DE102013202113A1

DE102013202113A1 - Einstellbares Impedanzanpassungsnetz

Info

Publication number: DE102013202113A1
Application number: DE102013202113A
Authority: DE
Inventors: Winfried Bakalski
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2012-02-10
Filing date: 2013-02-08
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2033-02-09
Also published as: CN103326684B; CN103326684A; US9166640B2; DE102013202113B4; US20130207739A1

Abstract

Ein einstellbares Impedanzanpassungsnetz umfasst einen ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss, einen Referenzpotentialanschluss, einen Übertragungsleitungstransformator mit einem ersten Induktorpfad und einem zweiten Induktorpfad. Ein Halbleiterschaltelement ist dazu konfiguriert, einen Unterabschnitt des ersten Induktorpfades oder des zweiten Induktorpfades zu überbrücken, um dadurch eine Induktivität des ersten Induktorpfades oder des zweiten Induktorpfades einzustellen. Gemäß einer alternativen Ausführungsform umfasst das Impedanzanpassungsnetz einen Auswahlschalter, um selektiv einen von mehreren Induktorknoten mit dem ersten Anschluss und/oder dem zweiten Anschluss zu verbinden. Weitere Ausführungsformen beziehen sich auf eine integrierte Schaltung für eine einstellbare Impedanzanpassung mit einem Übertragungsleitungstransformator, der durch einen ersten und einen zweiten Induktorpfad gebildet ist, die als leitfähige Pfade an oder in einem Substrat der integrierten Schaltung implementiert sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein Impedanzanpassungsnetz, das zwischen einer Quelle für elektrische Leistung und einem Verbraucher von elektrischer Leistung vorgesehen sein kann. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine integrierte Schaltung für die Impedanzanpassung. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein Verfahren zum Einstellen des Impedanzanpassungsnetzes.
HINTERGRUND
In elektrischen oder elektronischen Systemen ist es häufig erwünscht, die Eingangsimpedanz einer elektrischen Last (oder die Ausgangsimpedanz einer Quelle für elektrische Energie) auszulegen, um die Leistungsübertragung zu maximieren und/oder Reflexionen von der Last zu minimieren. Eine maximale Leistungsübertragung wird typischerweise erhalten, wenn die Lastimpedanz gleich dem komplex Konjugierten der Quellenimpedanz ist. Im Gegensatz dazu kann eine minimale Reflexion typischerweise erreicht werden, wenn die Lastimpedanz gleich der Quellenimpedanz ist.
Derzeitige Radiofrequenz-(RF) oder Hochfrequenz-(HF)Frontend-Systeme umfassen typischerweise immer noch am Senderende einen Leistungsverstärker (PA) zum Verstärken des Signals auf den erforderlichen Pegel, ein Filter (typischerweise ein Oberwellenfilter), einen Leistungsdetektor und einen Antennenschalter, der eine Umschaltung zwischen den Sendebändern, den Empfangsbändern sowie zwischen den Senderbetrieb und dem Empfängerbetrieb durchführt. Danach wird das Signal typischerweise über ein Antennenimpedanzanpassungsnetz zur Antenne weitergeleitet.
Diese Antennenimpedanzanpassung ist so ausgelegt, dass über alle Verwendungsfälle, Frequenzen und Betriebsmodi sowie über ihre jeweiligen Wahrscheinlichkeiten gemittelt ein Optimum erreicht wird. Wie leicht zu sehen ist, wird das Optimum nur sehr selten erreicht, da das Frequenzspektrum der Mobilkommunikationsfrequenzen ständig breiter wird und auch die Antenne selbst eine sehr unterschiedliche Anpassung für alle Frequenzen und Umgebungsbedingungen, die auftreten können, vorsieht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung schaffen ein einstellbares Impedanzanpassungsnetz mit einem ersten Anschluss, einem zweiten Anschluss, einem Referenzpotentialanschluss, einem Übertragungsleitungstransformator und einem Halbleiterschaltelement. Der Übertragungsleitungstransformator weist einen ersten Induktorpfad und einen zweiten Induktorpfad auf. Das Halbleiterschaltelement ist dazu konfiguriert, einen Unterabschnitt des ersten Induktorpfades oder des zweiten Induktorpfades zu überbrücken, um dadurch eine Induktivität des ersten Induktorpfades oder des zweiten Induktorpfades einzustellen.
Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung schaffen ein einstellbares Impedanzanpassungsnetz mit einem ersten Anschluss, einem zweiten Anschluss, einem Referenzpotentialanschluss, einem Übertragungsleitungstransformator und einem Auswahlschalter. Der Übertragungsleitungstransformator umfasst einen ersten Induktorpfad und einen zweiten Induktorpfad. Der Auswahlschalter ist dazu konfiguriert, selektiv einen von mehreren Induktorknoten des ersten Induktorpfades und des zweiten Induktorpfades mit dem ersten Anschluss und/oder dem zweiten Anschluss zu verbinden.
Ferner schaffen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine integrierte Schaltung für eine einstellbare Impedanzanpassung. Die integrierte Schaltung umfasst ein Substrat, eine erste Verbindungskontaktstelle, eine zweite Verbindungskontaktstelle, einen ersten Induktorpfad, einen zweiten Induktorpfad und ein Schaltelement. Der erste Induktorpfad ist durch einen leitfähigen Pfad am oder im Substrat ausgebildet und leitfähig zwischen die erste Kontaktstelle und die zweite Kontaktstelle koppelbar. Der zweite Induktorpfad ist durch einen leitfähigen Pfad am oder im Substrat ausgebildet, wobei der erste Induktorpfad und der zweite Induktorpfad induktiv miteinander gekoppelt sind, um einen Übertragungsleitungstransformator zu bilden. Das Schaltelement ist zum Überbrücken eines Unterabschnitts des ersten Induktorpfades oder des zweiten Induktorpfades konfiguriert, um dadurch eine Induktivität des ersten Induktorpfades oder des zweiten Induktorpfades einzustellen.
Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung schaffen ein Verfahren zum Einstellen eines einstellbaren Impedanzanpassungsnetzes. Das Verfahren umfasst das Steuern eines Halbleiterschaltelements, um einen Unterabschnitt eines ersten Induktorpfades oder eines zweiten Induktorpfades eines Übertragungsleitungstransformators zu überbrücken (oder zu aktivieren oder zu deaktivieren), wodurch eine Induktivität eines ersten Induktorpfades oder des zweiten Induktorpfades eingestellt wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden hier beschrieben, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird.
1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines RF- oder HF-Frontend-Systems gemäß dem Stand der Technik;
2 zeigt ein Smith-Diagramm, das mehrere Testfälle für einen Fehlanpassungstest darstellt, wie für einige Mobilkommunikationsstandards erforderlich;
3 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines RF- oder HF-Frontend-Systems gemäß dem Stand der Technik mit einem abstimmbaren Pi-Netz für die Antennenanpassung;
4 stellt mehrere Basis-LC-Netze und ihre entsprechenden ”verbotenen Bereiche” in der Smith-Diagramm-Ebene dar;
5 zeigt ein abstimmbares Pi-Netz, einen Graphen, der die Vorwärtsübertragung des Pi-Netzes über die Frequenz darstellt, und ein Smith-Diagramm, das die Eingangs- und Ausgangsreflexionskoeffizienten als Funktion der Frequenz darstellt;
6 zeigt einen Schaltplan eines mehrstufigen Anpassungsnetzes gemäß dem Stand der Technik;
7 zeigt einen Schaltplan eines Ruthroff-Transformators, der mit einer Spannungsquelle verbunden ist, eine Quellenimpedanz und eine Lastimpedanz;
8 zeigt ein Pi-Netz mit einem Ruthroff-Transformator, einen Graphen, der die Vorwärtsübertragung des Pi-Netzes über die Frequenz darstellt, und ein Smith-Diagramm, das die Eingangs- und Ausgangsreflexionskoeffizienten des Pi-Netzes als Funktion der Frequenz darstellt;
9 stellt einen elektrostatischen (Überstrom-)Hauptentladungspfad innerhalb eines Pi-Netzes mit einem Ruthroff-Transformator dar;
10 zeigt einen Schaltplan eines Ruthroff-Transformators in einer zweiten Konfiguration;
11 zeigt einen Schaltplan eines einstellbaren Impedanzanpassungsnetzes gemäß zumindest einigen Ausführungsformen der hier offenbarten Lehren;
12 zeigt einen Schaltplan eines einstellbaren Impedanzanpassungsnetzes gemäß zumindest einigen Ausführungsformen der hier offenbarten Lehren;
13 zeigt einen Schaltplan eines einstellbaren Impedanzanpassungsnetzes gemäß zumindest einigen weiteren Ausführungsformen der hier offenbarten Lehren;
14 zeigt einen Schaltplan eines einstellbaren Impedanzanpassungsnetzes gemäß zumindest einigen weiteren Ausführungsformen der hier offenbarten Lehren;
15 zeigt einen Schaltplan eines einstellbaren Impedanzanpassungsnetzes gemäß zumindest einigen weiteren Ausführungsformen der hier offenbarten Lehren;
16 stellt eine Kombination eines Ruthroff-Transformators und eines Autotransformators, um ein einstellbares Impedanzanpassungsnetz mit einem Übertragungsleitungstransformator zu erreichen, gemäß zumindest einigen weiteren Ausführungsformen der hier offenbarten Lehren dar;
17A zeigt einen Schaltplan eines einstellbaren Impedanzanpassungsnetzes gemäß zumindest einigen weiteren Ausführungsformen der hier offenbarten Lehren mit vier Wicklungen;
17B bis 17G zeigen das einstellbare Impedanzanpassungsnetz von 17A in verschiedenen Betriebszuständen;
18 stellt eine mögliche Implementierung eines Übertragungsleitungstransformators als planaren Transformator dar;
19 zeigt einen Schaltplan einer gestapelten Anordnung von mehreren Schaltelementen;
20 zeigt einen Schaltplan einer Kondensatorbank und eines Auswahlschalters, der damit verbunden ist;
21 zeigt ein Smith-Diagramm und ein Diagramm, das eine Frequenzabhängigkeit des Eingangsreflexionskoeffizienten und der Vorwärtsübertragung eines einstellbaren Impedanzanpassungsnetzes gemäß den offenbarten Lehren in einer unangepassten Konfiguration (50 Ohm) darstellt;
22 zeigt ein Smith-Diagramm und ein Diagramm, das ein frequenzabhängiges Verhalten des Eingangsreflexionskoeffizienten und der Vorwärtsübertragung eines einstellbaren Impedanzanpassungsnetzes gemäß den offenbarten Lehren in einer Konfiguration für die Impedanzanpassung an 15 Ohm darstellt;
23 zeigt ein Smith-Diagramm und ein Diagramm, das ein frequenzabhängiges Verhalten des Eingangsreflexionskoeffizienten und der Vorwärtsübertragung eines einstellbaren Impedanzanpassungsnetzes gemäß den offenbarten Lehren in einer Konfiguration für die Impedanzanpassung an 110 Ohm darstellt;
24 zeigt einen schematischen Ablaufplan eines Verfahrens für ein einstellbares Impedanzanpassungsnetz gemäß zumindest einigen Ausführungsformen der hier offenbarten Lehren; und
25 stellt eine schematische Draufsicht einer integrierten Schaltung gemäß zumindest einigen Ausführungsformen der hier offenbarten Lehren dar.
Gleiche oder äquivalente Elemente oder Elemente mit gleicher oder äquivalenter Funktionalität werden in der folgenden Beschreibung mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON ERLÄUTERNDEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In der folgenden Beschreibung werden mehrere Details dargelegt, um eine gründlichere Erläuterung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorzusehen. Es ist jedoch für einen Fachmann auf dem Gebiet ersichtlich, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ohne diese spezifischen Details ausgeführt werden können. In anderen Fällen sind gut bekannte Strukturen und Vorrichtungen vielmehr in Blockdiagrammform als im Einzelnen gezeigt, um es zu vermeiden, die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unklar zu machen. Außerdem können Merkmale der nachstehend beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, wenn nicht spezifisch anders angegeben.
1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines vereinfachten Radiofrequenz-(RF) oder Hochfrequenz-(HF)Frontend-Systems, wie es beispielsweise in einer Mobilstation oder einer Basisstation eines Mobilkommunikationsnetzes, wie z. B. einem Mobiltelefon oder einer Sender/Empfänger-Basisstation, verwendet werden kann. Das Frontend-System umfasst einen Sender/Empfänger 2, einen Leistungsverstärker (PA) 3, ein Oberwellenfilter 4, einen Antennenschalter 5, ein Antennenanpassungsnetz 6 und eine Antenne 7. Wenn er in einem Senderbetriebsmodus funktioniert, liefert der Sender/Empfänger 2 ein Sendesignal an seinem Ausgang TX zum Leistungsverstärker 3. Ein verstärktes Sendesignal, das vom Leistungsverstärker 3 geliefert wird, wird in das Oberwellenfilter 4 eingespeist, das die Frequenzkomponenten des verstärkten Sendesignals außerhalb eines beabsichtigten Sendefrequenzbereichs verringert. Ein Ausgang des Oberwellenfilters 4 ist mit einem der mehreren Eingänge des Antennenschalters 5 verbunden. In dem Beispiel von 1 ist der Antennenschalter 5 gegenwärtig dazu konfiguriert, den Eingang mit einem Antennenschalterausgang zu verbinden. Die anderen Eingänge des Antennenschalters 5 können mit jeweiligen Ausgängen von weiteren Oberwellenfiltern (in 1 nicht dargestellt) mit einem anderen Frequenzgang als das Oberwellenfilter 4 verbunden werden, so dass das in 1 dargestellte HF-Frontend-System dazu konfiguriert sein kann, mehrere Sendefrequenzen und/oder mehrere Mobilkommunikationsstandards zu unterstützen. Der Antennenschalter 5 ist ferner dazu konfiguriert, das Antennenanpassungsnetz 6 mit einem RX-Eingang (d. h. einem Empfängereingang) des Sender/Empfängers 2 über eine Verbindung 8 zu verbinden, wenn das HF-Frontend-System in einem Empfängermodus arbeitet.
