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Hintergrund
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Die Erfindung betrifft elektrische Schalter für elektrische Vorrichtungen. Elektrische Schalter sind wichtige elektrische Komponenten und kommen in vielfältigen elektrischen Vorrichtungen zum Einsatz, wie beispielsweise in Mobilfunkgeräten und Radarmessvorrichtungen. Isolation und Einfügedämpfung sind dabei wichtige Kenngrößen um die Güte elektrischer Schalter zu bewerten.
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Elektrische Schalter, die als Hochfrequenzschalter genutzt werden und deren Isolation bei Einsatz in einem Zeit-Duplex-Verfahren für einen drahtlosen Transceiver unzureichend sind, führen dazu, dass das entstehende Lecksignal des Transceivers mit dem empfindlichen Empfänger interferieren kann, wodurch die Grenzwerte diverser Verordnungen, wie beispielsweise CE, FCC und dergleichen, möglicherweise nicht eingehalten werden. Andererseits kann eine zu hohe Einfügedämpfung dazu führen, dass die Empfindlichkeit des Empfängers reduziert wird beziehungsweise die Effizienz und Ausgangsleistung des Transmitters verringert wird. Daher sollten in solchen Schalterdesigns Isolation und Einfügedämpfung gegeneinander abgewogen werden. Um beispielsweise die Isolationsanforderungen (ISO) zu erfüllen, sieht eine gängige Lösung im Markt vor, dass benötigte Schaltkreiskomponenten mittels teurer Prozesse auf Gallium-Arsenit-Basis oder als Silicon on Insulator (SOI) implementiert werden.
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Wünschenswert wäre es daher, eine technische Lösung bereitzustellen, welche mindestens eines der Nachteile aus dem Stand der Technik bezüglich Isolation und/oder Einfügedämpfung von elektrischen Schaltern in HF-Vorrichtungen kompensieren oder zumindest verringern kann.
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Es ist Ziel der Erfindung eine Möglichkeit vorzuschlagen, welche zumindest einen Teil der im Stand der Technik bekannten Nachteile vermeidet oder zumindest vermindert.
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Die vorliegende Erfindung löst mindestens einen dieser Nachteile mittels einer Vorrichtung gemäß dem Hauptanspruch. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Lösung schlägt dabei gemäß des Hauptanspruches eine Wechselstrom-Schalteranordnung vor, welche einen Eingang und einen Ausgang aufweist, wobei zwischen dem Eingang und dem Ausgang die Wechselstrom-Schalteranordnung einen ersten Stromzweig mit einem Schalter und einen zweiten Stromzweig mit einem Netzwerk aufweist. Dabei führt das Netzwerk zu einer verbesserten Isolation in einem bestimmten Frequenzbereich, dadurch, dass der zweite Stromzweig ferner eine Schalteinrichtung aufweist.
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Eine Wechselstrom-Schalteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung meint dabei einen elektrischen Schaltkreis, der bei Wechselspannung beziehungsweise Wechselstrom betrieben wird und mindestens einen elektrischen Schalter aufweist.
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Ein Schalter gemäß der vorliegenden Erfindung meint dabei ein elektronisches Bauelement, welches einen Stromkreis öffnen und schließen kann, so dass in geöffnetem Zustand durch diesen Stromkreis kein Strom fließen kann und im geschlossenen Zustand ein Stromfluss durch den Stromkreis erfolgen kann.
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Ein Netzwerk gemäß der vorliegenden Erfindung meint dabei eine elektronische Vorrichtung, welche einen Stromkreisparameter beeinflussen beziehungsweise anpassen kann. Dabei kann es sich beispielsweise um einen integrierten Schaltkreis oder ein Netzwerk handeln, welches einen elektrischen Eingang und einen elektrischen Ausgang aufweist und bei dem zwischen Netzwerkeingang und Netzwerkausgang mindestens ein elektronisches Bauelement angeordnet ist. Das Netzwerk weist dabei vorzugsweise ein oder mehrere passive Bauelemente auf, kann jedoch auch ein oder mehrere aktive Bauelemente aufweisen. Als passive Bauelemente können auch Leitungselemente verwendet werden.
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Ferner kann ein Netzwerk gemäß der vorliegenden Erfindung ein Anpassungsnetzwerk meinen.
