DE102012200149B4

DE102012200149B4 - Schaltungen und Verfahren zum Beseitigen eines unerwünschten Gleichstroms aus einer Schaltung, die unterschiedliche Spannungspotentiale hat

Info

Publication number: DE102012200149B4
Application number: DE102012200149.2A
Authority: DE
Inventors: Krzysztof Dufrene; Elmar Wagner
Original assignee: Intel Deutschland GmbH
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2011-01-05
Filing date: 2012-01-05
Publication date: 2017-10-26
Anticipated expiration: 2032-01-06
Also published as: CN102684609A; DE102012200149A1; US8971835B2; US20120169419A1; CN102684609B

Abstract

Schaltung (200; 300), die folgende Merkmale aufweist:
eine erste Gleichstromquelle (308), die an einen ersten Schaltungsknoten (312), der ein erstes Spannungspotential hat, gekoppelt ist, wobei der erste Schaltungsknoten (312) an eine erste Spannungsdomäne (202; 302) gekoppelt ist, die eine oder mehrere Schaltungskomponenten aufweist, die bei einer niedrigen Versorgungsspannung vorgespannt sind; und
eine zweite Gleichstromquelle (310), die an einen zweiten Schaltungsknoten (314), der elektrisch mit dem ersten Schaltungsknoten (312) verbunden ist und ein zweites Spannungspotential hat, gekoppelt ist, wobei der zweite Schaltungsknoten (314) an eine zweite Spannungsdomäne (204; 304) gekoppelt ist, die eine oder mehrere Schaltungskomponenten aufweist, die bei einer hohen Versorgungsspannung, die größer als die niedrige Versorgungsspannung ist, vorgespannt sind;
wobei die erste und die zweite Gleichstromquelle (308; 310) dazu betrieben werden, einen Gleichsignal-Aufhebungsstrom zu erzeugen, der dazu konfiguriert ist, einen unerwünschten Gleichstrom zwischen dem ersten Schaltungsknoten (312) und dem zweiten Schaltungsknoten (314) aufgrund einer Potentialdifferenz zwischen dem ersten Spannungspotential und dem zweiten Spannungspotential aufzuheben.

Description

Moderne integrierte Chips, die in drahtlosen Kommunikationsvorrichtungen (z. B. für Mobiltelefone) verwendet werden, weisen Empfängerketten auf, die dazu konfiguriert sind, eintreffende Signale von einer Antenne zu empfangen, die empfangenen eintreffenden Signale zu verstärken und die verstärkten eintreffenden Signale zu demodulieren, ohne die Qualität der Signale (z. B. durch Hinzufügen von unerwünschtem Rauschen zu den empfangenen Signalen) zu reduzieren.
Die Demodulation eines eintreffenden Signals kann unter Verwendung eines Mischers erfolgen, der ein Hochfrequenz-(HF)-Signal empfängt, eine Frequenzwandlung des Signals von der HF-Frequenz auf eine niedrigere Zwischenfrequenz (ZF) durchführt und das Signal mit niedrigerer ZF-Frequenz an Schaltungskomponenten ausgibt, die dazu konfiguriert sind, eine Weiterverarbeitung (z. B. Filterung) durchzuführen. Ein Mischer mit Offsetunterdrückung wird beispielsweise in der US 2006/0057999 A1 beschrieben. Die Qualität und das Verhalten einer drahtlosen Kommunikationsvorrichtung hängen weitgehend von dem Umwandlungsgewinn (conversion gain, z. B. dem Verhältnis von Ausgangssignalamplitude zu Eingangssignalamplitude) und dem Signal-Rausch-Verhältnis des Mischers ab. Idealerweise erfolgt die Demodulation mit geringer Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses und hohem Umwandlungsgewinn. Häufig werden daher in drahtlosen Kommunikationsanwendungen aktive Mischer mit aktiven Vorverstärkern und passiven Schaltstufen verwendet, da sie gegenüber rein passiven Mischern ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis ermöglichen (z. B. um die Verschlechterung des Rauschens zu verringern) und dadurch die Empfangsempfindlichkeit eines Empfängers verbessern.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltung, eine Empfängerkettenschaltung sowie ein Verfahren zum Beseitigen eines unerwünschten Gleichstroms mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Schaltung bereitgestellt, die eine erste Gleichstromquelle aufweist, die an einen ersten Schaltungsknoten, der ein erstes Spannungspotential hat, gekoppelt ist, wobei der erste Schaltungsknoten an eine erste Spannungsdomäne gekoppelt ist, die eine oder mehrere Schaltungskomponenten aufweist, die bei einer niedrigen Versorgungsspannung vorgespannt sind. Die Schaltung umfasst ferner eine zweite Gleichstromquelle, die an einen zweiten Schaltungsknoten, der elektrisch mit dem ersten Schaltungsknoten verbunden ist und ein zweites Spannungspotential hat, gekoppelt ist, wobei der zweite Schaltungsknoten an eine zweite Spannungsdomäne gekoppelt ist, die eine oder mehrere Schaltungskomponenten aufweist, die bei einer hohen Versorgungsspannung, die größer als die niedrige Versorgungsspannung ist, vorgespannt sind. Die erste und die zweite Gleichstromquelle werden dazu betrieben, einen Gleichsignal-Aufhebungsstrom zu erzeugen, der dazu konfiguriert ist, einen unerwünschten Gleichstrom zwischen dem ersten Schaltungsknoten und dem zweiten Schaltungsknoten aufgrund einer Potentialdifferenz zwischen dem ersten Spannungspotential und dem zweiten Spannungspotential aufzuheben.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Empfängerkettenschaltung bereitgestellt, die eine erste Spannungsdomäne aufweist, die bei einer ersten Versorgungsspannung vorgespannt ist. Die Empfängerkettenschaltung umfasst eine zweite Spannungsdomäne, die bei einer zweiten Versorgungsspannung vorgespannt und elektrisch mit der ersten Spannungsdomäne verbunden ist, wobei die zweite Versorgungsspannung sich von der ersten Versorgungsspannung unterscheidet. Eine Gleichsignal-Aufhebungsstrom-Erzeugungskomponente ist dazu konfiguriert, einen Gleichsignal-Aufhebungsstrom zu erzeugen, der einen unerwünschten Gleichstrom aufhebt, der durch die Potentialdifferenz zwischen der ersten Spannungsdomäne und der zweiten Spannungsdomäne erzeugt wird.
Ferner wird ein Verfahren zum Beseitigen eines unerwünschten Gleichstroms aus einer Schaltung, die unterschiedliche Spannungspotentiale hat, bereitgestellt. Das Verfahren umfasst ein Vorspannen einer ersten Schaltungsregion mit einer ersten Gleichstrom-Versorgungsspannung, um eine erste Spannungsdomäne zu erzeugen, und einer zweiten Schaltungsregion mit einer zweiten Gleichstrom-Versorgungsspannung, um eine zweite Spannungsdomäne zu erzeugen. Das Verfahren umfasst ferner ein Bereitstellen einer ersten Gleichstromquelle in der ersten Spannungsdomäne und einer zweiten Gleichstromquelle in einer zweiten Spannungsdomäne und ein Betreiben der ersten und zweiten Gleichstromquellen, um einen Gleichsignal-Aufhebungsstrom bereitzustellen, der einen unerwünschten Gleichstrom aufhebt, der durch die Potentialdifferenz zwischen der ersten Spannungsdomäne und der zweiten Spannungsdomäne erzeugt wird.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf beiliegende Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Schaltungsdiagramm einer typischen Demodulationsschaltung, die einen aktiven Vorverstärker und eine passive Schalt-/Mischstufe aufweist.
2 ein Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels einer Schaltung, die dazu konfiguriert ist, ein Fließen von unerwünschtem Vorspannungsgleichstrom zwischen einer ersten Spannungsdomäne und einer zweiten Spannungsdomäne zu verhindern.
3 ein Blockdiagramm eines detaillierteren Ausführungsbeispiels einer Schaltung, die dazu konfiguriert ist, ein Fließen von unerwünschtem Gleichstrom von einer Region, die bei einer hohen Versorgungsspannung vorgespannt ist, zu einer Region, die bei einer niedrigen Versorgungsspannung vorgespannt ist, zu verhindern.
4 ein Blockdiagramm einer Empfängerkette, die eine Mehrzahl von Gleichstromquellen aufweist, die dazu konfiguriert sind, ein Fließen eines unerwünschten Vorspannungsgleichstroms durch eine Mischerstufe der Empfängerkette zu verhindern.
5a ein detaillierteres Blockdiagramm einer Demodulationsschaltung, wie sie hier bereitgestellt ist.
