DE112010004479B4

DE112010004479B4 - System zum Reduzieren von Verzerrung in einem elektronischen Schaltkreis unter Verwendung von nichtlinearer Rückkopplung

Info

Publication number: DE112010004479B4
Application number: DE112010004479.1T
Authority: DE
Inventors: Bharadwaj Amrutur; Madhusudan Srinivasan; Bhavani PRADEEP K
Original assignee: Indian Institute of Science IISC
Current assignee: Indian Institute of Science IISC
Priority date: 2009-11-17
Filing date: 2010-09-10
Publication date: 2019-04-11
Anticipated expiration: 2030-09-11
Also published as: DE112010004479T5; CN102484456A; US8063701B2; KR20120024843A; CN102484456B; US20110115559A1; WO2011061637A1; KR101386273B1

Abstract

System zum Reduzieren von Verzerrung durch die dritte Harmonische, wobei das System umfasst:
einen Verstärkerschaltkreis (597) mit einem Verstärkertransistor (520), sodass der Verstärkerschaltkreis (597) in der Lage ist, ein Verstärkerausgangssignal mit einer Verzerrung durch die dritte Harmonische vorzuweisen; und
einen nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis (580), der einen ersten Rückkopplungstransistor (550) umfasst, der im Triodenmodus arbeitet, sowie weiter einen zweiten Rückkopplungstransistor (560), der im Triodenmodus arbeitet und in einer Reihenschaltung mit dem ersten Rückkopplungstransistor (550) gekoppelt ist, wobei die Reihenschaltung einen Zwischenknoten zwischen dem ersten Rückkopplungstransistor (550) und einem zweiten Rückkopplungstransistor (560) aufweist, mit dem ein dritter Rückkopplungstransistor (570), der im Triodenmodus arbeitet, gekoppelt ist, wobei eine dritte Vorspannung an den dritten Rückkopplungstransistor (570) angelegt ist, die einen Steuerstrom erzeugt, um zumindest einen minimalen Spannungsabfall über den ersten (550) und den zweiten Rückkopplungstransistor (560) vorzusehen,
wobei der nichtlineare Rückkopplungsschaltkreis (580) ein elektronisches Rückkopplungssignal mit einer Rückkopplungskomponente in der dritten Harmonischen erzeugt, und wobei der nichtlineare Rückkopplungsschaltkreis (580) so in negativer Rückkopplung zu dem Verstärkerschaltkreis (597) angeordnet ist, dass die Rückkopplungskomponente in der dritten Harmonischen des elektronischen Rückkopplungssignals die Verzerrung des Verstärkerausgangssignals durch die dritte Harmonische reduziert.

Description

Hintergrund
Moderne Telekommunikationstechniken erfordern, dass elektronische Schaltkreise hoher Leistungsfähigkeit entsprechend den Notwendigkeiten des Kunden oder des Marktes arbeiten. Zum Beispiel kann erforderlich sein, dass Telekommunikationsanwendungen, wie etwa Asymmetrie Digital Subscriber Line (ADSL), Kabelmodem und Video-Anwendungen, einem Endnutzer fehlerfreie oder nahezu fehlerfreie Daten mit minimaler Latenzzeit vorsehen. Gewöhnlich erfüllen elektronische Schaltkreise, die in diesen Anwendungen benutzt werden, Spezifikationen mit strikten Anforderungen, um diese Arten von Diensten durchzuführen.
Ebenso können Telekommunikationsanwendungen, die Telefondienste leisten, wie etwa Mobiltelefondienste, ein gewisses Niveau an Signaldeutlichkeit erfordern. Jedoch können viele elektronische Hochfrequenz-(HF-)Schaltkreise, die in einer Mobiltelefonanwendung verwendet werden, Verzerrung erzeugen, welche die Deutlichkeit sowie die Dienstgüte von Mobiltelefonanwendungen verringert.
Oftmals enthalten elektronische HF-Schaltkreise Transistoren oder andere elektronische Bauteile, die sowohl lineare als auch nichtlineare Kennlinien aufweisen, und zuweilen können die nichtlinearen Kennlinien Verzerrung erzeugen. Ein elektronisches System weist zum Beispiel eine lineare Kennlinie auf, wenn ein Spannungsausgang proportional zu einem Spannungseingang ist. Jedoch weist ein System eine nichtlineare Kennlinie auf, wenn ein Ausgang nicht proportional zu einem Eingang ist. Das heißt, ein nichtlineares System kann nicht unter Verwendung von variablen beschrieben werden, die in einer linearen Kombination unabhängiger Komponenten geschrieben sind. Stattdessen kann ein nichtlineares elektronisches System einen Ausgang aufweisen, der proportional zum Quadrat und/oder zur dritten Potenz des Eingangs ist. Zu Beispielen nichtlinearer elektronischer Bauteile gehören Dioden und Transistoren, die nichtlineare Strom/Spannungs-(I/U-)Kennlinien vorsehen.
Einige elektronische Schaltkreise, wie etwa Verstärker, erhöhen nicht nur eine Signalamplitude bei einer Betriebsfrequenz (z.B. ω), sondern weisen auch eine Nichtlinearität auf, sodass die Verstärker störende elektronische Signale erzeugen, die Vielfache oder Harmonische der Betriebsfrequenz ω₁ sind. Solche störenden elektronischen Signale (oder Harmonischen) können als Verzerrung bezeichnet werden.
In einem Mobiltelefonsystem kann zum Beispiel ein Mobiltelefon Telefondienst unter Verwendung einer bestimmten Frequenz innerhalb eines Frequenzbereichs oder Frequenzbandes empfangen und abgeben. Andere Mobiltelefonnutzer können ihren eigenen Telefondienst in benachbarten Frequenzbändern empfangen und abgeben. Zum Beispiel kann eine durch einen Nutzer verwendete Mobiltelefonanwendung festlegen, dass die Betriebsfrequenz ω₁ innerhalb eines Frequenzbereichs ω_A-ω_B liegen sollte, während ein weiterer Mobiltelefonnutzer möglicherweise eine Anwendung bei einer weiteren Betriebsfrequenz innerhalb eines benachbarten Frequenzbereichs ω_B-ω_C nutzt. Verzerrungskomponenten können in die benachbarten Frequenzbänder (d.h. ω_B-ω_C) eingeschleppt werden und können aufgrund der Nähe der Frequenzbänder Interferenzen erzeugen oder die Qualität von Signalen verringern, die von Mobiltelefonnutzern verwendet werden. Daher können solche Telekommunikationsanwendungen elektronische Schaltkreise zum Minimieren von nichtlinearen Kennlinien erfordern, um die Verzerrung zu minimieren.
Der in US 6,271,688 B1 beschriebene Transkonduktor enthält eine Differenzstufe, die durch ein Paar Eingangstransistoren gebildet wird, und eine Gegenkopplungswiderstandsleitung, die die Zufuehrungselektroden der Eingangstransistoren verbindet. Ein Vorstromgenerator ist zwischen der Zufuehrungselektrode jedes Eingangstransistors und der Masse geschaltet. Die Gegenkopplungswiderstandsleitung wird durch einen oder mehrere in Reihe geschaltete Transistoren gebildet, deren Gates mit einer Referenzspannung gekoppelt sind. Die Referenzspannung ist mindestens gleich der Gleichtaktspannung der Differenzstufe. Der eine oder die mehreren Transistoren, die die Gegenkopplungswiderstandsleitung bilden, sind so bemessen, dass sie im Triodenmodus arbeiten. Es ist weiterhin möglich, den Einstellbereich des Transkonduktors für einen gewissen zugelassen maximalen Verzerrungswert beträchtlich zu erweitern.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine wesentlich verbessertes und effizienteres Reduzieren der Verzerrung durch die dritte Harmonische in einem Verstaerkerschaltkreis zu gewährleisten.
Die Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der unabhängigen Ansprüche.
Die abhängigen Ansprüche beschreiben weitere, bevorzugte Ausfuehrungsformen der vorliegenden Erfindung.
Zusammenfassung
Die vorliegende Offenbarung enthält Systeme, Vorrichtungen und Verfahren zum Reduzieren von Verzerrung in elektronischen Schaltkreisen. Insbesondere beschreiben Aspekte der Offenbarung eine elektronische Vorrichtung, die einen nichtlinearen Verstärker mit nichtlinearer Rückkopplung als ein Verfahren zum Reduzieren von Verzerrung des elektronischen Schaltkreises enthalten kann.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann ein System zum Reduzieren der Verzerrung durch die dritte Harmonische enthalten. Das System enthält einen Verstärkerschaltkreis, der einen Verstärkertransistor enthält, sodass der Verstärkerschaltkreis in der Lage ist, ein Verstärkerausgangssignal vorzuweisen, das eine Verzerrung durch die dritte Harmonische enthält. Weiter enthält das System einen nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis mit einem ersten Rückkopplungstransistor, der im Triodenmodus arbeitet und ein elektronisches Rückkopplungssignal erzeugt, das eine Rückkopplungskomponente in der dritten Harmonischen enthält. Außerdem ist der nichtlineare Rückkopplungsschaltkreis so in negativer Rückkopplung zu dem Verstärkerschaltkreis angeordnet, dass die Rückkopplungskomponente in der dritten Harmonischen des elektronischen Rückkopplungssignals die Verzerrung des Verstärkerausgangssignals durch die dritte Harmonische reduziert. Das System sieht weiter ein Ausgangssignal vor, das weniger Verzerrung durch die dritte Harmonische aufweist als das Verstärkerausgangssignal.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält ein Verfahren zum Reduzieren einer Verzerrung durch die dritte Harmonische in einer elektronischen Vorrichtung. Das Verfahren enthält Empfangen eines Verstärkerausgangssignals, das Verzerrung durch die dritte Harmonische enthält, von einem Ausgangsknoten eines Verstärkerschaltkreises an einem Eingangsknoten eines nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreises. Ein weiterer Schritt in dem Verfahren enthält Erzeugen eines elektronischen Rückkopplungssignals, das eine Rückkopplungskomponente in der dritten Harmonischen enthält, unter Verwendung des nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreises. Ein erster Rückkopplungstransistor, der im Triodenmodus arbeitet, ist Teil des nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreises. Außerdem ist der nichtlineare Rückkopplungsschaltkreis so in negativer Rückkopplung zum Verstärkerschaltkreis angeordnet, dass der Eingangsknoten des nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreises mit dem Ausgangsknoten des Verstärkerschaltkreises gekoppelt ist. Ein zusätzlicher Schritt in dem Verfahren enthält Verarbeiten des Verstärkerausgangssignals unter Verwendung des nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreises. Der Verarbeitungsschritt kann das elektronische Rückkopplungssignal mit dem Verstärkerausgangssignal kombinieren, um die Verzerrung des Verstärkerausgangssignals durch die dritte Harmonische zu reduzieren. Ein weiterer Schritt in dem Verfahren kann Vorsehen eines Ausgangssignals der Vorrichtung enthalten, das weniger Verzerrung durch die dritte Harmonische aufweist als das Verstärkerausgangssignal.
