DE102015107568A1

DE102015107568A1 - Offsetkompensation in einem Empfänger

Info

Publication number: DE102015107568A1
Application number: DE102015107568.7A
Authority: DE
Inventors: Kevin Glenn Gard; Robert C. Glenn
Original assignee: Analog Devices Inc
Current assignee: Analog Devices Inc
Priority date: 2014-05-16
Filing date: 2015-05-13
Publication date: 2015-11-19
Also published as: KR20150132015A; KR101739921B1; CN105099474B; US9692473B2; CN105099474A; US20150333786A1

Abstract

Aspekte dieser Offenbarung beziehen sich auf ein Kompensieren eines Offsets in einem Empfänger. Bei einer Ausführungsform umfasst der Empfänger einen Mischer, einen Rückkopplungsverstärker und einen Offsetkompensationsschaltkreis. Der Offsetkorrekturschaltkreis kann eine Anzeige eines Offsets in einem Differenzeingangssignal in den Rückkopplungsverstärker erzeugen und ein Offsetkompensationssignal an einem Offsetkompensationsknoten anwenden. Der Offsetkompensationsknoten kann sich in einem Signalpfad des Rückkopplungsverstärkers befinden. Diese Offsetkompensation kann einen Ableitstrom von einem lokalen Oszillator zu einem Eingangsanschluss des Mischers und/oder einem Antennenanschluss des Empfängers verringern oder beseitigen.

Description

Technisches Gebiet
Die offenbarte Technologie bezieht sich auf die Elektronik und insbesondere auf eine Offsetkompensation in einem Empfänger.
Beschreibung des Standes der Technik
Empfänger wie zum Beispiel Empfänger mit Direktumwandlung umfassen elektronische Komponenten wie zum Beispiel rauscharme Verstärker, Mischer und Verstärker. Einige Empfänger können Hochfrequenzsignale (HF-Signale) mithilfe einer Antenne empfangen. Das Rauschen an einem Antennenanschluss eines Empfängers kann unerwünscht sein. Bei einigen Anwendungen können zum Beispiel unerwünschte HF-Emissionen an den Antennenanschlüssen von digitalen 3G- und 4G-Mobilfunkbasiststationen streng reguliert sein, um eine Interferenz mit Basisstationsempfängern zu vermeiden, die in der Nähe eines Basisstationstransceivers oder eines Senders/Empfängers betrieben werden. In einem beispielhaften Standard wird festgelegt, dass die Empfangsbandemissionen für elektromagnetische Interferenzen (EMI) für eingerichtete Basisstationen am Antennenanschluss der Basisstation unter –96 dBm liegen müssen, was gleichbedeutend ist mit 5 µV über einer 50-Ohm-Last. Die elektronischen Komponenten eines Empfängers können ein Rauschen an einem Antennenanschluss eines Empfängers verursachen. Zum Beispiel können Offsets in einem Empfänger, die von den Empfängerkomponenten wie zum Beispiel einem lokalen Oszillatorableitstrom herrühren, ein Rauschen an dem Antennenanschluss des Empfängers verursachen.
Folglich besteht ein Bedürfnis für ein Verringern eines Offsets innerhalb des Empfängers und/oder ein Verringern eines Rauschens an einem Antennenanschluss eines Empfängers.
KURZDARSTELLUNG BESTIMMTER ERFINDERISCHER ASPEKTE
Ein Aspekt dieser Offenbarung ist eine Vorrichtung, die einen Empfänger umfasst. Der Empfänger umfasst einen Mischer, einen Rückkopplungsverstärker und einen Offsetkompensationsschaltkreis. Der Mischer ist konfiguriert, eine Frequenz eines Eingangssignals abwärts umzusetzen und ein Differenzsignal zu erzeugen. Der Rückkopplungsverstärker umfasst einen Verstärker, der konfiguriert ist, das Differenzsignal zu verstärken und einen Rückkopplungspfad zwischen einer Ausgangsklemme des Rückkopplungsverstärkers und einer Eingangsklemme bereitzustellen. Der Rückkopplungspfad umfasst ein ohmsches Schaltkreiselement, das mit einem Rückkopplungsknoten elektrisch verbunden ist, der zwischen dem Mischer und der Eingangsklemme des Rückkopplungsverstärkers angeordnet ist. Der Offsetkompensationsschaltkreis ist konfiguriert, eine Anzeige eines Offsets in dem Differenzsignal zu erzeugen. Der Offsetkompensationsschaltkreis ist auch konfiguriert, zumindest teilweise aufgrund der Anzeige des Offsets in dem Differenzsignal ein Offsetkompensationssignal an einem Offsetkompensationsknoten anzuwenden. Der Offsetkompensationsknoten befindet sich in einem Signalpfad zwischen dem Rückkopplungsknoten und der Ausgangsklemme des Rückkopplungsverstärkers.
Ein weiterer Aspekt dieser Offenbarung ist eine Vorrichtung, die einen lokalen Oszillator, einen Mischer, einen Rückkopplungsverstärker und einen Offsetkompensationsschaltkreis umfasst. Der lokale Oszillator ist konfiguriert, ein Ausgangssignal eines lokalen Oszillators zu erzeugen. Der Mischer ist mit dem lokalen Oszillator verbunden. Der Mischer ist konfiguriert, die Frequenz eines Hochfrequenzsignals zumindest teilweise aufgrund des Ausgangssignals des lokalen Oszillators abwärts umzusetzen. Der Rückkopplungsverstärker umfasst einen Verstärker, der konfiguriert ist, ein Ausgangssignal von dem Mischer an einer Eingangsklemme des Rückkopplungsverstärkers zu empfangen. Der Rückkopplungsverstärker umfasst auch ein Rückkopplungselement, das zwischen einer Ausgangsklemme des Rückkopplungsverstärkers und der Eingangsklemme des Rückkopplungsverstärkers angeordnet ist. Das Rückkopplungselement ist mit einem Rückkopplungsknoten elektrisch verbunden, der zwischen dem Mischer und der Eingangsklemme des Rückkopplungsverstärkers angeordnet ist. Der Offsetkompensationsschaltkreis ist konfiguriert, eine Anzeige eines Offsets zu erzeugen, der an der Eingangsklemme des Rückkopplungsverstärkers vorhanden ist. Der Offsetkompensationsschaltkreis ist konfiguriert, zumindest teilweise aufgrund der Anzeige des Offsets ein Offsetkompensationssignal an einem Offsetkompensationsknoten anzuwenden, der einen Signalpfad zwischen dem Rückkopplungsknoten und der Ausgangsklemme des Rückkopplungsverstärkers darstellt. Das Offsetkompensationssignal ist konfiguriert, zu veranlassen, dass ein Ableitstrom von dem lokalen Oszillator an einem Eingangsanschluss des Mischers verringert wird.
Ein weiterer Aspekt dieser Offenbarung ist ein elektronisch umgesetztes Verfahren zum Kompensieren eines Offsets in einem Empfänger. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines Differenzsignals durch einen passiven Mischer eines Empfängers an Eingangsklemmen eines Transimpedanzverstärkers. Der Transimpedanzverstärker umfasst einen Verstärker und einen Rückkopplungspfad zwischen einer der Eingangsklemmen und einer Ausgangsklemme des Transimpedanzverstärkers. Der Rückkopplungspfad umfasst ein ohmsches Schaltkreiselement, das mit einem Rückkopplungsknoten elektrisch verbunden ist, der zwischen dem passiven Mischer und einer der Eingangsklemmen angeordnet ist. Das Verfahren umfasst ein Erkennen eines Offsets in dem durch den Transimpedanzverstärker empfangenen Differenzsignal. Das Verfahren umfasst auch ein Anwenden des Offsetkompensationssignals an einem Offsetkorrekturknoten, um den erkannten Offset zu kompensieren, wobei sich der Offsetkorrekturknoten in einem Signalpfad zwischen dem Rückkopplungsknoten und dem Ausgang des Transimpedanzverstärkers befindet.
Zu Zwecken einer kurzen Darstellung der Offenbarung wurden hier bestimmte Aspekte, Vorteile und neue Merkmale der Erfindung beschrieben. Es ist selbstverständlich, dass nicht unbedingt alle diese Vorteile mit einer speziellen Ausführungsform der Erfindung erreicht werden können. Somit kann die Erfindung in einer Art und Weise verkörpert oder ausgeführt werden, die einen Vorteil oder eine Gruppe von Vorteilen, wie sie hier gelehrt werden, erreicht oder optimiert, ohne unbedingt weitere Vorteile zu erreichen, wie sie hier gelehrt oder vorgeschlagen werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Zeichnungen und die zugehörige Beschreibung werden bereitgestellt, um spezifische Ausführungsformen der Erfindung darzustellen, und sind nicht als einschränkend zu verstehen.
1A ist ein schematisches Schaltbild eines Empfängers mit Direktumwandlung, der gemäß einer Ausführungsform einen Offsetkompensationsschaltkreis umfasst, der konfiguriert ist, einen lokalen Oszillatorableitstrom (LO-Ableitstrom) zu verringern.
