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TECHNISCHES GEBIET
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Der hier offenbarte Gegenstand bezieht sich auf Hochfrequenz (HF)-Sendeempfänger. Insbesondere bezieht sich der hierin beschriebene Gegenstand auf einen Dual-Band-Balun in einem Sendepfad und/oder in einem Empfangspfad eines Transceivers.
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HINTERGRUND
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Derzeit verfügt eine mmWave-Lösung der 5. Generation (5G) über zwei Bänder, nämlich das 28G-Band (24 GHz 30 GHz) (allgemein bezeichnet und hier als Low-Band bezeichnet) und das 39G-Band (37 GHz 40 GHz) (allgemein bezeichnet und hier als High-Band bezeichnet). Dementsprechend kann ein typischer 5G-Chipsatz in diesen beiden Bändern mit zwei Sendeketten (TX) und zwei Empfangsketten (RX) arbeiten, wobei es für jedes Band eine TX-Kette und eine RX-Kette gibt. Es wäre vorteilhaft, wenn die beiden Bänder durch einen Footprint eines einzigen Bandes anstelle des Footprints von zwei Bändern abgedeckt werden könnten. Ein Ansatz, um den Footprint eines einzelnen 24-GHz- bis 40-GHz-Bandes bereitzustellen, könnte eine Breitbandlösung sein, die sowohl das 28G- als auch das 39G-Band abdeckt. Da jedoch ein großer Teil des 24-GHzbis 40-GHz-Bandes nicht für eine 5G-Lösung verwendet wird, ist eine solche Breitbandlösung für die betreffenden Bänder oft suboptimal. In einigen Fällen kann ein zusätzlicher Verlust (d.h. de-Q) zu einer solchen Breitbandlösung hinzugefügt werden, was ebenfalls zu einer schlechten Leistung führt.
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KURZFASSUNG
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Die Erfindung ist in den beigefügten Ansprüchen definiert. Eine beispielhafte Ausführungsform stellt ein Bandumschaltnetzwerk bereit, das eine Dual-Band-Schaltung und ein Schaltnetzwerk aufweisen kann. Die Dual-Band-Schaltung kann einen ersten Ausgang und einen zweiten Ausgang aufweisen. Das Schalternetzwerk kann einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter enthalten. Ein Eingang des ersten Schalters kann mit dem ersten Ausgang gekoppelt sein und ein Eingang des zweiten Schalters kann mit dem zweiten Ausgang gekoppelt sein. Die Dual-Band-Schaltung kann ferner eine Primärspule, eine erste Sekundärspule und eine zweite Sekundärspule enthalten. Die erste Sekundärspule kann mit dem ersten Ausgang gekoppelt sein und die zweite Sekundärspule kann mit dem zweiten Ausgang gekoppelt sein. In einer Ausführungsform können die Primärspule und die erste Sekundärspule durch einen ersten Kopplungsfaktor k1 gekoppelt sein, und die Primärspule und die zweite Sekundärspule können durch einen zweiten Kopplungsfaktor k2 gekoppelt sein, der sich von dem ersten Kopplungsfaktor k1 unterscheidet. In einer anderen Ausführungsform kann die Dual-Band-Schaltung einen Dual-Band-Balun enthalten, und ein Layout des Dual-Band-Baluns kann einen einzelnen Balun-Footprint enthalten.
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Eine beispielhafte Ausführungsform sieht ein Bandumschaltnetzwerk vor, das eine Dual-Band-Schaltung und eine erste Stufe einer Signalpfadkette enthalten kann. Die Dual-Band-Schaltung kann einen ersten Ausgang und einen zweiten Ausgang enthalten. Die erste Stufe der Signalpfadkette kann einen ersten Eingang und einen zweiten Eingang enthalten. Der erste Ausgang kann mit einem ersten Eingang einer ersten Stufe der Signalpfadkette gekoppelt sein, und der zweite Ausgang kann mit einem zweiten Eingang der ersten Stufe der Signalpfadkette gekoppelt sein. In einer Ausführungsform hat die Dual-Band-Schaltung ferner eine Primärspule, eine erste Sekundärspule und eine zweite Sekundärspule, wobei die erste Sekundärspule mit dem ersten Ausgang und die zweite Sekundärspule mit dem zweiten Ausgang gekoppelt sein kann. In einer Ausführungsform kann die erste Sekundärspule einen ersten Abgriff für einen ersten Vorspannungseingang und die zweite Sekundärspule einen zweiten Abgriff für einen zweiten Vorspannungseingang aufweisen. Der erste Vorspannungseingang kann einen ersten Signalpfad zwischen der ersten Sekundärspule und dem ersten Eingang der ersten Stufe der Signalpfadkette steuern und der zweite Vorspannungseingang kann einen zweiten Signalpfad zwischen der zweiten Sekundärspule und dem zweiten Eingang der ersten Stufe der Signalpfadkette steuern. Eine andere Ausführungsform kann ein Schaltnetzwerk aufweisen, das einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter enthält. Ein Eingang des ersten Schalters kann mit dem ersten Ausgang gekoppelt sein und ein Eingang des zweiten Schalters kann mit dem zweiten Ausgang gekoppelt sein. Ein Ausgang des ersten Schalters kann mit einem Ausgang des zweiten Schalters gekoppelt sein.
