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Kommunikationssysteme benutzen Sender und Empfänger zum Übertragen von Informationen. Die Empfänger der nächsten Generation empfangen Daten gleichzeitig auf separaten unterschiedlichen Kanälen. Der präzise Erhalt solcher Informationen ist eine Herausforderung.
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In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Dualmodus-Empfänger bereitgestellt, aufweisend: einen HF-Splitter, der zum Betreiben in zwei Modi konfiguriert ist, wobei in einem ersten Modus ein einziger rauscharmer Verstärker aktiv ist, um ein HF-Eingangssignal zu empfangen, und wobei in einem zweiten Modus zwei rauscharme Verstärker aktiv sind, um das HF-Eingangssignal zu empfangen; und eine programmierbare Gegenkopplungskomponente, die im Betrieb mit dem HF-Splitter gekoppelt und betreibbar ist, um ein erstes Leistungsmerkmal in dem ersten Modus und ein zweites, dazu unterschiedliches Leistungsmerkmal in dem zweiten Modus bereitzustellen, wobei das erste und das zweite Leistungsmerkmal eine Eingangsimpedanz des HF-Splitters beeinflussen, so dass diese in dem ersten und zweiten Modus im Wesentlichen die gleiche ist.
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In einer Ausgestaltung kann das erste Leistungsmerkmal eine erste Gegenkopplungsinduktivität und einen ersten Ruhestrom aufweisen und das zweite Leistungsmerkmal kann eine zweite, dazu unterschiedliche Gegenkopplungsinduktivität und einen zweiten, dazu unterschiedlichen Ruhestrom aufweisen.
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In noch einer Ausgestaltung kann der HF-Splitter Folgendes aufweisen: einen ersten rauscharmen Verstärker; und einen zweiten rauscharmen Verstärker, wobei der zweite rauscharme Verstärker dazu konfiguriert ist, selektiv als Reaktion auf ein Modussteuersignal aktiviert und deaktiviert zu werden.
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In noch einer Ausgestaltung kann der zweite rauscharme Verstärker einen Ruhestromeingangsanschluss aufweisen, wobei der zweite rauscharme Verstärker dazu konfiguriert ist, deaktiviert zu werden, wenn der Ruhestromeingangsanschluss eine Spannung in einem ersten Zustand empfängt, und aktiviert zu werden, wenn der Ruhestromeingangsanschluss eine Spannung in einem zweiten, dazu unterschiedlichen Zustand empfängt.
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In noch einer Ausgestaltung kann der zweite rauscharme Verstärker eine Kaskadenkomponente an einem Ausgang davon aufweisen und die Kaskadenkomponente kann zum Ausschalten konfiguriert sein, um den zweiten rauscharmen Verstärker als Reaktion auf das Modussteuersignal zu deaktivieren.
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In noch einer Ausgestaltung kann die programmierbare Gegenkopplungskomponente Folgendes aufweisen: eine programmierbare Induktivität; und eine programmierbare Ruhestromschaltung, wobei in dem ersten Modus die programmierbare Induktivität eine erste Induktivität bereitstellt und die programmierbare Ruhestromschaltung einen ersten Ruhestrom bereitstellt, wobei in dem zweiten Modus die programmierbare Induktivität eine zweite Induktivität bereitstellt und die programmierbare Ruhestromschaltung einen zweiten Ruhestrom bereitstellt, und wobei die erste Induktivität größer als die zweite Induktivität ist und der erste Ruhestrom kleiner als der zweite Ruhestrom ist.
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In noch einer Ausgestaltung kann die programmierbare Induktivität mehrere Induktivitäten aufweisen, die umschaltbar miteinander über mehrere Schalter verbunden sind, wobei ein Abschnitt von zwei der mehreren Schalter, die aktiviert werden sollen, eine Gesamtinduktivität der programmierbaren Induktivität vorgeben und wobei die Auswahl der zwei Schalter von einem Steuerwort vorgegeben ist, das auf einer Auswahl des ersten Modus oder des zweiten Modus basiert.
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In noch einer Ausgestaltung kann die programmierbare Ruhestromschaltung eine programmierbare Stromspiegelschaltung aufweisen, die zum Erzeugen von mehreren unterschiedlichen Ruhestromwerten basierend auf einem Steuerwort konfiguriert ist, das auf einer Auswahl des ersten Modus und des zweiten Modus basiert.
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In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine HF-Splitterschaltung bereitgestellt, aufweisend: eine erste Verstärkerschaltung, die zum Empfangen eines HF-Eingangssignals konfiguriert ist; eine zweite Verstärkerschaltung, die zum Empfangen des HF-Eingangssignals konfiguriert ist; und eine programmierbare Gegenkopplungskomponente, die ein damit assoziiertes Leistungsmerkmal aufweist und im Betrieb mit der ersten und zweiten Verstärkerschaltung gekoppelt ist und zum Verändern des Leistungsmerkmals basierend darauf konfiguriert ist, ob eine oder beide der ersten und zweiten Verstärkerschaltungen aktiviert sind, wodurch eine im Wesentlichen konstante Eingangsimpedanz aufrechterhalten wird, und zwar ungeachtet dessen, ob eine oder beide der ersten und zweiten Verstärker aktiviert sind.
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In einer Ausgestaltung kann das Leistungsmerkmal eine Gegenkopplungsinduktivität aufweisen.
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In noch einer Ausgestaltung können die erste Verstärkerschaltung und die zweite Verstärkerschaltung jeweils einen Ruhestromeingangsanschluss aufweisen, die zum Deaktivieren der entsprechenden Verstärkerschaltung konfiguriert ist, wenn ein vorbestimmtes Potenzial dafür bereitgestellt wird.
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In noch einer Ausgestaltung können die erste Verstärkerschaltung und die zweite Verstärkerschaltung jeweils eine Kaskodenstufe aufweisen, die mit einem Ausgang davon gekoppelt ist, und wobei die erste Verstärkerstufe und die zweite Verstärkerstufe jeweils zum selektiven Deaktivieren konfiguriert sind, wenn eine entsprechende Kaskodenstufe ausgeschaltet ist.
