DE102013114535A1

DE102013114535A1 - Variable induktivität für lc-oszillator

Info

Publication number: DE102013114535A1
Application number: DE102013114535.3A
Authority: DE
Inventors: Rizwan Ahmed; Cutiss Roberts; Chi-Taou Tsai
Original assignee: Intel IP Corp
Current assignee: Intel IP Corp
Priority date: 2012-12-19
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2014-06-26
Also published as: CN103888079B; US20140167867A1; US8860521B2; CN103888079A

Abstract

Es wird eine variable Induktivität offengelegt. Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung kann eine variable Induktivität einen einwindigen Leiter umfassen, der Folgendes umfasst: einen ersten Induktivitätsanschluss, einen zweiten Induktivitätsanschluss, einen ersten Basisbereich, der sich vom ersten Induktivitätsanschluss zu einer ersten Kreuzungsstelle erstreckt, einen zweiten Basisbereich, der sich vom zweiten Induktivitätsanschluss zu einer zweiten Kreuzungsstelle erstreckt, und einen geschalteten Bereich, der sich von der ersten Kreuzungsstelle zur zweiten Kreuzungsstelle erstreckt, sowie einen Schalter, der einen ersten leitfähigen Anschluss, der mit der ersten Kreuzungsstelle verbunden ist, und einen zweiten leitfähigen Anschluss, der mit der zweiten Kreuzungsstelle verbunden ist, umfasst.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenlegung betrifft allgemein elektronische Schaltungen und insbesondere variable Induktivitäten für Induktivität-Kondensator-Oszillatoren („LC-Oszillatoren“).
HINTERGRUND
Spannungsgesteuerte Oszillatoren (Voltage-Controlled Oscillators, „VCOs“) werden in einer Vielzahl integrierter Schaltungsanwendungen verwendet. Ein kritischer Leistungsparameter eines VCO ist die Frequenz seines Ausgangssignals. Einige integrierte Schaltungsanwendungen können eine verstellbare Oszillatorfrequenz erfordern. Beispielsweise kann eine Abstimmung einer VCO-Ausgangsfrequenz notwendig sein, um eine Frequenzschwankung zu berücksichtigen, die über einen Bereich potenzieller Betriebsbedingungen auftreten kann, einschließlich, aber nicht beschränkt auf schwankende Temperatur, schwankende Speisespannung oder Halbleiterprozessschwankungen. Ferner kann es sein, dass einige integrierte Schaltungsanwendungen mehrere Oszillatorfrequenzen erfordern. In Multimode- oder Multiband-Sendeempfänger-Ausführungen von Mobiltelefonen beispielsweise kann es notwendig sein, dass der Sendeempfänger (Transceiver) zu unterschiedlichen Zeiten mit unterschiedlichen Frequenzen arbeitet, je nach der Betriebsart, in der der Sendeempfänger arbeitet.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung kann eine variable Induktivität einen einwindigen Leiter umfassen, der Folgendes umfasst: einen ersten Induktivitätsanschluss, einen zweiten Induktivitätsanschluss, einen ersten Basisbereich, der sich vom ersten Induktivitätsanschluss zu einer ersten Kreuzungsstelle erstreckt, einen zweiten Basisbereich, der sich vom zweiten Induktivitätsanschluss zu einer zweiten Kreuzungsstelle erstreckt, und einen geschalteten Bereich, der sich von der ersten Kreuzungsstelle zur zweiten Kreuzungsstelle erstreckt, und einen Schalter, der einen ersten leitfähigen Anschluss, der mit der ersten Kreuzungsstelle verbunden ist, und einen zweiten leitfähigen Anschluss, der mit der zweiten Kreuzungsstelle verbunden ist, umfasst.
Technische Vorteile der vorliegenden Offenlegung werden für den Fachmann aus den vorliegenden Figuren, Beschreibungen und Ansprüchen leicht ersichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein Blockschaubild eines beispielhaften Drahtloskommunikationssystems gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung.
2 zeigt ein Blockschaubild ausgewählter Komponenten eines beispielhaften sendenden und/oder empfangenden Elements gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung.
3 zeigt ein Blockschaubild einer beispielhaften Phasenregelschleife (Phase Locked Loop, PLL) gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften spannungsgesteuerten Oszillators mit einem LC-Resonator gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung.
5 zeigt in Draufsicht eine Übersichtsdarstellung einer beispielhaften variablen einwindigen Induktivität gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung.
6 zeigt ein Fließschema eines beispielhaften Verfahrens zur Schaltung einer variablen Induktivität von einem ersten Zustand zu einem zweiten Zustand gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
1 zeigt ein Blockschaubild eines beispielhaften Drahtloskommunikationssystems 100 gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung. Der Einfachheit halber sind in 1 nur zwei Endgeräte 110 und zwei Basisstationen 120 dargestellt. Ein Endgerät 110 kann auch als Gegenstelle, Mobilstation, Zugangsanschluss, Benutzer-Equipment (User Equipment, UE), Drahtloskommunikationsgerät, Mobiltelefon oder mit einem anderen Fachausdruck bezeichnet werden. Eine Basisstation 120 kann eine feste Station sein und auch als Zugangspunkt (Access-Point), Node B (B-Knoten) oder mit einem anderen Fachausdruck bezeichnet werden. Eine mobile Vermittlungsstelle (Mobile Switching Center, MSC) 140 kann mit den Basisstationen 120 verbunden sein und die Koordinierung und Steuerung für Basisstationen 120 bereitstellen.
In einigen Ausführungsformen kann Endgerät 110 Signale von einer oder mehreren Übertragungsquellen gleichzeitig empfangen. Eine Übertragungsquelle kann beispielsweise eine Basisstation 120 oder ein anderes Endgerät 110 sein. In bestimmten Ausführungsformen kann auch Endgerät 110 eine Übertragungsquelle sein.
