DE102021200034A1 - Ladungspumpen mit niedrigem rauschverhalten - Google Patents

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DE102021200034A1
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Abstract

Es werden Ladungspumpen mit niedrigem Rauschverhalten offenbart. In bestimmten Ausführungsformen umfasst eine Ladungspumpe einen Ladungspumpenausgangsanschluss, welcher dazu ausgelegt ist, eine Ladungspumpenspannung auszugeben, einen geschalteten Kondensator und eine Vielzahl von Schaltern, welche dazu ausgelegt sind, den geschalteten Kondensator während eines Ladevorgangs der Ladungspumpe zu laden und den geschalteten Kondensator während eines Entladevorgangs der Ladungspumpe mit dem Ladungspumpenausgangsanschluss zu verbinden. Die Vielzahl von Schaltern arbeitet so, dass kein Überlapp zwischen dem Ladevorgang und dem Entladevorgang auftritt, wodurch die Ladungspumpe mit geringem Rauschen arbeitet.

Description

  • HINTERGRUND
  • Technisches Gebiet
  • Ausführungsformen der Erfindung beziehen sich auf elektronische Systeme, und insbesondere auf Ladungspumpen für Hochfrequenzelektronik.
  • Beschreibung verwandter Technologie
  • Hochfrequenzkommunikationssysteme (HF-Kommunikationssysteme) können Gleichspannungswandlung nutzen um, ihre Leistungsfähigkeit zu steigern. Oft werden Spannungen benötigt oder gewünscht, die eine Batteriespannung übersteigen, während unter anderen Umständen Spannungen genutzt werden, die erheblich geringer als die Batteriespannung sind. Eine Ladungspumpe ist eine Art von Gleichspannungswandler, die eine Eingangsspannung erhält und basierend auf der Eingangsspannung eine höhere oder niedrigere Spannung erzeugt. Beispielsweise kann eine Ladungspumpe Kondensatoren als Energiespeicherelemente nutzen, um die Eingangsspannung in eine höhere Spannung oder eine niedrigere Spannung zu wandeln.
  • Beispiele für Hochfrequenz-(HF)-Kommunikationssysteme mit einer oder mehr Ladungspumpen umfassen ohne Beschränkung der Allgemeinheit Mobiltelefone, Tablets, Basisstationen, Netzwerkzugangspunkte, Laptops und tragbare Elektronik (Wearables). Leistungsverstärker sorgen für eine Verstärkung von HF-Signalen, die in einem Frequenzbereich von etwa 30 kHz bis 300 GHz liegen, wie beispielsweise im Bereich von etwa 410 MHz bis etwa 7,125 GHz für die Kommunikation im Frequenzbereich 1 (FR1) der fünften Generation (5G).
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • In bestimmten Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Frontendsystem. Das Frontendsystem umfasst einen Hochfrequenzschalter, ein Schaltsteuergerät, welches dazu ausgelegt ist, den Hochfrequenzschalter in einem ersten Zustand eines Schalteraktivierungssignals mit einer Ladungspumpenspannung zu beaufschlagen, und eine Ladungspumpe, welche dazu ausgelegt ist, die Ladungspumpenspannung an einem Ladungspumpenausgangsanschluss auszugeben. Die Ladungspumpe weist einen geschalteten Kondensator und eine Vielzahl von Schaltern auf, welche dazu ausgelegt sind, den geschalteten Kondensator während eines Ladevorgangs der Ladungspumpe zu laden und den geschalteten Kondensator während eines Entladevorgangs der Ladungspumpe mit dem Ladungspumpenausgangsanschluss zu verbinden. Die Vielzahl von Schaltern ist dazu ausgelegt, so zu arbeiten, dass kein Überlapp zwischen dem Ladevorgang und dem Entladevorgang auftritt.
  • In verschiedenen Ausführungsformen wird die Ladungspumpe mit einer Hochleistungsversorgungsspannung und einer Massespannung, die höher als die Hochleistungsversorgungsspannung, betrieben.
  • In manchen Ausführungsformen weist die Ladungspumpe einen Inverter mit einem elektrisch mit einem ersten Ende des geschalteten Kondensators verbundenen Ausgang auf. Gemäß einiger Ausführungsformen weist die Vielzahl von Schaltern ein Paar Ladeschalter, die zwischen ein zweites Ende des geschalteten Kondensators und eine Bezugsspannung gekoppelt sind, und ein Paar Entladeschalter auf, die zwischen das zweite Ende des geschalteten Kondensators und den Ladungspumpenausgangsanschluss gekoppelt sind. In Übereinstimmung mit einer Anzahl von Ausführungsformen ist das Paar Ladeschalter während des Ladevorgangs geschlossen und während des Entladevorgangs offen, und das Paar Entladeschalter ist während des Entladevorgangs geschlossen und während des Ladevorgangs offen. Gemäß verschiedener Ausführungsformen ist während eines Übergangs von dem Ladevorgang zu dem Entladevorgang ein Ladeschalter des Paars Ladeschalter offen und der jeweils andere Ladeschalter des Paars Ladeschalter geschlossen. In Übereinstimmung mit manchen Ausführungsformen ist während eines Übergangs von dem Ladevorgang zu dem Entladevorgang ein Entladeschalter des Paars Entladeschalter offen und der jeweils andere Entladeschalter des Paars Entladeschalter geschlossen. In Übereinstimmung mit einer Anzahl von Ausführungsformen wird ein erster Ladeschalter des Paars Ladeschalter von einem ersten Taktphasensignal gesteuert, ein Eingang des Inverters empfängt ein in Bezug auf das erste Taktphasensignal verzögertes zweites Taktphasensignal und ein zweiter Ladeschalter des Paars Ladeschalter wird von einem in Bezug auf das zweite Taktphasensignal verzögerten dritten Taktphasensignal gesteuert. In Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen wird ein erster Entladeschalter des Paars Entladeschalter von einer invertierten Version des ersten Taktphasensignals und ein zweiter Entladeschalter des Paars Entladeschalter von einer invertierten Version des dritten Taktphasensignals gesteuert. Gemäß einiger Ausführungsformen wird der Inverter mit einer Hochleistungsversorgungsspannung und einer Massespannung betrieben.
  • In etlichen Ausführungsformen weist die Ladungspumpe weiterhin einen Oszillator, welcher dazu ausgelegt ist, eine erste Vielzahl von Taktsignalphasen zu erzeugen, und kombinatorische Logikbausteine auf, welche dazu ausgelegt sind, die erste Vielzahl von Taktsignalphasen zu verarbeiten, um eine zweite Vielzahl von Taktsignalphasen zu erzeugen, wobei zumindest ein Teil der Schalter von der zweiten Vielzahl von Taktsignalphasen gesteuert wird.
  • In verschiedenen Ausführungsformen weist die Ladungspumpe eine Vielzahl von Stufen auf, inklusive einer ersten Stufe und einer zweiten Stufe, von denen die erste Stufe die Vielzahl von Schaltern und den geschalteten Kondensator umfasst. Gemäß einer Anzahl von Ausführungsformen wird die Vielzahl von Schaltern teilweise von einem Taktsignal der zweiten Stufe gesteuert.
  • In bestimmten Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zur Erzeugung einer Ladungspumpenspannung. Das Verfahren beinhaltet die Schritte des Ladens eines geschalteten Kondensators mittels einer Vielzahl von Schaltern während eines Ladevorgangs einer Ladungspumpe, des Überführens der Ladungspumpe von dem Ladevorgang in einen Entladevorgang ohne Überlapp, und des Verbindens des geschalteten Kondensators mit einem Ladungspumpenausgangsanschluss während des Entladevorgangs.
  • In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiterhin die Schritte des Steuerns eines ersten Endes des geschalteten Kondensators mittels einer Ausgabe eines Inverters und des Steuerns eines zweiten Endes des geschalteten Kondensators mittels der Vielzahl von Schaltern.
  • In etlichen Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiterhin den Schritt des Steuerns des ersten Endes des geschalteten Kondensators mittels einer Ausgabe eines Inverters. Gemäß einer Anzahl von Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiterhin den Schritt des Steuerns eines zweiten Endes des geschalteten Kondensators mittels der Vielzahl von Schaltern. In Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen weist die Vielzahl von Schaltern ein Paar Ladeschalter, die zwischen ein zweites Ende des geschalteten Kondensators und eine Bezugsspannung gekoppelt sind, und ein Paar Entladeschalter auf, die zwischen das zweite Ende des geschalteten Kondensators und den Ladungspumpenausgangsanschluss gekoppelt sind. Gemäß einiger Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiterhin die Schritte des Schließens eines Paares Ladeschalter der Vielzahl von Schaltern während des Ladevorgangs, des Öffnens eines Paares Entladeschalter der Vielzahl von Schaltern während des Ladevorgangs, des Öffnens des Paares Ladeschalter während des Entladevorgangs, und des Schließens des Paares Entladeschalter während des Entladevorgangs. In Übereinstimmung mit einer Anzahl von Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiterhin die Schritte des Öffnens eines der Ladeschalter des Paares Ladeschalter und des Schließens des jeweils anderen Ladeschalters des Paares Ladeschalter während eines Übergangs von dem Ladevorgang zu dem Entladevorgang. Gemäß einiger Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiterhin die Schritte des Öffnens eines der Entladeschalter des Paares Entladeschalter und des Schließens des jeweils anderen Entladeschalters des Paares Entladeschalter während eines Übergangs von dem Ladevorgang zu dem Entladevorgang. In Übereinstimmung mit etlichen Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiterhin die Schritte des Steuerns eines ersten Ladeschalters des Paars Ladeschalter mit einem ersten Taktphasensignal, des Bereitstellens eines im Bezug auf das erste Taktphasensignal verzögerten zweiten Taktphasensignals an einem Eingang des Inverters und des Steuerns eines zweiten Ladeschalters des Paars Ladeschalter mit einem in Bezug auf das zweite Taktphasensignal verzögerten dritten Taktphasensignal. Gemäß einer Anzahl von Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiterhin die Schritte des Steuerns eines ersten Entladeschalters des Paars Entladeschalter mit einer invertierten Version des ersten Taktphasensignals und des Steuerns eines zweiten Entladeschalters des Paars Entladeschalter mit einer invertierten Version des dritten Taktphasensignals.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiterhin die Schritte des Erzeugens einer ersten Vielzahl von Taktsignalphasen mittels eines Oszillators und des Verarbeitens der ersten Vielzahl von Taktsignalphasen mittels kombinatorischer Logikbausteine, um eine zweite Vielzahl von Taktsignalphasen zu erzeugen, und des Steuerns zumindest eines Teils der Schalter mit der zweiten Vielzahl von Taktsignalphasen.
  • In etlichen Ausführungsformen weist die Ladungspumpe eine Vielzahl von Stufen auf, inklusive einer ersten Stufe und einer zweiten Stufe, von denen die erste Stufe die Vielzahl von Schaltern und den geschalteten Kondensator umfasst, wobei das Verfahren weiterhin den Schritt des Steuerns der Vielzahl von Schaltern teilweise mit einem Taktsignal der zweiten Stufe.