1B ist ein schematisches Schaltbild eines anschaulichen passiven Mischers des Empfängers mit Direktumwandlung aus 1A.
2A ist ein schematisches Schaltbild eines Empfängers, der gemäß einer Ausführungsform einen Offsetkompensationsschaltkreis umfasst, der konfiguriert ist, einen Offset an einem Summierknoten des Verstärkers zu erkennen und den Offset an einem Eingang des Verstärkers zu kompensieren.
2B ist ein schematisches Schaltbild eines Teils eines Empfängers mit Direktumwandlung, der eine Analyse einer Offsetkorrektur an einer Eingangsklemme des Empfängers aus 2A unterstützt.
3 ist ein schematisches Schaltbild eines Empfängers, der gemäß einer Ausführungsform einen Offsetkompensationsschaltkreis umfasst, der konfiguriert ist, einen Offset an einem Ausgang eines Verstärkers zu erkennen und den Offset an einem Eingang des Verstärkers zu kompensieren.
4A ist ein schematisches Schaltbild eines Empfängers, der gemäß einer Ausführungsform einen Offsetkompensationsschaltkreis umfasst, der konfiguriert ist, einen Offset an einem Ausgang eines Mehrstufenverstärkers zu erkennen und den Offset zwischen den Stufen des Mehrstufenverstärkers zu kompensieren.
4B ist ein schematisches Schaltbild eines Teils eines Empfängers mit Direktumwandlung, der eine Analyse einer Offsetkorrektur zwischen den Stufen des Mehrstufenverstärkers aus 4A unterstützt.
4C ist ein schematisches Schaltbild eines Empfängers, der gemäß einer Ausführungsform einen Offsetkompensationsschaltkreis umfasst, der konfiguriert ist, einen Offset an einem Eingang eines Mehrstufenverstärkers zu erkennen und den Offset zwischen den Stufen des Mehrstufenverstärkers zu kompensieren.
5 ist ein schematisches Schaltbild eines Teils eines Empfängers, der gemäß einer Ausführungsform einen Offsetkompensationsschaltkreis aufweist, der einen Analog-Digital-Wandler zum Erkennen eines Offsets und eine digitale Steuereinheit zum Steuern einer Offsetkompensation umfasst.
6 ist ein schematisches Schaltbild eines Teils eines Empfängers, der gemäß einer Ausführungsform einen Offsetkompensationsschaltkreis aufweist, der einen Differenzverstärker, einen Analog-Digital-Wandler und eine digitale Steuereinheit umfasst.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BESTIMMTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende detaillierte Beschreibung bestimmter Ausführungsformen stellt zahlreiche Beschreibungen spezifischer Ausführungsformen dar. Die hier beschriebenen Neuerungen können jedoch in einer Vielzahl verschiedener Weisen verkörpert werde, zum Beispiel so, wie es in den Ansprüchen definiert und abgedeckt wird. In dieser Beschreibung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen gleiche Bezugszeichen identische oder funktionell ähnliche Elemente bezeichnen können. Es ist selbstverständlich, dass die in den Figuren dargestellten Elemente nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet sind.
Wie oben erörtert wird, kann das Rauschen an einem Antennenanschluss eines Empfängers unerwünscht sein. Bei bestimmten Anwendungen können zum Beispiel unerwünschte HF-Emissionen an dem Antennenanschluss von digitalen 3G- und 4G-Mobilfunkbasiststationen streng reguliert sein, um eine Interferenz mit Basisstationsempfängern zu vermeiden, die in der Nähe eines Basisstationstransceivers betrieben werden.
Ein Umsetzen von Breitbandempfängern, welche die Standards wie zum Beispiel 3G und/oder 4G erfüllen, ist typischerweise wünschenswert. Es besteht ein wachsender Wunsch, weitere Kommunikationsstandards abzudecken und/oder auf weiteren Frequenzbändern zu operieren. Es besteht auch der Wunsch, Empfängerarchitekturen in einer energie- und kostensparenden Weise umzusetzen. Um diese Ziele zu erreichen, sind Empfänger mit Direktumwandlung verwendet worden.
In einem Empfänger mit Direktumwandlung wird ein analoges Signal in ein Basisbandsignal gewandelt und danach wird das Basisbandsignal digitalisiert. Ein Problem, das im Zusammenhang mit Empfängern mit Direktumwandlung auftritt, ist ein lokaler Oszillatorableitstrom. Ein lokaler Oszillator für einen Empfänger mit Direktumwandlung kann auf einer Frequenz innerhalb des Empfangsbandes einer Basisstation betrieben werden. Signale, die von dem lokalen Oszillator erzeugt werden, können einen Strom durch die endliche Isolation von Empfänger-Front-End-Schaltkreisen wie zum Beispiel von einem rauscharmen Verstärker (Low-Noise Amplifier, LNA) zu dem Antennenanschluss oder einem anderen Antenneneingangsanschluss ableiten. Ein lokales Oszillatorausgangssignal kann auf einen Mischer angewandt werden, um ein empfangenes Signal, das ein HF-Signal sein kann, in ein Basisbandsignal zu wandeln. Das lokale Oszillatorausgangssignal kann von den HF-Eingängen zum Beispiel durch das Gleichgewicht der Mischereinheiten isoliert werden. Wenn in dem Mischer und/oder der Mischerschnittstelle jedoch Ungleichgewichte vorhanden sind, kann das Gleichgewicht hinfällig werden. Folglich kann das lokale Oszillatorausgangssignal ein Strom zu einem Eingangsanschluss des Mischers und in einigen Fällen zu einem Eingangsanschluss des Empfängers wie zum Beispiel einem Antennenanschluss ableiten. Der Ableitstrom an dem Eingangsanschluss des Empfängers kann proportional zu einem Offset sein, der von dem Ungleichgewicht herrührt. Der Ableitstrom von dem lokalen Oszillator ist unerwünscht und kann in einem elektronischen System Offsets, Ungenauigkeiten, Fehler oder eine Kombination davon verursachen.
Es bestehen strenge von bestimmten Standards definierte Grenzwerte für einen Ableitstrom an Antennenanschlüssen. In einem Standard wird zum Beispiel festgelegt, dass die Empfangsbandemissionen für eingerichtete Basisstationen am Antennenanschluss der Basisstation unter –96 dBm liegen müssen. Die hier offenbarte Offsetkorrektur kann in Empfängern umgesetzt werden, um die Spezifikationen für einen Ableitstrom zu erfüllen.
Aspekte dieser Offenbarung beziehen sich auf ein Kompensieren eines Offsets in einem Empfänger wie zum Beispiel einem Empfänger mit Direktumwandlung. Bei einer Ausführungsform umfasst der Empfänger einen passiven Mischer, einen Rückkopplungsverstärker wie zum Beispiel einen Transimpedanzverstärker und einen Offsetkorrekturschaltkreis. Die Offsetkorrektur kann eine Anzeige eines Offsets in einem Differenzeingangssignal in den Transimpedanzverstärker erzeugen und ein Offsetkompensationssignal an einem Offsetkompensationsknoten anwenden. Der Offsetkompensationsknoten kann sich in dem Verstärkersignalpfad und innerhalb einer Rückkopplungsschleife des Transimpedanzverstärkers befinden. Diese Offsetkompensation kann einen Ableitstrom von einem lokalen Oszillator zu einem Eingangsanschluss des passiven Mischers und/oder einem Antennenanschluss des Empfängers verringern oder beseitigen.
1A ist ein schematisches Schaltbild eines Empfängers mit Direktumwandlung 100, der gemäß einer Ausführungsform einen Offsetkompensationsschaltkreis 102 umfasst, der konfiguriert ist, einen lokalen Oszillatorableitstrom zu verringern. Der in 1A dargestellte Empfänger mit Direktumwandlung 100 umfasst einen Offsetkompensationsschaltkreis 102, eine Antenne 104, einen Antennenanschluss 106, einen rauscharmen Verstärker (Low-Noise Amplifier, LNA) 108, ein Symmetrieglied 110, einen Mischer 112, einen lokalen Oszillator (LO) 114 und einen Verstärker 116. Es ist selbstverständlich, dass der Empfänger mit Direktumwandlung 100 mehr oder weniger als die in 1A dargestellten Elemente umfassen kann. Bei bestimmten Ausführungsformen können der Offsetkompensationsschaltkreis 102, der Antennenanschluss 106, der LNA 108, das Symmetrieglied 110, der Mischer 112 und der Verstärker 116 in einem integrierten Schaltkreis enthalten sein und die Antenne 104 und der lokale Oszillator 114 können sich außerhalb oder innerhalb des integrierten Schaltkreises befinden.
Der dargestellte Empfänger 100 kann an der Antenne 104 ein HF-Signal empfangen. Das HF-Signal kann an dem Antennenanschluss 106 bereitgestellt werden. Die Antennenanschlüsse wie zum Beispiel der Antennenanschluss 106 müssen keine Eins-zu-Eins-Entsprechung mit den physischen Antennen wie zum Beispiel der Antenne 104 aufweisen. Stattdessen können die Antennenanschlüsse logische Elemente sein, die durch ihre Bezugssignalsequenzen definiert werden. Mehrere Antennenanschlusssignale können von einer einzigen Signalübertragungsantenne übertragen werden. Bei einigen weiteren Anwendungen kann ein einziger Antennenanschluss mehrere Übertragungsantennen abgreifen.