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Eine Isolation gemäß der vorliegenden Erfindung meint dabei ein Maß für ein Lecksignal, welches zwischen offenen elektrischen Kontakten auftritt. Je geringer das Lecksignal beziehungsweise der Leckstrom oder Leckfluss ist, desto höher ist die Isolation. Diese wird in dB angegeben, wobei eine hohe dB-Zahl einer entsprechend besseren Isolation entspricht.
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Eine Einfügedämpfung gemäß der vorliegenden Erfindung meint dabei ein Maß für einen Signalverlust bei geschlossenen elektrischen Kontakten und wird ebenfalls in dB angegeben. Je geringer der Signalverlust, desto geringer ist die Einfügedämpfung.
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In der Regel stehen Isolation und Einfügedämpfung in einem Konkurrenzverhältnis zueinander. Beides ist besonders in sogenannten RF-Komponenten beziehungsweise RF-Schaltkreisen von entscheidender Bedeutung für die Güte des Schaltkreises. RF steht dabei für Radio Frequency, das heißt, Hochfrequenz-Wechselstromschaltkreisen, wie sie beispielsweise bei der Mobilfunkkommunikation zum Tragen kommen.
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Eine Schalteinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung meint dabei eine Vorrichtung, welche mindestens einen elektrischen Schalter und mindestens ein weiteres elektronisches Bauteil aufweist. Die Schalteinrichtung ist dabei dazu eingerichtet, mindestens einen Teil eines elektrischen Schaltkreises elektrisch an- und abzuschalten. Die Schalteinrichtung ist also dazu eingerichtet, in einem Wechselstromschaltkreis als elektrischer Schalter zu fungieren.
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Die erfindungsgemäße Wechselstrom-Schalteranordnung weist dabei den Vorteil auf, dass diese die Isolation des ersten Schalters signifikant erhöhen kann, ohne dabei die Einfügedämpfung dieses Schalters relevant zu verändern.
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Bevor nachfolgend Ausgestaltungen der Erfindung eingehender beschrieben werden, ist zunächst festzuhalten, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen Komponenten oder die beschriebenen Verfahrensschritte beschränkt ist. Weiterhin stellt auch die verwendete Terminologie keine Einschränkung dar, sondern hat lediglich beispielhaften Charakter. Soweit in der Beschreibung und den Ansprüchen der Singular verwendet wird ist dabei jeweils der Plural mit umfasst, soweit der Kontext dies nicht explizit ausschließt. Etwaige Verfahrensschritte können, soweit der Kontext dies nicht explizit ausschließt, automatisiert ausgeführt werden. Entsprechende Verfahrensabschnitte können zu entsprechenden Vorrichtungseigenschaften führen und umgekehrt, so dass, sofern der Kontext dies nicht explizit ausschließt, ein Wechsel eines Verfahrensmerkmales in ein Vorrichtungsmerkmal ermöglicht wird und umgekehrt.
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Nachfolgend werden weitere exemplarische Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert.
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Gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung weist die Schalteinrichtung der Wechselstrom-Schalteranordnung ferner FET-Transistoren und/oder Dioden und/oder Bipolar-Transistoren und/oder high-electron-mobility Transistoren und/oder Relais auf.
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Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass herkömmliche und damit günstige elektrische Bauelemente für die Schalteinrichtung verwendet werden können.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Wechselstrom-Schalteranordnung ferner auf, dass das Netzwerk die Phase und die Amplitude eines in den Eingang der Wechselstrom-Schalteranordnung eingehenden Signales derart beeinflusst, dass nach einem Zusammenführen des ersten Stromzweiges mit dem zweiten Stromzweig ein durch den ersten Stromzweig leckendes Signal, im Fall, dass der Schalter geöffnet ist, am Ausgang vermindert wird.
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Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass diese die Isolation des ersten Schalters noch weiter und/oder zuverlässiger erhöhen kann, ohne dabei die Einfügedämpfung dieses Schalters relevant zu verändern. Dieser Vorteil kann dabei über eine hohe Frequenzbandbreite aufrechterhalten werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Wechselstrom-Schalteranordnung ferner auf, dass das Netzwerk ein T-Netzwerk ist.
