DE102012207909B4

DE102012207909B4 - HF-DAC mit konfigurierbarer DAC-Mischerschnittstelle und konfigurierbarem Mischer

Info

Publication number: DE102012207909B4
Application number: DE102012207909.2A
Authority: DE
Inventors: Peter Pfann; Markus Schimper; José Moreira; Timo Gossmann
Original assignee: Apple Inc
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2011-05-13
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2020-10-29
Anticipated expiration: 2032-05-12
Also published as: US20120286983A1; US9143155B2; CN102780483A; DE102012207909A1; US20140091959A1; US8604958B2; CN102780483B

Abstract

Schaltung (300, 400, 750), die folgende Merkmale aufweist:einen Digital-zu-Analog-Wandler, DAC (106, 302,402), der ausgebildet ist, um einen zeitlich veränderlichen Multi-Bit-Digital-Wert in einen entsprechenden zeitlich veränderlichen Ausgangsstrom umzuwandeln, wobei der DAC eine Mehrzahl aus Stromquellen (410) aufweist, die unabhängig und selektiv aktiviert werden, basierend auf dem zeitlich veränderlichen Multi-Bit-Digital-Wert, der dem DAC bereitgestellt wird;ein Mischermodul (306, 406), das dem DAC (106, 302, 402) nachgeordnet ist und eine Mehrzahl von Mischern aufweist;einen Steuerblock (308, 408, 752), der ausgebildet ist, um selektiv Ausgangsstrom aus dem DAC (106, 302, 402) zu unterschiedlichen Mischern des Mischermoduls (306, 406) zu steuern; undeine Mehrzahl von Schaltern, die angeordnet sind, um die Mehrzahl der Stromquellen (410) selektiv mit der Mehrzahl von Mischern zu koppeln, basierend auf einem Steuersignal von dem Steuerblock (308, 408, 752), um selektiv Ausgangsstrom aus dem DAC (106, 302, 402) zu unterschiedlichen Mischern des Mischermoduls (306, 406) zu steuern, wobei das Steuersignal auf zumindest einer Sendebedingung basiert.

Description

Eine drahtlose Kommunikation kann verwendet werden, um Informationen über viele Distanzen zu übertragen, die von kurzen Distanzen (wenige Meter wie bei einer Fernsehfernsteuerung) bis zu langen Distanzen (Tausende von Kilometern für Funkkommunikation) reichen. Eine drahtlose Kommunikation umfasst verschiedene Typen von festen, mobilen und tragbaren Zweiwege-Radios, zellulare Telefone, persönliche digitale Assistenten (PDAs) und drahtlose Vernetzung. Typische drahtlose Bauelemente kommunizieren gemäß vorbestimmten Kommunikationsprotokollen, wie z.B. IEEE-Kommunikationsstandards oder anderen Telekommunikationsstandards. Obwohl es viele unterschiedliche Kommunikationsstandards gibt, spezifiziert jeder gegebene Standard präzise Regeln für eine Kommunikation, wodurch dabei geholfen wird, sicherzustellen, dass drahtlose Bauelemente von unterschiedlichen Herstellern effektiv miteinander kommunizieren.
Moderne, drahtlose Kommunikationsbauelemente integrieren immer mehr Kommunikationsfunktionen in ein einzelnes Bauelement. Zum Beispiel kann ein einzelnes, herkömmliches Mobiltelefon Daten unter Verwendung mehrerer Kommunikationsstandards senden und empfangen, wie z.B. 2G- und 3G-Telekommunikationsstandards. Diese Standards können unterschiedliche Sendeleistungen, unterschiedliche Modulationstechniken, unterschiedliche Sendefrequenzen und ähnliches benötigen.
Um zu erlauben, dass ein einzelnes, drahtloses Bauelement gemäß unterschiedlichen Kommunikationsstandards überträgt, umfassen herkömmliche drahtlose Kommunikationsbauelemente mehrere Sendepfade und/oder Empfangspfade. Zum Beispiel zeigt 1 einen Abschnitt eines herkömmlichen drahtlosen Sende-Empfangs-Geräts 100, das einen ersten Sendepfad 102 umfasst, auf dem ein 3G-Signal gesendet wird, und einen zweiten Sendepfad 104, auf dem ein 2G-Signal gesendet wird. Beide Sendepfade 102, 104 umfassen Digital-zu-Analog-Wandler (DACs) 106 und Mischer 108, wobei Tiefpassfilter 110 zwischen den DACs 106 und ihren entsprechenden Mischern 108 angeordnet sind.
Für einen vernünftigen Stromverbrauch ist ein 3G-Vektor-Modulator schwach im Hinblick auf Rauschverhalten, so dass Zwischenstufen-Oberflächenwellenfilter (SAW-Filter; SAW = surface acoustical wave) 112 für jedes Sendeband erforderlich sind, wie in 2 gezeigt ist. Diese SAW-Filter 112 sind zwischen den Ausgang des Sendepfads 102 (der mehrere Sendebänder unterstützt, z.B. TX_3G_H, TX_3G_L, TX_3G_M1) und entsprechende Leistungsverstärker (Patentanspruch; power amplifiers) 114, die zur Übertragung über die entsprechenden Bänder verwendet werden, gekoppelt. Der Bedarf nach den unterschiedlichen SAW-Filtern 112 erhöht die Stiftanzahl des Sende-Empfangs-Geräts 100 sowie die Größe der gedruckten Schaltungsplatine (PCB; printed circuit board), und die gesamte Stückliste (BOM; bill of materials).
Im Hinblick auf diese herkömmlichen Kommunikationsbauelemente haben Erfinder darauf hingewiesen, dass es aus einer Kosten- und Leistungs-Perspektive hilfreich wäre, einen einzelnen, flexiblen Sendepfad bereitzustellen, der für mehrere Kommunikationsstandards gemeinschaftlich verwendet wird, und nicht separate Sendepfade für jeden Kommunikationsstandard zu verwenden. Ferner wäre es vorteilhaft, den Bedarf nach SAW-Filtern zu beseitigen, um die Stiftanzahl des Sende-Empfangs-Geräts, die Größe der gedruckten Schaltungsplatine (PCB; printed circuit board) und die gesamte Stückliste (BOM), die für das Sende-Empfangs-Gerät verwendet wird, zu reduzieren.
