzeichensignal (105) logisch kombiniert, um ein Mischerzellen-Ausgangssignal (107, 107') basierend auf der logischen Kombination zu erhalten;einem Oszillator (401), der ausgebildet ist, um jeder Mischerzelle aus der Mehrzahl von Mischerzellen (200a-200n) ein Oszillatorsignal (103, 103') bereitzustellen; undeinem Dekodierer, 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; undwobei 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.

Description

Technisches Gebiet
Ausführungsbeispiele schaffen einen Modulator mit einer Mehrzahl an 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
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 somit einander verschaltet, dass das Modulatorausgangssignal eine Oberlagerung der Mischerzellenausgangssignale der Mehrzahl von Mischerzellen ist.
WO 2008/133 489 A1 betrifft ein Digitales Front-End-Transceiversystem für ein Software-Funksystem, das Folgendes umfasst: ein Sendemodul, das so beschaffen ist, dass es digitale In-Phase-(I)- und Quadratur-(Q)-Kanäle im Basisband digital interpoliert, aufwärts konvertiert und kombiniert, um ein digitales Zwischenfrequenz-(ZF)-IQ-Signal zur Umwandlung in ein analoges ZF-IQ-Signal zur Übertragung zu bilden; und ein Empfängermodul, das so beschaffen ist, dass es ein empfangenes digitales ZF-IQ-Signal in digitale I- und Q-Kanäle im Basisband trennt, abwärts konvertiert und dezimiert. Die Sender- und Empfängermodule verwenden eine gemeinsame feste Abtast- und ZF-Umsetzungsrate fs, wobei fs ein Vierfaches der Bandbreite des Basisbandsignals ist, so dass das System in einem Software-Funksystem für eine drahtlose Kommunikationsanwendung mit beliebiger Basisbandbreite angewendet werden kann, indem die feste Abtastrate basierend auf der Basisband-Bandbreite ausgewählt wird.
US 2010 / 0 102 895 A1 betrifft Bit-Zellen eines magnetoresistiven Direktzugriffsspeichers (MRAM) mit Back-Gate-Vorspannung zur Verringerung oder Vermeidung von durch Source-Degeneration verursachten Schreibbetriebsfehlern.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Es zeigen:

1 ein Blockschaltbild einer beispielhaften Mischerzelle;
2a ein Blockschaltbild einer beispielhaften Implementierung der Mischerzelle aus 1;
2b eine mögliche Implementierung einer Stromquelle, wie sie bei dem in 2a gezeigten Ausführungsbeispiel Verwendung finden kann;
3 eine Simulation von Signalverläufen von Signalen der in 2a gezeigten Mischerzelle;
4 ein Blockschaltbild eines Modulators gemäß einem Ausführungsbeispiel;
5 ein Flussdiagramm eines Verfahrens; 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 Mischerzelle 100 gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel. Die Mischerzelle 100 ist ausgebildet, um ein Datensignal 101 mit einem Oszillatorsignal 103 und einem Vorzeichensignal 105 logisch zu kombinieren, um basierend auf der logischen Kombination ein Mischerzellenausgangssignal 107 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 Mischerzelle 100 die Polarität des Mischerausgangssignals 107 gedreht wird, ohne dass dabei ein Phasensprung des Oszillatorsignals 103 benötigt wird. Durch die logische Kombination des Datensignals 101 mit dem Vorzeichensignal 105 wird somit ermöglicht, dass eine DPPL, welche beispielsweise das Oszillatorsignal 103 bereitstellt auch bei einem Nulldurchgang im Konstellationsdiagramm keinen Phasensprung von 180° an dem Oszillatorsignal 103 ausführen muss, da der Wechsel des Vorzeichens bereits durch die Kombination des Datensignals 101 mit dem Vorzeichensignal 105 realisiert ist. Durch die logische Kombination des Datensignals 101 mit dem Oszillatorsignal 103 und dem Vorzeichensignal 105 in einer Mischerzelle 100 anstatt einer Umschaltung der Polarität des Oszillatorsignals 103, beispielsweise außerhalb der Mischerzelle 100 lässt sich eine Nicht-Synchronität zwischen dem Datensignal 101 und dem Vorzeichensignal 105 vermeiden.