Das an dem Antennenanschluss 106 empfangene HF-Signal kann an dem LNA 108 bereitgestellt werden. Wie gezeigt, verstärkt der LNA 108 das HF-Signal und stellt das verstärkte HF-Signal an dem Symmetrieglied 110 bereit. Das Symmetrieglied 110 stellt ein differenzielles Symmetriegliedausgangssignal an dem Mischer 112 bereit. Das Symmetrieglied 110 kann zum Beispiel ein Transformatorsymmetrieglied sein. Der lokale Oszillator 114 kann ein lokales Oszillatorausgangssignal an den Mischer 112 liefern.
Der Mischer 112 kann ein passiver Mischer sein. Mit einer nach dem Mischen umgesetzten Tiefpass- oder Bandpassfilterung kann der Mischer 112 die Frequenz des differenziellen Symmetriegliedausgangssignals von einer Hochfrequenz auf ein Basisband abwärts umsetzen. Der Mischer 112 kann ein Differenzbasisbandsignal an dem Verstärker 116 bereitstellen. Bei einem Beispiel kann der Mischer 112 ein Gilbert-Zellenmischer sein. Bei einer Umsetzung kann der Mischer 112 ein Vier-Quadranten-Multiplizierblock einer Gilbert-Zelle sein. Der Mischer 112 kann durch Feldeffekttransistoren (FETs) wie zum Beispiel Metalloxidhalbleitertransistoren (Metall Oxide Semiconductor transistors, MOS-Transistoren) umgesetzt werden, die in einer Komplementärform vorliegen können, Sperrschicht-Feldeffekttransistoren (Junction Gate Field Effect Transistors, JFETs), seitlich gestreute Metalloxidhalbleitertransistoren (Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor transistors, LDMOS-Transistoren), GaAs-Metallhalbleiter-Feldeffekttransistoren (GaAs Metal Semiconductor Field Effect transistors, GaAs MESFETs) oder pseudomorphe Transistoren mit hoher Elektronenbeweglichkeit (pseudomorphic High Electron Mobility Transistors, pHEMTs), Bipolartransistoren oder ähnliche Transistoren umgesetzt werden. Obwohl die Begriffe „Metall“ und „Oxid“ zum Beispiel in einem „MOS“ vorhanden sein können, können die Transistoren Gates, die aus anderen Materialien als Metallen wie zum Beispiel aus Polysilicium hergestellt sind, und dielektrische Oxidbereiche aufweisen, die aus anderen Dielektrika als Siliciumoxid wie zum Beispiel aus einem Dielektrikum mit hoher Dielektrizitätskonstante hergestellt sind.
1B ist ein schematisches Schaltbild eines anschaulichen Mischers 112 des Empfängers mit Direktumwandlung aus 1A. Der in 1B dargestellte Mischer 112 ist ein passiver Mischer. Ein passiver Mischer kann durch Feldeffekttransistoren umgesetzt werden. In einem passiven Mischer kann jeder Transistor als ein Schalter betrieben werden, der ein- oder ausgeschaltet ist. Die Transistoren eines passiven Mischers können, wenn sie eingeschaltet sind, mit zwei Knoten elektrisch verbunden sein und sie können zwei Knoten isolieren, wenn sie ausgeschaltet sind. In einem passiven Mischer können die Transistoren regelmäßig ein- und ausgeschaltet werden, um die Signale zu mischen. Ein passiver Mischer kann in Reihe geschaltet sein mit einem aktiven Schaltkreis und kann einen Gleichstrom aus dem aktiven Schaltkreis durchlassen.
Der Mischer 112 in 1B kann durch Feldeffekttransistoren wie zum Beispiel VMOS-Transistoren und/oder PMOS-Transistoren umgesetzt werden. Die Differenzausgangssignale des lokalen Oszillators V_{LO_P} und V_{LO_N} können verschiedene Transistoren des Mischers 112 ein- und ausschalten. Der Mischer 112 kann auf der Grundlage eines Ausgangssignals des lokalen Oszillators 114 aus 1A abwechselnd positive und negative HF-Eingangssignale RF_IN+ und RF_IN- mit positiven und negativen Basisbandausgängen BB_OUT+ und BB_OUT- des Mischers 112 verbinden.
In einem ersten Zustand kann ein positives lokales Oszillatorausgangssignal V_{LO_P} die Transistoren 120 und 126 einschalten und eine negatives lokales Oszillatorausgangssignal V_{LO_N} kann die Transistoren 122 und 124 ausschalten. Dementsprechend kann ein positiver Basisbandausgang BB_OUT+ in einem ersten Zustand ein positives HF-Eingangssignal RF_IN+ empfangen und ein negativer Basisbandausgang BB_OUT- kann ein negatives HF-Eingangssignal RF_IN- empfangen. Als Reaktion auf die sich ändernden Ausgangszustände der lokalen Oszillatorausgangssignale V_{LO_P} und V_{LO_N} kann der Mischer 112 von einem Betrieb in dem ersten Zustand in einen Betrieb in einem zweiten Zustand übergehen. In einem zweiten Zustand kann das positive lokale Oszillatorausgangssignal V_{LO_P} die Transistoren 120 und 126 ausschalten und das negative lokale Oszillatorausgangssignal V_{LO_N} kann die Transistoren 122 und 124 einschalten. Dementsprechend kann ein positiver Basisbandausgang BB_OUT+ in dem zweiten Zustand das negative HF-Eingangssignal RF_IN- empfangen und der negative Basisbandausgang BB_OUT- kann das positive HF-Eingangssignal RF_IN+ empfangen.
Zurückkehrend zu 1A ist der hier dargestellte Verstärker 116 ein Transimpedanzverstärker. Ein Transimpedanzverstärker kann einen Stromeingang und einen Spannungsausgang aufweisen. Ein beispielhafter Transimpedanzverstärker ist ein Operationsverstärker. Der Verstärker 116 kann auch ein Differenzverstärker sein. Wie dargestellt, kann der Verstärker 116 ein Differenzbasisbandeingangssignal von dem Mischer 112 empfangen und eine verstärkte Differenzausgangsspannung V_OUT erzeugen. Der dargestellte Verstärker 116 stellt eine niederohmige Basisbandlast für den Mischer 112 bereit. Der Verstärker 116 kann eine Strom-Spannungs-Wandlung an dem Differenzausgangssignal des Mischers 112 ausführen.
Der dargestellte Verstärker 116 ist als ein Rückkopplungsverstärker mit Rückkopplungspfaden angeordnet, die einen oder mehrerer ohmsche Schaltkreiselemente umfassen, die zwischen eine Ausgangsklemme des Verstärkers 116 und eine Eingangsklemme des Verstärkers 116 geschaltet sind. Auf die Rückkopplungspfade kann als Rückkopplungsschleifen Bezug genommen werden. In 1A umfasst ein erster Rückkopplungspfad einen ersten Widerstand R_F1, der zwischen eine nichtinvertierende Ausgangsklemme des Verstärkers 116 und eine invertierende Eingangsklemme des Verstärkers 116 geschaltet ist. Wie dargestellt, kann der erste Widerstand R_F1 insbesondere zwischen die nichtinvertierende Ausgangsklemme des Verstärkers 116 und einen ersten Rückkopplungsknoten N1 geschaltet werden. Wie dargestellt, entspricht der erste Rückkopplungsknoten N1 einem Ausgang des Mischers 112 und der invertierenden Eingangsklemme des Verstärkers 116. In 1A umfasst ein zweiter Rückkopplungspfad einen zweiten Widerstand R_F2, der zwischen eine invertierende Ausgangsklemme des Verstärkers 116 und eine nichtinvertierende Eingangsklemme des Verstärkers 116 geschaltet ist. Wie dargestellt, kann der zweite Widerstand R_F2 insbesondere zwischen die invertierende Ausgangsklemme des Verstärkers 116 und einen zweiten Rückkopplungsknoten N2 geschaltet werden. Wie dargestellt, ist der zweite Rückkopplungsknoten N2 zwischen dem Mischer 112 und der nichtinvertierenden Eingangsklemme des Verstärkers 116 mit einem Modell für eine Eingangsoffsetspannung V_OS zwischen dem zweiten Rückkopplungsknoten N2 und der nichtinvertierenden Eingangsklemme angeordnet. Es ist selbstverständlich, dass die Eingangsoffsetspannung V_OS keine physische Komponente ist und dass der zweite Rückkopplungsknoten N2 der gleiche Knoten wie die nichtinvertierende Eingangsklemme sein kann.