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Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass ein besonders einfaches Netzwerk verwendet werden kann, um die Isolation des ersten Schalters signifikant zu erhöhen, ohne dabei die Einfügedämpfung dieses Schalters relevant zu verändern.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Wechselstrom-Schalteranordnung ferner auf, dass das Netzwerk ein Pl-Netzwerk ist.
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Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass ein besonders massestabiles Netzwerk verwendet werden kann, um die Isolation des ersten Schalters signifikant zu erhöhen, ohne dabei die Einfügedämpfung dieses Schalters relevant zu verändern.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Wechselstrom-Schalteranordnung ferner auf, dass das Netzwerk die Phase des eingehenden Signales um circa 180° in dem bestimmten Frequenzbereich dreht.
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Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die elektrische Ausgangsleistung der Wechselstrom-Schalteranordnung nicht signifikant verändert wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Wechselstrom-Schalteranordnung ferner auf, dass das Netzwerk die Amplitude passend skaliert.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Wechselstrom-Schalteranordnung ferner auf, dass im Fall, dass der Schalter geschlossen ist, die Schalteinrichtung geöffnet ist.
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Eine geöffnete Schalteinrichtung bzw. ein geöffneter Schalter gemäß der vorliegenden Erfindung meint dabei, dass die Schalteinrichtung bzw. der Schalter eine elektrische Unterbrechung eines Stromkreises vornimmt. Bei einem Schalter ist dies vorzugsweise derjenige Stromkreis, in dem der Schalter angeordnet ist. Bei der Schalteinrichtung kann dies derjenige Stromkreis sein, indem die Schalteinrichtung angeordnet ist, es kann jedoch auch ein anderer Stromkreis damit gemeint sein.
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Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass das Netzwerk eine Reduktion der Einfügedämpfung bewirken kann, ohne dass dadurch die Isolation signifikant verringert wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Wechselstrom-Schalteranordnung ferner auf, dass im Fall, dass der Schalter geschlossen ist, durch Öffnen der Schalteinrichtung eine Einfügedämpfung gesenkt wird. Vorzugsweise kann die Einfügedämpfung um 2dB oder mehr gesenkt werden.
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Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass das Netzwerk eine signifikante Reduktion der Einfügedämpfung bewirken kann, ohne dass dadurch die Isolation signifikant verringert wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Wechselstrom-Schalteranordnung ferner eine gemeinsame Ansteuerung auf, wobei die Schalteinrichtung mit einem invertierten Steuersignal des Schalters angesteuert wird.
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Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass eine besonders einfache und stabile Ansteuerung ermöglicht wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Schalteranordnung ferner auf, dass der bestimmte Frequenzbereich eine untere Grenze von etwa 100MHz aufweist, vorzugsweise 700MHz, besonders bevorzugt 15 GHz aufweist.
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Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Isolation des ersten Schalters über eine hohe Frequenzbandbreite in einem relevanten RF-Bereich erhöht werden kann, ohne dabei die Einfügedämpfung dieses Schalters relevant zu verändern.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nachfolgend eingehender an Hand der Figuren erläutert werden. In diesen zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer ersten vorgeschlagenen Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung einer weiteren vorgeschlagenen Vorrichtung gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung;
- 3 eine schematische Darstellung einer weiteren vorgeschlagenen Vorrichtung gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung;
- 4 eine schematische Darstellung einer weiteren vorgeschlagenen Vorrichtung gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung;
- 5 eine schematische Darstellung einer weiteren vorgeschlagenen Vorrichtung gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung;
- 6 ein Diagramm welches eine Auswertung der Isolation bezogen auf die Frequenz einer vorgeschlagenen Vorrichtung der Erfindung als auch entsprechender herkömmlicher Stand der Technik Vorrichtungen aufweist; und
- 7 ein Diagramm welches eine Auswertung der Einfügedämpfung bezogen auf die Frequenz der in 6 vorgeschlagenen Vorrichtung der Erfindung als auch entsprechender herkömmlicher Stand der Technik Vorrichtungen aufweist.
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Ausführliche Darstellung der Erfindung
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Nachfolgend wird die Erfindung eingehender unter Bezugnahme auf die 1-3 dargestellt werden. Dabei ist anzumerken, dass unterschiedliche Aspekte beschrieben werden, die jeweils einzeln oder in Kombination zum Einsatz kommen können. D.h. jeglicher Aspekt kann mit unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden, soweit nicht explizit als reine Alternative dargestellt.