Der Antennenschalterausgang ist mit einem Eingang des Antennenanpassungsnetzes 6 verbunden. Das Antennenanpassungsnetz 6 ist im dargestellten Beispiel als Basis-LC-Netz mit einer Reiheninduktivität und einer Kapazität, die mit einem Ausgang des Antennenanpassungsnetzes 6 parallel geschaltet ist, implementiert. Der Ausgang des Antennenanpassungsnetzes 6 ist mit der Antenne 7 verbunden.
Da das HF-Frontend-System mittels des Antennenschalters 5 umkonfiguriert werden kann, um mehrere Frequenzen, Mobilkommunikationsstandards und/oder weitere Parameter in Bezug auf die Sendung oder den Empfang von Funksignalen zu unterstützen, muss das Antennenanpassungsnetz 6 unter Berücksichtigung der verschiedenen möglichen Verwendungsfälle, Frequenzen und Betriebsmodi sowie ihrer jeweiligen Wahrscheinlichkeiten ausgewählt werden, um ein gewichtetes Optimum zu schaffen. Diese Aufgabe wird immer schwieriger, da das Frequenzspektrum der Mobilkommunikationsfrequenzen immer breiter wird und auch die Antenne selbst verschiedene Impedanzanpassungseinstellungen für verschiedene Umgebungsbedingungen erfordert. Außerdem muss das Problem der Antennenfehlanpassung aufgrund der unterschiedlichen Umgebung der Antenne berücksichtigt werden. Die Impedanz einer Antenne kann beispielsweise sehr stark variieren, wenn die Antenne berührt wird, z. B. von einem Finger eines Mobiltelefonbenutzers, wie es bei einigen Mobiltelefonmodellen, die in der Vergangenheit verkauft wurden, beobachtet werden konnte. Überdies führt eine Fehlanpassung zu zusätzlichen Nicht-Linearitäten am Leistungsverstärker 3 und zu einer Modifikation des Filterverhaltens des Oberwellenfilters 4, da die Fehlanpassung durch den Antennenschalter 5 geleitet wird. Folglich wird das Gesamtsystem an mehreren Punkten durch die Fehlanpassung negativ beeinflusst. Diese Probleme werden erst in letzter Zeit exakter betrachtet, da Mobilkommunikationssysteme gewöhnlich nur für Messsysteme für 50 Ohm spezifiziert waren.
Seit einiger Zeit existieren zusätzliche Anforderungen in Bezug auf die gesamte abgestrahlte Leistung (TRP), die durch Mobilkommunikationsvorrichtungen für spezifische Netzanbieter erfüllt werden müssen. Dies bedeutet, dass für einen breiten Bereich von Fehlanpassungen das System die erforderliche abgestrahlte Leistung erreichen muss.
2 stellt mehrere Testfälle in einer Smith-Diagrammdarstellung dar, die ein HF- oder RF-Frontend-System bestehen muss, damit es für den Betrieb in bestimmten Mobilkommunikationsnetzen zugelassen wird. Insbesondere zeigt 2 die mögliche Impedanz innerhalb eines Kreises eines gegebenen VSWR (Spannungsstehwellenverhältnisses), hier für VSWR = 10. Folglich kann jede Fehlanpassung unter VSWR = 10 ein gültiger Punkt sein, und da dies unbegrenzt viel sein kann, ist die Menge an Punkten auf 121 (11 Linien, wobei jede Linie 11 Punkte aufweist) für den Zweck der Darstellung in 2 begrenzt.
Es kann erwartet werden, dass einfache Anordnungen in der Zukunft zum Erfüllen von derzeitigen und zukünftigen Anforderungen nicht ausreichen könnten. Aus diesem Grund werden gegenwärtig in einigen ersten Vorrichtungen schaltbare Anpassungsnetze verwendet, wobei gemäß der verwendeten Frequenz eine Modifikation der Anpassung durchgeführt wird.
3 stellt ein schematisches Blockdiagramm eines HF-Frontend-Systems mit einem einstellbaren Antennenanpassungsnetz 9 dar. Das einstellbare Antennenanpassungsnetz 9 ist in dem in 3 dargestellten Beispiel als Pi-Netz mit abstimmbaren Kapazitäten konfiguriert, die mit dem Eingang bzw. dem Ausgang parallel geschaltet sind.
In Bezug auf das Impedanzanpassungsnetz muss berücksichtigt werden, dass mit einer gegebenen Impedanzanpassungsnetztopologie nicht jede Impedanz verwirklicht werden kann, d. h. es gibt sogenannte ”verbotene Bereiche”. 4 stellt einige LC-Basisnetze und unter jedem LC-Basisnetz ein entsprechendes schematisches Smith-Diagramm dar, in dem der verbotene Bereich als schraffierter Bereich dargestellt ist. Eine Lastimpedanz Z_L ist mit den verschiedenen LC-Basisnetzen verbunden.
Um einen breiten Bereich von möglichen Impedanzen abzudecken, weisen einstellbare Impedanzanpassungsnetze typischerweise eine Pi-Topologie (Π-Topologie) oder eine T-Topologie auf. Eine Pi-Topologie mit einer Reiheninduktivität, einer parallelen Eingangskapazität und einer parallelen Ausgangskapazität bildet ein Tiefpassfilter, das die Oberwellenerzeugung dämpft. Ferner stehen variable Kapazitäten zur Verfügung (Drehkondensator, BSR-Kapazität (d. h. (Ba, Sr)RuO3)-Kapazität)...), wohingegen eine variable Induktivität typischerweise einen variablen Abgriff erfordert. 5 stellt schematisch eine Pi-Topologie eines einstellbaren Impedanzanpassungsnetzes, ein Diagramm der Vorwärtsübertragung über die Frequenz und ein Smith-Diagramm des Eingangsreflexionskoeffizienten S(1, 1) und des Ausgangsreflexionskoeffizienten S(2, 2) als Funktion der Frequenz dar.
Das Problem der Pi-Struktur besteht darin, dass typischerweise nur die Kapazitäten verändert werden, wohingegen die Induktivität konstant ist und eine hohe Gütezahl oder einen hohen Gütefaktor aufweisen muss. In dem Fall, in dem keine Anpassung durchgeführt werden muss, das heißt 50 Ohm an 50 Ohm angepasst werden, funktioniert die Schaltung als reiner Phasenschieber. Wie zu sehen ist, wenn die in 5 dargestellte Schaltung untersucht wird, treten Verluste in dieser Situation auf, d. h. es wäre erwünscht, die Induktivität zu überbrücken. Ferner bildet die in 5 dargestellte Topologie ein Schmalbandsystem erster Ordnung, d. h. eine gute Anpassung kann nur in einem sehr kleinen Frequenzbereich oder alternativ in einem breiteren Frequenzbereich durch Akzeptieren von schlechteren Gütezahlen/Gütefaktoren erreicht werden, was zu höheren Verlusten führt. Aus diesem Grund wären Breitbandlösungen, die so wenige Komponenten wie möglich erfordern, erwünscht. Dies bedeutet grundsätzlich, dass eine mehrstufige Anpassungsstruktur gewählt wird, wie in 6 gezeigt, die offensichtlich zu mehreren Anpassungselementen führt, oder dass ein Transformator verwendet wird. Insbesondere für Impedanztransformationen in der realen Ebene sind sogenannte Guanella- oder Ruthroff-Transformatoren in der Literatur bekannt. Obwohl diese historisch als makroskopische Transformatoren mit bifilaren Wicklungen implementiert wurden, können sie auch als planare Transformatoren auf oder innerhalb einer gedruckten Leiterplatte, eines Siliziumsubstrats oder einer laminierten Struktur verwirklicht werden.
Als Beispiel zeigt 7 einen Schaltplan eines Ruthroff-Transformators, der als 1:4-Impedanz-Transformator funktioniert, von dem angenommen wird, dass er zwei identische Induktivitäten aufweist. Die Grundidee dieser Transformatoren ist die Kombination von Signalteilen in einer additiven Weise. In dem in 7 dargestellten Fall ist die Ausgangsspannung eine Summe der Spannung V2 über der Reiheninduktivität und der Spannung V1 über dem Massepfad. Gleichzeitig wird der elektrische Strom über die zwei Induktivitäten aufgeteilt, so dass aufgrund einer Verdoppelung der Spannung und einer Halbierung des elektrischen Stroms eine Impedanztransformation von 1:4 erreicht wird (R_L erscheint der Spannungsquelle V_g höherohmig).
Die Lösung unter Verwendung eines Transformators weist typischerweise die folgenden Eigenschaften im Vergleich zu beispielsweise einer Lösung unter Verwendung einer (klassischen) Pi-Struktur auf. Aus Gründen des Vergleichs ist der gleiche Grad an Anpassung erwünscht, nämlich eine Anpassung von 12,5 Ohm an 50 Ohm. Die Zielfrequenz ist 900 MHz. Die Pi-Struktur ist in 5 dargestellt. Die Reiheninduktivität der Pi-Struktur ist 4 nH mit einem Reihenwiderstand von 2 Ohm. Das linke Diagramm stellt den Einfügungsverlust S(2, 1) dar und das Smith-Diagramm rechts stellt den Eingangsreflexionskoeffizienten S(1, 1) als durchgezogene Linie und den Ausgangsreflexionskoeffizienten S(2, 2) als gestrichelte Linie dar.
8 zeigt eine 4:1-Ruthroff-Transformator-Struktur, ein Diagramm des Vorwärtsübertragungskoeffizienten als Funktion der Frequenz und ein Smith-Diagramm des Eingangsreflexionskoeffizienten S(1, 1) und des Ausgangsreflexionskoeffizienten S(2, 2). Die Reiheninduktivität zwischen den Knoten 3 und 4 ist L_S = 4 nH und weist einen Reihenwiderstand von 2 Ohm auf. Die Induktivität im Pfad zur Masse ist im Wesentlichen gleich, d. h. L_P = 4 nH mit einem Reihenwiderstand von 2 Ohm. Die parallele Eingangskapazität ist Cs1 = 3,4 pF und die parallele Ausgangskapazität ist Cs2 = 2 pF. Der magnetische Kopplungsfaktor zwischen der Reiheninduktivität und der Massepfadinduktivität ist k = 0,8. Wiederum wurde eine Kleinsignalsimulation (S-Parameter) durchgeführt und zeigt das in den Diagrammen von 8 dargestellte Verhalten. Wie im linken Diagramm von 8 zu sehen ist, das den Vorwärtsübertragungsfaktor als Funktion der Frequenz darstellt, kann ein kleinerer Einfügungsverlust unter Verwendung einer identischen Reiheninduktivität mit einer identischen Gütezahl/einem identischen Gütefaktor erreicht werden. Insbesondere erzeugte die in 5 gezeigte Pi-Struktur einen Einfügungsverlust von ungefähr 0,66 dB, wohingegen das Impedanzanpassungsnetz unter Verwendung eines Ruthroff-Transformators, das in 8 dargestellt ist, einen Einfügungsverlust von nur 0,49 dB aufweist. Dies ist eine Differenz von 0,15 dB, selbst wenn eine zusätzliche zweite Induktivität mit derselben Gütezahl/demselben Gütefaktor beteiligt ist.
Der Vergleich der Eingangsreflexionskoeffizienten S(1, 1) und der Kurve für S(2, 1) der in 5 gezeigten Pi-Struktur mit denselben Kurven der in 8 gezeigten Ruthroff-Transformator-Struktur offenbart weiter, dass die Transformatorlösung auch ein verbessertes Bandbreitenverhalten bietet, insbesondere eine breitere Bandbreite. Obwohl das Pi-Netz eine Dämpfung von bereits 18 dB bei 3 GHz (siehe Vorwärtsübertragungsfaktor-Diagramm in 5) aufweist, kann eine Dämpfung von nur 2 dB unter Verwendung des mit Transformator implementierten Impedanzanpassungsnetzes erreicht werden, wie in 8 dargestellt. Dies ist in Bezug auf Produktionstoleranzen von besonderem Interesse, da Schmalbandsysteme zu Ausbeuteproblemen führen könnten.
Die in 8 gezeigte Transformatorstruktur schafft ferner einen zusätzlichen Schutz gegen elektrostatische Entladung (ESD), wie in 9 dargestellt. Obwohl empfindliche Kapazitäten der Pi-Struktur einen ESD-Impuls hauptsächlich für sich allein aushalten müssen (was unter Verwendung einer integrierten Schaltung auf Siliziumbasis typischerweise nicht möglich ist oder zumindest schwierig zu implementieren ist), wird die Kapazität innerhalb der mit Transformator implementierten Struktur durch die Induktivität L_P geschützt. Der Entladungsstrompfad ist in 9 als dicke Linie angegeben. Ein weiteres Merkmal des mit Transformator implementierten Impedanzanpassungsnetzes, das für die adaptive Anpassung von Interesse ist, wird nachstehend genauer beschrieben: von Natur aus teilen sich die Spannungen über die zwei Induktivitäten auf.
Durch Wählen von verschiedenen Induktivitäten für die Reiheninduktivität L_S und die Massepfadinduktivität L_P können andere Transformationsfaktoren als 1:4 implementiert werden. Ferner ist es möglich, eine der Induktivitäten zu invertieren, um den 1:4-Transformator in einen 4:1-Transformator umzuwandeln. In dem in 10 gezeigten Schaltplan ist die Massepfadinduktivität L_P im Vergleich zur Konfiguration des in 7 gezeigten Ruthroff-Transformators invertiert, da der Knoten 1 der Massepfadinduktivität L_P nun mit dem Knoten 4 der Reiheninduktivität L_S verbunden ist, während der Knoten 2 der Massepfadinduktivität L_P mit dem Massepotential verbunden ist. Die Verbindung der Reiheninduktivität L_S ist in 7 und 10 gleich.