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Ein Ausführungsbeispiel sieht ein Bandumschaltnetzwerk vor, das eine Dual-Band-Schaltung, ein Schaltnetzwerk und eine erste Stufe einer Signalkette enthalten kann. Die Dual-Band-Schaltung kann eine Primärspule, eine erste Sekundärspule und eine zweite Sekundärspule enthalten. Die erste Sekundärspule kann mit einem ersten Ausgang der Dual-Band-Schaltung gekoppelt sein und die zweite Sekundärspule kann mit einem zweiten Ausgang der Dual-Band-Schaltung gekoppelt sein. Das Schaltnetzwerk kann einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter enthalten. Ein Eingang des ersten Schalters kann mit dem ersten Ausgang gekoppelt sein und ein Eingang des zweiten Schalters kann mit dem zweiten Ausgang gekoppelt sein. Ein Ausgang des ersten Schalters kann mit einem Ausgang des zweiten Schalters gekoppelt sein. Die erste Stufe einer Signalkette kann einen ersten Eingang und einen zweiten Eingang enthalten. Der erste Ausgang kann mit einem ersten Eingang einer ersten Stufe der Signalkette gekoppelt sein, und der zweite Ausgang kann mit einem zweiten Eingang der ersten Stufe der Signalkette gekoppelt sein.
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Figurenliste
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Im folgenden Abschnitt werden die Aspekte des hier offenbarten Gegenstands unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben, die in den Figuren veranschaulicht sind, in denen:
- 1 zeigt ein schematisches Diagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Bandumschaltnetzwerks gemäß dem hierin offenbarten Gegenstand;
- 2A und 2B sind Diagramme einer Eingangsimpedanz Zin bzw. einer Eingangsadmittanz Yin als Funktion der Frequenz für einen Beispielmischer einer Signalpfadkette;
- 3 zeigt ein beispielhaftes Layout eines Dual-Band-Baluns, wie den Dual-Band-Balun von 1, gemäß dem hierin offenbarten Gegenstand;
- 4A und 4B sind jeweils Diagramme der Performanz des Bandumschaltnetzwerks bei den Bändern 5G 28G und 39G in Bezug auf S11 und Wechselspannungsverstärkung (Vgain RFin Mix) am Eingang zu einer TRX-Kette (wie in 1 gezeigt) gemäß dem hierin offenbarten Gegenstand;
- 5 zeigt ein schematisches Diagramm einer ersten alternativen Ausführungsform eines Bandumschaltnetzwerks gemäß dem hierin offenbarten Gegenstand;
- 6 zeigt ein schematisches Diagramm einer zweiten alternativen Ausführungsform eines Bandumschaltnetzwerks gemäß dem hierin offenbarten Gegenstand; und
- 7 zeigt eine elektronische Vorrichtung, die ein Bandumschaltnetzwerk enthält, das einen Dual-Band-Balun in einem Sendepfad und/oder einem Empfangspfad eines Transceivers gemäß dem hierin offenbarten Gegenstand enthält.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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In der folgenden detaillierten Beschreibung werden zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein umfassendes Verständnis der Offenbarung zu ermöglichen. Der Fachmann wird jedoch verstehen, dass die offenbarten Aspekte auch ohne diese spezifischen Details praktiziert werden können. In anderen Fällen wurden bekannte Verfahren, Vorgänge, Komponenten und Schaltungen nicht im Detail beschrieben, um den hier offenbarten Gegenstand nicht zu verdecken.
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Die Bezugnahme in dieser Beschreibung auf „genau eine Ausführungsform“ oder „eine Ausführungsform“ bedeutet, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft, die im Zusammenhang mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer hier offenbarten Ausführungsform enthalten sein kann. Daher beziehen sich die Ausdrücke „in genau einer Ausführungsform“ oder „in einer Ausführungsform“ oder „gemäß einer Ausführungsform“ (oder andere Ausdrücke mit ähnlicher Bedeutung) an verschiedenen Stellen dieser Spezifikation nicht unbedingt alle auf dieselbe Ausführungsform. Darüber hinaus können die einzelnen Merkmale, Strukturen oder Eigenschaften in jeder geeigneten Weise in einer oder mehreren Ausführungsformen kombiniert werden. In diesem Zusammenhang bedeutet das Wort „beispielhaft“, wie hier verwendet, „als Beispiel, Instanz oder Illustration dienend“. Jede hier als „beispielhaft“ beschriebene Ausführungsform ist nicht als notwendigerweise bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Ausführungsformen auszulegen. Darüber hinaus können die einzelnen Merkmale, Strukturen oder Eigenschaften in einer oder mehreren Ausführungsformen auf jede geeignete Weise kombiniert werden. Je nach dem Kontext der Diskussion hierin kann ein Singularbegriff auch die entsprechenden Pluralformen enthalten und ein Pluralbegriff kann die entsprechende Singularform enthalten. In ähnlicher Weise kann ein Begriff mit Bindestrich (z. B. „zwei-dimensional“, „vor-bestimmt“, „pixel-spezifisch“ usw.) gelegentlich austauschbar mit einer entsprechenden Version ohne Bindestrich verwendet werden (z. B, „zweidimensional“, „vorbestimmt“, „pixelspezifisch“ usw.) verwendet werden, und ein großgeschriebener Eintrag (z. B. „Counter Clock“, „Row Select“, „PIXOUT“ usw.) kann austauschbar mit einer entsprechenden nicht großgeschriebenen Version (z. B. „Counter Clock“, „Row Select“, „Pixout“ usw.) verwendet werden. Solche gelegentlichen austauschbaren Verwendungen sind nicht als unvereinbar mit einander anzusehen.