KOUSAI, S. et al.: An Octave-Range, Watt-Level, Fully-Integrated CMOS Switching Power Mixer Array for Linearization and Back-Off-Efficiency Improvement. In: IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 44, Issue 12, p. 3376-3392, Dec. 2009 offenbart den „Power Mixer Array“ als einen neuen Ansatz zur Leistungs-Generation für Signale mit nicht konstanten Hüllkurvensignalen. Der Power Mixer Array umfasst dabei mehrere Leistungs-Mischer-Einheiten, die dynamisch an- und ausgeschaltet werden.
US 7 372 386 B1 offenbart ein Verfahren zum parallelen Digital-Analog-Umwandeln eines digitalen n-Bit-Eingangsdatensignals mit einer Frequenz von fs, umfassend das Empfangen des digitalen n-Bit-Eingangsdatensignals; Erzeugen von M-1 verzögerten Eingangsdatensignalen, wobei M die Anzahl der parallelen Umwandlungskanäle ist, wobei die M-1 verzögerten Eingangsdatensignale jeweils einen ansteigenden Betrag der Einheitsverzögerung aufweisen, wobei das digitale Eingangsdatensignal und die M-1 verzögerten Eingangsdatensignale M bilden digitale Signale; Halten der M digitalen Signale für eine erste Zeitperiode; Durchführen einer Datentransformation der M digitalen Signale unter Verwendung einer MxM Hadamard-Matrix; Erzeugen von M (n + m) -bit transformierten digitalen Datensignalen; Umwandeln jedes der M transformierten digitalen Datensignale in M analoge Signale; und Durchführen einer Rückdatentransformation der M analogen Signale basierend auf der M×M Hadamard-Matrix, um ein analoges Ausgangssignal zu erzeugen, das das digitale n-Bit-Eingangsdatensignal anzeigt.
MAXIM, A. et al.: A DDFS Driven Mixing-DAC with Image and i-iarmonic Rejection Capabilities. In: Solid-State Circuits Conference, 2008. ISSCC 2008 Digest of Technical Papers. IEEE International. S. 372, 373 und 621. Silicon Laboratories, Austin, TX offenbart eine DDFS-getriebenen Misch-DA-Wandler, der mehrere parallel-verbundene Gilbert-Zellen umfasst.
GB 2 333 171 A offenbart eine Codierschaltung zur Verwendung in z.B. durch Auswählen von Zellen einer Zellenanordnung in einem Digital-Analog-Wandler werden in Abhängigkeit von einem binären Eingangssignal erste und zweite Sätze von thermometercodierten Ausgangssignalen erzeugt. Wenn der Wert des Eingangssignals von einem ersten Wert zu einem zweiten Wert progressiv zunimmt, werden die zuerst eingestellten Ausgangssignale in einer vorbestimmten Reihenfolge aktiviert und die zweitens eingestellten Ausgangssignale in einer vorbestimmten Reihenfolge deaktiviert. Wenn der Wert des Eingangssignals von dem zweiten Wert zu einem dritten Wert progressiv zunimmt, werden die zuerst eingestellten Ausgangssignale in einer vorbestimmten Reihenfolge deaktiviert und die zweitens eingestellten Ausgangssignale in einer vorbestimmten Reihenfolge aktiviert. Eine solche Codierschaltung reduziert die Anzahl von Ausgangssignalen, die sich als Reaktion auf Änderungen des Eingangssignalwerts ändern. In einer anderen Ausführungsform enthält die Codierschaltung jeweilige Zeilen-, Spalten- und Tiefendecoder, von denen jeder einen jeweiligen Teil eines binären Eingangsworts empfängt und daraus einen Satz von thermometercodierten Auswahlsignalen ableitet.
Eine solche Codierschaltung kann die Auswahl von Elementen aus einer großen Reihe von Elementen unter Verwendung nur einer kleinen Anzahl von thermometercodierten Signalen ermöglichen.
US 2007/004453 A1 offenbart einen Multistandard-RF-Transceiver, der wahlweise auswählbare Mischer enthalten kann; wählbare Verstärker; ein konfigurierbares analoges Filter; und ein konfigurierbarer Analog-Digital-Wandler. Der Multistandard-RF-Transceiver kann auch eine Datenschnittstelle zum Senden von Daten an einen Host-Controller und eine Steuerschnittstelle zum Empfangen von Konfigurationsbefehlen vom Host-Controller enthalten. Die Konfigurationsbefehle identifizieren einen Funkstandard, der vom HF-Empfänger implementiert werden soll. Ein HF-Prozessor verarbeitet ein HF-Signal, wobei das verarbeitete HF-Signal auf der Datenschnittstelle an die Host-Steuerung ausgegeben wird.
ZHOU, Y.; YUAN, J.: A 10-Bit Wide-Band CMOS Direct Digital RF Amplitude Modulator. In IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 38, No. 7, S. 1182-1 188, 2003 - JSSN 0018-9200, doi: 10.1 109/JSSC.2003.813290 offenbart einen direkten digitalen HF-Amplitudenmodulator, der nur aus einem Mischer und einem DAC besteht, um die Amplitudenmodulation in einer CMOS-Technologie zu realisieren.