Um eine einstellbare Impedanztransformation zu erhalten, ist es nun möglich, entweder die Reiheninduktivität L_S oder die Massepfadinduktivität L_P umzuschalten. Reaktive Komponenten wie z. B. induktive oder kapazitive Komponenten können dann wie bei der ursprünglichen Methode unter Verwendung von variablen Kapazitäten C1 und C2 eingestellt werden, wie in 11 dargestellt. Insbesondere zeigt 11 einen Schaltplan eines einstellbaren Impedanzanpassungsnetzes 100 gemäß mindestens einer Ausführungsform der hier offenbarten Lehren.
Das in 11 gezeigte einstellbare Impedanzanpassungsnetz 100 umfasst einen ersten Anschluss 101, einen zweiten Anschluss 102 und einen Referenzpotentialanschluss 103. In der in 11 gezeigten Ausführungsform entspricht das Referenzpotential einem Massepotential für die Schaltung 100. Die Schaltung 100 kann mit dem Referenzpotential an mehreren Orten über mehrere Referenzpotentialanschlüsse 103 verbunden sein. Eine Impedanz Z_L oder R_L (siehe beispielsweise 4, 7, 8 oder 10), die an die Eingangsimpedanz oder Ausgangsimpedanz einer anderen Schaltung (z. B. die Ausgangsimpedanz eines Leistungsverstärkers 3, wie in 3 dargestellt) angepasst werden soll, kann mit dem ersten Anschluss 101 oder dem zweiten Anschluss 102 verbunden werden. Die andere Schaltung wird dann mit dem zweiten Anschluss 102 bzw. dem ersten Anschluss 101 verbunden.
Das einstellbare Impedanzanpassungsnetz 100 umfasst ferner einen Übertragungsleitungstransformator 120. Der Übertragungsleitungstransformator 120 umfasst eine Reiheninduktivität (erster Induktorpfad) 121 und eine Massepfadinduktivität (zweiter Induktorpfad) 122, die magnetisch gekoppelt sind (Kopplungskoeffizient k). Der erste und der zweite Induktorpfad 121, 122 sind durch gestrichelte Kästen in 11 angegeben. Die Reiheninduktivität 121 bildet (oder ist ein Teil von) einen ersten Induktorpfad des Übertragungsleitungstransformators 120. Die Massepfadinduktivität 122 bildet (oder ist ein Teil von) einen zweiten Induktorpfad des Übertragungsleitungstransformators 120. Der Übertragungsleitungstransformator 120 ist in der in 11 gezeigten Ausführungsform als Ruthroff-Transformator verbunden. In alternativen Ausführungsformen könnte der Übertragungsleitungstransformator als Guanella-Transformator verbunden sein. Der erste Induktorpfad 121 ist mit dem ersten Anschluss 101 an einem seiner Enden und mit dem zweiten Anschluss 102 an seinem anderen Ende verbunden. Die Massepfadinduktivität oder der zweite Induktorpfad 122 ist leitfähig zwischen den ersten Eingangsanschluss 101 und den Referenzpotentialanschluss 103 koppelbar, wie nachstehend genauer beschrieben wird. In einer alternativen Ausführungsform könnte der erste Induktorpfad 121 ebenso leitfähig zwischen den ersten Anschluss 101 und den zweiten Anschluss 102 in einer umkonfigurierbaren Weise koppelbar sein. Insbesondere könnte der erste Induktorpfad 121 mit umgekehrter Polarität verbunden sein. Es ist zu beachten, dass die Polarität des ersten Induktorpfades 101 und des zweiten Induktorpfades 102 aufgrund der magnetischen Kopplung des ersten und des zweiten Induktorpfades 101, 102 betrachtet werden muss. Dies bedeutet, dass der Übertragungsleitungstransformator 120 unterschiedliche Verhaltensweisen zeigt, wenn einer des ersten und des zweiten Induktorpfades 101, 102 mit umgekehrter Polarität verbunden ist.
Die Reiheninduktivität 121 umfasst mehrere Unterabschnitte 121a, 121b, ... 121k. Jeder Unterabschnitt der mehreren Unterabschnitte 121a ... 121k erstreckt sich zwischen zwei Induktorknoten von mehreren Induktorknoten 21a, 21b, ... 21k, 21k + 1. Der zweite Induktorpfad 122 umfasst auch mehrere Unterabschnitte 122a, 122b, ... 122j. Jeder Unterabschnitt der mehreren Unterabschnitte 122a ... 122j erstreckt sich zwischen zwei Induktorknoten von mehreren Induktorknoten 22a, 22b, ... 22j, 22j + 1. Die Anzahl von Unterabschnitten des ersten Induktorpfades 121 kann gleich der Anzahl von Unterabschnitten des zweiten Induktorpfades 121 sein, d. h. j = k. Gemäß einigen Ausführungsformen können jedoch der erste und der zweite Induktorpfad 121, 122 unterschiedliche Zahlen von Unterabschnitten aufweisen, d. h. j ≠ k.
Das einstellbare Impedanzanpassungsnetz 100 umfasst auch mehrere Schaltelemente 131a, 131b, ... 131k. Die Schaltelemente 131a ... 131k sind in einer Reihenschaltung verbunden. Jedes Schaltelement 131a ... 131k kann ein Halbleiterschaltelement sein. Jedes Schaltelement 131a ... 131k ist mit einem der Unterabschnitte 121a ... 121k des ersten Induktorpfades 121 parallel geschaltet. Jedes der mehreren Schaltelemente 131a ... 131k kann den entsprechenden Unterabschnitt 121a ... 121k des ersten Induktorpfades 121 überbrücken, wenn das Schaltelement mittels eines geeigneten Steuersignals so gesteuert wird, dass es sich in einem leitenden Zustand befindet. Es ist auch möglich, mehrere Unterabschnitte des ersten Induktorpfades 121 durch Steuern von mehreren der Schaltelemente 131a ... 131k, so dass sie leitend sind, zu überbrücken. Insbesondere kann der ganze erste Induktorpfad 121 überbrückt werden, wenn alle Schaltelemente 131a ... 131k (vorübergehend) leitend sind, so dass der erste Anschluss 101 und der zweite Anschluss 102 über das (die) Halbleiterschaltelement(e) 131a ... 131k verbunden sind.
In einer ähnlichen Weise sind zweite mehrere Schaltelemente 132a, 132b, ... 132j vorgesehen, um selektiv einen oder mehrere der Unterabschnitte 122a ... 122j des zweiten Induktorpfades 122 in Reaktion auf entsprechende Steuersignale, die an die Schaltelemente 132a ... 132j angelegt werden, zu überbrücken. Jedes Schaltelement 132a ... 132j kann ein Halbleiterschaltelement sein. Jedes Schaltelement 132a ... 132j ist mit einem der Unterabschnitte 122a ... 122j des zweiten Induktorpfades 122 parallel geschaltet. Jedes der mehreren Schaltelemente 132a ... 132j kann den entsprechenden Unterabschnitt 122a ... 122j des zweiten Induktorpfades 122 überbrücken, wenn das Schaltelement mittels eines geeigneten Steuersignals so gesteuert wird, dass es sich in einem leitenden Zustand befindet.
Die ersten mehreren Schaltelemente und/oder die zweiten mehreren Schaltelemente können einen Auswahlschalter bilden, der dazu konfiguriert ist, selektiv einen der mehreren Induktorknoten 21a, ... 21k + 1, 22a, ... 22j + 1 des ersten Induktorpfades 121 oder des zweiten Induktorpfades 122 mit dem ersten Anschluss 101, dem zweiten Anschluss 102 oder sowohl dem ersten als auch dem zweiten Anschluss 101, 102 zu verbinden.
Das in 11 gezeigte einstellbare Impedanzanpassungsnetz 100 umfasst ferner eine Umkonfigurationseinheit 150, die verwendet werden kann, um das einstellbare Impedanzanpassungsnetz 100 in mindestens zwei verschiedenen Konfigurationen zu konfigurieren. In einer ersten möglichen Konfiguration ist ein erstes Ende (das mit dem Induktorknoten 22j + 1 in der in 11 gezeigten Ausführungsform übereinstimmt) des zweiten Induktorpfades 122 mit dem ersten Anschluss 101 verbunden und ein zweites Ende (das mit dem Induktorknoten 22a übereinstimmt) des zweiten Induktorpfades 122 ist mit dem Referenzpotentialanschluss 103 verbunden. In einer zweiten möglichen Konfiguration ist das erste Ende (d. h. der Induktorknoten 22j + 1) des zweiten Induktorpfades 122 mit dem Referenzpotentialanschluss 103 verbunden und das zweite Ende (d. h. der Induktorknoten 22a) des zweiten Induktorpfades 122 ist mit dem ersten Anschluss 101 verbunden. Folglich ist in der ersten Konfiguration der Übertragungsleitungstransformator 120 als Ruthroff-Transformator gemäß 7 verbunden. In der zweiten Konfiguration ist der Übertragungsleitungstransformator 120 als Ruthroff-Transformator gemäß 10 verbunden. Wie in Verbindung mit 10 erläutert, kann das Impedanztransformationsverhältnis durch Ändern von der ersten Konfiguration in die zweite Konfiguration geändert werden, beispielsweise von einem 1:4-Impedanztransformationsverhältnis auf ein 4:1-Impedanztransformationsverhältnis.
Die Umkonfigurationseinheit 150 umfasst einen ersten Umstellschalter 152 und einen zweiten Umstellschalter 151. Der erste Umstellschalter 152 ist mit dem ersten Induktorknoten 22j + 1 an seinem gemeinsamen Anschluss, mit dem Referenzpotentialanschluss 103 an einem seiner zwei anderen Anschlüsse und mit dem ersten Anschluss 101 am restlichen Anschluss verbunden. Der zweite Umstellschalter 151 ist mit dem zweiten Ende (Induktorknoten 22a) des zweiten Induktorpfades 122, mit dem Referenzpotentialanschluss 103 an einem seiner anderen Anschlüsse und mit dem ersten Anschluss 101 am restlichen Anschluss verbunden.
Die Umkonfigurationseinheit 150 kann auch als Polumkehrelement betrachtet oder verwendet werden, das dazu konfiguriert ist, eine Polarität des ersten Induktorpfades 121 oder des zweiten Induktorpfades 122 umzukehren. Wenn es als Polumkehrelement für den ersten Induktorpfad 121 verwendet wird, würden die gemeinsamen Anschlüsse der zwei Umstellschalter 151, 152 mit dem ersten Induktorknoten 21a und dem zweiten Induktorknoten 21k + 1 des ersten Induktorpfades 121 verbunden werden. Die anderen Anschlüsse der zwei Umstellschalter 151, 152 würden dann mit dem ersten Anschluss 101 und dem zweiten Anschluss 102 verbunden werden.
Das einstellbare Impedanzanpassungsnetz 100 von 11 umfasst auch eine erste Anschlussimpedanz C1 und eine zweite Anschlussimpedanz C2. Die erste Anschlussimpedanz C1 und die zweite Anschlussimpedanz C2 sind im Wesentlichen kapazitiv. Die erste Anschlussimpedanz C1 umfasst eine Gruppe von parallelen, individuell schaltbaren Kondensatoren und mehrere weitere (Halbleiter-)Schaltelemente 171. Daher ist die erste Anschlussimpedanz C1 variabel. Die erste Anschlussimpedanz C1 ist mit dem Rest des einstellbaren Impedanzanpassungsnetzes 100 zwischen dem ersten Anschluss 101 und dem Referenzpotentialanschluss 103 parallel geschaltet. Die zweite Anschlussimpedanz C2 ist zur ersten Anschlussimpedanz C1 ähnlich. Insbesondere ist die zweite Anschlussimpedanz C2 mittels mehrerer weiterer (Halbleiter-)Schaltelemente 172 variabel.
Das einstellbare Impedanzanpassungsnetz 100 bildet ein Pi-Netz, wobei die erste Anschlussimpedanz C1 und die zweite Anschlussimpedanz C2 parallele Impedanzen sind. Der erste Induktorpfad 121 des Ruthroff-Transformators 120 bildet eine Reihenimpedanz oder ein Reihenelement des Pi-Netzes.
Der Übertragungsleitungstransformator 120 kann ein klassischer Transformator, ein bifilarer Transformator oder ein planarer Transformator sein. Im Fall eines planaren Transformators kann er als in eine gedruckte Leiterplatte integrierter Transformator, als Halbleitertransformator, als Umverteilungsschichttechnologien (EWLB – Eingebettete Waferebenen-Kugelgittermatrix) oder als Kombination davon implementiert werden.
Es ist zu beachten, dass ein einstellbares Impedanzanpassungsnetz gemäß den hier offenbarten Lehren in einer Basiskonfiguration nur die folgenden Elemente umfassen kann: den ersten Anschluss 101, den zweiten Anschluss 102, den Referenzpotentialanschluss 103, den Übertragungsleitungstransformator 120 und ein Halbleiterschaltelement (z. B. das Schaltelement 131a).
12 zeigt in schematischer Weise einen Schaltplan einer weiteren Ausführungsform eines einstellbaren Impedanzanpassungsnetzes 200 gemäß den hier offenbarten Lehren. Der Unterschied zwischen dem einstellbaren Impedanzanpassungsnetz 100 von 11 und dem einstellbaren Impedanzanpassungsnetz 200 von 12 besteht darin, dass die Schaltelemente zum Einstellen einer Induktivität des ersten Induktorpfades 121 oder des zweiten Induktorpfades 122 in einer anderen Weise verbunden sind. Das einstellbare Impedanzanpassungsnetz 200 von 12 umfasst mehrere (Halbleiter-)Schaltelemente 231a, 231b, ... 231k für den ersten Induktorpfad 121. Ferner umfasst das einstellbare Impedanzanpassungsnetz 200 mehrere (Halbleiter-)Schaltelemente 232a, 232b, ... 232j für den zweiten Induktorpfad 122. Das Schaltelement 231a ist mit dem ersten Unterabschnitt 121a des ersten Induktorpfades 121 parallel geschaltet. Das Schaltelement 231b ist mit einer Reihenschaltung des ersten und des zweiten Unterabschnitts 121a, 121b des ersten Induktorpfades 121 parallel geschaltet. Das Schaltelement 231k ist mit dem ganzen ersten Induktorpfad 121, d. h. einer Reihenschaltung aller Unterabschnitte 121a ... 121k, parallel geschaltet. Hinsichtlich des zweiten Induktorpfades 122 sind die Schaltelemente 122a ... 122j in einer ähnlichen Weise in Bezug auf die Unterabschnitte 122a ... 122j des zweiten Induktorpfades 122 verbunden.