In einigen Ausführungsformen kann System 100 ein Codemultiplexsystem (Code Division Multiple Access, CDMA), ein Zeitmultiplexsystem (Time Division Multiple Access, TDMA) oder ein anderes Drahtloskommunikationssystem sein. Ein CDMA-System kann einen oder mehr CDMA-Standards wie IS-95, IS-2000 (allgemein auch bekannt als „1x“), IS-856 (allgemein auch bekannt als „1xEV-DO“), Breitband-CDMA (W-CDMA) und so weiter implementieren. Ein TDMA-System kann einen oder mehr TDMA-Standards wie GSM (Global System for Mobile Communications) implementieren. Der W-CDMA-Standard wird von einem als 3GPP bekannten Gremium festgelegt und die Standards IS-2000 und IS-856 werden von einem als 3GPP2 bekannten Gremium festgelegt.
2 zeigt ein Blockschaubild bestimmter Komponenten eines beispielhaften sendenden und/oder empfangenden Elements 200 gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung. Endgerät 100 und/oder Basisstation 120, wie oben unter Bezugnahme auf 1 näher beschrieben, können Element 200 als ein Mittel zum Senden und/oder Empfangen von Kommunikationssignalen aufweisen. Element 200 kann Sendepfad 201 und oder Empfangspfad 221 aufweisen. Je nach Funktionalität von Element 200 kann Element 200 als Sender, Empfänger oder Sendeempfänger betrachtet werden.
In einigen Ausführungsformen kann Element 200 digitale Schaltung 202 aufweisen. Digitale Schaltung 202 kann jegliche(s) System, Vorrichtung oder Gerät aufweisen, das/die dazu ausgelegt ist, über Empfangspfad 221 eingehende digitale Signale und Informationen zu verarbeiten, und/oder dazu ausgelegt ist, Signale und Informationen für die Übertragung über Sendepfad 201 zu verarbeiten. Diese digitale Schaltung 202 kann einen oder mehr Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren und/oder andere geeignete Vorrichtungen aufweisen.
Sendepfad 201 kann Digital-Analog-Wandler (DAC) 204 aufweisen. DAC 204 kann dazu ausgelegt sein, ein digitales Signal von der digitalen Schaltung 202 zu empfangen und dieses Digitalsignal in ein Analogsignal zu wandeln. Dieses Analogsignal kann dann an eine oder mehr andere Komponenten von Sendepfad 201, einschließlich Aufwärtswandler 208, weitergeleitet werden.
Aufwärtswandler 208 kann dazu ausgelegt sein, ein von DAC 204 empfangenes Analogsignal ausgehend von einem oder mehr Oszillatorsignalen, die von Oszillator 210 bereitgestellt werden, bei einer oder mehr Funkfrequenzen zu einem Drahtloskommunikationssignal in der Frequenz aufwärtszuwandeln. Oszillator 210 kann jegliche(s) geeignete(s) Vorrichtung, System oder Gerät sein, die/das dazu ausgelegt ist, eine analoge Wellenform einer besonderen Frequenz für die Modulation oder Aufwärtswandlung eines Analogsignals zu einem Drahtloskommunikationssignal oder für die Demodulation oder Abwärtswandlung eines Drahtloskommunikationssignals zu einem Analogsignal zu erzeugen. In einigen Ausführungsformen kann Oszillator 210 Phasenregelschleife („PLL“) 212 aufweisen. PLL 212 kann ein Regelsystem sein, das dazu ausgelegt ist, ein Signal, das ein festes Verhältnis zur Phase eines „Referenz“-Eingangssignals aufweist, zu erzeugen, indem es sowohl auf die Frequenz als auch auf die Phase des Eingangssignals reagiert und die Frequenz eines gesteuerten Oszillators automatisch erhöht oder absenkt, bis er sowohl in Frequenz als auch in Phase mit der Referenz übereinstimmt. PLL 212 kann unter Verweis auf 3 weiter unten näher beschrieben sein.
In einigen Ausführungsformen kann Sendepfad 201 Verstärker mit variabler Verstärkung (Variable-Gain-Amplifier, „VGA“) 214 zur Verstärkung eines für das Senden aufwärtsgewandelten Signals und Bandpassfilter 216 aufweisen, das dazu ausgelegt ist, ein verstärktes Signal zu empfangen und Signalkomponenten im interessierenden Band passieren zu lassen und bandexterne Rausch- und Störsignale zu entfernen. Das bandpassgefilterte Signal kann von einem Leistungsverstärker 220 empfangen werden, wo es für das Senden mittels Antenne 218 verstärkt werden kann. Antenne 218 kann das verstärkte Signal empfangen und dieses Signal senden (z. B. zu einem oder mehr Endgeräten 110 und/oder einer Basisstation 120).
In einigen Ausführungsformen kann Empfangspfad 221 Bandpassfilter 236 aufweisen, das dazu ausgelegt ist, über Antenne 218 ein Drahtloskommunikationssignal (z. B. von einem Endgerät 110 oder einer Basisstation 120) zu empfangen. Bandpassfilter 236 kann Signalkomponenten im interessierenden Band passieren lassen und bandexternes Rauschen und unerwünschte Signale entfernen. Empfangspfad 221 kann auch rauscharme Verstärker (Low-Noise Amplifier, „LNA“) 234 zur Verstärkung eines vom Bandpassfilter 236 empfangenen Signals aufweisen.