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Weiterhin wird nachfolgend der Einfachheit halber in aller Regel immer nur auf eine Entität Bezug genommen werden. Soweit nicht explizit vermerkt, kann die Erfindung aber auch jeweils mehrere der betroffenen Entitäten aufweisen. Insofern ist die Verwendung der Wörter „ein“, „eine“ und „eines“ nur als Hinweis darauf zu verstehen, dass in einer einfachen Ausführungsform zumindest eine Entität verwendet wird.
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Soweit nachfolgend Verfahren beschrieben werden, sind die einzelnen Schritte eines Verfahrens in beliebiger Reihenfolge anordenbar und/oder kombinierbar, soweit sich durch den Zusammenhang nicht explizit etwas Abweichendes ergibt. Weiterhin sind die Verfahren - soweit nicht ausdrücklich anderweitig gekennzeichnet - untereinander kombinierbar.
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Angaben mit Zahlenwerten sind in aller Regel nicht als exakte Werte zu verstehen, sondern beinhalten auch eine Toleranz von +/- 1 % bis zu +/- 10 %.
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Bezugnahme auf Standards oder Spezifikationen oder Normen sind als Bezugnahme auf Standards bzw. Spezifikationen bzw. Normen, die zum Zeitpunkt der Anmeldung und/oder - soweit eine Priorität beansprucht wird - zum Zeitpunkt der Prioritätsanmeldung gelten / galten zu verstehen. Hiermit ist jedoch kein genereller Ausschluss der Anwendbarkeit auf nachfolgende oder ersetzende Standards oder Spezifikationen oder Normen zu verstehen.
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Benachbart schließt im nachfolgend explizit eine unmittelbare Nachbarschaftsbeziehung ein ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Zwischen schließt im nachfolgenden explizit eine Lage ein, in der das zwischenliegende Teil eine unmittelbare Nachbarschaft zu den umgebenden Teilen aufweist.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten vorgeschlagenen Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung.
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Dabei zeigt 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Wechselstrom-Schalteranordnung 100. Die Wechselstrom-Schalteranordnung 100 weist dabei auf: Einen Eingang In und einen Ausgang Out, wobei zwischen dem Eingang In und dem Ausgang Out die Wechselstrom-Schalteranordnung 100 einen ersten Stromzweig 110 mit einem Schalter SW1 und einen zweiten Stromzweig 120 mit einem Netzwerk 121 aufweist. Dabei führt das Netzwerk 121 zu einer verbesserten Isolation in einem bestimmten Frequenzbereich, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Stromzweig 120 ferner eine Schalteinrichtung SW2 aufweist.
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Das Konzept der Erfindung sieht vor, einen zusätzlichen Schaltkreis 120 dem Schalter SW1 parallel zu schalten. Der zusätzliche Schaltkreis 120 weist dabei einen oder mehrere zusätzliche Schalter als Schalteinrichtung SW2 und ein passives Netzwerk als Netzwerk 121 auf.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren vorgeschlagenen Vorrichtung gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung.
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Dabei zeigt 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Wechselstrom-Schalteranordnung 100 der 1, jedoch mit dem Unterschied, dass im zweiten Stromzweig 120 zunächst das Netzwerk 121 und danach erst die Schalteinrichtung SW2 angeordnet ist. In der 1 sind diese hingegen umgekehrt im zweiten Stromzweig 120 angeordnet.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren vorgeschlagenen Vorrichtung gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung.
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Dabei zeigt 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Wechselstrom-Schalteranordnung 100, gemäß 1, wobei jedoch das Netzwerk 121 als T-Netzwerk ausgebildet ist. Ferner ist die Schalteinrichtung SW2a, SW2b im zweiten Stromkreis 120 gesplittet angeordnet, so dass das Netzwerk 121 zwischen einem ersten Teil der Schalteinrichtung SW2a und einem zweiten Teil der Schalteinrichtung SW2b angeordnet ist.
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4 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren vorgeschlagenen Vorrichtung gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung.
