DE102014109118B4

DE102014109118B4 - Schaltung, integrierte Schaltung, Empfänger, Sende-Empfangs-Gerät und ein Verfahren zum Verstärken eines Eingangssignals

Info

Publication number: DE102014109118B4
Application number: DE102014109118.3A
Authority: DE
Inventors: Claus Stoeger
Original assignee: Intel IP Corp
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2014-06-30
Filing date: 2014-06-30
Publication date: 2016-01-14
Anticipated expiration: 2034-07-01
Also published as: CN105391406B; TWI556571B; TW201613257A; DE102014109118A1; US9356558B2; CN105391406A; US20150381114A1

Abstract

Eine Schaltung gemäß einem Beispiel umfasst einen Immittanzwandlerverstärker, der auf einer Mehrzahl von Transistoren eines ersten Leitfähigkeitstyps basiert, und einen Versorgungstransistor, der zwischen einen Ausgang des Immittanzwandlerverstärkers und eine Versorgung für ein Versorgungspotential gekoppelt ist, wobei der Versorgungstransistor ein Transistor eines zweiten Leitfähigkeitstyps ist, der komplementär zu dem ersten Typ ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Schaltung, eine integrierte Schaltung, einen Empfänger, ein Sende-Empfangs-Gerät und ein Verfahren zum Verstärken eines Eingangssignals.
Hintergrund
Bei vielen Empfänger- oder Sende-Empfangs-Geräte-Anwendungen wird ein Verstärker verwendet, um ein Signal zu verstärken, das vor der Weiterverarbeitung des verstärkten Signals, zum Beispiel durch Abwärtsmischen des Signals und Weiterverstärken oder anderweitiges Verarbeiten des Signals in einem Zwischenfrequenz- oder Niedrigfrequenz-Bereich, empfangen wurde. Bei den heutigen einstufigen Empfängertopologien wird das HF-Ausgangssignal (HF = Hochfrequenz) der Verstärker üblicherweise direkt über einen Mischer zu einem Transimpedanzverstärker (TIA; transimpedance amplifier) zugeführt. Bei einem solchen Szenario wird die Ausgangsimpedanz des Verstärkers einer von vielen Parameter, die das Gesamtverhalten einer solchen Topologie bestimmen.
Jedoch werden auch bei anderen Topologien Verstärker verwendet, um empfangene Signale zu verstärken, bevor sie z. B. durch Abwärtsmischen, Verstärken, Filtern etc. weiter verarbeitet werden. Auch bei diesen Anwendungen kann das Anpassen der Impedanzen der Komponenten, Schaltungen oder Schaltungsteile ein wichtiges Entwurfsziel werden.
Da eine Tendenz besteht, immer mehr Verstärkerschaltungen in einer einzelnen Anwendung zu verwenden, um zum Beispiel mit mehr als nur einer Übertragungstechnik kompatibel zu sein, wird der verfügbare Raum zum Implementieren von Verstärkern rar.
Um der Anzahl von Verstärkern entgegenzuwirken, die implementiert werden müssen, besteht eine Tendenz, Verstärker mit Breitbandeingängen zu implementieren, was ihre Konfigurierbarkeit verbessern kann und das Potential haben kann, die Anzahl von Eingängen zu reduzieren. Natürlich ist auch Energiedissipation oder Energieverbrauch ein wichtiger Schlüsselfaktor bei mobilen Anwendungen.
Die DE 43 07 856 A1 beschreibt eine Schaltungsanordnung, die einen Impedanzwandler eine Verstärkerstufe und eine aktive Lastschaltung beinhaltet. Die US 2011/0285464 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren für eine Verstärkung mit geringem Rauschen und die Veröffentlichung „Wideband LNA With Active-C Element” von L. Belostoski et al. in IEEE Microwave and Wireless Components Letters, Vol. 22, No. 10 beschreibt einen spulenlosen Verstärker mit niedrigem Rauschen.
Zusammenfassung
Daher besteht die Aufgabe, einen Kompromiss zwischen verhaltensbezogenen Parametern, wie z. B. Verstärkung, Bandbreite, Rauschen und Linearität, Energieverbrauch des Verstärkers und des Systems, das den Verstärker aufweist, Raum, der durch den Verstärker und das System, das den Verstärker aufweist, eingenommen wird, und Flexibilität und Konfigurierbarkeit der Gesamtimplementierung, zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch eine Schaltung, eine integrierte Schaltung, einen Empfänger, ein Sende-Empfangs-Gerät, ein Verfahren zum Verstärken eines Eingangssignals oder eine Computer- oder Prozessor-bezogene Implementierung gemäß einem unabhängigen Anspruch gelöst.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Einige Beispiele von Schaltungen, Vorrichtungen und/oder Verfahren werden nachfolgend ausschließlich beispielhaft beschrieben. In diesem Kontext wird Bezug auf die beiliegenden Figuren genommen.
1 zeigt ein schematisches Diagramm eines Immittanzwandlerverstärkers;
2 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer Schaltung eines Beispiels;
3 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm einer integrierten Schaltung gemäß einem Beispiel;
4 zeigt eine vereinfachtes Blockdiagramm eines Empfängers oder eines Sende-Empfangs-Geräts gemäß einem Beispiel; und
5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Verstärken eines Eingangssignals gemäß einem Beispiel.
Detaillierte Beschreibung
Verschiedene Beispiele werden nun ausführlicher Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen einige Beispiele dargestellt sind. In den Figuren kann die Dicke der Linien, Schichten und/oder Regionen der Klarheit halber übertrieben sein.
Während dementsprechend verschiedene Abänderungen und alternative Formen von weiteren Beispielen möglich sind, werden die erläuternden Beispiele in den Figuren hier ausführlich beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass es nicht beabsichtigt ist, Beispiele auf die offenbarten bestimmten Formen zu begrenzen, sondern im Gegensatz die Beispiele alle in den Rahmen der Offenbarung fallenden Abänderungen, Entsprechungen und Alternativen abdecken sollen. In der gesamten Beschreibung der Figuren beziehen sich gleiche Ziffern auf gleiche oder ähnliche Elemente. Ferner werden zusammenfassende Bezugszeichen verwendet, um auf mehr als eine Struktur, ein Element oder Objekt Bezug zu nehmen, oder um mehr als eine Struktur, ein Element oder Objekt gleichzeitig zu beschreiben. Objekte, Strukturen und Elemente, auf die durch dasselbe, ein ähnliches oder ein zusammenfassendes Bezugszeichen Bezug genommen wird, können identisch implementiert sein. Ein, einige oder alle Eigenschaften, Merkmale und Abmessungen können jedoch auch von Element zu Element abweichen.
Es versteht sich, dass wenn ein Element als mit einem anderen Element „verbunden” oder „gekoppelt” bezeichnet wird, es direkt mit dem anderen Element verbunden oder gekoppelt sein kann oder Zwischenelemente vorhanden sein können. Wenn im Gegensatz ein Element als „direkt” mit einem anderen Element „verbunden” oder „gekoppelt” bezeichnet wird, sind keine Zwischenelemente vorhanden. Sonstige zum Beschreiben des Verhältnisses zwischen Elementen benutzte Worte sollten auf gleichartige Weise ausgelegt werden (z. B. „zwischen” gegenüber „direkt zwischen”, „benachbart” gegenüber „direkt benachbart” usw.).
Die hier angewandte Terminologie bezweckt nur das Beschreiben erläuternder Beispiele und soll nicht begrenzend sein. Nach hiesigem Gebrauch sollen die Einzelformen „ein, eine” und „das, der, die” auch die Pluralformen umfassen, wenn der Zusammenhang nicht deutlich sonstiges anzeigt. Es versteht sich weiterhin, dass die Begriffe „umfasst”, „umfassend”, „enthält” und/oder „enthaltend” bei hiesigem Gebrauch das Vorhandensein angegebener Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Bestandteile angeben, aber nicht das Vorhandensein oder die Zufügung eines oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Bestandteile und/oder Gruppen derselben ausschließen.
Sofern nicht anderweitig definiert besitzen alle hier benutzten Begriffe (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe) die gleiche Bedeutung wie sie gewöhnlich von einem normalen Fachmann auf dem Gebiet verstanden wird, zu der Beispiele gehören. Weiterhin versteht es sich, dass Begriffe, z. B. die in gewöhnlich benutzten Wörterbüchern definierten, als eine Bedeutung besitzend ausgelegt werden sollten, die ihrer Bedeutung im Zusammenhang der entsprechenden Technik entspricht, und nicht in einem idealisierten oder übermäßig formalen Sinn ausgelegt werden, sofern sie nicht ausdrücklich so definiert sind.
Wie oben angezeigt wurde, müssen bei modernen Empfänger- oder Sende-Empfangs-Geräte-Anwendungen und -Topologien eine Reihe von unterschiedlichen Entwurfszielen mit teilweise gegensätzlichen Auswirkungen für eine spezifische, vorgesehene Anwendung ausgewogen werden. Diese konkurrierenden Entwurfsziele führen üblicherweise zu einem Kompromiss zwischen vielen Parameter, wobei einige derselben nachfolgend detaillierter Ausgeführt werden.
Zum Beispiel muss ein Empfänger oder ein Sende-Empfangs-Gerät bei einer modernen Anwendung üblicherweise die jeweils erforderliche Anzahl von Eingängen bereitstellen. Die Anzahl von Eingängen kann bis zu 16 Haupt- und 16 Diversitäts-Empfänger-Eingänge sein und kann bei zukünftigen Anwendungen noch weiter steigen. Folglich werden Größe und Formfaktor von eingesetzten integrierten Schaltungen und ihren Paketen durch ihre Kontaktstrukturen bestimmt, wie z. B. Kontaktkugeln, Stifte oder ähnliches, die benötigt werden, um ihre Eingänge und/oder Ausgänge mit der weiteren Infrastruktur des Sende-Empfangs-Geräts oder Empfängers zu verbinden. Um die Anzahl der Eingänge zu Reduzieren, wird das Umstellen von differenziellen zu unsymmetrischen Eingängen zur Tendenz.
Die externen Komponenten müssen jedoch zu dem Empfänger- oder Sende-Empfangs-Geräte-Eingangs-Einflussbereich, Preis und Möglichkeit der Wegführung zur HF-Maschine (HF = Hochfrequenz) passen, die zum weiteren Verarbeiten der Empfangssignale verwendet wird. Ein Empfänger oder Sende-Empfangs-Gerät, das selbstangepasste Eingänge bereitstellt, kann ermöglichen, zumindest einige der externen Komponenten zu beseitigen, die heute für eine Impedanzanpassung verwendet werden. Dies kann dabei helfen, den Gesamtpreis und die Fläche des Verstärkers, des Systems, das den Verstärker aufweist, und möglicherweise von dessen HF-Maschine zu reduzieren. Zum Beispiel wird bei heutigen einstufigen Empfängertopologien der HF-Ausgangssignalstrom der Verstärker direkt über einen passiven Mischer, der als ein 25%-Arbeitszyklus-Mischer implementiert sein kann, zu einem Transimpedanzverstärker (TIA) geführt. Dies soll darstellen, warum der Ausgangsimpedanz des Verstärkers bei Implementierungen üblicherweise so viel Aufmerksamkeit gewidmet wird.