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In noch einer Ausgestaltung kann die programmierbare Gegenkopplungskomponente eine programmierbare Gegenkopplungsinduktivität aufweisen, die einen ersten Induktivitätswert aufweist, wenn nur eine der ersten Verstärkerschaltung und der zweiten Verstärkerschaltung aktiviert ist, und einen zweiten, dazu unterschiedlichen Induktivitätswert aufweist, wenn sowohl die erste Verstärkerschaltung als auch die zweite Verstärkerschaltung aktiviert sind.
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In noch einer Ausgestaltung kann der erste Induktivitätswert größer als der zweite Induktivitätswert sein.
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In noch einer Ausgestaltung kann die programmierbare Gegenkopplungsinduktivität mehrere in Serie verbundene Induktivitäten aufweisen, die selektiv mit einer Mittelanzapfung über einen entsprechenden Schalter gekoppelt sind, wobei ein Zustand der Schalter einen Induktivitätswert der programmierbaren Gegenkopplungsinduktivität vorgibt.
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In noch einer Ausgestaltung kann die programmierbare Gegenkopplungskomponente ferner eine programmierbare Ruhestromschaltung aufweisen, die zum Bereitstellen eines ersten Ruhestroms konfiguriert ist, wenn nur eine der ersten Verstärkerschaltung und der zweiten Verstärkerschaltung aktiviert ist, und eines zweiten, dazu unterschiedlichen Ruhestroms, wenn sowohl die erste Verstärkerschaltung als auch die zweite Verstärkerschaltung aktiviert sind.
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In noch einer Ausgestaltung kann der erste Ruhestrom kleiner als der zweite Ruhestrom sein.
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In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Verfahren zum Empfangen eines HF-Signals bereitgestellt, das einen Empfänger mit mehreren parallelen rauscharmen Verstärkerschaltungen aufweist. Das Verfahren kann aufweisen: Ermitteln eines Betriebsmodus, der mit einem HF-Eingangssignal assoziiert ist; Empfangen des HF-Eingangssignals mit nur einer oder den mehreren parallelen rauscharmen Verstärkerschaltungen basierend auf dem ermittelten Betriebsmodus; und Verändern eines Leistungsmerkmals einer programmierbaren Gegenkopplungskomponente, die im Betrieb mit den mehreren parallelen rauscharmen Verstärkerschaltungen gekoppelt ist, basierend auf dem ermittelten Betriebsmodus.
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In einer Ausgestaltung kann das Verändern des Leistungsmerkmals das Erstellen eines ersten Gegenkopplungsinduktivitätswertes der programmierbaren Gegenkopplungskomponente, wenn nur eine der parallelen rauscharmen Verstärkerschaltungen aktiviert ist, und das Erstellen eines zweiten Gegenkopplungsinduktivitätswertes aufweisen, wenn die mehreren parallelen rauscharmen Verstärkerschaltungen aktiv sind, wobei der erste Gegenkopplungsinduktivitätswert größer als der zweite Gegenkopplungsinduktivitätswert ist.
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In noch einer Ausgestaltung kann das Verändern des Leistungsmerkmals ferner das Erstellen eines ersten Ruhestromwertes der programmierbaren Gegenkopplungskomponente, wenn nur eine der parallelen rauscharmen Verstärkerschaltungen aktiviert ist, und das Erstellen eines zweiten Ruhestromwertes der programmierbaren Gegenkopplungskomponente aufweisen, wenn die mehreren parallelen rauscharmen Verstärkerschaltungen aktiv sind, wobei der erste Ruhestromwert kleiner als der zweite Ruhestromwert ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
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Es zeigen
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1 ein schematisches Diagramm eines Frontend-Abschnitts einer Empfängerschaltung;
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2 ein Schaltschema eines Abschnitts einer Empfängerschaltung mit zwei parallelen Pfaden für unterschiedliche Kanäle;
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3 ein schematisches Blockdiagramm, das einen Abschnitt einer Empfängerschaltung mit zwei parallelen Pfaden darstellt, die eine programmierbare Gegenkopplungskomponente zum Aufrechterhalten einer im Wesentlichen konstanten Eingangsimpedanz über zwei unterschiedliche Betriebsmodi gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung aufweist;
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4 ein Schaltschema, das zwei parallel gekoppelte rauscharme Verstärkerschaltungen darstellt, die mit einer programmierbaren Gegenkopplungskomponente gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung gekoppelt sind;
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5a ein Schaltschema, das eine der rauscharmen Verstärkerschaltungen aus 4 mit einer Kaskodenschaltungsanordnung an einem Ausgang davon darstellt, die zeigt, wie die Deaktivierung der Kaskodenschaltungsanordnung zum Deaktivieren des rauscharmen Verstärkers gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung eingesetzt werden kann;
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5b ein Schaltschema, das einen Schaltkreis zum Aktivieren und Deaktivieren einer mit einem LNA assoziierten Kaskodenstufe gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung darstellt;
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6a ein Schaltschema, das eine der rauscharmen Verstärkerschaltungen aus 4 mit einer schaltbaren daran gekoppelten Ruhespannungsschaltung darstellt und zeigt, wie ein Schalten davon zum Deaktivieren des rauscharmen Verstärkers gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung eingesetzt werden kann;
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6b ein Schaltschema, das einen Schaltkreis zum Aktivieren und Deaktivieren eines LNA über einen Gleichstromruhestromeingangsanschluss gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung darstellt;
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7 ein Schaltschema, das die programmierbare Gegenkopplungskomponente darstellt, die in dem Empfängerabschnitt aus 4 gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung eingesetzt werden kann;
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8 ein Schaltschema, das ein Array von Induktivitäten und Schaltern darstellt, die zusammen gemäß einem Steuerwort zum Programmieren eines gewünschten Induktivitätswertes für die programmierbare Gegenkopplungskomponente betrieben werden können, die in 4 bzw. 7 gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung dargestellt ist;
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9 ein Schaltschema, das eine programmierbare Stromspiegelschaltung darstellt, die als eine programmierbare Stromquelle in der programmierbaren Gegenkopplungskomponente aus 4 bzw. 7 gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung eingesetzt werden kann; und
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10 ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Empfangen eines HF-Signals darstellt, das einen Empfänger mit mehreren parallelen rauscharmen Verstärkerschaltungen gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung aufweist.