Die vorstehende Zusammenfassung ist nur erläuternd und soll in keiner Weise einschränkend sein. Außer den oben beschriebenen erläuternden Aspekten, Ausführungsformen und Merkmalen werden weitere Aspekte, Ausführungsformen und Merkmale durch Bezug auf die Zeichnung und die folgende genaue Beschreibung offenbar.
Figurenliste

Die 1A - 1B sind beispielhafte Grafiken eines analogen elektrischen Signals;
1C ist ein Blockschaltbild eines beispielhaften Schaltkreises, der einen nichtlinearen Verstärker enthält;
1D ist eine weitere beispielhafte Grafik eines analogen elektrischen Signals;
die 2A und 2B sind Blockschaltbilder von beispielhaften Schaltkreisen, die jeweils einen nichtlinearen Differenzverstärker mit einem linearen Rückkopplungsschaltkreis enthalten;
2C ist ein Schaltbild eines beispielhaften Schaltkreises, der einen nichtlinearen Differenzverstärker mit einem linearen Rückkopplungsschaltkreis enthält, der die durch den nichtlinearen Differenzverstärker erzeugte Verzerrung durch die dritte Harmonische reduziert;
die 3A und 3B sind Blockschaltbilder von beispielhaften Schaltkreisen, die jeweils einen nichtlinearen Differenzverstärker mit einem nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis enthalten;
die 4 - 5 sind Schaltbilder beispielhafter Schaltkreise, die einen nichtlinearen Differenzverstärker mit einem nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis enthalten, der die durch den nichtlinearen Differenzverstärker erzeugte Verzerrung durch die dritte Harmonische reduziert;
6A ist ein beispielhaftes System zum Reduzieren von Verzerrung durch die dritte Harmonische in einem nichtlinearen Differenzverstärkerschaltkreis mit einem nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis;
6B ist eine beispielhafte Grafik, welche die Reduktion der Verzerrung durch die dritte Harmonische eines nichtlinearen Differenzverstärkerschaltkreises unter Verwendung eines linearen Rückkopplungsschaltkreises gegenüber einem nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis vergleicht;
7 ist eine beispielhafte Berechnungsvorrichtung, die zum Umsetzen des Verfahrens von 8 eingerichtet ist; und
8 stellt ein beispielhaftes Flussdiagramm dar, das Funktionsschritte zum Reduzieren von Verzerrung durch die dritte Harmonische in einem Verstärkerschaltkreis enthält.

Genaue Beschreibung
In der folgenden genauen Beschreibung wird Bezug auf die begleitende Zeichnung genommen, die einen Teil hiervon bildet. In der Zeichnung bezeichnen ähnliche Symbole typischerweise ähnliche Bestandteile, sofern der Kontext nichts anderes bestimmt. Die in der genauen Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen beschriebenen erläuternden Ausführungsformen sind nicht als einschränkend gemeint. Andere Ausführungsformen können genutzt werden, und andere Änderungen können vorgenommen werden, ohne vom Geist oder Umfang des hier vorgelegten Gegenstands abzuweichen. Es ist leicht zu verstehen, dass die Aspekte der vorliegenden Offenbarung, wie sie hier allgemein beschrieben und in den Figuren dargestellt sind, in einer breiten Vielfalt von verschiedenen Anordnungen angeordnet, ersetzt, kombiniert, getrennt und gestaltet werden können, was hier insgesamt explizit betrachtet ist.
Aspekte der vorliegenden Anmeldung enthalten einen elektronischen Schaltkreis, der einen Verstärker mit nichtlinearer Rückkopplung umfasst, welche die Verzerrung durch die dritte Harmonische, die durch nichtlineare Effekte eines Verstärkers erzeugt ist, bei geringer oder keiner Erhöhung des Leistungsaufnahme reduziert. Verzerrung in einem Verstärker kann auftreten, wenn ein analoges Signal an den Verstärkereingang angelegt wird. Zum Beispiel kann ein nichtlinearer Verstärker ein analoges Eingangssignal aufweisen, wie etwa v_in(t)=Psin(ω₁t). Ein resultierendes Verstärkerausgangssignal kann nicht nur Komponenten bei einer Betriebsfrequenz ω₁ enthalten, sondern auch aufgrund der Nichtlinearität des Verstärkers Komponenten bei den Frequenzen 2ω₁, 3ω₁, 4ω₁, 5ω₁ usw. und anderen Vielfachen von ω₁ enthalten. Frequenzkomponenten, die vielfache von ω₁ sind, werden Harmonische genannt. Verzerrungskomponenten mit Frequenzen, welche 2-, 4-, 6-Fache usw. der Eingangssignalfrequenz ω₁ sind, werden Harmonische gerader Ordnung genannt (z.B. 2ω₁, 4ω₁ usw.). Andererseits werden Verzerrungskomponenten mit Frequenzen, welche 3-, 5-, 7-Fache usw. der Eingangssignalfrequenz ω₁ sind, Harmonische ungerader Ordnung genannt (z.B. 3ω₁, 5ω₁ usw.). Insbesondere wird eine Verzerrungskomponente, die eine Frequenz von 3ω₁ aufweist, Verzerrung durch die dritte Harmonische (HD3) genannt.
Eine beispielhafte Anwendung für einen nichtlinearen elektronischen Schaltkreis kann das Verstärken analoger Signale in HF-Anwendungen in Mobiltelefonsystemen sein. In solchen Anwendungen können Signale auf bestimmte Frequenzbänder beschränkt sein. Jedoch können nichtlineare Effekte beim Verstärken eines analogen Signals Störsignale in benachbarten Frequenzbändern erzeugen und Interferenz mit anderen Signalen verursachen.
1A ist eine beispielhafte Grafik 100 eines analogen Signals. Speziell stellt die Grafik 100 eine Ansicht von v_in(t)=Psin(ω₁t) im Zeitbereich dar. Das heißt, die Grafik 100 zeigt einen Spannungspegel von v_in(t), der mit der Zeit bei einer Betriebsfrequenz ω₁ variiert. Ein Signal v_in(t) kann zum Beispiel in einem Mobiltelefonsystem verwendet werden. 1B ist eine weitere beispielhafte Grafik 110 eines analogen Signals. Jedoch stellt die Grafik 110, statt ein analoges Signal im Zeitbereich zu zeigen, v_in(t)=Psin(ω₁t) im Frequenzbereich dar. Das heißt, die Grafik 110 zeigt eine bei einer Betriebsfrequenz ω₁ innerhalb des Frequenzbereiches 1 (ω_A-ω_B) liegende Impulsfunktion. Ein Signal v_in(t) kann durch ein Mobiltelefonsystem beschränkt sein, nur im Frequenzband 1 zu liegen. Weiter zeigt 1B ein benachbartes Frequenzband 2 (ω_B-ω_C), das durch andere Systemnutzer verwendet werden kann. Somit kann es beim Verstärken von v_in(t) ein Ziel sein, alle Störsignale zu reduzieren und möglicherweise aufzuheben, die Harmonische der Betriebsfrequenz ω₁ sind, erzeugt aufgrund der Nichtlinearitätseigenschaften eines Verstärkers, und die in das Frequenzband 2 eingeschleppt werden können.
1C ist ein Blockschaltbild eines beispielhaften Schaltkreises 130, der einen nichtlinearen Differenzverstärkerschaltkreis 135 enthält. Der nichtlineare Differenzverstärker 135 empfängt ein analoges Eingangssignal v_in(t) 140 und liefert einen analogen Ausgang v_out(t) 145. wenn v_in(t) 140 ein kleines analoges Signal ist, dann kann der Ausgang v_out(t) 145 unter Verwendung einer Näherung mit einer Taylor-Reihe in Termen von v_in(t) 140 ausgedrückt werden, wie etwa: $v_{o u t} (t) = a_{1} v_{i n} (t) + a_{2} v_{i n}^{2} (t) + a_{3} v_{i n}^{3} (t)$
wobei: $a_{i n} = \frac{1}{n!} \frac{d^{n} v_{o u t}}{d v_{i n}} | v_{i n} = 0$
Die Näherung in einer Taylor-Reihe in Gleichung (1) kann Terme hoher Ordnung enthalten, jedoch können die Koeffizienten einen zu kleinen Betrag aufweisen, um eine Bedeutung beim Analysieren des Verstärkers 135 aufzuweisen, wenn ein kleines Eingangssignal angelegt wird. Mit v_in(t)=Psin(ω₁t) 140 und unter Verwendung mathematischer Bearbeitung und trigonometrischer Formeln sieht die Nichtlinearität des Verstärkers das folgende Ausgangssignal 145 vor: $v_{u o t} (t) = A sin (ω_{1} t) + B sin (2 ω_{1} t) + C sin (3 ω_{1} t)$
wobei A, B und C Konstanten sind, die proportional zu den Koeffizienten a₁, a₂ und a₃ in Gleichung (1) sind. Somit kann das analoge Ausgangssignal v_out(t) 145 Harmonische sowohl zweiter als auch dritter Ordnung als Störsignale enthalten, die durch die nichtlineare Kennlinie des Verstärkers 135 erzeugt werden. Jedoch kann ein nichtlinearer Differenzverstärker Harmonische gerader Ordnung unterdrücken. Somit ist v_out(t)=Asin(ω₁t)+Csin(3ω₁t) 145 und enthält eine Komponente in der ersten Harmonischen sowie eine Verzerrung durch die dritte Harmonische.