Empfangspfad 221 kann auch Abwärtswandler 228 aufweisen. Abwärtswandler 228 kann dazu ausgelegt sein, ein über Antenne 218 empfangenes und von LNA 234 verstärktes Drahtloskommunikationssignal durch ein von Oszillator 210 bereitgestelltes Oszillatorsignal in der Frequenz abwärtszuwandeln (z. B. Abwärtswandlung zu einem Basisbandsignal). Empfangspfad 221 kann ferner Filter 238 aufweisen, das dazu ausgelegt sein kann, ein abwärtsgewandeltes Drahtloskommunikationssignal zu filtern, um die Signalkomponenten innerhalb eines interessierenden Funkfrequenzkanals passieren zu lassen und/oder Rauschen und unerwünschte Signale, die durch den Prozess der Abwärtswandlung erzeugt werden können, zu entfernen. Empfangspfad 221 kann Analog-Digital-Wandler (ADC) 224 aufweisen, der dazu ausgelegt ist, ein analoges Signal von Filter 238 zu empfangen und dieses Analogsignal in ein Digitalsignal zu wandeln. Dieses Digitalsignal kann anschließend zur Verarbeitung an digitale Schaltung 202 weitergeleitet werden.
3 zeigt ein Blockschaubild bestimmter Komponenten einer beispielhaften PLL, beispielsweise oben unter Bezugnahme auf 2 beschriebene PLL 212, gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung. PLL 212 kann eine frequenzselektive Schaltung sein, die dazu ausgelegt ist, ein Eingangssignal, bezeichnet ν_I(ω_I, θ_I), zu synchronisieren und die Synchronisation auch bei Rauschen oder Schwankungen der Eingangssignalfrequenz aufrechtzuerhalten. In einigen Ausführungsformen kann PLL 212 Phasendetektor 302, Schleifenfilter 304 und spannungsgesteuerten Oszillator („VCO“) 306 umfassen.
Phasendetektor 302 kann dazu ausgelegt sein, die Phase θ_I des eingehenden Referenzsignals ν_I mit der Phase θ_O des Ausgangs ν_O von VCO 306 zu vergleichen und eine Spannung ν_D proportional zur Differenz θ_I – θ_O zu erzeugen. Spannung ν_D kann von Schleifenfilter 304 gefiltert werden, um hochfrequente Welligkeit und Rauschen zu unterdrücken, und das als Fehlerspannung ν_E bezeichnete Ergebnis kann an einen Steuereingang von VCO 306 angelegt werden, um dessen Frequenz ω_vco anzupassen. VCO 306 kann so ausgelegt werden, dass seine Oszillationsfrequenz teilweise von einem oder mehr Abstimmsignalen (nicht explizit dargestellt) sowie einer Fehlerspannung ν_E von Schleifenfilter 304 abhängen kann. Beispielsweise kann VCO 306 so konfiguriert sein, dass er bei ν_E = 0 mit einer Anfangsfrequenz ω₀ (die als die Freilauffrequenz bezeichnet werden kann) oszilliert, so dass durch Gleichung 1 eine Charakteristik von VCO 306 beschrieben werden kann: ω_νco = ω₀ + (K_V·ν_E (t)) wobei gilt: K_V ist die Verstärkung (Gain) von VCO 306 in Radian pro Sekunde pro Volt. Wenn in einigen Ausführungsformen an PLL 212 ein periodischer Eingang angelegt wird und die Frequenz ω_I sich in ausreichender Nähe zur Freilauffrequenz ω₀ befindet, entwickelt sich eine Fehlerspannung ν_E, die ω_vco so lange anpasst, bis ν_O auf ν_I synchronisiert oder verriegelt wird. Sollte sich ω_I ändern, kann die Phasenverschiebung zwischen ν_O und ν_I zunehmen und ν_D und ν_E verändern. VCO 306 kann so ausgelegt sein, dass ω_vco durch diese Änderung von ν_E angepasst wird, bis es den gleichen Wert wie ω_I zurückgewinnt, was PLL 212 nach erfolgter Verriegelung die Nachverfolgung von Änderungen der Eingangsfrequenz ermöglicht.
Wie oben unter Bezugnahme auf 3 beschrieben, kann PLL 212 einen VCO aufweisen. 4 zeigt ein Blockschaubild eines beispielhaften VCO 400 gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung. VCO 400 kann in einigen Ausführungsformen VCO-Kern 402 und LC-Resonator 404 aufweisen. LC-Resonator 404 kann Kondensator 406 und Induktivität 408 aufweisen, die parallel miteinander verbunden sind. VCO-Kern 402 kann einen ersten Eingang 411 und einen zweiten Eingang 412 aufweisen, die jeweils mit den gegenüberliegenden Anschlüssen von Kondensator 406 und Induktivität 408 verbunden sind. VCO-Kern 402 kann Schaltung aufweisen, die dazu ausgelegt sein kann, an ein über den LC-Resonator generiertes Signal eine Verstärkung anzulegen und ein oszillierendes Ausgangssignal bereitzustellen.
In einigen Ausführungsformen kann die Oszillationsfrequenz von VCO 400 auf den Werten von Kondensator 406 und Induktivität 408 basieren. Die Oszíllationsfrequenz („f_o“) von VCO 400 kann beispielsweise durch Gleichung 2 beschrieben werden:
wobei gilt: L kann der Induktivitätswert von Induktivität 408 sein und C kann der Kapazitätswert von Kondensator 406 sein.