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Dabei zeigt 4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Wechselstrom-Schalteranordnung 100, wobei diese eine gegenüber der Anordnung aus 3 veränderte Anordnung aufweist. Dabei ist das Netzwerk 121 als Pl-Netzwerk ausgebildet. Die Schalteinrichtung SW2a, SW2b im zweiten Stromkreis 120 ist ebenfalls gesplittet angeordnet, so dass das Netzwerk 121 zwischen dem ersten Teil der Schalteinrichtung SW2a und dem zweiten Teil der Schalteinrichtung SW2b angeordnet ist.
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3 und 4 zeigen dabei zwei erfindungsgemäße Ausgestaltungen, die mittels einem passiven T-Netzwerk beziehungsweise einem passiven Pl-Netzwerk realisiert werden. Um eine Netzwerksymmetrie in der Wechselstrom-Schalteranordnung 100 zu gewährleisten weist die Schalteinrichtung SW2a, SW2b im zweiten Stromkreis 120 zwei Schalter SW2a und SW2b auf. Dabei ist anzumerken, dass dabei bereits ein Schalter SW2a oder SW2b ausreichend ist, um die gewünschte Isolation zu erreichen. Ferner ist es auch nicht zwingend notwendig, dass das Netzwerk 121 mittels einem passiven T-Netzwerk beziehungsweise einem passiven Pl-Netzwerk realisiert ist. Es kann grundsätzlich auch möglich sein, andere, meist komplexere passive Netzwerke stattdessen zu verwenden. Andere Arten von passiven Netzwerken können dabei beispielsweise auch mittels multi-sektionaler Netzwerke oder auch anderer Übertragungsnetzwerke designt werden. Ein T-Netzwerk beziehungsweise ein Pl-Netzwerk sind jedoch wenig komplex und weisen bereits die zuvor genannten Vorteile auf, so dass es besonders bevorzugte Ausgestaltungen sind.
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In diesen Beispielen ist die Wechselstrom-Schalteranordnung 100 derart ausgestaltet beziehungsweise deren Bauelemente und Verschaltungen derart eingerichtet, dass wenn der Schalter SW1 eingeschaltet ist, somit stromdurchlässig wird, die Schalteinrichtung SW2; SW2a, SW2b deaktiviert ist und somit das passive Netzwerk, also das Netzwerk 121, vom elektrisch leitenden Hauptpfad, dem ersten Stromkreis 110, elektrisch getrennt ist. Ist hingegen der Schalter SW1 ausgeschaltet, ist die Schalteinrichtung SW2; SW2a, SW2b aktiviert und somit stromdurchlässig, so dass das passive Netzwerk, also das Netzwerk 121, im zweiten Stromkreis 120 elektrisch leitend im Haupteingangspfad liegt. Der Schalter SW1 ist dabei der sogenannte Originalschalter, also derjenige Schalter, der ohne die Erfindung im Netzwerk vorhanden wäre. Dabei tritt das Lecksignal am Ausgang Out auf, aufgrund parasitärer Kapazitäten der aktiven Vorrichtungen in dem Originalschalter, dem Schalter SW1.
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Ein geeignetes Manipulieren der Transferfunktion des passiven Netzwerkes, also des Netzwerkes 121, kann dabei ein gegenphasiges Signal generieren, welches das Lecksignal kompensiert. Wie Eingangs geschildert ist das Prinzip der Feedforward-Technik bekannt, jedoch mit dem damit verbundenen Nachteil einer hohen Einfügedämpfung.
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Als wesentlicher Unterschied zwischen der vorliegenden Erfindung mittels einer Wechselstrom-Schalteranordnung 100 und der herkömmlichen Feedforward-Technik ist, dass bei der herkömmlichen Feedforward-Technik das Feedforward-Netzwerk stets mit dem elektrischen Pfad des Originalschalters, also Schalter SW1, elektrisch verbunden ist, was zu einer Verschlechterung der Einfügedämpfung führt. Die vorliegende Erfindung stellt hingegen eine neue Art der Feedforward-Technik dar, bei der das Feedforward-Netzwerk vom elektrischen Pfad elektrisch entkoppelt wird, wenn der Originalschalter, Schalter SW1, sich im eingeschalteten beziehungsweise im aktivierten Zustand befindet. Dadurch ist die Einfügedämpfung nicht signifikant betroffen, im Vergleich zur Nutzung herkömmlicher Feedforward-Technik.