  • In bestimmten Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf eine Ladungspumpe. Die Ladungspumpe umfasst einen Ladungspumpenausgangsanschluss, welcher dazu ausgelegt ist, eine Ladungspumpenspannung auszugeben, einen geschalteten Kondensator und eine Vielzahl von Schaltern, welche dazu ausgelegt ist, den geschalteten Kondensator während eines Ladevorgangs der Ladungspumpe zu laden und den geschalteten Kondensator während eines Entladevorgangs der Ladungspumpe mit dem Ladungspumpenausgangsanschluss zu verbinden. Die Vielzahl von Schaltern ist dazu ausgelegt, so zu arbeiten, dass kein Überlapp zwischen dem Ladevorgang und dem Entladevorgang auftritt.
  • In verschiedenen Ausführungsformen beträgt die Ladungspumpenspannung weniger als eine Massespannung.
  • In manchen Ausführungsformen umfasst die Ladungspumpe weiterhin einen Inverter mit einem elektrisch mit einem ersten Ende des geschalteten Kondensators verbundenen Ausgang. Gemäß einer Anzahl von Ausführungsformen umfasst die Vielzahl von Schaltern ein Paar Ladeschalter, welche zwischen ein zweites Ende des geschalteten Kondensators und eine Bezugsspannung gekoppelt sind, und ein Paar Entladeschalter, welche zwischen das zweite Ende des geschalteten Kondensators und den Ladungspumpenausgangsanschluss gekoppelt sind. In Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen ist das Paar Ladeschalter während des Ladevorgangs geschlossen und während des Entladevorgangs offen und das Paar Entladeschalter ist während des Entladevorgangs geschlossen und während des Ladevorgangs offen. Gemäß etlicher Ausführungsformen ist während eines Übergangs von dem Ladevorgang zu dem Entladevorgang ein Ladeschalter des Paars Ladeschalter offen und der jeweils andere Ladeschalter des Paars Ladeschalter geschlossen. In Übereinstimmung mit einer Anzahl von Ausführungsformen ist während eines Übergangs von dem Ladevorgang zu dem Entladevorgang ein Entladeschalter des Paars Entladeschalter offen und der jeweils andere Entladeschalter des Paars Entladeschalter geschlossen. In Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen wird ein erster Ladeschalter des Paars Ladeschalter von einem ersten Taktphasensignal gesteuert, ein Eingang des Inverters empfängt ein in Bezug auf das erste Taktphasensignal verzögertes zweites Taktphasensignal und ein zweiter Ladeschalter des Paars Ladeschalter wird von einem in Bezug auf das zweite Taktphasensignal verzögerten dritten Taktphasensignal gesteuert. Gemäß etlicher Ausführungsformen wird ein erster Entladeschalter des Paars Entladeschalter von einer invertierten Version des ersten Taktphasensignals und ein zweiter Entladeschalter des Paars Entladeschalter von einer invertierten Version des dritten Taktphasensignals gesteuert. In Übereinstimmung mit einer Anzahl von Ausführungsformen wird der Inverter mit einer Hochleistungsversorgungsspannung und einer Massespannung betrieben.
  • In etlichen Ausführungsformen weist die Ladungspumpe weiterhin einen Oszillator, welcher dazu ausgelegt ist, eine erste Vielzahl von Taktsignalphasen zu erzeugen, und kombinatorische Logikbausteine auf, welche dazu ausgelegt sind, die erste Vielzahl von Taktsignalphasen zu verarbeiten, um eine zweite Vielzahl von Taktsignalphasen zu erzeugen, wobei zumindest ein Teil der Schalter von der zweiten Vielzahl von Taktsignalphasen gesteuert wird.
  • In verschiedenen Ausführungsformen weist die Ladungspumpe eine Vielzahl von Stufen auf, inklusive einer ersten Stufe und einer zweiten Stufe, von denen die erste Stufe die Vielzahl von Schaltern und den geschalteten Kondensator umfasst. Gemäß einer Anzahl von Ausführungsformen wird die Vielzahl von Schaltern teilweise von einem Taktsignal der zweiten Stufe gesteuert.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
    • 1 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Kommunikationsnetzes.
    • 2 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer integrierten Schaltung („integrated circuit“, IC).
    • 3 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Leistungsverstärkersystems.
    • 4A ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Ladungspumpe.
    • 4B ist ein Beispiel eines Zeitablaufdiagramms für eine Ladungspumpe mit Überlapp.
    • 4C ist ein Beispiel eines Zeitablaufdiagramms für eine Ladungspumpe ohne Überlapp.
    • 5A ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Ladungspumpe.
    • 5B ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Ladungspumpenstufe.
    • 6A ist eine erste schematische Darstellung, die den Betrieb der Ladungspumpenstufe der 5B veranschaulicht.
    • 6B ist eine zweite schematische Darstellung, die den Betrieb der Ladungspumpenstufe der 5B veranschaulicht.
    • 6C ist eine dritte schematische Darstellung, die den Betrieb der Ladungspumpenstufe der 5B veranschaulicht.
    • 6D ist eine vierte schematische Darstellung, die den Betrieb der Ladungspumpenstufe der 5B veranschaulicht.
    • 6E ist eine fünfte schematische Darstellung, die den Betrieb der Ladungspumpenstufe der 5B veranschaulicht.
    • 6F ist eine sechste schematische Darstellung, die den Betrieb der Ladungspumpenstufe der 5B veranschaulicht.
    • 6G ist eine siebte schematische Darstellung, die den Betrieb der Ladungspumpenstufe der 5B veranschaulicht.
    • 7 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Erzeugung einer Ladungspumpenspannung gemäß einer Ausführungsform.
    • 8 ist eine schematische Darstellung einer mobilen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
    • 9 ist eine schematische Darstellung eines Frontendsystems gemäß einer Ausführungsform.
    • 10A ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines gehäusten Moduls.
    • 10B ist ein schematisches Diagramm eines Querschnitts des gehäusten Moduls aus 10A, das entlang der Linien 10B-10B veranschaulicht wurde.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die Überschriften hierin, falls vorhanden, dienen nur der vereinfachten Lesbarkeit und beeinflussen nicht notwendigerweise den Schutzbereich oder die Bedeutung der beanspruchten Erfindung.
  • Die Internationale Fernmeldeunion (International Telecommunication Union; ITU) ist eine Sonderorganisation der Vereinten Nationen (UN), die für globale Fragen der Informations- und Kommunikationstechnologien, einschließlich der gemeinsamen globalen Nutzung des Frequenzspektrums, zuständig ist.
  • Das 3rd Generation Partnership Project (3GPP) ist eine Zusammenarbeit zwischen Gruppen von Telekommunikations-Standardierungsbehörden auf der ganzen Welt, wie der Association of Radio Industries and Businesses (ARIB), dem Telecommunications Technology Committee (TTC), der China Communications Standards Association (CCSA), der Alliance for Telecommunications Industry Solutions (ATIS), der Telecommunications Technology Association (TTA), dem European Telecommunications Standards Institute (ETSI) und der Telecommunications Standards Development Society India (TSDSI).
  • Im Rahmen der ITU entwickelt und pflegt 3GPP technische Spezifikationen für eine Vielzahl von Mobilfunktechnologien, darunter beispielsweise die Technologie der zweiten Generation (2G) (z.B. Global System for Mobile Communications (GSM) und Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE)), die Technologie der dritten Generation (3G) (z.B. Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) und High Speed Packet Access (HSPA)), sowie die Technologie der vierten Generation (4G) (z.B. Long Term Evolution (LTE) und LTE-Advanced).
  • Die von 3GPP kontrollierten technischen Spezifikationen können durch Spezifikationsversionen, die sich über mehrere Jahre erstrecken und eine Vielzahl neuer Funktionen und Entwicklungen spezifizieren können, erweitert und überarbeitet werden.
  • In einem Beispiel führte 3GPP in Release 10 die Carrier Aggregation (Trägeraggregation; CA) für LTE ein. Obwohl ursprünglich mit zwei Downlink-Carriern (Downlink-Trägern) eingeführt, erweiterte 3GPP in Release 14 die Carrier-Aggregation auf bis zu fünf Downlink-Carrier und bis zu drei Uplink-Carrier (Uplink-Träger). Weitere Beispiele für neue Funktionen und Entwicklungen, die durch 3GPP-Releases bereitgestellt werden, sind unter anderem License Assisted Access (LAA), Enhanced LAA (eLAA), Narrowband Internet of things (NB-IOT), Vehicle-to-Everything (V2X) und High Power User Equipment (HPUE).
  • 3GPP hat in Release 15 die Phase 1 der Technologie der fünften Generation (5G) eingeführt und plant die Einführung der Phase 2 der 5G-Technologie in Release 16 (geplant für 2019). Spätere 3GPP-Versionen werden die 5G-Technologie weiter entwickeln und erweitern. Die 5G-Technologie wird hier auch als 5G New Radio (NR) bezeichnet.
  • 5G NR unterstützt oder plant die Unterstützung einer Vielzahl von Funktionen, wie z.B. Kommunikation über das Millimeterwellenspektrum, Strahlformbarkeit, Wellenformen mit hoher spektraler Effizienz, Kommunikation mit niedriger Latenzzeit, multiple Funknumerologie und/oder nicht-orthogonalen Mehrfachzugriff (NOMA). Obwohl solche HF-Funktionalitäten den Netzwerken Flexibilität bieten und die Benutzerdatenraten erhöhen, kann die Unterstützung solcher Funktionen eine Reihe von technischen Herausforderungen mit sich bringen.
  • Die hier enthaltenen Lehren gelten für eine Vielzahl von Kommunikationssystemen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Kommunikationssysteme, die hochentwickelte (Advanced) Mobilfunktechnologien wie LTE-Advanced, LTE-Advanced Pro und/oder 5G NR verwenden.
  • 1 ist ein schematisches Diagramm eines Beispiels eines Kommunikationsnetzes 10. Das Kommunikationsnetzwerk 10 beinhaltet eine Makrozellen-Basisstation 1, eine Kleinzellen-Basisstation 3 und verschiedene Beispiele für Benutzereinrichtungen („user equipment“, UE), einschließlich einer ersten mobilen Vorrichtung 2a, eines drahtlos verbundenen Autos 2b, eines Laptops 2c, einer stationären drahtlosen Vorrichtung 2d, eines drahtlos verbundenen Zuges 2e, einer zweiten mobilen Vorrichtung 2f und einer dritten mobilen Vorrichtung 2g.
  • Obwohl in 1 spezifische Beispiele für Basisstationen und Benutzereinrichtungen dargestellt sind, kann ein Kommunikationsnetzwerk Basisstationen und Benutzereinrichtungen/Endgeräte unterschiedlichster Art und/oder Anzahl beinhalten.
  • In dem dargestellten Beispiel beinhaltet das Kommunikationsnetzwerk 10 beispielsweise die Makrozellen-Basisstation 1 und die Kleinzellen-Basisstation 3. Die Kleinzellenbasisstation 3 kann mit relativ geringerer Leistung, geringerer Reichweite und/oder mit weniger gleichzeitigen Benutzern im Vergleich zur Makrozellenbasisstation 1 betrieben werden. Die Kleinzellenbasisstation 3 kann auch als Femtozelle, Picozelle oder Mikrozelle bezeichnet werden. Obwohl das Kommunikationsnetzwerk 10 so dargestellt ist, dass es zwei Basisstationen beinhaltet, kann das Kommunikationsnetzwerk 10 so implementiert werden, dass es mehr oder weniger Basisstationen und/oder Basisstationen anderer Typen umfasst.