In einigen Ausführungsformen kann die Kapazität von Kondensator 406 durch geeignete Mittel variiert werden. Kondensator 406 kann Bereiche aufweisen, die von Abstimmeingängen gesteuert werden. Beispielsweise kann Kondensator 406 einen Bereich, der von einem Grobabstimmungseingang gesteuert sein kann, und einen Bereich, der von einem Feinabstimmeingang gesteuert sein kann, aufweisen. Diese Grob- und Feinabstimmungsbereiche können durch geeignete Mittel variiert werden. Beispielsweise können die Abstimmbereiche in einigen Ausführungsformen einen oder mehr spannungsvariable Kondensatoren (Voltage Variable Capacitors, „VVCs“) (in der Technik auch bekannt als „Varicaps“) oder eine Anordnung einzeln ansteuerbarer Kondensatoren umfassen, die ein- oder ausgeschaltet werden können und so zur Gesamtkapazität des Kondensators 406 beitragen. Der Grobabstimmbereich und die Feinabstimmungsbereiche können in Kombination verwendet werden, um VCO 400 auf eine Frequenz abzustimmen, die in der Nähe einer gewünschten Oszillationsfrequenz liegen kann. Darüber hinaus kann Kondensator 406 einen von der Fehlerspannung ν_E angesteuerten Bereich aufweisen. Der von der Fehlerspannung ν_E angesteuerte Bereich kann einen oder mehr VVCs aufweisen, die basierend auf der Spannung der Fehlerspannung ν_E variieren können. Die Fehlerspannung ν_E kann somit die Frequenz von VCO 400 steuern und dementsprechend die Frequenzsteuerung der PLL-Schleife gewährleisten.
Wie oben beschrieben, kann die Oszillationsfrequenz von VCO 400 in Abhängigkeit von der Veränderung des Werts des Kondensators 406 variiert werden. Die Abstimmbereiche von Kondensator 406 können es beispielsweise ermöglichen, den Ausgang von VCO 400 nahe einer gewünschten Frequenz abzustimmen. In einigen Ausführungsformen kann diese Abstimmung eine Frequenzschwankung ausgleichen, die über einen Bereich potentieller Betriebsbedingungen auftreten kann, darunter insbesondere, aber nicht ausschließlich, schwankende Temperatur, schwankende Speisespannung oder Halbleiterprozessschwankung. In einigen Ausführungsformen kann diese Abstimmung dazu verwendet werden, den Ausgang von VCO 400 auf unterschiedliche Frequenzen einzustellen, die das Sendeempfänger-Element 200 beim Betrieb in unterschiedlichen Betriebsarten gegebenenfalls benötigt. Die Variation von Kondensator 406 kann jedoch durch eine oder mehr konstruktive Erwägungen begrenzt sein. Beispielsweise kann die Variation eines VVC durch den verfügbaren Bereich von Vorspannungen oder durch andere inhärente physikalische Eigenschaften begrenzt sein. In gleicher Weise kann eine Anordnung schaltbarer Kondensatoren durch den hinnehmbaren Umfang des Platzverbrauchs auf einem Halbleiterchip begrenzt sein. Entsprechend kann der von einem variablen Kondensator bereitgestellte Bereich abstimmbarer Frequenzen begrenzt sein.
In einigen Anwendungen kann Sendeempfänger-Element 200 in unterschiedlichen Sendeempfänger-Betriebsarten stark abweichende Frequenzen benötigen. Wenn die Schrittweite zwischen den erforderlichen Frequenzen größer ist als der vom variablen Kondensator eines VCO bereitgestellte abstimmbare Bereich, lassen sich mehrere Frequenzen dadurch erzielen, dass zwei oder mehr für unterschiedliche Frequenzen ausgelegte VCO vorgesehen werden. Eine solche Duplizierung kann jedoch eine erhebliche Fläche auf dem Halbleiterchip beanspruchen. Darüber hinaus kann eine solche Lösung weitere Pufferschaltung und einen HF-Schalter erfordern, um während unterschiedlicher Sendeempfänger-Betriebsarten das richtige VCO-Signal auszuwählen. Diese zusätzliche Schaltung kann zusätzliche Fläche auf dem Chip verbrauchen. Dementsprechend kann ein zusätzliches Mittel für die Variierung der Ausgangsfrequenz von VCO 400 gewünscht sein, um aus einer einzelnen Instanziierung von VCO 400 stark unterschiedliche Frequenzen wirksam bereitzustellen.
In einigen Ausführungsformen kann Induktivität 408 variabel sein. Beispielsweise kann der Wert der Induktivität 408 von einem Induktivitätsabstimmeingang gesteuert werden. Entsprechend kann die Ausgangsfrequenz von VCO 400 in Abhängigkeit vom Wert der Induktivität 408 variiert werden. In einigen Ausführungsformen kann Induktivität 408 als alleinige Variable im LC-Resonator 404 für die Anpassung der Ausgangsfrequenz von VCO 400 verwendet werden. In einigen Ausführungsformen kann Induktivität 408 gemeinsam mit Kondensator 406 variiert werden, um den Bereich von Frequenzen, der ansonsten durch die Variierung des Kondensators 406 bereitgestellt werden kann, weiter auszudehnen. Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen die Ausgangsfrequenz von VCO 400 zu Beginn durch Auswahl eines Induktivitätswerts für Induktivität 408 abgestimmt werden und durch Variierung eines oder mehr kapazitiver Abstimmbereiche, die im Kondensator 406 beinhaltet sein können, weiter abgestimmt werden. In einigen Ausführungsformen, die ein solches Abstimmschema einsetzen, kann die Schrittweite für die Variierung der Induktivität klein genug sein, so dass der Bereich möglicher Frequenzen bei einer ersten Induktivitätseinstellung den Bereich möglicher Frequenzen bei einem zweiten Induktivitätswert überlappen oder verlängern kann. In anderen Ausführungsformen, die ein solches Abstimmschema einsetzen, kann die Schrittweite für die Variierung der Induktivität groß genug sein, so dass der Bereich möglicher Frequenzen bei einer ersten Induktivitätseinstellung vollkommen getrennt vom Bereich möglicher Frequenzen bei einem zweiten Induktivitätswert ist. 5 zeigt in Draufsicht eine Übersichtsdarstellung einer beispielhaften variablen Induktivität 408 gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung. In einigen Ausführungsformen kann die variable Induktivität 408 ersten Anschluss 501, zweiten Anschluss 502, Leiter 510 und Schalter 520 aufweisen.