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5 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren vorgeschlagenen Vorrichtung gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung.
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Dabei zeigt 5 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Wechselstrom-Schalteranordnung 100, wobei diese der Anordnung aus 3 entspricht, jedoch mit dem Unterschied, dass sowohl der Schalter SW1 im ersten Stromzweig 110 als auch die gesplittete Schalteinrichtung SW2a, SW2b mittels CMOS-Transistoren ausgebildet sind.
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Ein Ausbilden der Schalter SW1 im ersten Stromzweig 110 als auch der gesplitteten Schalteinrichtung SW2a, SW2b mittels Transistoren ist ebenfalls im Pl-Netzwerk der 4 möglich und nicht mehr gesondert als weitere Figur dargestellt.
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6 zeigt ein Diagramm welches eine Auswertung der Einfügedämpfung bezogen auf die Frequenz einer vorgeschlagenen Vorrichtung der Erfindung als auch entsprechender herkömmlicher Stand der Technik Vorrichtungen aufweist.
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Dabei zeigt 6 die Auswirkungen bezüglich elektrischer Isolation eines Schalters bei Einsatz eines erfindungsgemäßen Netzwerkentwurfsbeispiels wie es exemplarisch in den 1 bis 5 gezeigt wurde. In dem Beispiel der 6 wird der Netzwerkentwurf für eine 5G Drahtloskommunikation bei 28 GHz genutzt, wobei das Netzwerk in CMOS-Technologie ausgestaltet wurde. Es wird eine elektrische Isolation von 19dB im Originalschalter, also Schalter SW1, erreicht, siehe strichpunktierte Linie.
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7 zeigt ein Diagramm welches eine Auswertung der Isolation bezogen auf die Frequenz der in 6 vorgeschlagenen Vorrichtung der Erfindung als auch entsprechender herkömmlicher Stand der Technik Vorrichtungen aufweist.
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Dabei zeigt 7 die Auswirkungen bezüglich der Einfügedämpfung eines Schalters bei Einsatz des erfindungsgemäßen Netzwerkdesignbeispiels wie es exemplarisch in den 1 bis 5 gezeigt wurde und dessen elektrische Isolationsfähigkeit in 6 graphisch dargestellt wurde.
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Wird die erfindungsgemäße Technik eingesetzt, kann, wie aus 6 ersichtlich, eine elektrische Isolation von ungefähr 65 dB erzielt werden, siehe durchgezogene Linie, die im Wesentlichen genauso gut ist, wie bei Einsatz herkömmlicher Feedforward-Technik, siehe einfach-gestrichelte Linie, wie ebenfalls der 6 entnommen werden kann. Wird der Originalschalter weder mit einem herkömmlichen Feedforward-Netzwerk unterstützt, noch mit einem erfindungsgemäßen Feedforward-Netzwerk, so liegt dessen elektrische Isolation unter 20 dB, siehe strichpunktierte Linie.
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Die Einfügedämpfung hingegen weist bei Einsatz eines nicht Feedforward-unterstützten Originalschalters etwa 2,2 dB und bei Einsatz eines Originalschalters mit herkömmlich unterstützter Feedforward-Technik als typisches T-Netzwerk 6,3 dB auf, was eine wesentliche Verschlechterung der Einfügedämpfung darstellt. Wird hingegen der Originalschalter, also der Schalter SW1, mittels eines erfindungsgemäßen Netzwerkes 121 unterstützt, kann eine Einfügedämpfung erzielt werden, welche mit etwa 2,5 dB ähnlich gut ist, wie diejenige des nicht Feedforward-unterstützten Orignalschalters.
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Wie den beiden Diagrammen der 6 und 7 entnommen werden kann, hat ein konventionell Feedforward-unterstützter Originalschalter mittels T-Netzwerk eine hohe Einfügedämpfung, was darauf hinweist, dass der Einsatz von CMOS-Technologie für diese Anwendung nicht zielführend ist. Wird die CMOS-Technologie, wie beispielsweise in 5 dargestellt, in der vorliegenden Erfindung in dem erfindungsgemäßen Feedforward-unterstützten Netzwerk eingesetzt, kann für den Schalter SW1, eine viel bessere Einfügedämpfung erzielt werden, bei gleichzeitig viel besserer elektrischer Isolation des Schalters SW1.