  • Obwohl verschiedene Beispiele für Benutzereinrichtungen gezeigt werden, sind die hier enthaltenen Lehren auf eine Vielzahl von Benutzereinrichtungen anwendbar, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Mobiltelefone, Tablets, Laptops, IoT-Geräte, tragbare Elektronik („Wearables“), Teilnehmernetzgeräte („customer premises equipment“, CPE), drahtlos verbundene Fahrzeuge, drahtlose Wiedergabeeinrichtungen und/oder eine Vielzahl anderer Kommunikationseinrichtungen. Darüber hinaus umfasst die Benutzereinrichtung nicht nur derzeit verfügbare Kommunikationsvorrichtungen, die in einem Mobilfunknetz betrieben werden, sondern auch später entwickelte Kommunikationsvorrichtungen, die mit den hier beschriebenen und beanspruchten erfinderischen Systemen, Prozessen, Verfahren, Methoden und Vorrichtungen leicht realisierbar sind.
  • Das dargestellte Kommunikationsnetzwerk 10 von 1 unterstützt die Kommunikation mit einer Vielzahl von Mobilfunktechnologien, darunter beispielsweise 4G LTE und 5G NR. In bestimmten Implementierungen ist das Kommunikationsnetzwerk 10 weiter angepasst, um ein drahtloses lokales Netzwerk (WLAN), wie beispielsweise WiFi, bereitzustellen. Obwohl verschiedene Beispiele für Kommunikationstechnologien angegeben wurden, kann das Kommunikationsnetzwerk 10 so angepasst werden, dass es eine breite Vielzahl von Kommunikationstechnologien unterstützt.
  • In 1 sind verschiedene Kommunikationsverbindungen des Kommunikationsnetzes 10 dargestellt. Die Kommunikationsverbindungen können auf vielfältige Weise geduplext werden, z.B. durch Frequenzmultiplexing (FDD) und/oder Zeitduplexing (TDD). FDD ist eine Art von Hochfrequenzkommunikation, die verschiedene Frequenzen zum Senden und Empfangen von Signalen verwendet. FDD kann eine Reihe von Vorteilen bieten, wie z.B. hohe Datenraten und geringe Latenzzeiten. Im Gegensatz dazu ist TDD eine Art von Hochfrequenzkommunikation, die etwa die gleiche Frequenz zum Senden und Empfangen von Signalen verwendet und bei der Sende- und Empfangskommunikation zeitlich geschaltet werden. TDD kann eine Reihe von Vorteilen bieten, wie z.B. die effiziente Nutzung des Spektrums und die variable Aufteilung des Durchsatzes zwischen Sende- und Empfangsrichtung.
  • In bestimmten Implementierungen können Benutzereinrichtungen mit einer Basisstation über eine oder mehrere der Technologien 4G LTE, 5G NR und WiFi kommunizieren. In bestimmten Implementierungen wird Enhanced License Assisted Access (eLAA) verwendet, um einen oder mehrere lizenzierte Frequenzträger (z.B. lizenzierte 4G LTE- und/oder 5G NR-Frequenzen) mit einem oder mehreren nicht lizenzierten Trägern (z.B. unlizenzierte WiFi-Frequenzen) zusammenzufassen.
  • Wie in 1 dargestellt, umfassen die Kommunikationsverbindungen nicht nur Kommunikationsverbindungen zwischen UE und Basisstationen, sondern auch UE zu UE Kommunikationen und Basisstation zu Basisstation Kommunikationen. So kann das Kommunikationsnetzwerk 10 beispielsweise zur Unterstützung von Self-Fronthaul und/oder Self-Backhaul implementiert werden (z.B. zwischen Mobilgerät 2g und Mobilgerät 2f).
  • Die Kommunikationsverbindungen können über eine Vielzahl von Frequenzen betrieben werden. In bestimmten Implementierungen wird die Kommunikation mit der 5G NR-Technologie über ein oder mehrere Frequenzbänder unterstützt, die kleiner als 6 Gigahertz (GHz) und/oder über ein oder mehrere Frequenzbänder, die größer als 6 GHz sind. So können die Kommunikationsverbindungen beispielsweise den Frequenzbereich 1 (FRI), den Frequenzbereich 2 (FR2) oder eine Kombination davon bedienen. In einer Ausführungsform unterstützen eine oder mehrere der mobilen Vorrichtungen eine HPUE-Leistungsklassenspezifikation.
  • In bestimmten Implementierungen kommunizieren eine Basisstation und/oder eine Benutzereinrichtung mittels Strahlformung (Beamforming). So kann die Strahlformung beispielsweise verwendet werden, um die Signalstärke zu fokussieren, um Wegverluste zu überwinden, wie beispielsweise hohe Verluste bei der Kommunikation über hohe Signalfrequenzen. In bestimmten Ausführungsformen kommunizieren Benutzereinrichtungen, wie beispielsweise ein oder mehrere Mobiltelefone, mittels Strahlformung auf Millimeterwellenfrequenzbändern im Bereich von 30 GHz bis 300 GHz und/oder oberen Zentimeterwellenfrequenzen im Bereich von 6 GHz bis 30 GHz, insbesondere 24 GHz bis 30 GHz.
  • Verschiedene Benutzer des Kommunikationsnetzes 10 können verfügbare Netzwerkressourcen, wie beispielsweise das verfügbare Frequenzspektrum, auf vielfältige Weise gemeinsam nutzen.
  • In einem Beispiel wird der Frequency Division Multiple Access (FDMA) verwendet, um ein Frequenzband in mehrere Frequenzträger aufzuteilen. Zusätzlich werden einem bestimmten Benutzer ein oder mehrere Träger zugeordnet. Beispiele für FDMA sind unter anderem Single Carrier FDMA (SC-FDMA) und Orthogonal FDMA (OFDMA). OFDMA ist eine Mehrträgertechnologie, die die verfügbare Bandbreite in mehrere zueinander orthogonale Schmalbandunterträger unterteilt, die verschiedenen Benutzern separat zugeordnet werden können.
  • Weitere Beispiele für den gemeinsamen Zugriff (Shared Access) umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, Zeitmultiplex-Mehrfachzugriff (TDMA), bei dem einem Benutzer bestimmte Zeitschlitze für die Nutzung einer Frequenzressource zugewiesen werden, Codemultiplex-Mehrfachzugriff (CDMA), bei dem eine Frequenzressource von verschiedenen Benutzern gemeinsam genutzt wird, indem jedem Benutzer ein eindeutiger Code zugewiesen wird, Raummultiplex-Mehrfachzugriff (SDMA), bei dem Strahlformung verwendet wird, um einen gemeinsamen Zugriff durch räumliche Aufteilung bereitzustellen, und nichtorthogonaler Mehrfachzugriff (NOMA), bei dem die Leistungsdomäne für Mehrfachzugriff verwendet wird. So kann NOMA beispielsweise verwendet werden, um mehrere Benutzer mit derselben Frequenz, Zeit und/oder demselben Code, aber mit unterschiedlichen Leistungsstufen zu bedienen.
  • Enhanced Mobile Broadband (eMBB) bezeichnet eine Technologie zur Steigerung der Systemkapazität von LTE-Netzen. So kann sich eMBB beispielsweise auf Kommunikationen mit einer maximalen Datenrate von mindestens 10Gbps und einem Minimum von 100Mbps für jeden Benutzer beziehen. Hochzuverlässige Kommunikation mit niedriger Latenz (uRLLC) bezieht sich auf Technologien für die Kommunikation mit sehr niedriger Latenzzeit, z.B. weniger als 2 Millisekunden. uRLLC kann für handlungskritische Kommunikationen, wie z.B. für das autonome Fahren und/oder Fernchirurgieanwendungen, verwendet werden. Massive maschinenartige Kommunikation (mMTC) bezieht sich auf kostengünstige Kommunikationen mit niedriger Datenrate, die mit drahtlosen Verbindungen zu Alltagsgegenständen verknüpft sind, wie sie beispielsweise mit Internet of Things (IoT) Anwendungen verknüpft sind.
  • Das Kommunikationsnetzwerk 10 von 1 kann verwendet werden, um eine Vielzahl von erweiterten bzw. hochentwickelten (Advanced) Kommunikationsfunktionen zu unterstützen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, eMBB, uRLLC und/oder mMTC.
  • 2 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform einer integrierten Schaltung 20 („integrated circuit“, IC). Der dargestellte IC 20 umfasst einen ersten Anschlusspin 15a, welcher eine Niederleistungsversorgungsspannung V1 (beispielsweise Massespannung) empfängt, und einen zweiten Anschlusspin 15b welcher eine Hochleistungsversorgungsspannung V2 empfängt. Zusätzlich umfasst der dargestellte IC 20 weiterhin HF-Schalter 21, eine Ladungspumpe 22 und ein Schaltsteuergerät 23. Auch wenn es in 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist, umfasst der IC 20 üblicherweise zusätzliche Anschlusspins und Schaltungselemente.
  • Die Ladungspumpe 22 kann dazu eingesetzt werden, eine Ladungspumpenspannung zu erzeugen, die ein Spannungsniveau aufweist, welches unter dem der Niederleistungsversorgungsspannung V1 liegt. Das Schaltsteuergerät 23 empfängt die Ladungspumpenspannung, die teilweise dazu genutzt werden kann, die HF-Schalter 21 zu steuern.
  • Beispielsweise kann der dargestellte IC 20 für ein Frontendmodul (FEM) stehen und die HF-Schalter 21 können Metalloxidhalbleiterschalter vom n-Typ („n-type metal oxide semiconductor“, NMOS) aufweisen, welche Gateanschlüsse haben, die im ausgeschalteten Zustand auf ein Spannungsniveau der Ladungspumpenspannung vorgeladen sind. Das Steuern der Gatespannung eines NMOS-Schalttransistors auf eine Spannung unterhalb einer Niederleistungsversorgungsspannung im ausgeschalteten Zustand kann die Abschaltimpedanz erhöhen, was zu einer erhöhten Isolation in Mehrfachbandanwendungen führen kann.
  • Wenn die NMOS-Schalttransistoren im angeschalteten Zustand arbeiten, können die NMOS-Schalttransistoren auf jedes geeignete Spannungsniveau vorgeladen werden, wie beispielsweise das Spannungsniveau der Hochleistungsversorgungsspannung V2. In bestimmten Konfigurationen kann die Hochleistungsversorgungsspannung V2 einer geregelten Spannung entsprechen, die von einem Regler auf dem Chip oder extern zu dem Chip erzeugt wird. Das Erzeugen der Hochleistungsversorgungsspannung V2 mittels eines Reglers kann dabei helfen, die in einem angeschalteten Zustand arbeitenden NMOS-Schalttransistoren mit einem Spannungsniveau zu steuern, welches in Bezug auf Temperatur, Batteriespannungsniveau und/oder gegenwärtiger Lastsituation verhältnismäßig konstant ist.
  • In bestimmten Konfigurationen wird der IC 20 mithilfe eines Silizium-auf-Isolator-Verfahrens („silicon on insulator“, SOI) hergestellt, und die HF-Schalter 21 können SOI-Transistoren aufweisen. Andere Konfigurationen sind jedoch ebenfalls möglich.