Beispielsweise kann in einem Modulator, bei Anwendung einer Mehrzahl von Mischerzellen 100 in diesem Modulator jede Mischerzelle dasselbe Vorzeichensignal 105 sowie dasselbe Oszillatorsignal 103 erhalten und dieses Oszillatorsignal 103 und das Vorzeichensignal 105 mit dem ihr dedizierten Datensignal 101 logisch kombinieren, um ihr Mischerzellenausgangssignal zu erhalten.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen können das Datensignal 101, das Oszillatorsignal 103 und das Vorzeichensignal 105 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 Oszillatorsignals 103, des Datensignals 101 und des Vorzeichensignals 105 erreicht, so dass das Modulatorausgangssignal 107 eine hohe Genauigkeit aufweist. Des Weiteren lassen sich digitale Signale einfach realisieren und ein Nulldurchgang im Modulationsdiagramm lässt sich durch einfaches Umschalten des Vorzeichensignals 105, beispielsweise von einem „O“-Pegel zu einem „1“-Pegel realisieren. Dem Oszillatorsignal 103 kann damit unabhängig von dem Vorzeichen eines digitalen Datenworts (von dem das Datensignal 103 ein Bit darstellt) sein.
In einem Modulator, kann das Oszillatorsignal 103 ein phasen-moduliertes Digitalsignal sein, wobei Nulldurchgänge im Konstellationsdiagramm eines zu erzeugenden Ausgangssignals des Modulators nicht durch 180° Phasensprünge des Oszillatorsignals 103, sondern durch eine Umschaltung des Vorzeichensignals 105 für die einzelnen Mischerzellen des Modulators realisiert sind.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen können das Datensignal 101, das Oszillatorsignal 103 und das Vorzeichensignal 105 Spannungen sein und die Mischerzelle 100 kann ausgebildet sein, um diese Signale als Spannungen zu empfangen.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen des Modulator kann das von der Mischerzelle 100 bereitgestellte Ausgangssignal 107 ein Strom sein. Mit anderen Worten kann die Mischerzelle 100 ausgebildet sein, um das Mischerzelleausgangssignal 107 als Strom bereitzustellen, beispielsweise als einen digitalen Strom, welcher in Abhängigkeit von dem Datensignal 101, dem Oszillatorsignal 103 und dem Vorzeichensignal 105 zwei verschiedene Werte (vergleichbar einem „0“-Pegel und einem „1“-Pegel, beispielsweise „Strom an“, „Strom aus“) annehmen kann.
2a zeigt in einem Blockschaltbild eine Mischerzelle 200, als eine mögliche Implementierung der in 1 gezeigten Mischerzelle. Die Mischerzelle 200 ist ausgebildet, um ein Datensignal 101 mit einem ersten Oszillatorsignal 103 und einem Vorzeichensignal 105 logisch zu kombinieren, um ein erstes Mischerzellenausgangssignal 107 (auch bezeichnet als rf_out) zu erhalten. Die Mischerzelle 200 unterscheidet sich von der Mischerzelle 100 dadurch, dass sie ferner ausgebildet ist, um das Datensignal 101 mit einem zweiten Oszillatorsignal 103' und dem Vorzeichensignal 105 zu kombinieren, um ein zweites Mischerzellenausgangssignal 107' (auch bezeichnet als rf outx) zu erhalten. Diese zweite logische Kombination des Datensignals 101 mit dem zweiten Oszillatorsignal 103' und dem Vorzeichensignal 105 stellt lediglich eine optionale Möglichkeit dar, um ein zweites Mischerzellenausgangssignal 107' zu erhalten, beispielsweise für eine differentielle Realisierung. Ausführungsbeispiele können daher auch nur ein Mischerzellenausgangsignal 107, basierend auf einer logischen Kombination des Datensignals 101 mit einem Oszillatorsignal 103 und dem Vorzeichensignal 105 bereitstellen. Im Folgenden soll daher zuerst die logische Kombination des Datensignals 101 mit dem ersten Oszillatorsignal 103 und dem Vorzeichensignal 105, um das erste Mischerzellenausgangssignal 107 zu erhalten, detailliert beschrieben werden.