Ein wichtiger Grund für die große Anzahl von Empfängereingängen, die heute erforderlich sind ist, dass bei heutigen Implementierungen jeder Port üblicherweise nur in der Lage ist, einen spezifischen Bereich von Bändern zu unterstützen. Ein Empfänger oder Sende-Empfangs-Gerät, das selbst-angepasste Breitbandeingänge bereitstellt, ist vielleicht nicht nur in der Lage, die Konfigurierbarkeit eines solchen Systems zu verbessern, sondern kann auch das Potential haben, die Anzahl der Eingänge zu Reduzieren. Heutige Verstärker, einschließlich rauscharme Verstärker (LNAs; low noise amplifiers), verwenden häufig chipintegrierte Induktoren und Transformatoren. Dies kann zu einer inakzeptabel hohen Anzahl von Eingängen und Chipfläche führen, was sie ausschließen kann, in zukünftigen Empfängern und Sende-Empfangs-Geräten verwendet zu werden. Zum Beispiel kann die durch einen Induktor und/oder Transformator verbrauchte Chipfläche mal der Anzahl von Eingängen zu einem beträchtlichen Betrag an Chipfläche führen, wenn die Anzahl der Eingänge weiter steigt, wie vorangehend erörtert wurde. Daher kann die Verwendung spulenloser Schaltungen eine wesentliche Herausforderung an den Entwurf sein, dem sich zukünftige Verstärker und Schaltungen gegenüber sehen.
Ein spulenloser, rauscharmer Verstärker kann zu einer wesentlichen Verbesserung des Kompromisses führen, der oben erörtert wurde. Natürlich kann es abhängig von der beabsichtigten Anwendung hilfreich sein, einen Verstärker zu finden, der mit den entsprechenden Techniken kompatibel ist. Zum Beispiel wird in der nachfolgenden Beschreibung eine Implementierung einer Schaltung beschrieben, die mit allen bekannten 3GPP-Versionen kompatibel gemacht werden kann.
Ein Ansatz zur Verbesserung des vorangehend beschriebenen Kompromisses ist die Verwendung einer Verstärkerschaltung basierend auf einem Immittanzwandler. In der nachfolgenden Beschreibung werden Beispiele auf der Basis von Feldeffekttransistoren oder genauer gesagt auf der Basis von Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET; metal oxide semiconductor field effect transistors) detaillierter beschrieben und erklärt. Beispiele sind jedoch in keinster Weise darauf beschränkt, basierend auf Feldeffekttransistoren implementiert zu werden. Sie können gleichermaßen basierend auf Bipolartransistoren oder einer Vorrichtung, die Transkonduktanz bereitstellt oder zulässt, implementiert werden.
Daher, um die Beschreibung zu vereinfachen, werden nachfolgend Beispiele im Hinblick auf allgemeine Transistoren beschrieben, die die spezielle Terminologie für Feldeffekttransistoren (FET) oder Bipolartransistoren außen vor lassen. Folglich wird eine Source oder ein Source-Anschluss eines Feldeffekttransistors, der durch einen Emitteranschluss einer entsprechenden Bipolarimplementierung ersetzt werden kann, als ”Zufluss” oder ”Zuflussanschluss” bezeichnet, da die Source und der Emitter verwendet werden, um die entsprechenden Ladungsträger an den Transistor bereitzustellen. Entsprechend, anstatt den Ausdruck ”Drain” oder ”Drainanschluss” und ”Kollektor” oder ”Kollektoranschluss” für eine Bipolartransistorimplementierung zu verwenden, wird der allgemeinere Ausdruck ”Senke” oder ”Senkenanschluss” verwendet. Die Ausdrücke ”Gate” oder ”Gateanschluss” eines Feldeffekttransistors und ”Basis” oder ”Basisanschluss” eines Bipolartransistors werden durch den Ausdruck ”Steuerung” oder ”Steuerungsanschluss” verallgemeinert und zusammengefasst.
Dementsprechend werden in der nachfolgenden Beschreibung Ausdrücke, die aus spezifischen, Feldeffekttransistor-bezogenen Implementierungen oder Bipolartransistor-bezogenen Implementierungen abgeleitet sind, durch die Verwendung der Ausdrücke ”Zufluss” anstatt ”Source” und ”Emitter”, ”Senke” anstatt ”Drain” und ”Kollektor” und ”Steuerung” anstatt ”Gate” und ”Basis” für Feldeffekttransistor-bezogene Implementierungen bzw. Bipolartransistor-bezogene Implementierungen verallgemeinert.
Obwohl der Immittanzwandler nachfolgend im Hinblick auf n-Kanal-Feldeffekttransistoren verwendet wird, können natürlich nicht nur npn-Bipolartansistoren verwendet werden, sondern auch eine komplementäre Implementierung basierend auf p-Kanal-Feldeffekttransistoren oder pnp-Bipolartransistoren kann verwendet werden. Dies kann zum Beispiel zu leichten Modifizierungen der Beispiele führen, zum Beispiel einer Art von ”Inversion” der Schaltungsanordnung im Hinblick auf die Potentiale, z. B. die Versorgungspotentiale.
Anstatt z. B. einen n-Kanal-Feldeffekttransistor zu beschreiben, kann ein solcher Transistor folglich z. B. als ein Transistor eines ersten Leitfähigkeitstyps bezeichnet werden. Entsprechend kann ein p-Kanal-Transistor als ein Transistor eines zweiten Leitfähigkeitstyps bezeichnet werden, der komplementär zu dem ersten Typ ist. Anstatt dass sich der erste Leitfähigkeitstyp auf n-Kanal-Transistoren bezieht, kann der erste Leitfähigkeitstyp bei einem anderen Beispiel auch ein p-Kanal-Transistor sein. Dementsprechend kann bei einer solchen Implementierung ein Transistor eines zweiten Leitfähigkeitstyps ein p-Kanal-Transistor sein. Dasselbe gilt auch für Bipolartransistoren. Zum Beispiel kann ein npn-Transistor bei einem Beispiel ein Transistor eines ersten Leitfähigkeitstyps sein, während bei demselben Beispiel ein pnp-Transistor ein Transistor eines zweiten Leitfähigkeitstyps ist. Wie vorangehend beschrieben wurde, können die Rollen eines ersten und eines zweiten Leitfähigkeitstyps vertauscht werden. Somit kann bei einem anderen Beispiel ein pnp-Transistor ein Transistor eines ersten Leitfähigkeitstyps sein und ein npn-Transistor kann ein Transistor des zweiten Leitfähigkeitstyps sein.
Herkömmliche Lösungen, die in dem Kontext beschrieben werden, dass sie in der Lage sind, Breitbandsignale zu verarbeiten, selbstangepasst, spulenlos und unsymmetrisch sind, können unterteilt werden, um drei Grundprinzipien oder Layouts zu verwenden. Erstens kann ein entsprechender Verstärker auf einem Steuerungsschaltungsverstärker (common control amplifier) basieren, wie z. B. einem Gateschaltungsverstärker (common gate amplifier; CG) oder einem Basisschaltungsverstärker (common base amplifier). Zweitens kann ein Zuflussschaltungsverstärker (common inflow amplifier) verwendet werden, zum Beispiel ein Sourceschaltungsverstärker (common source amplifier; CS) oder ein Emitterschaltungsverstärker (common emitter amplifier), jeweils begleitet von einer entsprechenden Rückkopplungsspur. Als dritter Entwurf kann eine gewichtete Kombination von beiden der vorangehend erwähnten Verstärkertechniken verwendet werden, wie z. B. eine Kombination eines Gateschaltungsverstärkers und eines Sourceschaltungsverstärkers (CS + CG).
Trotz der verbreiteten Verwendung von verschiedenen Techniken betreffend intelligentes Rauschen (smart noise) und/oder Verzerrung, waren diese Implementierungen nicht in der Lage, die Dilemmas von Basisbandbreite über Verstärkung über Rauschen über Linearität zu durchbrechen, die herkömmlichen Sourceschaltungsverstärkern und Gateschaltungsverstärkern zugeordnet sind, die eine Basis für eine Lösung für die oben aufgelisteten Anforderungen bilden.
Eine Verstärkerschaltung jedoch, die auf einem Immittanzwandler basiert, hat gezeigt, dass sie das Potential aufweist, die beschriebenen Dilemmas zu durchbrechen. Um das grundlegende Layout eines Immittanzwandlerverstärkers auf der Basis eines MOS-Immittanzwandlers (MOS immitance converter (MIC)) darzustellen, zeigt 1 ein vereinfachtes Schaltungsdiagramm eines Immittanzwandlerverstärkers 100. Um etwas genauer zu sein, ist der Immittanzwandlerverstärker 100 in der Lage, als rauscharmer Verstärker betrieben zu werden, und weist eine Zuflussschaltungsverstärkerschaltung 110 sowie eine Steuerungsschaltungsverstärkerschaltung 120 auf. Sowohl die Zuflussschaltungsverstärkerschaltung 110 als auch die Steuerungsschaltungsverstärkerschaltung 120 basieren auf Transistoren eines gemeinsamen Leitfähigkeitstyps, der nachfolgend als der erste Leitfähigkeitstyp bezeichnet wird. Wie nachfolgend detaillierter beschrieben wird, bezieht sich bei dem in 1 gezeigten Beispiel der erste Leitfähigkeitstyp auf Transistoren, die auf einem elektronenbasierten Ladungstransport basieren. Hier sind die Transistoren n-Kanal-Feldeffekttransistoren oder – bei einem anderen Beispiel – npn-Bipolartransistoren.
Um etwas genauer zu sein, weist die Zuflussschaltungsverstärkerschaltung 110 einen Zuflussschaltungsverstärkertransistor 130 auf, der bei dem hier gezeigten Beispiel als ein n-Kanal-Feldeffekttransistor implementiert ist und als M_1CS bezeichnet wird. Die Zuflussschaltungsverstärkerschaltung 110 weist ferner einen weiteren Stromzuflussverstärkertransistor 140 auf, der der bei dem hier gezeigten Beispiel auch als ein n-Kanal-Feldeffekttransistor implementiert ist und als M_2CS bezeichnet wird. Der weitere Zuflussschaltungsverstärkertransistor 140 ist mit seinem Zuflussanschluss mit einem Knoten 150 gekoppelt, der mit einem Ausgang 160 (Out) des Immittanzwandlerverstärkers 100 gekoppelt ist. Der Knoten 150 ist über einen Versorgungswiderstand (R_LCS) mit einer Versorgung 180-1 für ein Versorgungspotential gekoppelt.
Während der Zuflussanschluss des weiteren Zuflussschaltungsverstärkertransistors 140 mit dem Knoten 150 gekoppelt ist, ist dessen Senkenanschluss mit einem Zuflussanschluss des Zuflussschaltungsverstärkertransistors 130 gekoppelt. Ein Senkenanschluss des Zuflussschaltungsverstärkertransistors 130 ist mit einer weiteren Versorgung 190-1 für ein weiteres Versorgungspotential gekoppelt.
Ein Steuerungsanschluss des Zuflussschaltungsverstärkertransistors 130 ist mit einem Eingang 200 des Immittanzwandlerverstärkers 100 gekoppelt. Der Eingang 200 ist jedoch auch mit einem Steuerungsschaltungsverstärkertransistor 210 gekoppelt, der bei dem in 1 gezeigten Beispiel auch als ein n-Kanal-Feldeffekttransistor implementiert ist und als M_1CG bezeichnet wird. Der Eingang 200 des Immittanzwandlerverstärkers 100 ist mit einem Senkenanschluss eines Steuerungsschaltungsverstärkertransistors 210 gekoppelt. Ein Zuflussanschluss des Steuerungsschaltungsverstärkertransistors 210 ist über einen weiteren Versorgungswiderstand 220 (R_LCG) mit einer anderen Versorgung 180-2 eines Versorgungspotentials gekoppelt.