  • 3 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Leistungsverstärkersystems 40. Das dargestellte Leistungsverstärkersystem 40 beinhaltet eine HF-Schalterschaltung 27, welche einen Reihenschalttransistor 25 und einen Shuntschalttransistor 26 aufweist. Das dargestellte Leistungsverstärkersystem 40 beinhaltet zudem eine Ladungspumpe 22, ein Schaltsteuergerät 23, einen Richtkoppler 24, eine Leistungsverstärkervorspannungsschaltung 30, einen Leistungsverstärker 32 und einen Sender 33. Der dargestellte Sender 33 beinhaltet einen Basisbandprozessor 34, einen I/Q-Modulator 37, einen Mischer 38 und einen Analog-Digital-Wandler (ADC) 39.
  • Der Basisbandprozessor 34 kann verwendet werden, um ein Inphasen-(I)-Signal und ein Quadratur-(Q)-Signal zu erzeugen, die verwendet werden können, um eine sinusförmige Welle oder ein Signal mit einer gewünschten Amplitude, Frequenz und Phase darzustellen. So kann beispielsweise das 1-Signal verwendet werden, um eine phasengleiche Komponente der sinusförmigen Welle darzustellen, und das Q-Signal kann verwendet werden, um eine Quadraturkomponente der sinusförmigen Welle darzustellen, was eine äquivalente Darstellung der sinusförmigen Welle sein kann. In bestimmten Implementierungen können die I- und Q-Signale dem I/Q-Modulator 37 in einem digitalen Format zur Verfügung gestellt werden. Der Basisbandprozessor 34 kann jeder geeignete Prozessor sein, der zur Verarbeitung eines Basisbandsignals konfiguriert ist. So kann beispielsweise der Basisbandprozessor 34 einen digitalen Signalprozessor, einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Kern oder eine beliebige Kombination davon beinhalten. Darüber hinaus können in einigen Implementierungen zwei oder mehr Basisbandprozessoren 34 in das Leistungsverstärkersystem 40 integriert werden.
  • Der I/Q-Modulator 37 kann dazu ausgelegt sein, die I- und Q-Signale von dem Basisbandprozessor 34 zu empfangen und die I- und Q-Signale zur Erzeugung eines HF-Signals zu verarbeiten. So kann beispielsweise der I/Q-Modulator 37 DACs, die konfiguriert sind, um die I- und Q-Signale in ein analoges Format umzuwandeln, Mischer zur Hochkonvertierung der I- und Q-Signale in Hochfrequenz und einen Signalkombinierer zur Kombination der hochkonvertierten I- und Q-Signale in ein HF-Signal, das für die Verstärkung durch den Leistungsverstärker 32 geeignet ist, beinhalten. In bestimmten Implementierungen kann der I/Q-Modulator 37 ein oder mehrere Filter beinhalten, die dazu ausgelegt sind, den Frequenzgehalt von darin verarbeiteten Signale zu filtern.
  • Die Leistungsverstärkervorspannungsschaltung 30 kann ein Freigabesignal ENABLE vom Basisbandprozessor 34 und das Freigabesignal ENABLE verwenden, um ein oder mehrere Vorspannungssignale für den Leistungsverstärker 32 zu erzeugen. Der Leistungsverstärker 32 kann das HF-Signal von dem I/Q-Modulator 37 empfangen.
  • Das Schaltsteuergerät 23 kann den Reihenschalttransistor 25 und den Shuntschalttransistor 26 in sich ergänzender Weise an- und abschalten. Zum Beispiel kann das Schaltsteuergerät dazu genutzt werden, den Reihenschalttransistor 25 anzuschalten und den Shuntschalttransistor 26 abzuschalten, so dass der Leistungsverstärker 32 ein verstärktes HV-Signal über den Reihenschalttransistor 25 an die Antenne 14 abgibt. Zusätzlich kann das Schaltsteuergerät 23 dazu genutzt werden, den Reihenschalttransistor 25 abzuschalten und den Shuntschalttransistor 26 anzuschalten, so dass ein Pfad hoher Impedanz zwischen dem Ausgang des Leistungsverstärkers 32 und der Antenne 14 geschaffen wird, während gleichzeitig für einen Abschluss des Ausgangs des Leistungsverstärkers gesorgt wird. Um einen Zustand der HF-Schaltschaltung 27 zu steuern, kann das Schaltsteuergerät ein Schaltaktivierungssignal erhalten.
  • Der Richtkoppler 24 kann zwischen dem Ausgang des Leistungsverstärkers 32 und dem Sourceeingang des Reihenschalttransistors 25 angeordnet werden, wodurch eine Ausgangsleistungsmessung des Leistungsverstärkers 32 ermöglicht wird, die keine Einfügedämpfung des Reihenschalttransistors 25 beinhaltet. Das erfasste Ausgangssignal von dem Richtkoppler 24 kann dem Mischer 38 zugeführt werden, der das erfasste Ausgangssignal mit einem Referenzsignal einer kontrollierten Frequenz multiplizieren kann, um den Frequenzgehalt des erfassten Ausgangssignals herunterzuschieben und ein heruntergeschobenes Signal zu erzeugen. Das heruntergeschobene Signal kann dem ADC 39 zugeführt werden, der das heruntergeschobene d.h. abwärts gewandelte Signal in ein digitales Format umwandeln kann, das für die Verarbeitung durch den Basisbandprozessor 34 geeignet ist.
  • Durch die Aufnahme eines Rückkopplungspfades zwischen dem Ausgang des Leistungsverstärkers 32 und dem Basisbandprozessor 34 kann der Basisbandprozessor 34 dazu ausgelegt werden, die I- und Q-Signale dynamisch anzupassen, um den Betrieb des Leistungsverstärkersystems 40 zu optimieren. So kann beispielsweise die Konfiguration des Leistungsverstärkersystems 40 auf diese Weise dazu beitragen, den leistungsgesteigerten Wirkungsgrad (Power Added Efficiency; PAE) und/oder die Linearität des Leistungsverstärkers 32 zu steuern.
  • In der dargestellten Konfiguration stellt die Ladungspumpe 22 dem Schaltsteuergerät 23 eine Ladungspumpenspannung zur Verfügung, die dazu genutzt wird, den Reihenschalttransistor 25 und den Shuntschalttransistor 26 zu steuern. In bestimmten Konfigurationen wird die Ladungspumpenspannung dazu benutzt, die Gatespannung des Reihenschalttransistors 25 und/oder des Shuntschalttransistors 26 vorzuspannen, wenn der Reihenschalttransistor 25 und/oder der Shuntschalttransistor 26 abgeschaltet werden. Zum Beispiel kann die Ladungspumpe 22 eine negative Ladungspumpenspannung erzeugen, die dazu genutzt wird, den Reihenschalttransistor 25 und/oder den Shuntschalttransistor 26 abzuschalten.
  • Auch wenn das Schaltsteuergerät 23 so dargestellt wird, dass es Schaltsteuersignale für zwei Transistoren erzeugt, kann das Schaltsteuergerät 23 so angepasst werden, dass es mehr oder weniger Schaltsteuertransistoren und/oder andere Schalteinrichtungen ansteuert. Beispielsweise kann ein Schaltsteuergerät mehrere Schaltaktivierungssignale erhalten, um verschiedenen HF-Schaltschaltungen zu steuern.
  • 4A ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Ladungspumpe 50. Die Ladungspumpe 50 umfasst einen Generator 41 zur Schaltsteuerung ohne Überlapp und eine Stufe 42 zur negative Spannungserzeugung („negative voltage generator“, NVG). Obschon als nur eine NVG-Stufe 42 beinhaltend dargestellt, kann die Ladungspumpe 50 so angepasst werden, dass sie zusätzliche Stufen aufweist. Überdies kann die Ladungspumpe 50 - auch wenn in Bezug auf negative Spannungserzeugung gezeigt - so angepasst werden, dass sie zur positiven Spannungserzeugung dient („positive voltage generator“, PVG).
  • Die NVG-Stufe 42 umfasst Schalter 44, die genutzt werden, einen Pumpkondensator 45 gezielt zu laden und entladen, um dadurch eine negative Spannung NVG zu erzeugen. Der Pumpkondensator 45 wird hierin auch als geschalteter Kondensator bezeichnet. Die Schalter 44 können auf vielfältige Arten und Weisen implementiert werden, inklusive, aber nicht ausschließlich, durch Nutzung von Feldeffekttransistoren (beispielsweise Metalloxidhalbleitertransistoren („metal oxide semiconductor“, MOS), die vom n-Typ, p-Typ oder Kombinationen davon sein können), Bipolartransistoren, Dioden, mikroelektromechanische Vorrichtungen (MEMS) und/oder anderen Arten von Schaltern.
  • Wie in 4A gezeigt, umfasst der Generator 41 zur Erzeugung nicht überlappender Schaltsteuersignale kombinatorische Logikbausteine 43, die Taktsignalphasen (beispielsweise von einem Oszillator bereitgestellt) zu verarbeiten, um Schaltsteuersignale zum Öffnen und Schließen jedes der Schalter 44, um dadurch die NVG-Stufe 42 in verschiedenen, zum Laden und Entladen des Pumpkondensators 45 zugehörigen Phasen zu betreiben.
  • Der Generator 41 zur Erzeugung nicht überlappender Schaltsteuersignale erzeugt die Schaltsteuersignal ohne Überlapp, um Durchbruchströme zu vermeiden, wie etwa Ströme zwischen Masse und der negative Spannung NVG während der Übergänge der Schalter 44.
  • Indem Durchbruchströme vermieden werden, werden Rauschspitzen gegenüber Masse und/oder Leckage gegenüber der negative Spannung NVG verringert.
  • 4B ist ein Beispiel eines Zeitablaufdiagramms für eine Ladungspumpe mit Überlapp. Das Diagramm bildet Ladungssteuersignale zum Steuern des Ladens eines Pumpkondensators und Entladungssteuersignale zum Steuern des Entladens des Pumpkondensators ab. Wie in 4B gezeigt arbeitet die Ladungspumpe mit Überlappzeiträumen 47, wenn von einem Laden zu einem Entladen und von einem Entladen zu einem Laden übergegangen wird. Der Überlapp 47 führt zu Durchbruchströmen, die das Rauschen verstärken und/oder die Leistungsfähigkeit der Ladungspumpe anderweitig verschlechtern.
  • 4C ist ein Beispiel eines Zeitablaufdiagramms für eine Ladungspumpe ohne Überlapp. Wie in 4C gezeigt verarbeiten kombinatorische Logikbausteine der Ladungspumpe Taktsignalphasen, um Ladungssteuersignale zum Steuern des Ladens eines Pumpkondensators und Entladungssteuersignale zum Steuern des Entladens des Pumpkondensators zu erzeugen.
  • Im Gegensatz zum Zeitablaufdiagramm der 4B arbeitet das Zeitablaufdiagramm der 4C ohne Überlapp zwischen den Übergängen der Ladungssteuerwellenform und den Übergängen der Entladungssteuerwellenform. Durch eine derartige Vermeidung von Überlapp werden Durchbruchströme vermieden, was zu einer Verringerung in Rauschspitzen und/oder geringerer Leckage hin zur negative Spannung führt.