US 2011 / 0 085 616 A1 offenbart in einigen Ausführungsformen Digital-Analog-Wandler, die mehrere Zellen umfassen. Jede Zelle umfasst einen Mischer und eine Kopplungsschaltung, um selektiv ein lokales Oszillatorsignal an den Mischer zu koppeln.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltung, eine Schaltung zum Ermöglichen einer Übertragung eines Hochfrequenzsignals und ein Verfahren mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 ein schematisches Diagramm eines herkömmlichen Sende-Empfangs-Geräts, das mehrere Sendepfade und Filter auf demselben umfasst;
2 ein Schema eines Sende-Empfangs-Geräts, das einen Sendepfad umfasst;
3 ein Blockdiagramm eines Senders gemäß einigen Ausführungsbeispielen;
4 ein schematisches Diagramm einer Schaltung, die in einem Sender gemäß einigen Ausführungsbeispielen umfasst sein kann;
5 ein Diagramm, das einige Beispiele von digitalen Werten und Steuerwerten darstellt, die verwendet werden können, um verschiedene Sendebedingungen zu erreichen, die dem Ausführungsbeispiel von 4 entsprechen;
6 ein Blockdiagramm eines Mischers gemäß einigen Ausführungsbeispielen;
7 ein Blockdiagramm einer Schaltung, die in einem Sender gemäß einigen Ausführungsbeispielen umfasst sein kann; und
8 ein Flussdiagramm, das ein Verfahren gemäß einigen Ausführungsbeispielen darstellt.

Der beanspruchte Gegenstand wird nun Bezug nehmend auf die Zeichnungen beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung sind zu Zwecken der Erklärung zahlreiche spezifische Details ausgeführt, um ein tiefgreifendes Verständnis des beanspruchten Gegenstands bereitzustellen. Es kann jedoch offensichtlich sein, dass der beanspruchte Gegenstand ohne diese spezifischen Details ausgeführt werden kann.
Die hierin offenbarten Techniken erzeugen einen zeitlich veränderlichen Strom unter Verwendung eines Digital-zu-Analog-Wandlers (DAC) und lenken bzw. steuern selektiv Strom von dem DAC zu unterschiedlichen Mischern eines Mischermoduls. Bei vielen Ausführungsbeispielen schränkt diese Konfiguration den Bedarf nach Filtern auf dem Sendepfad ein, wodurch die Gesamtschaltungsanordnung begrenzt wird, die für das Sende/Empfangs-Gerät benötigt wird, relativ zu herkömmlichen Lösungen.
3 zeigt ein Beispiel einer Schaltung 300 gemäß einigen Ausführungsbeispielen. Wie nachfolgend detaillierter erörtert wird, stellt die Schaltung 300 einen einzelnen Sendepfad bereit, der für ein oder mehrere Kommunikationsprotokolle verwendet werden kann, wobei die Schaltung 300 potenziell unter Verwendung einer unterschiedlichen Sendeleistung übertragen kann, um unterschiedliche Kommunikationsprotokolle auszuführen (und/oder unterschiedliche Sendeleistungen innerhalb eines gegebenen Kommunikationsprotokolls verwenden kann). Zum Beispiel kann die Schaltung bei einigen Implementierungen gemäß zumindest zwei der folgenden übertragen: Global System for Mobile Communication (GSM), Gaußsche Minimalphasenumtastung (GMSK; Gaussian minimum shift keying), Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE), Universal Mobile Telecommunication Systems (UMTS), Long Term Evolution (LTE), WiMax, Bluetooth, einem drahtlosen 801.11-Protokoll und/oder anderen Kommunikationsprotokollen.
Die Schaltung 300 umfasst einen Digital-zu-Analog-Wandler (DAC) 302, eine Schaltmatrix 304, ein Mischermodul 306 und einen Steuerblock 308, die wirksam gekoppelt sind, wie gezeigt ist. Das Mischermodul 306 umfasst eine Mehrzahl von Mischern, die wirksam sind, ein HF-Ausgangssignal zu einer HF-Antenne 310 durch einen Leistungsverstärker 312 zu liefern. Bei einigen Ausführungsbeispielen sind keine Filter zwischen dem DAC 302 und dem Mischermodul 306 erforderlich, und SAW-Filter sind nicht zwischen dem Mischermodul 306 und dem Leistungsverstärker 312 erforderlich. Somit neigt die Schaltung 300 dazu, Bereich und Leistungsverbrauch relativ zu herkömmlichen Lösungen zu reduzieren. Es wird darauf hingewiesen, dass nicht alle diese Komponenten bei allen Implementierungen erforderlich sind - z.B. kann der Leistungsverstärker 312 bei einigen Ausführungsbeispielen weggelassen sein.
Während des Betriebs ist der Ausgangsleistungsbereich der Antenne 310 in M Teilbereiche unterteilt (M kann eine ganze Zahl von 2 bis annähernd unendlich sein). Zu jeder gegebenen Zeit wird ein N-Bit-Digital-Wert (N kann eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis annähernd unendlich sein), der die Ausgangsleistung anzeigt, die zu dieser Zeit verwendet werden soll, an einem Eingang 314 des DAC 302 empfangen. Der DAC 302 wandelt den N-Bit-Digital-Wert in einen entsprechend zeitlich veränderlichen Ausgangsstrom um, der an einem Ausgang (316) des DAC 302 bereitgestellt wird. Somit kann durch Ändern des N-Bit-Digital-Werts auf 314 über der Zeit der Ausgangsstrom auf 316 über der Zeit verändert werden, um einer gewünschten Sendeleistung zu entsprechen.
Die Schaltmatrix 304, unter der Anleitung des Steuerblocks 308, ist konfiguriert, um verschiedene Mengen eines Ausgangsstroms von dem DAC 302 zu unterschiedlichen Mischern des Mischermoduls 306 zu lenken, basierend auf einem Steuersignal auf 318 von dem Steuerblock 308. Das Mischermodul 306 moduliert dann das Signal aus dem Schaltmatrixausgang 320 mit einem LO-Signal 322, um ein HF-Signal 324 auf einem gewünschten Leistungspegel zu dem Leistungsverstärker 312 zu liefern. Der Leistungsverstärker 312 verstärkt dann das HF-Signal 324, wodurch die Übertragung über die HF-Antenne 310 bei der gewünschten Sendeleistung ermöglicht wird.