1D ist eine beispielhafte Grafik 150 eines analogen Ausgangssignals des in 1C gezeigten nichtlinearen Verstärkers 135. Die Grafik 150 in 1D zeigt v_in(t)= Asin(ω₁t)+Csin(3ω₁t) im Frequenzbereich. Das heißt, das Signal weist zwei Komponenten auf, einen Impuls bei der Frequenz ω₁ 160 innerhalb des Frequenzbandes 1, der eine Komponente in der ersten Harmonischen darstellt, und einen weiteren Impuls bei der Frequenz 3ω₁ 165 im Frequenzband 2, der Verzerrung durch die dritte Harmonische darstellt. Somit kann in bestimmten HF-Anwendungen die Verzerrung durch die dritte Harmonische bei der Frequenz 3ω₁ 165 im Frequenzband 2 mit Signalen interferieren, die durch andere Systemnutzer innerhalb des Frequenzbandes verwendet werden. Daher wäre es günstig, die Verzerrung durch die dritte Harmonische in HF-Anwendungen zu reduzieren.
Die folgende genaue Beschreibung für die 2A - 2C offenbart Ausführungsformen, die durch Verwendung eines linearen Rückkopplungsschaltkreises die Verzerrung durch die dritte Harmonische reduzieren, die durch einen nichtlinearen Verstärker erzeugt werden. Die Beschreibung enthält eine mathematische Analyse, die einen Faktor ergibt, um den Verzerrung durch die dritte Harmonische verringert werden kann.
2A ist ein Blockschaltbild eines beispielhaften Schaltkreises 200, der einen nichtlinearen Differenzverstärkerschaltkreis 240 mit einem linearen Rückkopplungsschaltkreis 260 enthält. Weiter empfängt der nichtlineare Differenzverstärkerschaltkreis 240 einen Verstärkereingang (u).
Die mathematische Analyse des Schaltkreises 200 zeigt, dass ein analoges Ausgangssignal (y) des Verstärkers 240 hinsichtlich eines Verstärkereingangs (u) unter Verwendung einer Taylor-Reihenentwicklung der Verstärker-Übertragungskennlinie $(z .B . \frac{v_{o u t}}{v_{i n}}, \frac{y}{u} usw .)$
ausgedrückt werden kann. Weiter unterdrückt der nichtlineare Differenzverstärkerschaltkreis 240 außerdem Harmonische gerader Ordnung. Somit enthält die Taylor-Reihenentwicklung des Ausgangssignals (y) für den nichtlinearen Differenzverstärker 240 eine erste Harmonische und eine Verzerrung durch die dritte Harmonische, wie im folgenden Ausdruck gezeigt: $y = a_{1} u + a_{3} u^{3}$
Wenn ein analoges Signal mit der Betriebsfrequenz ω das Verstärker-Eingangssignal (u) ist, dann können die Koeffizienten a₁ und a₃ als die Amplitudenverstärkungen betrachtet werden, die durch den nichtlinearen Differenzverstärker 240 für die erste und die dritte Harmonische des Verstärker-Eingangssignals (u) vorgesehen sind.
Weil der lineare Rückkopplungsschaltkreis 260 in negativer Rückkopplung zum nichtlinearen Differenzverstärkerschaltkreis 240 steht, kann das Schaltkreis-Eingangssignal (v) hinsichtlich des Ausgangssignals (y), des linearen Rückkopplungsfaktors (f) und des Verstärker-Eingangssignals (u) durch den folgenden Ausdruck beschrieben werden: $v = u = f y$
Einsetzen von (y) aus Gleichung (4) ergibt: $v = u + (a_{1} u + a_{3} u^{3}) f$
Erweitern der Gleichung (6) und Vereinfachen des sich ergebenden Ausdrucks ergibt: $v = (1 + a_{1} f) u + a_{3} f u^{3}$
Mit Bezug auf 2B ist ein konzeptionelles Blockschaltbild für einen beispielhaften Schaltkreis 270 gezeigt, der einen nichtlinearen Differenzverstärker mit linearem Rückkopplungsschaltkreis 280 enthält. Der beispielhafte Schaltkreis 270 ist ein äquivalenter Aufbau zu dem beispielhaften Schaltkreis 200 in 2A. Analysieren des Schaltkreises 270 in Kombination mit der Analyse des Schaltkreises 200 in 2A ergibt einen Faktor, um den sich die Verzerrung durch die dritte Harmonische reduziert.
Der nichtlineare Differenzverstärker mit linearer Rückkopplung 280 empfängt ein Eingangssignal (v) und liefert ein Ausgangssignal (y). Das kleine analoge Ausgangssignal (y) des nichtlinearen Differenzverstärkerschaltkreises mit linearer Rückkopplung 280 kann hinsichtlich des kleinen analogen Eingangssignals (v) unter Verwendung einer Taylor-Reihenentwicklung der Übertragungskennlinie ausgedrückt werden und führt zu dem folgenden Ausdruck: $y = b_{1} v + b_{3} v^{3}$
Einsetzen des Ausgangssignals (y) und des Eingangssignals (v) aus den Gleichungen (4) und (8) führt zu dem folgenden Ausdruck: $a_{1} u + a_{3} u^{3} = b_{1} {(1 + a_{1} f) u + a_{3} f u^{3}} + b_{3} {(1 + a_{1} f) u + a_{3} f u^{3}}^{3}$
Als Nächstes ergibt Gleichsetzen der Koeffizienten von u und mathematisches Bearbeiten des sich ergebenden Ausdrucks die folgende Übertragungskennlinie für eine erste Harmonische des in den 2A und 2B gezeigten nichtlinearen Differenzverstärkerschaltkreises mit linearer Rückkopplung (240, 260, 280): $b_{1} = \frac{a_{1}}{(1 + a_{1} f)}$
Somit zeigt die Gleichung (10) mathematisch, dass der nichtlineare Differenzverstärkerschaltkreis (240, 280) eine Verstärkung a₁ für ein Eingangssignal (v) in der ersten Harmonischen vorsieht und auch die Komponente in der ersten Harmonischen um einen Faktor (1+a₁f) reduziert, wenn eine lineare Rückkopplung angewandt wird.
Weiter ergibt Gleichsetzen der Koeffizienten für u³ in Gleichung (9) und dann Substituieren von b₁ aus Gleichung (10) sowie Vereinfachen des resultierenden Ausdrucks: $b_{3} = \frac{a_{3}}{{(1 + a_{1} f)}^{3}}$
Somit zeigt Gleichung (11), dass die Übertragungskennlinie dritter Ordnung des nichtlinearen Differenzverstärkers 280 die Verzerrung durch die dritte Harmonische um einen Faktor (1+a₁f)³ reduziert, wenn lineare Rückkopplung eingesetzt wird.
2C ist ein Schaltbild eines beispielhaften Schaltkreises 285, der einen nichtlinearen Differenzverstärker 297 mit einem linearen Rückkopplungsschaltkreis 299 enthält. Allgemein reduziert der lineare Rückkopplungsschaltkreis 299 die durch den Verstärker 297 erzeugte Verzerrung durch die dritte Harmonische. Speziell enthält der Schaltkreis 285 einen ersten Transistor 290 und einen zweiten Transistor 295, die den nichtlinearen Differenzverstärker 297 bilden. Weiter umfasst der lineare Rückkopplungsschaltkreis 299 einen Widerstand R, der in negative Rückkopplung zum nichtlinearen Differenzverstärker 297 gesetzt ist.
Das Schaltkreis-Eingangssignal (v) ist die Differenz (V₂-V₁) zwischen einer an einen positiven Knoten 292a angelegten Spannung V₂ und einer an einen negativen Knoten 292b des nichtlinearen Differenzverstärkers 297 angelegten Spannung V₁. Der positive Knoten 292a ist die Gatespannung (V_G) des ersten Transistors 290, und der negative Knoten 292b ist die V_G des zweiten Transistors 295. Drainströme I_d1 und I_d2 fließen durch den ersten Transistor 290 bzw. den zweiten Transistor 295, wenn die Spannungen V₂ und V₁ an den nichtlinearen Verstärker 297 angelegt sind, um jeden Transistor (290, 295) einzuschalten.
Der nichtlineare Differenzverstärker 297 ist ein Transkonduktanzschaltkreis, sodass bei einer gegebenen Eingangsspannung (V₂-V₁) der nichtlineare Differenzverstärker 297 einen Ausgangsstrom $(g_{m} = \frac{i_{o u t}}{v_{i n}})$
vorsieht. Wenn ein erster Transistor 290 und ein zweiter Transistor 295 beide durch eine solche V₂=V₁ vorgespannt sind, dann I_d1=I_d2. Wenn jedoch V₂ etwas größer ist als V₁, dann erhöht sich der Drainstrom des ersten Transistors 290 leicht (I_d1+δ), und der Drainstrom des zweiten Transistors 295 verringert sich leicht (I_d1-δ). Weiter ist der erste Transistor 290 mit einer ersten Konstantstromquelle 296a verbunden, und der zweite Transistor 295 ist mit einer zweiten Konstantstromquelle 296b verbunden. Somit fließt ein Strom I_d1-I_d2 = δ über den Widerstand R, um die Konstantstromquellen (296a, 296b) aufrecht zu erhalten.