In einigen Ausführungsformen kann sich Leiter 510 auf einer einzelnen Schicht eines leitfähigen Materials (z. B. auf einer einzelnen Schicht dessen, was in der Technik als Metall bezeichnet wird) von etwa dem ersten Anschluss 501 bis etwa zum zweiten Anschluss 502 erstrecken. Leiter 510 kann mehrere Bereiche aufweisen. In einigen Ausführungsformen können sich der erste Basisbereich 510a von etwa dem ersten Anschluss 501 bis etwa zur ersten Kreuzungsstelle 521, der zweite Basisbereich 510b von etwa dem zweiten Anschluss 502 bis etwa zur zweiten Kreuzungsstelle 522 und der geschaltete Bereich 510c von etwa der ersten Kreuzungsstelle 521 bis etwa zur zweiten Kreuzungsstelle 522 erstrecken.
In einigen Ausführungsformen kann die variable Induktivität 408 Schalter 520 aufweisen, der von einem Induktivitätsabstimmeingang gesteuert werden kann. Schalter 520 kann einen ersten leitfähigen Anschluss 525, der mit Leiter 510 an einer ersten Kreuzungsstelle 521 verbunden ist, und einen zweiten leitfähigen Anschluss 526, der mit Leiter 510 an einer zweiten Kreuzungsstelle 522 verbunden ist, aufweisen. Schalter 520 kann beispielsweise einen Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor vom Typ n (NMOS), einen Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor vom Typ p (PMOS) oder einen anderen geeigneten Transistortyp umfassen.
Die Induktivität der variablen Induktivität 408 kann variiert werden, indem Schalter 520 geschlossen wird (z. B. Einschalten eines Transistors) und Schalter 520 geöffnet wird (z. B. Ausschalten eines Transistors). Falls beispielsweise Schalter 520 offen ist, kann die Induktivität der variablen Induktivität 408 die Induktivität des Pfades 532 sein, der entlang des ersten Basisbereichs 510a, des geschalteten Bereichs 510c und des zweiten Basisbereichs 510b ausgebildet ist. Falls Schalter 520 geschlossen ist, kann die Induktivität der variablen Induktivität 408 die Induktivität des Pfades 531 sein, der entlang des ersten Basisbereichs 510a, des Schalters 520 und des zweiten Basisbereichs 510b ausgebildet ist. In einigen Ausführungsformen kann Leiter 510 eine „einzelne Windung“ vom ersten Anschluss 501 zum zweiten Anschluss 502 bilden. Dementsprechend kann Pfad 532 eine „einzelne Windung“ bilden. In gleicher Weise kann auch Pfad 531 eine „einzelne Windung“ bilden. Wenn Schalter 520 eingeschaltet ist und wenn Schalter 520 ausgeschaltet ist, kann die variable Induktivität 408 dementsprechend das sein, was in der Technik als „einwindige Spule“ (Single-Turn-Induktivität) bezeichnet wird.
Pfad 531 kann kleiner sein als Pfad 532. Entsprechend kann die variable Induktivität 408 eine relativ größere Induktivität aufweisen, wenn Schalter 520 offen ist, und eine relativ kleinere Induktivität, wenn Schalter 520 geschlossen ist. Wie unter Bezugnahme auf 4 näher beschrieben, kann die Oszillationsfrequenz des den LC-Resonator 404 nutzenden VCO 400 sich erhöhen, wenn die Induktivität der variablen Induktivität 408 abnimmt. Somit kann VCO 400, wenn Schalter 520 offen ist, bei relativ niedrigerer Frequenz oder niedrigerem Frequenzbereich und, wenn Schalter 520 geschlossen ist, bei relativ höherer Frequenz oder höherem Frequenzbereich arbeiten.
In einigen Ausführungsformen kann beispielsweise Leiter 510 so bemessen sein, dass die Induktivität von Pfad 532 400 pH und die Induktivität von Pfad 531 200 pH betragen kann. Diese Ausführungsbeispiele der variablen Induktivität 408 können mit dem variablen Kondensator 406 kombiniert werden, wie unter Verweis auf 4 oben näher beschrieben ist. Der variable Kondensator 406 kann beispielsweise für eine Verstellung von 3 pF bis 6 pF in mehreren Stufen ausgelegt sein. Entsprechend kann, wenn Schalter 520 offen ist, die Induktivität 408 auf 400 pH und die Frequenz von VCO 400 auf eine Frequenz zwischen ca. 3,25 GHz und 4,60 GHz eingestellt werden, je nach variablem Kondensator 406. Beispielsweise kann bei Empfang einer Anweisung zum Wechseln auf eine höherfrequente Betriebsart Schalter 520 geschlossen werden. Wenn Schalter 520 geschlossen ist, kann die Induktivität der variablen Induktivität 408 auf 200 pH und die Frequenz von VCO 400 auf eine Frequenz zwischen ca. 4,60 GHz und 6,50 GHz eingestellt werden, je nach variablem Kondensator 406.