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Die vorliegende Erfindung enthält eine Empfängerschaltung, die einen HF-Splitter und ein zugehöriges Verfahren einsetzt, um ein HF-Eingangssignal in einem oder zwei unterschiedlichen Modi zu empfangen. In einem Modus ist eine einzelne Empfängerkette aktiv und in einem zweiten Modus sind zwei parallele Empfängerketten aktiv. Die rauscharmen Verstärker der zwei parallelen Empfängerketten sind mit einer programmierbaren Gegenkopplungskomponente gekoppelt, die ein damit assoziiertes Leistungsmerkmal variiert, so dass eine Eingangsimpedanz, die die Empfängerkette oder -ketten prüft, ungeachtet dessen, ob der Empfänger in dem ersten Betriebsmodus oder in dem zweiten Betriebsmodus betrieben wird, die gleiche ist.
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1 ist ein Schaltschema eines Abschnitts der Empfängerkette 10. Stromaufwärts von dem Empfängerkettenabschnitt 10 (anders ausgedrückt, dem Empfängerkettenabschnitt 10 vorgeschaltet) kann ein Antennenanschluss angeordnet sein, der zum Koppeln mit einer Antenne, einem Duplexer, einem Filter und anderen potentiellen Komponenten konfiguriert ist. Der Empfängerkettenabschnitt 10 weist eine rauscharme Verstärkerschaltung 12, einen Mischer 14 und einen Tiefpassfilter 16 auf. Der rauscharme Verstärker (Low Noise Amplifier = LNA) 12 ist ein elektronischer Verstärker, der zum Verstärken von potentiell schwachen Signalen (z. B. die von einer Antenne erfassten) verwendet wird. Der LNA 12 ist eine wertvolle Komponente in der Empfängerkette 10, die neben dem Frontend einer Funkempfängerschaltung angeordnet ist.
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Durch das Verwenden des LNA 12 wird der Rauscheffekt von anschließenden Stufen durch die LNA-Verstärkung reduziert, während das Rauschen des LNA selbst direkt in das empfangene Signal eingefügt wird. Daher ist es für einen LNA wünschenswert, die gewünschte Signalleistung zu verstärken und gleichzeitig so wenig Rauschen und Verzerren wie möglich zu erzeugen, so dass das Erfassen dieses Signals in späteren Stufen in dem System möglich ist.
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Immer noch in Bezug auf 1 ist das empfangene HF-Eingangssignal 18 ein Differentialsignal und wird von dem LNA 12 verstärkt und von dem Mischer 14 herunterkonvertiert. Obschon nicht in 1 dargestellt, empfängt der Mischer 14 ein lokales Oszillatorsignal (LO-Signal) von einer Oszillatorschaltung (z. B. einem spannungsgesteuerten Oszillator (VCO)). Die meisten Mischer vervielfachen das HF-Eingangssignal einfach mit dem LO-Signal und halten die Niederfrequenzzeitdauer zum Erzeugen eines analogen herunterkonvertierten Signals aufrecht. Ein solches Signal wird dann von dem Tiefpassfilter (LPF) 16 tiefpassgefiltert, um jegliches Rauschen zu unterdrücken.
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In Bezug auf 2 sind mehrere parallel gekoppelte Empfängerketten dargestellt. In modernen Empfängern muss ein breiter Eingangsfrequenzbereich für empfangene Signale untergebracht werden, um die verschiedenen Kommunikationsstandards zu erfüllen. Dies erhöht eine Anzahl von Spulen, die als Load- oder Source-Gegenkopplungskomponente in Verstärkern verwendet werden, mit dem negativen Einhergehen einer dramatisch erhöhten Chipfläche. Zusätzlich zu der erhöhten Chipfläche muss der Empfänger eine große Anzahl von Anschlüssen, die proportional zu der Anzahl von Frequenzbändern ist, die unterstützt werden müssen, unterbringen, was zu einer größeren Gehäusegröße führt. Schließlich erschwert die Erhöhung der Anzahl von Anschlüssen eine Verbindung der Hochfrequenzanschlüsse mit externen Komponenten wie Duplexern, SAW-Filtern, usw.
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2 zeigt zwei parallel gekoppelte Empfängerketten 19, die beide das gleiche Differential-HF-Eingangssignal (RFin, RFin_x) 18 von den stromaufwärts befindlichen Empfängerkomponenten empfangen. Daher empfängt jeder LNA 20 und 22 dasselbe Signal, um ein verstärktes Differentialsignal für die anschließende Mischung bereitzustellen. In dem Empfänger aus 2 verändert sich, wenn der zweite LNA 22 deaktiviert ist, die Eingangsimpedanz, die von dem HF-Eingangssignal an dem ersten LNA 20 erfasst wird, erheblich und beeinträchtigt damit die Rauschzahl und -linearität der Empfängerkette.
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3 zeigt einen Empfängerabschnitt oder HF-Splitterschaltung 30 gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung. Der Empfängerabschnitt 30 setzt eine programmierbare Gegenkopplungskomponente zusammen mit zwei oder mehreren parallelen Empfängerketten ein, um einen HF-Splitter mit minimaler Abnutzung der Rauschzahl und -linearität zu schaffen. In verschiedenen unterschiedlichen Modi ist eine unterschiedliche Anzahl von parallelen Empfängerketten aktiv und, basierend auf dem aktiven Modus, stellt die programmierbare Gegenkopplungskomponente ein programmierbares Leistungsmerkmal bereit, das zur Aufrechterhaltung einer Eingangsimpedanz betrieben wird, die den Empfängerkettenabschnitt 30 prüft, der im Wesentlichen konstant ist, ungeachtet dessen, welcher Betriebsmodus eingesetzt wird.