Das Datensignal 101, das Oszillatorsignal 103 und das Vorzeichensignal 105 bilden Eingangssignale der Mischerzelle 200 und das Mischerzellenausgangssignal 107 bildet ein Ausgangssignal der Mischerzelle 200. Die Mischerzelle 200 ist ausgebildet, um mittels einer ersten logischen Kombination zwei seiner Eingangssignale (das Datensignal 101 und das Oszillatorsignal 103) zu kombinieren, und um mittels einer zweiten logischen Kombination ein Ergebnis 201 der ersten logischen Kombination mit dem dritten Eingangssignal (dem Vorzeichensignal 105) logisch zu kombinieren, um basierend auf einem Ergebnis 203, der zweiten logischen Kombination das Mischerzellenausgangssignal 107 zu erhalten. In dem in 2a gezeigten Ausführungsbeispiel ist die erste logische Kombination eine NAND-Verknüpfung und die zweite logische Kombination eine XOR-Verknüpfung. Die Mischerzelle 200 ist daher ausgebildet, um das Oszillatorsignal 103 mit dem Datensignal 101 einer NAND-Verknüpfung zu unterziehen und um das Ergebnis 201 dieser NAND-Verknüpfung mit dem Vorzeichensignal 105 XOR zu verknüpfen, um das Mischerzellenausgangssignal 107, basierend auf dem Ergebnis 203 dieser XOR-Verknüpfung zu erhalten.
Wie in 2a gezeigt, kann die Mischerzelle 200 einen ersten Stromschalter 205 aufweisen, wobei das Mischerzellenausgangssignal 107 ein Strom entlang diesem ersten Stromschalter 205 ist. Das Ergebnis 203 bildet ein erstes Ansteuersignal 203 für den ersten Stromschalter 205. Beispielsweise kann der erste Stromschalter 205 in Abhängigkeit von einem Wert des Ansteuersignals 203 geöffnet oder geschlossen werden, so dass in einem geöffneten Zustand des Stromschalters 205 (beispielsweise bei einem „0“-Pegel des ersten Ansteuersignals 203) kein Strom entlang dem Stromschalter 205 fließt, und in einem geschlossenen Zustand des Stromschalters 205 (beispielsweise bei einem „1“-Pegel des ersten Ansteuersignals 203) ein Strom entlang dem Stromschalter 205 fließt. Das erste Mischerzellenausgangssignal 107 wird daher in dem geöffneten Zustand des Stromschalters 105 einen „0“-Pegel aufweisen und in dem geschlossenen Zustand des Stromschalters 205 einen „1“-Pegel aufweisen.
Zusammenfassend zeigt die Mischerzelle 200 eine erste Logik-schaltung 207, welche ausgebildet ist, um, basierend auf einer logischen Kombination des Datensignals 101, mit dem ersten Oszillatorsignal 103 und dem Vorzeichensignal 105 das erste Ansteuersignal 203 für den ersten Stromschalter 205 bereitzustellen.
Die erste Logikschaltung 207 weist ein erstes NAND-Gatter 209 auf. Ein erster Eingang des ersten NAND-Gatters 209 ist mit einem ersten Eingang der Mischerzelle 200 gekoppelt, an dem das erste Oszillatorsignal 103 anlegbar ist. Ein zweiter Eingang des ersten NAND-Gatters 209 ist mit einem zweiten Eingang der Mischerzelle 200 gekoppelt, an dem das Datensignal 101 anlegbar ist. Ferner weist die erste Logikschaltung 207 ein XOR-Gatter 211 auf. Ein erster Eingang des XOR-Gatters 211 ist mit einem Ausgang des ersten NAND-Gatters 209 gekoppelt, um das Ergebnis 201 der NAND-Verknüpfung aus dem ersten Oszillatorsignal 103 und dem Datensignal 101 zu empfangen. Ein zweiter Eingang des XOR-Gatters 211 ist mit einem dritten Eingang der Mischerzelle 200 gekoppelt, an dem das Vorzeichensignal 105 anlegbar ist. Ein Ausgang des ersten XOR-Gatters 211 ist mit einem Steueranschluss des ersten Stromschalters 205 gekoppelt (beispielsweise direkt verbunden) um dem Stromschalter 205 das erste Ansteuersignal 203 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 Ansteuersignal 203 als Digitalsignal bereitstellen, beispielsweise so, dass in einem ersten Zustand des Ansteuersignals der erste Stromschalter 205 nicht leitend ist und so, dass in einem zweiten Zustand des ersten Ansteuersignals 203, welcher verschieden zu dem ersten Zustand des ersten Ansteuersignals 203 ist (beispielsweise komplementär zu diesem), der erste Stromschalter 205 leitend ist.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann die Mischerzelle 200 eine Stromquelle 213 (beispielsweise eine Konstantstromquelle 213 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 Stromquelle 213 und einem ersten Ausgang 206 der Mischerzelle 200, an dem das erste Mischerzellenausgangssignal 107 von der Mischerzelle 200 bereitgestellt wird geschaltet sein. Der erste Stromschalter 205 kann daher ausgebildet sein, um einen von der Stromquelle 213 bereitgestellten Strom, in seinem leitenden Zustand als das erste Mischerzellenausgangssignal 107 an dem ersten Ausgang 206 der Mischerzelle 200 bereitzustellen.