In einigen Ausführungsformen können die jeweiligen Bereiche von Leiter 510 größer oder kleiner bemessen sein, um Induktivitätswerte bereitzustellen, die gewünschten Frequenzbereichen entsprechen. Pfad 531 kann die kleinste Induktivitätseinstellung der variablen Induktivität 408 bereitstellen und damit die höchste entsprechende Frequenzeinstellung von VCO 400 bestimmen. Entsprechend können der erste Basisbereich 510a und der zweite Basisbereich 510b im Vergleich zur Übersichtsdarstellung des in 5 illustrierten Ausführungsbeispiels größer oder kleiner bemessen werden, um das obere Ende des Frequenzbereichs von VCO 400 auf einen gewünschten Pegel einzustellen. Gleichermaßen kann Pfad 532 die höchste Induktivitätseinstellung von variabler Induktivität 408 bereitstellen und damit die niedrigste entsprechende Frequenzeinstellung von VCO 400 bestimmen. Entsprechend kann, nachdem der erste Basisbereich 510a und der zweite Basisbereich 510b zur Bereitstellung einer gewünschten oberen Frequenz bemessen sind, der geschaltete Bereich 510c im Vergleich zur Übersichtsdarstellung des in 5 illustrierten Ausführungsbeispiels größer oder kleiner bemessen werden, um das untere Ende des Frequenzbereichs von VCO 400 auf einen gewünschten Pegel einzustellen.
In einigen Ausführungsformen kann die variable Induktivität 408 mehrere Schalter (z. B. Schalter 520) aufweisen, die an mehreren Sätzen von Kreuzungsstellen (z. B. erste Kreuzungsstelle 521 und entsprechende zweite Kreuzungsstelle 522) jeweils mit Leiter 510 verbunden sind. Die variable Induktivität 408 kann damit mehr als zwei induktive Einstellungen bereitstellen. Beispielsweise kann die variable Induktivität 408 von der Induktivität eines ersten Pfads, wenn ein erster Schalter geschlossen und ein zweiter Schalter geöffnet ist, eines zweiten Pfads, wenn der erste Schalter geöffnet und der zweite Schalter geschlossen ist, und eines dritten Pfads, wenn der erste und zweite Schalter beide geöffnet sind, definiert werden. Ähnlich der oben unter Verweis auf 5 vorgenommenen Beschreibung können die Größen von Basisbereichen und geschalteten Bereichen jeweils so bemessen sein, dass der erste, der zweite und der dritte Pfad unterschiedliche Längen und/oder Induktivitäten entsprechend dem gewünschten variablen Induktivitätsbereich und der gewünschten Schrittweite aufweisen.
In einigen Ausführungsformen kann es bei der Auslegung einer besonderen Konfiguration für VCOs, die einen LC-Resonator nutzen, notwendig oder wünschenswert sein, den Qualitätsfaktor („Q-Faktor“ oder „Q“) der Induktivität zu berücksichtigen. Der Q-Faktor kann wie folgt in Gleichung 3 definiert werden: Q = ωL / R wobei gilt: L ist die Induktivität der Induktivität und R ist der Widerstand der Induktivität. Wie in Gleichung 3 dargestellt, kann der Q-Faktor einer Induktivität umgekehrt proportional zum Widerstand sein. Um den Q-Faktor einer Induktivität zu maximieren, kann es demnach wünschenswert sein, dass die Induktivität einen niedrigen Widerstand aufweist.
Falls Schalter 520 geschlossen ist (z. B. ein Transistor eingeschaltet wird) und die Induktivität der variablen Induktivität 408 vom Pfad 531 definiert wird, kann der Widerstand von Schalter 520 zum Gesamtwiderstand der variablen Induktivität 408 beitragen. Entsprechend kann es wünschenswert sein, dass Schalter 520 einen niedrigen Widerstand aufweist. In Ausführungsformen, in denen Schalter 520 ein Transistor ist, kann der Transistor beispielsweise einen Einschaltwiderstand von 1 Ohm oder weniger haben. In einigen Ausführungsformen kann Leiter 510 bei der ersten Kreuzungsstelle 521 und/oder bei der zweiten Kreuzungsstelle 522 nach innen eingerückt sein. Eine oder mehr Einrückungen können den Abstand zwischen der ersten Kreuzungsstelle 521 und der zweiten Kreuzungsstelle 522 minimieren helfen und damit den Widerstand von Schalter 520 minimieren helfen. Wie oben beschrieben, kann Schalter 520 beispielsweise einen NMOS- oder PMOS-Transistor aufweisen. Der Einschaltwiderstand eines Transistors wie eines NMOS oder PMOS kann umgekehrt proportional zu einem Breiten-Längen-Verhältnis („W/L“) eines leitfähigen Kanals des Transistors sein. In Ausführungsformen von Schalter 520, die einen NMOS- oder einen PMOS-Transistor aufweisen, können die Einrückungen die Länge des leitfähigen Kanals des NMOS oder PMOS reduzieren und dadurch den Einschaltwiderstand des Transistors minimieren.
In einigen Ausführungsformen können andere, im Wesentlichen parallel zu Leiter 510 geführte Strukturen aus leitfähigem Material fehlen. Es kann also ein Mangel an anderen Strukturen vorliegen, die über eine elektromagnetische Anbindung an Leiter 510 die Induktivität der variablen Induktivität 408 wesentlich beeinflussen könnten. In solchen Konfigurationen können Leiter 510 und variable Induktivität 408 als „elektromagnetisch isoliert“ bezeichnet werden. Der Begriff „elektromagnetisch isoliert“ schließt jedoch nicht zwangsläufig jegliche parasitäre oder andere kleinere elektromagnetische Verbindung mit anderen Strukturen aus. Die gesamte Leitbahnführung auf anderen Schichten leitfähigen Materials kann in einigen Ausführungsformen aus dem Gebiet oberhalb oder unterhalb des Leiters 510 ausgeschlossen werden, unabhängig davon, ob diese Leitbahnführung im Wesentlichen parallel zu Pfad 531 oder Pfad 532 ist. Eine solche Ausschließung kann zum Fehlen jeglicher „Überlappungen“ zwischen Leiter 510 auf einer einzelnen leitfähigen Materialschicht und anderen Leitbahnen auf einer oder mehr leitfähigen Materialschichten führen und damit ungewünschte elektromagnetische Kopplungseffekte weiter reduzieren.