Folglich kann I_d1-I_d2 als das Ausgangsstromsignal des nichtlinearen Differenzverstärkers 297 betrachtet werden. Obwohl der nichtlineare Differenzverstärker 297 ein Ausgangsstromsignal I_d1-I_d2 liefert, kann ein Ausgangssignal (y) des Schaltkreises 285 auch die Spannung V_Drop über dem Widerstand R in dem linearen Rückkopplungsschaltkreis 299 sein. Weiter kann der Verstärkerausgangsstrom I_d1-I_d2 und damit V_Drop aufgrund der nichtlinearen Effekte des Verstärkers 297 eine Verzerrungskomponente in der dritten Harmonischen enthalten. Jedoch kann der lineare Rückkopplungsschaltkreis 299 die Verzerrung durch die dritte Harmonische reduzieren, was in der folgenden mathematischen Analyse des Schaltkreises 285 gezeigt werden kann.
Der Ausgangsstrom des nichtlinearen Differenzverstärkers 297, I_d1-I_d2, kann bei einem gegebenen kleinen analogen Eingangssignal V₂-V₁=Psin(ω₁t) unter Verwendung einer Taylor-Reihenentwicklung ausgedrückt werden und ergibt I_d1-I_d2=a₁sin(ω₁t)+a₃sin(3ω₁t), wobei die Koeffizienten a₁ und a₃ proportional zur Transkonduktanz g_m des Verstärkers 297 sind. Die mathematische Analyse ergibt die erste Harmonische des Ausgangssignals (y) zu: $a_{1} = \frac{B g_{m} P}{1 + g_{i n} R}$
In Gleichung (12) ist die Transkonduktanz g_m proportional zu dem Koeffizienten erster Ordnung a₁, bzw. ist R proportional zu dem linearen Rückkopplungsfaktor (f) in Gleichung (10), wobei B eine Proportionalitätskonstante ist.
Die weitere mathematische Analyse macht deutlich, dass die Verzerrungskomponente in der dritten Harmonischen des Ausgangssignals (y) ausgedrückt werden kann als: $a_{3} = \frac{C g_{m} P^{3}}{{(1 + g_{m} R)}^{3}}$
Wobei C eine Proportionalitätskonstante ist. Somit zeigt Gleichung (13), dass der lineare Rückkopplungsschaltkreis 299 die Verzerrungskomponente in der dritten Harmonischen um einen Faktor (1+g_mR)³ reduziert.
Die folgende genaue Beschreibung für die 3 - 5 offenbart Ausführungsformen, welche die Verzerrung durch die dritte Harmonische reduzieren und auch in der Lage sind, diese Verzerrung aufzuheben, die zum Beispiel durch einen nichtlinearen Verstärker erzeugt ist. Mathematische Analyse der folgenden beispielhaften Schaltkreise enthält Bedingungen zum Reduzieren sowie möglicherweise Aufheben der Verzerrung durch die dritte Harmonische.
3A ist ein Blockschaltbild eines beispielhaften Schaltkreises 300, der einen nichtlinearen Differenzverstärker 340 mit einem nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis 360 enthält. Der Schaltkreis 300 empfängt ein Eingangssignal (v) und liefert ein Ausgangssignal (y). Weiter empfängt der nichtlineare Differenzverstärkerschaltkreis 340 ein Verstärkereingangssignal (u).
Analysieren des Schaltkreises 300 macht deutlich, dass das Ausgangssignal (y) bezüglich eines kleinen Verstärker-Eingangssignals (u) als eine Taylor-Reihennäherung ausgedrückt werden kann: $y = a_{1} u + a_{3} u^{3}$
Die weitere mathematische Analyse des Schaltkreises 300 ergibt einen Ausdruck für das Schaltkreis-Eingangssignal (v) wie folgt: $v = u + (a_{1} u + a_{3} u^{3}) f_{1} + {(a_{1} u + a_{3} u^{3})}^{3} f$
wobei f₁ und f₃ Faktoren des nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreises sind.
Mit Bezug auf 3B ist ein Blockschaltbild eines beispielhaften Schaltkreises 370 gezeigt, der einen nichtlinearen Differenzverstärkerschaltkreis mit nichtlinearer Rückkopplung 380 enthält. Der beispielhafte Schaltkreis 370 weist einen ähnlichen Aufbau wie der beispielhafte Schaltkreis 300 in 3A auf. Analysieren des Schaltkreises 370 auf diese Weise in Kombination mit der mathematischen Analyse des Schaltkreises 300 in 3A ergibt einen Faktor, der die Verzerrung durch die dritte Harmonische nicht nur reduziert, sondern sie auch aufheben kann.
Der nichtlineare Differenzverstärkerschaltkreis mit nichtlinearem Rückkopplungsschaltkreis 380 empfängt ein Eingangssignal (v) und liefert ein Ausgangssignal (y). Das analoge Ausgangssignal (y) des nichtlinearen Differenzverstärkers 380 kann hinsichtlich eines kleinen analogen Verstärker-Eingangssignals (v) unter Verwendung einer Taylor-Reihenentwicklung der Übertragungskennlinie des nichtlinearen Differenzverstärkers mit nichtlinearer Rückkopplung 380 ausgedrückt werden und ergibt: $y = b_{1} v + b_{3} v^{3}$
Einsetzen des Ausgangssignals (y) und des Eingangssignals (v) aus den Gleichungen (14) und (15) führt zu dem folgenden Ausdruck: $a_{1} u + a_{3} u^{3} = b_{1} {u + (a_{1} u + a_{3} u^{3}) f_{1} + (a_{1} u + a_{3} u^{3}) f_{3}} + b_{3} {u + (a_{1} u + a_{3} u^{3}) f_{1} + (a_{1} u + a_{3} u^{3}) f_{3}}$
Gleichsetzen der Koeffizienten von u und Anwendung mathematischer Bearbeitung ergibt den folgenden Koeffizienten der Übertragungskennlinie für eine erste Harmonische des nichtlinearen Differenzverstärkers 380: $b_{1} = \frac{a_{1}}{(1 + a_{1} f_{1})}$
Die Gleichung (18) zeigt mathematisch, dass eine Verstärkung a₁ der durch den nichtlinearen Verstärker (340, 380) vorgesehenen ersten Harmonischen um einen Faktor (1+a₁f₁) reduziert ist, wenn eine nichtlineare Rückkopplung (360, 380) angewandt wird.
Weiter ergibt Gleichsetzen der Koeffizienten für u³ aus Gleichung (17), Substituieren von b₁ aus Gleichung (18) und dann mathematisches Vereinfachen des resultierenden Ausdrucks: $b_{3} = \frac{a_{3} - a_{1}^{4} f_{3}}{(1 + a_{1} f_{1})}$
Gleichung (19) zeigt, dass die Übertragungskennlinie dritter Ordnung um einen Faktor (1+a₁f₁)³ reduziert ist, wenn ein nichtlinearer Rückkopplungsschaltkreis (360, 380) bei einem nichtlinearen Verstärker (340, 380) eingesetzt wird. Darüber hinaus kann die harmonische Verzerrung dritter Ordnung aufgehoben werden, wenn man b₃ = 0 werden lässt, was ergibt: $f_{3} \frac{a_{3}}{a_{1}^{4}}$
Somit kann zum Beispiel, wenn der nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis 360 in 3A einen Faktor f₃ für die dritte Harmonische mit einem Wert erzeugt wie in Gleichung (20) gezeigt, die durch den Verstärker erzeugte Verzerrung durch die dritte Harmonische aufgehoben werden.
4 ist ein Schaltbild eines beispielhaften Schaltkreises 400, der einen nichtlinearen Differenzverstärkerschaltkreis 497 mit einem nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis 455 enthält. Allgemein kann der Schaltkreis 400 die durch den nichtlinearen Verstärker 497 erzeugte Verzerrung durch die dritte Harmonische unter Verwendung eines nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreises 455 reduzieren oder aufheben. Genauer enthält der nichtlineare Differenzverstärkerschaltkreis 497 einen ersten Transistor 420 und einen zweiten Transistor 440. Der Rückkopplungsschaltkreis 455 enthält weiter einen Rückkopplungstransistor 450, der in einem linearen oder Triodenmodus vorgespannt sein kann und in negativer Rückkopplung mit dem nichtlinearen Differenzverstärker 497 verbunden ist.
Ein Eingangssignal (v) für den Schaltkreis 400 kann die Differenz zwischen einer an einen positiven Knoten 492a angelegten Spannung V₂ und einer an einen negativen Knoten 492b des nichtlinearen Differenzverstärkers 497 angelegten Spannung V₁ sein. Die Spannungen V₁ und V₂ sind die Gatespannungen (V_G) des ersten Transistors 420 bzw. des zweiten Transistors 440. Weiter sieht Vorspannen des ersten und des zweiten Transistors (420, 440) auf diese Weise Drainströme I_d1 und I_d2 für den ersten bzw. den zweiten Transistor (420, 440) vor.
Wie beim Beschreiben des Verhaltens des nichtlinearen Differenzverstärkers 297 im Schaltkreis 285 in 2C beschrieben, kann ein Strom I_d1-I_d2 über den Rückkopplungstransistor 450 fließen, um die Konstantstromquellen (496a, 496b) aufrecht zu erhalten, wenn V₂≠V₁. Der Strom I_d1=I_d2 kann als ein Ausgangssignal des nichtlinearen Differenzverstärkers 497 betrachtet werden. Bei einem gegebenen kleinen analogen Eingang V₂-V₁=Psin(ω₁t) und Erweitern des Verstärkerausgangssignals I_d1-I_d2 unter Verwendung einer Taylor-Reihenentwicklung kann dies zu einem Signal I_di-I_d2=a₁sin(ω₁t)+a₃sin(3ω₁t) führen, das eine Komponente in der ersten Harmonischen und eine Komponente in der dritten Harmonischen enthält, die aufgrund der Nichtlinearität des Verstärkers 497 erzeugt ist.