Eine Verstärkung des Verstärkers 116 kann auf einem Widerstandswert des ersten Widerstands R_F1 und/oder auf dem Widerstandswert des zweiten Widerstands R_F2 beruhen. Wie dargestellt, können die Widerstandswerte des ersten Widerstands R_F1 und des zweiten Widerstands R_F2 zum Beispiel die Verstärkung des Verstärkers 116 einstellen. Die Widerstandswerte des ersten Widerstands R_F1 und des zweiten Widerstands R_F2 können in bestimmten Anwendungen ungefähr gleich sein. Es können jedoch andere Werte verwendet werden und diese können vom Fachmann einfach ermittelt werden.
1A stellt dar, wie sich ein Ableitstrom bei der Abwesenheit einer Offsetkompensation durch den Offsetkompensationsschaltkreis 102 von dem lokalen Oszillator 114 zu dem Antennenanschluss 106 ausbreiten kann. Differenzielle Ungleichgewichte innerhalb des Verstärkers 116 wie zum Beispiel ungleichgewichtige Transistoren und/oder Widerstände innerhalb des Verstärkers 116 können einen Spannungsoffset erzeugen, der an einem Eingang des Verstärkers 116 wahrnehmbar ist. Ein Offset an dem Eingang des Verstärkers 116 wird durch die in 1A gezeigte Eingangsoffsetspannung V_OS modelliert. Die differenziellen Ungleichgewichte innerhalb des Verstärkers 116 können auch einen Spannungsoffset erzeugen, der an dem Ausgang des Verstärkers 116 wahrnehmbar ist.
Die Eingangsoffsetspannung V_OS kann einen Fehler bei der Hochfrequenzschaltzeit zwischen Schaltern wie zum Beispiel NMOS-, PMOS- und/oder CMOS-Schaltern des Mischers 112 erzeugen, die abwechselnd die positiven und negativen HF-Eingangssignale RF_IN+ und RF_IN- des Mischers 112 mit der nichtinvertierenden und der invertierenden Eingangsklemme des Verstärkers 116 verbinden. Das Vorhandensein einer Eingangsoffsetspannung V_OS kann einen Fehler bei der Hochfrequenzschaltzeit zwischen den umpolenden Mischerschaltern 120, 122, 124 und 126 in 1B erzeugen, die konfiguriert sind, das positive HF-Eingangssignal RF_IN+ und das negative HF-Eingangssignal RF_IN- mit dem nichtinvertierenden und dem invertierenden Eingang des Verstärkers 116 zu verbinden.
Ein sich ergebendes differenzielles Ungleichgewicht des Mischers 112 kann einen Ableitstrom von dem lokalen Oszillator 114 an einem HF-Eingangsanschluss des Mischers 112 und einen Differenzgleichstrom am Ausgang des Mischers 112 verursachen, die proportional sind zu der Eingangsoffsetspannung V_OS des Verstärkers 116. Wie in 1A gezeigt wird, kann, wenn keine Offsetkompensation vorhanden ist, ein Differenzableitstrom des lokalen Oszillators durch die Front-End-Schaltkreise des Empfängers wie zum Beispiel dem LNA 108 abgeleitet werden, der eine endliche Isolation zu dem Antennenanschluss 106 aufweist. Die Rückwärtsisolation des LNA 108 kann bei bestimmten Umsetzungen durch interne Kapazitäten des LNA 108 eingeschränkt sein. Der Ableitstrom von dem lokalen Oszillator 114 kann durch den LNA 108 zum Beispiel über eine kapazitive Verbindung abgeleitet werden.
Wie in 1A gezeigt wird, kann der Offsetkompensationsschaltkreis 102 in Reihe geschaltet sein zwischen einen Rückkopplungsknoten N2 und einen Offsetkompensationsknoten N3. Gemäß einigen weiteren Ausführungsformen kann ein Teil des Offsetkompensationsschaltkreises in Reihe geschaltet sein zwischen einen Rückkopplungsknoten N2 und einen Offsetkompensationsknoten N3. Der Offsetkompensationsschaltkreis 102 kann sich in einer Rückkopplungsschleife des Verstärkers 116 befinden. Der Offsetkompensationsschaltkreis 102 kann eine Offsetgleichspannung V_OS kompensieren, die ohne eine Kompensation an dem Eingang des Verstärkers 116 vorhanden sein kann. Dies kann den Ableitstrom von dem lokalen Oszillator 114 an dem HF-Eingangsanschluss des Mischers 112 und/oder den Ableitstrom von dem lokalen Oszillator 114 an dem Antennenanschluss 106 verringern oder beseitigen, was die EMI-Eigenschaften verbessert. Der Offsetkompensationsschaltkreis 102 kann eine Anzeige eines Offsets in dem Differenzeingangssignal des Verstärkers 116 erzeugen. Die Anzeige des Offsets in dem Differenzeingangssignal in den Verstärker 116 kann zum Beispiel aufgrund des Differenzeingangssignals in den Verstärker 116, des Differenzausgangssignals des Verstärkers 116, des Differenzsignals der Zwischenstufen des Verstärkers 116 oder einer Kombination davon erzeugt werden. Wenn die Anzeige des Offsets in dem Differenzeingangssignal aus dem Differenzausgangssignal des Verstärkers 116 erzeugt wird, kann eine nichtlineare Rückkopplungsschleife umgesetzt werden. Eine solche nichtlineare Rückkopplungsschleife kann einen Korrektur-Digital-Analog-Wandler umfassen, der auf einer Frequenz unterhalb einer gewünschten Signalbandbreite oder beim Starten aktualisiert werden kann. Weitere Einzelheiten hinsichtlich des Erzeugens der Anzeige des Offsets in dem Differenzeingangssignal in den Verstärker 116 werden in Bezug auf die 2A bis 6 bereitgestellt. Aufgrund der Anzeige des Offsets in dem Differenzsignal in den Verstärker 116 kann der Offsetkompensationsschaltkreis 102 ein Offsetkompensationssignal an einem Offsetkompensationsknoten anwenden.
Der Offsetkompensationsknoten N3 kann sich in einem Signalpfad zwischen dem Mischer 112 und dem invertierenden Ausgang des Verstärkers 116 befinden. In 1A befindet sich der Offsetkompensationsknoten N3 auch in dem Rückkopplungspfad zwischen der invertierenden Ausgangsklemme des Verstärkers 116 und der nichtinvertierenden Eingangsklemme des Verstärkers 116, wobei der Rückkopplungspfad, wie gezeigt, auch den Rückkopplungswiderstand R_F2 umfasst. Alternativ oder zusätzlich kann sich der Offsetkompensationsknoten N3 in einem Signalpfad zwischen dem Mischer 112 und dem nichtinvertierenden Ausgang des Verstärkers 116 befinden (was in 2A nicht dargestellt wird). In diesen Beispielen kann sich der Offsetkompensationsknoten auch in einem Rückkopplungspfad zwischen der nichtinvertierenden Ausgangsklemme des Verstärkers 116 und der invertierenden Eingangsklemme des Verstärkers 116 befinden.
Der Offsetkompensationsknoten N3 kann in dem Signalpfad zwischen dem Rückkopplungsknoten N2 und der Ausgangsklemme des Verstärkers 116 angeordnet sein. Bei bestimmten Ausführungsformen befindet sich ein Offsetkompensationsknoten wie zum Beispiel der Offsetkompensationsknoten N3 zwischen einem Rückkopplungsknoten wie zum Beispiel dem zweiten Rückkopplungsknoten N2 und einem Eingang des Verstärkers 116.
Das Anwenden eines Offsetkorrektursignals wie zum Beispiel eines Offsetkorrekturstroms oder einer Offsetkorrekturspannung an einem Offsetkorrekturknoten kann die Eingangsoffsetspannung V_OS verringern oder beseitigen. Von daher kann eine Differenzoffsetgleichspannung am Eingang des Verstärkers kompensiert werden, um einen Ableitstrom von dem lokalen Oszillator an dem HF-Eingangsanschluss eines passiven Mischers zu vermeiden, der einen mit dem Verstärkereingang verbundenen Ausgang aufweist. Bei bestimmten Umsetzungen können die Offsetgleichspannungen sowohl am Eingang als auch am Ausgang des Verstärkers kompensiert werden. Der Offsetkompensationsschaltkreis 102 kann die Differenzoffsetgleichspannung am Eingang des Verstärkers 116, dem Ausgang des Verstärkers 116 oder auf einer Zwischenstufe des Verstärkers 116 abtasten oder messen. Wie oben erörtert, kann diese Rückkopplungsschleife nichtlinear sein, wenn der Ausgang des Verstärkers 116 abgetastet wird, um die Anzeige der Differenzoffsetgleichspannung an dem Eingang des Verstärkers 116 zu erzeugen. Der Offsetkompensationsschaltkreis kann eine Offsetkorrekturspannung innerhalb der Rückkopplungsschleife des Verstärkers 116 erzeugen und eine negative Rückkopplungssteuerung der erzeugten Offsetkompensationsspannung bereitstellen, um den Verstärkeroffset zu beseitigen. Die Offsetspannung kann an einem Eingang des Verstärkers 116 oder an einem Ausgang einer ersten Stufe des Verstärkers 116 angewandt werden, wenn der Verstärker 116 mehr als eine Stufe umfasst.