6 zeigt ein Fließschema eines beispielhaften Verfahrens 600 zur Schaltung einer variablen Induktivität von einem ersten Zustand zu einem zweiten Zustand gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung.
In Schritt 602 kann das Verfahren 600 den Betrieb bei einer ersten Frequenz erfordern. In Schritt 602 kann VCO 400, wie unter Bezugnahme auf 4 beschrieben, beispielsweise bei einer ersten Frequenz arbeiten, die einer ersten Induktivitätseinstellung für die variable Induktivität 408 entsprechen kann. Nach dem Betrieb von Verfahren 600 bei der ersten Frequenz kann Verfahren 600 mit Schritt 604 fortfahren.
Bei Schritt 604 kann Verfahren 600 den Empfang eines Signals erfordern, das den Betrieb bei einer zweiten Frequenz anweist. Diese Anweisung kann von VCO 400 empfangen werden, wenn ein Multiband- oder Multimode-Mobiltelefon wie Endgerät 110, wie unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben, von einer ersten Betriebsart zu einer zweiten Betriebsart für das Senden oder Empfangen von Drahtloskommunikationssignalen wechselt. Nach Empfang eines Signals, das den Betrieb bei einer zweiten Frequenz anweist, kann Verfahren 600 mit Schritt 606 fortfahren.
Bei Schritt 606 kann das Verfahren 600 erfordern, dass Schalter 520 von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand geschaltet wird. Beispielsweise kann Schalter 520 von EIN auf AUS oder von AUS auf EIN geschaltet werden. Die Änderung des Zustands von Schalter 520 kann die Einstellung der variablen Induktivität 408 von einer ersten Induktivität zu einer zweiten Induktivität ändern. Nach Änderung des Zustands von Schalter 520 kann Verfahren 600 mit Schritt 608 fortfahren.
Bei Schritt 608 kann Verfahren 600 den Betrieb bei einer zweiten Frequenz erfordern. In Schritt 608 kann VCO 400 beispielsweise bei einer zweiten Frequenz arbeiten, die der zweiten Induktivitätseinstellung für die variable Induktivität 408 entsprechen kann. Nach dem Betrieb von VCO 400 bei der zweiten Frequenz kann Verfahren 600 mit Schritt 610 fortfahren.
Bei Schritt 610 kann Verfahren 600 den Empfang eines Signals erfordern, das den Betrieb bei einer ersten Frequenz anweist. Diese Anweisung kann von VCO 400 empfangen werden, wenn ein Multiband- oder Multimode-Mobiltelefon wie Endgerät 110 von einer zweiten Betriebsart zurück zu einer ersten Betriebsart für das Senden oder Empfangen von Drahtloskommunikationssignalen wechselt. Nach Empfang eines Signals, das den Betrieb bei einer ersten Frequenz anweist, kann Verfahren 600 mit Schritt 612 fortfahren.
Bei Schritt 612 kann Verfahren 600 erfordern, dass Schalter 520 von einem zweiten Zustand zurück in einen ersten Zustand geschaltet wird. Die Änderung des Zustands von Schalter 520 zurück zum ersten Zustand kann die variable Induktivität 408 zurück zu seiner ersten Induktivitätseinstellung ändern. Entsprechend kann VCO zum Betrieb bei der ersten Frequenz, wie in Schritt 602 beschrieben, zurückkehren.
Obwohl 6 eine besondere Anzahl von Schritten offenbart, die in Bezug auf Verfahren 600 zu unternehmen sind, kann Verfahren 600 mit mehr oder weniger Schritten als in 6 dargestellt ausgeführt werden. Beispielsweise kann Verfahren 600 mit den Schritten 602 bis 608 ausgeführt werden. Außerdem offenbart 6 zwar eine bestimmte Reihenfolge von Schritten, die in Bezug auf Verfahren 600 zu unternehmen sind, doch die das Verfahren 600 umfassenden Schritte können in jeder geeigneten Reihenfolge vollzogen werden. Beispielsweise können die Schritte 604 und 606 gleichzeitig ablaufen.
Obwohl die vorliegende Offenlegung mit mehreren Ausführungsformen beschrieben wurde, können für den Fachmann verschiedene Änderungen und Modifikationen nahe liegen. Die vorliegende Offenlegung soll solche Änderungen und Modifikationen mit umfassen, die in den Umfang der angeschlossenen Patentansprüche fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

IS-95 [0013]
IS-2000 [0013]
IS-856 [0013]
IS-2000 [0013]
IS-856 [0013]

Claims

Variable Induktivität, umfassend: einen einwindigen Leiter umfassend: einen ersten Induktivitätsanschluss; einen zweiten Induktivitätsanschluss; einen ersten Basisbereich, der sich vom ersten Induktivitätsanschluss zu einer ersten Kreuzungsstelle erstreckt; einen zweiten Basisbereich, der sich vom zweiten Induktivitätsanschluss zu einer zweiten Kreuzungsstelle erstreckt; und einen geschalteten Bereich, der sich von der ersten Kreuzungsstelle zur zweiten Kreuzungsstelle erstreckt; und einen Schalter umfassend einen ersten leitfähigen Anschluss, der mit der ersten Kreuzungsstelle verbunden ist, und einen zweiten leitfähigen Anschluss, der mit der zweiten Kreuzungsstelle verbunden ist.
Variable Induktivität nach Anspruch 1, wobei der einwindige Leiter auf einer einzelnen Schicht von leitfähigem Material ausgebildet ist.
Variable Induktivität nach Anspruch 2, wobei kein Bereich des auf der einzelnen Schicht von leitfähigem Material ausgebildeten einwindigen Leiters eine auf einer zweiten Schicht von leitfähigem Material ausgebildete Leitbahn überlappt.