Im einstellbaren Impedanzanpassungsnetz 200 von 12 verbindet höchstens ein leitendes Schaltelement 231a ... 231k den ersten Anschluss 101 und den zweiten Anschluss 102. Folglich kann ein relativ niedriger Spannungsabfall erreicht werden, der für den Einfügungsverlust des Impedanzanpassungsnetzes 200 vorteilhaft ist. Andererseits müssen insbesondere die Schaltelemente 231k und 232j, die mit dem ganzen ersten Induktorpfad 121 bzw. dem ganzen zweiten Induktorpfad 122 parallel geschaltet sind, relativ hohe Spannungen aushalten, wenn sie sich im nicht leitfähigen Zustand befinden (hinsichtlich des Themas der Nennspannung der Schaltelemente siehe auch 19 und die entsprechende Beschreibung).
13 zeigt eine Ausführungsform des einstellbaren Impedanzanpassungsnetzes 300, in dem die erste und die zweite Anschlussimpedanz C1, C2 Reihenschaltungen von Kondensatoren anstelle von Parallelschaltungen wie in 11 und 12 umfassen. Individuelle der in Reihe geschalteten Kondensatoren sind mittels weiterer (Halbleiter-)Schaltelemente 371 (für die erste Anschlussimpedanz) oder 372 (für die zweite Anschlussimpedanz) überbrückbar. Mit Ausnahme der verschiedenen Konfigurationen der ersten und der zweiten Anschlussimpedanz ist das einstellbare Impedanzanpassungsnetz 300 zu dem in 12 dargestellten einstellbaren Impedanzanpassungsnetz 200 identisch.
Die Grundidee der offenbarten Lehren besteht darin, keine bekannten T-Netze oder Pi-Netze zu verwenden, sondern stattdessen einen Transformator zu verwenden, und sein Transformationsverhältnis in mindestens einem Unterabschnitt seiner Wicklung zu implementieren. Folglich kann eine Anzahl von Vorteilen erreicht werden:
Niedrigere Verluste/niedrigerer Einfügungsverlust, wenn äquivalente Komponenten verwendet werden;
Größere Bandbreite und folglich weniger Empfindlichkeit gegen Produktionstoleranzen;
Verwendbar für mehrere Frequenzbänder; ein Transformator kann das Band mit 900 MHz ebenso wie das Band mit 1,8 GHz handhaben, wohingegen eine Pi-Struktur gemäß 5 zwei verschiedene Induktivitäten erfordern würde (die unter Verwendung eines Schalters erreicht werden können, dies würde jedoch einen zusätzlichen Schalter erfordern, und führt folglich zu zusätzlichen Verlusten);
Eine Masseverbindung ist immer über den zweiten Induktorpfad vorgesehen, so dass die Kapazitäten (falls vorhanden) besser gegen eine elektrostatische Entladung (ESD) geschützt sind;
Da die Schaltelemente (z. B. Schalttransistoren) nur einen kleinen Teil des Spannungshubs sehen, können Vorrichtungen mit einer niedrigeren Durchbruchspannung verwendet werden: Vorrichtungen mit einem kleineren Einschaltwiderstand R_on und/oder einer kleineren Ausschaltkapazität C_off können verwendet werden.
14 zeigt ein einstellbares Impedanzanpassungsnetz 400 ähnlich zum einstellbaren Impedanzanpassungsnetz 200 von 12. Im einstellbaren Impedanzanpassungsnetz 400 sind die Schaltelemente als NMOS-Transistoren (n-Kanal-Metalloxid-Halbleiter-Transistoren) 431a, 431b, ... 431k und 432a, 432b, ... 432j implementiert. Die NMOS-Transistoren können ein Teil einer CMOS-Schaltung sein und können mittels eines CMOS-Prozesses hergestellt werden. Auch die Schaltelemente zum Verändern der ersten Anschlussimpedanz und die Schaltelemente zum Verändern der zweiten Anschlussimpedanz werden als NMOS-Transistoren 471, 472 in der in 14 gezeigten Ausführungsform implementiert. Ferner umfasst die Umkonfigurationseinheit 150 NMOS-Transistoren 451, 452, 453 und 454. Die Transistoren 451 und 453 schaffen die Funktionalität des in 11 bis 13 dargestellten Umstellschalters 151. Die Transistoren 452 und 454 schaffen die Funktionalität des in 11 bis 13 dargestellten Umstellschalters 152. Die Transistoren 451 und 452 sind mit dem Induktorknoten 22a des zweiten Induktors 122 und an ihren jeweiligen entgegengesetzten Seiten mit dem Referenzpotential- bzw. dem zweiten Anschluss 102 verbunden. Die Transistoren 453 und 454 sind mit dem Induktorknoten 22j + 1 des zweiten Induktors 122 und an ihren jeweiligen entgegengesetzten Seiten mit dem Referenzpotential- bzw. dem ersten Anschluss 101 verbunden.
Hinsichtlich der in 11 bis 14 gezeigten Ausführungsformen können einige Beobachtungen gemacht werden. Diese können jedoch umgangen werden, wie nachstehend erläutert wird.
In den in 11 bis 14 gezeigten Ausführungsformen muss der zweite Induktorpfad 122 (Lp) eine große Induktivität für große Impedanzen aufweisen. Dies ist beispielsweise erforderlich, wenn für ”niedrige” Frequenzen keine zusätzlichen Verluste toleriert werden können. Als Faustregel sollte die Induktivität des zweiten Induktorpfades 122 nicht kleiner sein als 18 nH für Frequenzen um 800 MHz.
Eine weitere Beobachtung, die gemacht werden kann, besteht darin, dass bei niedrigen Impedanzen der (Widerstands-)Reihenabschnitt der Induktivität und des Schalttransistors zunehmend zur Wirkung kommen. Dies bedeutet, dass es vorteilhaft sein kann, den ersten Induktorpfad 121 (Ls) etwas größer zu dimensionieren als den zweiten Induktorpfad 122 (Lp). Überdies sollte ein Schalttransistor nicht ”schmal” gewählt werden (d. h. die (Kanal-)Breite im Fall eines MOS-Transistors oder die effektive Emitterfläche im Fall eines Bipolartransistors).
Zwei weitere Varianten, die für die Implementierung geeignet sind, sind in 15 und 16 gezeigt.
15 zeigt schematisch einen Schaltplan eines einstellbaren Impedanzanpassungsnetzes 500 gemäß einer weiteren Ausführungsform der hier offenbarten Lehren. Der Übertragungsleitungstransformator umfasst einen ersten Induktorpfad 121 (Ls), einen zweiten Induktorpfad 122 (Lp1) und einen dritten Induktorpfad 123 (Lp2). Der dritte Induktorpfad 123 ist mit dem ersten Induktorpfad 121 magnetisch gekoppelt (Kopplungsfaktor k). Der dritte Induktorpfad 123 umfasst mehrere Unterabschnitte 123a, 123b, ... 123i.
Mit anderen Worten, eine Struktur mit mindestens drei Wicklungen wird verwendet. Der erste Induktorpfad 121 (Ls) umfasst eine einzige Wicklung, wohingegen der Rest des Übertragungsleitungstransformators 120 unter Verwendung von mindestens zwei Wicklungen 122, 123 implementiert wird. Durch Schalten der mindestens zwei Wicklungen 122, 123 parallel oder in Reihe kann die vorstehend erwähnte erforderliche Induktivität von 18 nH und im Gegenteil ein hohes Transformationsverhältnis für niedrige Frequenzen erreicht werden. Insbesondere können der zweite Induktorpfad 122 und der dritte Induktorpfad 123 für hohe Impedanzen in Reihe und für niedrige Impedanzen parallel geschaltet werden.
Der erste Induktorpfad 121 ist leitfähig mit dem ersten Anschluss 101 mittels mehrerer Schaltelemente 531a, 531b, 531c, ... 531k + 1 koppelbar. Überdies ist der erste Induktorpfad 121 leitfähig mit dem zweiten Anschluss 102 mittels zweiter mehrerer Schaltelemente 541a, 541b, 451c, ... 541k + 1 koppelbar. Jedes Schaltelement der ersten mehreren Schaltelemente 531a ... 531k + 1 ist dazu konfiguriert, einen entsprechenden Induktorknoten 22a, ..., 22k + 1 mit dem ersten Anschluss 101 zu verbinden. In einer ähnlichen Weise ist jedes Schaltelement der zweiten mehreren Schaltelemente 541a ... 541k + 1 dazu konfiguriert, den entsprechenden Induktorknoten 22a ... 22k + 1 mit dem zweiten Anschluss 102 zu verbinden. In dieser Weise kann eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Anschluss 101 und dem zweiten Anschluss 102 eine variable Anzahl der Unterabschnitte 121a ... 121k umfassen, d. h. von null Unterabschnitten bis zu allen k Unterabschnitten. Ferner können die Unterabschnitte 121a ... 121k unterschiedlich sein, d. h. sie können unterschiedliche Zahlen von Wicklungen und/oder unterschiedliche Mengen von magnetischer Kopplung mit dem zweiten Induktorpfad 122 und/oder dem dritten Induktorpfad 123 aufweisen, so dass eine noch größere Vielfältigkeit von verschiedenen Konfigurationen erhalten werden kann.
Das einstellbare Impedanzanpassungsnetz 500 umfasst ferner eine Parallel-Reihen-Schalteinheit. Die Parallel-Reihen-Schalteinheit umfasst einen ersten Reihen-Parallel-Umstellschalter 181 und einen zweiten Reihen-Parallel-Umstellschalter 182. Der erste Reihen-Parallel-Umstellschalter 181 umfasst zwei NMOS-Transistoren 183, 185. Der zweite Reihen-Parallel-Umstellschalter 182 umfasst auch zwei NMOS-Transistoren 184, 186. Alternativ könnten andere Schaltelemente als NMOS-Transistoren vorgesehen sein. Mittels der Parallel-Reihen-Schalteinheit können der zweite Induktorpfad 122 und der dritte Induktorpfad 123 selektiv in einer Reihenschaltung und einer Parallelschaltung verbunden werden. Das Transformationsverhältnis des Übertragungsleitungsleitungstransformators ändert sich in Abhängigkeit davon, ob eine Reihenschaltung oder eine Parallelschaltung des zweiten Induktorpfades 122 und des dritten Induktorpfades 123 eingestellt wird. Um eine Reihenschaltung zu erhalten, müssen sich die Transistoren 184 und 183 in einem leitenden Zustand befinden und die Transistoren 185 und 186 müssen sich in einem Sperrzustand befinden. Um den zweiten Induktorpfad 122 und den dritten Induktorpfad 123 parallel zu schalten, müssen sich die Transistoren 185 und 186 im leitenden Zustand befinden und die Transistoren 184, 183 müssen sich im Sperrzustand befinden. Es ist zu beachten, dass einer der Transistoren 183 und 184 weggelassen werden kann, da sich beide Transistoren im gleichen Zweig der Schaltung befinden, in welchem Fall einer der zwei Umstellschalter 181, 182 auf einen einfachen Schalter reduziert werden kann. Wie in 15 zu sehen ist, umfasst die Parallel-Reihen-Schalteinheit mehrere (Halbleiter-)Schaltelemente 183, 184, 185, 186 zum selektiven Verbinden jeweiliger Knoten des zweiten Induktorpfades 122 und des dritten Induktorpfades 123 mit einem des ersten Anschlusses 101, des zweiten Anschlusses 102, des Referenzpotentialanschlusses 103 und/oder miteinander.
Mittels der Schaltelemente 531a ... 531k und 541a ... 541k im ersten Induktorpfad 121 kann eine große Anzahl von verschiedenen Impedanzen geschaltet werden. Es ist zu beachten, dass der Übertragungsleitungsleitungstransformator auch unter Verwendung der Schaltelemente 531a ... 531k und 541a ... 541k umkonfiguriert werden kann. Insbesondere kann eine Polarität des ersten Induktorpfades 121 umgekehrt werden (beispielsweise wenn die Schaltelemente 531k und 541a sich in ihren jeweiligen leitenden Zuständen befinden). Folglich können die Schaltelemente 531a ... 531k und 541a ... 541k auch als Umkonfigurationseinheit und/oder als Polumkehrelement wirken, wie vorstehend beschrieben.
Das einstellbare Impedanzanpassungsnetz 500 von 15 ist grundsätzlich für die Implementierung gut geeignet. Ein Nachteil dieser Ausführungsform besteht jedoch darin, dass zwei Schalter in einer Reihenanordnung im Hauptsignalpfad verbunden sind. Mit anderen Worten, die Kaskadenanordnung von zwei Schaltern führt zu höheren Verlusten im Vergleich zu anderen Lösungen, die nur einen einzelnen Schalter erfordern. Diese Eigenschaft muss in Bezug auf die Tatsache betrachtet werden, dass bei niedrigen Impedanzen der (Widerstands-)Reihenabschnitt der Induktivität und der Schalttransistor zunehmend zur Wirkung kommen. Folglich führt die in 15 gezeigte Anordnung zu einem hohen Reihenwiderstand, der sich negativ auf die Leistung des einstellbaren Impedanzschaltnetzes in Bezug auf Verluste (insbesondere in Bezug auf den Einfügungsverlust) auswirkt. Eine alternative Ausführungsform, die keine Kaskadenanordnung von zwei Schaltern aufweist, würde eine ähnliche Anordnungsstruktur für den Transformator mit der Ausnahme, dass der erste Induktorpfad 121 auf beiden Seiten durch den zweiten und den dritten Induktorpfad 122, 123 ”umgeben” ist, umfassen. Eine solche alternative Ausführungsform ist in 16 gezeigt, die nachstehend beschrieben wird.