  • 5A ist ein schematisches Blockschaubild einer anderen Ausführungsform einer Ladungspumpe 60. Die Ladungspumpe 60 umfasst einen Oszillator 51 und eine Gruppe von Ladungspumpenstufen 53. Die Gruppe von Ladungspumpenstufen 53 weist eine erste NVG-Stufe 52a, eine zweite NVG-Stufe 52b und eine dritte NVG-Stufe 52c auf, die in Kombination zusammen zur Erzeugung der negativen Spannung NVG dienen. Auch wenn eine Implementierungsform mit drei Stufen gezeigt wird, kann die Ladungspumpe 60 so angepasst werden, dass sie mehr oder weniger Stufen aufweist.
  • Wie in 5A gezeigt, erzeugt der Oszillator 51 eine erste Taktsignalphase P1, eine zweite Taktsignalphase P2 und eine dritte Taktsignalphase P3, die alle unterschiedliche Phasen aufweisen. Insbesondere ist die zweite Taktsignalphase P2 gegenüber der ersten Taktsignalphase P1 verzögert, und die dritte Taktsignalphase P3 ist gegenüber der zweiten Taktsignalphase P2 verzögert.
  • Die erste NVG-Stufe 52a erhält die erste Taktsignalphase P1 und arbeitet so, dass die erste Taktsignalphase P1 zur Erzeugung einer ersten invertierten Taktsignalphase P1b invertiert wird. In bestimmten Implementierungsformen erzeugt die erste NVG-Stufe 52a die erste invertierte Taktsignalphase P1b nicht nur über logische Inversion, sondern auch mittels einer Spannungsverschiebung relative zur ersten Taktsignalphase P1. Beispielsweise kann eine Ausgestaltung der ersten NVG-Stufe 52a auf diese Art dabei helfen, dass die erste invertierte Taktsignalphase.P1b bei Spannungspegeln erzeugt wird, die für das Steuern von Schalter geeignet sind.
  • Unter weiterer Bezugnahme auf 5A empfängt die zweite NVG-Stufe 52b die zweite Taktsignalphase P3 und arbeitet so, dass die zweite Taktsignalphase P2 zur Erzeugung einer zweiten invertierten Taktsignalphase P2b invertiert wird. Überdies empfängt die dritte NVG-Stufe 52c die dritte Taktsignalphase P3 und arbeitet so, dass die dritte Taktsignalphase P3 zur Erzeugung einer dritten invertierten Taktsignalphase P3b invertiert wird. In bestimmten Implementierungsformen sorgen die zweite NVG-Stufe 52a und die dritte NVG-Stufe 52c für Pegelumsetzung zusätzlich zur logischen Inversion.
  • Die erste NVG-Stufe 52a, die zweite NVG-Stufe 52b und die dritte NVG-Stufe 52c empfangen auch verschiedene Taktsignalphasen zur Steuerung des Betriebs von Lade- und Entladevorgängen von Pumpkondensatoren. Die Taktsignalphasen sorgen für ein Laden und Entladen ohne Überlapp in Übereinstimmung mit den hierin aufgeführten Lehren.
  • In bestimmten Ausführungsformen empfängt die erste NVG-Stufe 52a die dritte Taktsignalphase P3 und die zweite Taktsignalphase P2 zur Steuerung des Ladens, und empfängt die dritte invertierte Taktsignalphase P3b und die zweite invertierte Taktsignalphase P2b zur Steuerung des Entladens. Zusätzlich empfängt die zweite NVG-Stufe 52b die erste Taktsignalphase PI und die dritte Taktsignalphase P3 zur Steuerung des Ladens, und empfängt die dritte invertierte Taktsignalphase P3b und die erste invertierte Taktsignalphase P1b zur Steuerung des Entladens. Überdies empfängt die dritte NVG-Stufe 52c die zweite Taktsignalphase P2 und die erste Taktsignalphase P1 zur Steuerung des Ladens, und empfängt die erste invertierte Taktsignalphase P1b und die zweite invertierte Taktsignalphase P2b zur Steuerung des Entladens.
  • 5B ist ein schematisches Blockschaubild einer Ausführungsform einer Ladungspumpenstufe 80. Die Ladungspumpenstufe 80 umfasst einen Inverter 61, einen Pumpkondensator 62, einen ersten Entladeschalter 71, einen zweiten Entladeschalter 72, einen ersten Ladeschalter 73 und einen zweiten Ladeschalter 74.
  • Die Ladungspumpenstufe 80 der 5B veranschaulicht eine Ausführungsform einer NVG-Stufe für die Ladungspumpe der 5A (mit Taktsignalphasen entsprechend zur zweiten NVG-Stufe 52b abgebildet). Auch wenn eine Ausführungsform einer Ladungspumpenstufe abgebildet ist, sind die Lehren hierin auf in vielfältiger Art und Weise implementierter Ladungspumpenstufen anwendbar.
  • Wie in 5B gezeigt, wird der Inverter 61 von einer geregelten Leistungsversorgungsspannung VREG und einer Massespannung betrieben, von denen letzter hierin auch als Erde oder GND bezeichnet wird. Der Inverter 61 weist weiterhin einen Eingang, der eine zweite Taktsignalphase P2 empfängt, und einen Ausgang auf, der mit einem ersten Ende des Pumpkondensators 62 verbunden ist. Der Pumpkondensator 62 weist weiterhin ein zweites Ende auf, welches eine zweite invertierte Taktsignalphase P2b erzeugt, die sowohl logisch invertiert als auch in Bezug auf die zweite Taktsignalphase P2 im Pegel umgesetzt ist.
  • Unter fortlaufender Bezugnahme auf 5B sind der erste Ladeschalter 73 und der zweite Ladeschalter 74 in Reihe zwischen Masse und dem zweiten Ende des Pumpkondensators 62 geschaltet. Der erste Ladeschalter 73 wird von einer ersten Taktsignalphase P1 gesteuert, während der zweite Ladeschalter 74 von einer dritten Taktsignalphase P3 gesteuert wird. Ferner sind der erste Entladeschalter 71 und der zweite Entladeschalter 72 in Reihe zwischen der negative Spannung NVG und dem zweiten Ende des Pumpkondensators 62 geschaltet. Der erste Entladeschalter 71 wird von einer ersten invertierten Taktsignalphase P1b gesteuert, während der zweite Entladeschalter 72 von einer dritten invertierten Taktsignalphase P3b gesteuert wird.
  • Die Ladungspumpenstufe 80 der 5B ist so ausgestaltet, dass es keinen Überlapp zwischen Lade- und Entladevorgängen des Pumpkondensators 62 gibt. Beispielsweise wird der Pumpkondensator 62 geladen, wenn sowohl der erste Ladeschalter 73 als auch der zweite Ladeschalter 74 angeschaltet sind, aber er wird nicht geladen, wenn entweder einer oder beide des ersten Ladeschalters 73 und des zweiten Ladeschalters 74 abgeschaltet werden. Ferner wird der Pumpkondensator 62 entladen, wenn sowohl der erste Entladeschalter 71 als auch der zweite Entladeschalter 72 angeschaltet sind, aber er wird nicht geladen, wenn entweder einer oder beide des ersten Entladeschalters 71 und des zweiten Entladeschalters 72 abgeschaltet werden. Weiterhin sind die abgebildeten Schalter so getaktet, dass Überlapp während Übergängen zwischen Lade- und Entladevorgängen vermieden wird. Eine solche Vermeidung von Überlapp dient der Vermeidung von Durchbruchströmen und führt zu geringerem Rauschverhalten.
  • 6A bis 6G sind schematische Diagramme, die Betriebszustandsphasen der Ladungspumpenstufe 80 der 5B veranschaulichen.
  • 6A zeigt eine erste Betriebszustandsphase der Ladungspumpenstufe 80, in der das erste Ende des Pumpkondensators 62 mit der geregelten Spannung VREG und das zweite Ende des Pumpkondensators 62 mit der Massespannung gesteuert wird. Wie in 6a gezeigt, sind sowohl der erste Ladeschalter 73 als auch der zweite Ladeschalter 74 angeschaltet, während sowohl der erste Entladeschalter 71 als auch der zweite Entladeschalter 72 abgeschaltet sind.
  • 6B zeigt eine zweite Betriebszustandsphase der Ladungspumpenstufe 80, in der der erste Ladeschalter 73 vom aktivierten in den deaktivierten Zustand übergeht und in der der erste Entladeschalter 71 vom deaktivierten in den aktivierten Zustand übergeht. Wie in 6B gezeigt, bleibt das erste Ende des Pumpkondensators 62 mit der geregelten Spannung VREG verbunden, aber das zweite Ende des Pumpkondensators 62 wird von der Massespannung getrennt, da der erste Ladeschalter 73 abgeschaltet wird. Wie in 6B gezeigt, sind nur ein Ladeschalter und nur ein Entladeschalter aktiviert.
  • 6C zeigt eine dritte Betriebszustandsphase der Ladungspumpenstufe 80, in der die zweite Taktsignalphase P2 von niedrig (0V, in diesem Beispiel) auf hoch (2,5V, in diesem Beispiel) übergeht. Da das zweite Ende des Pumpkondensators 62 elektrisch potentialfrei ist, geht das zweite Ende des Pumpkondensators 62 zu einer negativen Spannung (-2,5V, in diesem Beispiel) über, als Reaktion darauf, dass der Ausgang des Inverters 61 sein Spannungsniveau an dem ersten Ende des Pumpkondensators 62 von hoch nach niedrig ändert.
  • 6D zeigt eine vierte Betriebszustandsphase der Ladungspumpenstufe 80, in der der zweite Ladeschalter 74 vom aktivierten in den deaktivierten Zustand übergeht und in der der zweite Entladeschalter 72 vom deaktivierten in den aktivierten Zustand übergeht. Wie in 6D gezeigt, wird in der vierten Phase das zweite Ende des Pumpkondensators 62 mit einem Ausgangsanschluss verbunden, der die negative Spannung NVG bereitstellt. Wie in 6B gezeigt, sind beide Entladeschalter aktiviert und beide Ladeschalter deaktiviert.
  • 6E zeigt eine fünfte Betriebszustandsphase der Ladungspumpenstufe 80, in der der erste Ladeschalter 73 vom deaktivierten in den aktivierten Zustand übergeht und in der der erste Entladeschalter 71 vom aktivierten in den deaktivierten Zustand übergeht. Wie in 6B gezeigt, sind nur ein Ladeschalter und nur ein Entladeschalter aktiviert.
  • 6F zeigt eine sechste Betriebszustandsphase der Ladungspumpenstufe 80, in der die zweite Taktsignalphase P2 von hoch (2,5V, in diesem Beispiel) auf niedrig (0V, in diesem Beispiel) übergeht. Das zweite Ende des Pumpkondensators 62 wird in der sechsten Phase von Masse getrennt.
  • 6G stellt eine Rückkehr zu der ersten Betriebszustandsphase der Ladungspumpenstufe 80 dar. Die Ladungspumpenstufe 80 wird in die erste Phase zurückgesetzt, indem der zweite Ladeschalter 74 von dem deaktivierten Zustand in den aktivierten Zustand versetzt wird und der zweite Entladeschalter 72 von dem aktivierten Zustand in den deaktivierten Zustand versetzt wird.