Der Ausgang des Steuerblocks 308 kann von unterschiedlichen Sendebedingungen abhängen, wie z.B. dem DAC-Momentanwert, DAC-Vorspannungsbedingung, Ausgangsleistung, Sendestandard und Crest-Faktor, etc. Wenn z.B. ein relativ hohes Leistungssignal von der HF-Antenne 310 während einer ersten Zeit übertragen werden soll (z.B. während ein erstes Kommunikationsprotokoll eingesetzt wird), steuert die Schaltmatrix 304 einen relativ großen Strom zu dem Mischermodul 306, derart, dass die HF-Antenne 310 ein relativ intensives HF-Signal überträgt. Im Gegensatz dazu, wenn ein relativ niedriges Leistungssignal von der HF-Antenne während einer zweiten Zeit gesendet werden soll (z.B. während ein zweites Kommunikationsprotokoll eingesetzt wird), steuert die Schaltmatrix 304 einen relativ kleinen Strom zu dem Mischermodul 306, derart, dass die HF-Antenne 310 ein HF-Signal mit relativ niedriger Intensität sendet. Üblicherweise arbeiten der DAC 302 und die Schaltmatrix 304 auf koordinierte Weise, um eine große Anzahl von Ausgangssendeleistungen über die Antenne 310 zu liefern, wodurch einem einzelnen Sendepfad geholfen wird, flexibel mehrere Kommunikationsprotokolle mit unterschiedlichen Sendeleistungen auszuführen.
Es wird darauf hingewiesen, dass der Steuerblock 308 verschiedene Formen annehmen kann, abhängig von der Implementierung. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der Steuerblock einen Mikroprozessor umfassen, der eine Reihe von Anweisungen ausführt (z.B. Software und/oder Firmware), wenn er durch eine Speichereinheit zugegriffen wird. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann der Steuerblock eine anwendungsspezifische, integrierte Schaltung (ASIC) oder eine andere logische Einheit (z.B. FPGA, Basisbandprozessor) sein.
4 zeigt eine andere Schaltung 400 gemäß einigen Ausführungsbeispielen. Wie die Implementierung von 3 umfasst die Schaltung 400 von 4 einen Digital-zu-Analog-Wandler (DAC) 402, eine Schaltmatrix 404, ein Mischermodul 406 und einen Steuerblock 408, die wirksam wie gezeigt gekoppelt sind.
Der DAC 402 empfängt einen zeitlich variierenden N-Bit-Digitalwert und wandelt ihn in einen zeitlich veränderlichen Ausgangsstrom um. Um diese Funktionalität zu ermöglichen, weist der DAC eine Anzahl von Stromquellen 410 auf, die in einer Anzahl von Zeilen und Spalten angeordnet sind (wo individuelle Stromquellen als S_row-column gekennzeichnet sind). Die Stromquellen 410 können selektiv und unabhängig durch einen Zeilendecodierer 412 und Spaltendecodierer 414 aktiviert werden, die Logikgatter (z.B. UND-Gatter 416) kollektiv aktivieren, deren Ausgänge mit entsprechenden Steueranschlüssen der Stromquellen 410 gekoppelt sind. Die Stromquellen entlang einer Spalte sind so angeordnet, dass sich ihre Ausgangsströme addieren, wenn sie gleichzeitig aktiviert werden. Es wird darauf hingewiesen, dass obwohl nur drei Spalten der Einfachheit halber dargestellt sind, andere, nicht dargestellte Ausführungsbeispiele jegliche Anzahl von Spalten umfassen können. Ferner, obwohl logische UND-Gatter dargestellt sind, kann jegliche Anzahl von anderen logischen Gattern verwendet werden.
Die Schaltmatrix 404 weist eine Anzahl von Schaltelementen auf, die zwischen den DAC 402 und das Mischermodul 406 gekoppelt sind. Die Schaltelemente sind angeordnet, um selektiv unterschiedliche Strombeträge von dem DAC 402 zu den Mischern des Mischermoduls 406 zu steuern. Zum Beispiel weist eine erste Teilgruppe aus Schaltelementen 418 jeweilige erste Kontakte auf, die mit einer ersten Spalte des DAC 402 gekoppelt sind und weist entsprechende zweite Kontakte auf, die mit unterschiedlichen Mischern der Mehrzahl der Mischer 406 gekoppelt sind. Eine zweite Teilgruppe aus Schaltelementen 420 weist entsprechende erste Kontakte auf, die mit einer zweiten Spalte des DAC gekoppelt sind und weist entsprechende zweite Kontakte auf, die mit unterschiedlichen Mischern der Mehrzahl der Mischer gekoppelt sind. Eine dritte Teilgruppe aus Schaltelementen 422 weist entsprechende erste Kontakte auf, die mit einer dritten Spalte des DAC 402 gekoppelt sind, und weist entsprechende zweite Kontakte auf, die mit unterschiedlichen Mischern der Mehrzahl der Mischer gekoppelt sind. Die Matrix muss nicht vollständig besetzt sein. Schalter können entfernt werden, wenn sie immer offen sind, durch Kurzschlüsse ersetzt werden, wenn sie immer geschlossen sind, oder kombiniert werden, wenn sie gleichzeitig geschaltet werden (siehe z.B. 7).
Das Mischermodul 406 umfasst eine Anzahl aus Mischern (z.B. 406a, 406b, 406c, 406d) mit entsprechenden ersten und zweiten Eingängen und mit entsprechenden Ausgängen. Ein erster Eingang jedes Mischers ist mit einer Leitung 410 eines Lokaloszillators (LO; local oscillator) gekoppelt, auf der ein LO-Signal mit einer LO-Frequenz empfangen wird. Ein zweiter Eingang für jeden Mischer ist mit einem Ausgang der Schaltmatrix 404 gekoppelt. Die Ausgänge der Mischer sind mit einem gemeinschaftlich verwendeten Ausgang 412 gekoppelt. Nach dem Empfangen des LO-Signals und des Signals von der Schaltmatrix gibt ein Mischer ein gemischtes Signal an den gemeinschaftlich verwendeten Ausgang 412 aus, wo das gemischte Signal Summen und Differenzen der Frequenzen der zwei Eingangssignale zeigt. Die Anzahl der Mischer kann jegliche Anzahl sein und bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Anzahl der Mischer unterschiedlich zu der Anzahl von DAC-Spalten sein.