Die 2A bis 6 zeigen verschiedene Ausführungsformen des Offsetkompensationsschaltkreises 102 in einem Empfänger sowie Modelle der Offsetkompensation. Jedes der Prinzipien und jeder der Vorteile der Offsetkompensation in diesen Ausführungsformen kann auf den Empfänger 100 aus 1A angewandt werden. Der Offsetkompensationsschaltkreis 102 kann zum Beispiel eine beliebige Kombination von Merkmalen der Offsetkompensationsschaltkreise 102A, 102B, 102C, 102D und/oder 102E umfassen. Bei einem weiteren Beispiel kann die Offsetkorrektur an verschiedenen Knoten des Empfängers 100 aus 1A gemäß den Prinzipien und Vorteilen der Ausführungsformen der 2A bis 6 angewandt werden. Darüber hinaus kann jede Kombination von Merkmalen der Offsetkompensation der 2A bis 6 je nach Zweckmäßigkeit kombiniert werden. Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Offsetkompensation der 2A bis 6 in Verbindung mit passiven Mischern angewandt werden. Diese passiven Mischer können zum Beispiel in Empfängern mit Direktumwandlung umgesetzt werden.
In der 2A wird ein schematisches Schaltbild eines Teils eines Empfängers beschrieben, der einen Offsetkompensationsschaltkreis 102A umfasst. Der Empfänger in der 2A ist konfiguriert, um einen Offset aufgrund einer Differenzeingangsspannung des Verstärkers 116 zu erkennen und den Offset an dem Eingang des Verstärkers 116 zu kompensieren. Wie dargestellt, ist der Empfänger ein Empfänger mit Direktumwandlung. Der Offsetkompensationsschaltkreis 102A kann ein Offsetkompensationssignal in einem Signalpfad an einer der Eingangsklemmen des Verstärkers 116 sein, um einen Differenzoffset zu kompensieren. Das Offsetkompensationssignal kann in einer Rückkopplungsschleife des Verstärkers 116 angewandt werden. Bei der Ausführungsform der 2A kann das Offsetkompensationssignal an einem Offsetkompensationsknoten N3 in einem Signalpfad und zwischen dem Mischer 112 und einem Eingang des Verstärkers 116 angewandt werden.
Wie gezeigt, umfasst der Offsetkompensationsschaltkreis 102A einen Differenzverstärker 202, eine erste Stromquelle 204 und eine zweite Stromquelle 206. Der Differenzverstärker 202, die erste Stromquelle 204 und die zweite Stromquelle 206 können außerhalb des Rückkopplungspfads umgesetzt werden, der die Verstärkung des Verstärkers 116 einstellt. Der Differenzverstärker 202 kann ein Operationsverstärker sein. Der Differenzverstärker 202 kann das Differenzausgangssignal des Mischers 112 an seinen Eingangsklemmen empfangen und ein Ausgangssignal erzeugen, dass den Offset der Eingangsoffsetspannung V_OS des Verstärkers 116 anzeigt. Da die Schleife, die den Differenzverstärker 202 umfasst, eine Schleife mit einer relativ niedrigen Frequenz sein kann, können relativ große Einheiten verwendet werden. Zum Verringern der Auswirkung der Kapazität dieser relativ großen Einheiten können Widerstände in Reihe geschaltet zwischen den Eingangsklemmen des Differenzverstärkers 202 und den Knoten N1 bzw. N2 eingerichtet werden. Diese Widerstände können in Verbindung mit jeder der anderen offenbarten Ausführungsformen eingerichtet werden. Eine Zerhackerstabilisierung, eine geschaltete Kondensatordoppelabtastung oder andere Abtasttechniken mit niedrigem Offset können alternativ oder zusätzlich umgesetzt werden. Diese Techniken können in Verbindung mit jeder der anderen offenbarten Ausführungsformen umgesetzt werden. Das Ausgangssignal des dargestellten Differenzverstärkers 202 zeigt an, dass die Eingangsoffsetspannung V_OS in den Verstärker 116 eine negative Spannung oder eine positive Spannung ist. Der Differenzverstärker 202 kann die Offsetspannung dynamisch erkennen.
Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 202 kann von der ersten Stromquelle 204 und der zweiten Stromquelle 206 empfangen werden. Wenn die erste Stromquelle 204 und die zweite Stromquelle 206, die in 2A dargestellt werden, konfiguriert sind, ein Offsetkompensationssignal in einem Signalpfad zu der invertierenden Ausgangsklemme des Verstärkers 116 anzuwenden, können diese Stromquellen alternativ ein Offsetkompensationssignal in einem Signalpfad zu der nichtinvertierenden Ausgangsklemme des Verstärkers 116 anwenden. Bei weiteren Ausführungsformen können die erste Stromquelle 204 und die zweite Stromquelle 206 mit verschiedenen Signalpfaden verbunden sein, die den Differenzausgängen des Verstärkers 116 zugeordnet sind, wie es zum Beispiel bei der Ausführungsform in 4A gezeigt wird.
In 2A ist ein Offsetwiderstand R_OS zwischen dem Rückkopplungsknoten N2 und dem Offsetwiderstand N3 angeordnet. Ein Offsetstrom I_OS kann durch den Offsetwiderstand R_OS geleitet werden, der in einem Signalpfad in Reihe mit einer Eingangsklemme des Verstärkers 116 und innerhalb einer Rückkopplungsschleife des Verstärkers 116 geschaltet ist. Dies kann eine Offsetkompensationsspannung erzeugen, die ungefähr die gleiche Größe und eine umgekehrte Polarität wie die Offsetspannung aufweist. Die Größe der beiden Stromquellen 204 und 206 kann ungefähr gleich sein, wobei eine Stromquelle Strom von einer Versorgungsspannung bezieht und die zweite Stromquelle ungefähr den gleichen Strom an die gegenüberliegende Seite des Offsetwiderstandes R_OS abgibt, um dadurch die Kompensationsspannung zu erzeugen und den Offsetkorrekturstrom daran zu hindern, einen gewünschten Betrieb des Signalpfads zu stören.
Die erste Stromquelle 204 und die zweite Stromquelle 206 können Gleichstromquellen sein. Die erste Stromquelle 204 kann einen Strom bereitstellen, der eine umgekehrte Polarität wie ein Strom aufweist, der von der zweiten Stromquelle 206 bereitgestellt werden kann. Die erste Stromquelle 204 kann einen Strom erzeugen, der eine erste Polarität auf einer Seite des Offsetwiderstandes R_OS aufweist, und die zweite Stromquelle 206 kann einen Strom erzeugen, der eine zweite Polarität, die umgekehrt zur ersten Polarität ist, auf der anderen Seite des Offsetwiderstandes R_OS aufweist. Der von der ersten Stromquelle 204 und/oder der zweiten Stromquelle 206 bereitgestellte Strom kann einen Spannungsabfall über den Offsetwiderstand R_OS verursachen, um die Eingangsoffsetspannung V_OS im Wesentlichen auszulöschen. Zum Ausgleich kann ein Widerstand mit dem im Wesentlichen gleichen Widerstandswert wie der Offsetwiderstand R_OS in einen Signalpfad zu dem anderen Eingang des Verstärkers 116 eingebunden werden. Der Offsetwiderstand R_OS kann als ein Teil des Offsetkompensationsschaltkreises 102A betrachtet werden.
Von daher können die erste Stromquelle 204 und die zweite Stromquelle 206 Ströme mit einer entgegengesetzten Polarität und einer ungefähr gleichen Größe bereitstellen, um den Eingangsoffset des Verstärkers 116 zu verringern. Das Ausgangssignal des Verstärkers 202 kann auch die Größe des von dem Offsetkompensationsschaltkreis bereitgestellten Offsetkorrektursignals so steuern, dass der Differenzoffset des Eingangssignals des Verstärkers 116 erheblich verringert oder im Wesentlichen beseitigt wird.
2B ist ein schematisches Schaltbild eines Teils eines Empfängers, der eine Analyse einer Offsetkompensation für die Ausführungsform in 2A unterstützt. Obwohl ein asymmetrischer Schaltkreis analysiert wird, ist die Analyse auf einen vollständigen Differenzschaltkreis anwendbar. Wenn der Verstärker 116 nicht kompensiert wäre, würde eine Offsetspannung V_X am Knoten N1 einen Ableitstrom von dem lokalen Oszillator 114 verursachen, sobald der Mischer 112 mit dem Eingang verbunden wird. Folglich wäre die Spannung am Knoten N1 ungefähr 0 Volt, wenn keine anderen Signale vorhanden sind. In 2B sind der erste Rückkopplungsknoten N1 und der erste Offsetkompensationsknoten N3a der gleiche Knoten.
Der Verstärker 116 weist eine endliche Leerlaufgleichspannungsverstärkung A auf, sodass A ≠ ∞ ist. Wenn der Offsetkompensationswiderstand R_OS und alle Signale, die von der ersten Stromquelle 204 und/oder der zweiten Stromquelle 206 angewandt werden, vernachlässigt werden, kann die Ausgangsspannung V_o auf der Gleichspannungsverstärkung A, der Offsetspannung V_X am Knoten N1 und der Eingangsoffsetspannung V_OS beruhen.