Wie in 2a gezeigt, kann der Stromschalter 205 als ein Transistor realisiert sein, wobei ein Steueranschluss des Transistors mit dem Ausgang der ersten Logikschaltung 207 (beispielsweise mit dem Ausgang des ersten XOR-Gatters 211) gekoppelt ist. Die Schaltstrecke dieses ersten Stromschalters 205 kann zwischen die Stromquelle 213 sein und den ersten Ausgang 206 der Mischerzelle 200 gekoppelt sein. Beispielsweise kann ein Quellenanschluss des ersten Stromschalters 205 mit der Stromquelle 213 gekoppelt sein und ein Senkenanschluss des ersten Stromschalters 205 mit dem ersten Ausgang 206 der Mischerzelle 200 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 Microelectromechanicalsystem, 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 Mischerzelle 200 eine zweite Logikschaltung 207' und einen zweiten Stromschalter 205' aufweisen. Die zweite Logikschaltung 207' in Verbindung mit dem zweiten Stromschalter 205' sind ausgebildet, um das Datensignal 101 mit dem zweiten Oszillatorsignal 103' und dem Vorzeichensignal 105 logisch zu kombinieren, um das zweite Mittelzellenausgangssignal 107' bereitzustellen. Die zweite Logikschaltung 207' kann analog zu der ersten Logikschaltung 207 aufgebaut sein, mit dem Unterschied, dass sie anstatt dem ersten Oszillatorsignal 103 das zweite Oszillatorsignal 103' empfängt. Die beiden Oszillatorsignale 103, 103' können komplementär zueinander bereitgestellt werden, beispielsweise um 180° phasenverschoben.
Die zweite Logikschaltung 207' weist daher ein zweites NAND-Gatter 209' auf und ein erster Eingang des zweiten NAND-Gatters 209' ist mit dem zweiten Eingang der Mischerzelle 200 gekoppelt, an dem das Datensignal 101 bereitgestellt wird. Ein zweiter Eingang des zweiten NAND-Gatters 209' ist mit einem vierten Eingang der Mischerzelle 200 gekoppelt, an dem das zweite Oszillatorsignal 103' bereitgestellt wird. Ferner weist die zweite Logikschaltung 207' ein zweites XOR-Gatter 211' auf. Ein erster Eingang des zweiten XOR-Gatters 211' ist mit einem Ausgang des ersten NAND-Gatters 209' gekoppelt, um ein Ergebnis 201' aus der NAND-Verknüpfung des Datensignals 101 mit dem zweiten Oszillatorsignal 103' zu empfangen. Ein zweiter Eingang des zweiten XOR-Gatters 211' ist mit dem dritten Eingang der Mischerzelle 200 gekoppelt, an dem das Vorzeichensignal 105 bereitgestellt wird. Ein Ausgang des zweiten XOR-Gatters 211' und damit ein Ausgang der zweiten Logikschaltung 207' ist mit einem Steueranschluss des zweiten Stromschalters 205' gekoppelt, um dem zweiten Stromschalter 205' ein zweites Ansteuersignal 203' als Ergebnis der XOR-Verknüpfung des Vorzeichensignals 105 mit dem Ergebnis 201' aus der NAND-Verknüpfung des Datensignals 101 mit dem zweiten Oszillatorsignal 103' bereitzustellen.