5b stellt ein detaillierteres Blockdiagramm eines alternativen Ausführungsbeispiels einer Demodulationsschaltung dar, wie sie hier bereitgestellt ist.
6 ein Schaltungsdiagramm einer Aktives-Hochspannungs-RC-Filter-Ausgangsstufe, die einen Differential-Operationsverstärker aufweist, der dazu konfiguriert ist, eine Verstärkungsumschaltfunktionalität zu implementieren.
7 ein Schaltungsdiagramm einer rekonfigurierbaren Ausgangsstufe, die an zum Aufheben von unerwünschtem Strom konfigurierte Gleichstromquellen gekoppelt ist, wie hier bereitgestellt.
8 ein Flussdiagramm eines Beispielverfahrens zum Verhindern eines Fließens eines unerwünschten Gleichstroms von einer Domäne mit Hoch-Gleichspannungspotential einer Schaltung zu einer Domäne mit Nieder-Gleichspannungspotential.
Der beanspruchte Gegenstand wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen durchgängig zum Bezeichnen gleicher Elemente verwendet werden. Für ein gründliches Verständnis des beanspruchten Gegenstandes sind in der folgenden Beschreibung zahlreiche spezifische Details zu Erläuterungszwecken ausgeführt. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass der beanspruchte Gegenstand ohne diese spezifischen Details ausführbar ist.
Eine typische Sender-Empfänger-Schaltung 100 mit einer aktiven Mischerarchitektur, wie in dem Blockdiagramm aus 1 gezeigt, weist eine Eingangs-/Vorverstärkerstufe 102, eine Mischer-/Schaltstufe 104 und eine Ausgangs-/Filterstufe 106 auf. Die Eingangs-/Vorverstärkerstufe 102 ist dazu konfiguriert, ein Hochfrequenz-(HF)-Eingangsspannungssignal HF+/HF– (z. B. von einer in 1 nicht gezeigten Antenne) zu empfangen und das empfangene HF-Eingangsspannungssignal in ein Stromsignal umzuwandeln. Das Stromsignal wird der Schaltstufe 104 zugeführt, wo es mit einem Lokaloszillator-(LO)-Signal LO+/LO– multipliziert wird, um ein Zwischenfrequenz-(ZF)-Stromsignal zu erzeugen. Das ZF-Stromsignal fließt von der Schaltstufe 104 zu einer Ausgangsstufe 106, die dazu konfiguriert ist, das ZF-Stromsignal wieder in ein Spannungssignal umzuwandeln und dabei eine Filterung des ZF-Stromsignals bereitzustellen.
Während des Betriebs nehmen Demodulationsschaltungen mit einer aktiven Mischerarchitektur beträchtliche Leistung auf, besonders in der Vorverstärkerstufe 102. Um die Leistungsaufnahme einer Demodulationsschaltung mit einer aktiven Mischerarchitektur zu reduzieren, können die Eingangsstufe 102 und die Ausgangsstufe 106 bei einer niedrigen Versorgungsspannung VDD vorgespannt sein. Die niedrige Versorgungsspannung VDD ermöglicht zwar eine reduzierte Leistungsaufnahme in der Eingangsstufe 102 und der Schaltstufe 104, reduziert jedoch auch den Dynamikbereich an der Ausgangsstufe 106 der Empfängerkette, da sie die Spannungsreserve verringert, die zur Aufnahme großer (z. B. aus dem Demodulator ausgegebener) Störsignale verfügbar ist. Alternativ kann die Schaltung 100 bei einer hohen Versorgungsspannung VDD vorgespannt sein, was einen großen Dynamikbereich ermöglicht, aber auch hohe Leistungsaufnahme erzeugt.
Da die Leistungsaufnahme einer Sender-Empfänger-Schaltung ein wichtiger Konstruktionsaspekt ist, ist es vorteilhaft, diese Leistungsaufnahme niedrig zu gestalten. Jedoch wird der Gesichtspunkt der Leistungsaufnahme typischerweise durch den des Verhaltens aufgewogen. Um beiden Gesichtspunkten Rechnung zu tragen, ermöglicht die vorliegende Erfindung eine Verringerung der Leistungsaufnahme (z. B. gegenüber Lösungen des Standes der Technik) ohne Verschlechterung des Dynamikbereiches des Empfängers.
Entsprechend werden hier ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bereitstellen einer Sender-Empfänger-Schaltung mit breitem Dynamikbereich und niedriger Leistungsaufnahme bereitgestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung eine Schaltung mit einer ersten und einer zweiten elektrisch verbundenen Spannungsdomäne auf, die jeweils bei unterschiedlichen Versorgungsspannungen vorgespannt sind (z. B. ist die erste Spannungsdomäne bei einer niedrigen Vorspannung vorgespannt und die zweite Spannungsdomäne bei einer zweiten, davon verschiedenen Versorgungsspannung vorgespannt). Die Differenzen in den Versorgungsspannungen zwischen den unterschiedlichen Domänen/Stufen der Schaltung können ein Fließen eines unerwünschten Gleichstroms zwischen den ersten und zweiten Spannungsdomänen verursachen (z. B. kann ein unerwünschter Gleichstrom, der von einer hohen zu einer niedrigen Versorgungsspannung fließt, den Betrieb der Empfängerkette beeinträchtigen). Um diesen unerwünschten Gleichstrom zu beseitigen, kann die Vorrichtung ferner eine erste Gleichstromquelle, die an eine der Spannungsdomänen (z. B. die erste Spannungsdomäne mit einem Nieder-Gleichspannungspotential) gekoppelt ist, und eine zweite Gleichstromquelle aufweisen, die an die andere Spannungsdomäne (z. B. die zweite Spannungsdomäne mit einem Hoch-Gleichspannungspotential) gekoppelt ist. Die ersten und zweiten Gleichstromquellen sind dazu konfiguriert, einen Gleichsignal-Aufhebungsstrom bzw. Gleichsignal-Auslöschungsstrom (DC cancellation current) bereitzustellen, der einen Wert hat, welcher einen unerwünschten Gleichstrom, der durch die Potentialdifferenz zwischen den ersten und zweiten Spannungsdomänen erzeugt wird, aufhebt bzw. auslöscht oder ausgleicht.
Bei einem spezifischeren Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtung eine Sender-Empfänger-Schaltung mit einer Empfängerkette aufweisen, die eine Eingangs-/Vorverstärkerstufe, eine Mischer-/Schaltstufe und eine Ausgangs-Basisbandfilterstufe hat. Die Vorverstärkerstufe ist bei einer niedrigen Versorgungsspannung vorgespannt, was einen Betrieb der Vorverstärker- und der Schaltstufe bei einer niedrigen Spannung bewirkt, um niedrige Leistungsaufnahme bereitzustellen. Die Ausgangsstufe ist bei einer hohen Versorgungsspannung vorgespannt, was ihren Betrieb bei einer hohen Spannung bewirkt, die den Sender-Empfänger mit einem breiten dynamischen Betriebsbereich versieht. Eine erste Gleichstromquelle ist an einen Niederspannungseingang der Ausgangsstufe gekoppelt, während eine zweite Gleichstromquelle an einen Hochspannungsausgang der Ausgangsstufe gekoppelt ist. Zusammen stellen die ersten und zweiten Gleichstromquellen einen Gleichsignal-Aufhebungsstrom mit einem Wert bereit, der (z. B. durch Aufhebung) verhindert, dass ein unerwünschter Vorspannungsgleichstrom, der durch die Potentialdifferenz zwischen dem Hoch-Gleichspannungspotential und dem Nieder-Gleichspannungspotential erzeugt wird, die Mischerstufe erreicht. Der Gleichsignal-Aufhebungsstrom erlaubt daher einen Betrieb der Mischerstufe in einem passiven Betriebsmodus (z. B. ohne Gleichstromfluss durch die Mischerstufe), da kein unerwünschter Vorspannungsgleichstrom durch dieselbe fließt.
2 stellt ein Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels einer Schaltung 200 dar, die dazu konfiguriert ist, ein Fließen von unerwünschtem Vorspannungsgleichstrom zwischen einer ersten Spannungsdomäne und einer zweiten Spannungsdomäne zu verhindern. Die Schaltung 200 (z. B. eine Demodulationsschaltung) weist eine Schaltungsarchitektur auf, bei der unterschiedliche Domänen/Stufen der Schaltung je nach ihrer Funktionalität (z. B. ihrer Leistungsaufnahme, Spannungsreserve usw.) bei unterschiedlichen Versorgungsspannungen vorgespannt sind. Wie in 2 gezeigt, ist eine erste Spannungsdomäne 202 der Schaltung dazu konfiguriert, durch eine erste (z. B. niedrige) Versorgungsspannung V_{DD_1} vorgespannt zu sein, während eine zweite Spannungsdomäne 204 der Schaltung dazu konfiguriert ist, durch eine zweite (z. B. hohe) Versorgungsspannung V_{DD_2} vorgespannt zu sein.