Wenn der Verstärker 116 nicht kompensiert ist, kann die Offsetspannung V_X am Knoten N2 durch die Gleichung 1 dargestellt werden:
In Gleichung 1 stellt R_F den Widerstandswert des Rückkopplungswiderstandes R_F dar und R_IN stellt den Widerstandswert zwischen dem Ausgang des Mischers 112 und dem Knoten N2 dar.
Wenn der Verstärker 116 nicht kompensiert ist, kann die nicht kompensierte Offsetspannung V_X am Knoten N2 durch die Gleichung 2 dargestellt werden:
Typischerweise ist der Widerstand R_F größer als oder gleich groß wie der Widerstand R_IN. Daher kann die Beziehung in Gleichung 3 angewandt werden: –A / 2 + AV_OS ≤ V_X < V_OS (Gleichung 3)
In Gleichung 3 ist der hohe Wert an der Grenze, da die Leerlaufverstärkung sich dem Wert „Unendlich“ nähert. Die V_X-Knotenspannung am Knoten N1 kann für praktische Rückkopplungsverstärker 116 nahe bei der Eingangsoffsetspannung V_OS des Verstärkers liegen.
Ein Verfahren zum Korrigieren der Eingangsoffsetspannung V_OS ist, eine Offsetkorrekturgleichspannung, die von einem niederohmigen Widerstand geliefert wird, und die Gleichstromquellen an einem Offsetkorrekturknoten anzuwenden. Dieses Verfahren kann mithilfe der in den 2A und 2B gezeigten Schaltkreise umgesetzt werden. Für einen Verstärker 116 mit einer endlichen Leerlaufgleichspannungsverstärkung A und einer Offsetkorrektur kann die Ausgangsspannung V_O durch die Gleichung 4 dargestellt werden: V_O = –A(V_X – I_OSR_OS + V_OS) (Gleichung 4)
In Gleichung 4 kann I_OS den Offsetstrom darstellen, der von der ersten Stromquelle 204 an einem ersten Offsetkompensationsknoten N2 bereitgestellt wird und R_OS kann den Widerstandswert des Offsetwiderstandes R_OS darstellen.
Dementsprechend kann die kompensierte Offsetspannung V_X am Knoten N2 mit einer Offsetkompensation durch die Gleichung 5 dargestellt werden,
Von daher ist die Ausgangsspannung V_O ungefähr 0 Volt und die Spannung V_X am Knoten N2 ist ungefähr 0 Volt, wenn das Produkt des Offsetstroms I_OS und des Widerstandswerts des Offsetwiderstandes R_OS ungefähr gleich der Eingangsoffsetspannung V_OS ist. Der Offsetkompensationsschaltkreis 102A kann den Offsetstrom I_OS so einstellen, dass das Auslöschen der Eingangsoffsetspannung V_OS auftritt. Ähnliche Prinzipien können in Verbindung mit jedem der anderen hier offenbarten Offsetkompensationsschaltkreise angewandt werden.
3 ist ein schematisches Schaltbild eines Teils eines Empfängers, der gemäß einer Ausführungsform einen Offsetkompensationsschaltkreis 102B umfasst. Der Offsetkompensationsschaltkreis 102B kann einen Offset an einem Ausgang des Verstärkers 116 erkennen und kann den Offset an dem Eingang des Verstärkers 116 kompensieren. Der Differenzverstärker 202 des Offsetkompensationsschaltkreises 102B ist konfiguriert, um ein Differenzausgangssignal des Verstärkers 116 als ein Eingangssignal zu empfangen und aufgrund des Differenzausgangssignals des Verstärkers 116 eine Anzeige der Eingangsoffsetspannung V_OS an den Verstärker 116 zu erzeugen. Andernfalls kann der Offsetkompensationsschaltkreis 102B im Wesentlichen der Gleiche sein wie der Offsetkompensationsschaltkreis 102A in 2A. Bei einer Ausführungsform kann eine nichtlineare Offsetkompensationsschleife eingerichtet werden. Die nichtlineare Offsetkompensationsschleife kann einen Digital-Analog-Wandler umfassen, der zwischen den Differenzverstärker 202 und die Stromquellen 204 und 206 eingebunden ist. Dieser Analog-Digital-Wandler kann mit einer Frequenz aktualisiert werden, die unterhalb einer gewünschten Signalbandbreite liegt und/oder er kann darauf reagieren, dass der Empfänger eingeschaltet wird.
4A ist ein schematisches Schaltbild eines Teils eines Empfängers, der gemäß einer Ausführungsform einen Offsetkompensationsschaltkreis 102C umfasst. Die hier beschriebene Offsetkompensation kann auf Mehrstufenverstärker angewandt werden. Wie in 4A gezeigt wird, kann der Offsetkompensationsschaltkreis 102C einen Offset an einem Ausgang des Verstärkers 116 erkennen und kann den Offset zwischen einer ersten Stufe 116A und einer zweiten Stufe 116B des Verstärkers 116 kompensieren. Bei bestimmten Ausführungsformen kann insbesondere ein Offsetkorrektursignal zwischen einem Ausgang der ersten Stufe 116A und einem Eingang der zweiten Stufe 116B des Verstärkers 116 angewandt werden. Die erste bzw. die zweite Stromquelle 204 bzw. 206 können mit einem ersten bzw. einem zweiten Offsetkompensationsknoten einer Zwischenstufen N3b bzw. N3a elektrisch verbunden sein. In 4A können die Stromquellen 204 und 206 eine Offsetkompensationsspannung direkt am Ausgang der ersten Stufe 116A erzeugen und die Offsetkompensationsspannung kann dann auf das Eingangssignal der zweiten Stufe 116B angewandt werden. Interne Lastwiderstände der ersten Stufe 116A können ähnlich wie der Offsetkorrekturwiderstand R_OS in 2A und/oder in 3 funktionieren. Bei einer Ausführungsform kann eine nichtlineare Offsetkompensationsschleife eingerichtet werden. Die nichtlineare Offsetkompensationsschleife kann einen Digital-Analog-Wandler umfassen, der zwischen den Differenzverstärker 202 und die Stromquellen 204 und 206 eingebunden ist. Dieser Analog-Digital-Wandler kann mit einer Frequenz aktualisiert werden, die unterhalb einer gewünschten Signalbandbreite liegt und/oder er kann darauf reagieren, dass der Empfänger eingeschaltet wird.
Wie in 4A dargestellt wird, können die erste Stromquelle 204 und die zweite Stromquelle 206 ein Offsetkorrektursignal auf verschiedene Signalpfade des Verstärkers 116 anwenden. Die erste Stromquelle 204 ist konfiguriert, ein erstes Offsetkorrektursignal in dem Signalpfad des Verstärkers 116 und zwischen dem ersten Rückkopplungsknoten N1 und der invertierenden Ausgangsklemme der zweiten Stufe 116B des Verstärkers 116 anzuwenden. In 4A kann insbesondere die Offsetkorrektur an dem Ausgang der ersten Stufe erledigt und auf das Eingangssignal der zweiten Stufe 116B angewandt werden. Die sich ergebende Offsetkorrektur kann Auswirkungen auf den Eingangsknoten und die Ausgangsknoten des Verstärkers 116 haben. Die zweite Stromquelle 206 ist konfiguriert, ein zweites Offsetkorrektursignal in dem Signalpfad des Verstärkers 116 und zwischen dem zweiten Rückkopplungsknoten N2 und der nichtinvertierenden Ausgangsklemme der zweiten Stufe 116B des Verstärkers 116 anzuwenden. Von daher kann der Offsetkompensationsschaltkreis 102C Offsets innerhalb der Rückkopplungsschleife des Verstärkers 116 und auch in dem Signalpfad des Verstärkers 116 kompensieren.
4B ist ein schematisches Schaltbild eines Teils eines Direktempfängers, um eine Offsetkompensation für die Ausführungsform in 4A zu modellieren. Obwohl ein asymmetrischer Schaltkreis analysiert wird, kann die Analyse auch auf einen vollständigen Differenzschaltkreis angewandt werden. Wenn der Verstärker 116 nicht kompensiert wäre, würde eine Offsetspannung V_X am Knoten N2 einen Ableitstrom von dem lokalen Oszillator 114 verursachen, sobald der Mischer 112 mit dem Eingang verbunden wird. Folglich wäre die Spannung am Knoten N2 ungefähr 0 Volt, wenn keine anderen Signale vorhanden sind. In 4B kann die Stromquelle 204 angeordnet werden, um Strom bereitzustellen oder Strom abzuziehen. Folglich kann die Stromquelle 204 in 4B einen Korrekturstrom bereitstellen, der eine positive Polarität oder eine negative Polarität aufweist.