16 zeigt einen Ruthroff-Transformator 60, einen Autotransformator 70 und eine Kombination eines Ruthroff-Transformators und eines Autotransformators, um ein einstellbares Impedanzanpassungsnetz 600 gemäß den hier offenbarten Lehren zu bilden. Die Kombination kann in einer passiven Struktur implementiert werden.
Der Ruthroff-Transformator 60 ist mit der Antenne 7 an seinem ersten Anschluss 61 und mit einer Lastimpedanz (Z = 50 Ohm im dargestellten Beispiel) an seinem zweiten Anschluss 62 verbunden. Ein Referenzpotentialanschluss 63 des Ruthroff-Transformators 60 ist mit Masse verbunden (oder entspricht Masse). Der Ruthroff-Transformator 60 umfasst ferner einen ersten Induktorpfad 67 und einen zweiten Induktorpfad 68. Der erste Induktorpfad 67 ist zwischen den ersten Anschluss 61 und den zweiten Anschluss 62 geschaltet. Der zweite Induktorpfad 68 ist zwischen den ersten Anschluss 61 und den Referenzpotentialanschluss 63 geschaltet. Der erste und der zweite Induktorpfad 67, 68 sind über einen Kopplungsfaktor k magnetisch gekoppelt.
Der Autotransformator 70 umfasst einen einzelnen Induktorpfad 75, der mit der Antenne 7 an einem seiner Enden und mit dem Referenzpotentialanschluss 73 (elektrisches Massepotential) an seinem anderen Ende verbunden ist. Die Lastimpedanz Z (wieder mit Z = 50 Ohm für die Zwecke des dargestellten Beispiels) ist an einem Abgriff 72, der als zweiter Anschluss des Autotransformators 70 dient, verbunden. Der Abgriff 72 ist mit einer der Wicklungen des Induktorpfades 75 verbunden und unterteilt folglich den einzelnen Induktorpfad 75 in einen ersten Abschnitt 77 und einen zweiten Abschnitt 78. Es ist zu beachten, dass die zu transformierende Impedanz mit dem ersten Anschluss 101 oder dem zweiten Anschluss 102 verbunden werden kann.
Der untere Teil von 16 zeigt das Ergebnis einer Kombination des Ruthroff-Transformators 60 und des Autotransformators 70, nämlich das einstellbare Impedanzanpassungsnetz 600 gemäß mindestens einer Ausführungsform der hier offenbarten Lehren. Das einstellbare Impedanzanpassungsnetz 600 umfasst einen ersten Induktorpfad 121 und einen zweiten Induktorpfad 122. Der erste und der zweite Induktorpfad 121, 122 sind magnetisch gekoppelt (Kopplungsfaktor k). Der erste Induktorpfad 121 ist zwischen den ersten Anschluss 101 und mehrere Auswahlschaltereingänge 631b, 631c, 631d, 631e eines Auswahlschalters 630 geschaltet. Jeder der Auswahlschaltereingänge 631b, 631c, 631d, 631e ist mit einem entsprechenden Induktorknoten 621b, 621c, 621d, 621e des ersten Induktorpfades 121 verbunden. Ein gemeinsamer Anschluss des Auswahlschalters 630 ist mit dem zweiten Anschluss 102 des einstellbaren Impedanzanpassungsnetzes 600 verbunden. Der zweite Induktorpfad 122 ist zwischen den ersten Anschluss 101 und den Referenzpotentialanschluss 103 geschaltet. Ferner sind mehrere Abgriffe vorgesehen, die Wicklungen des zweiten Induktorpfades 122 mit weiteren Eingangsanschlüssen 632b, 632c, 632d, 632e des Auswahlschalters 630 verbinden. Jeder der Auswahlschaltereingänge 632b, 632c, 632d, 632e ist mit einem entsprechenden Induktorknoten 622b, 622c, 622d, 622e des zweiten Induktorpfades 122 verbunden. Der Induktorknoten 121a des ersten Induktorpfades 121 ist mit dem Induktorknoten 622e des zweiten Induktorpfades 122 elektrisch verbunden, d. h. die Induktorknoten 121a und 122e können als dasselbe Potential aufweisend betrachtet werden.
Der Auswahlschalter 630 ist dazu konfiguriert, einen der Induktorknoten 621a ... 621e und 622b ... 622e mit dem zweiten Anschluss 102 elektrisch zu verbinden. Das einstellbare Impedanzanpassungsnetz 600 funktioniert im Wesentlichen in einem Ruthroff-Transformatormodus, wenn einer der Induktorknoten 631b ... 631e des ersten Induktorpfades 121 mit dem zweiten Anschluss 102 verbunden ist. Dagegen funktioniert das einstellbare Impedanzanpassungsnetz 600 im Wesentlichen in einem Autotransformatormodus, wenn einer der Induktorknoten 622b ... 622d des zweiten Induktorpfades 122 mit dem zweiten Anschluss 102 verbunden ist.
Mit anderen Worten, die in 16 dargestellte Idee betrifft grundsätzlich eine Kombination eines Autotransformators und eines Ruthroff-Transformators. Die zugrundeliegende Idee dieser Ausführungsform besteht darin, dass für niedrige Impedanzen eine Struktur verwendet wird, wie hier vorgeschlagen, wohingegen für hohe Impedanzen die Struktur in einen Autotransformator umgewandelt wird. Der Autotransformator ermöglicht eine einfache Transformation von hohen Impedanzen in niedrige Impedanzen, wohingegen der entgegengesetzte Fall sehr hohe Kopplungsfaktoren erfordert, was in der Praxis schwierig zu realisieren ist, insbesondere als planares Silizium. Im Vergleich zu der in 15 gezeigten Konfiguration erfordert die in 16 gezeigte Konfiguration nur einen Schalter im Hauptsignalpfad, d. h. zwischen dem ersten Anschluss 101 und dem zweiten Anschluss 102, wobei dieser Schalter tatsächlich einem normalen Antennenschalter entspricht. Folglich kann erwartet werden, dass die Konfiguration von 16 einen niedrigeren Einfügungsverlust als die Konfiguration von 15 aufweist.
Die Ruthroff-Transformator-Konfiguration ist für niedrige Impedanzen gut geeignet. Mit einem Impedanztransformationsverhältnis von 1:4 kann ein Impedanzbereich von beispielsweise 12,5 Ohm bis 50 Ohm durch die Ruthroff-Transformator-Konfiguration abgedeckt werden. Der Autotransformator ist andererseits für hohe Impedanzen gut geeignet. Die Verluste sind proportional zum Anpassungsverhältnis. Um auch niedrigere Impedanzen im Ruthroff-Transformatormodus abzudecken (z. B. 1:8), ist der zweite Induktorpfad 122 (oder Nebenschluss) auch unter Verwendung von mehreren schaltbaren Wicklungen schaltbar. Die mehreren schaltbaren Wicklungen können dann in Reihe oder parallel geschaltet werden oder einige der Wicklungen können umgangen werden.
17A bis 17G zeigen eine weitere mögliche Konfiguration eines einstellbaren Impedanzanpassungsnetzes 700 gemäß den hier offenbarten Lehren. 17A stellt schematisch das einstellbare Impedanzanpassungsnetz 700 dar. 17B bis 17G stellen die Hauptsignalpfade (oder Strompfade) innerhalb der einstellbaren Impedanzanpassungsnetze 700 in verschiedenen Konfigurationen dar, die verschiedene Impedanztransformationen schaffen. Die Hauptsignalpfade sind durch dicke Linien in 17B bis 17G dargestellt. Es ist zu beachten, dass in 17B bis 17G die erste und die zweite Eingangsimpedanz C1 und C2 als inaktiv dargestellt sind, d. h. die Schalter 171, 172 sind als in ihren jeweiligen nicht leitenden Zuständen dargestellt. Trotzdem können sich die Schalter 171, 172 im leitenden Zustand oder im nicht leitenden Zustand in individueller Weise in den verschiedenen Konfigurationen in 17B bis 17G befinden, wie erforderlich, um die gewünschte Impedanzanpassung zu erhalten.
Das einstellbare Impedanzanpassungsnetz 700, das in 17A gezeigt ist, kann als detailliertere Ansicht des Darstellung des einstellbaren Impedanzanpassungsnetzes 600, das in 16 gezeigt ist, betrachtet werden. Insbesondere wird der Auswahlschalter 630 in 16 in 17A als Impedanzauswahleinrichtung 730 mit mehreren Schaltelementen 731a, 731b, 731c, ... 731k + 1, 732a, 732b, 733a, 733b, 734b implementiert. Der Übertragungsleitungstransformator 120 umfasst vier Induktorpfade 121, 122, 123 und 124, d. h. zwei weitere Induktorpfade 123, 124 zusätzlich zum ersten und zweiten Induktorpfad 121, 122. Die Schaltelemente 731a, 731b, 731c ... 731k + 1 sind dazu konfiguriert, jeweils die Induktorknoten 21a, 21b, 21c, ... 21k + 1 des ersten Induktorpfades 121 mit dem zweiten Anschluss 102 zu verbinden. Die Schaltelemente 732a, 732b sind dazu konfiguriert, jeweils die Induktorknoten 22a, 22b des zweiten Induktorpfades 122 mit dem zweiten Anschluss 102 zu verbinden. Die Schaltelemente 733a, 733b sind dazu konfiguriert, jeweils die Induktorknoten 23a, 23b des dritten Induktorpfades 123 mit dem zweiten Anschluss 102 zu verbinden. Das Schaltelement 743b ist dazu konfiguriert, den Induktorknoten 24b des vierten Induktorpfades mit dem zweiten Anschluss 102 zu verbinden. Die Impedanzauswahleinrichtung 730 unterstützt, dass verschiedene Impedanzwerte, die mit dem ersten Anschluss 101 verbunden sind, in eine Impedanz von 50 Ohm umgewandelt werden (oder allgemeiner: verschiedene Impedanztransformationsverhältnisse), durch Auswählen von einem der mehreren Schaltelemente in einem leitenden Zustand, während sich die anderen Schaltelemente typischerweise in einem nicht leitenden Zustand befinden. Die unterstützten Impedanzwerte sind beispielsweise 50 Ohm, 40 Ohm, 30 Ohm, 15 Ohm, 10 Ohm, 60 Ohm, 75 Ohm, 110 Ohm und 200 Ohm.
Der dritte Induktorpfad 123 und der vierte Induktorpfad 124 sind mit dem zweiten Induktorpfad 122 parallel oder in Reihe schaltbar. Dazu umfasst das einstellbare Impedanzanpassungsnetz 700 eine Parallel-Reihen-Schalteinheit mit mehreren Schaltelementen 184, 186, 784, 785 und 786. Das Schaltelement 184 ist dazu konfiguriert, wenn es sich im leitenden Zustand befindet, den Induktorknoten 22a des zweiten Induktorpfades 122 mit dem dritten Induktorpfad 123 zu verbinden. Das Schaltelement 186 ist dazu konfiguriert, wenn es sich im leitenden Zustand befindet, den Induktorknoten 22a des zweiten Induktorpfades 122 mit dem Referenzpotentialanschluss 103 zu verbinden, d. h. mit Masse in der dargestellten Ausführungsform. Die Schaltelemente 784, 786 weisen im Wesentlichen dieselben Funktionen für den Induktorknoten 23a des dritten Induktorpfades 123 auf. Das Schaltelement 785 ist dazu konfiguriert, wenn es sich im leitenden Zustand befindet, den ersten Anschluss 101 mit dem vierten Induktorpfad 124 zu verbinden. Es ist zu beachten, dass der zweite Induktorpfad 122 dauerhaft mit dem ersten Anschluss 101 verbunden ist, so dass das Schaltelement 785 ermöglicht, dass der zweite und der vierte Induktorpfad 122, 124 zwischen dem ersten Anschluss 101 und dem Referenzpotentialanschluss 103 parallel geschaltet werden. Die Funktionen der Schaltelemente 184, 186, 784, 785 und 786 werden nachstehend im Zusammenhang mit der Beschreibung der 17B bis 17G offensichtlicher.
In der in 17A gezeigten Ausführungsform wurden vier parallele Wicklungen als Beispiel verwendet. Wie bereits in der Basisschaltung von 16 dargestellt, werden die niedrigen Impedanzen am Reiheninduktorpfad 121 (Ls1) geschaltet und die hohen Impedanzen werden am zweiten, dritten und vierten Induktorpfad 122, 123, 124 geschaltet. Im Fall von kleinen Impedanzen wird die Struktur 700 als Ruthroff-Transformator verwendet und im Fall von hohen Impedanzen wird die Struktur als Autotransformator verwendet. Um das Impedanzverhältnis zu verbessern, wird die parallele Induktivität durch Umschalten des zweiten, dritten und vierten Induktorpfades 122, 123, 124 von einer Reihenschaltungstruktur in eine Parallelschaltungsstruktur verringert. Diese Umschaltung von einer Reihenschaltungsstruktur in eine Parallelschaltungsstruktur kann auch in Zwischenschritten geschehen.
In den 17B bis 17E, die nachstehend beschrieben werden sollen, ist das einstellbare Impedanzanpassungsnetz 700 in einer Ruthroff-Transformator-Konfiguration dargestellt, wohingegen in den nachstehend beschriebenen 17F und 17G das einstellbare Impedanzanpassungsnetz 700 in einer Autotransformatorkonfiguration dargestellt ist.