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3 zeigt einen ersten Empfängerkettenpfad 32 und einen zweiten Empfängerkettenpfad 34, die an ihren entsprechenden Eingängen 36 und 38 zusammengekoppelt sind, um einen Eingang eines ersten LNA 40 bzw. eines zweiten LNA 42 zu bilden. Sowohl der erste LNA 40 als auch der zweite LNA 42 empfangen das gleiche Differential-HF-Eingangssignal 44 und stellen eine rauscharme Verstärkung davon an ihre jeweiligen Ausgänge 46 und 48 bereit, die mit den jeweiligen Mischern (Mischer Nr. 1 und Mischer Nr. 2) stromabwärts davon gekoppelt sind (anders ausgedrückt, diesen nachgeschaltet sind). Der Empfängerabschnitt oder HF-Splitter 30 weist ferner eine programmierbare Gegenkopplungskomponente 50 auf, die sowohl mit dem ersten LNA 40 als auch dem zweiten LNA 42 gekoppelt ist. Die programmierbare Gegenkopplungskomponente 50 wird zum Bereitstellen eines damit assoziierten programmierbaren Leistungsmerkmals basierend auf einem Modussteuersignal betrieben, das diesem bereitgestellt wird.
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In einem ersten Betriebsmodus ist nur der erste LNA 40 aktiv, während der zweite LNA 42 inaktiv ist. Dieser erste Betriebsmodus wird von dem Modussteuersignal für die programmierbare Gegenkopplungskomponente 49 reflektiert, die ein erstes damit assoziiertes Leistungsmerkmal für den ersten LNA 40 bereitstellt. In einem zweiten Betriebsmodus sind sowohl der erste LNA 40 als auch der zweite LNA 42 aktiv und der zweite Betriebsmodus wird von dem Modussteuersignal zu der programmierbaren Gegenkopplungskomponente 49 reflektiert. Als Reaktion darauf stellt die programmierbare Gegenkopplungskomponente 49 ein zweites Leistungsmerkmal für den ersten LNA 40 und den zweiten LNA 42 bereit, wobei das zweite Leistungsmerkmal unterschiedlich zu dem ersten Leistungsmerkmal ist. Das unterschiedliche Leistungsmerkmal ist derart, dass die Eingangsimpedanz, die den Empfängerabschnitt 30 prüft, im Wesentlichen die gleiche für sowohl den ersten Modus als auch den zweiten Modus ist.
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Obschon 3 nur zwei parallel gekoppelte Empfängerkettenpfade 32 und 34 darstellt und nur zwei Betriebsmodi, wird man verstehen, dass die vorliegende Offenbarung mehrere unterschiedliche Empfängerketten und mehrere unterschiedliche Modi berücksichtigt, wobei die programmierbare Gegenkopplungskomponente 49 zum Bereitstellen eines unterschiedlichen Leistungsmerkmals für jeden der mehreren unterschiedlichen Modi konfiguriert ist, so dass die Eingangsimpedanz, die den Empfängerabschnitt 30 prüft, im Wesentlichen die gleiche für sämtliche solche Modi ist.
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4 zeigt die zwei LNA-Schaltungen 40 und 42 gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung im Detail. Jeder LNA kann in einer Ausführungsform identisch gebaut sein und zwei NMOS-Transistoren 50 und 52 enthalten, die kapazitativ mit einem entsprechenden Abschnitt des Differential-HF-Eingangssignals (RFin, RFin_x) 44 über die Kondensatoren 54 und 56 gekoppelt sind. Die Kondensatoren 54 und 56 werden in einer Ausführungsform als Hochpassfilter betrieben und ermöglichen dem HF-Abschnitt davon, die Gate-Anschlüsse der NMOS-Transistoren 50 und 52 zu durchlaufen. Solche Kondensatoren 54 und 56 können in einer alternativen Ausführungsform entfernt sein. Jeder LNA 40 und 42 beinhaltet auch eine Ruhespannungsschaltung, die einen Ruhestromeingangsanschluss 58 beinhaltet, der mit den Gate-Anschlüssen der NMOS-Transistoren 50 und 52 über die Widerstände 60 gekoppelt ist. Die auf den Ruhestromeingangsanschluss 58 einwirkende Spannung setzt den Gleichstrombetriebspunkt, um den das HF-Eingangssignal variiert. In der obigen Weise wird jeder LNA als Transkonduktanzverstärker betrieben, wobei eine kleine Spannungsvariation (das HF-Eingangssignal) an die Gate-Anschlüsse der Transistoren 50 und 52 in eine im Wesentlichen breite Variation des Stroms in dem Drain-Source-Strompfad der Vorrichtung konvertiert wird, die auf der Verstärkung der Transistoren 50 und 52 basiert.
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Die Transistoren 50 und 52 jedes LNA 40 und 42 weisen Ausgänge an ihren entsprechenden Drain-Anschlüssen auf, die mit einem entsprechenden Mischer gekoppelt werden. Eine solche Kopplung kann auf verschiedene Weisen durchgeführt werden und alle solche Variationen werden als innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Offenbarung betrachtet. In einer Ausführungsform sind die Drain-Anschlüsse direkt mit den Mischern verbunden; alternativ können die Drain-Anschlüsse in Serie mit einem anderen Transistor zum Formen einer Kaskodenstufe verbunden sein. In einer anderen Alternative können die Drain-Lasten Widerstände, Spulen und programmierbare Transformatoren sein, je nach Wunsch. Die Source-Anschlüsse der Transistoren 50 und 52 jedes LNA 40 und 42 sind mit der programmierbaren Gegenkopplungskomponente 49 verbunden. Wie oben hervorgehoben und basierend auf dem Betriebsmodus des Empfängerabschnitts 30 präsentiert die. programmierbare Gegenkopplungskomponente 49 ein eindeutiges Leistungsmerkmal, das zum Aufrechterhalten der Eingangsimpedanz, die den LNA 40 und 42 prüft, betrieben wird, um diese unabhängig vom Betriebsmodus im Wesentlich gleich zu halten.