Bei einem Ausführungsbeispiel erlaubt es die Verwendung unterschiedlicher Versorgungsspannungen, dass bestimmte Schaltungen mit hoher Leistungsaufnahme eine reduzierte Versorgungsspannung empfangen, wodurch die gesamte Leistungsaufnahme der Schaltung reduziert wird, während andere Schaltungen bei einer hohen Versorgungsspannung vorgespannt bleiben können (die z. B. größer als die kleine Versorgungsspannung ist), um einen großen dynamischen Betriebsbereich zu ermöglichen. Beispielsweise kann bei einem Ausführungsbeispiel die erste Spannungsdomäne 202 eine Vorverstärker-/Eingangsstufe 208 und/oder eine Schalt-/Mischerstufe 210 aufweisen, die bei einer niedrigen Versorgungsspannung vorgespannt ist, und die zweite Spannungsdomäne 204 kann eine Ausgangsstufe 212 aufweisen, die bei einer hohen Versorgungsspannung (z. B. einer größeren Versorgungsspannung als die niedrige Versorgungsspannung) vorgespannt ist. Da die Vorverstärker-/Eingangsstufe 208 bei einer niedrigen Versorgungsspannung vorgespannt ist, ist die gesamte Leistungsaufnahme der Empfängerkette gesenkt, da die Versorgungsspannung in der Domäne niedrig ist, in der die meiste Leistung der Schaltung dissipiert wird. Außerdem versieht ein Vorspannen der Ausgangsstufe 212 bei einer höheren Versorgungsspannung die Empfängerkette mit einem breiten dynamischen Betriebsbereich.
Differenzen in den Versorgungsspannungen und Spannungspotentialen zwischen den unterschiedlichen Domänen/Stufen der Schaltung können ein Fließen eines unerwünschten Gleichstroms zwischen den ersten und zweiten Spannungsdomänen verursachen. Beispielsweise kann ein unerwünschter Gleichstrom I_DC von der zweiten Spannungsdomäne 204 zu der ersten Spannungsdomäne 202 fließen, wenn die erste Spannungsdomäne 202 unter Verwendung einer niedrigen Versorgungsspannung vorgespannt ist und die zweite Spannungsdomäne 204 unter Verwendung einer hohen Versorgungsspannung vorgespannt ist. Ein solcher unerwünschter Gleichstrom kann den Betrieb der Empfängerkette beeinträchtigen, wenn der unerwünschte Gleichstrom beispielsweise durch eine Schalt-/Mischerstufe 210 fließt und dadurch das Verhalten der Empfängerkette bezüglich des Signal-Rausch-Verhältnisses verschlechtert.
Daher ist eine Gleichsignal-Aufhebungsstrom-Erzeugungskomponente 206 dazu konfiguriert, einen Gleichsignal-Aufhebungsstrom zu erzeugen, der den unerwünschten Gleichstrom aufhebt, welcher aufgrund der Differenzen in der Versorgungsspannung zwischen den Spannungsdomänen 202 und 204 erzeugt wird. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Gleichsignal-Aufhebungsstrom-Erzeugungskomponente 206 dazu konfiguriert sein, einen Gleichsignal-Aufhebungsstrom mit einer Amplitude zu erzeugen, die im Wesentlichen gleich derjenigen des unerwünschten Gleichstroms ist (z. B. gleich der Spannungspotentialdifferenz zwischen zwei Domänen, dividiert durch den Widerstand der Verbindung zwischen den beiden Domänen), wodurch der unerwünschte Gleichstrom aufgehoben wird, bevor er die bei einer niedrigeren Versorgungsspannung vorgespannte Spannungsdomäne erreicht.
3 stellt ein Blockdiagramm eines detaillierteren Ausführungsbeispiels einer Schaltung 300 dar, die dazu konfiguriert ist, ein Fließen eines unerwünschten Vorspannungsgleichstroms von einer Region, die bei einer hohen Versorgungsspannung vorgespannt ist, zu einer Region, die bei einer niedrigen Versorgungsspannung vorgespannt ist, zu verhindern. Die Schaltung 300 weist, wie in 3 gezeigt, unterschiedliche Spannungsdomänen auf, die bei unterschiedlichen Versorgungsspannungen vorgespannt sind: eine Niederspannungsdomäne 302, die bei einer niedrigen Versorgungsspannung vorgespannt ist, und eine Hochspannungsdomäne 304, die bei einer hohen Versorgungsspannung vorgespannt ist. Es sei darauf hingewiesen, dass die Ausdrücke niedrige Versorgungsspannung und hohe Versorgungsspannung, wie hier verwendet, ein Verhältnis zwischen den unterschiedlichen Versorgungsspannungen bezeichnen und nicht den Wert der Versorgungsspannungen begrenzen sollen, sondern vielmehr eine Potentialdifferenz in den Versorgungsspannungen bezeichnen (z. B. kann die niedrige Versorgungsspannung jeden Spannungswert aufweisen, der zu der hohen Versorgungsspannung in einem solchen Verhältnis steht, dass die niedrige Versorgungsspannung kleiner als die hohe Versorgungsspannung ist).
Ein elektrisches Verbindungselement 306 mit einem Widerstandswert 316 ist dazu konfiguriert, die Niederspannungsdomäne 302 elektrisch an die Hochspannungsdomäne 304 zu koppeln. Zwei Gleichstromquellen 308 und 310 (die z. B. gemeinsam der Gleichsignal-Aufhebungsstrom-Erzeugungseinrichtung aus 2 entsprechen) sind mit dem elektrischen Verbindungselement 306 verbunden, das die Nieder- und Hochspannungsdomänen 302 und 304 verbindet. Die erste Gleichstromquelle 308 ist an einen Schaltungsknoten 312 mit einem Nieder-Gleichspannungspotential (z. B. durch eine niedrige Versorgungsspannung vorgespannt) angeschlossen. Die zweite Gleichstromquelle 310 ist an einen Schaltungsknoten 314 mit einem Hoch-Gleichspannungspotential angeschlossen.
Durch Vorspannen der ersten und zweiten Gleichstromquellen 308 und 310 in der Weise, dass der durch die jeweiligen Gleichstromquellen erzeugte Gleichstrom gleich der Differenz zwischen dem Hoch-Gleichspannungspotential an Schaltungsknoten 314 und dem Nieder-Gleichspannungspotential an Schaltungsknoten 312, dividiert durch den Widerstand des Verbindungselementes 316, ist, kann ein Gleichsignal-Aufhebungsstrom mit einem Stromwert, der gleich dem unerwünschten Gleichstromfluss ist, zum Fließen auf dem Verbindungselement 306 auf eine Weise erzeugt werden, welche den unerwünschten Gleichstrom aufgrund der Gleichspannungs-Potentialdifferenz zwischen der Niederspannungsdomäne 302 und der Hochspannungsdomäne 304 aufhebt. Wie in 3 gezeigt, injiziert insbesondere die zweite Gleichstromquelle 310 den Gleichsignal-Aufhebungsstrom, während die erste Gleichstromquelle 308 den Gleichsignal-Aufhebungsstrom beseitigt/absorbiert, was einen zu der Niederspannungsdomäne 302 fließenden Strom von im Wesentlichen null ergibt (d. h., da die Gleichstromquellen der Niederspannungspotentialdomäne nachgeschaltet sind, hebt der Gleichsignal-Aufhebungsstrom den aus der Potentialdifferenz erzeugten unerwünschten Gleichstrom auf, weshalb ein Fließen von Strom zu den direkt mit den Hochspannungsschaltungen verbundenen Niederspannungsschaltungen verhindert wird).
Es sei darauf hingewiesen, dass unten zwar die Verwendung von Gleichstromquellen, wie mit Bezug auf 3 bereitgestellt, im Zusammenhang mit einer differentiellen Empfängerkette beschrieben ist, wobei die Niederspannungsdomäne eine Niederspannungsdomäne einer Empfängerkette aufweist und die Hochspannungsdomäne eine Hochspannungsdomäne der Empfängerkette aufweist, dass jedoch die Verwendung von Gleichstromquellen zum Aufheben eines unerwünschten Gleichstroms auf jede Schaltungsanordnung anwendbar ist, bei der unerwünschte Gleichströme auftreten. Beispielsweise können Gleichstromquellen in einer Sendekette konfiguriert sein, um einen unerwünschten Gleichstrom zu beseitigen, der durch eine Potentialdifferenz in der Kette verursacht wird. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass die hier vorgelegten Figuren zwar die Aufhebung eines Gleichstroms beschreiben, der zwischen einer Schaltung mit zwei unterschiedlichen Spannungspotentialdomänen verläuft, dass sie jedoch auch auf eine Schaltung mit einer Mehrzahl unterschiedlicher Spannungspotentialdomänen anwendbar ist (z. B. einer ersten Gleichspannungsdomäne mit einem ersten Potentialwert, einer zweiten Gleichspannungsdomäne mit einem zweiten, von dem ersten verschiedenen Potentialwert, einer dritten Gleichspannungsdomäne mit einem dritten, von dem ersten und zweiten verschiedenen Potentialwert usw.).