  • 7 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 190 zur Erzeugung einer Ladungspumpenspannung gemäß einer Ausführungsform. Das Verfahren 190 kann durch eine Ladungspumpe ausgeführt werden, die ein oder mehrere Ladungspumpenstufen aufweist, welche gemäß den hierin ausgeführten Lehren ausgestaltet ist.
  • Das Verfahren 190 beginnt bei einem Schritt 191, in dem ein erstes Ende eines Kondensators einer Ladungspumpe mit einer ersten Spannung (zum Beispiel VREG) verbunden wird und in dem ein zweites Ende des Kondensators der Ladungspumpe mit einer zweiten Spannung (zum Beispiel Masse) verbunden wird. Das Verfahren 190 setzt sich bei einem Schritt 192 fort, in dem das zweite Ende des Kondensators von der zweiten Spannung getrennt wird.
  • Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 7 wird das Verfahren 190 mit Schritt 193 fortgesetzt, in dem das erste Ende des Kondensators mit der zweiten Spannung verbunden wird. Da das zweite Ende des Kondensators von der zweiten Spannung in Schritt 192 getrennt worden ist, ist das zweite Ende des Kondensators während des Schrittes 193 elektrisch potentialfrei und schwingt daher in der Spannung mit dem Verbinden des ersten Endes des Kondensators mit der zweiten Spannung mit.
  • Das Verfahren 190 wird mit Schritt 194 fortgesetzt, in dem das zweite Ende des Kondensators mit einem Ausgang der Ladungspumpe verbunden wird. Durch ein derartiges Verbinden kann die auf dem Kondensator gespeicherte Ladung an eine von der Ladungspumpe betriebene Last abgegeben werden.
  • Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 7 wird das Verfahren 190 mit Schritt 195 fortgesetzt, in dem das zweite Ende des Kondensators von dem Ausgang getrennt wird. Das Verfahren 190 wird mit Schritt 194 fortgesetzt, in dem das erste Ende des Kondensators mit der ersten Spannung verbunden wird. Das Verfahren 190 kehrt zu Schritt 191 zurück, in dem das zweite Ende des Kondensators mit der zweiten Spannung verbunden wird.
  • 8 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform eines Mobilgeräts 800. Das Mobilgerät 800 beinhaltet ein Basisbandsystem 801, einen Sendeempfänger 802, ein Frontendsystem 803, Antennen 804, ein Leistungssteuerungssystem 805, einen Speicher 806, eine Benutzeroberfläche 807 und eine Batterie 808.
  • Das Mobilgerät 800 kann über eine Vielzahl von Kommunikationstechnologien kommunizieren, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, 2G, 3G, 4G (einschließlich LTE, LTE-Advanced und LTE-Advanced Pro), 5G NR, WLAN (beispielsweise Wi-Fi), WPAN (beispielsweise Bluetooth und ZigBee). WMAN (beispielsweise WiMAX) und/oder GPS-Technologien.
  • Der Sendeempfänger 802 erzeugt HF-Signale zur Übertragung und verarbeitet eingehende HF-Signale, die von den Antennen 804 empfangen werden. Es sei darauf hingewiesen, dass verschiedene Funktionalitäten, die mit dem Senden und Empfangen von HF-Signalen verbunden sind, durch eine oder mehrere Komponenten erreicht werden können, die in 8 kollektiv als Sendeempfänger 802 dargestellt sind. In einem Beispiel können separate Komponenten (z.B. separate Schaltungen oder Rohchips) für die Verarbeitung bestimmter Arten von HF-Signalen bereitgestellt werden.
  • Das Frontendsystem 803 hilft bei der Aufbereitung von Signalen, die von den Antennen 804 gesendet und/oder empfangen werden. In der dargestellten Ausführungsform umfasst das Frontendsystem 803 Ladungspumpen 810, Leistungsverstärker (PAs) 811, rauscharme Verstärker („low noise amplifiers“, LNAs) 812, Filter 813, Schalter 814 und Schaltungen 815 zur Signalteilung/-kombinierung. Andere Implementierungsformen sind allerdings auch möglich.
  • Beispielsweise kann das Frontendsystem 803 für eine Anzahl von Funktionen sorgen, inklusive, ohne Beschränkung der Allgemeinheit, Sendesignalverstärkung, Empfangssignalverstärkung, Signalfilterung, Umschaltung zwischen verschiedenen Bändern, Umschaltung zwischen verschiedenen Leistungsmodi, Umschaltung zwischen Sende- und Empfangsmodi, Signalduplexen, Signalmultiplexen (beispielsweise Diplexen oder Triplexen) oder jedwede Kombination dieser Funktionen.
  • In bestimmten Implementierungen unterstützt das Mobilgerät 800 eine Trägerbündelung und sorgt somit für eine Flexibilität um Spitzendatenraten zu erhöhen. Trägerbündelung kann sowohl für ein Frequenzaufteilungsduplexen („Frequency Division Duplexing“, FDD) als auch ein Zeitaufteilungsduplexen („Time Division Duplexing“, TDD) genutzt werden und kann dazu eingesetzt werden, eine Vielzahl von Trägern oder Kanälen zu bündeln. Trägerbündelung umfasst eine zusammenhängende Bündelung, bei der aneinandergrenze Träger innerhalb desselben Betriebsfrequenzbandes gebündelt werden. Trägerbündelung kann auch nicht zusammenhängend sein, und kann Träger umfassen, die innerhalb eines gemeinsamen Bandes oder in unterschiedlichen Bändern frequenzgetrennt sind.
  • Die Antennen 804 können Antennen umfassen, die für eine große Vielzahl unterschiedlicher Kommunikationsarten genutzt werden. Beispielsweise können die Antennen 804 Antennen zum Übertragen und/oder Empfangen von Signalen aufweisen, die mit einer großen Vielzahl unterschiedlicher Frequenzen und Kommunikationsstandards verknüpft sind.
  • In bestimmten Implementierungen unterstützen die Antennen 804 MIMO-Kommunikation und/oder geschaltete Diversitätskommunikation. Zum Beispiel nutzt MIMO-Kommunikation mehrere Antennen, um mehrere Datenströme über einen einzigen Hochfrequenzkanal zu kommunizieren. MIMO-Kommunikation profitiert von einem besseren Signal-zu-Rausch-Verhältnis, von verbesserter Codierung und/oder von verminderter Signalinterferenz aufgrund räumlicher Multiplexunterschiede der Funkumgebung. Geschaltete Diversität bezieht sich auf eine Kommunikation, bei der eine bestimmte Antenne zu bestimmten Zeitpunkte für einen Betrieb ausgewählt wird. Beispielsweise kann ein Schalter genutzt werden, um eine bestimmte Antenne aus einer Gruppe von Antennen basierend auf einer Vielzahl von Faktoren auszuwählen, wie etwa eine beobachtete Bitfehlerrate und/oder ein Signalstärkenindikator.
  • Das Mobilgerät 800 kann in bestimmten Implementierungen mit Strahlformung betrieben werden. Beispielsweise kann das Frontendsystem 803 Phasenschieber mit variabler Phase aufweisen, die durch den Sendeempfänger 802 gesteuert werden. Zusätzlich können die Phasenschieber angesteuert werden, um für eine Strahlformung und Richtungscharakteristik für eine Übertragung und/oder einen Empfang von Signalen unter Nutzung der Antennen 804 zu sorgen. Beispielsweise können im Zusammenhang mit einer Signalübertragung die Phasen der Sendesignale, die den Antennen 804 bereitgestellt werden, derart gesteuert werden, dass die von den Antennen 804 ausgestrahlten Signale unter konstruktiver und destruktiver Interferenz kombiniert werden, um ein gebündeltes Sendesignal mit strahlartigen Eigenschaften zu erhalten, welches in einer vorgegebenen Ausbreitungsrichtung eine höhere Signalstärke aufweist. Im Zusammenhang mit einem Signalempfang können die Phasen so gesteuert werden, dass mehr Signalenergie empfangen wird, wenn das Signal an den Antennen 804 aus einer bestimmten Richtung ankommt. In bestimmten Implementierungen weisen die Antennen 804 ein oder mehrere Anordnungen von Antennenelementen auf, um das Strahlformen zu verstärken.
  • Das Basisbandsystem 801 ist mit der Nutzerschnittstelle 807 gekoppelt, um eine Verarbeitung von verschiedentlichen Nutzereingaben und -ausgaben (I/O) wie etwa Sprach- und Datensignale zu verarbeiten. Das Basisbandsystem 801 versorgt den Sendeempfänger 802 mit digitalen Darstellungen der Übertragungssignale, die der Sendeempfänger 802 zur Erzeugung von HF-Signalen für die Übertragung verarbeitet. Das Basisbandsystem 801 verarbeitet auch digitalen Darstellungen von Empfangssignalen, die von dem Sendeempfänger 802 geliefert werden. Wie in 8 gezeigt, ist das Basisbandsystem 801 mit dem Speicher 806 gekoppelt, um einen Betrieb des Mobilgeräts 800 zu ermöglichen.
  • Der Speicher 806 kann für eine breite Vielfalt an Zwecken verwendet werden, wie etwa Speichern von Daten und/oder Anweisungen, um den Betrieb des Mobilgeräts 800 zu ermöglichen und/oder Speicher für Nutzerinformationen bereitzustellen.
  • Das Leistungssteuerungssystem 805 stellt eine Anzahl von Leistungssteuerungsfunktionen für das Mobilgerät 800 bereit. In bestimmen Implementierungen weist das Leistungssteuerungssystem 805 eine Leistungsverstärkerversorgungssteuerschaltung auf, die die Versorgungsspannungen der Leistungsverstärker 811 steuert. Beispielsweise kann das Leistungssteuerungssystem 805 dazu ausgelegt sein, die Versorgungsspannung(en), die ein oder mehreren der Leistungsverstärker 811 bereitgestellt werden, zu ändern, um ihre Effizienz zu verbessern, wie etwa den Leistungswirkungsgrad („power added efficiency‟, PAE).
  • Wie in 8 dargestellt erhält das Leistungssteuerungssystem 805 eine Batteriespannung von der Batterie 808. Die Batterie 808 kann jedwede geeignete Batterie für den Einsatz in dem Mobilgerät 800 sein, inklusive beispielsweise einer Lithium-Ionen-Batterie.
  • 9 ist ein schematisches Blockschaubild eines Frontendsystems 900 gemäß einer Ausführungsform. Das Frontendsystem 900 umfasst eine Ladungspumpe 22, einen ersten HF-Schalter 901a, einen zweiten HF-Schalter 901b, einen dritten HF-Schalter 901c und ein Schaltsteuergerät 903. Auch wenn das Frontendsystem 900 als drei HF-Schalter beinhaltend dargestellt ist, kann das Frontendsystem 900 so angepasst werden, dass es mehr oder weniger HF-Schalter aufweist.
  • Die Ladungspumpe 22 empfängt ein Systemaktivierungssignal EN und erzeugt bei Aktivierung eine Ladungspumpenspannung VCP. Die Ladungspumpe 22 wird in einem ersten Zustand des Systemaktivierungssignals EN aktiviert und in einem zweiten Zustand des Systemaktivierungssignals EN deaktiviert. Beispielsweise kann der erste Zustand einen normalen Betriebsmodus des Frontendsystems 900 anzeigen und der zweite Zustand kann einen Bereitschaftszustand des Frontendsystems 900 anzeigen.