Jedoch kann der nichtlineare Rückkopplungsschaltkreis 455 ein Stromsignal I_df erzeugen, das eine Komponente in der dritten Harmonischen enthält, welche die durch den nichtlinearen Differenzverstärker 497 erzeugte Verzerrung durch die dritte Harmonische reduzieren oder aufheben kann. Folglich kann eine Vorspannung V_b an den Rückkopplungstransistor 450 angelegt werden, die es dem Drainstrom I_df ermöglicht, durch den Rückkopplungstransistor 450 zu fließen. Vorspannen des Rückkopplungstransistors 450 auf diese Weise ermöglicht dem Rückkopplungstransistor 450, einen Drainstrom zu erzeugen, der eine Komponente in der ersten und eine in der dritten Harmonischen enthält, sodass I_df=f₁sin(ω₁t)+f₃sin(3ω₁t). Durch Koppeln des Rückkopplungstransistors 450 in negativer Rückkopplung mit dem nichtlinearen Differenzverstärker 497 kombiniert sich der durch den nichtlinearen Differenzverstärker 497 erzeugte Ausgangsstrom (I_d1-I_d2) negativ mit dem durch den Rückkopplungstransistor 450 erzeugten Drainstrom I_df, was einen Ausgangsstrom I_out=(I_d1-I_d2)-I_df für den Schaltkreis 400 ergibt. Daher kann die durch den nichtlinearen Differenzverstärker erzeugte Verzerrung durch die dritte Harmonische durch die durch den Rückkopplungstransistor 450 durch Steuern der Vorspannung V_b erzeugte Komponente in der dritten Harmonischen reduziert oder aufgehoben werden.
Der Drainstrom I_df für den Rückkopplungstransistor 450 ist gegeben durch die folgende ideale Drainstrom-Gleichung für einen in einem linearen Modus arbeitenden MOS-Transistor: $I_{D} = μ_{n} C_{o c} \frac{W}{L} [(V_{G S} - V_{t}) V_{D S} - \frac{1}{2} V_{D S}^{2}]$
wobei V_GS die Gate-Source-Spannung, V₁ die Schwellenspannung, V_DS die Drain-Source-Spannung, µ_n die effektive Ladungsträgerbeweglichkeit, W die Gatebreite, L die Gatelänge und C_ox die Gateoxid-Kapazität pro Flächeneinheit des MOS-Transistors ist. Die Komponente in der dritten Harmonischen des Stroms kann erklärt werden, wenn man Kurzkanaleffekte eines Transistors betrachtet, nämlich Geschwindigkeitssättigung aufgrund des horizontalen Feldes und Beweglichkeitsdegradation aufgrund des vertikalen Feldes. Somit kann der Drainstrom für den Rückkopplungstransistor 450 bei Betrachtung der Kurzkanaleffekte geschrieben werden als: $I_{D} = \frac{μ_{e f f} C_{o x}}{(1 + \frac{V_{D S}}{ξ_{c} L})} \frac{W}{L} [(V_{G S} - V_{t}) V_{D S} - \frac{1}{2} V_{D S}^{2}]$
wobei: $μ_{e f f} = \frac{μ_{n}}{1 + θ (V_{G S} - V_{t})}$
In den obigen Gleichungen bezeichnet ξ_c das kritische horizontale Feld, und θ erfasst die Beweglichkeitsdegradation aufgrund des vertikalen Feldes des MOS-Transistors in der Rückkopplung. Erweitern der Gleichung (22) unter Verwendung einer Taylor-Reihenentwicklung und entsprechendes Vereinfachen kann I_df=f₁sin(ω₁t)+f₃sin(3ω₁t) ergeben, sodass es eine Komponente in der ersten Harmonischen und eine Komponente in der dritten Harmonischen gibt, wobei f₁ und f₃ Rückkopplungsfaktoren des nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreises 455 sind.
Die Vorspannung V_b in 4 kann so berechnet werden, dass der Rückkopplungstransistor 450 eine Rückkopplungskomponente in der dritten Harmonischen erzeugen kann, um die Verzerrungskomponente in der dritten Harmonischen des nichtlinearen Differenzverstärkers 497 zu reduzieren oder aufzuheben.
Umgekehrt ist 5 ein weiteres Schaltbild eines beispielhaften Schaltkreises 500, der einen nichtlinearen Differenzverstärker 597 mit einem nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis 580 enthält. Allgemein reduziert oder hebt der Schaltkreis 500 die Verzerrungskomponente in der dritten Harmonischen des nichtlinearen Differenzverstärkers 597 auf. Genauer enthält der nichtlineare Differenzverstärker 597 einen ersten Transistor 520, MN1, und einen zweiten Transistor 540, MN2. Weiter zeigt der Schaltkreis 500 einen nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis 580, der in negativer Rückkopplung mit dem nichtlinearen Differenzverstärker 597 gekoppelt ist. Der nichtlineare Rückkopplungsschaltkreis 580 enthält einen ersten Rückkopplungstransistor 550, ML1, einen zweiten Rückkopplungstransistor 560, ML2 und einen dritten Rückkopplungstransistor 570, ML3.
Ein Eingangssignal (v) für den Schaltkreis 500 kann die Differenz zwischen einer an einen positiven Knoten 592a angelegten Spannung V₂ und einer an einen negativen Knoten 592b des nichtlinearen Differenzverstärkers 597 angelegten Spannung V₁ sein. Die Spannungen V₁ und V₂ sind Gatespannungen (V_G) des ersten Transistors 520 MN1 bzw. des zweiten Transistors 540 MN2. Vorspannen des ersten und des zweiten Transistors (520, 540) auf diese Weise sieht Drainströme I_d1 und I_d2 vor, die durch den ersten bzw. den zweiten Transistor (520, 540) fließen. Wenn jedoch V₂≠V₁, dann kann ein Strom I_d1-I_d2 über den nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis 580 fließen, um die Konstantstromquellen (596a, 596b) aufrecht zu erhalten. Somit kann das Signal I_d1-I_d2 das Ausgangssignal des Verstärkers 597 sein. Weitere Analyse des Schaltkreises 500 mit kleinem analogem Signaleingang (V₂-V₁) kann eine Taylor-Reihenentwicklung des Verstärkerausgangssignals I_dt-I_d2=a₁sin(ω₁t)+a₃sin(3ω₁t) ergeben. Folglich enthält das Verstärkerausgangssignal I_d1-I_d2 eine Komponente in der ersten Harmonischen und eine Verzerrungskomponente in der dritten Harmonischen.
Jedoch kann der nichtlineare Rückkopplungsschaltkreis 580 Stromsignale I_df1 und I_df2 erzeugen, die Komponenten in der dritten Harmonischen enthalten, welche die durch den nichtlinearen Differenzverstärker 597 erzeugte Verzerrung durch die dritte Harmonische reduzieren oder aufheben können. Folglich kann eine Vorspannung V_thdtune sowohl an den ersten Rückkopplungstransistor 550 ML1 als auch den zweiten Rückkopplungstransistor 560 ML2 angelegt werden, die ermöglicht, dass Drainströme I_df1 und I_df2 durch den ersten bzw. den zweiten Rückkopplungstransistor (540, 550) fließen. Weiter kann eine Vorspannung an den dritten Rückkopplungstransistor 570 angelegt werden, die es einem Drainstrom I_steal ermöglicht, durch den dritten Rückkopplungstransistor 570 zu fließen. Vorspannen der drei Rückkopplungstransistoren (540, 550, 570) auf diese Weise ermöglicht den Rückkopplungstransistoren (540, 550, 570), einen Drainstrom für den ersten und den zweiten Rückkopplungstransistor zu erzeugen, der eine Komponente in der ersten und eine in der dritten Harmonischen enthalten kann, sodass I_df1=f₁₁sin(ω₁t)+f₁₃sin(3ω₁t) and I_df2=f₂₁sin(ω₁t)+f₂₃sin(3ω₁t). Durch Koppeln des Rückkopplungsschaltkreises 580 in negativer Rückkopplung mit dem nichtlinearen Differenzverstärker 597 kombiniert sich der durch den nichtlinearen Differenzverstärker 597 erzeugte Strom mit dem durch den nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis 580 erzeugten Strom, I_df1 und I_df2, was einen Ausgangsstrom I_out=(I_d1-I_d2)-(I_df1-I_df2) für den Schaltkreis 500 ergibt. Daher kann die durch den nichtlinearen Differenzverstärker erzeugte Verzerrungskomponente in der dritten Harmonischen durch die durch den nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis 580 durch Steuern von Vorspannungen der Rückkopplungstransistoren (550, 560, 570) erzeugte Komponente in der dritten Harmonischen reduziert oder aufgehoben werden.
Um den Schaltkreis zu simulieren, kann eine durch ungenaue Transistormodellierung eingeführte Simulationseinschränkung V_DS≠0 überwunden werden, indem der Rückkopplungstransistor 450 des nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreises 455 in 4 als zwei in Reihe geschaltete Transistoren ML1 und ML2 (550, 560) modelliert wird und unter Verwendung des Transistors ML3 (570) ein kleiner Strom I_steal von einem Zwischenknoten weggestohlen wird, wie in 5 gezeigt. Durch Verwendung dieses Modells entwickeln beide der Rückkopplungstransistoren ML1 und ML2 (550, 560) einen kleinen V_DS-Abfall, um einen Strom $\frac{I_{s t e a l}}{2}$
zu unterhalten, und der Punkt V_DS=0 kann vermieden werden. Der Strom I_steal kann durch den dritten, in einem Triodenbereich vorgespannten Rückkopplungstransistor 570 verwirklicht werden. Weiter kann ein Simulationsmodell benutzt werden, um die Vorspannungen für die Transistoren ML1, ML2 und ML3 (550, 560, 570) in dem nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis zu berechnen, um die Verzerrung durch die dritte Harmonische in dem Schaltkreis zu reduzieren oder aufzuheben.