4 stellt ein Blockdiagramm einer Empfängerkette 400 dar, die eine Mehrzahl von Gleichstromquellen 416 und 418 aufweist, welche dazu konfiguriert sind, ein Fließen eines unerwünschten Vorspannungsgleichstroms durch eine Mischerstufe 412 der Empfängerkette zu verhindern. Wie in 4 gezeigt, ist eine niedrige Gleichstrom-Versorgungsspannung V_{DD_LOW} an die Eingangsstufe angelegt, um die Leistungsaufnahme zu reduzieren, wodurch eine Nieder-Gleichspannungs-Potentialdomäne 402 gebildet wird. Eine hohe Gleichstrom-Versorgungsspannung V_{DD_HIGH} ist an die Ausgangsstufe angelegt, um einen hohen Dynamikbereich bereitzustellen, wodurch eine Hoch-Gleichspannungs-Potentialdomäne 404 gebildet wird.
Insbesondere ist eine Antenne 406 dazu konfiguriert, ein HF-Signal zu empfangen, das durch einen Balun 408, der zum Erzeugen eines differentiellen Signals aus einem empfangenen Eintaktsignal bereitgestellt ist, der Nieder-Gleichspannungs-Potentialdomäne 402 zugeführt wird. Die Nieder-Gleichspannungs-Potentialdomäne weist einen differentiellen rauscharmen Verstärker (LNA = low noise amplifier) 410 auf, der dazu konfiguriert ist, ein verstärktes Signal an einen gleichphasigen Weg 420 und einen Quadraturphasenweg 422 auszugeben. Der gleichphasige Weg und der Quadraturphasenweg weisen jeweils einen Mischer 412a und 412b auf, der dazu konfiguriert ist, ein Hochfrequenz-(HF)-Signal zu empfangen und dasselbe zu einem Zwischenfrequenz-(ZF)-Signal herunterzumischen, das durch Mischen des empfangenen HF-Signals und eines Lokaloszillator-(LO)-Signals erzeugt wird. Die Hoch-Gleichspannungs-Potentialdomäne weist eine Filterstufe 414a und 414b auf (z. B. Tiefpassfilter), die dazu konfiguriert ist, den Ausgang der jeweiligen Mischer 412a und 412b zu empfangen und eine Filterung des ZF-Signals bereitzustellen.
Die Differenz in den Versorgungsspannungen zwischen der Niederspannungsdomäne 402 und der Hochspannungsdomäne 404 verursacht ein Fließen eines unerwünschten Gleichstroms von den Filtern 414 zu den Mischern 412 (z. B. gemäß dem Ohmschen Gesetz I = V/R), wodurch unerwünschtes Rauschen in den Mischern 412 erzeugt wird, welches das Systemverhalten verschlechtert. Um den unerwünschten Gleichstrom abzuschwächen (z. B. im Wesentlichen zu beseitigen), sind zwei Gleichstromquellen 416 und 418 mit jeweiligen Drähten verbunden, welche die Nieder- und Hochspannungsdomänen verbinden. Die erste Gleichstromquelle 416a oder 416b ist an einen den Mischern 412 nachgeschalteten Nieder-Gleichspannungs-Potentialknoten gekoppelt. Die zweite Gleichstromquelle 418a oder 418b ist an einen Knoten mit einem Hoch-Gleichspannungspotential gekoppelt. Bei einem Ausführungsbeispiel injiziert die zweite Gleichspannungsquelle 418 den Gleichsignal-Aufhebungsstrom, während die erste Gleichstromquelle 416 den Gleichsignal-Aufhebungsstrom beseitigt/absorbiert, wodurch sich ein zu der Niederspannungsdomäne 402 fließender Strom von im Wesentlichen null ergibt.
Wenn die Gleichstromquellen 416 und 418 jeweils einen Gleichstrom mit einem Wert gleich der Differenz zwischen dem Hoch-Gleichspannungspotential und dem Nieder-Gleichspannungspotential, dividiert durch den Widerstand der Verbindung, erzeugen, kann ein Gleichstrom auf der Verbindung erzeugt werden, der gleich dem unerwünschten Gleichstrom ist. Da die Gleichstromquellen der Mischerstufe 412 nachgeschaltet sind, hebt der Gleichsignal-Aufhebungsstrom den unerwünschten Gleichstrom auf, der aus der Potentialdifferenz entsteht, bevor derselbe die Mischerstufe 412 erreicht, wodurch ein passiver Mischerbetrieb (z. B. eine niedrige Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses in den Mischerstufen) ermöglicht wird.
Entsprechend ermöglichen ein selektives Vorspannen und die Verwendung zusätzlicher Gleichstromquellen, wie in der Empfängerkette aus 4 gezeigt, eine Empfängerkette mit niedriger Leistungsaufnahme (aufgrund des Niederspannungsbetriebs in der Eingangsstufe und des hohen Dynamikbereiches, der ermöglicht wird, indem ein Fließen des unerwünschten Gleichstroms durch die Mischer-/Schaltstufe verhindert wird).
Obwohl die hier gezeigten Empfängerketten (z. B. in 4, 5a, 5b, 6 usw.) differentielle Empfangskettenschaltungen aufweisen, sei darauf hingewiesen, dass die hier bereitgestellte Vorrichtung nicht auf Differenzschaltungen begrenzt ist. Vielmehr sind das Verfahren und die Vorrichtung, die hier bereitgestellt sind, auch auf Eintaktschaltungen anwendbar.
5a stellt ein detaillierteres Blockdiagramm einer Empfangskette 500 dar, wie sie hier bereitgestellt ist. Wie in 5a gezeigt, weist die Empfängerkette 500 eine Eingangs-/Vorverstärkerstufe 502, eine Mischer-/Schaltstufe 504 und eine Ausgangs-/Filterstufe 506 auf. Die Eingangsstufe 502 wandelt ein differentielles Eingangsspannungssignal HF+/HF– in ein Stromsignal um, das dann in der Schaltstufe 504 mit einem differentiellen Lokaloszillatorsignal LO+/LO– multipliziert wird, um ein ZF-Stromsignal zu erzeugen. Das Ausgangs-ZF-Stromsignal fließt von der Schaltstufe 504 zu einer Operationsverstärkerbasierten Ausgangsstufe 506, die es wieder in eine Spannung umwandelt und Filterung bereitstellt.
Insbesondere ist die Eingangsstufe 502 ein Transkonduktanz-Element mit einer Breitband-Niederspannungs-Komplementärstruktur, die dazu konfiguriert ist, das empfangene HF-Spannungssignal in ein HF-Stromsignal umzuwandeln. Das Transkonduktanz-Element besteht aus differentiellen komplementären Paaren von Transistoren. Ein erstes Transistorpaar weist einen ersten P-Typ-MOSFET-Transistor P1 auf, bei dem eine Source (bzw. ein Sourceanschluss) an eine Versorgungsspannung V_{DD_LOW} gekoppelt ist und ein Drain (bzw. ein Drainanschluss) an das Drain eines ersten N-Typ-MOSFET-Transistors N1 gekoppelt ist. Die Gates (bzw. Gateanschlüsse) der ersten N-Typ- und P-Typ-MOSFET-Transistoren N1 und P1 sind dazu konfiguriert, ein erstes Eingangsspannungssignal HF_IN+ zu empfangen. Ein zweites Transistorpaar weist einen zweiten P-Typ-MOSFET-Transistor P2 auf, bei dem ein Drain an das Drain eines zweiten N-Typ-MOSFET-Transistors N2 gekoppelt ist, bei dem eine Source zusammen mit der Source von N1 an Masse gekoppelt ist. Die Gates der zweiten N-Typ- und P-Typ-MOSFET-Transistoren N2 und P2 sind dazu konfiguriert, ein zweites Eingangsspannungssignal HF_IN– zu empfangen. Bei einem Ausführungsbeispiel können die differentiellen Eingangsspannungssignale HF+/HF– durch mehrere Kondensatoren C1–C4 in die Vorverstärkerstufe gekoppelter Wechselstrom sein. Während des Betriebs erzeugt das Transkonduktanz-Element einen differentiellen HF-Strom, der der Schaltstufe 504 zugeführt wird.