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Je nach Kontext der Diskussion hierin kann ein singulärer Begriff auch die entsprechenden Pluralformen enthalten und ein pluralischer Begriff die entsprechende singuläre Form. Es wird ferner darauf hingewiesen, dass die verschiedenen hier gezeigten und diskutierten Abbildungen (einschließlich der Komponenten-Diagramme) nur der Veranschaulichung dienen und nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Ebenso sind verschiedene Wellenformen und Zeitdiagramme nur zur Veranschaulichung dargestellt. Beispielsweise können die Abmessungen einiger Elemente im Vergleich zu anderen Elementen aus Gründen der Übersichtlichkeit übertrieben dargestellt sein. Ferner wurden in den Abbildungen Bezugszeichen wiederholt, um entsprechende und/oder analoge Elemente anzugeben, sofern dies sinnvoll erschien.
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Die hier verwendete Terminologie dient nur der Beschreibung einiger beispielhafter Ausführungsformen und ist nicht als Einschränkung des beanspruchten Gegenstandes zu verstehen. Wie hier verwendet, sollen die Singularformen „ein“, „ein“ und „die“ auch die Pluralformen enthalten, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes angibt. Es versteht sich ferner, dass die Begriffe „aufweisen“ und/oder „enthalten“, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten spezifizieren, aber das Vorhandensein oder Hinzufügen von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen.
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Es versteht sich, dass, wenn ein Element oder eine Schicht als auf einem anderen Element oder einer anderen Schicht befindlich, „verbunden mit“ oder „gekoppelt mit“ bezeichnet wird, es direkt auf dem anderen Element oder der anderen Schicht liegen, mit ihm/ihr verbunden oder gekoppelt sein kann, oder dass dazwischen liegende Elemente oder Schichten vorhanden sein können. Wenn ein Element dagegen als „direkt auf”, „direkt verbunden mit“ oder „direkt gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht bezeichnet wird, sind keine dazwischenliegenden Elemente oder Schichten vorhanden. Gleiche Ziffern beziehen sich durchgängig auf gleiche Elemente. Wie hier verwendet, enthält der Begriff „und/oder“ alle Kombinationen von einem oder mehreren der aufgeführten Elemente.
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Die hier verwendeten Begriffe „erster“, „zweiter“ usw. werden als Bezeichnungen für Substantive verwendet, denen sie vorangestellt sind, und implizieren keine Art von Ordnung (z. B. räumlich, zeitlich, logisch usw.), es sei denn, sie sind ausdrücklich als solche definiert. Darüber hinaus können dieselben Bezugszeichen in zwei oder mehr Abbildungen verwendet werden, um auf Teile, Komponenten, Blöcke, Schaltungen, Einheiten oder Module zu verweisen, die die gleiche oder eine ähnliche Funktionalität haben. Eine solche Verwendung dient jedoch nur der Einfachheit der Veranschaulichung und der Erleichterung der Diskussion; sie bedeutet nicht, dass die Konstruktion oder die architektonischen Details solcher Komponenten oder Einheiten in allen Ausführungsformen gleich sind oder dass solche allgemein referenzierten Teile/Module die einzige Möglichkeit sind, einige der hier offenbarten Ausführungsformen zu implementieren.
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Sofern nicht anders definiert, haben alle hier verwendeten Begriffe (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe) die gleiche Bedeutung, wie sie von einem Fachmann auf dem Gebiet, zu dem dieser Gegenstand gehört, allgemein verstanden wird. Es wird ferner davon ausgegangen, dass Begriffe, wie sie in allgemein verwendeten Wörterbüchern definiert sind, eine Bedeutung haben, die mit ihrer Bedeutung im Kontext des relevanten Standes der Technik übereinstimmt, und nicht in einem idealisierten oder übermäßig formalen Sinne interpretiert werden, es sei denn, sie sind hier ausdrücklich so definiert.
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Der hier offenbarte Gegenstand stellt ein Bandumschaltnetzwerk bereit, das einen Balun mit einer einzelnen Primärwicklung und zwei Sekundärwicklungen - alle in einem einzigen Transformator-Footprint - enthält, um zwischen dem niedrigen 5G-Band und dem hohen Band zu schalten. Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „Balun“ auf eine Art von Transformator, der verwendet wird, um ein symmetrisches Signal in ein unsymmetrisches Signal oder umgekehrt umzuwandeln. In einer Ausführungsform kann ein Balun eine Sendung isolieren und einen symmetrischen Ausgang liefern. Die reduzierte Footprint-Größe kann einen erheblichen Vorteil in Bezug auf Fläche, Produktionskosten und Wettbewerbsvorteil bieten. Darüber hinaus kann die reduzierte Footprint-Größe wiederum die Größe des Zwischenfrequenz (ZF)-Teils eines Senderchips auf die Hälfte der Größe eines herkömmlichen ZF-Teils eines Senderchips reduzieren. Eine Schalttechnik, die von dem hier offenbarten Bandumschaltnetzwerk verwendet wird, gewährleistet eine extrem geringe Verschlechterung der Performanz über die beiden 5G-Bänder im Vergleich zu einem typischen Ansatz, der möglicherweise zwei separate Transformatoren für die beiden 5G-Bänder verwendet.