Wenn der Verstärker 116 nicht kompensiert ist, kann die Ausgangsspannung V_O des Verstärkers 116 durch die Gleichung 6 dargestellt werden: V_O = B[–A(V_X + V_OS) + I_OSR_OS]. (Gleichung 6)
In Gleichung 6 stellt A die Verstärkung der ersten Stufe 116A des Verstärkers 116 dar und B stellt die Verstärkung der zweiten Stufe 116B des Verstärkers 116 dar.
Die Spannung V_X am Knoten N2 kann durch die obige Gleichung 1 dargestellt werden. Auf der Grundlage von Gleichung 1 und Gleichung 6 kann die Gleichung 7 abgeleitet werden.
Wie in Gleichung 7 angezeigt wird, kann die Ausgangsspannung V_O ungefähr 0 Volt sein, wenn das Produkt aus der Verstärkung der ersten Stufe A und der Ausgangsspannung V_O ungefähr gleich dem Produkt aus dem Offsetstrom I_OS und dem Widerstandswert des Offsetwiderstandes R_OS ist. Der Offsetkompensationsschaltkreis 102C kann den Offsetstrom I_OS so einstellen, dass das Auslöschen des Eingangsoffsetspannung V_OS auftritt. Ähnliche Prinzipien können in Verbindung mit jedem der anderen hier offenbarten Offsetkompensationsschaltkreise angewandt werden.
4C ist ein schematisches Schaltbild eines Empfängers, der gemäß einer Ausführungsform einen Offsetkompensationsschaltkreis 102C' umfasst, der konfiguriert ist, einen Offset an einem Eingang eines Mehrstufenverstärkers zu erkennen und den Offset zwischen den Stufen des Mehrstufenverstärkers zu kompensieren. Der Offsetkompensationsschaltkreis 102C' in 4C ist ähnlich wie der Offsetkompensationsschaltkreis 102C in 4A mit der Ausnahme, dass der Differenzverstärker 202 in dem Offsetkompensationsschaltkreis 102C' unterschiedlich angeordnet ist als der Differenzverstärker 202 des Offsetkompensationsschaltkreises 102C in 4A. In 4C umfasst der Offsetkompensationsschaltkreis 102C' einen Differenzverstärker 202, der konfiguriert ist, eine Differenzoffsetspannung am Eingang des Verstärkers 116 zu erkennen. Wie in 4C gezeigt wird, kann der Differenzverstärker 202 eine invertierende Eingangsklemme, die mit einem ersten Rückkopplungsknoten N1 elektrisch verbunden ist, und eine nichtinvertierende Eingangsklemme aufweisen, die mit einem zweiten Rückkopplungsknoten N2 elektrisch verbunden ist.
5 ist ein schematisches Schaltbild eines Teils eines Empfängers, der gemäß einer Ausführungsform einen Offsetkompensationsschaltkreis 102D umfasst. Der Offsetkompensationsschaltkreis 102D umfasst einen Analog-Digital-Wandler (Analog-to-Digital Converter, ADC) 210, eine digitale Steuereinheit 212, die erste Stromquelle 204 und die zweite Stromquelle 206. Der ADC 210 ist konfiguriert, um eine Differenzoffsetspannung an dem Ausgang des Verstärkers 116 zu erkennen. Die digitale Steuereinheit 212 kann ein Ausgangssignal von dem ADC 210 empfangen und an der ersten Stromquelle 204 und/oder an der zweiten Stromquelle 206 ein Steuersignal bereitstellen, um Offsetkorrekturen so anzuwenden, dass eine Eingangsoffsetspannung V_OS des Verstärkers 116 verringert oder beseitigt wird.
Der Offsetkompensationsschaltkreis 102D kann eine statische Offsetkompensation anwenden. Dementsprechend ist eine kontinuierliche Überwachung der Offsetspannung an der Ausgangsspannung des Verstärkers 116 nicht unbedingt erforderlich. Dies kann den Stromverbrauch während des Betriebs im Vergleich zu einer kontinuierlichen Offsetüberwachung verringern. Bei einer Ausführungsform kann der Offsetkompensationsschaltkreis 102D einen Offset mit dem ADC 210 erkennen und einen Ausgang der digitalen Steuereinheit 212 als Teil eines Einschaltkalibrierprozesses anpassen. Danach kann die digitale Steuereinheit 212 während des Betriebs des Empfängers im Wesentlichen konstant bleiben.
6 ist ein schematisches Schaltbild eines Teils eines Empfängers, der gemäß einer Ausführungsform einen Offsetkompensationsschaltkreis 102E umfasst. Der Offsetkompensationsschaltkreis 102E umfasst einen Differenzverstärker 202, der konfiguriert ist, eine Differenzoffsetspannung am Ausgang des Verstärkers 116 zu erkennen. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 202 kann an dem ADC 210 bereitgestellt werden. Andernfalls kann der Offsetkompensationsschaltkreis 102E im Wesentlichen der Gleiche sein wie der Offsetkompensationsschaltkreis 102D in 5.
Die Systeme, Vorrichtungen und Verfahren, die sich auf eine Offsetkompensation beziehen, werden oben unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben. Für einen Fachmann ist es selbstverständlich, dass die Prinzipien und Vorteile der Ausführungsformen für beliebige andere Systeme, Vorrichtungen oder Verfahren verwendet werden können, die einen Bedarf für eine Offsetkompensation aufweisen.
Diese Systeme, Vorrichtungen und/oder Verfahren können in verschiedenen elektronischen Einheiten umgesetzt werden. Zu den Beispielen der elektronischen Einheiten können gehören, ohne auf diese beschränkt zu sein: Unterhaltungselektronikprodukte, Teile von Unterhaltungselektronikprodukten, elektronische Testgeräte, eine drahtlose Kommunikationsinfrastruktur wie zum Beispiel Basisstationen usw. Zu den Beispielen der elektronischen Einheiten können auch gehören: Speicherchips, Speichermodule, Schaltkreise von optischen Netzwerken oder anderen Kommunikationsnetzwerken und Schaltkreise von Plattenlaufwerken. Zu den Unterhaltungselektronikprodukten können gehören, ohne auf diese beschränkt zu sein: Messinstrumente, medizinische Geräte, drahtlose Geräte, ein Mobiltelefon (zum Beispiel ein Smartphone), Mobilfunkbasisstationen, ein Telefon, ein Fernseher, ein Computerbildschirm, ein Computer, ein tragbarer Computer, ein Tablet-Computer, ein persönlicher Datenassistent (Personal Digital Assistant, PDA), eine Mikrowelle, ein Kühlschrank, eine Stereoanlage, ein Kassettenrekorder oder ein Kassettenabspielgerät, ein DVD-Abspielgerät, ein CD-Abspielgerät, ein digitaler Videorekorder (DVR), ein VCR, ein MP3-Abspielgerät, ein Radio, ein Camcorder, eine Kamera, eine Digitalkamera, ein tragbarer Speicherchip, eine Waschmaschine, ein Trockner, ein Waschtrockner, ein Kopiergerät, ein Faxgerät, ein Scanner, ein Mehrzweckperipheriegerät, eine Armbanduhr, eine Uhr usw. Außerdem können die elektronischen Einheiten unfertige Produkte umfassen.
Außer wenn der Zusammenhang eindeutig gegenteiliges erfordert, sind in der ganzen Beschreibung und den Ansprüchen die Begriffe „umfassen“, „umfassend“, „aufweisen“, „aufweisend“ und ähnliche in einem einschließenden Sinne zu verstehen, der im Gegensatz zu einem ausschließlichen oder erschöpfenden Sinne steht, das heißt, in dem Sinne eines „umfassen, ohne auf diese beschränkt zu sein“. Die Begriffe „gekoppelt“, „angeschlossen“ oder „verbunden“, so wie sie hier allgemein verwendet werden, beziehen sich auf zwei oder mehr Elemente, die entweder direkt oder mittels einem oder mehreren Zwischenelementen miteinander verbunden sein können. Außerdem beziehen sich die Begriffe „hier“, „oben“, „unten“ und Begriffe mit einer ähnlichen Bedeutung, wenn sie in dieser Anmeldung verwendet werden, auf diese Anmeldung als Ganzes, aber nicht auf spezielle Abschnitte dieser Anmeldung. Dort wo es der Zusammenhang erlaubt, können Begriffe in der detaillierten Beschreibung, welche die Einzahl oder die Mehrzahl verwenden, auch die Mehrzahl bzw. die Einzahl umfassen. Der Begriff „oder“ im Zusammenhang mit einer Liste von zwei oder mehreren Elementen, ist so zu verstehen, dass er alle der folgenden Interpretationen des Begriffs abdeckt: jedes der Elemente in der Liste, alle Elemente in der Liste und eine beliebige Kombination von Elementen aus der Liste. Alle hier bereitgestellten numerischen Werte sind so zu verstehen, dass sie ähnlich Werte innerhalb eines Messfehlers umfassen.
Die Lehren der hier bereitgestellten Erfindungen können auf andere Systeme angewandt werden, welche nicht unbedingt die oben beschriebenen Systeme sein müssen. Die Elemente und Aktionen der oben beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen können kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen bereitzustellen. Die Aktionen aller hier erörterten Verfahren können in einer beliebigen zweckmäßigen Reihenfolge ausgeführt werden. Darüber hinaus können die Aktionen aller hier erörterten Verfahren je nach Zweckmäßigkeit nacheinander oder parallel ausgeführt werden.