Die Schaltstufe 504 weist vier Schalttransistoren N3–N6 auf, die dazu konfiguriert sind, eine Doppelbalancestruktur mit differentiellen Paaren von Transistoren zu bilden. Die Sourcen der jeweiligen Paare von Schalttransistoren sind mit dem Ausgang des Transkonduktanz-Elementes verbunden, um das differentielle Ausgangssignal zu empfangen. Die Gates der differentiellen MOSFET-Paare sind dazu konfiguriert, jeweils ein differentielles Eingangssignal LO+/LO– zu empfangen. Der Mischer demoduliert das eintreffende HF-Stromsignal in ein ZF-Stromsignal, indem er ein differentielles ZF-Ausgangsstromsignal erzeugt, welches das Produkt aus LO und HF Signalen aufweist und in die Ausgangs-/Filterstufe 506 gespeist wird, um wieder in ein Spannungssignal umgewandelt zu werden.
Die Ausgangs-/Filterstufe 506 weist ein aktives Hochspannungs-RC-Filter mit einem verstärkenden Element 508 auf, das einen Differenz-Operationsverstärker mit zwei Rückkopplungskreisen aufweist. Die jeweiligen Rückkopplungskreise weisen einen Kondensator C_L und einen Widerstand R_L auf, die parallel konfiguriert sind, um sich wie ein aktives Tiefpassfilter zu verhalten, das dazu konfiguriert ist, niederfrequente Signale durchzulassen und dabei hochfrequente Signale zu dämpfen. Beispielsweise wirkt der Rückkopplungs-Kondensator C_L bei niedrigen Frequenzen wie ein offener Schaltkreis, der Rückkopplungssignale blockiert, während der Rückkopplungswiderstand R_L der Schaltung die Eigenschaften eines invertierenden Verstärkers verleiht. Bei hohen Frequenzen überbrückt der Kondensator C_L den Rückkopplungswiderstand R_L durch Kurzschluss und wirkt als Integrationselement.
Das erste Paar Gleichstromquellen 510a und 510b ist in jedem Zweig des differentiellen Stromausgangs aus der Niederspannungs-Schaltstufe 504 angeordnet. Das zweite Paar Gleichstromquellen 512a und 512b ist in jedem Zweig des differentiellen Spannungsausgangs aus der Ausgangsstufe 506 angeordnet. Wie oben erläutert, kann durch Betreiben des ersten und zweiten Paars Gleichstromquellen, um selektiv einen Gleichsignal-Aufhebungsstrom zwischen der Ausgangsstufe 506 und der Schaltstufe 504 zu erzeugen, ein Fließen eines unerwünschten Gleichstroms aufgrund von Potential-Spannungsdifferenzen zwischen Schaltungsstufen in die Schaltstufe 504 verhindert werden. Insbesondere kann durch Vorspannen der Gleichstromquellen in der Weise, dass der durch jede der Gleichstromquellen erzeugte Gleichstrom gleich der Differenz zwischen dem Hoch-Gleichspannungspotential und dem Nieder-Gleichspannungspotential, dividiert durch den Widerstand der Verbindung, ist (d. h. I_DC = (V_DC,HV – V_DC,LV)/R_L, wobei R_L der Rückkopplungswiderstand der Ausgangsstufe ist), ein Gleichsignal-Aufhebungsstrom erzeugt werden, der gleich dem unerwünschten Gleichstrom ist, der durch die Differenzen in den Versorgungsspannungen der Eingangsstufe und der Ausgangsstufe verursacht wird, wodurch ein passiver Betrieb der Schaltstufe zugelassen wird und eine Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses verhindert wird.
Es sei darauf hingewiesen, dass für einen korrekten Schaltungsbetrieb die Gleichtaktspannung an dem Eingang des Filters gleich der Hälfte der niedrigen Versorgungsspannung V_{DD_LOW} eingestellt sein kann, während die Gleichtaktspannung an dem Ausgang des Filters gleich der Hälfte der hohen Versorgungsspannung V_{DD_HIGH} ist. Zwei Paare Stromquellen, ein erstes Paar Gleichstromquellen 510 und ein zweites Paar Gleichstromquellen 512, sind zu jedem von zwei differentiellen Zweigen hinzugefügt, um einen unerwünschten Gleichstromfluss von der Hochspannungs-Ausgangsstufe 506 in die Niederspannungs-Schaltstufe 504 aufzuheben.
Außerdem sei darauf hingewiesen, dass die zusätzlichen Gleichstromquellen Rauschen in die Empfängerkette injizieren können. Jedoch ist das durch die zusätzlichen Gleichstromquellen erzeugte Rauschen minimierbar, um seine Auswirkung auf den Schaltungsbetrieb vernachlässigbar zu gestalten. Beispielsweise kann bei einem Ausführungsbeispiel die Bemessung der Gleichstromquellen auf solche Weise skaliert sein, dass ihr Rauschbeitrag minimiert wird.
5b stellt ein detaillierteres Blockdiagramm einer alternativen Empfangskette 500 dar, wie sie hier bereitgestellt ist. Wie oben beschrieben, umfasst die Empfängerkette 514 eine Eingangs-/Vorverstärkerstufe 502, eine Mischer-/Schaltstufe 504 und eine Ausgangs-/Filterstufe 506. Die Ausgangs-/Filterstufe weist einen Verstärker mit einer Gleichtakt-Regelschaltung 516 auf. Die Gleichtakt-Regelschaltung 516 ist dazu konfiguriert, eine Gleichtakt-Ausgangsspannung zu erfassen, um den Betrieb des Verstärkers zu variieren, um eine Entfernung der Gleichtakt-Ausgangsspannung von einem gewünschten Wert auszugleichen (d. h. auf Basis eines Vergleiches einer Ausgangs-Gleichtaktspannung mit einer Referenzspannung einen Gleichtaktstrom in den Verstärker 508 einzuführen).
Der durch die Gleichtakt-Regelschaltung 516 der Ausgangsstufe erzeugte Gleichtaktstrom kann dazu konfiguriert sein, den Gleichsignal-Aufhebungsstrom zu erzeugen, wodurch das zweite Paar Gleichstromquellen 512a und 512b wegfallen kann. Entsprechend weist, wie in 5b gezeigt, die Empfängerkette 514 ein erstes Paar Gleichstromquellen 510a und 510b auf, die in jedem Zweig des differentiellen Stromausgangs aus der Niederspannungs-Schaltstufe 504 angeordnet sind und die in Verbindung mit der Gleichtakt-Regelschaltung 516 einen unerwünschten Gleichstromfluss von der Hochspannungs-Ausgangsstufe 506 in die Niederspannungs-Schaltstufe 504 aufheben.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann eine Empfänger-Ausgangsstufe, die die hier bereitgestellten Gleichstromquellen aufweist, dazu konfiguriert sein, Verstärkungsschritte (gain steps) als Teil eines automatischen Verstärkungssteuerungsmechanismus (automatic gain control mechanism) zu implementieren. 6 stellt ein Schaltungsdiagramm einer Aktives-Hochspannungs-RC-Filter-Ausgangsstufe 600 dar, die einen Differenz-Operationsverstärker 602 aufweist, der dazu konfiguriert ist, eine Verstärkungsumschaltfunktionalität (gain switching functionality) zu implementieren (z. B. dazu konfiguriert, Verstärkungsschritte in der Filterstufe zu implementieren). Der Operationsverstärker 602 hat zwei Rückkopplungskreise, die jeweils einen Kondensator C_F und einen variablen Rückkopplungsverstärker R_F aufweisen, die wie oben beschrieben parallel konfiguriert sind. Da die Verstärkung bzw. der Gewinn (gain) des ganzen Demodulators proportional zu dem Wert des variablen Rückkopplungswiderstandes R_L ist (z. B. ist die Verstärkung gleich der Stromverstärkung der Empfängerschaltung, multipliziert mit dem Wert des Rückkopplungswiderstandes), kann eine Verstärkungsumschaltfunktionalität durch selektives Verketten des Widerstandes der variablen Rückkopplungswiderstände R_L ermöglicht sein. Wenn der Widerstand eines variablen Rückkopplungswiderstandes R_L beispielsweise erhöht wird, wird die Verstärkung der Ausgangsstufe erhöht. Alternativ wird, wenn der Widerstand des variablen Rückkopplungswiderstandes R_L verringert wird, die Verstärkung der Ausgangsstufe verringert.