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In einer Ausführungsform, die einen programmierbaren Transformator an der Last verwendet, kann diese die folgenden Vorteile aufweisen. Beim Umsetzen des HF-Splitters werden, wenn die Last mit einem Transformator implementiert wird, zwei Transformatoren insgesamt benötigt; einer für den ersten LNA und einer für den zweiten LNA. Der Einsatz von zwei Transformatoren kostet zusätzlichen Chipbereich und es kann, um diesen zusätzlichen Bereich zu vermeiden, der Transformator eines benachbarten LNA benutzt werden, der eigentlich für ein anderes Frequenzband erdacht wurde. Wenn die Transformatoren jedoch programmierbare Transformatoren sind, kann die Resonanzfrequenz von diesem benachbarten Transformator auf den gewünschten Frequenzbereich eingestellt werden und Schalter können zum Schalten der Transformatoren zwischen unterschiedlichen LNA-Kernen eingesetzt werden.
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Wie oben hervorgehoben, ist der Empfängerabschnitt 30 zum Betreiben in mindestens zwei unterschiedlichen Betriebsmodi konfiguriert. In dem ersten Betriebsmodus ist nur der erste LNA 40 aktiv, während der zweite LNA 42 deaktiviert ist. 5a ist ein Schaltschema, das eine Ausführungsform zeigt, in der der LNA 42 deaktiviert werden kann. Mit den Drain-Anschlüssen der Transistoren 50 und 52 ist eine Kaskodenschaltungsanordnung 70 gekoppelt. Die Kaskodenanordnung 70 beinhaltet die Transistoren 72 und 74, die in Serie mit den Transistoren 50 bzw. 52 verbunden sind. Die Gate-Anschlüsse der Kaskodentransistoren 72 und 74 sind mit einer Schaltungsanordnung 76 gekoppelt, die zum Schalten der Gate-Anschlüsse der Transistoren 72 und 74 zwischen einer Referenzspannung Vref und Erde konfiguriert ist, zum Beispiel, um selektiv den jeweiligen Kaskodentransistor basierend auf dem Zustand des Modussteuersignals ein- bzw. auszuschalten.
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Daher schaltet in dem ersten Betriebsmodus das Modussteuersignal das Gate der Kaskodentransistoren 72 und 74 mit einem Erdpotential oder einem beliebigen anderen Potential, das die Transistoren 72 und 74 ausschaltet und dadurch den LNA 42 von dem entsprechenden Mischer, der daran gekoppelt ist, über die Kaskodenstufe 70 abschaltet. Auf die gleiche Weise schaltet in dem zweiten Betriebsmodus das Modussteuersignal die Gate-Anschlüsse der Kaskodentransistoren 72 und 74 zu einem Referenzpotential Vref, das sicherstellt, dass die Kaskodentransistoren 72 und 74 eingeschaltet sind. Entsprechend wird bei eingeschalteten Kaskodentransistoren 72 und 74 der LNA 42 mit dem entsprechenden Mischer zum Herunterkonvertieren des verstärkten Stromsignals an den Drain-Anschlüssen der LNA-Transistoren 50 und 52 gekoppelt.
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Die Schaltanordnung aus 5a für die Kaskodenanordnung 70 kann auf viele verschiedene Weisen durchgeführt werden, und alle solche Alternativen werden als innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Offenbarung betrachtet. Zum Beispiel kann in einer Ausführungsform das Modussteuersignal direkt mit den Gates der Kaskodentransistoren 72 und 74 verbunden sein oder direkt mit solchen Transistoren über einen Wechselrichter gekoppelt sein. 5b zeigt eine Ausführungsform eines weiteren nicht einschränkenden Beispiels. In 5b ist einer der Kaskodentransistoren 72 und 74 mit einem Knoten 77 zwischen einer Serienanordnung eines Transistors 78 und eines Pull-Up-Widerstands 80 gekoppelt. Das Gate von Transistor 78 ist in einem Beispiel direkt mit dem Modussteuersignal gekoppelt. Wenn das Modussteuersignal hoch ist, schaltet sich der Transistor 78 ein und zieht den Knoten 77 tief, wodurch die Kaskodentransistoren 72 und 74 abgeschaltet werden. Alternativ kann, wenn das Modussteuersignal niedrig ist, der Transistor 78 aus sein und der Mangel an Strom bewirken, dass der Pull-Up-Widerstand 80 den Knoten 77 auf eine Referenzspannung heraufzieht, die sicherstellt, dass sich die Kaskodentransistoren 72 und 74 einschalten. Es können weiter andere Alternativen eingesetzt werden. Zum Beispiel kann ein Wechselrichter in Abhängigkeit von dem Zustand des Modussteuersignal verwendet werden oder eine PMOS-Vorrichtung anstelle des Transistors 78 eingesetzt werden, wobei alle solche Variationen als in den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung fallend berücksichtigt sind.
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6a zeigt eine andere Ausführungsform dafür, wie einer der LNA abwechselnd aktiviert bzw. deaktiviert werden kann, um den Empfängerabschnitt oder HF-Splitter 30 in einen der zwei unterschiedlichen Betriebsmodi zu setzen. 6a zeigt einen LNA 42 mit dem Gate-Anschluss jedes Transistors 50, 52, der mit einem Schaltkreis 90 an dem Ruhestromeingangsanschluss 58 gekoppelt ist, um das Gate der Transistoren 50, 52 mit einer der Ruhespannungen Vbias oder einem Schaltungserdpotential zu koppeln, zum Beispiel basierend auf einem Zustand des Modussteuersignals. Daher koppelt in einem ersten Betriebsmodus der Schaltkreis 90 die Gate-Anschlüsse der Transistoren 50, 52 mit der Erdung und deaktiviert so den LNA 42, wenn das Modussteuersignal den ersten Betriebsmodus vorgibt. Alternativ koppelt in dem zweiten Betriebsmodus der Schaltkreis 90 die Gate-Anschlüsse der Transistoren 50, 52 mit der Ruhespannung Vbias, die die Transistoren 50, 52 einschaltet und auch den gewünschten Gleichstrombetriebspunkt des LNA 42 setzt.