Eine Schaltstrecke des zweiten Stromschalters 205' ist zwischen die Stromquelle 213 und einen zweiten Ausgang 206' der Mischerzelle 200 geschaltet, an dem das zweite Mischerzellenausgangssignal 107' bereitgestellt wird. Auch das zweite Mischerzellenausgangssignal 207' kann von der Mischerzelle 200 als Strom bereitgestellt werden. Die Stromschalter 205, 205' sind gemeinsam mit der Stromquelle 213 gekoppelt, so dass (bei einer gleich gewählten nachgeschalteten Stufe für die beiden Stromschalter 205, 205') eine minimale und eine maximale Amplitude der Mischerzellenausgangssignale 107, 107' jeweils identische sein können.
Analog zu-dem ersten Stromschalter 205, kann auch der zweite Stromschalter 205' 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 Datensignals 101, des Vorzeichensignals 105 und des zweiten Oszillatorsignals 103' zeitgleich mit der logischen Kombination des Datensignals 101 mit dem ersten Oszillatorsignal 102 und dem Vorzeichensignal 105 durchzuführen.
2b zeigt eine mögliche Implementierung der Stromquelle 213 mit zwei hintereinander geschalteten Transistoren 221, 223, Steueranschlüsse 225, 227 der beiden Transistoren 221, 223 sind mit einem gemeinsamen Steueranschluss der Stromquelle 213 verbunden, an dem beispielsweise eine Steuerspannung vcurr anlegbar ist. Ober die Steuerspannung vcurr kann ein von der Stromquelle 213 bereitgestellter Strom I eingestellt werden. Dieser Strom I kann von den Stromschaltern 205, 205' der Mischerzelle 200 als die Mischerausgangssignale 107, 107' bereitgestellt werden.
3 zeigt eine Simulation von Signalverläufen, wie sie bei der in 2a gezeigten Mischerzelle 200 basierend auf dem angelegten Datensignal 101, den beiden Oszillatorsignalen 103, 103' und dem Vorzeichensignal 105 auftreten können. Die zwei oberen Diagramme zeigen dabei die beiden Ansteuersignale 203, 203' für die beiden Stromschalter 205, 205' als Resultat der logischen Kombinationen, aus den in den unteren vier Diagrammen dargestellten Signalen 101, 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 Ansteuersignale 203, 203' umkehren. So weist beispielsweise das erste Ansteuersignal 203 einen „1“-Pegel auf, wenn das Datensignal 101, das erste Oszillatorsignal 103 sowie das Vorzeichensignal 105 einen „1“-Pegel aufweisen. Dahingegen, weist das Ansteuersignal 203 einen „0“-Pegel auf, wenn das Datensignal 101, und das Oszillatorsignal 103 einen „1“-Pegel aufweisen und das Vorzeichensignal 105 einen „0“-Pegel aufweist.
Die beiden Ansteuersignale 203, 203' korrelieren direkt mit den Mischerzellenausgangssignalen 107, 107', so kann beispielsweise das erste Mischerzellenausgangssignal 107 einen „1“-Pegel aufweisen (d.h. es fließt ein Strom entlang der Schaltstrecke des ersten Stromschalters 205), wenn das erste Ansteuersignal 203 einen „1“-Pegel aufweist, dahingegen kann das erste Mischerzellenausgangssignal 107 einen „0“-Pegel aufweisen (d.h. es fließt kein Strom entlang dem ersten Stromschalter 205), wenn das erste Ansteuersignal 203 einen „0“-Pegel aufweist. Analog gilt dies auch für das zweite Mischerzellenausgangssignal 207' und das zweite Ansteuersignal 203'.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Modulators 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Modulator 400 weist eine Mehrzahl von Mischerzellen 200a-200n (wobei n eine beliebige natürliche Zahl ist) auf. Weiterhin weist der Modulator 400 einen Oszillator 401 auf, welcher ausgebildet ist, um jeder Mischerzelle aus der Mehrzahl von Mischerzellen 200a-200n ein erstes Oszillatorsignal 103 und ein zweites Oszillatorsignal 103' bereitzustellen. Das erste Oszillatorsignal 103 und das zweite Oszillatorsignal 103' können beispielsweise invertiert zueinander sein. Weiterhin weist der Modulator 400 einen Dekodierer auf, der