Da der unerwünschte Gleichstrom umgekehrt proportional zu dem Wert der variablen Rückkopplungswiderstände R_L ist (d. h. gleich der Spannungspotentialdifferenz zwischen den beiden Domänen, dividiert durch den Widerstand der Verbindung zwischen den beiden Domänen ist), weisen die Gleichstromquellen 608 und 610, die an die Nieder- und Hochspannungspotentialknoten gekoppelt sind, variable Stromquellen auf. Die variablen Gleichstromquellen 608 und 610 sind dazu konfiguriert, einen einstellbaren Stromwert auszugeben, der dazu konfiguriert ist, den Wert des Gleichsignal-Aufhebungsstroms auf Basis des Wertes der variablen Rückkopplungswiderstände einzustellen (z. B. I_DC = V_DC,HV – V_DC,LV)/R_L), was die Veränderung des variablen Rückkopplungswiderstandes ergibt. Wenn der Widerstand des variablen Rückkopplungswiderstandes beispielsweise erhöht wird (z. B. von R1 auf R2), um die Verstärkung der Ausgangsstufe zu erhöhen, wird der durch die Gleichstromquellen erzeugte Gleichstrom reduziert (z. B. von I = ΔV/R1 auf ΔV/R2), um einen Gleichsignal-Aufhebungsstrom zu erhalten, der gleich dem unerwünschten Gleichstrom ist, der durch die Differenz in den Spannungspotentialen zwischen den Hoch- und Niederspannungs-Domänen erzeugt wird.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann eine Empfänger-Ausgangsstufe, welche die hier bereitgestellten Gleichstromquellen aufweist, eine rekonfigurierbare Ausgangsstufe aufweisen. 7 stellt ein Schaltungsdiagramm einer Ausgangsstufe 700 dar, die eine rekonfigurierbare Ausgangsstufe aufweist. Die rekonfigurierbare Ausgangsstufe 700 kann zum Betrieb in mehreren Betriebsmodi konfiguriert sein. Beispielsweise kann die rekonfigurierbare Ausgangsstufe 700 bei einem Ausführungsbeispiel innerhalb einer Empfängerkette enthalten sein, die zum Betrieb in Mehrfachmodus-Anwendungen konfiguriert ist, wobei bestimmte Betriebsmodi eine große Spannungsreserve an dem Ausgang des Abwärtswandlers erfordern, während für andere Modi eine niedrige Versorgungsspannung zum Vorspannen der gesamten Empfängerkette ausreichend ist.
Die rekonfigurierbare Ausgangsstufe 700 weist einen gemäß einer ersten (z. B. niedrigen) Versorgungsspannung vorgespannten ersten Operationsverstärker 702 auf, der parallel zu einem entsprechend einer zweiten (z. B. hohen) Versorgungsspannung vorgespannten zweiten Operationsverstärker 704 gekoppelt ist. Während des Betriebs ist die Schaltung für einen Betrieb in der Weise konfiguriert, dass einer der Operationsverstärker aktiviert ist, während der andere Operationsverstärker deaktiviert ist. Beispielsweise kann für eine Anwendung, die eine große Versorgungsspannung nutzt, der mit einer niedrigen Versorgungsspannung vorgespannte erste Operationsverstärker 702 deaktiviert sein, während der mit einer hohen Versorgungsspannung vorgespannte zweite Operationsverstärker 704 aktiviert sein kann. Alternativ kann für eine Anwendung, die eine niedrige Betriebsleistung nutzt, der mit einer niedrigen Versorgungsspannung vorgespannte erste Operationsverstärker 702 aktiviert sein, während der mit einer hohen Versorgungsspannung vorgespannte zweite Operationsverstärker 704 deaktiviert sein kann.
Um ein hohes Signallinearitätsverhalten des zweiten (z. B. Hochspannungs-)Operationsverstärkers 704 nicht zu verschlechtern, können bei einem Ausführungsbeispiel die Ausgänge des ersten (z. B. Niederspannungs-)Operationsverstärkers 702 unter Verwendung von Sende- bzw. Übertragungsgattern 706 und 708 isoliert sein. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Sendegatter 706 und 708 dazu konfiguriert, ausgeschaltet zu sein, wenn der erste (z. B. Niederspannungs-)Operationsverstärker 702 ausgeschaltet ist, um große Spannungshübe an dem Ausgang des aktiven zweiten (z. B. Hochspannungs-)Operationsverstärker 704 zu vermeiden, welche die Ausgangsbauelemente des Niederspannungs-Operationsverstärkers in der umgekehrten Region vorspannen könnten, wodurch eine unerwünschte Verzerrung eingeführt würde.
Es sei darauf hingewiesen, dass bei verschiedenen Ausführungsbeispielen die Sendegatter 706 und 708 verschiedene Schaltungskomponenten aufweisen können, die dazu konfiguriert sind, bei offenem ausgeschaltet einen Kurzschluss zu erzeugen. Beispielsweise können die Sendegatter analoge Schalter, Transistoren usw. oder ein digitales Äquivalent derselben aufweisen, die bzw. das je nach Betriebsmodus der Ausgangsstufe durch ein Steuersignal gesteuert sein kann, das durch eine Steuerschaltung erzeugt wird.
8 ist ein Flussdiagramm eines Beispielverfahrens 800 zum Verhindern eines unerwünschten Gleichstromflusses von einer Hoch-Gleichspannungs-Potentialdomäne einer Schaltung zu einer Nieder-Gleichspannungs-Potentialdomäne.
Das Verfahren 800 wird zwar unten als eine Serie von Aktionen oder Ereignissen dargestellt und beschrieben, jedoch sei darauf hingewiesen, dass die dargestellte Ordnung dieser Aktionen oder Ereignisse nicht in begrenzendem Sinn auszulegen ist. Beispielsweise können einige Aktionen in anderer Reihenfolge und/oder gleichzeitig mit anderen Aktionen oder Ereignissen als den hier dargestellten und/oder beschriebenen erfolgen. Außerdem sind möglicherweise nicht alle dargestellten Aktionen erforderlich, um einen oder mehrere Aspekte oder ein oder mehrere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung zu implementieren. Darüber hinaus können eine oder mehrere der hier abgebildeten Aktionen in einer oder mehreren separaten Aktionen und/oder Phasen durchgeführt werden.
Des Weiteren kann der beanspruchte Gegenstand unter als ein Verfahren, eine Vorrichtung oder ein Herstellungsartikel unter Verwendung von Standard-Programmierungs- und/oder Entwicklungstechniken zum Herstellen von Software, Firmware, Hardware oder jeder Kombination daraus implementiert sein, um einen Computer zu steuern, um den offenbarten Gegenstand zu implementieren (z. B. sind die in 2, 3, 4 usw. gezeigten Schaltungen nicht-begrenzende Beispiele für Schaltungen, die zum Implementieren des Verfahrens 800 verwendbar sind). Der Ausdruck ”Herstellungsartikel” soll gemäß seiner vorliegenden Verwendung ein Computerprogramm einschließen, das von einer computerlesbaren Vorrichtung, einem computerlesbaren Träger oder computerlesbaren Medien zugänglich ist. Natürlich wird der Fachmann erkennen, dass an dieser Konfiguration viele Modifikationen vornehmbar sind, ohne den Umfang oder Gedanken des beanspruchten Gegenstandes zu verlassen.
Bei 802 wird eine erste Schaltungsregion mit einer ersten Gleichstrom-Versorgungsspannung vorgespannt, um eine erste Spannungsdomäne zu bilden. Die erste Gleichstrom-Versorgungsspannung kann eine niedrige oder hohe Gleichstrom-Versorgungsspannung aufweisen. Bei einem Ausführungsbeispiel weist die erste Gleichstrom-Versorgungsspannung eine niedrige Gleichstrom-Versorgungsspannung auf, die dazu konfiguriert ist, eine Eingangsstufe einer Empfängerkette zu konfigurieren.
Eine zweite Schaltungsregion wird bei 804 mit einer zweiten Gleichstrom-Versorgungsspannung vorgespannt, um eine zweite Spannungsdomäne zu bilden. Die zweite Gleichstrom-Versorgungsspannung kann eine niedrige oder hohe Gleichstrom-Versorgungsspannung aufweisen, die sich von der ersten Gleichstrom-Versorgungsspannung unterscheidet. Wenn beispielsweise die erste Gleichstrom-Versorgungsspannung eine niedrige Gleichstrom-Versorgungsspannung ist, kann die zweite Gleichstrom-Versorgungsspannung eine hohe Gleichstrom-Versorgungsspannung sein. Bei einem Ausführungsbeispiel weist die zweite Versorgungsspannung eine hohe Gleichstrom-Versorgungsspannung auf, die zum Vorspannen einer Ausgangsstufe einer Empfängerkette konfiguriert ist.