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In einer in 1 gezeigten Ausführungsform stellt der hier offenbarte Gegenstand ein Bandumschaltnetzwerk bereit, das zwischen dem 5G 28G- und dem 39G-Band schalten kann, indem es zwischen den Sekundärspulen eines Mischers schaltet, während es die gleiche Primärspule verwendet. Die Interaktion zwischen den Spulen kann darauf beschränkt werden, dass die Primärspule jeweils nur mit einer Sekundärspule interagiert, was eine hohe kontinuierliche Isolierung zur anderen Sekundärspule bietet. Die Sekundärspule des 28G-Bandes und des 39G-Bandes kann einen Kondensator mit gleichen oder alternativ unterschiedlichen Werten enthalten, da das hier offenbarte Schaltnetzwerk eine ausreichende Isolierung bietet.
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Die hohe Isolierung zwischen den beiden Sekundärspulen ermöglicht eine individuelle Optimierung für die Bänder, was zu einer besseren Performanz in jedem der Bänder führt. Die Möglichkeit, die beiden 5G-Betriebsbänder als zwei separate Netzwerke zu optimieren, führt zu einer insgesamt verbesserten Performanz für jedes der Bänder. In einer Ausführungsform bietet das hier offenbarte Bandumschaltnetzwerk ein Dual-Band-Netzwerk, das ein hohes Maß an Flexibilität hat, um die Schaltung für jedes der beiden Bänder unabhängig voneinander zu gestalten. Beispielsweise können der Kopplungsfaktor, die Sekundärinduktivität und die Güte der Balun-Struktur für jedes Band gesteuert werden, so dass verschiedene Kombinationen von Kopplungsfaktoren, Primärinduktoren und Sekundärinduktivitäten möglich sind.
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Ein durch das hier offenbarte Bandumschaltnetzwerk verursachter De-Q kann durch die physikalischen Größen der Schalter gesteuert werden und kann den De-Q ersetzen, der typischerweise für Eingangs-/Ausgangs-Anpassungsnetzwerke für eine TRX-Kette verwendet wird.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines Bandumschaltnetzwerks 100 gemäß dem hier offenbarten Gegenstand. Das Bandumschaltnetzwerk 100 kann einen Dual-Band-Balun 101 und ein Schaltnetzwerk 102 enthalten. Der Dual-Band-Balun 101 kann eine einzelne Primärspule 101a, eine erste Sekundärspule 101b und eine zweite Sekundärspule 101c enthalten. Die Sekundärspule 101b kann eine 5G-Niederband-Sekundärspule (28G) sein, und die Sekundärspule 101c kann eine 5G-Hochband-Sekundärspule (39G) sein. Die Primärspule 101a kann sowohl für das 5G 28G-Band als auch für das 39G-Band verwendet werden. Die Sekundärspulen 101b und 101c können mit unterschiedlichen Kopplungsfaktoren k an die Primärspule gekoppelt sein. Zum Beispiel können die Primärspule 101a und die Sekundärspule 101b durch den Kopplungsfaktor k1 gekoppelt sein, während die Primärspule 101a und die Sekundärspule 101c durch einen anderen Kopplungsfaktor k2 gekoppelt sein können.
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Das Schalten zwischen den beiden Sekundärspulen kann durch das Schaltnetzwerk 102 erfolgen. Das Schaltnetzwerk 102 kann einen ersten zweipoligen Einweg-(DPST) Schalter 102a und einen zweiten DPST-Schalter 102b enthalten. Die beiden Pole einer Eingangsseite des DPST-Schalters 102a können mit den Ausgangsklemmen der Sekundärspule 101b gekoppelt sein, und die beiden Pole einer Eingangsseite des DPST-Schalters 102b können mit den Ausgangsklemmen der Sekundärspule 101c gekoppelt sein. Die Ausgangsseiten der DPST-Schalter 102a und 102b können mit einem einzelnen Differenzeingang zu einer Signalpfad-Kette (TX oder RX) 103 gekoppelt werden, wie in 1 gezeigt. Beispielsweise können die Ausgänge der DPST-Schalter 102a und 102b mit einem Eingang zu einem Mischer gekoppelt sein, der durch die Transistoren M1 und M2 dargestellt werden kann. Die ersten und zweiten DPST-Schalter 102a und 102b können jeweils durch die Steuersignale en_28G und en_39G gesteuert werden.
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In einer Ausführungsform kann das Schaltnetzwerk 102 die beiden Sekundärspulen 101b und 101c daran hindern, miteinander zu interagieren (d. h. es sorgt für eine Isolierung zwischen den beiden Sekundärspulen), wodurch es möglich wird, die beiden Sekundärspulen für ihre jeweiligen Bänder zu optimieren. In einer Ausführungsform ermöglicht die Isolierung zwischen den beiden Sekundärspulen 101b und 101c den Betrieb der beiden Spulen in zwei Frequenzbändern, die in Bezug auf die Mittenfrequenz 30-40% auseinander liegen.