17B stellt das einstellbare Impedanzanpassungsnetz 700 dar, wenn die Schalter gemäß einem Fall für 50 Ohm gesteuert werden, d. h. eine zu transformierende Impedanz zwischen dem ersten Anschluss 101 und dem Referenzpotentialanschluss 103 einen Wert von ungefähr 50 Ohm aufweist. In diesem Fall befindet sich das Schaltelement 731a in einem leitenden Zustand, so dass der erste Anschluss 101 und der zweite Anschluss 102 direkt miteinander verbunden sind. Das einstellbare Impedanzanpassungsnetz funktioniert als Überbrückungsschalter. Der zweite, der dritte und der vierte Induktorpfad 122, 123, 124 sind über die Schaltelemente 184 und 784 der Parallel-Reihen-Schalteinheit in Reihe geschaltet, so dass eine hohe Nebenschlussinduktivität erhalten wird. Diese Reihenschaltung des zweiten, des dritten und des vierten Induktorpfades 122, 123, 124 schafft eine Verbindung mit der Masse, die einen geringen Einfluss auf das interessierende Frequenzband hat. Für niedrigere Frequenzen unterdrückt die Reihenschaltung mit der Masse das (die) Signal(e), da sie sich wie ein Kurzschluss für niedrige Frequenzen verhält.
17C stellt das einstellbare Impedanzanpassungsnetz 700 dar, wenn die Schalter gemäß einem Fall für 30 Ohm gesteuert werden, d. h. eine zu transformierende Impedanz zwischen dem ersten Anschluss 101 und dem Referenzpotentialanschluss 103 einen Wert von ungefähr 30 Ohm aufweist. Das Schaltelement 731c der Impedanzauswahleinrichtung 730 befindet sich in seinem leitenden Zustand, so dass der Unterabschnitt des ersten Induktorpfades 121 zwischen den Induktorknoten 21a und 21c zwischen den ersten und den zweiten Anschluss 101, 102 geschaltet ist. Die restlichen Unterabschnitte des ersten Induktorpfades 121 werden durch die Wirkung des Schaltelements 731c überbrückt. Der zweite Induktorpfad 122 und der vierte Induktorpfad 124 bilden eine Parallelschaltung zwischen dem ersten Anschluss 101 und dem Referenzpotentialanschluss 103. Dazu werden die Schaltelemente 186 und 785 der Parallel-Reihen-Schalteinheit so gesteuert, dass sie sich in ihren leitenden Zuständen befinden.
17D stellt das einstellbare Impedanzanpassungsnetz 700 dar, wenn die Schalter gemäß einem Fall für 10 Ohm gesteuert werden, d. h. eine zu transformierende Impedanz zwischen dem ersten Anschluss 101 und dem Referenzpotentialanschluss 103 einen Wert von ungefähr 10 Ohm aufweist. Das Schaltelement 731k + 1 der Impedanzauswahleinrichtung 730 befindet sich in seinem leitenden Zustand, so dass der ganze erste Induktorpfad 121 zwischen den Induktorknoten 21a und 21k + 1 zwischen den ersten und den zweiten Anschluss 101, 102 geschaltet ist. Wie in dem in 17C dargestellten Fall für 30 Ohm bilden der zweite Induktorpfad 122 und der vierte Induktorpfad 124 eine Parallelschaltung zwischen dem ersten Anschluss 101 und dem Referenzpotentialanschluss 103. Dazu werden die Schaltelemente 186 und 785 der Parallel-Reihen-Schalteinheit so gesteuert, dass sie sich in ihren leitenden Zuständen befinden.
17E stellt das einstellbare Impedanzanpassungsnetz 700 dar, wenn die Schalter gemäß einem Fall für 22,2 Ohm gesteuert werden, d. h. eine zu transformierende Impedanz zwischen dem ersten Anschluss 101 und dem Referenzpotentialanschluss 103 einen Wert von ungefähr 22,2 Ohm aufweist. Wie in der Konfiguration gemäß 17D befindet sich das Schaltelement 731k + 1 der Impedanzauswahleinrichtung 730 im leitenden Zustand, um den ersten Induktorpfad 121 zwischen den ersten Anschluss 101 und den zweiten Anschluss 102 zu schalten. Im Gegensatz zu der Konfiguration von 17D verbindet eine Reihenschaltung des zweiten Induktorpfades 122 und des dritten Induktorpfades 123 den ersten Anschluss 101 mit dem Referenzpotentialanschluss 103. Dazu befinden sich die Schaltelemente 184 und 786 der Parallelschalteinheit in ihren leitenden Zuständen.
17F stellt das einstellbare Impedanzanpassungsnetz 700 dar, wenn die Schalter gemäß einem Fall für 60 Ohm gesteuert werden, d. h. eine zu transformierende Impedanz zwischen dem ersten Anschluss 101 und dem Referenzpotentialanschluss 103 einen Wert von ungefähr 60 Ohm aufweist. Das einstellbare Impedanzanpassungsnetz 700 ist in diesem Fall im Wesentlichen als Autotransformator konfiguriert. Das Schaltelement 732b des Auswahlschalters 730 befindet sich in seinem leitenden Zustand, um den Induktorknoten 22b mit dem zweiten Anschluss 102 elektrisch zu verbinden. Der zweite, der dritte und der vierte Induktorpfad 122, 123, 124 sind zwischen dem ersten Anschluss 101 und dem Referenzpotentialanschluss 103 unter Verwendung der Schaltelemente 184 und 784 der Parallel-Reihen-Schalteinheit in Reihe geschaltet. Der erste Induktorpfad 121 wird überbrückt.
17G stellt das einstellbare Impedanzanpassungsnetz 700 dar, wenn die Schalter gemäß einem Fall für 200 Ohm gesteuert werden, d. h. eine zu transformierende Impedanz zwischen dem ersten Anschluss 101 und dem Referenzpotentialanschluss 103 einen Wert von ungefähr 60 Ohm aufweist. Das Schaltelement 733a der Impedanzauswahleinrichtung 730 befindet sich in seinem leitenden Zustand, um den Knoten 23a des zweiten Induktorpfades 122 mit dem zweiten Anschluss 102 elektrisch zu verbinden. Die Schaltelemente 184 und 784 befinden sich auch in ihren leitenden Zuständen, so dass der zweite, der dritte und der vierte Induktorpfad 122, 123, 124 in Reihe geschaltet sind, wie in der Konfiguration von 17F. Der erste Induktorpfad 121 wird überbrückt. Es ist zu beachten, dass gemäß der in 17G gezeigten Konfiguration für 200 Ohm drei Schaltelemente 184, 784 und 733a zwischen dem ersten Anschluss 101 und dem zweiten Anschluss 102 in Reihe geschaltet sind. Obwohl die Reihenschaltung von drei Schaltelementen dazu führt, dass ein höherer Widerstand oder eine höhere Impedanz zwischen den ersten und den zweiten Anschluss 101, 102 eingefügt wird, wirkt sich dies nicht negativ auf die Leistung des einstellbaren Impedanzanpassungsnetzes 700 in einer unannehmbaren Weise aus, da die zu transformierende Impedanz sowieso relativ hoch ist. Mit anderen Worten, die Verluste sind für hohe Impedanzen höher als für kleinere Impedanzen. Trotzdem sind die größeren Reihenwiderstände in diesen Fällen mit hoher Impedanz weniger dominant als für kleinere Impedanzen, d. h. ein angenommener kombinierter Transistorwiderstand von beispielsweise 30 Ohm ist weniger dominant im Fall von Lasten von 500 Ohm als für eine Zielimpedanz von 5 Ohm.

Die folgende Tabelle fasst die verschiedenen Konfigurationen für einige der Impedanzanpassungsfälle von 17B bis 17G sowie weitere Impedanzanpassungsfälle zusammen. Ein ”X” in einem Feld der Tabelle gibt an, dass der Schalter im Impedanzanpassungsfall leitend ist. Eine leere Zelle gibt an, dass der Schalter im Impedanzanpassungsfall nicht leitend ist.

	Impedanzanpassungsfall
Schalter:	10 Ohm	15 Ohm	22 Ohm	30 Ohm	35 Ohm	40 Ohm	50 Ohm	60 Ohm	75 Ohm	110 Ohm	200 Ohm
731a							X
731b						X
731c				X
731d		X			X
731k + 1	X		X
732b								X
732a									X
733b										X
733a	X	X									X
734b
184			X		X		X	X	X	X	X
186	X	X		X		X
784					X		X	X	X	X	X
786		X	X	X		X
785	X	X		X

Es ist zu beachten, dass für den Fall für 30 Ohm, den Fall für 35 Ohm und den Fall für 40 Ohm mehrere Kombinationen im Allgemeinen möglich sind (z. B. durch Umschalten von einem oder mehreren der Induktorpfade 122, 123, 124 und/oder unter Verwendung von irgendeinem der Schalter 731a bis 731k + 1). Für höhere Frequenzen kann es typischerweise besser sein, die Induktorpfade 122, 123, 124 in Parallelschaltkombinationen zu verwenden, wohingegen es für niedrigere Frequenzen typischerweise besser sein kann, die Induktorpfade 122, 123, 124 (oder einige von diesen) in Reihe zu halten.
18 zeigt in schematischer Weise eine Draufsicht eines planaren Übertragungsleitungstransformators 820. Im Allgemeinen kann der Übertragungsleitungstransformator in einer passiven Integration verwirklicht werden oder alternativ in einem Laminat (z. B. einer gedruckten Leiterplatte) untergebracht werden. Andere Implementierungen des Übertragungsleitungstransformators sind auch möglich, wie z. B. ein in ein Siliziumsubstrat integrierter Transformator oder EWLB (eingebettete Waferebenen-Kugelgittermatrix). Der Übertragungsleitungstransformator 820 umfasst den ersten Induktorpfad 121 und den zweiten Induktorpfad 122. Der erste Induktorpfad 121 erstreckt sich zwischen den Anschlüssen, die in 18 mit 1 und 2 nummeriert sind. Der zweite Induktorpfad 122 erstreckt sich zwischen den Anschlüssen, die in 18 mit 2 und 4 nummeriert sind. In anderen Konfigurationen kann der Übertragungsleitungstransformator einen dritten Induktorpfad und möglicherweise sogar weitere Induktorpfade umfassen. Wenn ein planarer Transformator 820 verwendet wird, wie in 18 gezeigt, kann der Transformator 820 an geeigneten Stellen abgegriffen werden, um das gewünschte Impedanzschaltverhältnis zu erhalten.
19 zeigt einen Schaltplan eines Schaltelements 931, das zwischen beispielsweise die Induktorknoten 21a und 21k + 1 oder beliebige andere Induktorknoten der vorher beschriebenen Ausführungsformen eingefügt sein kann. Das Schaltelement 931 umfasst mehrere gestapelte elementare Schalteinheiten 932 bis 939. Mit anderen Worten, das Halbleiterschaltelement 931 umfasst mehrere gestapelte elementare Schalteinheiten 932 ... 939, wobei eine Anzahl der gestapelten Schaltelemente einer erwarteten Spannung über dem Halbleiterschaltelement 931 entspricht. Die elementaren Schalteinheiten sind in der dargestellten Ausführungsform Feldeffekttransistoren, die durch ein gemeinsames Steuersignal gesteuert werden, das von einer Steuersignalquelle 950 geliefert wird. Die Gates der elementaren Schalteinheiten 932 bis 939 werden individuell mit der Steuersignalquelle 950 über einen entsprechenden Widerstand von mehreren Widerständen 942 bis 949 verbunden. Wenn das von der Steuersignalquelle gelieferte Steuersignal auf einem Wert –VG liegt, sind die elementaren Schalteinheiten 932 bis 939 ausgeschaltet. Wenn das Steuersignal auf einem Wert +VG liegt, sind die elementaren Schalteinheiten 932 bis 939 eingeschaltet, d. h. in ihren leitenden Zuständen.
Die mehreren elementaren Schalteinheiten 932 ... 939 sind gestapelt, um Spannungshübe zu unterstützen, die auftreten können. 36 dBm (entsprechend 4 W), das an eine Impedanz von 50 Ohm angelegt wird, führt beispielsweise zu einem Hochfrequenz-Spannungshub von 20 V, den ein Transistor mit einer Durchbruchspannung von z. B. 3 V nicht unterstützen kann. Daher sehen die Schaltpfade, die relativ hohe Spannungshübe unterstützen müssen, typischerweise wie in 19 gezeigt aus.
Im eingeschalteten Zustand wird eine positive elektrische Spannung an die Gates der NMOS-Transistoren 932 ... 939 über die Widerstände 942 ... 949 angelegt. Dies führt dazu, dass der Schaltpfad für HF-Signale leitfähig wird. Im gegenteiligen Fall führt eine negative Spannung zum Sperren und eine HF-Spannung baut sich auf (wenn Masse oder ein Abschlusswiderstand an einem Anschluss des Schaltpfades 931 verbunden ist). Aufgrund der Kapazitäten zwischen Source/Gate und Gate/Drain, die schematisch in 19 angegeben sind, baut sich die HF-Spannung gleich über alle Transistoren 932 ... 939 auf.
Für den Auswahlschalter bedeutet dies, dass so viele Reihentransistoren erforderlich sind, dass die maximale Leistung keinen Durchbruch oder kein automatisches Abklemmen (über kapazitive Kopplung in das Gate) verursacht. Für den Parallel-Reihen-Schalter an der zweiten Wicklung tritt nicht derselbe Spannungshub auf, da ein Hauptteil der Spannung über die Induktivität abgegeben wird. Aus diesem Grund müssen weniger Transistoren gestapelt werden und in dieser Weise kann ein kleinerer Reihenwiderstand erhalten werden. Folglich kann ein weiteres Schaltelement zusätzlich zum Schaltelement 931 weitere mehrere gestapelte elementare Schalteinheiten umfassen, wobei eine weitere Anzahl von gestapelten elementaren Schalteinheiten einer erwarteten (maximalen) Spannung über dem weiteren Halbleiterschaltelement entspricht, wobei die weitere Anzahl von der Anzahl der gestapelten elementaren Schalteinheiten des ersten Halbleiterschaltelements 931 verschieden ist.