  • In der dargestellten Ausführungsform empfängt das Schaltsteuergerät 903 das Systemaktivierungssignal EN, ein erstes Schalteraktivierungssignal SWEN1, ein zweites Schalteraktivierungssignal SWEN2 und ein drittes Schalteraktivierungssignal SWEN3. Zusätzlich erzeugt das Schaltsteuergerät 903 ein erstes Schaltersteuersignal SWCTL1 zur Steuerung des ersten HF-Schalters 901a, ein zweites Schaltersteuersignal SWCTL2 zur Steuerung des zweiten HF-Schalters 901b und ein drittes Schaltersteuersignal SWCTL3 zur Steuerung des dritten HF-Schalters 901c.
  • Wie in 9 gezeigt weist das Schaltsteuergerät 903 einen ersten Pegelumsetzer 951a, einen zweiten Pegelumsetzer 951b, einen dritten Pegelumsetzer 951c und eine Pegelumsetzersteuerschaltung 952 auf, die eine Vorspannung VBIAS für die Pegelumsetzer 951a-951c erzeugt. Die Pegelumsetzer 951a-951c werden mit einer Hochleistungsversorgungsspannung V2 und der Ladungspumpenspannung VCP betrieben. Auch wenn das gezeigte Schaltsteuergerät als drei Pegelumsetzer beinhaltend dargestellt ist, kann das Schaltsteuergerät mehr oder weniger Pegelumsetzer aufweisen.
  • Die Pegelumsetzer 951a-951c steuern die Spannungsniveaus des ersten Schaltersteuersignals SWCTL1, des zweiten Schaltersteuersignals SWCTL2 und des dritten Schaltersteuersignals SWCTL3 basierend auf den Zustand des ersten Schalteraktivierungssignal SWEN1, des zweiten Schalteraktivierungssignals SWEN2 bzw. des dritten Schalteraktivierungssignals SWEN3. Beispielsweise kann der erste Pegelumsetzer 951a das erste Schaltersteuersignal SWCTL1 mit der Hochleistungsversorgungsspannung V2 bei einem ersten Zustand des ersten Schalteraktivierungssignals SWEN1 steuern und mit der Ladungspumpenspannung VCP bei einem zweiten Zustand des ersten Schalteraktivierungssignals SWEN1.
  • Weitere Einzelheiten des Frontendsystems 900 können so wie oben beschrieben sein.
  • 10A ist ein schematisches Blockschaubild einer Ausführungsform eines gehäusten Moduls 1000. 10B ist ein schematisches Blockschaubild eines Querschnitts durch das gehäuste Modul 1000 der 10A entlang der Linien 10B-10B.
  • Das gehäuste Modul 1000 umfasst einen Leistungsverstärkerchip 1001, oberflächenmontierte Komponenten 1003, Drahtverbindungen 1008, ein Gehäusesubstrat 1020 und eine Häusungsstruktur 1040. Das Gehäusesubstrat 1020 umfasst Kontaktplättchen 1006, welche auf darin angeordneten Leitern ausgebildet sind. Zusätzlich umfasst der Chip 1001 Kontaktplättchen 1004, und die Drahtverbindungen 1008 sind genutzt worden, um die Kontaktplättchen 1004 des Chips 1001 an die Kontaktplättchen 1006 des Gehäusesubstrats 1020 anzubinden.
  • Wie in den 10A und 10B dargestellt, kann der Chip 1001 HF-Schalter 21, eine Ladungspumpe 22 und ein Schaltsteuergerät 23 aufweisen, wie weiter oben erläutert. Die Ladungspumpe 22 kann in einer Vielzahl von hierin aufgeführten Ausführungsformen implementiert werden.
  • Das Gehäusesubstrat 1020 kann dazu ausgelegt werden, eine Vielzahl von Komponenten aufzunehmen, wie etwa den Chip 1001 und die oberflächenmontierten Komponenten 1003, welche beispielsweise oberflächenmontierte Kondensatoren und/oder Induktivitäten umfassen können.
  • Wie in 10B gezeigt, wird das gehäuste Modul 1000 als eine Vielzahl von Kontaktplättchen 1032 aufweisend dargestellt, welche auf derjenigen Seite des gehäusten Moduls 1000 angebracht sind, welche der Seite gegenüberliegt, auf der der Chips 1001 montiert ist. Eine derartige Konfiguration des gehäusten Moduls 1000 kann dabei helfen, das gehäuste Modul 1000 mit einer Schaltplatine wie etwa einer Telefonplatine eines drahtlosen Geräts zu verbinden. Die beispielhaften Kontaktplättchen 1032 können dazu ausgelegt werden, HF-Signale, Vorspannungssignale, Niederspannungssignale und/oder Hochspannungssignale für den Chips 1001 und/oder die oberflächenmontierten Komponenten 1003 bereitzustellen. Wie in 10B gezeigt, können die elektrischen Verbindungen zwischen den Kontaktplättchen 1032 und dem Chip 1001 durch Verbindungen 1033 durch das Gehäusesubstrat 1020 ermöglicht werden. Die Verbindungen 1033 können elektrische Leitpfade durch das Gehäusesubstrat 1020 hindurch bilden, wie etwa zu Durchkontaktierungen und Leiterbahnen eines mehrschichtigen laminierten Gehäusesubstrates zugehörig.
  • In einigen Ausführungsformen kann das gehäuste Modul 1000 auch eine oder mehrere Packungsstrukturen aufweisen, um zum Beispiel für Schutz zu sorgen und/oder die Handhabung des gehäusten Moduls 1000 zu erleichtern. Eine derartige Packungsstruktur kann eine Überformungs- oder Einkapselungsstruktur 1040 umfassen, die über dem Gehäusesubstrat 1020 und den darauf angebrachten Komponenten und Chip(s) ausgebildet ist.
  • Es sollte klar sein, dass ein oder mehrere Merkmale der vorliegenden Offenbarung auch in anderen Packungskonfigurationen, wie beispielsweise Flip-Chip-Konfigurationen implementiert werden können, auch wenn das gehäuste Modul 1000 im Zusammenhang mit auf Drahtverbindungen basierenden elektrischen Verbindungen beschrieben worden ist.
  • Anwendungen
  • Einige der oben beschriebenen Ausführungsformen haben Beispiele im Zusammenhang mit drahtlosen Geräten oder Mobiltelefonen bereitgestellt. Die Prinzipien und Vorteile der Ausführungsformen können jedoch für jedes andere System oder jedes andere Gerät genutzt werden, bei denen ein Bedarf an Ladungspumpen mit geringem Rauschverhalten besteht.
  • Derartige Ladungspumpen können in verschiedentlichen elektronischen Geräten implementiert werden. Beispiele dieser elektronischen Geräte können einschließen - aber nicht darauf beschränkt sein - Unterhaltungselektronikprodukte, Teile von Unterhaltungselektronikprodukten, elektronische Prüfgeräte usw. Beispiele für elektronische Vorrichtungen können auch einschließen - aber nicht darauf beschränkt sein - Speicherchips, Speichermodule, Schaltungen optischer Netzwerke oder anderer Kommunikationsnetzwerke und Festplattentreiberschaltungen. Die Unterhaltungselektronikprodukte können einschließen - aber nicht darauf beschränkt sein - ein Mobiltelefon, ein Telefon, ein Fernseher, ein Computermonitor, ein Computer, ein tragbarer Computer, ein persönlicher digitaler Assistent (PDA), eine Mikrowelle, ein Kühlschrank, ein Automobil, eine Stereoanlage, ein Kassettenrecorder oder -spieler, ein DVD-Spieler, ein CD-Spieler, ein Videorecorder, ein MP3-Spieler, ein Radio, ein Camcorder, eine Kamera, eine Digitalkamera, ein tragbarer Speicherchip, eine Waschmaschine, ein Trockner, ein Kombination aus Waschmaschine und Trockner, ein Kopierer, ein Faxgerät, ein Scanner, eine multifunktionale Peripherievorrichtung, eine Armbanduhr, eine Uhr usw. Darüber hinaus können die elektronischen Geräte auch unfertige Produkte beinhalten.
  • Schlussbemerkungen
  • Sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes erfordert, sind die Worte „umfassen“, „umfassend“ und dergleichen in der Beschreibung und den Ansprüchen in einem inklusiven Sinne auszulegen, im Gegensatz zu einem exklusiven oder erschöpfenden Sinne; das heißt, im Sinne von „einschließlich, aber nicht beschränkt auf“. Das Wort „gekoppelt“, wie hier allgemein verwendet, bezieht sich auf zwei oder mehrere Elemente, die entweder direkt miteinander verbunden sind oder über ein oder mehrere Zwischenelemente verbunden sein können. Ebenso bezieht sich das Wort „verbunden“, wie es hier allgemein verwendet wird, auf zwei oder mehrere Elemente, die entweder direkt verbunden sind oder über ein oder mehrere Zwischenelemente verbunden sein können. Darüber hinaus beziehen sich die Worte „hier“, „oben“, „unten“ und Worte von ähnlicher Bedeutung, wenn sie in dieser Anmeldung verwendet werden, auf diese Anmeldung als Ganzes und nicht auf einen bestimmten Teil dieser Anmeldung. Wenn der Kontext es zulässt, können Wörter in der obigen Detailbeschreibung mit der Ein- oder Mehrzahl auch die Mehr- oder Einzahl beinhalten. Das Wort „oder“ in Bezug auf eine Liste von zwei oder mehr Elementen deckt alle folgenden Interpretationen des Wortes ab: eines der Elemente in der Liste, alle Elemente in der Liste und jede Kombination der Elemente in der Liste.
  • Darüber hinaus ist die hier verwendete bedingte Sprache, wie unter anderem „könnte unter Umständen“, „könnte“, „könnte möglicherweise“, „kann“, „z.B.“, „wie“ und dergleichen, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben oder anderweitig im Rahmen des verwendeten Kontexts verstanden, im Allgemeinen dazu bestimmt, zu vermitteln, dass bestimmte Ausführungsformen bestimmte Merkmale, Elemente und/oder Zustände beinhalten, während andere Ausführungsformen bestimmte Merkmale, Elemente und/oder Zustände nicht beinhalten. Daher ist eine solche bedingte Sprache im Allgemeinen nicht dazu bestimmt, zu implizieren, dass Merkmale, Elemente und/oder Zustände in irgendeiner Weise für eine oder mehrere Ausführungsformen erforderlich sind, oder dass eine oder mehrere Ausführungsformen notwendigerweise eine Logik beinhalten, um zu entscheiden, ob diese Merkmale, Elemente und/oder Zustände in einer bestimmten Ausführungsform enthalten sind oder ausgeführt werden sollen, mit oder ohne Einbindung oder Aufforderung durch den Autor.