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Ohne die Isolierung zwischen den beiden Bändern könnte sich das gesamte Bandumschaltnetzwerk 100 wie eine einzige Einheit verhalten, die möglicherweise keine ausreichende Trennung zwischen den Bändern 28 GHz und 39 GHz bietet. Das Schaltnetzwerk 102 kann auch das Bandumschaltnetzwerk 100 entkoppeln und dadurch eine große Bandbreite für das 28-GHz-Band bereitstellen, was nützlich sein kann, da die Impedanz, die in den Eingang der Signalpfadkette 103 schaut, hoch sein kann.
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2A und 2B sind Diagramme einer Eingangsimpedanz Zin bzw. einer Eingangsadmittanz Yin als Funktion der Frequenz für einen Beispielmischer einer Signalpfadkette. Genauer gesagt ist 2A ein Diagramm der Real- und Imaginärteile einer Eingangsimpedanz Zin als Funktion der Frequenz für einen Beispielmischer, während 2B ein Diagramm der resistiven und kapazitiven Werte der Eingangsadmittanz Yin als Funktion der Frequenz für den Beispielmischer ist. Die Eingangsimpedanz Zin soll an eine 50-Ohm-Quelle angepasst werden. In 2A ist der Realteil der Eingangsimpedanz Zin als Funktion der Frequenz durch Kurve 201 angegeben, und der Imaginärteil als Funktion der Frequenz durch Kurve 202. In 2B wird der ohmsche Wert (in Ohm) der Eingangsadmittanz Yin durch Kurve 203 angegeben, und der kapazitive Wert (in Femtofarad (fF)) durch Kurve 204.
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Wie aus 2A und 2B ersichtlich ist, kann der Realteil der Impedanz, die in das Gate schaut (Rp), am Eingang des Beispielmischers für das 28G-Band und das 39G-Band sehr unterschiedlich sein. Das bedeutet, dass zwei verschiedene Übersetzungsverhältnisse im Balun verwendet werden sollten, um den Balun-Kern auf 50 Ohm anzupassen. Dies bedeutet auch, dass zwei verschiedene Sekundärspulen verwendet werden können, während die gleiche Primärspule verwendet wird.
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3 zeigt ein beispielhaftes Layout 300 eines Dual-Band-Baluns, wie z. B. den Dual-Band-Balun 101 aus 1, gemäß dem hier offenbarten Gegenstand. Die Primärspule 101a befindet sich zwischen der ersten Sekundärspule 101b und der zweiten Sekundärspule 101c. Das Layout 300 des Dual-Band-Baluns 101 ist in der Lage, mit Hilfe von Schaltern zwischen den beiden 5G-Bändern zu arbeiten. Die Einbeziehung des Schaltnetzwerks 102 in das Bandumschaltnetzwerk 100 kann beispielsweise eine zusätzliche Isolierung zwischen den beiden Sekundärspulen des Baluns 101 bewirken. Die zweite Sekundärspule 101c ist eng in das Balun-Netzwerk eingeformt, so dass der Dual-Band-Balun 101 den gleichen Footprint wie ein Single-Band-Balun hat.
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Die folgende Tabelle 1 zeigt einige Parameter des Dual-Band-Baluns
101. Die Induktivität der Primärspule (L_pri) und der Sekundärspulen (L_sec) bei 28 GHz und 39 GHz sind in Pikohenries (pH) angegeben. Die Änderung des Induktivitätswertes der Primärspule kann darauf zurückzuführen sein, dass die Werte bei zwei verschiedenen Frequenzen gemessen wurden. In Tabelle 1 sind auch die Q-Werte für jede Spule enthalten (Q_pri und Q_sec). Es ist zu erkennen, dass sich der Q-Wert für die Spulen im passiven Netzwerk nicht signifikant verschlechtert. Die Koppelfaktoren (k) sind ebenfalls bei 28 GHz und 39 GHz dargestellt.
Tabelle 1.
Freq (GHz) | L_pri(pH) | L_sec(pH) | Q_pri | Q_sec | k |
28 GHz | 324 | 809 | 10 | 13 | 0.6 |
39 GHz | 444 | 387 | 6 | 13 | 0.5 |
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Für ein Schaltnetzwerk 102 (1), das z. B. eine 70 µm große NMOS (oder PMOS) -Vorrichtung hat, beträgt der Ron etwa 10 Ohm. Das Coff für die gleiche Beispielgröße beträgt 17,84 fF, was ungefähr j750 Ohm entspricht. Wenn die 28G-Spule ausgeschaltet ist, ist die 28G-Spule mit der 39G-Spule über ca. j1500 Ohm verbunden, was eine ausreichend große Impedanz ist, um die beiden Sekundärspulen ausreichend zu isolieren.