Bei 806 wird in der ersten Spannungsdomäne eine erste Gleichstromquelle bereitgestellt, und in der zweiten Spannungsdomäne wird eine zweite Gleichstromquelle bereitgestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die erste Gleichstromquelle an einen Schaltungsknoten mit einem Nieder-Gleichspannungspotential (z. B. nachgeschaltet zu einer Demodulationsschaltung) gekoppelt sein, während die zweite Gleichstromquelle an einen Schaltungsknoten mit einem Hoch-Gleichspannungspotential gekoppelt sein kann. Es sei darauf hingewiesen, dass die Ausdrücke erste und zweite Stromquellen nicht begrenzend sind, sondern vielmehr mehrere Stromquellen aufweisen können, beispielsweise in einer Differenzschaltung, die zwei Gleichstromquellen aufweist, welche mit jedem Draht verbunden sind, der die Nieder- und Hochspannungsdomänen verbindet.
Bei 808 werden die ersten und zweiten Gleichstromquellen dazu betrieben, einen Gleichsignal-Aufhebungsstrom bereitzustellen, der proportional zu der Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Gleichspannungspotential ist. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die ersten und zweiten Gleichstromquellen dazu konfiguriert, einen Gleichsignal-Aufhebungsstrom zu erzeugen, der gleich der Differenz zwischen der ersten Versorgungsspannung und der zweiten Gleichstrom-Versorgungsspannung, dividiert durch einen Widerstand zwischen denselben, ist. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die zweite Gleichstromquelle den Gleichsignal-Aufhebungsstrom in eine Schaltung injizieren, während die erste Gleichstromquelle den Gleichsignal-Aufhebungsstrom aus der Schaltung beseitigt/absorbiert.
Bei 810 kann der Betriebspunkt der ersten und zweiten Gleichstromquellen eingestellt werden, um Einstellungen in der Verstärkung der Schaltung zu ergeben. Beispielsweise wird, wenn der Wert eines variablen Rückkopplungswiderstandes in der Ausgangsstufe erhöht wird, um die Verstärkung der Ausgangsstufe zu erhöhen, der durch die Gleichstromquellen erzeugte Gleichstrom reduziert, um einen Gleichsignal-Aufhebungsstrom zu erhalten, der gleich dem unerwünschten Gleichsignal-Aufhebungsstrom ist, der durch die Differenz in den Spannungspotentialen zwischen den Hoch- und Niederspannungsdomänen erzeugt wird.
Die Offenbarung wurde zwar mit Bezug auf eine oder mehrere Implementierungen gezeigt und beschrieben, jedoch werden dem Fachmann auf Basis einer Lektüre und eines Verständnisses der vorliegenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen äquivalente Abwandlungen und Modifikationen einfallen. Die Offenbarung enthält alle solchen Modifikationen und Abwandlungen und ist nur durch den Umfang der folgenden Patentansprüche begrenzt. Insbesondere mit Bezug auf die verschiedenen Funktionen, die durch die oben beschriebenen Komponenten (z. B. Elemente und/oder Ressourcen) erfüllt werden, sollen die zur Beschreibung dieser Komponenten verwendeten Ausdrücke, sofern nicht anders angegeben, jeder Komponente entsprechen, die die angegebene Funktion der beschriebenen Komponente erfüllt (d. h. die funktional äquivalent ist), auch wenn sie strukturell nicht zu der offenbarten Struktur äquivalent ist, die die Funktion in den hier dargestellten Beispielimplementierungen der Offenbarung erfüllt. Außerdem ist, auch wenn ein besonderes Merkmal der Offenbarung möglicherweise mit Bezug auf nur eine von mehreren Implementierungen offenbart wurde, dieses Merkmal mit einem oder mehreren anderen Merkmalen der anderen Implementierungen kombinierbar, wie es für jede gegebene oder besondere Anwendung vorteilhaft ist. Außerdem sind die Artikel ”ein” und ”eine” gemäß ihrer Verwendung in dieser Anmeldung und den beigefügten Patentansprüchen in der Bedeutung ”ein oder mehrere” zu verstehen.
Darüber hinaus sind, sofern die Ausdrücke ”weist auf”, ”haben”, ”hat”, ”mit” oder Varianten derselben in der detaillierten Beschreibung oder den Patentansprüchen verwendet werden, diese Ausdrücke ähnlich wie der Ausdruck ”umfassend” inklusiv zu verstehen.

Claims

Schaltung (200; 300), die folgende Merkmale aufweist: eine erste Gleichstromquelle (308), die an einen ersten Schaltungsknoten (312), der ein erstes Spannungspotential hat, gekoppelt ist, wobei der erste Schaltungsknoten (312) an eine erste Spannungsdomäne (202; 302) gekoppelt ist, die eine oder mehrere Schaltungskomponenten aufweist, die bei einer niedrigen Versorgungsspannung vorgespannt sind; und eine zweite Gleichstromquelle (310), die an einen zweiten Schaltungsknoten (314), der elektrisch mit dem ersten Schaltungsknoten (312) verbunden ist und ein zweites Spannungspotential hat, gekoppelt ist, wobei der zweite Schaltungsknoten (314) an eine zweite Spannungsdomäne (204; 304) gekoppelt ist, die eine oder mehrere Schaltungskomponenten aufweist, die bei einer hohen Versorgungsspannung, die größer als die niedrige Versorgungsspannung ist, vorgespannt sind; wobei die erste und die zweite Gleichstromquelle (308; 310) dazu betrieben werden, einen Gleichsignal-Aufhebungsstrom zu erzeugen, der dazu konfiguriert ist, einen unerwünschten Gleichstrom zwischen dem ersten Schaltungsknoten (312) und dem zweiten Schaltungsknoten (314) aufgrund einer Potentialdifferenz zwischen dem ersten Spannungspotential und dem zweiten Spannungspotential aufzuheben.
Schaltung (200; 300) gemäß Anspruch 1, die weiterhin folgende Merkmale aufweist: eine Eingangsstufe (208), die bei der niedrigen Versorgungsspannung vorgespannt ist und dazu konfiguriert ist, ein empfangenes Hochfrequenz-(HF)-Spannungssignal in ein HF-Stromsignal umzuwandeln; eine Schaltstufe (210), die an den Ausgang der Eingangsstufe gekoppelt ist und dazu konfiguriert ist, das HF-Stromsignal zu einem Zwischen-(ZF)-Stromsignal herunterzumischen; und eine Ausgangsstufe (212), die bei der hohen Versorgungsspannung vorgespannt ist, wobei die Ausgangsstufe an den Ausgang der Schaltstufe gekoppelt ist und dazu konfiguriert ist, das ZF-Stromsignal in ein ZF-Spannungssignal umzuwandeln, wobei die erste Gleichstromquelle (308) an den Eingang der Ausgangsstufe gekoppelt ist und die zweite Gleichstromquelle (310) an den Ausgang der Ausgangsstufe gekoppelt ist.
Schaltung (200; 300) gemäß Anspruch 2, bei der die erste Gleichstromquelle (308) dazu konfiguriert ist, den Gleichsignal-Aufhebungsstrom zu beseitigen, und bei der die zweite Gleichstromquelle (310) dazu konfiguriert ist, den Gleichsignal-Aufhebungsstrom zu injizieren, und bei der der Gleichsignal-Aufhebungsstrom gleich der Spannungspotentialdifferenz zwischen dem ersten Schaltungsknoten (312) und dem zweiten Schaltungsknoten (314), dividiert durch einen Widerstandswert zwischen den Knoten, ist.
Schaltung (200; 300) gemäß Anspruch 2 oder 3, bei der die Ausgangsstufe (212) eine rekonfigurierbare Ausgangsstufe (700) aufweist, die einen ersten Operationsverstärker (704) aufweist, der entsprechend der hohen Versorgungsspannung vorgespannt ist.
Schaltung (200; 300) gemäß Anspruch 4, bei der die Ausgangsstufe (212) weiterhin einen zweiten Operationsverstärker (702) aufweist, der parallel zu dem ersten Operationsverstärker verbunden ist und entsprechend der niedrigen Versorgungsspannung vorgespannt ist.
Schaltung (200; 300) gemäß Anspruch 5, bei der der Ausgang des ersten Operationsverstärkers (704) selektiv von dem zweiten Operationsverstärker (702) isoliert ist, wenn der erste Operationsverstärker freigegeben ist.
Schaltung (200; 300) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, bei der die Ausgangsstufe (212) einen Operationsverstärker (602) aufweist, der einen oder mehrere Rückkopplungskreise hat, die einen variablen Rückkopplungswiderstand aufweisen, der dazu konfiguriert ist, eine Verstärkungsumschaltfunktionalität zu implementieren, und bei der die ersten und zweiten Gleichstromquellen (608; 610) variable Stromquellen aufweisen, die dazu konfiguriert sind, den Gleichsignal-Aufhebungsstrom auf Basis von Veränderungen in dem variablen Rückkopplungswiderstand zu modifizieren.