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Der Schaltkreis 90 aus 6a kann auf viele unterschiedliche Arten konfiguriert sein, wobei alle solche Alternativen als in den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung fallend betrachtet werden. 6b zeigt ein nicht einschränkendes Beispiel als eine Ausführungsform. In 6b weist der Schaltkreis 90 eine serielle Anordnung eines Transistors 92 und eines Pull-Up-Widerstands 94 auf, die an dem Knoten 58 miteinander verbunden sind. Der Knoten 58 ist mit den Gates der LNA-Transistoren 50, 52 über den Widerstand 60 verbunden. Wenn das Modussteuersignal hoch ist, zieht der Transistor 92 den Knoten 58 herunter auf die Schaltkreisbezugsmasse, und schaltet dadurch beispielsweise die Transistoren 50, 52 aus, die den LNA 42 ausschalten. Alternativ kann, wenn das Modussteuersignal niedrig ist, der Transistor 92 aus ist und der Mangel an Strom bewirkt, dass der Pull-Up-Widerstand 94 den Knoten 58 hinauf auf die Ruhespannung Vbias zieht, die Kopplung von Vbias mit den Gates der Transistoren 50, 52 bewirken, dass der LNA 42 eingeschaltet wird und den Gleichstrom-Betriebspunkt setzt.
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Wie zuvor hervorgehoben, ist die programmierbare Gegenkopplungskomponente 49 zum Präsentieren eines programmierbaren Leistungsmerkmals konfiguriert, zum Beispiel eines ersten Leistungsmerkmals in einem ersten Betriebsmodus und eines zweiten, unterschiedlichen Leistungsmerkmals in einem zweiten Betriebsmodus. Dieses sich unterscheidende Leistungsmerkmal für die zwei unterschiedlichen Betriebsmodi zum Bereitstellen einer im Wesentlichen konstanten Eingangsimpedanz für die HF-Splitterschaltung 30 stellt daher eine gute Rauschzahl und -linearität für beide Modi bereit. In einer Ausführungsform weist das Leistungsmerkmal eine programmierbare Gegenkopplungsinduktivität auf. In einer anderen Ausführungsform weist das Leistungsmerkmal einen programmierbaren Ruhestrom auf. In noch einer anderen Ausführungsform weist das Leistungsmerkmal sowohl eine programmierbare Gegenkopplungsinduktivität als auch einen programmierbaren Ruhestrom auf.
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7 zeigt eine programmierbare Gegenkopplungskomponente 49 gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung. In Bezug auf 4 und 7 weist die programmierbare Gegenkopplungskomponente 49 die Differentialeingangsanschlüsse 49a bzw. 49b auf, die mit den Transistoren 50, 52 der LNA verbunden sind. In jedem Differentialpfad 100a, 100b ist eine Variable oder programmierbare Induktivität 102a, 102b enthalten, die zwischen einem ersten Wert und einem zweiten Wert variiert, basierend auf einem Zustand des Modussteuersignals (d. h. ob erster oder zweiter Betriebsmodus). Die Differentialpfade 100a, 100b treffen sich am Knoten 104, der mit einer verstellbaren oder programmierbaren Stromquelle 106 gekoppelt ist. Die verstellbare oder programmierbare Stromquelle 106 ist zum Bereitstellen eines ersten Ruhestroms oder eines zweiten, dazu unterschiedlichen Ruhestroms basierend auf einem Status des Modussteuersignals (d. h., ob im ersten oder zweiten Betriebsmodus) konfiguriert. Daher ist, wie in 7 zu sehen, die programmierbare Gegenkopplungskomponente 49 zum Bereitstellen eines unterschiedlichen Leistungsmerkmals konfiguriert, bei dem sowohl die Induktivität als auch der Ruhestrom in Abhängigkeit von dem gewünschten Betriebsmodus variieren.
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8 zeigt ein Induktivitäts- und Schalteranordnung, die zum Bereitstellen einer programmierbaren oder verstellbaren Induktivität 102a, 102b gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung betrieben wird. Wie dargestellt, weist die programmierbare Induktivität eine Mittelanzapfung 104 auf, die selektiv mit zwei in Serie geschalteten Spulenleitern 108a und 108b gekoppelt ist. Jeder Knoten zwischen den Spulen ist mit der Mittelanzapfung 104 über einen Schalter (z. B. S1, S1x) verbunden, so dass beim Empfang eines Steuerworts, das von dem Modussteuersignal abhängt, sich ausgewählte Schalter schließen und die Schaltung einen bestimmten Induktivitätswert präsentiert. Zum Beispiel sind in einem Betriebsmodus die Schalter S1, S1x, S3 und S3x geschlossen, wobei jede Leiter 108a, 108b eine Induktivität von L1 + L2 bzw. L1x + L2x präsentiert. Auf die gleiche Weise sind in einem anderen Betriebsmodus die Schalter S2, S2x, S3 und S3x geschlossen und jede Leiter 108a, 108b präsentiert eine Induktivität von L2 bzw. L2x. Man wird zu schätzen wissen, dass die Leiter und die Schalter erweitert werden können, um mehr als zwei Knoten aufzunehmen, und dass solche Alternativen als in den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung fallend betrachtet werden. Wie in 8 zu sehen, kann die variable Induktivität basierend auf dem Modussteuersignal im Betrieb zwischen zwei unterschiedlichen Induktivitätswerten variieren. Es sei darauf hingewiesen, dass die Induktivitätsanordnung gegen eine Widerstandsanordnung in einer anderen Ausführungsform ersetzt werden kann.