Im Allgemeinen entspricht die Anzahl von gestapelten elementaren Schalteinheiten den (erwarteten) Spannungsanforderungen an dem entsprechenden Ort innerhalb der Schaltung.
20 zeigt einen Schaltplan einer Kondensatorbank 1070 und eines damit verbundenen Auswahlschalters 1071. Die Kondensatorbank 1070 ist mit der Antenne 7 und mit dem Referenzpotentialanschluss 103 verbunden. Der Auswahlschalter 1071 umfasst mehrere Eingangsschalter, die mit entsprechenden Kondensatorbankknoten verbunden sind. Ein gemeinsamer Anschluss des Auswahlschalters ist beispielsweise mit dem Induktorknoten 21a verbunden. Die Kondensatorbank 1070 funktioniert als Spannungsteiler.
21 stellt graphisch das Ergebnis einer Simulation des einstellbaren Impedanzanpassungsnetzes 700 von 17B dar, d. h. konfiguriert gemäß dem unangepassten Fall für 50 Ohm. Der obere Teil von 21 zeigt ein Smith-Diagramm, in dem der Eingangsreflexionskoeffizient S(1, 1) für verschiedene Frequenzen von 500 MHz bis 3 GHz dargestellt ist. Ein erster Abtastwert, der durch eine Markierung m3 im Smith-Diagramm angegeben ist, wurde bei einer Frequenz von 900 MHz genommen. Ein zweiter Abtastwert, der durch eine Markierung m4 im Smith-Diagramm angegeben ist, wurde bei einer Frequenz von 2,7 GHz genommen.
Der untere Teil von 21 zeigt das Frequenzverhalten der Vorwärtsübertragung S(2, 1) des einstellbaren Impedanzanpassungsnetzes 700 im unangepassten Fall für 50 Ohm. Bei einer Frequenz von 900 MHz ist die Vorwärtsübertragung S(2, 1) –0,771 dB, was fast auf dem Maximum der Vorwärtsübertragungskurve liegt.
22 ist ähnlich zu 21 und stellt graphisch die Simulationsergebnisse für den angepassten Fall für 15 Ohm dar. Dieser Fall entspricht im Wesentlichen dem Fall für 22,2 Ohm, wobei die entsprechende Konfiguration in 17E gezeigt ist. Das Smith-Diagramm zeigt, dass der Eingangsreflexionskoeffizient S(1, 1) insbesondere für niedrige Frequenzen zwischen 500 MHz und 900 MHz deutlicher variiert. In dem Graphen, der die Vorwärtsübertragung über die Frequenz darstellt, ist zu sehen, dass das frequenzselektive Verhalten im Vergleich zum unangepassten Fall für 50 Ohm von 21 schmäler wird. Das Maximum der Vorwärtsübertragung S(2, 1) wird bei ungefähr 1,1 GHz erreicht.
23 ist auch ähnlich zu 21 und stellt graphisch die Simulationsergebnisse für den angepassten Fall für 110 Ohm dar. Das Smith-Diagramm zeigt auf, dass die Frequenzabhängigkeit des Eingangsreflexionskoeffizienten S(1, 1) weiter zugenommen hat, auch für höhere Frequenzen. Das Diagramm, das die Vorwärtsübertragung über die Frequenz darstellt, zeigt, dass das Maximum ungefähr bei 900 MHz erreicht wird und dass das Bandbreitenverhalten immer noch schmäler ist als im angepassten Fall für 15 Ohm von 22 (die verschiedenen Maßstäbe der Ordinatenachsen von 22 und 23 sind zu beachten). In dem in 22 und 23 dargestellten Fall basiert die Simulation auf einem Standard-CMOS-Prozess. Der Transformator ist nicht perfekt optimiert und weist eine ziemlich hohe Eigenkapazität auf.
Die niedrigere Bandbreite für die Autotransformatorverwendung (> 60 Ohm) ist typischerweise weniger problematisch, wie sie anfänglich erscheinen kann. Aufgrund der höheren Induktivität verschieben sich die ”Abgriffspunkte”. Folglich sind für z. B. 2,7 GHz viel kleinere Induktivitäten erforderlich und dies bedeutet, dass dieselbe Schaltergruppe verwendet wird, aber nur ein anderer Abgriff ausgewählt wird. Es wäre auch möglich, Wicklungen 122, 123, 124 (siehe z. B. 17A) parallel zu schalten, um die Schaltung in Bezug auf den Reihenwiderstand zu verbessern. In den in 22 und 23 dargestellten Diagrammen verursacht eine hohe Substratkapazität des Transformators, dass sich die Smith-Kurve nach unten zu niedrigeren Impedanzen verschiebt.
24 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Einstellen eines einstellbaren Impedanzanpassungsnetzes gemäß den hier offenbarten Lehren. Nach einem Start des Verfahrens wird eine Handlung 202 durchgeführt, während der ein Halbleiterschaltelement (oder mehrere Halbleiterelemente) gesteuert werden, um einen Unterabschnitt eines ersten Induktorpfades oder eines zweiten Induktorpfades eines Übertragungsleitungstransformators zu überbrücken oder zu aktivieren. In dieser Weise kann eine Induktivität des ersten Induktorpfades oder des zweiten Induktorpfades eingestellt werden. In aufwändigeren Ausführungsformen des Verfahrens zum Einstellen eines einstellbaren Impedanzanpassungsnetzes gemäß den offenbarten Lehren können mehrere Halbleiterschaltelemente gesteuert werden, wie z. B. die Schaltelemente der Induktivitätsauswahleinrichtung 730 der in 17A gezeigten Ausführungsformen. Daher kann das Verfahren Handlungen zum Steuern des einstellbaren Impedanzanpassungsnetzes so, dass es in einem Ruthroff-Transformatormodus oder in einem Autotransformatormodus funktioniert, umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann das Verfahren Handlungen zum Schalten von zwei oder mehr Induktorpfaden in Reihe oder parallel umfassen. Im Allgemeinen kann das Verfahren irgendeine Handlung umfassen, die vorstehend im Zusammenhang mit dem einstellbaren Impedanzanpassungsnetz selbst beschrieben ist.
25 stellt in schematischer Weise eine Draufsicht einer integrierten Schaltung 2500 für die einstellbare Impedanzanpassung dar. Die integrierte Schaltung 2500 umfasst ein Substrat 2504, eine erste Verbindungskontaktstelle 2501, eine zweite Verbindungskontaktstelle 2502, eine Referenzpotential-Verbindungskontaktstelle 2503, einen ersten Induktorpfad 2521, einen zweiten Induktorpfad 2522 und ein Schaltelement 2530 oder 2550. Das Schaltelement kann eine Impedanzauswahleinrichtung 2530 oder eine Transformationsauswahleinrichtung 2550 sein. Die in 25 gezeigte integrierte Schaltung 2500 umfasst ferner eine Steuereinheit 2510 und eine Kondensatornebenschlussbank (CSHUNT BANK) 2570.
Der erste und der zweite Induktorpfad 2521, 2522 sind ein Teil eines Übertragungsleitungstransformators 2520. Der erste Induktorpfad 2521 und der zweite Induktorpfad 2522 sind durch leitfähige Pfade am oder im Substrat gebildet. Der erste Induktorpfad 2521 ist leitfähig zwischen die erste Kontaktstelle 2501 und die zweite Kontaktstelle 2502 koppelbar. Der erste und der zweite Induktorpfad 2521, 2522 sind induktiv miteinander gekoppelt, um den Übertragungsleitungstransformator 2500 zu bilden. Die leitfähigen Pfade können beispielsweise stark dotierte Bereiche innerhalb des Substrats sein. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den ersten und den zweiten Induktorpfad 2521, 2522 (und mögliche weitere Induktorpfade) unter Verwendung einer strukturierten Metallisierung einer Oberfläche des Substrats 2504 zu implementieren.
Das Schaltelement 2530 oder 2550 ist dazu konfiguriert, den Unterabschnitt des ersten Induktorpfades zu überbrücken, um dadurch eine Induktivität des ersten Induktorpfades oder des zweiten Induktorpfades einzustellen.
Die Ausführungsformen der offenbarten Lehren des Schaltelements können ein Teil einer Schaltanordnung sein, die dazu konfiguriert ist, selektiv einen von mehreren Induktorknoten des ersten Induktorpfades 2521 und/oder des zweiten Induktorpfades 2522 mit der ersten Verbindungskontaktstelle 2501 und/oder der zweiten Verbindungskontaktstelle 2502 zu verbinden.
Die integrierte Schaltung 2500 kann ferner eine Umkonfigurationseinheit umfassen, die dazu konfiguriert ist, selektiv den zweiten Induktorpfad 2522 in einer ersten Konfiguration und in einer zweiten Konfiguration zu verbinden. In der ersten Konfiguration ist ein erstes Ende des zweiten Induktorpfades 2522 mit der ersten Verbindungskontaktstelle 2501 verbunden und ein zweites Ende des zweiten Induktorpfades 2522 ist mit der Referenzpotential-Kontaktstelle 2503 verbunden. In der zweiten Konfiguration ist das erste Ende mit der Referenzpotential-Verbindungskontaktstelle 2503 verbunden und das zweite Ende ist mit der zweiten Verbindungskontaktstelle 2502 verbunden. Die Funktionalität der Umkonfigurationseinheit kann durch die Impedanzauswahleinrichtung 2530, die Transformationsauswahleinrichtung 2550, durch sowohl die Impedanzauswahleinrichtung 2530 als auch die Transformationsauswahleinrichtung 2530 oder durch ein weiteres Untersystem der integrierten Schaltung bereitgestellt werden.
Die Kondensatornebenschlussbank 2570 kann als erste Impedanz und als zweite Impedanz verwendet werden. Die erste Impedanz ist zwischen die erste Verbindungskontaktstelle 2501 und die Referenzpotential-Kontaktstelle 2503 gekoppelt. Die zweite Impedanz ist zwischen die zweite Verbindungskontaktstelle 2502 und die Referenzpotential-Kontaktstelle 2503 geschaltet. Das einstellbare Impedanzanpassungsnetz bildet ein Pi-Netz, wobei der erste Induktorpfad 2521 als Reihenelement des Pi-Netzes wirkt.
Der Übertragungsleitungsleitungstransformator 2520 kann ferner einen dritten Induktorpfad umfassen. Ferner kann die integrierte Schaltung 2500 eine Parallel-Reihen-Schalteinheit umfassen, die dazu konfiguriert ist, selektiv den zweiten Induktorpfad und den dritten Induktorpfad in einer Parallelschaltung oder einer Reihenschaltung zu verbinden.
Obwohl einige Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, ist klar, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, wobei ein Block oder eine Vorrichtung einem Verfahrensschritt oder einem Merkmal eines Verfahrensschritts entspricht. Analog können im Zusammenhang mit einem Verfahrensschritt beschriebene Aspekte auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Elements oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung darstellen. Einige oder alle der Verfahrensschritte können von (oder unter Verwendung) einer Hardwarevorrichtung ausgeführt werden, wie beispielsweise einem Mikroprozessor, einem programmierbaren Computer oder einer elektronischen Schaltung. In einigen Ausführungsformen können irgendeiner oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch eine solche Vorrichtung ausgeführt werden.
In Abhängigkeit von bestimmten Implementierungsanforderungen können die Ausführungsformen der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert werden. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Diskette, einer DVD, einer Blu-Ray, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuersignalen durchgeführt werden, die mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken (oder zusammenwirken können), so dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Daher kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.
Einige Ausführungsformen gemäß der Erfindung umfassen einen Datenträger mit elektronisch lesbaren Steuersignalen, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem zusammenzuwirken, so dass eines der hier beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
Im Allgemeinen können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert werden, wobei der Programmcode zum Durchführen von einem der Verfahren wirksam ist, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer läuft. Der Programmcode kann beispielsweise auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
Andere Ausführungsformen umfassen das Computerprogramm zum Durchführen von einem der hier beschriebenen Verfahren, das auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist.
Mit anderen Worten, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist daher ein Computerprogramm mit einem Programmcode zum Durchführen von einem der hier beschriebenen Verfahren, wenn das Computerprogramm auf einem Computer läuft.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verfahren ist daher ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), der darauf aufgezeichnet das Computerprogramm zum Durchführen von einem der hier beschriebenen Verfahren umfasst. Der Datenträger, das digitale Speichermedium oder das aufgezeichnete Medium sind typischerweise konkret und/oder nichtflüchtig.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist daher ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, die das Computerprogramm zum Durchführen von einem der hier beschriebenen Verfahren darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann beispielsweise dazu konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, übertragen zu werden.
Eine weitere Ausführungsform umfasst ein Verarbeitungsmittel, beispielsweise einen Computer oder eine programmierbare Logikvorrichtung, die dazu konfiguriert oder ausgelegt ist, eines der hier beschriebenen Verfahren durchzuführen.
Eine weitere Ausführungsform umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen von einem der hier beschriebenen Verfahren installiert ist.
Eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, das dazu konfiguriert ist, ein Computerprogramm zum Durchführen von einem der hier beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen (beispielsweise elektronisch oder optisch). Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, eine Speichervorrichtung oder dergleichen sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Dateiserver zum Übertragen des Computerprogramms zum Empfänger umfassen.
In einigen Ausführungsformen kann eine programmierbare Logikvorrichtung (beispielsweise ein anwenderprogrammierbares Verknüpfungsfeld) verwendet werden, um einige oder alle der Funktionalitäten der hier beschriebenen Verfahren durchzuführen. In einigen Ausführungsformen kann ein anwenderprogrammierbares Verknüpfungsfeld mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hier beschriebenen Verfahren durchzuführen. Im Allgemeinen werden die Verfahren vorzugsweise von irgendeiner Hardwarevorrichtung durchgeführt.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind für die Prinzipien der vorliegenden Erfindung lediglich erläuternd. Selbstverständlich sind Modifikationen und Variationen der hier beschriebenen Anordnungen und Details für einen anderen Fachmann auf dem Gebiet ersichtlich. Daher ist es die Absicht, nur durch den Schutzbereich der kommenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Details begrenzt zu sein, die zur Beschreibung und Erläuterung der Ausführungsformen hier dargestellt sind.