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4A und 4B sind Diagramme der Performanz des Bandumschaltnetzwerks 100 auf den Bändern 5G 28G und 39G in Bezug auf S11 und die Wechselspannungsverstärkung (Vgain RFin Mix) am Eingang der TRX-Kette 103 (wie in 1 dargestellt) gemäß dem hierin offenbarten Gegenstand. 4A und 4B zeigen, dass das Dual-Band Netzwerk eine hohe passive Verstärkung und Anpassung in beiden Bändern bietet. Zum Beispiel beträgt die Verstärkung bei 25,80 GHz in 4A 8,48 dB, und bei 36,20 GHz beträgt die Verstärkung 5,69 dB. Die relativ geringere Verstärkung in der 39-GHz-Darstellung basiert auf einer niedrigeren Gate-Impedanz bei 39 GHz (wie in 2B gezeigt).
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5 zeigt ein schematisches Diagramm einer ersten alternativen Ausführungsform eines Bandumschaltnetzwerks 500 gemäß dem hier offenbarten Gegenstand. Das Bandumschaltnetzwerk 500 kann einen Dual-Band-Balun 501 enthalten, der mit dem Eingang zu einer TRX-Kette 503 gekoppelt ist.
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Der Dual-Band-Balun 501 kann eine einzelne Primärspule 501a, eine erste Sekundärspule 501b und eine zweite Sekundärspule 501c enthalten. Die Sekundärspule 501b kann eine niederbandige (28G) Sekundärspule sein, und die Sekundärspule 501c kann eine hochbandige (39G) Sekundärspule sein. Die Primärspule 501a kann sowohl für das 5G 28G-Band als auch für das 39G-Band verwendet werden. Die Sekundärspulen 501b und 501c können mit unterschiedlichen Kopplungsfaktoren k an die Primärspule gekoppelt sein. Zum Beispiel können die Primärspule 501a und die Sekundärspule 501b mit dem Kopplungsfaktor k1 gekoppelt sein, während die Primärspule 501a und die Sekundärspule 501c mit einem anderen Kopplungsfaktor k2 gekoppelt sein können.
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Die erste und zweite Sekundärspule 501b und 501c können einen Abgriff enthalten, über den eine Vorspannung (Vbias 28G und Vbias 39G) angelegt werden kann, um die Auswahl des Signalpfades zu steuern, der durch die entsprechende Spule verläuft. Wie in 5 gezeigt, sind die Ausgänge der ersten und zweiten Sekundärspule 501b und 501c jeweils mit einem ersten Transkonduktanzpaar 503a, das die Transistoren M1 und M2 enthält, und mit einem zweiten Transkonduktanzpaar 503b, das die Transistoren M3 und M4 enthält, gekoppelt. Die Ausgänge des ersten und zweiten Transkonduktanzverstärkers sind als Teil der TRX-Kette 503 miteinander gekoppelt.
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In einer Ausführungsform bietet die Topologie des Bandumschaltnetzwerks 500 möglicherweise nicht den gleichen Grad an Bandtrennung wie die Topologie des Bandumschaltnetzwerks 100 (1), kann aber bei Technologien nützlich sein, bei denen die Änderung der Eingangsimpedanz stark von der Vorspannung am Eingang abhängig ist. Eine weitere Überlegung im Zusammenhang mit der Topologie des Bandumschaltnetzwerks 500 ist, dass zwei Sekundärspulen 501b und 501c schließlich über die Gate-Drain-Kapazität Cgd der jeweiligen Transkonduktanzpaare gekoppelt sind. Die Cgd für physikalisch größere TRX-Ketten kann relativ groß sein und relativ niedrige Impedanzpfade zwischen den Sekundärspulen bereitstellen, insbesondere bei mmWave-Frequenzen.
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6 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten alternativen Ausführungsform eines Bandumschaltnetzwerks 600 gemäß dem hier offenbarten Gegenstand. Das Bandumschaltnetzwerk 600 kann einen Dual-Band-Balun 601 enthalten, der mit dem Eingang einer TRX-Kette 603 gekoppelt ist, dargestellt durch die Transkonduktanzpaare 603a und 603b. Die Ausgänge der Transkonduktanzpaare 603a und 603b der TRX-Kette sind mit einem Schaltnetzwerk 602 gekoppelt. In einer Ausführungsform kann die TRX-Kette 603 eine erste Stufe enthalten, die die Transkonduktanzpaare 603a und 603b enthält.
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Der Dual-Band-Balun 601 kann eine einzelne Primärspule 601a, eine erste Sekundärspule 601b und eine zweite Sekundärspule 601c enthalten. Die Sekundärspule 601b kann eine niederbandige (28G) Sekundärspule sein, und die Sekundärspule 601c kann eine hochbandige (39G) Sekundärspule sein. Die Primärspule 601a kann sowohl für das 5G 28G-Band als auch für das 39G-Band verwendet werden. Die Sekundärspulen 601b und 601c können mit unterschiedlichen Kopplungsfaktoren k an die Primärspule gekoppelt sein. Zum Beispiel können die Primärspule 601a und die Sekundärspule 601b mit dem Kopplungsfaktor k1 gekoppelt sein, während die Primärspule 601a und die Sekundärspule 601c mit einem anderen Kopplungsfaktor k2 gekoppelt sein können.