Der Eingang sowie der Senkenanschluss des Steuerungsschaltungsverstärkertransistors 210 und der Steuerungsanschluss des Zuflussschaltungsverstärkertransistors 130 sind bei dem in 1 gezeigten Beispiel direkt mit einem Knoten 230 gekoppelt oder verbunden. Der Knoten 230 ist über einen weiteren Versorgungswiderstand 240 (R_1CG) mit einer weiteren Versorgung 190-2 für das weitere Versorgungspotential gekoppelt. Das weitere Versorgungspotential, das über die Versorgungen 190 an den Immittanzwandlerverstärker 100 bereitgestellt wird, kann ein negatives Versorgungspotential sein, das manchmal als V_SS bezeichnet wird, zum Beispiel Massepotential (GND; ground potential). Manchmal wird das weitere Versorgungspotential auch als BSS bezeichnet. Im Gegensatz dazu ist das Versorgungspotential, das an den Versorgungen 180 bereitgestellt wird, bei dem hier gezeigten Beispiel das positive Versorgungspotential, das manchmal als V_DD bezeichnet wird. Natürlich können bei anderen Beispielen die Rollen des Versorgungspotentials und des weiteren Versorgungspotentials zusammen mit dessen entsprechenden Versorgungen 180 bzw. 190 getauscht werden.
Die Zuflussschaltungsverstärkerschaltung 110 und die Steuerungsschaltungsverstärkerschaltung 120 sind kapazitiv kreuzgekoppelt. Um etwas genauer zu sein, ist bei dem in 1 gezeigten Beispiel der Steuerungsanschluss des weiteren Zuflussschaltungsverstärkertransistors 140 über einen ersten Kopplungskondensator 250 (C_C1) mit einem Knoten 260 gekoppelt, der zwischen dem Zuflussanschluss des Steuerungsschaltungsverstärkertransistors 210 und dem weiteren Versorgungswiderstand 220 angeordnet ist. Auf ähnliche Weise ist der Steuerungsanschluss des Steuerungsschaltungsverstärkertransistors 210 kapazitiv über einen weiteren Kopplungskondensator 270 (C_C2) mit dem Knoten 150 gekoppelt und daher mit dem Ausgang 160 des Impedanzwandlerverstärkers 100.
Die Kapazitäten C_C1 und C_C2 der Kopplungskondensatoren 250 bzw. 270 stellen jeweils eine gegenseitige Rückkopplung von den Steuerungsschaltungsverstärkerschaltungsteilen, was z. B. den Transistor M_1CG, den Widerstand R_1CG und auch den Versorgungswiderstand R_LCG umfasst, zu dem Zuflussschaltungsverstärkerschaltungsteil bereit, der die Transistoren M_1CS und M_2CS zusammen mit dem Versorgungswiderstand R_LCS umfasst. Die Kopplungskondensatoren 250, 270 erlauben das Synthetisieren von im Allgemeinen allem, von einem induktiven zu einem negative Kondensatorverhalten an dem Eingang 200 des rauscharmen Verstärkers. Aufgrund der Möglichkeit, im Wesentlichen jegliches Verhalten von einem rein induktiven zu einem negativen kapazitiven Verhalten an dem Eingang 200 zu synthetisieren, trägt der Immittanzwandlerverstärker 100 seinen Namen.
Aufgrund der Verwendung von sowohl einer Zuflussschaltungsverstärkerschaltung 210 als auch einer Steuerungsschaltungsverstärkerschaltung 120 kann die Steuerungsschaltungsverstärkerschaltung – oder der Gateschaltungsteil der in 1 gezeigten Schaltungsanordnung – für einen größeren realen Teil der Eingangsimpedanz entworfen sein als nötig. Dies kann dabei helfen, den intrinsischen Rausch-Nachteil zu überwinden, unter dem viele Steuerungsschaltungsverstärkerschaltungen leiden. Wenn sie z. B. ordnungsgemäß entworfen sind, kann dieser zu große reale Teil der Impedanz nachfolgend reduziert werden, um mit einer Referenzimpedanz Z₀ übereinzustimmen, durch eine gegenseitige Rückkopplung, was nachfolgend ausgeführt wird. Die Referenzimpedanz Z₀ kann zum Beispiel 50 Ω, 100 Ω oder jeglicher andere, entsprechende Wert sein, der von dem Anwendungs- und Verwendungs-Szenario abhängt.
Gleichzeitig kann der imaginäre Teil gleich oder nahe Null (0) sein. Dies kann zu einer Breitband-simultanen Rausch-/Leistungs-angepassten rauscharmen Verstärkerimplementierung nach Wunsch führen.
Der Immittanzwandlerverstärker 100 jedoch, wie er in 2 gezeigt ist, kann unter einigen fundamentalen Einschränkungen leiden, die die Topologie, wie sie in 2 gezeigt ist, unfähig machen können, als eine Lösung für die oben angegebene Anwendung zu dienen. Das Verwenden eines Beispiels, wie es nachfolgend beschrieben wird, kann diese Einschränkungen zumindest teilweise überwinden oder sie sogar vollständig beseitigen. Bevor jedoch eine detailliertere Beschreibung einer Schaltung gemäß einem Beispiel gegeben wird, wird kurz eine detailliertere Beschreibung dieser fundamentalen Nachteile gegeben.
Der Immittanzwandlerverstärker 100, wie er in 1 gezeigt ist, kann unter einigen wesentlichen Nachteilen leiden, wie z. B. geringer Verstärkung oder einer nicht zufriedenstellenden Linearität und einer mittelmäßigen Rauschzahl. Durch Hinzufügen einer zweiten Stufe kann es z. B. möglich sein, die Verstärkung zu erhöhen und gleichzeitig eine Art von Rausch- und Verzerrungs-Löschung einzuführen. Diese zweite Stufe kann auch zu einem unerwünschten zusätzlichen Stromverbrauch und/oder – abhängig von der vorgesehenen Anwendung – zu anderen unerwünschten Verhaltens-bezogenen Parameter führen, wie z. B. IIP₃ und/oder IIP₂ (Schnittpunkt zweiter Ordnung bzw. dritter Ordnung). Ferner kann sie in ihrer gezeigten Form ungeeignet sein für Einzelstufen-Empfänger, die 25%-Arbeitszyklusmischer verwenden, aufgrund ihrer niedrigen Ausgangsimpedanz. Abgesehen davon kann der Löschmechanismus, der bei der zweiten Stufe verwendet wird, das Risiko erhöhen, dass sie zusätzlich unter Fehlanpassungseffekten leidet, was die Architektur für eine Massenproduktion ungeeignet macht. Ferner können bei einer solchen Lösung viele HF-Parameter (HF = Hochfrequenz) unvereinbar sein mit DC-Betriebspunktanforderungen (DC = direct current; Gleichstrom). Ferner kann sie sehr wenige Freiheitsgrade aufweisen, und viele unvereinbare Abhängigkeiten können zu schwierigen und manchmal suboptimalen Kompromissen führen.
Im Gegensatz dazu kann eine Schaltung, wie sie nachfolgend detaillierter beschrieben wird, das intrinsische Problem von geringer Verstärkung und niedriger Ausgangsimpedanz sowie schlechter Linearität und mittelmäßiger Rauschzahl lösen, ohne den Stromverbrauch zu opfern, durch Einfügen einer komplementären Verstärkungsstufe, die den DC-Strom der Zuflussschaltungsverstärkerschaltung wiederverwendet.
2 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer Schaltung 300 gemäß einem Beispiel. Die Schaltung 300 weist einen Immittanzwandlerverstärker 100 basierend auf Transistoren eines ersten Leitfähigkeitstyps auf. Um etwas genauer zu sein, ähnelt der Immittanzwandlerverstärker 100 von 2 dem von 1 mit nur geringen Abänderungen. Dementsprechend sind die Transistoren des ersten Leitfähigkeitstyps wiederum als n-Kanal-Feldeffekttransistoren implementiert.
Ein Unterschied zwischen den Immittanzwandlerverstärker 100, die in 1 und 2 gezeigt sind ist, dass der weitere Kopplungskondensator 270 (C_C2) und der Steuerungsanschluss des Steuerungsschaltungverstärkertransistors 210 über einen Knoten 310 mit einer Versorgung 320 für ein Vorspannungspotential oder eine Vorspannungsspannung V_B1 gekoppelt sind. Ferner ist der Knoten 230 nicht direkt mit dem Steuerungsanschluss des Zuflussschaltungsverstärkertransistors 130 gekoppelt. Unterschiede jedoch, die aus dem zuletzt erwähnten Unterschied folgen, werden nachfolgend detaillierter ausgeführt.
Die Schaltung 300 weist einen Versorgungstransistor 330 (M_3CS) auf, der ein Transistor eines zweiten Leitfähigkeitstyps ist, der komplementär zu dem ersten Typ ist. Folglich ist der Versorgungsanschluss 330 bei dem in 2 gezeigten Beispiel ein p-Kanal-Feldeffekttransistor. Bei vielen Beispielen verwenden die Transistoren des Immittanzwandlerverstärkers 100 und des Versorgungsanschlusses 330 jedoch denselben Transistortyp gemeinschaftlich. Anders ausgedrückt sind die Transistoren des Immittanzwandlerverstärkers 100 und des Versorgungstransistors 330 üblicherweise entweder Feldeffekttransistoren oder Bipolartransistoren. Nichts desto trotz kann bei einigen Beispielen mehr als nur ein Typ von Transistoren für die Transistoren des Immittanzwandlerverstärkers 100 und des Versorgungstransistors 330 verwendet werden.
Der Versorgungstransistor 330 ist zwischen den Ausgang 160 des Immittanzwandlerverstärker 100, der auch der Ausgang 340 der Schaltung 300 ist, und die Versorgung 180-1 oder das Versorgungspotential gekoppelt. Anders ausgedrückt nimmt der Versorgungstransistor 330 die Stelle eines Versorgungswiderstands 170 ein, der in 1 gezeigt ist. Aufgrund des komplementären Wesens des Versorgungstransistors 330 können Nichtlinearitäten der Transistoren des Immittanzwandlerverstärker 100, z. B. der Transistoren der Zuflussschaltungsverstärkerschaltung 110, zumindest teilweise wenn nicht vollständig herausgelöscht werden.
Im Hinblick auf die Kopplung des Versorgungstransistors 330 ist dieser mit seinem Zuflussanschluss und seinem Senkenanschluss zwischen die Versorgung 180-1 für das Versorgungspotential und den Ausgang des Immittanzwandlerverstärkers 100 gekoppelt, der auch der Ausgang 340 der Schaltung 300 ist. Der Zuflussanschluss ist mit der Versorgung 180-1 für das Versorgungspotential und der Senkenanschluss mit dem Ausgang 160, 340 gekoppelt, um noch etwas genauer zu sein. Folglich verwendet der Versorgungstransistor 330, der auch als komplementärer Transistor M_3CS bezeichnet wird, den DC-Strom der Transistoren der Zuflussschaltungsverstärkerschaltung 110 wieder, so dass ein Strom- und/oder ein Energie-Verbrauch im Vergleich zu einer zweiten Stufe eingeschränkt werden kann, um nur eine alternative Implementierung zu nennen.