6A ist ein beispielhaftes System 600 zum Reduzieren oder Aufheben von Verzerrung durch die dritte Harmonische in einem nichtlinearen Differenzverstärkerschaltkreis 630 mit einem nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis 625. Das System 600 enthält einen Computer 610, der an einen Funktionsgenerator 620 angeschlossen sein kann. Weiter kann der Funktionsgenerator 620 an einen nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis 625 angeschlossen sein. Außerdem kann der nichtlineare Rückkopplungsschaltkreis 625 mit dem nichtlinearen Differenzverstärkerschaltkreis 630 in einer negativen Rückkopplungsanordnung so gekoppelt sein, dass ein Ausgangsknoten (A_out) des Verstärkerschaltkreises 630 mit einem Eingangsnoten (F_in) des nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreises 625 und ein Ausgangsknoten (F_out) des nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreises 625 mit einem Eingangsknoten (A_in) des Verstärkerschaltkreises 630 verbunden sein können.
Das System 600 reduziert oder hebt Verzerrung durch die dritte Harmonische auf, die durch den nichtlinearen Differenzverstärkerschaltkreis 630 erzeugt wird, unter Verwendung des nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreises 625, des Computers 610 und des Funktionsgenerators 620. Der nichtlineare Differenzverstärkerschaltkreis 630 kann ein Ausgangsstromsignal (A_out) erzeugen, das eine Komponente in der ersten Harmonischen und eine Verzerrung durch die dritte Harmonische enthält. Der nichtlineare Verstärkerschaltkreis 625 kann eingerichtet sein wie in den beispielhaften Schaltkreisen (400, 500) in den 4 und 5, sodass der Rückkopplungsschaltkreis 625 einen oder mehrere Rückkopplungstransistoren enthalten kann. Weiter kann jeder Rückkopplungstransistor einen Eingangsknoten aufweisen, an den eine Vorspannung angelegt werden kann, um ein durch einen Rückkopplungstransistor erzeugtes Stromsignal zu steuern. Der nichtlineare Rückkopplungsschaltkreis 625 enthält drei Eingangsknoten V_b1, V_b2. und V_b3 für drei verschiedene Rückkopplungstransistoren im nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis 625. Jedes durch einen Rückkopplungstransistor erzeugte Stromsignal kann eine Komponente in der ersten und der dritten Harmonischen enthalten. Das Ausgangsstromsignal F_out des nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreises ist die Kombination von Stromsignalen, die durch jeden Rückkopplungstransistor erzeugt sind, und enthält daher eine Komponente in der dritten Harmonischen, die eine Kombination der Komponenten in der dritten Harmonischen jedes durch einen Rückkopplungstransistor erzeugten Stromsignals ist. Weil der nichtlineare Rückkopplungsschaltkreis 625 in negativer Rückkopplung mit dem nichtlinearen Verstärkerschaltkreis 630 steht, können Komponenten in der dritten Harmonischen des Rückkopplungsausgangssignals F_out Verzerrung durch die dritte Harmonische reduzieren oder aufheben, die durch den nichtlinearen Verstärkerschaltkreis 630 erzeugt ist. Somit kann ein System-Ausgangssignal (S_out) vorgesehen sein, das weniger Verzerrung durch die dritte Harmonische aufweist als das Verstärkerausgangssignal.
Ein Computer 610 kann benutzt werden, um die Werte für die Vorspannungen V_b1, V_b2 und V_b3 zu berechnen, die benötigt werden, um eine Komponente in der dritten Harmonischen im Ausgangssignal F_out des nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreises 625 zu erzeugen, um die Verzerrung durch die dritte Harmonische zu reduzieren oder aufzuheben, die durch den Verstärkerschaltkreis 620 erzeugt ist. Weiter kann der Computer 610 ein Modell des nichtlinearen Verstärkerschaltkreises 630 und des nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreises 625 simulieren, um Werte für die Vorspannungen V_b1, V_b2 und V_b3 zu berechnen. Der Computer 610 kann auch Steuerinformationen zu einem Funktionsgenerator 620 senden, welche die Werte für die Vorspannungen V_b1, V_b2 und V_b3 enthalten. Außerdem kann der Funktionsgenerator 620 eine zweite Rechenvorrichtung enthalten, um die Steuerinformationen vom Computer 610 zu empfangen und die Vorspannungen V_b1, V_b2 und V_b3 zu steuern. Der Funktionsgenerator kann dann Spannungssignale aus den Ausgängen V₀₁, V₀₂ und V₀₃ gemäß durch den Computer 610 vorgesehenen Berechnungen an einen Eingangsknoten jedes Rückkopplungstransistors in dem nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis 625 liefern.
6B ist eine beispielhafte Grafik 650, welche die Reduktion einer Verzerrungskomponente in der dritten Harmonischen eines nichtlinearen Differenzverstärkers unter Verwendung eines linearen Rückkopplungsschaltkreises 660 gegenüber einem nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis 670 vergleicht. Allgemein stellt die Grafik 650 beispielhafte quantitative Vorteile für einen nichtlinearen Differenzverstärker dar, der einen nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis nutzt, um die Verzerrungskomponente in der dritten Harmonischen des Verstärkers zu reduzieren. Genauer stellt die Grafik 650 eine normalisierte Stärke einer durch einen nichtlinearen Differenzverstärker erzeugten Verzerrung durch die dritte Harmonische als Funktion eines in der Rückkopplung zu einem nichtlinearen Differenzverstärker 670 geschalteten resistiven (linearen) Elements dar. Das resistive Element reduziert die Verzerrung durch die dritte Harmonische gemäß einem Faktor N, der proportional zu g_mR ist. Weiter stellt die Grafik 650 eine normalisierte Stärke der durch einen nichtlinearen Differenzverstärker erzeugten Verzerrung durch die dritte Harmonische als Funktion mindestens eines in der Rückkopplung zu dem nichtlinearen Differenzverstärker 670 geschalteten Rückkopplungstransistorelements dar. Beim Minimum 680 ist die Verzerrung durch die dritte Harmonische fast 15-fach oder um 23 dB reduziert, wenn mindestens ein Transistor in der Rückkopplung benutzt wird, verglichen mit der Verwendung nur eines Widerstands in der Rückkopplung.
7 ist ein Blockschaltbild, das eine beispielhafte Rechenvorrichtung 700 darstellt, die zum Berechnen einer Vorspannung für einen oder mehrere Transistoren in einem nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis und zum Steuern der einen oder mehrerer Vorspannungen eingerichtet ist. In einer sehr grundlegenden Anordnung 701 enthält die Rechenvorrichtung 700 typischerweise einen oder mehrere Prozessoren 710 und einen Systemspeicher 720. Ein Speicherbus 730 kann zur Kommunikation zwischen dem Prozessor 710 und dem Systemspeicher 720 benutzt werden. Abhängig von der gewünschten Anordnung kann der Prozessor ein beliebiger Typ sein, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf einen Mikroprozessor (µP), einen Mikrocontroller (µC), einen digitalen Signalprozessor (DSP) oder eine beliebige Kombination davon. Der Prozessor 710 kann einen oder mehrere Cache-Level, wie etwa einen Level-1-Cache 711 und einen Level-2-Cache 712, einen Prozessorkern 713 und Register 714 enthalten. Der Prozessorkern 713 kann ein Rechenwerk (ALU), eine Gleitkommaeinheit (FPU), einen Digitalprozessorkern (DSP-Kern) oder eine beliebige Kombination davon enthalten. Ein Speichercontroller 715 kann auch mit dem Prozessor 710 benutzt werden, oder in einigen Umsetzungen kann der Speichercontroller 715 ein interner Teil des Prozessors 710 sein.
Abhängig von der gewünschten Anordnung kann der Systemspeicher 720 von beliebigem Typ sein, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf einen flüchtigen Speicher (wie etwa RAM), nichtflüchtigen Speicher (wie etwa ROM, Flash-Speicher usw.) oder eine beliebige Kombination davon. Der Systemspeicher 720 enthält typischerweise ein Betriebssystem 721, eine oder mehrere Anwendungen 722 und Programmdaten 724. Die Anwendung 722 enthält einen Steuereingangs-Verarbeitungsalgorithmus 723, der gestaltet ist, Eingänge für die elektronischen Schaltkreise gemäß der vorliegenden Offenbarung vorzusehen. Die Programmdaten 724 enthalten Steuereingangsdaten 725, die nützlich sind, um die Leistungsaufnahme der Schaltkreise zu minimieren, wie nachstehend weiter beschrieben wird. In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann die Anwendung 722 angeordnet sein, mit Programmdaten 724 auf einem Betriebssystem 721 so zu arbeiten, dass die Leistungsaufnahme durch einen elektronischen Schaltkreis minimiert ist. Diese beschriebene Grundanordnung ist in 7 durch die Bauteile innerhalb der gestrichelten Linie 701 dargestellt.
Die Rechenvorrichtung 700 kann zusätzliche Merkmale oder Funktionalität sowie zusätzliche Schnittstellen aufweisen, um die Kommunikation zwischen der Grundanordnung 701 und beliebigen erforderlichen Vorrichtungen und Schnittstellen zu ermöglichen. Zum Beispiel kann ein Bus-/Schnittstellencontroller 740 benutzt werden, um die Kommunikation zwischen der Grundanordnung 701 und einer oder mehreren Speichervorrichtungen 750 über einen Speicher-Schnittstellenbus 741 zu ermöglichen. Die Datenspeichervorrichtungen 750 können Wechselspeichervorrichtungen 751, fest eingebaute Speichervorrichtungen 752 oder eine Kombination davon sein. Beispiele von Wechselspeichervorrichtungen und fest eingebauten Speichervorrichtungen umfassen Magnetplattenvorrichtungen, wie etwa Floppy-Laufwerke und Festplattenlaufwerke (HDD), optische Plattenlaufwerke, wie etwa Compact Disk-(CD-)Laufwerke oder Digital Versatile Disk-(DVD-)Laufwerke, Festkörperlaufwerke (SSDs) oder Bandlaufwerke, um nur einige zu nennen. Beispielhafte Computerspeichermedien können flüchtige und nichtflüchtige, auswechselbare und fest eingebaute Medien umfassen, die in einem beliebigen Verfahren oder einer beliebigen Technik zum Speichern von Informationen ausgeführt sind, wie etwa computerlesbaren Anweisungen, Datenstrukturen, Programmmodulen oder anderen Daten.