Wie nachfolgend detaillierter erklärt wird, ist der Steuerblock 408 ausgebildet, um der Schaltmatrix 408 ein Steuersignal bereitzustellen, um den Ausgang der verschiedenen Stromquellen selektiv mit den verschiedenen Mischern über die Schalter zu koppeln.
Ein Beispiel dafür, wie die Schaltung aus 4 arbeiten kann, wird nun mit Bezug auf 5 erörtert. Bei dem Beispiel von 5 sind die Stromquellen S_0,0-S_k,2 jeweils ausgebildet, um einen Einheitsstrom zu betreiben (z.B. 1µA Strom bei diesem Beispiel). Bei vielen Ausführungsbeispielen können die Stromquellen als MOS-Typ-Transistoren realisiert sein, die alle gleiche Breite-zu-Länge-Verhältnisse aufweisen. Bei diesem Beispiel sei ferner angenommen, dass die Mischer dieselben Geometrien zueinander aufweisen. Diese Konfiguration ist in vielerlei Hinsicht vorteilhaft, da sie helfen kann, eine bessere Anpassung und weniger Rauschen bereitzustellen als andere Ausführungsbeispiele, wo unterschiedliche Geometrien für die Stromquellen und/oder Mischer verwendet werden. Natürlich ist die vorliegende Offenbarung nicht auf Stromquellen (oder Mischer) mit derselben Größe begrenzt und bei anderen Ausführungsbeispielen könnten Stromquellen (oder Mischer) eine unterschiedliche Größe zueinander aufweisen.
Bei 502 des Diagramms aktiviert ein digitaler Wert von 001001 (dessen erste drei Bits dem Zeilendecodierer 402 bereitgestellt werden und dessen zweite drei Bits dem Spaltendecodierer 404 bereitgestellt werden) die Stromquellen auf Zeile0 und Spalte0 des DAC 402 (d.h. Stromquelle S_0,0 wird aktiviert). Das Steuersignal zu der Schaltmatrix 404 ist auch auf 0×001 eingestellt (d.h. 000000000001), was die erste Spalte des DAC mit dem ersten Mischer 406a koppelt. Auf diese Weise wird 1 µA Strom zu dem Mischer 406a geliefert, der eine erste Ausgangsleistung zu einer HF-Antenne nachgeschaltet zu dem Mischermodul liefert.
Bei 504 des Diagramms aktiviert ein digitaler Wert von 001001 wiederum die Stromquelle auf Zeile0 und Spalte0 (d.h. Stromquelle S_0,0 wirkt aktiviert). Das Steuersignal ist nun jedoch auf 0×080 eingestellt (d.h. 000000000100), was die erste Spalte des DACs mit dem zweiten Mischer 406b koppelt, derart, dass 1 µA Strom nun zu dem zweiten Mischer 406b geliefert wird. Bei 506 und 508 wird der Steuerwert geändert, um die 1 µA Strom zu dem dritten Mischer 406c bzw. vierten Mischer 406d zu lenken.
Bei 510 wird der digitale Wert zu 001011 verändert, was die Stromquellen auf Zeile 1 und Spalten1-2 aktiviert (d.h. Stromquellen S_0,0; S_0,0 werden aktiviert). Abhängig davon, wie die Steuerbits eingestellt sind, kann die Schaltmatrix 404 Strom von beiden Quellen zu einem einzelnen Mischer liefern (wie durch 512 gezeigt ist, wo ein 2 µA Strom, summiert aus S_0,0; S_0,1 zu verschiedenen individuellen Mischern geliefert wird); oder sie kann die Ströme zu unterschiedlichen Mischern liefern (wie durch 514 gezeigt ist, wo 1 µA Ströme aus S_0,0; S_0,1 zu unterschiedlichen Mischern geliefert werden).
Bezugszeichen 516-528 zeigen andere Bedingungen, bei denen die unterschiedlichen Strombeträge von dem DAC 402 zu dem Mischermodul 406 gelenkt werden, um eine gewünschte Funktionalität zu ermöglichen. Es wird darauf hingewiesen, dass 5 nur ein nicht einschränkendes Beispiel ist und dass es in keiner Weise den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung einschränkt.
6 zeigt ein Beispiel eines Mischers 600 (z.B. einen der Mischer 406a-406d in 4) gemäß einigen Ausführungsbeispielen. Der Mischer 600 umfasst ein erstes Paar aus Transistoren 602a, 602b mit entsprechenden Steueranschlüssen, auf denen ein Differenzsignal eines Lokaloszillators (LO) empfangen wird. Entsprechende Sources des ersten Paars aus Transistoren sind mit einem DAC über eine Schaltmatrix gekoppelt. Entsprechende Drains des ersten Paars aus Transistoren sind mit einem zweiten Paar aus Transistoren 604a, 604b gekoppelt. Das zweite Paar aus Transistoren empfängt ein Freigabe-Signal auf den entsprechenden Gates. Aufgrund dieser Konfiguration kann das erste und zweite Paar aus Transistoren 602, 604 das Signal aus dem DAC mit dem LO-Signal mischen und selektiv ein moduliertes Signal zu einem Leistungsverstärker und einer HF-Antenne liefern, nachgeordnet zu dem Mischer 600.