Die Schaltung 300 weist ferner eine Ausgangsspannungs-Steuerungsschaltung 350 auf, die zwischen den Ausgang 160 des Immittanzwandlerverstärkers 100 und den Steuerungsanschluss des Versorgungstransistors 330 gekoppelt ist, der die Ausgabe des Immittanzwandlerverstärkers 100 zurück zu dem Steuerungsanschluss des Versorgungstransistors 330 führt. Aufgrund der Ausgangsspannungs-Steuerungsschaltung 350 kann es möglich sein, eine Steuerungssschleife einzurichten, die ihrerseits den DC-Ausgangspegel der Schaltung 300 oder rauscharmen Verstärker aus dem Ausgang 160, 340 zu dem Steuerungsanschluss des Versorgungstransistors 330 bestimmt (in 2 das Gate des komplementären Transistors M_3CS). Die Ausgangsspannungs-Steuerungsschaltung 350 ist hier in der Lage, eine negative Rückkopplungsschleife zu erzeugen, so dass die Ausgangsspannungs-Steuerungsschaltung 350 angepasst werden kann, ein DC-Ausgangspotential der Ausgabe des Immittanzwandlerverstärkers 100 zu stabilisieren. Durch ordnungsgemäße Einstellung kann die Ausgangsspannungs-Steuerungsschaltung 350 verwendet werden, um die Löschung von Linearitäten zweiter Ordnung weiter abzustimmen.
Die Ausgangsspannungs-Steuerungsschaltung 350, wie sie in 2 gezeigt ist, weist eine steuerbare Spannungsquelle 360 auf, die zwischen den Ausgang 160, 340 und den Steuerungsanschluss des Versorgungstransistors 330 gekoppelt ist. Um etwas genauer zu sein, ist der Steuerungsanschluss der steuerbaren Spannungsquelle 360 über einen Steuerungswiderstand 370 (R_LCG) mit dem Ausgang 160, 360 gekoppelt, während der Ausgang der steuerbaren Spannungsquelle 360 über einen weiteren Steuerungswiderstand 380 (R_LCG) mit dem Steuerungsanschluss des Versorgungstransistors 330 gekoppelt ist. Ein weiterer Anschluss der steuerbaren Spannungsquelle 360 ist mit einer Versorgung für das weitere Versorgungspotential gekoppelt. Folglich wird eine Änderung einer Niedrigfrequenzkomponente oder DC-Komponente an dem Ausgang 160, 340 zu dem Steuerungsanschluss der steuerbaren Spannungsquelle 360 über den Steuerungswiderstand 370 zugeführt, was verursacht, dass die steuerbare Spannungsquelle 360 über den weiteren Steuerungswiderstand 380 ein Signal bereitstellt, um das Potential an dem Steuerungsanschluss des Versorgungstransistors 330 einzustellen. Die steuerbare Spannungsquelle 360 stellt somit eine variable Spannung V_Cnt ansprechend auf das Signal bereit, das an deren Steuerungsanschluss empfangen wird, wodurch die vorangehend erwähnte negative Rückkopplungsschleife gebildet wird. Die steuerbare Spannungsquelle 360 kann zum Beispiel einen Operationsverstärker aufweisen, um nur ein Beispiel zu nennen.
Obwohl bei dem in 2 gezeigten Beispiel die Steuerungswiderstände identisch implementiert sind, können bei anderen Beispielen unterschiedliche Widerstände verwendet werden. Ferner können abhängig von der Implementierung auch andere Impedanzelemente verwendet werden, wie z. B. Kondensatoren oder eine Kombination derselben.
Bei Schaltung 300, wie in 2 gezeigt ist, ist der Eingang 200 des Immittanzwandlerverstärkers 100, der auch der Eingang 390 der Schaltung 300 (In) ist, mit dem Steuerungsanschluss eines Versorgungstransistors 330 gekoppelt. Folglich kann es möglich werden, zusätzlich das Eingangssignal, das an dem Eingang 200, 290 vorhanden ist, zu dem komplementären Transistor M_3CS zuzuführen, was die Verstärkung der rauscharmen Verstärker oder – anders ausgedrückt – die Verstärkung der Schaltung 300 steigern kann. Zusätzlich oder alternativ steigt eine Ausgangsimpedanz einer Schaltung 300 wesentlich im Vergleich zu der in 1 gezeigten Implementierung, ohne dabei Stromverbrauch und Rauschverhalten einzubüßen.
Zwischen den Eingang 200, 390 und den Steuerungsanschluss des Versorgungstransistors 330 ist ein Kondensator 400 (C_in3) gekoppelt. Anders ausgedrückt ist der Eingang 390 der Schaltung 300 mit dem Steuerungsanschluss des Versorgungstransistors 330 oder mit dem Eingang 200 des Immitanzwandlerverstärkers 100 gekoppelt, um ein Signal zu empfangen, das verstärkt werden soll.
Die Schaltung 300 weist ferner eine Vorspannungssteuerungsschaltung 410 auf, die mit einem Steuerungsanschluss des Zuflussschaltungsverstärkertransistors 130 gekoppelt ist und ausgebildet ist, um den Stromfluss durch den Zuflussschaltungsverstärkertransistor 130 zu steuern. Um etwas genauer zu sein, ist die Vorspannungssteuerungsschaltung 410 in der Lage, den Stromfluss zwischen dem Zuflussanschluss und dem Senkenanschluss eines Zuflussschaltungsverstärkertransistors 130 zu steuern.
Bei der Schaltung 300, wie sie in 2 gezeigt ist, wird eine einfache und effiziente Implementierung verwendet, die nur eine kleine Menge an zusätzlicher Infrastruktur erfordert. Um genauer zu sein, verwendet die Vorspannungssteuerungsschaltung 410 eine Stromspiegelschaltung 420, die einen Stromspiegeltransistor 430 aufweist, dessen Steuerungsanschluss mit dem Steuerungsanschluss des Zuflussschaltungsverstärkertransistors 130 gekoppelt ist. Der Steuerungsspiegel 420 ist in der Lage, den Stromfluss durch den Zuflussschaltungsverstärkertransistor 130 so zu steuern, dass er proportional zu einem Steuerungsstrom ist, der durch den Stromspiegeltransistor fließt. Der Steuerungsstrom kann an den Stromspiegeltransistor 430 über eine Versorgung 440 für einen Vorspannungsstrom I_Bias bereitgestellt werden. Der Stromspiegeltransistor 430 ist mit der Versorgung 440 für den Steuerungsstrom über einen Knoten 450 gekoppelt, der den Steuerungsanschluss des Stromspiegeltransistors 430 koppelt, und – über einen weiteren Stromspiegeltransistor 460 ist ein Zuflussanschluss eines Stromspiegeltransistors 430 mit der Versorgung 440 gekoppelt. Um die Stromspiegelschaltung 420 in Betrieb zu bringen, ist ein Senkenanschluss des Stromspiegeltransistors 430 mit einer weiteren Versorgung 470 für das weitere Versorgungspotential gekoppelt. Da der Stromspiegeltransistor 430 auch ein Transistor eines ersten Leitfähigkeitstyps ist, und von einem ersten Typ, wie der Zuflussschaltungsverstärkertransistor 130, können die Potentiale der Senkenanschlüsse dieser Transistoren während der Operation identisch sein.
Natürlich können bei anderen Implementierungen unterschiedliche Transistortypen und/oder Transistoren unterschiedlicher Leitfähigkeitstypen verwendet werden.
Die Vorspannungssteuerungsschaltung 410 weist ferner ein Stromspiegelentkopplungsschaltungselement 480 auf, das hier als ein Widerstand 490 implementiert ist, um die Stromspiegelschaltung 420 zumindest teilweise von dem Eingang 390 der Schaltung 300 zu entkoppeln. Natürlich können bei anderen Beispielen anstelle des Widerstandes 490 andere Schaltungselemente verwendet werden, wie z. B. Kondensatoren. Aufgrund der Implementierung des Stromspiegelentkopplungsschaltungselements 480 kann es möglich sein, zumindest teilweise zu verhindern, dass das Eingangssignal den Steuerungsanschluss eines Stromspiegeltransistors 430 erreicht, und das Eingangssignal mehr oder weniger vollständig in den Steuerungsanschluss des Zuflussschaltungsverstärkertransistors 130 zu koppeln, und daher mit der Zuflussschaltungsverstärkerschaltung 110 (R_B1). Folglich ist es aufgrund der Vorspannungssteuerungsschaltung 410 möglich, den Strom in der Zuflussschaltungsverstärkerschaltung 110 zu bestimmen, was in dem Fall der Implementierung von 2 als die CS-Stufe bezeichnet werden kann, über die Stromspiegelvorspannung, die durch die Stromspiegelschaltung 420 verursacht wird, die die Transistoren M_CM2 und M_1CS zusammen mit dem Widerstand R_B1 aufweist. Daher können die Arbeitspunkte der Zuflussschaltungsverstärkerschaltung 110 durch eine Stromvorspannung bestimmt werden, die im Wesentlichen unabhängig von Spannungen implementiert sein kann, die an die jeweiligen Transistoren angelegt sind. Dies kann eine größere Vielfalt und Optionen zum Bestimmen der Arbeitspunkte der unterschiedlichen Komponenten des Immittanzwandlerverstärkers 100 geben.
Die Stromspiegelschaltung 420, die bei dem in 2 gezeigten Beispiel verwendet wird, ist eine kaskodierte Stromspiegelschaltung, die den vorangehend erwähnten, weiteren Stromspiegeltransistor 460 (M_CM1) aufweist. Der weitere Stromspiegeltransistor 460 ist zwischen den Knoten 450 und den Stromspiegeltransistor 430 gekoppelt. Der Steuerungsanschluss eines weiteren Stromspiegeltransistors ist mit dem Steuerungsanschluss eines weiteren Zuflussschaltungsverstärkertransistors 140 gekoppelt. Durch Implementieren dieser kaskodierten Niedrigspannungs-Stromspiegelschaltung des ”armen Mannes”, die den Zuflussschaltungsverstärkerschaltungs-Kaskodentransistor 140 (M_2CS) verwendet, zusammen mit dem weiteren Stromspiegeltransistor 460, kann es möglich sein, das Potential des Senkenanschlusses des weiteren Zuflussschaltungsverstärkertransistors 140 zu stabilisieren, unabhängig von der Schwingung des Eingangssignals. Dies kann zu einer stabileren Stromvorspannung durch die Stromspiegelschaltung 420 führen. Anders ausgebdrückt kann durch Implementieren der kaskodierten Stromspiegelschaltung die Robustheit der Vorspannung gefördert werden.
Der weitere Stromspiegeltransistor 460 ist mit dem Steuerungsanschluss des weiteren Zuflussschaltungsverstärkertransistors 140 über eine Kopplungsschaltung 500 gekoppelt, die ein Entkopplungsschaltungselement 510 aufweist. Das Entkopplungsschaltungselement 510 ist hier als ein Widerstand 520 (R_B2) implementiert, kann aber bei anderen Beispielen auch als ein anderes Schaltungselement implementiert sein. Das Entkopplungsschaltungselement 510 kann eine Kopplung des Steuerungsanschlusses eines weiteren Stromspiegeltransistors 460 mit dem Steuerungsanschluss eines weiteren Zuflussschaltungstransistors 140 schwächen.