Variable Induktivität nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der einwindige Leiter elektromagnetisch isoliert ist.
Variable Induktivität nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Schalter einen Transistor umfasst.
Variable Induktivität nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Länge des geschalteten Bereichs größer ist als die kombinierte Länge des ersten Basisbereichs und des zweiten Basisbereichs.
Variable Induktivität nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Länge des geschalteten Bereichs kleiner ist als die kombinierte Länge des ersten Basisbereichs und des zweiten Basisbereichs.
Variable Induktivität nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der einwindige Leiter in der Nähe des Schalters eingerückt ist.
Spannungsgesteuerter Oszillator, umfassend: einen LC-Resonator umfassend einen variablen Kondensator und eine variable Induktivität, wobei die variable Induktivität umfasst: einen einwindigen Leiter umfassend: einen ersten Induktivitätsanschluss; einen zweiten Induktivitätsanschluss; einen ersten Basisbereich, der sich vom ersten Induktivitätsanschluss zu einer ersten Kreuzungsstelle erstreckt; einen zweiten Basisbereich, der sich vom zweiten Induktivitätsanschluss zu einer zweiten Kreuzungsstelle erstreckt; und einen geschalteten Bereich, der sich von der ersten Kreuzungsstelle zur zweiten Kreuzungsstelle erstreckt; und einen Schalter umfassend einen ersten leitfähigen Anschluss, der mit der ersten Kreuzungsstelle verbunden ist, und einen zweiten leitfähigen Anschluss, der mit der zweiten Kreuzungsstelle verbunden ist; wobei die Induktivität so ausgelegt ist, dass sie einen ersten Induktivitätswert aufweist, wenn der Schalter eingeschaltet ist, und einen zweiten Induktivitätswert, wenn der Schalter ausgeschaltet ist; und wobei der spannungsgesteuerte Oszillator so ausgelegt ist, dass er bei einer oder mehr Frequenzen innerhalb eines ersten Bereichs von Frequenzen oszilliert, wenn der Schalter in einem ersten Zustand ist, und bei einer oder mehr Frequenzen innerhalb eines zweiten Bereichs von Frequenzen oszilliert, wenn der Schalter in einem zweiten Zustand ist.
Spannungsgesteuerter Oszillator nach Anspruch 9, wobei der einwindige Leiter auf einer einzelnen Schicht von leitfähigem Material ausgebildet ist.
Spannungsgesteuerter Oszillator nach Anspruch 10, wobei kein Bereich des auf der einzelnen Schicht von leitfähigem Material ausgebildeten einwindigen Leiters eine auf einer zweiten Schicht von leitfähigem Material ausgebildete Leitbahn überlappt.
Spannungsgesteuerter Oszillator nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der einwindige Leiter elektromagnetisch isoliert ist.
Spannungsgesteuerter Oszillator nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei der Schalter einen Transistor umfasst.
Spannungsgesteuerter Oszillator nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die Länge des geschalteten Bereichs größer ist als die kombinierte Länge des ersten Basisbereichs und des zweiten Basisbereichs.
Spannungsgesteuerter Oszillator nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei die Länge des geschalteten Bereichs kleiner ist als die kombinierte Länge des ersten Basisbereichs und des zweiten Basisbereichs.
Spannungsgesteuerter Oszillator nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei der einwindige Leiter in der Nähe des Schalters eingerückt ist.
Spannungsgesteuerter Oszillator nach einem der Ansprüche 9 bis 16, wobei der erste Bereich von Frequenzen den zweiten Bereich von Frequenzen nicht überlappt.
Spannungsgesteuerter Oszillator nach Anspruch 17, wobei: der spannungsgesteuerte Oszillator so ausgelegt ist, dass er bei einer ersten Frequenz innerhalb eines ersten Bereichs von Frequenzen oszilliert, wenn der variable Kondensator einen ersten Kapazitätswert aufweist und der Schalter im ersten Zustand ist; der spannungsgesteuerte Oszillator so ausgelegt ist, dass er bei einer zweiten Frequenz innerhalb des ersten Bereichs von Frequenzen oszilliert, wenn der variable Kondensator einen zweiten Kapazitätswert aufweist und der Schalter im ersten Zustand ist; der spannungsgesteuerte Oszillator so ausgelegt ist, dass er bei einer dritten Frequenz innerhalb des zweiten Bereichs von Frequenzen oszilliert, wenn der variable Kondensator einen ersten Kapazitätswert aufweist und der Schalter im zweiten Zustand ist; und der spannungsgesteuerte Oszillator so ausgelegt ist, dass er bei einer vierten Frequenz innerhalb des zweiten Bereichs von Frequenzen oszilliert, wenn der variable Kondensator einen zweiten Kapazitätswert aufweist und der Schalter im zweiten Zustand ist.
Verfahren, umfassend: Betreiben eines spannungsgesteuerten Oszillators bei einer ersten Frequenz, wobei der spannungsgesteuerte Oszillator einen LC-Resonator mit einer variablen einwindigen Induktivität umfasst; Empfangen eines ersten Signals, das den spannungsgesteuerten Oszillator anweist, bei einer zweiten Frequenz zu arbeiten; Umschalten der variablen einwindigen Induktivität von einem ersten Induktivitätswert auf einen zweiten Induktivitätswert; und Betreiben des spannungsgesteuerten Oszillators bei einer zweiten Frequenz.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, umfassend: Empfangen eines zweiten Signals, das den spannungsgesteuerten Oszillator anweist, bei einer ersten Frequenz zu arbeiten; und Umschalten der variablen einwindigen Induktivität von einem zweiten Induktivitätswert auf den ersten Induktivitätswert.