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Die erste und zweite Sekundärspule 601b und 601c können einen Abgriff enthalten, durch den eine Vorspannung (Vbias 28G und Vbias 39G) angelegt werden kann, um die Auswahl des Signalpfads zu steuern, der durch die Spule verläuft. Die Ausgänge der ersten und zweiten Sekundärspule 601b und 601c sind jeweils mit dem ersten Transkonduktanzpaar 603a, das die Transistoren M1 und M2 enthält, und mit einem zweiten Transkonduktanzpaar 603b, das die Transistoren M3 und M4 enthält, gekoppelt.
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Das Schaltnetzwerk 602 kann einen ersten zweipoligen Einweg- (DPST) Schalter 602a und einen zweiten DPST-Schalter 602b enthalten. Die beiden Pole einer Eingangsseite des DPST-Schalters 602a sind mit den Drain-Anschlüssen der Transistoren M1 und M2 des Transkonduktanzpaares 603a verbunden. Die beiden Pole einer Eingangsseite des DPST-Schalters 602b sind mit den Drain-Anschlüssen der Transistoren M3 und M4 des Transkonduktanzpaares 603b verbunden. Die Ausgangsseiten der DPST-Schalter 602a und 602b sind miteinander verbunden, wie in 6 dargestellt. Der erste und der zweite DPST-Schalter 602a und 602b werden jeweils durch die Steuersignale en_28G und en_39G gesteuert. Die Isolierung in der Drain-Combining-Struktur innerhalb der TRX-Kette 603 kann durch das Schaltnetzwerk 602 im Vergleich zu der Isolierung in der Drain-Combining-Struktur mit der TRX-Kette 503 in 5 verbessert werden.
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7 zeigt eine elektronische Vorrichtung 700, die ein Bandumschaltnetzwerk enthält, das einen Dual-Band-Balun in einem Sendepfad und/oder einem Empfangspfad eines Transceivers gemäß dem hier offenbarten Gegenstand enthält. Die elektronische Vorrichtung 700 kann in einem Computer, einem persönlichen digitalen Assistenten (PDA), einem Laptop, einem mobilen Computer, einem Web-Tablet, einem drahtlosen Telefon, einem Mobiltelefon, einem Smartphone, einem digitalen Musikspieler oder einer drahtgebundenen oder drahtlosen elektronischen Vorrichtung verwendet werden, ist aber nicht darauf beschränkt. Die elektronische Vorrichtung 700 kann auch Teil eines ADAS, eines Bildgebungssystems für mobile Geräte, eines industriellen Bildgebungssystems, der Robotik usw. sein, ist aber nicht darauf beschränkt. Die elektronische Vorrichtung 700 kann eine Steuerung 710, eine Eingabe-/Ausgabevorrichtung 720, wie z. B. ein Tastenfeld, eine Tastatur, eine Anzeige, eine Touchscreen-Anzeige, eine Kamera und/oder einen Bildsensor, einen Speicher 730, eine Schnittstelle 740, eine GPU 750 und eine Bildverarbeitungseinheit 760 enthalten, die über einen Bus 770 miteinander gekoppelt sind. Die Steuerung 710 kann z. B. mindestens einen Mikroprozessor, mindestens einen digitalen Signalprozessor, mindestens einen Mikrocontroller o. ä. enthalten. Der Speicher 730 kann so konfiguriert sein, dass er einen von der Steuerung 710 zu verwendenden Befehlscode oder Benutzerdaten speichert.
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Die elektronische Vorrichtung 700 und die verschiedenen Systemkomponenten der elektronischen Vorrichtung 700 können die Bildverarbeitungseinheit 760 enthalten. Die Schnittstelle 740 kann so konfiguriert sein, dass sie eine drahtlose Schnittstelle enthält, die so konfiguriert ist, dass sie unter Verwendung eines HF-Signals Daten an ein drahtloses Kommunikation-Netzwerk sendet oder Daten von diesem empfängt. Die drahtlose Schnittstelle 740 kann z. B. eine Antenne, einen drahtlosen Transceiver usw. enthalten. In einer Ausführungsform kann die Schnittstelle 740 ein Bandumschaltnetzwerk enthalten, das einen Dual-Band-Balun in einem Sendepfad und/oder einem Empfangspfad eines Transceivers gemäß dem hier offenbarten Gegenstand enthält. Das elektronische System 700 kann auch in einem Kommunikationsschnittstellenprotokoll eines Kommunikationssystems verwendet werden, wie z. B., aber nicht beschränkt auf, Code Division Multiple Access (CDMA), Global System for Mobile Communications (GSM), North American Digital Communications (NADC), Extended Time Division Multiple Access (E TDMA), Wideband CDMA (WCDMA), CDMA2000, Wi Fi, Municipal Wi Fi (Muni Wi Fi), Bluetooth, Digital Enhanced Cordless Telecommunications (DECT), Wireless Universal Serial Bus (Wireless USB), Fast low-latency access with seamless handoff Orthogonal Frequency Division Multiplexing (Flash OFDM), IEEE 802. 20, General Packet Radio Service (GPRS), iBurst, Wireless Broadband (WiBro), WiMAX, WiMAX-Advanced, Universal Mobile Telecommunication Service - Time Division Duplex (UMTS TDD), High Speed Packet Access (HSPA), Evolution Data Optimized (EVDO), Long Term Evolution - Advanced (LTE-Advanced), Multichannel Multipoint Distribution Service (MMDS), und so weiter.