Um einen Operationspunkt des weiteren Zuflussschaltungsverstärkertransistors 140 unabhängiger zu bestimmen, kann die Kopplungsschaltung 500 ferner ein weiteres Entkopplungsschaltungselement 530 aufweisen, das eine Reihenschaltung mit einem Entkopplungselement 510 der Kopplungsschaltung 500 bildet. Das weitere Entkopplungsschaltungselement 530 ist auch bei dem in 2 gezeigten Beispiel als ein Widerstand 540 (R_B3) implementiert. Zwischen dem Entkopplungsschaltungselement 510 und dem weiteren Entkopplungsschaltungselement 530 ist der Knoten 550 angeordnet, der ausgebildet ist, um mit einem Vorspannungspotential (V_B2) gekoppelt zu sein. Dementsprechend weist die Schaltung 300 eine Zuführung 560 auf, damit das Vorspannungspotential in den Knoten 550 gekoppelt wird.
Anders ausgedrückt wurden alle Konzepte, die vorangehend vorgelegt wurden, in das in 2 gezeigte Beispiel eingelagert. Natürlich müssen nicht all diese Merkmale in den Beispielen implementiert sein. Alle Verbesserungen jedoch, die bislang erwähnt wurden, erlauben das Einbringen zusätzlicher Freiheitsgrade und das Erlangen eines höchst willkommenen Nebeneffekts, dass viele der HF-bezogenen Verhaltenswerte von DC-Operationspunktbegrenzungen entkoppelt werden können.
Ferner weist die Schaltung 300, wie sie in 2 gezeigt ist, ferner eine Eingangsschaltung 570 auf, die einen ersten Entkopplungskondensator 580 (C_in1) und einen zweiten Entkopplungskondensator 590 aufweist, die zwischen den Eingang 390 der Schaltung 300 und den Knoten 230 bzw. den Steuerungsanschluss des Zuflusschaltungsverstärkertransistors 130 gekoppelt sind. Folglich sind der Eingang 390 der Schaltung 300 und somit der Eingang 200 des Immittanzwandlerverstärkers 100 beide kapazitiv mit einem Eingang der Steuerungsschaltungsverstärkerschaltung 120 und mit einem Eingang der Zuflussschaltungsverstärkerschaltung 110 gekoppelt. Im Gegensatz zu der in 1 gezeigten Implementierung wird die strikte Bindung der Potentiale an dem Senkenanschluss des Steuerungsschaltungsverstärkertransistors 210 und dem Steuerungsanschluss des Zuflusschaltungsverstärkertransistors 130 verhindert, was eine unabhängige Vorspannung und unabhängige Einstellung der Operationspunkte erlaubt, wie oben beschrieben wurde.
Natürlich ist es nicht unbedingt notwendig, beide Entkopplungskondensatoren 580, 590 zu implementieren. Im Prinzip kann das Implementieren von jeglichem der Entkopplungskondensatoren 580, 590 weggelassen werden. Es ist jedoch nicht notwendig, beide zu implementieren, sondern es kann z. B. nur einer der Entkopplungskondensatoren 580, 590 implementiert werden, was zu einer Kondensatorentkopplung von zumindest einem der vorangehend erwähnten Knoten und Anschlüsse von dem Eingang 390 der Schaltung 300 führt.
Wie oben erwähnt wurde, kann eine Schaltung 300 gemäß einem Beispiel zusätzliche Freiheitsgrade einbringen und durchbricht dadurch das Dilemma, dass HF-bezogene Parameter gegensätzliche Entwurfsziele im Hinblick auf DC-bezogene Operationspunktanforderungen aufweisen. Sie kann ferner einen robusteren Entwurf erlauben, der für Massenherstellung geeignet ist, und es kann möglich sein, die intrinsischen Probleme von geringer Verstärkung und niedriger Ausgangsimpedanz, verbesserbarer Linearität und mittelmäßiger Rauschzahl der Schaltungsanordnung zu lösen, die in 1 gezeigt ist, ohne Stromverblauch zu opfern, und zwar durch Einführen der komplementären Verstärkerstufe, die den DC-Strom der Zuflussschaltungsverstärkerschaltung 100 wiederverwendet.
Eine ordnungsgemäße Dimensionierung der Schaltung 300, wie sie in 2 gezeigt ist, kann den Entwurf eines realen, unsymmetrischen, selbstangepassten Breitband- und spulenlosen, rauscharmen Verstärkers erlauben, der eine Implementierung eines Empfänger-Vorderendes (front end) erlauben kann, das vielen Anforderungen vollständig entspricht, wie z. B. den 3GPP-Standards. Anders ausgedrückt kann die Schaltungsanordnung, die in 2 gezeigt ist, als eine rauscharme Remittanzwandler-Verstärkerimplementierung verwendet werden, die für viele Anwendungen geeignet ist, wie z. B. HF-Empfänger, HF-Maschinen und andere Systeme.
3 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer integrierten Schaltung 700 gemäß einem Beispiel. Die integrierte Schaltung 700 weist ein Substrat 710 auf, das bei diesem Beispiel einen rauscharmen Verstärker 720 aufweist, der mehrere Eingangsports und eine entsprechende Anzahl von Schaltungen 300 aufweist. Die Anzahl der Schaltungen 300 kann sich jedoch von der Anzahl von Eingängen unterscheiden. Zum Beispiel können einige oder alle Eingangsports eine oder mehrere Schaltungen 300 gemeinschaftlich verwenden.
Die integrierte Schaltung 700 kann ferner ein Hochfrequenz-Digital/Analog-Wandlersystem 725 (RF-ADC; radio-frequency digital/analog converter) aufweisen, das einen Mischer 730 aufweist, der mit dem Ausgang der Schaltung 300 gekoppelt ist oder – anders ausgedrückt – mit dem Ausgang des linearen Verstärkers 720. Der Mischer 730 kann als ein Mehrkanalmischer für jede der Schaltungen 300 implementiert sein, die ein entsprechendes Ausgangssignal bereitstellen. Ferner kann der Mischer 730 z. B. ein Mischer mit einem vorbestimmten, änderbaren, festen oder flexiblen Arbeitszyklus sein, z. B. einem Arbeitszyklus von 25%, was es möglich macht, beispielsweise einen 25%-Arbeitszyklus-Mischer zu verwenden. Die integrierte Schaltung 700 und das Hochfrequenz-Digital/Analog-Wandlersystem 725 können ferner einen Transimpedanzverstärker 740 aufweisen, der einen Transimpedanzverstärkerkern 750 aufweist, wobei eine Ausgabe desselben über eine entsprechende Impedanz 760 zu dessen Eingang zurückgeführt wird. Natürlich kann in dem Fall eines Mehrkanal-Transimpedanzverstärkers 740 auch der Transimpedanzverstärkerkern 750 die entsprechende Anzahl von Schaltungselementen aufweisen, zusätzlich zu einer entsprechenden Anzahl von Impedanzen 760, um die Rückkopplung zu dessen Eingang zu erzeugen. Natürlich kann die integrierte Schaltung 700 ferner geeignete Eingänge und Ausgänge aufweisen, um eine Antenne oder andere Komponenten oder Teile der Infrastruktur mit der integrierten Schaltung 700 zu koppeln.
Das Substrat 710 kann z. B. ein Halbleitersubstrat sein, wie z. B. der Halbleiterchip oder ähnliches. Natürlich können auch isolierende Substrate verwendet werden, abhängig von der Implementierung und der beabsichtigten Anwendung.
3 stellt die heutige Tendenz dar, Einzelstufen-Empfangstopologien zu implementieren. Hier wird der HF-Ausgangssignalstrom der rauscharmen Verstärker direkt über den Mischer 730 zu einem Transimpedanzverstärker 740 zugeführt, wobei sowohl der Mischer 730 als auch der Transimpedanzverstärker 740 als ein Teil des Hochfrequenz-Analog/Digital-Wandlers 725 implementiert sein können, obwohl sie auch ohne weiteres als separate Schaltungselemente oder Operationsblöcke implementiert sein können. Aufgrund dieses einfachen Entwurfs muss der Ausgangsimpedanz der rauscharmen Verstärker möglicherweise besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden, auf der Suche nach einer Implementierung, die den vorangehend erwähnten Kompromiss verbessert.
4 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Empfängers 800 oder eines Sende-Empfangs-Geräts 810, das eine Antenne 820 und zumindest eine Schaltung 300 gemäß einem Beispiel aufweist, wie es oben beschrieben wurde. Wie in dem Kontext der integrierten Schaltung 700 beschrieben wurde, können auch der Empfänger 800 oder das Sende-Empfangs-Gerät 810 ferner einen Mischer 730 aufweisen, der ein 25%-Arbeitszyklus-Mischer sein kann. Natürlich können das Sende-Empfangs-Gerät 810 oder der Empfänger 800 ferner einen Transimpedanzverstärker aufweisen, wie oben beschrieben wurde.
Beispiele können einen selbst-angepassten, Breitband-, spulenlosen und unsymmetrischen rauscharmen Verstärker für Einzelstufen-Empfangertopologien umfassen. Diese rauscharmen Verstärker können z. B. in Empfängern oder Sende-Empfangs-Geräten verwendet werden, die eine Einzelstufen-Topologie einsetzen. Sie können auch in anderen Produkten als Hochvolumenarchitekturen verwendet werden. Dies kann Anwendungen in Testsystemen und Entwurfs-/Fehlersuch-Werkzeuge von geringer Stückzahl aufweisen. Trotzdem können Beispiele besonders interessant sein für Massenherstellungsprodukte und andere Hochvolumensysteme.
Eine Schaltung 300 gemäß dem Beispiel kann das Implementieren eines robusten, unsymmetrischen, selbstangepassten Breitband- und spulenlosen rauscharmen Verstärkernetzes ermöglichen, um Chip- und Gehäuse-Fläche zu reduzieren und somit die Anzahl von Kugeln und anderen Anschlüssen, die zum Kontaktieren einer solchen Gehäuse-integrierten Schaltung benötigt werden. Sie kann ferner den Bedarf nach externen Anpassungskomponenten beseitigen, da sie als selbst-angepasste Version implementiert sein kann. Ferner kann sie das Implementieren von hoch rekonfigurierbaren Empfangereingängen erlauben, aufgrund der großen Anzahl von Freiheitsgraden, die an eine spezifische Anwendung angebracht werden können.
5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Verstärken eines Eingangssignals gemäß einem Beispiel. Bei einem Prozess P100 weist das Verfahren das Empfangen des Eingangssignals an einem Eingang 390 einer Schaltung 300 auf, wie vorangehend beschrieben wurde. Das Verfahren weist bei einem Prozess P110 ferner das Bereitstellen eines Rückkopplungssignals basierend auf einem Ausgangssignal an dem Ausgang des Immittanzwandlerverstärkers 300 auf, zu dem Steuerungsanschluss eines Versorgungstransistors 330, um ein DC-Ausgangspotential der Ausgabe des Immittanzwandlerverstärkers 100 zu stabilisieren.
Das Empfangen des Eingangssignals kann in einem Teilprozess P120 optional das Bereitstellen des Eingangssignals an den Steuerungsanschluss eines Versorgungstransistors 330 aufweisen. Dies kann z. B. durch kapazitives Koppeln ausgeführt werden, wie vorangehend beschrieben wurde.
Natürlich kann das Verfahren bei einem optionalen Prozess P130 ferner optional das Steuern des Stromflusses durch den Zuflussschaltungsverstärkertransistor 130 aufweisen. Wie vorangehend beschrieben wurde, kann der Strom durch den Zuflussschaltungsverstärkertransistor 130 proportional zu einem Steuerungsstromfluss durch den Stromspiegeltransistor 430 sein. Abhängig von der konkreten Implementierung einer solchen Stromspiegelschaltung 420 kann der Proportionalitätsfaktor z. B. geometrisch definiert sein durch Abmessungen der entsprechenden, beteiligten Transistoren. Auch andere Parameter, die Dotierungskonzentrationen und andere Entwurfs- und/oder Herstellungs-bezogene Parameter umfassen, können den Proportionalitätsfaktor beeinflussen.