Obwohl bestimmte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, wurden diese Ausführungsformen nur im Sinne eines Beispiels dargestellt, und sie sind nicht so zu verstehen, dass sie den Umfang der Offenbarung beschränken. Tatsächlich können die hier beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme in einer Vielfalt weiterer Formen verkörpert werden. Außerdem können an der Form, der hier beschriebenen Verfahren und Systeme verschiedene Elemente und Teile weggelassen, ersetzt oder verändert werden, ohne von dem Erfindungsgedanken der Offenbarung abzuweichen. Die beigefügten Ansprüche und ihr Äquivalenzen sind so zu verstehen, dass sie diese Formen oder Veränderungen abdecken, so wie sie in den Umfang und den Erfindungsgedanken der Offenbarung fallen. Folglich wird der Umfang der vorliegenden Erfindung durch Bezugnahme auf die Ansprüche definiert.

Claims

Vorrichtung, die einen Empfänger umfasst, wobei der Empfänger (100) umfasst: einen Mischer (112), der konfiguriert ist, eine Frequenz eines Eingangssignals abwärts umzusetzen und ein Differenzsignal zu erzeugen; einen Rückkopplungsverstärker (116), umfassend: einen Verstärker, der konfiguriert ist, das Differenzsignal zu verstärken; und einen Rückkopplungspfad zwischen einer Ausgangsklemme des Rückkopplungsverstärkers und einer Eingangsklemme des Rückkopplungsverstärkers, wobei der Rückkopplungspfad ein ohmsches Schaltkreiselement (RF1, RF2) umfasst, das mit einem Rückkopplungsknoten elektrisch verbunden ist, der zwischen dem Mischer und der Eingangsklemme des Rückkopplungsverstärkers angeordnet ist; und einen Offsetkompensationsschaltkreis (102), der konfiguriert ist für: Erzeugen einer Anzeige eines Offsets in dem Differenzsignal; und Anwenden zumindest teilweise aufgrund der Anzeige des Offsets in dem Differenzsignal eines Offsetkompensationssignals an einem Offsetkompensationsknoten, wobei sich der Offsetkompensationsknoten in einem Signalpfad zwischen dem Rückkopplungsknoten und der Ausgangsklemme des Rückkopplungsverstärkers befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Mischer ein passiver Mischer ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Rückkopplungsverstärker (116) ein Transimpedanzverstärker ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Rückkopplungsverstärker eine erste Stufe und eine zweite Stufe umfasst, und wobei der Offsetkompensationsknoten zwischen der ersten Stufe und der zweiten Stufe angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Teil des Offsetkompensationsschaltkreises in Reihe geschaltet ist zwischen das ohmsche Schaltkreiselement und die Eingangsklemme des Rückkopplungsverstärkers.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Empfänger ein Empfänger mit Direktumwandlung ist, und wobei das durch den Mischer erzeugte Differenzsignal ein Basisbandsignal ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Mischer mit einem lokalen Oszillator verbunden ist und wobei das Offsetkompensationssignal konfiguriert ist, zu veranlassen, dass eine Menge eines Ableitstroms von dem lokalen Oszillator an einem oder mehreren Eingangsanschlüssen des Mischers verringert wird, wobei der eine oder die mehreren Eingangsanschlüsse des Mischers konfiguriert sind, das Eingangssignal zu empfangen.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Empfänger einen Antennenanschluss umfasst, wobei der Mischer mit einem lokalen Oszillator verbunden ist und wobei das Offsetkompensationssignal konfiguriert ist, zu veranlassen, dass eine Menge eines Ableitstroms von dem lokalen Oszillator an dem Antennenanschluss verringert wird.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Offsetkompensationsschaltkreis konfiguriert ist, das Differenzsignal zu empfangen und die Anzeige des Offsets in dem Differenzsignal zumindest teilweise aufgrund des Differenzsignals zu erzeugen.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Offsetkompensationsschaltkreis einen Differenzverstärker umfasst, der konfiguriert ist, das Differenzsignal zu empfangen und die Anzeige des Offsets in dem Differenzsignal zu erzeugen.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Rückkopplungsverstärker konfiguriert ist, ein Differenzausgangssignal zu erzeugen, wobei der Offsetkompensationsschaltkreis konfiguriert ist, die Anzeige des Offsets in dem Differenzsignal zumindest teilweise aufgrund des Differenzausgangssignals des Rückkopplungsverstärkers zu erzeugen.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Offsetkompensationsschaltkreis eine erste Stromquelle umfasst, die konfiguriert ist, zumindest teilweise aufgrund der Anzeige des Offsets in dem Differenzsignal das Offsetkompensationssignal an dem Offsetkompensationsknoten anzuwenden.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Offsetkompensationsschaltkreis außerdem eine zweite Stromquelle umfasst, die konfiguriert ist, zumindest teilweise aufgrund der Anzeige des Offsets in dem Differenzsignal ein anderes Offsetkompensationssignal in dem Signalpfad zwischen dem Mischer und der Ausgangsklemme des Rückkopplungsverstärkers anzuwenden, wobei das andere Offsetkompensationssignal eine umgekehrte Polarität als das Offsetkompensationssignal aufweist.
Vorrichtung, umfassend: einen lokalen Oszillator, der konfiguriert ist, ein Ausgangssignal eines lokalen Oszillators zu erzeugen; einen Mischer, der mit dem lokalen Oszillator verbunden ist, wobei der Mischer konfiguriert ist, die Frequenz eines Hochfrequenzsignals zumindest teilweise aufgrund des Ausgangssignals des lokalen Oszillators abwärts umzusetzen; einen Rückkopplungsverstärker, umfassend: einen Verstärker, der konfiguriert ist, ein Ausgangssignal von dem Mischer an einer Eingangsklemme des Rückkopplungsverstärkers zu empfangen; und ein Rückkopplungselement, das zwischen einer Ausgangsklemme des Rückkopplungsverstärkers und der Eingangsklemme des Rückkopplungsverstärkers angeordnet ist, wobei das Rückkopplungselement mit einem Rückkopplungsknoten elektrisch verbunden ist, der zwischen dem Mischer und der Eingangsklemme des Rückkopplungsverstärkers angeordnet ist; und ein Offsetkompensationsschaltkreis, der konfiguriert ist für: Erzeugen einer Anzeige eines Offsets, der an der Eingangsklemme des Rückkopplungsverstärkers vorhanden ist; und Anwenden zumindest teilweise aufgrund der Anzeige des Offsets eines Offsetkompensationssignals an einem Offsetkompensationsknoten, der einen Signalpfad zwischen dem Rückkopplungsknoten und der Ausgangsklemme des Rückkopplungsverstärkers darstellt; wobei das Offsetkompensationssignal konfiguriert ist, zu veranlassen, dass ein Ableitstrom von dem lokalen Oszillator an einem Eingangsanschluss des Mischers verringert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 14, die außerdem umfasst: einen Antennenanschluss; und einen rauscharmen Verstärker, der konfiguriert ist, ein an dem Antennenanschluss empfangenes Signal zu verstärken und das Hochfrequenzsignal über ein Symmetrieglied an dem Mischer bereitzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, wobei der Rückkopplungsverstärker zwei Stufen umfasst und wobei der Offsetkompensationsknoten zwischen den beiden Stufen angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, 15 oder 16, wobei der Mischer ein passiver Mischer ist.
Elektronisch umgesetztes Verfahren zum Kompensieren eines Offsets in einem Empfänger, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Differenzsignals von einem passiven Mischer an Eingangsklemmen eines Transimpedanzverstärkers, wobei der Transimpedanzverstärker einen Verstärker und einen Rückkopplungspfad zwischen einer der Eingangsklemmen und einer Ausgangsklemme des Transimpedanzverstärkers umfasst, wobei der Rückkopplungspfad ein ohmsches Schaltkreiselement umfasst, das mit einem Rückkopplungsknoten elektrisch verbunden ist, der zwischen dem passiven Mischer und einer der Eingangsklemmen angeordnet ist; Erkennen eines Offsets in dem durch den Transimpedanzverstärker empfangenen Differenzsignal; und Anwenden des Offsetkompensationssignals an einem Offsetkorrekturknoten, um den erkannten Offset zu kompensieren, wobei sich der Offsetkorrekturknoten in einem Signalpfad zwischen dem Rückkopplungsknoten und dem Ausgang des Transimpedanzverstärkers befindet.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Anwenden veranlasst, dass eine Menge eines Ableitstroms von einem lokalen Oszillator, der mit dem passiven Mischer verbunden ist, an einem oder mehreren Eingangsanschlüssen des passiven Mischers verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei das Erkennen durch einen Offsetkompensationsschaltkreis ausgeführt wird, der einen Differenzverstärker umfasst, der konfiguriert ist, das Differenzsignal zu empfangen und eine Anzeige des Offsets in dem Differenzsignal zu erzeugen.