Systemspeicher 720, Wechselspeicher 751 und fest eingebauter Speicher 752 sind alle Beispiele von Computer-Speichermedien. Computer-Speichermedien umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf RAM, ROM, EEPROM, Flash-Speicher oder eine andere Speichertechnik, CD-ROM, Digital Versatile Disks (DVD) oder andere optische Speicher, Magnetkassetten, Magnetband, Magnetplattenspeicher oder andere magnetische Speichervorrichtungen oder ein beliebiges anderes Medium, das benutzt werden kann, um die gewünschten Informationen zu speichern, und auf das durch die Rechenvorrichtung 700 zugegriffen werden kann. Beliebige dieser Computer-Speichermedien können Teil der Vorrichtung 700 sein.
Die Rechenvorrichtung 700 kann auch einen Schnittstellenbus 742 enthalten, um die Kommunikation von verschiedenen Schnittstellenvorrichtungen (z.B. Ausgangsschnittstellen, Peripherieeinrichtungs-Schnittstellen und Kommunikations-Schnittstellen) mit der Grundanordnung 701 über den Bus-/Schnittstellencontroller 740 zu ermöglichen. Beispielhafte Ausgangsschnittstellen 760 umfassen einen Grafikprozessor 761 und einen Audioprozessor 762, die eingerichtet sein können, mit verschiedenen externen Vorrichtungen zu kommunizieren, wie etwa einem Display oder Lautsprechern über einen oder mehrere A/V-Anschlüsse 763. Beispielhafte Peripherieeinrichtungs-Schnittstellen 760 umfassen einen Controller für serielle Schnittstelle 771 oder einen Controller für parallele Schnittstelle 772, die eingerichtet sein können, über einen oder mehrere E/A-Anschlüsse 773 mit externen Vorrichtungen zu kommunizieren, wie etwa Eingabevorrichtungen (z.B. Tastatur, Maus, Stift, Spracheingabevorrichtung, Berührungseingabevorrichtung usw.) oder anderen Peripherieeinrichtungen (z.B. Drucker, Scanner usw.). Eine beispielhafte Kommunikationsschnittstelle 780 umfasst einen Netzwerk-Controller 781, der eingerichtet sein kann, die Kommunikation mit einer oder mehreren anderen Rechenvorrichtungen 790 in Form von Netzwerk-Kommunikation über einen oder mehrere Kommunikationsanschlüsse 782 zu ermöglichen. Die Kommunikationsverbindung ist ein Beispiel eines Kommunikationsmediums. Kommunikationsmedien können typisch durch computerlesbare Anweisungen, Datenstrukturen, Programmmodule oder andere Daten in einem modulierten Datensignal verkörpert sein, wie etwa einer Trägerwelle oder einen anderen Transportmechanismus und enthalten beliebige Informationsübergabemedien. Ein „moduliertes Datensignal“ kann ein Signal sein, bei dem eine oder mehrere seiner Eigenschaften auf solche Weise eingestellt oder verändert werden, dass sie Informationen in dem Signal codieren. Beispielsweise und nicht einschränkend können Kommunikationsmedien verdrahtete Medien, wie etwa ein verdrahtetes Netzwerk oder eine direkt verdrahtete Verbindung, und drahtlose Medien umfassen, wie etwa akustische, Funkfrequenz- (HF-), Infrarot- (IR-) und andere drahtlose Medien. Der Ausdruck „computerlesbare Medien“, wie er hier ebenfalls benutzt ist, kann sowohl Speichermedien als auch Kommunikationsmedien umfassen.
Die Rechenvorrichtung 700 kann als ein Teil einer tragbaren (oder mobilen) elektronischen Vorrichtung kleiner Bauart ausgeführt sein, wie etwa ein Mobiltelefon, ein Organizer (PDA), eine tragbare Medienabspielvorrichtung, eine drahtlose Web-Uhrvorrichtung, eine persönliche Headset-Vorrichtung, eine anwendungsspezifische Vorrichtung oder eine hybride Vorrichtung, die beliebige der obigen Funktionen enthalten. Die Rechenvorrichtung 700 kann auch als ein Personal Computer ausgeführt sein, einschließlich sowohl Laptop-Computer- als auch als Nicht-Laptop-Computer-Ausführungen.
Durch Umsetzen von Beispielen der oben beschriebenen elektronischen Schaltkreise kann ein elektronischer Schaltkreis entworfen werden, um bestimmte nichtlineare Eigenschaften zu reduzieren. 8 stellt ein beispielhaftes Flussdiagramm dar, das Funktionsschritte 800 zum Reduzieren von Verzerrung durch die dritte Harmonische eines elektronischen Schaltkreises enthält. Es versteht sich, dass das Flussdiagramm die Funktionalität und den Betrieb einer möglichen Umsetzung beispielhafter Ausführungsformen zeigt. In dieser Hinsicht kann jeder Block ein Modul, einen Abschnitt oder einen Teilbereich des Programmcodes darstellen, der eine oder mehrere Anweisungen enthält, die durch einen Prozessor oder eine Rechenvorrichtung ausführbar sind, um bestimmte logische Funktionen oder Schritte in dem Verfahren umzusetzen. Der Programmcode kann auf einem beliebigen Typ von computerlesbarem Medium gespeichert sein, zum Beispiel wie etwa einer Speichervorrichtung, die eine Platte oder ein Festplattenlaufwerk enthält. Außerdem kann jeder Block eine Schaltung darstellen, die so verdrahtet ist, dass sie die besonderen logischen Funktionen in diesem Verfahren durchführt. Alternative Umsetzungen sind im Umfang der beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung enthalten, in denen Funktionen in anderer Reihenfolge als der gezeigten oder beschriebenen ausgeführt werden können, einschließlich gleichzeitig oder in umgekehrter Reihenfolge, abhängig von der betreffenden Funktionalität, wie Fachleute verstehen werden.
8 stellt ein beispielhaftes Flussdiagramm dar, das Funktionsschritte eines beispielhaften Verfahrens zum Reduzieren von Verzerrung durch die dritte Harmonische in einem Verstärkerschaltkreis enthält. Die Schritte des Verfahrens 800 können zur Gänze oder teilweise durch eine Rechenvorrichtung ausgeführt werden, wie sie zum Beispiel durch 7 gezeigt und beschrieben ist, die einen elektronischen Schaltkreis bearbeitet, der einen nichtlinearen Differenzverstärker enthalten kann, der mit einem nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis gekoppelt ist. Das Verfahren enthält Berechnen einer Vorspannung für einen Transistor in einem nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis, wie bei Block 802 gezeigt. Dieser Schritt kann durchgeführt werden durch Ablaufen einer Computersimulation an einem Modellschaltkreis, der einen nichtlinearen Differenzverstärker enthält, der mit einem nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis gekoppelt ist. Wenn ein solcher nichtlinearer Rückkopplungsschaltkreis mehr als einen Transistor enthält, dann kann eine Vorspannung für jeden Transistor oder eine Untermenge von Transistoren in dem nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis berechnet werden. Außerdem kann der Schritt durchgeführt werden durch Einbeziehen eines Vorspannungs-Controllers, um die Vorspannung in dem nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis auf einen Pegel einzustellen, bei dem keine Verzerrung zu beobachten ist.
Bei einem weiteren Schritt können ein Computer, ein Signalgenerator, ein Oszillator, eine beliebige andere Vorrichtung oder eine Kombination davon benutzt werden, um eine Vorspannung für einen oder mehrere Transistoren in einem nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis zu steuern, wie bei Block 804 gezeigt. Somit kann eine genaue Vorspannung an den einen oder die vielfachen Transistoren angelegt werden, um die Verzerrung durch die dritte Harmonische eines Verstärkerausgangssignals zu reduzieren oder aufzuheben.
Ein nichtlinearer Rückkopplungsschaltkreis kann einen Eingangsknoten aufweisen, der mit dem Ausgangsknoten eines nichtlinearen Verstärkers verbunden ist. Somit kann, wie bei Block 806 gezeigt, ein weiterer Schritt in dem beispielhaften Verfahren Empfangen eines Verstärkerausgangs als Eingangssignal für einen nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis sein, der mindestens einen Transistor enthält. Zum Beispiel kann das Eingangssignal ein Stromsignal sein, das durch einen nichtlinearen Verstärker erzeugt ist, das Verzerrung durch die dritte Harmonische aufgrund der nichtlinearen Effekte des Verstärkers aufweist. Ein weiterer Schritt in dem beispielhaften Verfahren kann Erzeugen eines Rückkopplungssignals mit einer Komponente in der dritten Harmonischen unter Verwendung eines nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreises sein, wie bei Block 808 gezeigt. Zum Beispiel kann ein Transistor in einem nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis ein Stromsignal erzeugen, das eine Komponente in der dritten Harmonischen enthält. Dieser Schritt kann durchgeführt werden, indem mindestens ein Transistor in dem nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis im Triodenmodus betrieben wird.
Ein zusätzlicher Schritt in dem beispielhaften Verfahren kann Verarbeiten des Verstärkerausgangssignals durch Koppeln des nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreises in negativer Rückkopplung mit dem nichtlinearen Differenzverstärkerschaltkreis sein, wie bei Block 810 gezeigt. Negative Rückkopplung sieht die Komponente in der dritten Harmonischen vor, die durch den nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis erzeugt ist, um die Verzerrungskomponente des Verstärkerausgangssignals durch die dritte Harmonische zu reduzieren oder aufzuheben. Zum Beispiel kann sich das durch den nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis erzeugte Stromsignal mit dem Verstärker-Stromsignal kombinieren, um die Verzerrung durch die dritte Harmonische zu reduzieren. Ein weiterer Schritt in dem Verfahren kann Vorsehen eines Ausgangssignals eines Gesamtschaltkreises sein, das weniger Verzerrung durch die dritte Harmonische aufweist als ein Verstärkerausgangssignal, bevor es durch einen nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis verarbeitet ist, wie bei Block 812 gezeigt.