7 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel einer Schaltung 750 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die DAC-Ausgangsspalten Spalte 1 (col; column = Spalte) bis Spalte N-1 miteinander kurzgeschlossen, während die DAC-Ausgangsspalte Spalte0 selektiv mit anderen Spalten über ein Schaltelement 752 gekoppelt ist. Der Steuerblock 752 stellt den Schaltelement ein Steuersignal bereit, um selektiv col0 (Spalte0) mit den anderen Spalten zu koppeln und selektiv die entsprechenden Mischer zu aktivieren bzw. freizugeben. Somit stellt dieses Ausführungsbeispiel eine eingeschränkte Schaltmatrix bereit, die weniger Flexibilität ermöglicht als die des Ausführungsbeispiels von 4. Obwohl sie weniger Flexibilität bereitstellt, erfordert diese eingeschränkte Schaltmatrix mit einem einzelnen Transistor auch weniger Schaltungsanordnung als das Ausführungsbeispiel von 4, was entsprechend einen niedrigeren Leistungsverbrauch und niedrigere Gesamtkosten aufgrund von Siliziumbereichseinsparungen im Verhältnis zu der Schaltung von 4 bereitstellt. Es wird darauf hingewiesen, dass jegliche Anzahl von Variationen möglich ist, die innerhalb des Schutzbereichs dieser Offenbarung fallen. Zum Beispiel könnten zusätzliche Schaltelemente zwischen den anderen Spalten positioniert sein, um mehr Flexibilität bereitzustellen, was aber auch entsprechend mehr Komplexität einführt und Bereichsanforderungen an die Endschaltung stellt.
8 zeigt ein Verfahren 800 gemäß einigen Ausführungsbeispielen. Während dieses Verfahren nachfolgend als eine Reihe aus Handlungen oder Ereignissen dargestellt und beschrieben ist, ist die vorliegende Offenbarung nicht durch die dargestellte Reihenfolge solcher Handlungen oder Ereignisse eingeschränkt. Dasselbe gilt für andere Verfahren, die hierin offenbart sind. Zum Beispiel können einige Handlungen in unterschiedlichen Reihenfolgen und/oder gleichzeitig zu anderen Handlungen oder Ereignissen auftreten, abgesehen von jenen, die hierin dargestellt und/oder beschrieben sind. Zusätzlich dazu sind nicht alle dargestellten Handlungen erforderlich und die Signalverlaufformen sind ausschließlich darstellend und andere Signalverläufe bzw. Wellenformen können wesentlich von den dargestellten abweichen. Ferner können ein oder mehrere der hierin gezeigten Handlungen in einer oder mehreren separaten Handlungen oder Phasen ausgeführt werden.
Das Verfahren beginnt bei 802, wo ein erster Multi-Bit-Digital-Wert in einen entsprechenden ersten Ausgangsstrom umgewandelt wird. Dies kann durch einen DAC ausgeführt werden.
Bei 804 wird der erste Ausgangsstrom entlang einem ersten Strompfad gelenkt, basierend auf einem Steuersignal. Bei vielen Implementierungen kann das Steuersignal von einem Steuerblock bereitgestellt werden (wie z.B. im Hinblick auf 4 erörtert wird). Bei anderen Implementierungen jedoch kann das Steuersignal dem Multi-Bit-Digital-Wert selbst entsprechen.
Bei 806 wird der Strom, der entlang dem ersten Strompfad gelenkt wird, mit einem Lokaloszillatorsignal gemischt, um die Übertragung eines Hochfrequenz-Signals (HF-Signal) bei einer ersten Sendeleistung während einer ersten Zeitperiode zu ermöglichen. Dieser Block kann durch ein Mischermodul bei vielen Implementierungen ausgeführt werden.
Bei 808 wandelt das Verfahren einen zweiten Multi-Bit-Digital-Wert in einen entsprechenden zweiten Ausgangsstrom um. Der zweite Multi-Bit-Digital-Wert kann sich von dem ersten Multi-Bit-Digital-Wert unterscheiden.
Bei 810 wird der zweite Ausgangsstrom selektiv entlang einem zweiten Strompfad basierend auf dem Steuersignal gelenkt.
Bei 812 wird der Strom, der entlang dem zweiten Strompfad gelenkt wird, mit dem Lokaloszillatorsignal gemischt, um eine Übertragung eines Hochfrequenz-Signals (HF-Signals) bei einer zweiten Sendeleistung während der zweiten Zeitperiode zu ermöglichen. Die zweite Sendeleistung unterscheidet sich von der ersten Sendeleistung. Obwohl dies in 8 nicht gezeigt ist, wird darauf hingewiesen, dass das Verfahren 800 kontinuierlich seinen Multi-Bit-Digital-Wert und Steuersignal ändern kann, um ein HF-Signal über eine Anzahl von unterschiedlichen Sendeleistungen zu übertragen.
Obwohl die Offenbarung im Hinblick auf eine oder mehrere Implementierungen gezeigt und beschrieben wurde, sind entsprechende Änderungen und Modifikationen für andere Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich, die diese Spezifikation und die angehängten Zeichnungen lesen und verstehen. Obwohl z.B. das Konzept eines HF-DAC oben im Hinblick auf polare Modulatoren beschrieben wurde, wird darauf hingewiesen, dass das Konzept gleichermaßen auf andere Modulationstechniken anwendbar ist, wie z.B. eine I/Q-Modulation. Somit ist bei anderen Ausführungsbeispielen der HF-DAC mit Stromsteuerung in einem IQ-Sender umfasst und nicht in einem polaren Sender, wie hierin dargestellt ist. Die Offenbarung umfasst alle solchen Modifikationen und Änderungen und ist nur durch den Schutzbereich der folgenden Ansprüche beschränkt. Insbesondere im Hinblick auf die verschiedenen Funktionen, die durch die oben beschriebenen Komponenten ausgeführt werden (z.B. Elemente und/oder Ressourcen), sind die Ausdrücke, die zum Beschreiben solcher Komponenten verwendet werden, gedacht, außer anderweitig angegeben, jeglicher Komponente zu entsprechen, die die spezifizierte Funktion der beschriebenen Komponente ausführt (die z.B. funktional äquivalent ist), auch wenn sie der offenbarten Struktur strukturell nicht entspricht, die die Funktion bei der hierin dargestellten, exemplarischen Implementierungen der Offenbarung ausführt. Zusätzlich dazu, während ein bestimmtes Merkmal der Offenbarung möglicherweise im Hinblick nur auf eine von verschiedenen Implementierungen offenbart wurde, kann ein solches Merkmal mit einem oder mehreren anderen Merkmalen der anderen Implementierungen kombiniert werden, wie es für jede gegebene oder bestimmte Anwendung erwünscht und vorteilhaft sein kann. Zusätzlich dazu sollen die unbestimmten Artikel „einer, eine, eines“, wie sie in dieser Anmeldung und in den beiliegenden Ansprüchen verwendet werden, derart betrachtet werden, dass sie „ein oder mehrere“ bedeuten.