ausgebildet ist, um basierend auf einer zu übertragenden Information 419 jeder Mischerzelle aus der Mehrzahl von Mischerzellen ein Vorzeichensignal 105 und ein Datensignal (beispielsweise das Datensignal 101) bereitzustellen. Die Mehrzahl der Mischerzellen 200a-200n sind so miteinander verschaltet, dass ein erstes Modulatorausgangssignal 407 eine Überlagerung der ersten Mischerzellenausgangssignale (beispielsweise der Mischerzellenausgangssignale 107) der Mehrzahl von Mischerzellen 200a-200n ist. Ein zweites Modulatorausgangssignal 407' ist eine Überlagerung der zweiten Mischerzellenausgangssignale der Mehrzahl von Mischerzellen 200a-200n. Die in dem Modulator 400 verwendeten Mischerzellen können beispielsweise jeweils identisch der in 2a gezeigten Mischerzelle 200 aufgebaut sein, d.h. jede der Mischerzellen empfängt ein ihr dediziertes Datensignal, von dem Dekodierer sowie das erste Oszillatorsignal 103, das zweite Oszillatorsignal 103' und das Vorzeichensignal 105, um basierend auf logischen Kombinationen dieser empfangenen Signale ihre Mischerzellenausgangssignale 107, 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 Modulatorausgangssignal 407 bereitgestellt wird. In diesem Fall kann der Oszillator 401 auch nur ein Oszillatorsignal 103 an die Mehrzahl von Mischerzellen bereitstellen.
Bei dem in 4 gezeigten Modulator 400 weist der Dekodierer einen Spaltendekodierer 403 und einen Zeilendekodierer 405 auf, um jeder Mischerzelle 200a-200n das erste Oszillatorsignal 103, das zweite Oszillatorsignal 103', das Vorzeichensignal 105 und ein ihr zugeordnetes (dediziertes) Datensignal bereitzustellen. Der Dekodierer des Modulators 400 kann weiterhin eine Logikschaltung 409 aufweisen, welche basierend auf einem zu übertragenden Datenwort 411 Steuersignale für den Zeilendekodierer 405 und den Spaltendekodierer 403 bereitstellt.
Erste Ausgänge der Mischerzellen 200a-200n können mit einem gemeinsamen Ausgangsknoten des Modulators 400 verbunden sein, an dem das erste Modulatorausgangssignal 407 bereitgestellt wird. Zweite Mischerzellenausgänge der Mischerzellen 200a-200n können mit einem zweiten Modulatorausgangsknoten des Modulators 400 verbunden sein, an dem das zweite Modulatorausgangssignal 407' bereitgestellt wird. Der erste Modulatorausgangsknoten kann über eine erste Spule L1 mit einer Stromquelle 413 des Modulators 400 gekoppelt sein und der zweite Modulatorausgangsknoten kann über eine zweite Spule L2 mit der Stromquelle 413 gekoppelt sein.
Der in 4 gezeigte Modulator 400 kann beispielsweise ein Polarmodulator sein, d.h. der Oszillator 401 ist ausgebildet, um eine Phase des Oszillatorsignals 103 (und des zweiten Oszillatorsignals 103') in Abhängigkeit von der zu übertragenden Information zu variieren. Beispielsweise kann der Oszillator 401 ausgebildet sein, um ein Phaseneinstellsignal 415 zu empfangen.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann der Modulator 400 einen QAM Dekodierer 417 aufweisen, welcher ausgebildet ist, um basierend auf der zu übertragenden Information 419 das Phaseneinstellsignal 415, das Vorzeichensignal 105 und das Datenwort 411 bereitzustellen.
In der in 4 gezeigten differenziellen Anordnung ist der Modulator 400 ausgebildet, um ein differenzielles Ausgangssignal bereitzustellen (in Form einer Differenz zwischen dem ersten Modulatorausgangssignal 407 und dem zweiten Modulatorausgangssignal 407'). 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 Mischerzellen 200a-200n kann das Datenwort 411 eine Vielzahl von Zuständen aufweisen und eine Amplitude des gewünschten differenziellen Ausgangssignals beschreiben. Diese Amplitude kann mit den Mischerzellen 200a-200n durch Aufsummieren der Mischerzellenausgangssignale 107, 107' an den Modulatorausgangsknoten eingestellt werden.