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In Bezug auf 9 ist eine variable Stromquelle 106 gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung dargestellt, die innerhalb der programmierbaren Gegenkopplungskomponente 49 aus 4 und 7 eingesetzt werden kann. Makroskopisch ist die verstellbare oder programmierbare Stromquelle 106 zum Bereitstellen unterschiedlicher Ruheströme Ibias konfiguriert, basierend auf dem Zustand des Modussteuersignals. Die verstellbare Stromquelle 106 weist eine Stromspiegelschaltung mit einem Referenzstrom Iref durch einen Transistor 120 auf, der zu einem oder mehreren parallel geschalteten Transistoren 122 und 124 gespiegelt wird, die selektiv über die Schalter 126 bzw. 128 miteinander gekoppelt sind. Die Schalter 126 und 128 werden selektiv von einem Modussteuersignal aktiviert, wobei in einem Modus nur Schalter 126 geschlossen wird, während in dem anderen Modus beide Schalter 126 und 128 geschlossen werden. Durch Schließen und Öffnen der Schalter 126 und 128 wird das Stromspiegelverhältnis durch effektives Verändern der „Größe” der gespiegelten Transistoren verändert. Daher sind in einem Beispiel, wenn die Transistoren 120, 122 und 124 alle die gleiche Größe aufweisen (z. B. W/L), Ibias = Iref in einem Betriebsmodus (wenn nur einer der Transistoren 122 und 124 verbunden ist), und Ibias = 2 × Iref in dem anderen Betriebsmodus (wenn beide Transistoren 122 und 124 verbunden sind). Wie man zu schätzen wissen wird, können die Größen der verschiedenen Transistoren 120, 122 und 124 variiert werden, um verschiedene Strombeziehungen unterzubringen, wenn dies gewünscht wird. In einer anderen Ausführungsform kann der Schalter 126 ausgelassen werden, wodurch der Transistor 122 immer verbunden ist und der Transistor 124 als einziger Transistor selektiv für die verschiedenen Betriebsmodi ein- oder ausgeschaltet werden kann. Ferner können für zusätzliche Modi andere Transistoren und Schalter hinzugefügt werden.
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Zurück zu 4 und mit Bezug auf 4 zusammen mit 7 bis 9 ist der HF-Splitter oder Empfängerabschnitt 30 zum Betrieb in einem oder zwei Betriebsmodi konfiguriert, wobei in dem ersten Betriebsmodus der LNA 40 aktiv ist, während der LNA 42 durch das Modussteuersignal deaktiviert ist. Wie in 5a, 5b, 6a und 6b dargestellt, kann der LNA 42 durch Deaktivieren einer damit assoziierten Kaskodenstufe 70 deaktiviert werden oder durch Koppeln eines Ruhestromanschlusses 58 mit einem Deaktivierungspotential wie eine Schaltungsmasse. Gleichzeitig mit der Deaktivierung des LNA 42 für den ersten Betriebsmodus wird die programmierbare Gegenkopplungskomponente 50 auf ein erstes Leistungsmerkmal gesetzt. In einer Ausführungsform weist das erste Leistungsmerkmal einen ersten Induktivitätswert und einen ersten Ruhestromwert auf. Zum Beispiel ist die programmierbare Induktivität aus 7 bis 8 auf ihrem größten Wert programmiert, während der Ruhestrom Ibias aus 7 und 9 auf seinem kleinsten Wert programmiert ist. In dem ersten Betriebsmodus wird keine HF-Signalsplittung durchgeführt.
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Immer noch in Bezug auf 4, ist in dem zweiten Betriebsmodus die HF-Signalsplittung erforderlich und sowohl LNA 40 als auch LNA 42 sind aktiviert. Zum Beispiel können die LNA 40, 42 durch Einschalten einer entsprechenden Kaskodenstufe aktiviert werden (5a bis 5b), wenn vorhanden, oder durch Koppeln eines Ruhestromanschlusses 58 von LNA 40, 42 mit einem Gleichstromruhestrom-Sollwertpotential (6a bis 6b). Gleichzeitig stellt in dem zweiten Betriebsmodus die programmierbare Gegenkopplungskomponente 49 ein zweites Leistungsmerkmal bereit, das sich von dem ersten Leistungsmerkmal unterscheidet. Wie in 7 bis 9 dargestellt, kann das zweite Leistungsmerkmal einen zweiten Gegenkopplungsinduktivitätswert und einen zweiten Ruhestromwert umfassen. In dem zweiten Betriebsmodus wird die programmierbare Gegenkopplungsinduktivität auf ihren niedrigsten Wert variiert, während der Ruhestrom auf seinen höchsten Wert variiert wird. Die Induktivitäts- und Ruhestromwerte werden vorteilhaft ausgewählt, um eine Eingangsinduktivität bereitzustellen, die in LNA 40, 42 geprüft wird und die im Wesentlichen die gleiche für sowohl den ersten als auch den zweiten Betriebsmodus ist.
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In einer anderen alternativen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung können einer oder mehrere der verschiedenen Modi Unterbetriebsmodi aufweisen. Zum Beispiel ist in dem ersten Betriebsmodus ein einziger LNA aktiv. Innerhalb dieses ersten Betriebsmodus können ein erster Unterbetriebsmodus und ein zweiter Unterbetriebsmodus vorhanden sein. In diesem Fall würde der erste Untermodus wie oben angegeben betrieben werden, während der zweite Untermodus als Stromsparmodus betrieben wird, wenn eine Signalleistungsstufe einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. In diesem Fall können die Gegenkopplungsinduktivität weiter erhöht und der Ruhestrom weiter verringert werden. Während eine solche weitere Veränderung des Leistungsmerkmals typischerweise zu einer ungewünschten Zunahme von Rauschen führen kann, kann, wenn die Signalleistungsstufe ausreichend hoch ist, ein solches Rauschen für den weiteren Vorteil eines reduzierten Ruhestroms und geringeren Leistungsverbrauchs akzeptabel sein. Daher können in dem ersten Betriebsmodus, der von einem Modusauswahlsignal vorgegeben wird, weitere Untermodi basierend auf anderen Kriterien wie Signalleistung ausgewählt und beide Signale zum Auswählen der gewünschten Gegenkopplungsmerkmale kombiniert werden.