Obwohl sich jeder Anspruch auf einen einzigen Anspruch rückbezieht, deckt die Offenbarung auch jegliche denkbare Kombination von Ansprüchen ab.

Claims

Einstellbares Impedanzanpassungsnetz, das Folgendes umfasst: einen ersten Anschluss; einen zweiten Anschluss; einen Referenzpotentialanschluss; einen Übertragungsleitungstransformator mit einem ersten Induktorpfad und einem zweiten Induktorpfad; und ein Halbleiterschaltelement, das dazu konfiguriert ist, einen Unterabschnitt des ersten Induktorpfades oder des zweiten Induktorpfades zu überbrücken, um dadurch eine Induktivität des ersten Induktorpfades oder des zweiten Induktorpfades einzustellen.
Einstellbares Impedanzanpassungsnetz nach Anspruch 1, wobei der erste Induktorpfad leitfähig zwischen den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss koppelbar ist, und wobei der zweite Induktorpfad leitfähig zwischen den Referenzpotentialanschluss und den ersten Anschluss koppelbar ist.
Einstellbares Impedanzanpassungsnetz nach Anspruch 1 oder 2, das ferner Folgendes umfasst: eine Umkonfigurationseinheit, die dazu konfiguriert ist, den zweiten Induktorpfad in einer ersten Konfiguration und in einer zweiten Konfiguration zu verbinden, wobei in der ersten Konfiguration ein erstes Ende des zweiten Induktorpfades mit dem ersten Anschluss verbunden ist und ein zweites Ende des zweiten Induktorpfades mit dem Referenzpotentialanschluss verbunden ist, und wobei in der zweiten Konfiguration das erste Ende mit dem Referenzpotentialanschluss verbunden ist und das zweite Ende mit dem zweiten Anschluss verbunden ist.
Einstellbares Impedanzanpassungsnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das ferner ein Polumkehrelement umfasst, das dazu konfiguriert ist, eine Polarität des ersten Induktorpfades oder des zweiten Induktorpfades umzukehren.
Einstellbares Impedanzanpassungsnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Übertragungsleitungstransformator ein Ruthroff-Transformator oder ein Guanella-Transformator ist.
Einstellbares Impedanzanpassungsnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das ferner Folgendes umfasst eine erste Anschlussimpedanz, die zwischen den ersten Anschluss und den Referenzpotentialanschluss gekoppelt ist; und eine zweiten Anschlussimpedanz, die zwischen den zweiten Anschluss und den Referenzpotentialanschluss gekoppelt ist; wobei das einstellbare Impedanzanpassungsnetz ein Pi-Netz bildet, wobei der erste Induktorpfad als Reihenelement des Pi-Netzes wirkt.
Einstellbares Impedanzanpassungsnetz nach Anspruch 6, das ferner ein weiteres Halbleiterschaltelement umfasst, das dazu konfiguriert ist, die erste Anschlussimpedanz oder die zweite Anschlussimpedanz einzustellen.
Einstellbares Impedanzanpassungsnetz nach Anspruch 6 oder 7, wobei die erste Anschlussimpedanz und/oder die zweite Anschlussimpedanz im Wesentlichen eine kapazitive Impedanz ist.
Einstellbares Impedanzanpassungsnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Halbleiterschaltelement zu mehreren Schaltelementen gehört, die einen Auswahlschalter bilden, der dazu konfiguriert ist, selektiv einen von mehreren Induktorknoten des ersten Induktorpfades oder des zweiten Induktorpfades mit dem ersten Anschluss oder dem zweiten Anschluss zu verbinden.
Einstellbares Impedanzanpassungsnetz nach Anspruch 9, wobei die mehreren Induktorknoten Knoten des ersten Induktorpfades und des zweiten Induktorpfades umfassen.
Einstellbares Impedanzanpassungsnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Übertragungsleitungstransformator entweder ein planarer Transformator, ein in eine gedruckte Leiterplatte integrierter Transformator, ein Halbleitertransformator, ein Transformator auf der Basis der Umverteilungsschichttechnologie oder eine Kombination davon ist.
Einstellbares Impedanzanpassungsnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Übertragungsleitungstransformator ferner einen dritten Induktorpfad umfasst und wobei das einstellbare Impedanzanpassungsnetz ferner eine Parallel-Reihen-Schalteinheit umfasst, die dazu konfiguriert ist, den zweiten Induktorpfad und den dritten Induktorpfad selektiv in einer Parallelschaltung oder einer Reihenschaltung zu verbinden.
Einstellbares Impedanzanpassungsnetz nach Anspruch 12, wobei die Parallel-Reihen-Schalteinheit mehrere Halbleiterschaltelemente zum selektiven Verbinden von jeweiligen Knoten des zweiten Induktorpfades und des dritten Induktorpfades mit einem des ersten Anschlusses, des zweiten Anschlusses, des Referenzpotentialanschlusses und miteinander umfasst.
Einstellbares Impedanzanpassungsnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Übertragungsleitungstransformator ferner mehrere zusätzliche Induktorpfade umfasst, die mit dem zweiten Induktorpfad parallel oder in Reihe schaltbar sind.
Einstellbares Impedanzanpassungsnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Halbleiterschaltelement dazu konfiguriert ist, den ganzen ersten Induktorpfad zu überbrücken, so dass der erste Anschluss und der zweite Anschluss über das Halbleiterschaltelement verbunden werden.
Einstellbares Impedanzanpassungsnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Halbleiterschaltelement mehrere gestapelte elementare Schalteinheiten umfasst, wobei eine Anzahl der gestapelten elementaren Schalteinheiten einer erwarteten Spannung über dem Halbleiterschaltelement entspricht.
Einstellbares Impedanzanpassungsnetz nach Anspruch 16, das ferner ein weiteres Halbleiterschaltelement umfasst, das weitere mehrere gestapelte elementare Schalteinheiten umfasst, wobei eine weitere Anzahl von gestapelten elementaren Schalteinheiten einer erwarteten Spannung über dem weiteren Halbleiterschaltelement entspricht, wobei die weitere Anzahl von der Anzahl der gestapelten elementaren Schalteinheiten verschieden ist.
Einstellbares Impedanzanpassungsnetz, das Folgendes umfasst: einen ersten Anschluss; einen zweiten Anschluss; einen Referenzpotentialanschluss; einen Übertragungsleitungstransformator mit einem ersten Induktorpfad und einem zweiten Induktorpfad; einen Auswahlschalter, der dazu konfiguriert ist, selektiv einen von mehreren Induktorknoten des ersten Induktorpfades und des zweiten Induktorpfades mit dem ersten Anschluss und/oder dem zweiten Anschluss zu verbinden.
Einstellbares Impedanzanpassungsnetz nach Anspruch 18, das ferner Folgendes umfasst: eine Umkonfigurationseinheit, die dazu konfiguriert ist, den zweiten Induktorpfad in einer ersten Konfiguration und in einer zweiten Konfiguration zu verbinden, wobei in der ersten Konfiguration ein erstes Ende des zweiten Induktorpfades mit dem ersten Anschluss verbunden ist und ein zweites Ende des zweiten Induktorpfades mit dem Referenzpotentialanschluss verbunden ist, und wobei in der zweiten Konfiguration das erste Ende mit dem Referenzpotentialanschluss verbunden ist und das zweite Ende mit dem zweiten Anschluss verbunden ist.
Einstellbares Impedanzanpassungsnetz nach Anspruch 18 oder 19, das ferner ein Polumkehrelement umfasst, das dazu konfiguriert ist, eine Polarität des ersten Induktorpfades oder des zweiten Induktorpfades umzukehren.
Einstellbares Impedanzanpassungsnetz nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei der Übertragungsleitungstransformator ein Ruthroff-Transformator oder ein Guanella-Transformator ist.
Einstellbares Impedanzanpassungsnetz nach einem der Ansprüche 18 bis 21, das ferner Folgendes umfasst eine erste Anschlussimpedanz, die zwischen den ersten Anschluss und den Referenzpotentialanschluss gekoppelt ist; und eine zweite Anschlussimpedanz, die zwischen den zweiten Anschluss und den Referenzpotentialanschluss gekoppelt ist; wobei das einstellbare Impedanzanpassungsnetz ein Pi-Netz bildet, wobei der erste Induktorpfad als Reihenelement des Pi-Netzes wirkt.
Einstellbares Impedanzanpassungsnetz nach einem der Ansprüche 18 bis 22, wobei der Übertragungsleitungstransformator entweder ein planarer Transformator, ein in eine gedruckte Leiterplatte integrierter Transformator, ein Halbleitertransformator, ein Transformator auf der Basis von Umverteilungsschichttechnologien oder eine Kombination davon ist.
Einstellbares Impedanzanpassungsnetz nach einem der Ansprüche 18 bis 23, wobei der Auswahlschalter mehrere Halbleiterschaltelemente umfasst, wobei jedes Halbleiterschaltelement zwischen einen der mehreren Induktorknoten und den ersten Anschluss oder den zweiten Anschluss gekoppelt ist.
Einstellbares Impedanzanpassungsnetz nach einem der Ansprüche 18 bis 24, wobei der Übertragungsleitungstransformator ferner einen dritten Induktorpfad umfasst und wobei das einstellbare Impedanzanpassungsnetz ferner eine Parallel-Reihen-Schalteinheit umfasst, die dazu konfiguriert ist, selektiv den zweiten Induktorpfad und den dritten Induktorpfad in einer Parallelschaltung oder einer Reihenschaltung zu verbinden.
Einstellbares Impedanzanpassungsnetz nach Anspruch 25, wobei die Parallel-Reihen-Schalteinheit mehrere Halbleiterschaltelemente zum selektiven Verbinden von jeweiligen Knoten des zweiten Induktorpfades und des dritten Induktorpfades mit einem des ersten Anschlusses, des zweiten Anschlusses, des Referenzpotentialanschlusses und miteinander umfasst.
Einstellbares Impedanzanpassungsnetz nach einem der Ansprüche 18 bis 26, wobei der Auswahlschalter ferner dazu konfiguriert ist, den ganzen ersten Induktorpfad zu überbrücken, so dass der erste Anschluss und der zweite Anschluss über ein Halbleiterschaltelement verbunden werden.
Einstellbares Impedanzanpassungsnetz nach einem der Ansprüche 18 bis 27, wobei der Auswahlschalter mehrere gestapelte elementare Schalteinheiten umfasst, wobei eine erste Anzahl der gestapelten elementaren Schalteinheiten einer erwarteten Spannung über einem Halbleiterschaltelement entspricht.
Integrierte Schaltung für eine einstellbare Impedanzanpassung, wobei die Schaltung Folgendes umfasst: ein Substrat; eine erste Verbindungskontaktstelle; eine zweite Verbindungskontaktstelle; eine Referenzpotential-Kontaktstelle; einen ersten Induktorpfad, der durch einen leitfähigen Pfad am oder im Substrat ausgebildet ist und leitfähig zwischen die erste Verbindungskontaktstelle und die zweite Verbindungskontaktstelle koppelbar ist; einen zweiten Induktorpfad, der durch einen leitfähigen Pfad am oder im Substrat ausgebildet ist, wobei der erste Induktorpfad und der zweite Induktorpfad induktiv miteinander gekoppelt sind, um einen Übertragungsleitungstransformator zu bilden; und ein Schaltelement, um einen Unterabschnitt des ersten Induktorpfades oder des zweiten Induktorpfades zu überbrücken, um dadurch eine Induktivität des ersten Induktorpfades oder des zweiten Induktorpfades einzustellen.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 29, wobei das Schaltelement ein Teil einer Auswahlschalteranordnung ist, die dazu konfiguriert ist, selektiv einen von mehreren Induktorknoten des ersten Induktorpfades und des zweiten Induktorpfades mit der ersten Verbindungskontaktstelle und/oder der zweiten Verbindungskontaktstelle zu verbinden.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 29 oder 30, die ferner Folgendes umfasst: eine Umkonfigurationseinheit, die dazu konfiguriert ist, den zweiten Induktorpfad in einer ersten Konfiguration und in einer zweiten Konfiguration zu verbinden, wobei in der ersten Konfiguration ein erstes Ende des zweiten Induktorpfades mit der ersten Verbindungskontaktstelle verbunden ist und ein zweites Ende des zweiten Induktorpfades mit der Referenzpotential-Kontaktstelle verbunden ist, und wobei in der zweiten Konfiguration das erste Ende mit der Referenzpotential-Kontaktstelle verbunden ist und das zweite Ende mit der zweiten Verbindungskontaktstelle verbunden ist.
Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 29 bis 31, die ferner Folgendes umfasst eine erste Impedanz, die zwischen die erste Verbindungskontaktstelle und die Referenzpotential-Kontaktstelle gekoppelt ist; und eine zweite Impedanz, die zwischen die zweite Verbindungskontaktstelle und die Referenzpotential-Kontaktstelle gekoppelt ist; wobei ein einstellbares Impedanzanpassungsnetz ein Pi-Netz bildet, wobei der erste Induktorpfad als Reihenelement des Pi-Netzes wirkt.
Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 29 bis 32, wobei der Übertragungsleitungstransformator ferner einen dritten Induktorpfad umfasst und wobei die integrierte Schaltung ferner eine Parallel-Reihen-Schalteinheit umfasst, die dazu konfiguriert ist, selektiv den zweiten Induktorpfad und den dritten Induktorpfad in einer Parallelschaltung oder einer Reihenschaltung zu verbinden.
Verfahren zum Einstellen eines einstellbaren Impedanzanpassungsnetzes, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Steuern eines Halbleiterschaltelements, um einen Unterabschnitt eines ersten Induktorpfades oder eines zweiten Induktorpfades eines Übertragungsleitungstransformators zu überbrücken oder zu aktivieren, wodurch eine Induktivität des ersten Induktorpfades oder des zweiten Induktorpfades eingestellt wird.