Wie vorangehend beschrieben wurde, kann die Stromspiegelschaltung 420 eine kaskodierte Stromspiegelschaltung sein, so dass das Verfahren gemäß einem Beispiel ferner optional das Bereitstellen eines Steuerungssignals auf die beschriebene Weise aufweisen kann, um den weiteren Zuflussschaltungsverstärkertransistor 140 zu beeinflussen und zu steuern. Dies kann bei einem Prozess P140 ausgeführt werden, der ebenfalls optional ist.
Das Empfangen des Eingangssignals bei dem Prozess P100 kann optional ferner zumindest entweder das Bereitstellen des Eingangssignals auch zu der Zuflussschaltungsverstärkerschaltung 110 aufweisen, zum Beispiel durch kapazitives Koppeln des Eingangs mit dem Eingang der Zuflussschaltungsverstärkerschaltung 110 (Prozess P150) oder das Bereitstellen des Eingangssignals zu der Steuerungsschaltungsverstärkerschaltung 120 auf ähnliche Weise (Prozess P160) aufweisen. Da natürlich alle diese Prozesse optionale Prozesse sind, kann es möglich sein, ein Beispiel unter Verwendung jeglicher Kombination dieser Prozesse zu Implementieren, was das Implementieren von beidem umfasst, das Bereitstellen des Eingangssignals zu der Zuflussschaltungsverstärkerschaltung 110 (Prozess P150) und auch das Bereitstellen des Eingangssignals zu der Steuerungsschaltungsverstärkerschaltung 120 (Prozess P160).
Es sollte darauf hingewiesen werden, dass die in 5 gezeigten Prozesse in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden können als in 5 gezeigt und oben beschrieben ist. Zum Beispiel können einige oder alle der Prozesse gleichzeitig oder zeitlich überlappend ausgeführt werden, um nur einige Beispiele zu nennen. Ferner können die Prozesse mehrere Male ausgeführt werden, zum Beispiel in der Form einer Schleife.
Nachfolgend beziehen sich Beispiele auf weitere Beispiele.
Beispiel 1 ist eine Schaltung, die einen Immittanzwandlerverstärker, der auf einer Mehrzahl von Transistoren eines ersten Leitfähigkeitstyps basiert; und einen Versorgungstransistor, der zwischen einen Ausgang des Immittanzwandlerverstärkers und eine Versorgung für ein Versorgungspotential gekoppelt ist aufweist, wobei der Versorgungstransistor ein Transistor eines zweiten Leitfähigkeitstyps ist, der komplementär zu dem ersten Typ ist.
Bei Beispiel 2 kann der Gegenstand von Beispiel 1 optional den Versorgungstransistor aufweisen, der mit einem Zuflussanschluss und einem Senkenanschluss zwischen die Versorgung für das Versorgungspotential und den Ausgang des Immittanzwandlerverstärkers gekoppelt ist.
Bei Beispiel 3 kann der Gegenstand von Beispiel 2 optional umfassen, dass der Zuflussanschluss des Versorgungstransistors mit der Versorgung für das Versorgungspotential gekoppelt ist, wobei der Senkenanschluss des Versorgungstransistors mit dem Ausgang des Immittanzwandlerverstärkers gekoppelt ist.
Bei Beispiel 4 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 1 bis 3 optional umfassen, dass der Ausgang des Immittanzwandlerverstärkers über eine Ausgangsspannungssteuerungsschaltung zu einem Steuerungsanschluss des Versorgungstransistors zurückgeführt wird.
Bei Beispiel 5 kann der Gegenstand von Beispiel 4 optional umfassen, dass die Ausgangsspannungssteuerungsschaltung ausgebildet ist, um eine negative Rückkopplungsschleife zu erzeugen.
Bei Beispiel 6 kann der Gegenstand von Beispiel 5 optional umfassen, dass die Ausgangsspannungssteuerungsschaltung angepasst ist, um ein DC-Ausgangspotential des Ausgangs des Ausgangs des Immittanzwandlerverstärkers zu stabilisieren.
Bei Beispiel 7 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 4 bis 6 optional umfassen, dass die Ausgangsspannungssteuerungsschaltung eine steuerbare Spannungsquelle aufweist, die zwischen den Ausgang des Immittanzwandlerverstärkers und den Steuerungsanschluss des Versorgungstransistors gekoppelt ist.
Bei Beispiel 8 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 1 bis 7 optional umfassen, dass ein Eingang der Schaltung mit dem Steuerungsanschluss des Versorgungstransistors gekoppelt ist.
Bei Beispiel 9 kann der Gegenstand von Beispiel 8 optional umfassen, dass ein Kondensator zwischen den Eingang der Schaltung und den Steuerungsanschluss des Versorgungstransistors gekoppelt ist.
Bei Beispiel 10 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 1 bis 9 optional umfassen, dass der Immittanzwandlerverstärker eine Zuflussschaltungsverstärkerschaltung aufweist, die einen Zuflussschaltungsverstärkertransistor des ersten Leitfähigkeitstyps aufweist, der zwischen den Ausgang des Immittanzwandlerverstärkers und eine weitere Versorgung für ein weiteres Versorgungspotential gekoppelt ist, wobei die Schaltung ferner eine Vorspannungssteuerungsschaltung aufweist, die mit einem Steuerungsanschluss des Zuflussschaltungsverstärkertransistors gekoppelt ist und ausgebildet ist, um einen Strom zu steuern, der durch den Zuflussschaltungsverstärkertransistor fließt.
Bei Beispiel 11 kann der Gegenstand von Beispiel 10 optional umfassen, dass die Vorspannungssteuerungsschaltung eine Stromspiegelschaltung aufweist, die einen Stromspiegeltransistor aufweist, wobei ein Steuerungsanschluss desselben mit dem Steuerungsanschluss des Zuflussschaltungsverstärkertransistors gekoppelt ist, wobei die Stromspiegelschaltung ausgebildet ist, um den Strom zu steuern, der durch den Zuflussschaltungsverstärkertransistor fließt, so dass dieser proportional zu einem Steuerungsstrom ist, der durch den Stromspiegeltransistor fließt.
Bei Beispiel 12 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 10 oder 11 optional umfassen, dass der Steuerungsanschluss des Zuflussschaltungsverstärkertransistors mit einem Eingang der Schaltung gekoppelt ist, und wobei die Vorspannungssteuerungsschaltung ein Stromspiegelentkopplungsschaltungselement aufweist, um die Stromschaltungsspiegelschaltung von dem Eingang der Schaltung zu entkoppeln.
Bei Beispiel 13 kann der Gegenstand von Beispiel 12 optional umfassen, dass das Stromspiegelentkopplungsschaltungselement einen Widerstand aufweist.
Bei Beispiel 14 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 11 bis 13 optional umfassen, dass die Zuflussschaltungsverstärkerschaltung eine kaskodierte Zuflussschaltungsverstärkerschaltung ist, die einen weiteren Zuflussschaltungsverstärkertransistor des ersten Leitfähigkeitstyps aufweist, der zwischen den Ausgang des Immittanzwandlerverstärkers und den Zuflussschaltungsverstärkertransistor gekoppelt ist, wobei die Stromspiegelschaltung eine kaskodierte Stromspiegelschaltung ist, die einen weiteren Stromspiegeltransistor aufweist, der zwischen einen Knoten, mit dem der Steuerungsanschluss des Stromspiegeltransistors gekoppelt ist, und den Stromspiegeltransistor gekoppelt ist, und wobei der Steuerungsanschluss des weiteren Stromspiegeltransistors mit einem Steuerungsanschluss des weiteren Zuflussschaltungsverstärkertransistors gekoppelt ist.
Bei Beispiel 15 kann der Gegenstand von Beispiel 14 optional umfassen, dass der Steuerungsanschluss des weiteren Stromspiegeltransistors mit dem Steuerungsanschluss des weiteren Zuflussschaltungsverstärkertransistors über eine Kopplungsschaltung gekoppelt ist, wobei die Kopplungsschaltung ein Entkopplungsschaltungselement aufweist, um eine Kopplung des Steuerungsanschlusses des weiteren Stromspiegeltransistors mit dem Steuerungsanschluss des weiteren Zuflussschaltungstransistors zu schwächen.
Bei Beispiel 16 kann der Gegenstand von Beispiel 15 optional umfassen, dass das Entkopplungsschaltungselement der Kopplungsschaltung ein Widerstand ist.
Bei Beispiel 17 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 15 oder 16 optional umfassen, dass die Kopplungsschaltung ferner ein weiteres Entkopplungselement aufweist, das eine Reihenschaltung mit dem Entkopplungselement der Kopplungsschaltung bildet, die zwischen den Steuerungsanschluss des weiteren Stromspiegeltransistors und den Steuerungsanschluss des weiteren Zuflussschaltungstransistors gekoppelt ist, wobei die Reihenschaltung ferner einen Knoten aufweist, der ausgebildet ist, um mit einem Vorspannungspotential gekoppelt zu sein.
Bei Beispiel 18 kann der Gegenstand von Beispiel 17 optional umfassen, dass das weitere Entkopplungselement der Kopplungsschaltung ein Widerstand ist.
Bei Beispiel 19 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 10 bis 18 optional umfassen, dass der Immittanzwandlerverstärker ferner eine Steuerungsschaltungsverstärkerschaltung aufweist, wobei die Steuerungsschaltungsverstärkerschaltung und die Zuflussschaltungsverstärkerschaltung kapazitiv kreuzgekoppelt sind, wobei ein Eingang der Schaltung kapazitiv mit zumindest entweder einem Eingang der Steuerungsschaltungsverstärkerschaltung oder einem Eingang der Zuflussschaltungsverstärkerschaltung gekoppelt ist.
Bei Beispiel 20 kann der Gegenstand von Beispiel 19 optional umfassen, dass der Eingang der Schaltung kapazitiv mit dem Eingang der Steuerungsschaltungsverstärkerschaltung und mit dem Eingang der Zuflussschaltungsverstärkerschaltung gekoppelt ist.
Beispiel 21 ist eine integrierte Schaltung, die ein Substrat aufweist, das eine Schaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20 aufweist.
Bei Beispiel 22 kann der Gegenstand von Beispiel 21 optional einen Mischer umfassen, der mit dem Ausgang der Schaltung gekoppelt ist.
Bei Beispiel 23 kann der Gegenstand von Beispiel 22 optional umfassen, dass der Mischer ein Mischer mit einem vorbestimmten, änderbaren, festen oder flexiblen Arbeitszyklus ist.
Bei Beispiel 24 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 22 oder 23 optional einen Transimpedanzverstärker umfassen, der mit einem Ausgang des Mischers gekoppelt ist. Optional kann zumindest entweder der Transimpedanzverstärker oder der Mischer in einem Hochfrequenz-Analog/Digital-Wandlersystem integriert sein.
Beispiel 25 ist ein Empfänger oder ein Sende-Empfangs-Gerät, das eine Antenne; und eine Schaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20 aufweist, wobei die Antenne mit einem Eingang der Schaltung gekoppelt ist.
Bei Beispiel 26 kann der Gegenstand von Beispiel 25 optional einen Mischer umfassen, der mit dem Ausgang der Schaltung gekoppelt ist.
Bei Beispiel 27 kann der Gegenstand von Beispiel 26 optional umfassen, dass der Mischer ein Mischer mit einem vorbestimmten, änderbaren, festen oder flexiblen Arbeitszyklus ist.