Ferner sollen zu dem Ausmaß, dass die Ausdrücke „umfassen“, „haben“, „hat“, „mit“ oder Varianten derselben entweder in der detaillierten Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden, solche Ausdrücke auf eine Weise ähnlich zu dem Ausdruck „aufweisen“ einschließend sein.

Claims

Schaltung (300, 400, 750), die folgende Merkmale aufweist: einen Digital-zu-Analog-Wandler, DAC (106, 302,402), der ausgebildet ist, um einen zeitlich veränderlichen Multi-Bit-Digital-Wert in einen entsprechenden zeitlich veränderlichen Ausgangsstrom umzuwandeln, wobei der DAC eine Mehrzahl aus Stromquellen (410) aufweist, die unabhängig und selektiv aktiviert werden, basierend auf dem zeitlich veränderlichen Multi-Bit-Digital-Wert, der dem DAC bereitgestellt wird; ein Mischermodul (306, 406), das dem DAC (106, 302, 402) nachgeordnet ist und eine Mehrzahl von Mischern aufweist; einen Steuerblock (308, 408, 752), der ausgebildet ist, um selektiv Ausgangsstrom aus dem DAC (106, 302, 402) zu unterschiedlichen Mischern des Mischermoduls (306, 406) zu steuern; und eine Mehrzahl von Schaltern, die angeordnet sind, um die Mehrzahl der Stromquellen (410) selektiv mit der Mehrzahl von Mischern zu koppeln, basierend auf einem Steuersignal von dem Steuerblock (308, 408, 752), um selektiv Ausgangsstrom aus dem DAC (106, 302, 402) zu unterschiedlichen Mischern des Mischermoduls (306, 406) zu steuern, wobei das Steuersignal auf zumindest einer Sendebedingung basiert.
Schaltung (300, 400, 750) gemäß Anspruch 1, bei der keine Filter zwischen den DAC (106, 302, 402) und die Mischer (406, 406a-d, 600) gekoppelt sind.
Schaltung (300, 400, 750) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die Mehrzahl der Stromquellen (410) jeweils eine Mehrzahl von Transistoren aufweist und bei der ein erster Transistor einer ersten Stromquelle dieselben Abmessungen aufweist wie ein zweiter Transistor einer zweiten Stromquelle.
Schaltung (300, 400, 750) gemäß Ansprüche 1 bis 3, wobei die Sendebedingung ein DAC-Momentanwert, ein DAC-Vorspannungsbedingung, eine Ausgangsleistung, ein Sendestandard und/oder ein Crest-Faktor ist.
Schaltung (300, 400, 750) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der ein Leistungsverstärker (312) nachgeschaltet zu dem Mischermodul (306, 406) gekoppelt ist, und bei der der Leistungsverstärker angepasst ist, um HF-Signale bei unterschiedlichen Leistungen über eine HF-Antenne (310) zu senden.
Schaltung (300, 400, 750) gemäß Anspruch 5, bei der die unterschiedlichen Leistungen zumindest zwei der nachfolgenden Kommunikationsstandards zugeordnet sind: GMSK, EDGE, UMTS, LTE, WIMAX, 802.11 oder Bluetooth.
Schaltung (300, 400, 750) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der ein Mischer (406, 406a-d, 600) folgende Merkmale aufweist: ein erstes Paar aus Transistoren (602a) mit entsprechenden Source/Drain-Regionen, gekoppelt mit dem DAC (106, 302, 402); und ein zweites Paar aus Transistoren mit entsprechenden Steueranschlüssen, auf denen ein Freigabesignal empfangen wird, wobei das zweite Paar aus Transistoren wirksam ist, um selektiv einen Ausgang (316, 412) des ersten Paars aus Transistoren mit einer HF-Antenne (310) zu koppeln.
Schaltung (300, 400, 750) gemäß Anspruch 7, die ferner folgendes Merkmal aufweist: einen Ausgangs-Leistungsverstärker, der mit einem Ausgang des Mischers (406, 406a-d, 600) gekoppelt ist, wobei der Ausgangs-Leistungsverstärker einen Ausgang aufweist, der ausgebildet ist, um mit der HF-Antenne (310) gekoppelt zu sein.
Schaltung (300, 400, 750) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die Mehrzahl der Mischer (406, 406a-d, 600) alle von derselben Größe sind.
Schaltung (300, 400, 750) zum Ermöglichen der Übertragung eines Hochfrequenz-(HF-)Signals, die folgende Merkmale aufweist: eine Mehrzahl aus Mischern, die jeweils ein Paar aus Eingängen und einen Ausgang (316, 412) aufweisen; einen Digital-zu-Analog-Wandler, DAC (106, 302,402), der folgende Merkmale aufweist: eine Mehrzahl von Stromquellen (410), die unabhängig und selektiv aktiviert werden, basierend auf einem Multi-Bit-Digital-Wert, der zu dem DAC (106, 302, 402) geliefert wird; eine Schaltmatrix (304, 404, 408), die eine Mehrzahl von Schaltelementen aufweist, die zwischen den DAC (106, 302, 402) und die Mehrzahl der Mischer gekoppelt sind, wobei ein erster Schalter in der Schaltmatrix einen ersten Erster-Schalter-Kontakt aufweist, der mit einem ersten Eingang (314) eines ersten Mischers (406, 406a-d, 600) gekoppelt ist, und einen zweiten Erster-Schalter-Kontakt aufweist, der mit einem Ausgang (316, 412) einer ersten Stromquelle gekoppelt ist; einen Steuerblock (308, 408, 752), um ein Steuersignal zu einem Steueranschluss des ersten Schalters bereitzustellen, um den ersten Eingang (314) des ersten Mischers (406, 406a-d, 600) selektiv mit dem Ausgang (316, 412) der ersten Stromquelle über den ersten Schalter zu koppeln, wobei das Steuersignal auf zumindest einer Sendebedingung, insbesondere auf einem DAC-Momentanwert, einer DAC-Vorspannungsbedingung, einer Ausgangsleistung, einem Sendestandard und/oder einem Crest-Faktor, basiert, wobei ein zweiter Schalter in der Schaltmatrix (304, 404, 408) einen ersten Zweiter-Schalter-Kontakt aufweist, der mit dem ersten Eingang (314) des ersten Mischers (406, 406a-d, 600) gekoppelt ist, und einen zweiten Zweiter-Schalter-Kontakt aufweist, der mit einer zweiten Stromquelle in dem DAC (106, 302, 402) gekoppelt ist.