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Die vorliegende Erfindung stellt eine Schaltkreis-Topologie dar, in die ein herkömmlicher Schalter integriert werden kann, was es erlaubt, die Konkurrenzsituation zwischen guter Einfügedämpfung und guter Isolation aufzubrechen, so dass beides gleichzeitig möglich wird. Dies kann dabei unabhängig vom Einsatz der Schaltertechnologie realisiert werden, wodurch sowohl CMOS, GaN als auch diskrete Dioden für benötigte Schalter einsetzbar bleiben. Ferner können weiterhin herkömmlichen Prozesses, wie Dünnschicht, und herkömmliche Betriebsfrequenzen im kHz-Bereich bis THz-Bereich genutzt werden. Ferner kann das erfindungsgemäße Konzept auf bereits existierenden Verbesserungstechnologien on Top aufgesetzt werden, um sogar noch höhere elektrische Isolationen zu erreichen.
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Somit können auch weiterhin günstige Technologien und Fertigungsprozesse, wie beispielsweise CMOS, eingesetzt werden, um zumindest ähnliche, wenn nicht sogar gleiche elektrische Isolation zu erreichen, wie sie sonst nur mittels GaAs Prozessen/Technologien möglich wären, was zu reduzierten Produktionskosten führt. Darüberhinaus kann das erfindungsgemäße Konzept auch in andere Schaltkreise, beispielsweise in digitale Schaltkreise, integriert werden, um beispielsweise eine SOC Lösung, also eine System-onchip Lösung, zu ermöglichen, im Gegensatz zu herkömmlichen Fertigungen, bei denen der Schalter auf dem Frontend-Chip separat ausgeführt ist beziehungsweise separat ausgeführt sein muss. Ferner kann das erfindungsgemäße Konzept auch für Radar, wie beispielsweise im Automotive-Bereich eingesetzt werden, um die Leistungsmerkmale zu verbessern. Somit führen die Vorteile der Erfindung zu verbesserter elektrischer Isolation, Frequenzbereichserweiterung, Bandbreitenerweiterung und dies ohne Restriktion herkömmlicher Prozess- und Fertigungstechnologien. Somit können entweder Fertigungskosten reduziert werden oder die Performanz erhöht werden. Denn die vorliegende Erfindung erlaubt es, entweder die elektrische Isolation eines Schalters signifikant zu erhöhen ohne dabei dessen elektrische Einfügedämpfung zu opfern oder bei vorgegebener elektrischer Isolation die elektrische Einfügedämpfung zu verbessern. Somit erlaubt es die vorliegende Erfindung, den bisherigen konkurrierenden Prozess zwischen Isolation und Einfügedämpfung aufzulösen.
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Die vorliegende Erfindung schlägt somit vor, dass ein elektrischer Schalter mittels günstiger Technologie implementiert werden kann, um die gleiche elektrische Isolation zu erzielen, wie diejenige in fortschrittlicheren, jedoch teureren Technologien, wodurch die Produktionskosten reduziert werden können.
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Ferner ist die vorliegende Erfindung dazu geeignet, um eine geringere Einfügedämpfung zu erreichen. Beispielsweise ist manchmal ein Transistor absichtlich zu groß ausgelegt, um dadurch den elektrischen Eingangswiderstand für die Einfügedämpfung gering zu halten. Dies führt jedoch zu großen parasitären Kapazitäten, wodurch sich die elektrische Isolation verschlechtert. Mittels des Konzeptes der vorliegenden Erfindung kann hingegen die Transistorgröße reduziert werden, ohne dass dies zu den vorgenannten Nachteilen führt. Ferner kann dies aufgrund geringer R-C Konstanten zu schnellen Einschwingvorgängen führen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Wechselstrom-Schalteranordnung
- 110
- erster Stromzweig
- 120
- zweiter Stromzweig
- 121
- Netzwerk
- In
- Eingang
- Out
- Ausgang
- SW1
- Schalter
- SW2
- Schalteinrichtung
- SW2a, SW2b
- Schalteinrichtung (gesplittet)