Bei Beispiel 28 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 26 oder 27 optional einen Transimpedanzverstärker umfassen, der mit einem Ausgang des Mischers gekoppelt ist. Optional kann zumindest entweder der Transimpedanzverstärker oder der Mischer in einem Hochfrequenz-Analog/Digital-Wandlersystem integriert sein.
Beispiel 29 ist ein Verfahren zum Verstärken eines Eingangssignals, wobei das Verfahren das Empfangen des Eingangssignals an einem Eingang einer Schaltung, wobei die Schaltung einen Immittanzwandlerverstärker basierend auf einer Mehrzahl von Transistoren eines ersten Leitfähigkeitstyps und einen Versorgungstransistor, der zwischen einen Ausgang des Immittanzwandlerverstärkers und eine Versorgung für ein Versorgungspotential gekoppelt ist, aufweist, wobei der Versorgungstransistor ein Transistor eines zweiten Leitfähigkeitstyps ist, der komplementär zu dem ersten Typ ist; und das Bereitstellen eines Rückkopplungssignals basierend auf einem Ausgangssignal an dem Ausgang des Immittanzwandlerverstärkers an einen Steuerungsanschluss des Versorgungstransistors aufweist, um ein DC-Ausgangspotential des Ausgangs des Immittanzwandlerverstärkers zu stabilisieren.
Bei Beispiel 30 kann der Gegenstand von Beispiel 29 optional umfassen, dass das Empfangen des Eingangssignals das Bereitstellen des Eingangssignals an den Steuerungsanschluss des Versorgungstransistors aufweist.
Bei Beispiel 31 kann der Gegenstand von Beispiel 30 optional umfassen, dass das Bereitstellen des Eingangssignals an den Steuerungsanschluss des Versorgungstransistors das Bereitstellen des Eingangssignals an den Steuerungsanschluss des Versorgungstransistors über eine kapazitive Kopplung aufweist.
Bei Beispiel 32 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 29 bis 31 optional das Steuern eines Stroms umfassen, der durch einen Zuflussschaltungsverstärkertransistor fließt, wobei der Immittanzwandlerverstärker aufweist, dass die Zuflussschaltungsverstärkerschaltung einen Zuflussschaltungsverstärkertransistor des ersten Leitfähigkeitstyps aufweist, der zwischen den Ausgang des Immittanzwandlervertärkers und eine weitere Versorgung für ein weiteres Versorgungspotential gekoppelt ist.
Bei Beispiel 33 kann der Gegenstand von Beispiel 32 optional umfassen, dass das Steuern des Stroms, der durch den Zuflussschaltungsverstärkertransistor fließt, das Steuern des Stroms aufweist, der durch den Zuflussschaltungsverstärkertransistor fließt, so dass dieser proportional zu einem Steuerungsstrom ist, der durch den Stromspiegeltransistor fließt.
Bei Beispiel 34 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 32 oder 33 optional umfassen, dass die Zuflussschaltungsverstärkerschaltung eine kaskodierte Zuflussschaltungsverstärkerschaltung ist, die einen weiteren Zuflussschaltungsverstärkertransistor des ersten Leitfähigkeitstyps aufweist, der zwischen den Ausgang des Immittanzwandlerverstärkers und den Zuflussschaltungsverstärkertransistor gekoppelt ist, wobei das Verfahren ferner das Bereitstellen eines Steuerungssignals an den Steuerungsanschluss des weiteren Zuflussschaltungsverstärkertransistors aufweist.
Bei Beispiel 35 kann der Gegenstand von einem der Beispiele 32 bis 34 optional umfassen, dass der Immittanzwandlerverstärker ferner eine Steuerungsschaltungsverstärkerschaltung aufweist, wobei die Steuerungsschaltungsverstärkerschaltung und die Zuflussschaltungsverstärkerschaltung kapazitiv kreuzgekoppelt sind, und wobei das Empfangen des Eingangssignals das Bereitstellen des Eingangssignals zumindest entweder an einen Eingang der Steuerungsschaltungsverstärkerschaltung oder an einen Eingang der Zuflussschaltungsverstärkerschaltung aufweist.
Bei Beispiel 36 kann der Gegenstand von Beispiel 35 optional umfassen, dass das Empfangen des Eingangssignals das Bereitstellen des Eingangssignals an den Eingang der Steuerungsschaltungsverstärkerschaltung und an den Eingang der Zuflussschaltungsverstärkerschaltung aufweist.
Beispiel 37 ist eine Vorrichtung zum Verstärken eines Eingangssignals, wobei die Vorrichtung ein Mittel zum Empfangen des Eingangssignals an einem Eingang einer Schaltung aufweist, wobei die Schaltung einen Immittanzwandlerverstärker basierend auf einer Mehrzahl von Transistoren eines ersten Leitfähigkeitstyps aufweist, und einen Versorgungstransistor, der zwischen einen Ausgang des Immittanzwandlerverstärker und eine Versorgung für ein Versorgungspotential gekoppelt ist, wobei der Versorgungstransistor ein Transistor eine zweiten Leitfähigkeitstyps ist, der komplementär zu dem ersten Typ ist; und ein Mittel aufweist zum Bereitstellen eines Rückkopplungssignals basierend auf einem Ausgangssignal an dem Ausgang des Immittanzwandlerverstärkers an einen Steuerungsanschluss des Versorgungstransistors, um ein DC-Ausgangspotential der Ausgabe des Immittanzwandlerverstärkers zu stabilisieren. Anders ausgedrückt kann das Mittel zum Bereitstellen des Rückkopplungssignals das DC-Ausgangspotential der Ausgabe des Immittanzwandlerverstärkers stabilisieren.
Beispiel 38 ist ein maschinenlesbares Speicherungsmedium, das einen Programmcode umfasst, der bei der Ausführung verursacht, dass eine Maschine das Verfahren gemäß einem der Beispiele 29 bis 36 ausführt.
Beispiel 39 ist eine maschinenlesbare Speicherung, die maschinenlesbare Anweisungen umfasst, die bei der Ausführung ein Verfahren implementieren oder eine Vorrichtung implementieren, wie in einem der anhängigen Beispiele beschrieben ist.
Beispiel 40 ist ein Computerprogramm mit einem Programmcode zum Ausführen von einem der Verfahren der Beispiele 29 bis 36, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder Prozessor ausgeführt wird.
Beispiele können weiterhin ein Computerprogramm mit einem Programmcode zum Durchführen eines der obigen Verfahren bereitstellen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder Prozessor ausgeführt wird. Ein Fachmann würde leicht erkennen, dass Schritte verschiedener oben beschriebener Verfahren durch programmierte Computer durchgeführt werden können. Hierbei sollen einige Beispiele auch Programmspeichervorrichtungen, z. B. Digitaldatenspeichermedien abdecken, die maschinen- oder computerlesbar sind und maschinenausführbare oder computerausführbare Programme von Anweisungen codieren, wobei die Anweisungen einige oder alle der Handlungen der oben beschriebenen Verfahren durchführen. Die Programmspeichervorrichtungen können z. B. Digitalspeicher, magnetische Speichermedien wie beispielsweise Magnetplatten und Magnetbänder, Festplattenlaufwerke oder optisch lesbare Digitaldatenspeichermedien sein. Auch sollen die Beispiele Computer programmiert zum Durchführen der Handlungen der oben beschriebenen Verfahren oder (Feld-)programmierbare Logikanordnungen ((F)PLA-(Field) Programmable Logic Arrays) oder (Feld-)programmierbare Gatteranordnungen((F)PGA-(Field)Programmable Gate Arrays) programmiert zum Durchführen der Handlungen der oben beschriebenen Verfahren abdecken.
Durch die Beschreibung und Zeichnungen werden nur die Grundsätze der Offenbarung dargestellt. Es versteht sich daher, dass der Fachmann verschiedene Anordnungen ableiten kann, die, obwohl sie nicht ausdrücklich hier beschrieben oder dargestellt sind, die Grundsätze der Offenbarung verkörpern und in ihrem Sinn und Rahmen enthalten sind. Weiterhin sollen alle hier aufgeführten Beispiele grundsätzlich nur Lehrzwecken dienen, um den Leser beim Verständnis der Grundsätze der Offenbarung und der durch den (die) Erfinder beigetragenen Konzepte zur Weiterentwicklung der Technik zu unterstützen, und sollen als ohne Begrenzung solcher besonders aufgeführten Beispiele und Bedingungen dienend aufgefasst werden. Weiterhin sollen alle hiesigen Aussagen über Grundsätze, Aspekte und Beispiele der Offenbarung wie auch besondere Beispiele derselben deren Entsprechungen umfassen.
Als „Mittel für...” (Durchführung einer gewissen Funktion) bezeichnete Funktionsblöcke sind als Funktionsblöcke umfassend Schaltungen zu verstehen, die jeweils zum Durchführen einer gewissen Funktion eingerichtet sind. Daher kann ein „Mittel für etwas” ebenso als „Mittel eingerichtet für oder geeignet für etwas” verstanden werden. Ein Mittel eingerichtet zum Durchführen einer gewissen Funktion bedeutet daher nicht, dass ein solches Mittel notwendigerweise die Funktion durchführt (in einem gegebenen Zeitmoment).
Funktionen verschiedener in den Figuren dargestellter Elemente einschließlich jeder als „Mittel”, „Mittel zur Bereitstellung eines Sensorsignals”, „Mittel zum Erzeugen eines Sendesignals” usw. bezeichneter Funktionsblöcke können durch die Verwendung dedizierter Hardware wie beispielsweise „eines Signalanbieters”, „einer Signalverarbeitungseinheit”, „eines Prozessors”, „einer Steuerung”, usw. wie auch als Hardware fähig der Ausführung von Software in Verbindung mit zugehöriger Software bereitgestellt werden. Weiterhin könnte jede hier als „Mittel” beschriebene Instanz als „ein oder mehrere Module”, „eine oder mehrere Vorrichtungen”, „eine oder mehrere Einheiten”, usw. implementiert sein oder diesem entsprechen. Bei Bereitstellung durch einen Prozessor können die Funktionen durch einen einzigen dedizierten Prozessor, durch einen einzelnen geteilten Prozessor oder durch eine Vielzahl einzelner Prozessoren bereitgestellt werden, von denen einige geteilt sein können. Weiterhin soll ausdrückliche Verwendung des Begriffs „Prozessor” oder „Steuerung” nicht als ausschließlich auf zur Ausführung von Software fähige Hardware bezogen ausgelegt werden, und kann implizit ohne Begrenzung Digitalsignalprozessor-(DSP-)Hardware, Netzprozessor, anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC – Application Specific Integrated Circuit), feldprogrammierbare Gatteranordnung (FPGA – Field Programmable Gate Array), Nurlesespeicher (ROM – Read Only Memory) zum Speichern von Software, Direktzugriffsspeicher (RAM – Random Access Memory) und nichtflüchtige Speicherung einschließen. Auch kann sonstige Hardware, herkömmliche und/oder kundenspezifisch eingeschlossen sein.
Der Fachmann sollte verstehen, dass alle hiesigen Blockschaltbilder konzeptmäßige Ansichten beispielhafter Schaltungen darstellen, die die Grundsätze der Offenbarung verkörpern. Auf ähnliche Weise versteht es sich, dass alle Flussdiagramme, Zustandsübergangsdiagramme, Pseudocode und dergleichen verschiedene Prozesse darstellen, die im Wesentlichen in computerlesbarem Medium dargestellt und so durch einen Computer oder Prozessor ausgeführt werden, ungeachtet dessen, ob ein solcher Computer oder Prozessor ausdrücklich dargestellt ist.