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In Bezug auf 10 wird ein Verfahren 200 zum Empfangen eines HF-Signals unter Verwendung eines HF-Splitters bereitgestellt. Obgleich das obige Verfahren 200 unten als eine Serie von Vorgängen oder Ereignissen dargestellt und beschrieben wird, wird man zu schätzen wissen, dass die dargestellte Reihenfolge solcher Vorgänge oder Ereignisse nicht im einschränkenden Sinne ausgelegt werden darf. Zum Beispiel können solche Vorgänge in unterschiedlichen Reihenfolgen und/oder gleichzeitig mit anderen Vorgängen oder Ereignissen neben den hier dargestellten und/oder beschriebenen stattfinden. Außerdem sind möglicherweise nicht alle dargestellten Vorgänge zum Umsetzen eines oder mehrerer Aspekte oder Ausführungsformen der Offenbarung hierin erforderlich. Auch können eine oder mehrere Vorgänge, die hier dargestellt sind, in einem oder mehreren getrennten Vorgängen und/oder Phasen ausgeführt werden.
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Das Verfahren 200 beginnt bei 202, wo ermittelt wird, ob der HF-Splitter in einem ersten Modus oder einem zweiten Modus betrieben wird. Ein Beispiel eines HF-Splitters, der für das Verfahren 200 eingesetzt werden kann, ist in 4 dargestellt. Eine nicht einschränkende Art zum Treffen dieser Bestimmung ist der Status eines Modussteuersignals. Wenn bei 202 ermittelt wird, dass das System in einem ersten Betriebsmodus ist, geht das Verfahren 200 zu 204, wo das HF-Eingangssignal in nur einem aktivierten LNA empfangen wird. In einer Ausführungsform wird dies durch Deaktivieren aller anderen parallel gekoppelten LNA mit Ausnahme eines gewünschten LNA erreicht. Ein solcher Betrieb kann in einer Ausführungsform durch das Verwenden des Modussteuersignals durchgeführt werden, wobei beispielsweise eine mit den deaktivierten LNA assoziierte Kaskodenstufe (siehe z. B. 5a bis 5b) ausgeschaltet werden kann oder ein Gleichstrom-Ruhestromsollwert-Anschluss der deaktivierten LNA auf ein Deaktivierungspotential (z. B. Erde, 6a bis 6b) eingestellt werden kann.
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Das Verfahren 200 wird in dem ersten Betriebsmodus bei 206 fortgesetzt, wobei der aktivierte LNA einen ersten darin eingestellten Gegenkopplungsinduktivitätswert aufweist. Ferner wird ein erster Ruhestromwert für den aktivierten LNA erstellt, der mit dem ersten Betriebsmodus bei 208 assoziiert ist. In einer Ausführungsform können solche Werte durch Schalten von programmierbaren Schaltungen gemäß dem Modussteuersignal erstellt werden, zum Beispiel wie in 7 bis 9 dargestellt. Der erste Gegenkopplungsinduktivitätswert bei 206 und der erste Ruhestromwert bei 208 stellen zusammen ein erstelltes erstes Leistungsmerkmal 210 des HF-Splitters bereit, der eine Eingangsimpedanz erstellt, die eine gute Rauschzahl und -linearität des LNA in dem ersten Betriebsmodus bereitstellt.
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Zurück bei der Bestimmung bei 202 werden, wenn der HF-Splitter in dem zweiten Betriebsmodus betrieben werden soll, zwei der parallel geschalteten LNA bei 212 aktiviert, zum Beispiel durch Einschalten einer damit assoziierten Kaskodenstufe, wenn vorhanden (siehe z. B. 5a bis 5b), oder Einstellen eines Gleichstrom-Ruhestrom-Sollwerts der LNA auf ein Aktivierungspotential (siehe z. B. 6a bis 6b), oder beides. Dann wird ein zweiter Gegenkopplungsinduktivitätswert für die zwei LNA bei 214 erstellt, gefolgt von einem zweiten Ruhestromwert für die LNA bei 216. Zusammen repräsentieren der zweite Gegenkopplungsinduktivitätswert und der zweite Ruhestromwert einen zweiten Leistungsmerkmalwert für den HF-Splitter bei 218, der unterschiedlich zu dem ersten Leistungsmerkmalswert bei 210 ist. Der zweite Leistungsmerkmalswert wird in einer Ausführungsform eingestellt, um eine Eingangsimpedanz für die zwei LNA bereitzustellen, die im Wesentlichen die gleiche wie die des einzelnen LNA in dem ersten Betriebsmodus ist. Auf die obige Weise wird in beiden Modi eine gute Rauschzahl und -linearität erstellt.
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Insbesondere im Hinblick auf die verschiedenen Funktionen, die von den oben beschriebenen Komponenten oder Strukturen (Anordnungen, Vorrichtungen, Schaltungen, Systeme, usw.) durchgeführt werden, sollen die Ausdrücke (einschließlich die Bezugnahme auf ein „Mittel”), die zum Beschreiben solcher Komponenten verwendet werden, wenn nicht ausdrücklich anderes angegeben, jeder anderen Komponente oder Struktur entsprechen, welche die angegebene Funktion der beschriebenen Komponente (z. B. deren Funktion äquivalent ist) durchführt, obgleich diese nicht strukturell äquivalent zu der offenbarten Struktur ist, welche die Funktion in den hierin dargestellten beispielhaften Umsetzungen der Erfindung durchführt. Außerdem kann, während ein bestimmtes Merkmal der Erfindung in Bezug auf nur eine der verschiedenen Umsetzungen offenbart wurde, solch ein Merkmal mit einem oder mehreren anderen Merkmalen der anderen Umsetzungen kombiniert werden, wenn gewünscht oder vorteilhaft für eine beliebige vorgegebene oder bestimmte Anwendung. Des Weiteren und in dem Maße, in dem die Ausdrücke „enthaltend”, „enthält”, „aufweisend”, „aufweist”, „mit” oder Varianten davon entweder in der ausführlichen Beschreibung oder den Patentansprüchen verwendet werden, sollen diese Ausdrücke „einschließend” sein auf eine Weise wie etwa der Ausdruck „umfassend”.