5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens.
Das Verfahren 500 weist einen Schritt 501 des logischen Kombinierens eines Datensignals mit einem Oszillatorsignal und einem Vorzeichensignal, um ein Mischerzellenausgangssignal zu erhalten, auf. Das Verfahren 500 kann beispielsweise von der Mischerzelle 100 oder der Mischerzelle 200 oder einer weiteren Mischerzelle ausgeführt werden.
Optional kann das Verfahren 500 weiterhin einen Schritt 503 aufweisen. Dieser optionale Schritt 503 kann das logische Kombinieren des Datensignals mit einem weiteren Oszillatorsignal und dem Vorzeichensignal um ein weiteres Mischerzellenausgangssignal zu erhalten, umfassen. Die Schritte 501 und 503 können 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 RFDAC-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 Mischerzellen 200a-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

Modulator (400) zum Bereitstellen eines Modulatorausgangssignals (407), mit folgenden Merkmalen: einer Mehrzahl von Mischerzellen (200a-200n), wobei jede Mischerzelle der Mehrzahl von Mischerzellen (200a-200n) so konfiguriert ist, dass sie ein Datensignal (101) mit einem Oszillatorsignal (103, 103') und einem Vorzeichensignal (105) logisch kombiniert, um ein Mischerzellen-Ausgangssignal (107, 107') basierend auf der logischen Kombination zu erhalten; einem Oszillator (401), der ausgebildet ist, um jeder Mischerzelle aus der Mehrzahl von Mischerzellen (200a-200n) ein Oszillatorsignal (103, 103') bereitzustellen; und einem Dekodierer, 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 1, wobei das Datensignal (101), das Oszillatorsignal (103, 103') und das Vorzeichensignal (105) Eingangssignale der Mischerzelle der Mehrzahl von Mischerzellen (200a-200n) sind; und wobei die Mischerzelle 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.
Modulator (400) 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.
Modulator (400) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, der 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.
Modulator (400) gemäß einem der Ansprüche 2 oder 4, wobei die erste logische Kombination eine NAND-Verknüpfung (209) ist und die zweite logische Kombination eine XOR-Verknüpfung (211) ist.
Modulator (400) 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.
Modulator (400) gemäß Anspruch 6, der 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.
Modulator (400) gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, der 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.
Modulator (400) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, der 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.
Modulator (400) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, der 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.
Modulator (400) gemäß Anspruch 10, wobei die Logikschaltung (207) ausgebildet ist, um das Ansteuersignal (203) als Digitalsignal bereitzustellen.
Modulator (400) 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.
Modulator (400) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei eine Schaltstrecke des Stromschalters (205) zwischen einer Stromquelle (213) und einem Ausgang (206) der Mischerzelle aus der Mehrzahl von Mischerzellen (200a-200n) , 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.
Modulator (400) 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 aus der Mehrzahl von Mischerzellen (200a-200n) ausgebildet ist, um ein weiteres Mischerzellenausgangssignal (107'), welches ein Strom entlang dem weiteren Stromschalter (205) ist, bereitzustellen.
Modulator (400) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei Stromschalter (205, 205') der Mischerzelle aus der Mehrzahl von Mischerzellen (200a-200n) Transistoren sind.
Modulator (400) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, der ausgebildet ist, um das Datensignal (101), das Vorzeichensignal (105) und das Oszillatorsignal (103) als Digitalsignale zu empfangen.
Modulator (400) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, der ausgebildet ist, um das Datensignal (101), das Vorzeichensignal (105) und das Oszillatorsignal (103) als Spannungssignal zu empfangen.
Modulator (400) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, der ausgebildet ist, um das Mischerzellenausgangssignal (107) als Stromsignal bereitzustellen.
Modulator (400) gemäß Anspruch 1, wobei der Oszillator (401) ausgebildet ist, um eine Phase des Oszillatorsignals (103) in Abhängigkeit von der zu übertragenden Information (419) zu variieren.
Modulator (400) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 19, 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 1 oder 19 bis 20, 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 aus der Mehrzahl von Mischerzellen (200a-200n) ein zugeordnetes Datensignal bereitzustellen.
Modulator (400) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 19 bis 21, 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.