Weiterhin sind die nachfolgenden Ansprüche hiermit in die ausführliche Beschreibung aufgenommen, wo jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann. Wenn jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann, ist zu beachten, dass – obwohl ein abhängiger Anspruch sich in den Ansprüchen auf eine besondere Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann – andere Beispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs einschließen können. Diese Kombinationen werden hier vorgeschlagen, sofern nicht angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Weiterhin sollen auch Merkmale eines Anspruchs für jeden anderen unabhängigen Anspruch eingeschlossen sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch gemacht ist.
Es ist weiterhin zu beachten, dass in der Beschreibung oder in den Ansprüchen offenbarte Verfahren durch eine Vorrichtung mit Mitteln zum Durchführen jeder der jeweiligen Handlungen dieser Verfahren implementiert sein können.
Weiterhin versteht es sich, dass die Offenbarung vielfacher in der Beschreibung oder den Ansprüchen offenbarter Handlungen oder Funktionen nicht als in der bestimmten Reihenfolge befindlich ausgelegt werden sollten. Durch die Offenbarung von vielfachen Handlungen oder Funktionen werden diese daher nicht auf eine bestimmte Reihenfolge begrenzt, es sei denn, dass diese Handlungen oder Funktionen aus technischen Gründen nicht austauschbar sind. Weiterhin kann in einigen Beispielen eine einzelne Handlung mehrere Teilhandlungen einschließen oder in diese unterteilt werden. Solche Teilhandlungen können eingeschlossen sein und Teil der Offenbarung dieser Einzelhandlung bilden, sofern sie nicht ausdrücklich ausgeschlossen sind.

Claims

Eine Schaltung (300), umfassend: einen Immittanzwandlerverstärker (100), der auf einer Mehrzahl von Transistoren eines ersten Leitfähigkeitstyps basiert; und einen Versorgungstransistor (330), der zwischen einen Ausgang (160) des Immittanzwandlerverstärkers (100) und eine Versorgung (180) für ein Versorgungspotential gekoppelt ist, wobei der Versorgungstransistor (330) ein Transistor eines zweiten Leitfähigkeitstyps ist, der komplementär zu dem ersten Typ ist, und wobei der Ausgang (160) des Immittanzwandlerverstärkers (100) über eine Ausgangsspannungssteuerungsschaltung (350) zu einem Steuerungsanschluss des Versorgungstransistors (330) zurückgeführt wird.
Die Schaltung (300) gemäß Anspruch 1, wobei der Versorgungstransistor (330) mit einem Zuflussanschluss und einem Senkenanschluss zwischen die Versorgung (180) für das Versorgungspotential und den Ausgang (160) des Immittanzwandlerverstärkers (100) gekoppelt ist.
Die Schaltung (300) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Ausgangsspannungssteuerungsschaltung (350) ausgebildet ist, um eine negative Rückkopplungsschleife zu erzeugen.
Die Schaltung (300) gemäß Anspruch 3, wobei die Ausgangsspannungssteuerungsschaltung (350) angepasst ist, um ein DC-Ausgangspotential des Ausgangs (160) des Immittanzwandlerverstärkers (100) zu stabilisieren.
Die Schaltung (300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Ausgangsspannungssteuerungsschaltung (350) eine steuerbare Spannungsquelle (360) aufweist, die zwischen den Ausgang (160) des Immittanzwandlerverstärkers (100) und den Steuerungsanschluss des Versorgungstransistors (330) gekoppelt ist.
Die Schaltung (300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Eingang (390) der Schaltung (300) mit dem Steuerungsanschluss des Versorgungstransistors (330) gekoppelt ist.
Die Schaltung (300) gemäß Anspruch 6, wobei ein Kondensator (400) zwischen den Eingang (390) der Schaltung (300) und den Steuerungsanschluss des Versorgungstransistors (330) gekoppelt ist.
Die Schaltung (300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Immittanzwandlerverstärker (100) eine Zuflussschaltungsverstärkerschaltung (110) aufweist, die einen Zuflussschaltungsverstärkertransistor (130) des ersten Leitfähigkeitstyps aufweist, der zwischen den Ausgang (160) des Immittanzwandlerverstärkers (100) und eine weitere Versorgung (190) für ein weiteres Versorgungspotential gekoppelt ist, wobei die Schaltung (300) ferner eine Vorspannungssteuerungsschaltung (410) aufweist, die mit einem Steuerungsanschluss des Zuflussschaltungsverstärkertransistor (130) gekoppelt ist und ausgebildet ist, um einen Strom zu steuern, der durch den Zuflussschaltungsverstärkertransistor (130) fließt.
Die Schaltung (300) gemäß Anspruch 8, wobei die Vorspannungssteuerungsschaltung (410) eine Stromspiegelschaltung (420) aufweist, die einen Stromspiegeltransistor (430) aufweist, wobei ein Steuerungsanschluss desselben mit dem Steuerungsanschluss des Zuflussschaltungsverstärkertransistors (130) gekoppelt ist, wobei die Stromspiegelschaltung (420) ausgebildet ist, um den Strom zu steuern, der durch den Zuflussschaltungsverstärkertransistor (130) fließt, so dass dieser proportional zu einem Steuerungsstrom ist, der durch den Stromspiegeltransistor (430) fließt.
Die Schaltung (300) gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei der Steuerungsanschluss des Zuflussschaltungsverstärkertransistors (130) mit einem Eingang (390) der Schaltung (300) gekoppelt ist, und wobei die Vorspannungssteuerungsschaltung (410) ein Stromspiegelentkopplungsschaltungselement (480) aufweist, um die Stromschaltungsspiegelschaltung (420) von dem Eingang (390) der Schaltung (300) zu entkoppeln.
Die Schaltung (300) gemäß Anspruch 10, wobei das Stromspiegelentkopplungsschaltungselement (480) einen Widerstand (490) aufweist.
Die Schaltung (300) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Zuflussschaltungsverstärkerschaltung (130) eine kaskodierte Zuflussschaltungsverstärkerschaltung ist, die einen weiteren Zuflussschaltungsverstärkertransistor (140) des ersten Leitfähigkeitstyps aufweist, der zwischen den Ausgang (160) des Immittanzwandlerverstärkers (100) und den Zuflussschaltungsverstärkertransistor (130) gekoppelt ist, wobei die Stromspiegelschaltung (420) eine kaskodierte Stromspiegelschaltung ist, die einen weiteren Stromspiegeltransistor (460) aufweist, der zwischen einen Knoten (450), mit dem der Steuerungsanschluss des Stromspiegeltransistors (430) gekoppelt ist, und den Stromspiegeltransistor (430) gekoppelt ist, und wobei der Steuerungsanschluss des weiteren Stromspiegeltransistors (460) mit einem Steuerungsanschluss des weiteren Zuflussschaltungsverstärkertransistors (140) gekoppelt ist.
Die Schaltung (300) gemäß Anspruch 12, wobei der Steuerungsanschluss des weiteren Stromspiegeltransistors (460) mit dem Steuerungsanschluss des weiteren Zuflussschaltungsverstärkertransistors (140) über eine Kopplungsschaltung (500) gekoppelt ist, wobei die Kopplungsschaltung (500) ein Entkopplungsschaltungselement (510) aufweist, um eine Kopplung des Steuerungsanschlusses des weiteren Stromspiegeltransistors (460) mit dem Steuerungsanschluss des weiteren Zuflussschaltungstransistors (140) zu schwächen.
Die Schaltung (300) gemäß Anspruch 13, wobei das Entkopplungsschaltungselement (510) der Kopplungsschaltung (500) ein Widerstand (520) ist.
Die Schaltung (300) gemäß einem der Ansprüche 13 oder 14, wobei die Kopplungsschaltung (500) ferner ein weiteres Entkopplungselement (530) aufweist, das eine Reihenschaltung mit dem Entkopplungselement (510) der Kopplungsschaltung (510) bildet, die zwischen den Steuerungsanschluss des weiteren Stromspiegeltransistors (460) und den Steuerungsanschluss des weiteren Zuflussschaltungstransistors (140) gekoppelt ist, wobei die Reihenschaltung ferner einen Knoten (550) aufweist, der ausgebildet ist, um mit einem Vorspannungspotential (560) gekoppelt zu sein.
Die Schaltung (300) gemäß Anspruch 15, wobei das weitere Entkopplungselement (530) der Kopplungsschaltung (500) ein Widerstand ist (540).
Die Schaltung (300) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 16, wobei der Immittanzwandlerverstärker (100) ferner eine Steuerungsschaltungsverstärkerschaltung (120) aufweist, wobei die Steuerungsschaltungsverstärkerschaltung (120) und die Zuflussschaltungsverstärkerschaltung (110) kapazitiv kreuzgekoppelt sind, wobei ein Eingang (390) der Schaltung (300) kapazitiv mit zumindest entweder einem Eingang der Steuerungsschaltungsverstärkerschaltung (120) oder einem Eingang der Zuflussschaltungsverstärkerschaltung (130) gekoppelt ist.
Die Schaltung (300) gemäß Anspruch 17, wobei der Eingang (390) der Schaltung (300) kapazitiv mit dem Eingang der Steuerungsschaltungsverstärkerschaltung (120) und mit dem Eingang der Zuflussschaltungsverstärkerschaltung (110) gekoppelt ist.
Eine integrierte Schaltung (700), umfassend: ein Substrat (710), das eine Schaltung (300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18 aufweist.
Ein Empfänger (800) oder ein Sende-Empfangs-Gerät (810), umfassend: eine Antenne (820); und eine Schaltung (300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Antenne (820) mit einem Eingang der Schaltung (300) gekoppelt ist.
Ein Verfahren zum Verstärken eines Eingangssignals, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Empfangen des Eingangssignals (P100) an einem Eingang (390) einer Schaltung (300), wobei die Schaltung (300) einen Immittanzwandlerverstärker (100) basierend auf einer Mehrzahl von Transistoren eines ersten Leitfähigkeitstyps und einen Versorgungstransistor (330), der zwischen einen Ausgang (160) des Immittanzwandlerverstärkers (100) und eine Versorgung (180) für ein Versorgungspotential gekoppelt ist, aufweist, wobei der Versorgungstransistor (330) ein Transistor eines zweiten Leitfähigkeitstyps ist, der komplementär zu dem ersten Typ ist; und Bereitstellen eines Rückkopplungssignals (P110) basierend auf einem Ausgangssignal an dem Ausgang (160) des Immittanzwandlerverstärkers (100) an einen Steuerungsanschluss des Versorgungstransistors (330), um ein DC-Ausgangspotential des Ausgangs (160) des Immittanzwandlerverstärkers (100) zu stabilisieren.
Das Verfahren gemäß Anspruch 21, wobei das Empfangen des Eingangssignals (P100) das Bereitstellen (P120) des Eingangssignals an den Steuerungsanschluss des Versorgungstransistors (330) aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 22, wobei das Bereitstellen (P120) des Eingangssignals an den Steuerungsanschluss des Versorgungstransistors (330) das Bereitstellen des Eingangssignals an den Steuerungsanschluss des Versorgungstransistors (330) über eine kapazitive Kopplung aufweist.
Ein Computerprogramm mit einem Programmcode zum Ausführen von einem der Verfahren der Ansprüche 21 bis 23, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder Prozessor ausgeführt wird.