Schaltung (300, 400, 750) gemäß Anspruch 10, bei der keine Filter zwischen den DAC (106,302,402) und die Mischer (406, 406a-d, 600) gekoppelt sind.
Schaltung (300, 400, 750) gemäß Anspruch 10 oder 11, bei der die Mehrzahl der Stromquellen (410) eine Mehrzahl von Transistoren aufweist, wobei jeder Transistor dieselben Abmessungen aufweist, um einen Einheitsstrom von demselben bereitzustellen.
Schaltung (300, 400, 750) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, bei der ein dritter Schalter in der Schaltmatrix (304, 404/408) einen ersten Dritter-Schalter-Kontakt aufweist, der mit einem ersten Eingang (314) eines zweiten Mischers (406b) gekoppelt ist, und einen zweiten Dritter-Schalter-Kontakt aufweist, der mit der ersten Stromquelle gekoppelt ist.
Schaltung (300, 400, 750) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, die ferner folgende Merkmale aufweist: einen Leistungsverstärker (312) mit einem Eingang (314) und einem Ausgang (316, 412); und eine HF-Antenne (310) mit einem Eingang (314), der mit dem Ausgang (316, 412) des Leistungsverstärkers (312) gekoppelt ist; wobei die Mehrzahl der Mischer (406, 406a-d, 600) ihre entsprechenden Ausgänge gekoppelt mit dem Eingang (314) eines Leistungsverstärkers (312) aufweisen.
Schaltung (300, 400, 750) gemäß Anspruch 14, wobei die Schaltung angepasst ist, um HF-Signale gemäß unterschiedlichen Kommunikationsstandards über die HF-Antenne (310) zu senden.
Schaltung (300, 400, 750) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 15, bei der ein zweiter Eingang (314) des ersten Mischers (406, 406a-d, 600) mit einem Lokaloszillator gekoppelt ist.
Schaltung (300, 400, 750) zum Ermöglichen einer Übertragung eines Hochfrequenz-(HF-)Signals, die folgende Merkmale aufweist: eine Mehrzahl von Mischern, wobei jeder ein Paar aus Eingängen und einen Ausgang (316, 412) aufweist; einen Digital-zu-Analog-Wandler, DAC (106, 302, 402), der folgendes aufweist: eine Mehrzahl von Stromquellen (410), die in einer Reihe aus Zeilen und Spalten angeordnet sind, wobei die Mehrzahl der Stromquellen unabhängig und selektiv basierend auf einem Multi-Bit-Digital-Wert aktiviert werden, der dem DAC bereitgestellt wird; eine Schaltmatrix (304, 404, 408), die eine Mehrzahl von Schaltelementen aufweist, die zwischen den DAC (106, 302, 402) und die Mehrzahl der Mischer (406, 406a-d, 600) gekoppelt sind, wobei eine erste Teilgruppe aus Schaltelementen (418) entsprechende erste Kontakte aufweist, die mit Stromquellen (410) entlang einer Spalte oder Zeile des DAC gekoppelt sind, und entsprechende zweite Kontakte aufweist, die mit unterschiedlichen Mischern der Mehrzahl der Mischer gekoppelt sind; einen Steuerblock (308, 408, 752) zum Bereitstellen eines Steuersignals für einen Schalter, um den Eingang (314) des ersten Mischers (406, 406a-d, 600) selektiv mit der ersten Stromquelle über den Schalter zu koppeln, wobei das Steuersignal auf zumindest einer Sendebedingung, insbesondere auf einem DAC-Momentanwert, einer DAC-Vorspannungsbedingung, einer Ausgangsleistung, einem Sendestandard und/oder einem Crest-Faktor, basiert.
Verfahren (800), das folgende Schritte aufweist: Umwandeln, mittels eines Digital-zu-Analog-Wandlers, DAC (106, 302, 402), eines zeitlich variierenden Multi-Bit-Digital-Werts in einen entsprechenden zeitlich variierenden Ausgangsstrom, wobei der DAC eine Mehrzahl aus Stromquellen (410) aufweist, die unabhängig und selektiv aktiviert werden, basierend auf dem zeitlich veränderlichen Multi-Bit-Digital-Wert, der dem DAC bereitgestellt wird; selektives Steuern von zumindest einem Teil des zeitlich variierenden Ausgangsstroms entlang unterschiedlicher Strompfade basierend auf einer gewünschten Sendeleistung; Koppeln, mittels einer Mehrzahl von Schaltern, der Mehrzahl von Stromquellen mit einer Mehrzahl von Mischern eines Mischermoduls (306, 406), basierend auf dem selektiven Steuern, um selektiv Ausgangsstrom aus dem DAC (106, 302, 402) zu unterschiedlichen Mischern des Mischermoduls (306, 406) zu steuern; und Mischen des empfangen, gesteuerten Stroms mit einem Lokaloszillatorsignal, um die Übertragung eines Hochfrequenz-(HF-)Signals bei der gewünschten Sendeleistung zu ermöglichen.