Schaltung (200; 300) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, bei der die Schaltstufe (210; 504) eine Differenzschaltung aufweist, die ein Paar von ersten Gleichstromquellen (510a; 510b) hat, die in jedem Zweig der Differenzschaltung angeordnet sind, der die erste (202; 302) und zweite Spannungsdomäne (204; 304) verbindet, wobei die ersten Gleichstromquellen (510a; 510b) dazu konfiguriert sind, einen Gleichsignal-Aufhebungsstrom bereitzustellen, der einen Wert hat, der einen durch die Potentialdifferenz zwischen dem ersten Spannungspotential und dem zweiten Spannungspotential erzeugten Gleichstrom aufhebt.
Schaltung (200; 300) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8, bei der die zweite Gleichstromquelle eine Gleichtakt-Regelschaltung (516) aufweist, die innerhalb der Ausgangsstufe (506) enthalten ist und dazu konfiguriert ist, den Gleichsignal-Aufhebungsstrom zu injizieren, und wobei die erste Gleichstromquelle eine variable Stromquelle aufweist, die dazu konfiguriert ist, den Gleichsignal-Aufhebungsstrom zu beseitigen.
Empfängerkettenschaltung (400; 500), die folgende Merkmale aufweist: eine erste Spannungsdomäne (402), die bei einer ersten Versorgungsspannung vorgespannt ist; eine zweite Spannungsdomäne (404), die bei einer zweiten Versorgungsspannung vorgespannt und elektrisch mit der ersten Spannungsdomäne verbunden ist, wobei die zweite Versorgungsspannung sich von der ersten Versorgungsspannung unterscheidet; und eine Gleichsignal-Aufhebungsstrom-Erzeugungskomponente (416; 418), die dazu konfiguriert ist, einen Gleichsignal-Aufhebungsstrom zu erzeugen, der einen unerwünschten Gleichstrom aufhebt, der durch die Potentialdifferenz zwischen der ersten Spannungsdomäne und der zweiten Spannungsdomäne erzeugt wird.
Empfängerkettenschaltung (400; 500) gemäß Anspruch 10, bei der die Gleichsignal-Aufhebungsstrom-Erzeugungskomponente folgende Merkmale aufweist: eine oder mehrere erste Gleichstromquellen (416a; 416b), die der zweiten Spannungsdomäne (404) vorgeschaltet an einem ersten Knoten, der ein Nieder-Gleichspannungspotential hat, konfiguriert sind; und eine oder mehrere zweite Gleichstromquellen (418a; 418b), die an einem zweiten Knoten innerhalb der zweiten Spannungsdomäne (404), der ein Hoch-Gleichspannungspotential hat, konfiguriert sind; wobei die zweite Gleichstromquelle (418a; 418b) dazu konfiguriert ist, den Gleichsignal-Aufhebungsstrom zu erzeugen, der einen Wert hat, der einen Gleichstrom aufhebt, der durch die Potentialdifferenz zwischen dem Hoch-Gleichspannungspotential und dem Nieder-Gleichspannungspotential erzeugt wird, und wobei die erste Gleichstromquelle dazu konfiguriert ist, den Gleichsignal-Aufhebungsstrom zu beseitigen.
Empfängerkettenschaltung (400; 500) gemäß Anspruch 11, die eine Differenzschaltung aufweist, die ein Paar erster Gleichstromquellen (416a; 416b) hat, die in jedem Zweig der Differenzschaltung angeordnet sind, der Nieder- und Hochspannungsdomänen der Empfängerkettenschaltung verbindet.
Empfängerkettenschaltung (400; 500) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, bei der die erste Spannungsdomäne (402) folgende Merkmale aufweist: eine Eingangsstufe (410), die bei der ersten Versorgungsspannung niedriger als die zweite Versorgungsspannung vorgespannt ist und dazu konfiguriert ist, ein empfangenes Hochfrequenz-(HF)-Spannungssignal in ein HF-Stromsignal umzuwandeln; eine Schaltstufe (412), die an die Eingangsstufe gekoppelt ist und dazu konfiguriert ist, das HF-Stromsignal zu einem Zwischenfrequenz-(ZF)-Stromsignal herunterzumischen; und wobei die zweite Spannungsdomäne (404) eine Ausgangsstufe (414) aufweist, die bei der zweiten Versorgungsspannung höher als die erste Versorgungsspannung vorgespannt ist, wobei die Ausgangsstufe (414) an den Ausgang der Schaltstufe gekoppelt und dazu konfiguriert ist, das ZF-Stromsignal in ein ZF-Spannungssignal umzuwandeln.
Empfängerkettenschaltung (400; 500) gemäß Anspruch 13, bei der die Gleichsignal-Aufhebungsstrom-Erzeugungskomponente eine Gleichtakt-Regelschaltung (516), die innerhalb der Ausgangsstufe (508) enthalten ist, und eine Gleichstromquelle, die der Ausgangsstufe vorgeschaltet konfiguriert ist, aufweist.
Empfängerkettenschaltung (400; 500) gemäß einem der Ansprüche 13 oder 14, bei der die Ausgangsstufe einen Operationsverstärker (508; 602) aufweist, der einen oder mehrere Rückkopplungskreise hat, die einen variablen Rückkopplungswiderstand aufweisen, der dazu konfiguriert ist, eine Verstärkungsumschaltfunktionalität zu implementieren, und bei der die ersten und zweiten Gleichstromquellen variable Stromquellen (608; 610) aufweisen, die dazu konfiguriert sind, den Aufhebungsstrom auf Basis von Veränderungen in dem variablen Rückkopplungswiderstand zu modifizieren.
Empfängerkettenschaltung (400; 500) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, bei der die Ausgangsstufe eine rekonfigurierbare Ausgangsstufe aufweist, die einen ersten Operationsverstärker (704), der entsprechend der zweiten Versorgungsspannung vorgespannt ist, und einen zweiten Operationsverstärker (702), der parallel zu dem ersten Operationsverstärker verbunden ist und entsprechend der ersten Versorgungsspannung vorgespannt ist, aufweist.
Empfängerkettenschaltung (400; 500) gemäß Anspruch 16, bei der der Ausgang des ersten Operationsverstärkers (704) selektiv von dem zweiten Operationsverstärker (702) isoliert ist, wenn der erste Operationsverstärker freigegeben ist.
Verfahren (800) zum Beseitigen eines unerwünschten Gleichstroms aus einer Schaltung, die unterschiedliche Spannungspotentiale hat, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Vorspannen einer ersten Schaltungsregion mit einer ersten Gleichstrom-Versorgungsspannung, um eine erste Spannungsdomäne zu erzeugen (802), und einer zweiten Schaltungsregion mit einer zweiten Gleichstrom-Versorgungsspannung, um eine zweite Spannungsdomäne zu erzeugen (804); Bereitstellen einer ersten Gleichstromquelle in der ersten Spannungsdomäne und einer zweiten Gleichstromquelle in einer zweiten Spannungsdomäne (806); und Betreiben der ersten und zweiten Gleichstromquellen, um einen Gleichsignal-Aufhebungsstrom bereitzustellen, der einen unerwünschten Gleichstrom aufhebt, der durch die Potentialdifferenz zwischen der ersten Spannungsdomäne und der zweiten Spannungsdomäne erzeugt wird (808).
Verfahren (800) gemäß Anspruch 18, bei dem: die erste Spannungsdomäne eine Eingangsstufe, die bei der ersten Gleichstrom-Versorgungsspannung niedriger als die zweite Gleichstrom-Versorgungsspannung vorgespannt ist und dazu konfiguriert ist, ein empfangenes Hochfrequenz-(HF)-Spannungssignal in ein HF-Stromsignal umzuwandeln, und eine Schaltstufe, die an den Ausgang der Eingangsstufe gekoppelt ist und dazu konfiguriert ist, das HF-Stromsignal in ein ZF-Signal umzuwandeln, aufweist, die zweite Spannungsdomäne eine Ausgangsstufe aufweist, die bei der zweiten Gleichstrom-Versorgungsspannung höher als die erste Gleichstrom-Versorgungsspannung vorgespannt ist, wobei die Ausgangsstufe an den Ausgang der Schaltstufe gekoppelt ist und dazu konfiguriert ist, das ZF-Stromsignal in ein ZF-Spannungssignal umzuwandeln, und die erste Gleichstromquelle zwischen den Eingang der Ausgangsstufe und die Schaltstufe gekoppelt ist und die zweite Gleichstromquelle an den Ausgang der Ausgangsstufe gekoppelt ist.