  • Die vorstehende detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung soll nicht abschließend sein oder die Erfindung auf die vorstehend offenbarte genaue Form beschränken. Während spezifische Ausführungsformen und Beispiele für die Erfindung vorstehend zur Veranschaulichung beschrieben sind, sind im Rahmen der Erfindung verschiedene gleichwertige Änderungen möglich, wie Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet erkennen werden. Während beispielsweise Prozesse oder Blöcke in einer bestimmten Reihenfolge dargestellt werden, können alternative Ausführungsformen Routinen mit Schritten ausführen oder Systeme mit Blöcken in einer anderen Reihenfolge verwenden, und einige Prozesse oder Blöcke können gelöscht, verschoben, hinzugefügt, unterteilt, kombiniert und/oder geändert werden. Jeder dieser Prozesse oder Blöcke kann auf unterschiedliche Weise implementiert werden. Auch während Prozesse oder Blöcke manchmal als in Serie ausgeführt dargestellt werden, können diese Prozesse oder Blöcke stattdessen parallel oder zu unterschiedlichen Zeiten ausgeführt werden.
  • Die Lehren der hier angegebenen Erfindung können auf andere Systeme angewendet werden, nicht unbedingt auf das vorstehend beschriebene System. Die Elemente und Handlungen der verschiedenen oben beschriebenen Ausführungsformen können zu weiteren Ausführungsformen kombiniert werden.
  • Obwohl bestimmte Ausführungsformen der Erfindungen beschrieben wurden, wurden diese Ausführungsformen nur als Beispiel dargestellt und sollen den Umfang der Offenbarung nicht einschränken. Tatsächlich können die hier beschriebenen neuen Verfahren und Systeme in einer Vielzahl anderer Ausbildungen umgesetzt werden; ferner können verschiedene Auslassungen, Substitutionen und Änderungen in der Ausbildung der hier beschriebenen Methoden und Systeme vorgenommen werden, ohne vom Grundgedanken der Offenbarung abzuweichen. Die beiliegenden Ansprüche und deren äquivalente Ausbildungen sollen solche Ausbildungen oder Modifikationen abdecken, die in den Schutzbereich und den Grundgedanken der Offenbarung fallen.

Claims (20)

  1. Ein Frontendsystem (900), umfassend: einen Hochfrequenzschalter (901a; 901b; 901c); ein Schaltsteuergerät (903), welches dazu ausgelegt ist, den Hochfrequenzschalter (901a; 901b; 901c) in einem ersten Zustand eines Schalteraktivierungssignals (EN) mit einer Ladungspumpenspannung (VCP) zu beaufschlagen; und eine Ladungspumpe (22; 50; 60), welche dazu ausgelegt ist, die Ladungspumpenspannung (VCP) an einem Ladungspumpenausgangsanschluss auszugeben, und welche einen geschalteten Kondensator (45; 62) und eine Vielzahl von Schaltern (44; 71; 72; 73; 74) aufweist, die dazu ausgelegt sind, den geschalteten Kondensator (45; 62) während eines Ladevorgangs der Ladungspumpe (22; 50; 60) zu laden und den geschalteten Kondensator (45, 62) während eines Entladevorgangs der Ladungspumpe (22; 50; 60) mit dem Ladungspumpenausgangsanschluss zu verbinden, wobei die Vielzahl von Schaltern (44; 71; 72; 73; 74) dazu ausgelegt ist, so zu arbeiten, dass kein Überlapp zwischen dem Ladevorgang und dem Entladevorgang auftritt.
  2. Das Frontendsystem (900) gemäß Anspruch 1, wobei die Ladungspumpe (22; 50; 60) mit einer Hochleistungsversorgungsspannung (VREG) und einer Massespannung (GND), die höher als die Hochleistungsversorgungsspannung (VREG) ist, betrieben wird.
  3. Das Frontendsystem (900) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Ladungspumpe (22; 50; 60) einen Inverter (61) mit einem elektrisch mit einem ersten Ende des geschalteten Kondensators (45, 62) verbundenen Ausgang aufweist, und wobei die Vielzahl von Schaltern ein Paar Ladeschalter (73; 74), die zwischen ein zweites Ende des geschalteten Kondensators (45, 62) und eine Bezugsspannung gekoppelt sind, und ein Paar Entladeschalter (71; 72), die zwischen das zweite Ende des geschalteten Kondensators (45, 62) und den Ladungspumpenausgangsanschluss gekoppelt sind, aufweist.
  4. Das Frontendsystem (900) gemäß Anspruch 3, wobei das Paar Ladeschalter (73; 74) während des Ladevorgangs geschlossen und während des Entladevorgangs offen ist, und wobei das Paar Entladeschalter (71; 72) während des Entladevorgangs geschlossen und während des Ladevorgangs offen ist.
  5. Das Frontendsystem (900) gemäß Anspruch 4, wobei während eines Übergangs von dem Ladevorgang zu dem Entladevorgang ein Ladeschalter des Paars Ladeschalter (73; 74) offen und der jeweils andere Ladeschalter des Paars Ladeschalter (73; 74) geschlossen ist.
  6. Das Frontendsystem (900) gemäß Anspruch 5, wobei während eines Übergangs von dem Ladevorgang zu dem Entladevorgang ein Entladeschalter des Paars Entladeschalter (71; 72) offen und der jeweils andere Entladeschalter des Paars Entladeschalter (71; 72) geschlossen ist.
  7. Das Frontendsystem (900) gemäß Anspruch 3, wobei ein erster Ladeschalter des Paars Ladeschalter (73; 74) von einem ersten Taktphasensignal (P1) gesteuert wird, ein Eingang des Inverters (61) ein in Bezug auf das erste Taktphasensignal (P1) verzögertes zweites Taktphasensignal (P2) empfängt und ein zweiter Ladeschalter des Paars Ladeschalter (73; 74) von einem in Bezug auf das zweite Taktphasensignal (P2) verzögerten dritten Taktphasensignal (P3) gesteuert wird.
  8. Das Frontendsystem (900) gemäß Anspruch 7, wobei ein erster Entladeschalter des Paars Entladeschalter (71; 72) von einer invertierten Version (P1b) des ersten Taktphasensignals (P1) und ein zweiter Entladeschalter des Paars Entladeschalter (71; 72) von einer invertierten Version (P3b) des dritten Taktphasensignals (P1) gesteuert wird.
  9. Das Frontendsystem (900) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Ladungspumpe (22; 50; 60) weiterhin einen Oszillator (51) , welcher dazu ausgelegt ist, eine erste Vielzahl von Taktsignalphasen zu erzeugen, und kombinatorische Logikbausteine (43) aufweist, welche dazu ausgelegt sind, die erste Vielzahl von Taktsignalphasen zu verarbeiten, um eine zweite Vielzahl von Taktsignalphasen zu erzeugen, wobei zumindest ein Teil der Schalter von der zweiten Vielzahl von Taktsignalphasen gesteuert wird.
  10. Das Frontendsystem (900) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Ladungspumpe (22; 50; 60) eine Vielzahl von Stufen (42; 52a, 52b, 52c; 80) aufweist, inklusive einer ersten Stufe und einer zweiten Stufe, von denen die erste Stufe die Vielzahl von Schaltern (44; 71; 72; 73; 74) und den geschalteten Kondensator (45; 62) umfasst.
  11. Das Frontendsystem (900) gemäß Anspruch 10, wobei die Vielzahl von Schaltern (44; 71; 72; 73; 74) teilweise von einem Taktsignal der zweiten Stufe gesteuert wird.
  12. Ein Verfahren zur Erzeugung einer Ladungspumpenspannung (VCP), umfassend: Laden eines geschalteten Kondensators (45; 62) mittels einer Vielzahl von Schaltern (44; 71; 72; 73; 74) während eines Ladevorgangs einer Ladungspumpe (22; 50; 60; 80); Überführen der Ladungspumpe (22; 50; 60; 80) von dem Ladevorgang in einen Entladevorgang ohne Überlapp; und Verbinden des geschalteten Kondensators (45; 62) mit einem Ladungspumpenausgangsanschluss während des Entladevorgangs.
  13. Das Verfahren gemäß Anspruch 12, weiterhin umfassend die Schritte des Steuerns eines ersten Endes des geschalteten Kondensators (45; 62) mittels einer Ausgabe eines Inverters (61) und des Steuerns eines zweiten Endes des geschalteten Kondensators (45; 62) mittels der Vielzahl von Schaltern.
  14. Das Verfahren gemäß Anspruch 12, weiterhin umfassend die Schritte des Schließens eines Paares Ladeschalter (73; 74) der Vielzahl von Schaltern während des Ladevorgangs, des Öffnens eines Paares Entladeschalter (71; 72) der Vielzahl von Schaltern während des Ladevorgangs, des Öffnens des Paares Ladeschalter (73; 74) während des Entladevorgangs, und des Schließens des Paares Entladeschalter (71; 72) während des Entladevorgangs.
  15. Das Verfahren gemäß Anspruch 12, weiterhin umfassend die Schritte des Öffnens eines der Ladeschalter des Paares Ladeschalter (73; 74) und des Schließens des jeweils anderen Ladeschalters des Paares Ladeschalter (73; 74) während eines Übergangs von dem Ladevorgang zu dem Entladevorgang.
  16. Das Verfahren gemäß Anspruch 12, weiterhin umfassend die Schritte des Öffnens eines der Entladeschalter des Paares Entladeschalter (71; 72) und des Schließens des jeweils anderen Entladeschalters des Paares Entladeschalter (71; 72) während eines Übergangs von dem Ladevorgang zu dem Entladevorgang.
  17. Eine Ladungspumpe (22; 50; 60; 80), umfassend: einen Ladungspumpenausgangsanschluss, welcher dazu ausgelegt ist, eine Ladungspumpenspannung auszugeben; einen geschalteten Kondensator (45; 62); und eine Vielzahl von Schaltern (44; 71; 72; 73; 74), welche dazu ausgelegt ist, den geschalteten Kondensator (45; 62) während eines Ladevorgangs der Ladungspumpe (22; 50; 60; 80) zu laden und den geschalteten Kondensator (45; 62) während eines Entladevorgangs der Ladungspumpe (22; 50; 60; 80) mit dem Ladungspumpenausgangsanschluss zu verbinden, wobei die Vielzahl von Schaltern (44; 71; 72; 73; 74) dazu ausgelegt ist, so zu arbeiten, dass kein Überlapp zwischen dem Ladevorgang und dem Entladevorgang auftritt.
  18. Die Ladungspumpe (22; 50; 60; 80) gemäß Anspruch 17, weiterhin umfassend einen Inverter (61) mit einem elektrisch mit einem ersten Ende des geschalteten Kondensators (45, 62) verbundenen Ausgang, wobei die Vielzahl von Schaltern (44; 71; 72; 73; 74) elektrisch mit einem zweiten Ende des geschalteten Kondensators (45; 62) gekoppelt ist.
  19. Die Ladungspumpe (22; 50; 60; 80) gemäß Anspruch 18, wobei die Vielzahl von Schaltern (44; 71; 72; 73; 74) ein Paar Ladeschalter (73; 74), welches während des Ladevorgangs geschlossen und während des Entladevorgangs offen ist, und ein Paar Entladeschalter (71; 72) aufweist, welches während des Entladevorgangs geschlossen und während des Ladevorgangs offen ist.
  20. Die Ladungspumpe (22; 50; 60; 80) gemäß Anspruch 19, wobei während eines Übergangs von dem Ladevorgang zu dem Entladevorgang ein Ladeschalter des Paars Ladeschalter (73; 74) offen und der jeweils andere Ladeschalter des Paars Ladeschalter (73; 74) geschlossen ist.
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