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Ausführungsformen des Gegenstands und der in dieser Spezifikation beschriebenen Operationen können in digitalen elektronischen Schaltungen oder in Computersoftware, Firmware oder Hardware implementiert werden, einschließlich der in dieser Spezifikation offenbarten Strukturen und ihrer strukturellen Äquivalente oder in Kombinationen von einem oder mehreren davon. Ausführungsformen des in dieser Spezifikation beschriebenen Gegenstands können als ein oder mehrere Computerprogramme implementiert werden, d. h. als ein oder mehrere Module von Computerprogrammanweisungen, die auf einem Computer-Speichermedium kodiert sind, um von einer datenverarbeitenden Vorrichtung ausgeführt zu werden oder um deren Betrieb zu steuern. Alternativ oder zusätzlich können die Programmanweisungen auf einem künstlich erzeugten propagierten Signal kodiert werden, z. B. einem maschinell erzeugten elektrischen, optischen oder elektromagnetischen Signal, das erzeugt wird, um Informationen zur Sendung an eine geeignete Empfangsvorrichtung zur Ausführung durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung zu kodieren. Ein Computer-Speichermedium kann eine computerlesbare Speichereinrichtung, ein computerlesbares Speichersubstrat, ein Speicher-Array oder eine Vorrichtung mit wahlfreiem oder seriellem Zugriff oder eine Kombination davon sein oder darin enthalten sein. Darüber hinaus kann ein Computer-Speichermedium, obwohl es sich nicht um ein propagiertes Signal handelt, eine Quelle oder ein Ziel von Computerprogrammbefehlen sein, die in einem künstlich erzeugten propagierten Signal kodiert sind. Das Computer-Speichermedium kann auch eine oder mehrere separate physische Komponenten oder Medien (z. B. mehrere CDs, Disketten oder andere Vorrichtungen) sein oder darin enthalten sein. Darüber hinaus können die in dieser Spezifikation beschriebenen Prozesse als Operationen implementiert werden, die von einem Datenverarbeitungsgerät an Daten durchgeführt werden, die auf einer oder mehreren computerlesbaren Vorrichtungen gespeichert oder von anderen Quellen empfangen wurden.
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Obwohl diese Spezifikation viele spezifische Implementierungsdetails enthalten kann, sollten die Implementierungsdetails nicht als Einschränkungen des Umfangs des beanspruchten Gegenstands verstanden werden, sondern als Beschreibungen von Merkmalen, die für bestimmte Ausführungsformen spezifisch sind. Bestimmte Merkmale, die in dieser Spezifikation im Zusammenhang mit einzelnen Ausführungsformen beschrieben werden, können auch in Kombination in einer einzigen Ausführungsform implementiert werden. Umgekehrt können verschiedene Merkmale, die im Zusammenhang mit einer einzelnen Ausführungsform beschrieben werden, auch in mehreren Ausführungsformen separat oder in jeder geeigneten Unterkombination implementiert sein. Darüber hinaus können, obwohl Merkmale oben als in bestimmten Kombinationen wirkend beschrieben und sogar initial als solche beansprucht werden, ein oder mehrere Merkmale aus einer beanspruchten Kombination in einigen Fällen aus der Kombination herausgenommen werden, und die beanspruchte Kombination kann auf eine Unterkombination oder Variation einer Unterkombination gerichtet sein.
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Auch wenn in den Zeichnungen Operationen bzw. Vorgänge in einer bestimmten Reihenfolge veranschaulicht werden, ist dies nicht so zu verstehen, dass diese Operationen in der dargestellten Reihenfolge oder in sequentieller Reihenfolge durchgeführt werden müssen oder dass alle dargestellten Operationen durchgeführt werden müssen, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen. Unter bestimmten Umständen können Multitasking und parallele Verarbeitung vorteilhaft sein. Darüber hinaus sollte die Trennung verschiedener Systemkomponenten in den oben beschriebenen Ausführungsformen nicht so verstanden werden, dass eine solche Trennung in allen Ausführungsformen erforderlich ist, und es sollte verstanden werden, dass die beschriebenen Programmkomponenten und Systeme im Allgemeinen zusammen in ein einziges Softwareprodukt integriert oder in mehrere Softwareprodukte verpackt werden können.
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Daher wurden hier bestimmte Ausführungsformen des Gegenstands beschrieben. Andere Ausführungsformen fallen in den Anwendungsbereich der folgenden Ansprüche. In einigen Fällen können die in den Ansprüchen dargelegten Vorgänge in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden und dennoch die gewünschten Ergebnisse erzielen. Außerdem erfordern die in den beiliegenden Figuren dargestellten Prozesse nicht unbedingt die gezeigte Reihenfolge oder eine sequentielle Reihenfolge, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen. In bestimmten Implementierungen können Multitasking und parallele Verarbeitung vorteilhaft sein.
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Wie der Fachmann erkennen wird, können die hier beschriebenen innovativen Konzepte modifiziert und in einem breiten Anwendungsbereich variiert werden. Dementsprechend sollte der Umfang des beanspruchten Gegenstands nicht auf eine der oben diskutierten spezifischen beispielhaften Lehren beschränkt werden, sondern wird stattdessen durch die folgenden Ansprüche definiert.