Die folgenden Veröffentlichungen sind in ihrer Gesamtheit durch Verweis in die vorliegende Offenbarung aufgenommen: „Low-voltage CMOS Transconductance Cell Based on Parallel Operation of Triode and Saturation Transconductors,“ (CMOS-Transkonduktanz-Zelle niedriger Spannung auf Grundlage parallelen Betriebs von Trioden- und Sättigungs-Transkonduktoren) von A. Coban und P. Allen, Electronics Letters, Bd. 30, Nr. 14, S. 1124-1126, Juli 1994 (nachstehend „Coban“); „A 1-V 50-MHz Pseudodifferential OTA with Compensation of the Mobility Reduction,“ (Pseudodifferential-OTA für 1 V, 50 MHz mit Kompensation der Beweglichkeitsreduktion) von T.-Y. Lo und C-C. Hung, IEEE Transactions on Circuits and Systems - II: Express Briefs, Bd. 54, Nr. 12, S. 1047-51, Dezember 2007 (nachstehend „Lo“); „OTA Linearity Enhancement Technique for High Frequency Applications with IM3 Below -65db,“ (OTA-Linearitätsverbesserungstechnik für Hochfrequenzanwendungen mit IM3 unter -65 dB) von A. Lewinski und J. Silva-Martinez, IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs, Bd. 51, Nr. 10, S. 542-548, Oktober 2004 (nachstehend „Lewinski“); „The Design and Implementation of Low-power CMOS Radio Receivers,“ (Entwurf und Umsetzung vom CMOS-Funkempfängern niedriger Leistung) von D. K. Shaeffer Doktordissertation, Stanford-Universität, Dezember 1998 (nachstehend „Shaeffer“); „A 4-MHz CMOS Continuous-time Filter with On-chip Automatic Tuning,“ (Zeitkontinuierliches 4-MHz-CMOS-Filter mit automatischer Abstimmung auf dem Chip) von F. Krummenacher und N. Joehl, IEEE Journal of Solid-State Circuits, Bd. 23, Nr. 3, S. 750-758, Juni 1988 (nachstehend „Krummenacher“); „Distortion in Elementary Transistor Circuits,“ (Verzerrung in elementaren Transistorschaltungen) von W. Sansen, IEEE Transactions on Circuits and Systems-II, Bd. 46, Nr. 3, S. 315-325, März 1999 (nachstehend „Sansen“); „RF Microelectronics“ (HF-Mikroelektronik) von B. Razavi, Prentice Hall, 1998 (nachstehend „Razavi“); „Analysis and Design of Analog Integrated Circuits“ (Analyse und Entwurf von analogen integrierten Schaltungen) von P. R. Gray, P. J. Hurst, S. H. Lewis und R. G. Meyer, Wiley, 2001 (nachstehend „Gray“); und „MOSFET Modeling for Analog Circuit CAD: Problems and Prospects“ (MOSFET-Modellierung für CAD analoger Schaltungen: Probleme und Ausblicke) von Y. Tsividis und K. Suyama, IEEE Journal of Solid-State Circuits, Bd. 29, Nr. 3, S. 210-216, März 1994 (nachstehend „Tsividis“).
Allgemein versteht es sich, dass die hier beschriebenen Schaltkreise in Hardware unter Verwendung von Entwicklungstechniken für integrierte Schaltkreise oder aber über irgendein anderes Verfahren oder die Kombination von Hardware- und Softwareobjekten umgesetzt sein können, die angeordnet, parametrisiert und in einer Software-Umgebung verbunden sein können, um verschiedene hier beschriebene Funktionen umzusetzen. Zum Beispiel kann die vorliegende Anmeldung unter Verwendung eines Allzweck- oder Spezialprozessors umgesetzt sein, auf dem eine Software-Anwendung über flüchtigen oder nichtflüchtigen Speicher läuft. Auch kommunizieren die Hardwareobjekte unter Verwendung elektrischer Signale, wobei Zustände der Signale verschiedene Daten darstellen.
Es versteht sich weiter, dass diese oder andere hier beschriebene Anordnungen nur zum Zweck eines Beispiels dienen. Somit werden Fachleute einsehen, dass gemäß den gewünschten Ergebnissen stattdessen andere Anordnungen und andere Elemente (z.B. Maschinen, Schnittstellen, Funktionen, Reihenfolgen und Gruppierungen von Funktionen usw.) benutzt werden können und einige Elemente überhaupt weggelassen werden können. Weiter sind viele der beschriebenen Elemente Funktionseinheiten, die als diskrete oder verteilte Bauelemente oder in Verbindung mit anderen Bauelementen in jeder geeigneten Kombination und Anordnung umgesetzt sein können.
Die vorliegende Offenbarung soll nicht hinsichtlich der besonderen in dieser Anmeldung beschriebenen Ausführungsformen beschränkt sein, die als Erläuterungen verschiedener Aspekte gedacht sind. Viele Abänderungen und Abwandlungen können vorgenommen werden, ohne von ihrem Erfindungsgeist und Umfang abzuweichen, wie Fachleuten offensichtlich sein wird. Funktionell äquivalente Verfahren und Vorrichtungen innerhalb des Umfangs der Offenbarung zusätzlich zu den hier aufgezählten werden den Fachleuten aus den vorstehenden Beschreibungen offensichtlich sein. Es ist beabsichtigt, dass solche Abänderungen und Abwandlungen in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen. Die vorliegende Offenbarung soll nur durch die Bedingungen der beigefügten Ansprüche zusammen mit dem vollen Umfang von Äquivalenten beschränkt sein, zu denen diese Ansprüche berechtigt sind. Es versteht sich, dass diese Offenbarung nicht auf bestimmte Verfahren, Reagenzien, Verbindungen, Zusammensetzungen oder biologische Systeme beschränkt ist, die natürlich variieren können. Es versteht sich auch, dass die hier verwendete Terminologie nur dem Zweck des Beschreibens besonderer Ausführungsformen dient und nicht beabsichtigt ist, beschränkend zu sein.
Bezüglich der Verwendung von im Wesentlichen beliebiger Ausdrücke im Plural und/oder im Singular können Fachleute vom Plural zum Singular und/oder vom Singular zum Plural übersetzen, wie es für den Kontext und die Anwendung geeignet ist. Die verschiedenen Singular-/Plural-Vertauschungen können hier ausdrücklich zur Deutlichkeit eingesetzt sein.
Fachleute werden verstehen, dass im Allgemeinen hier und insbesondere in den beigefügten Ansprüchen (z.B. den Hauptteilen der beigefügten Ansprüche) benutzte Begriffe allgemein als „offene“ Begriffe beabsichtigt sind. (z.B. sollte der Begriff „enthaltend“ als „enthaltend, aber nicht beschränkt auf“ interpretiert werden, der Begriff „mit“ sollte als „mindestens mit“ interpretiert werden, der Begriff „enthält“ sollte als „enthält, ist aber nicht beschränkt auf“ interpretiert werden usw.) Es versteht sich für Fachleute weiter, dass, wenn eine bestimmte Nummer eines eingeleiteten Anspruchsrückgriffs beabsichtigt ist, auf eine solche Absicht ausdrücklich in dem Anspruch rückgegriffen wird, und bei Fehlen eines solchen Rückgriffs keine solche Absicht vorliegt. Zum Beispiel können als Hilfe zum Verständnis die folgenden beigefügten Ansprüche den Gebrauch der einleitenden Phrasen „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ enthalten, um Anspruchsrückgriffe einzuleiten. Jedoch sollte die Verwendung solcher Phrasen nicht ausgelegt werden, dass sie bedeutet, dass die Einleitung eines Anspruchsrückgriffs durch den unbestimmten Artikel „ein“ jeden einzelnen Anspruch, der einen solchen eingeleiteten Anspruchsrückgriff enthält, auf Ausführungsformen beschränkt, die nur einen solchen Rückgriff enthalten, selbst wenn derselbe Anspruch die einleitenden Phrasen „ein oder mehrere“ oder „mindestens ein“ und unbestimmte Artikel, wie etwa „ein“ enthält. (Z.B. sollte „ein“ so gedeutet werden, dass es „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ bedeutet.) Dasselbe gilt für die Verwendung bestimmter Artikel, die zum Einleiten von Anspruchsrückgriffen benutzt werden. Außerdem werden Fachleute anerkennen, dass, selbst wenn auf eine bestimmte Nummer eines eingeleiteten Anspruchsrückgriffs explizit zurückgegriffen ist, ein solcher Rückgriff so gedeutet werden sollte, dass er mindestens die rückgegriffene Nummer bedeutet. (Z.B. bedeutet der bloße Rückgriff von „zwei Rückgriffen“ ohne weitere Modifikatoren mindestens zwei Rückgriffe oder zwei oder mehr Rückgriffe.) Weiterhin ist in den Fällen, in denen eine Konvention analog zu „mindestens einer aus A, B und C usw.“ benutzt wird, im Allgemeinen eine solche Konstruktion in dem Sinn beabsichtigt, wie ein Fachmann die Konvention verstehen würde. (Z.B. würde „ein System mit mindestens einem aus A, B und C“ Systeme umfassen, jedoch nicht darauf beschränkt sein, die A allein, B allein, C allein, A und B zusammen, A und C zusammen, B und C zusammen und/oder A, B und C zusammen usw. aufweisen.) In den Fällen, in denen eine Konvention analog zu „mindestens einer aus A, B und C usw.“ benutzt wird, ist im Allgemeinen eine solche Konstruktion in dem Sinn beabsichtigt, wie ein Fachmann die Konvention verstehen würde. (Z.B. würde „ein System mit mindestens einem aus A, B und C“ Systeme umfassen, jedoch nicht darauf beschränkt sein, die A allein, B allein, C allein, A und B zusammen, A und C zusammen, B und C zusammen und/oder A, B und C zusammen usw. aufweisen.) Fachleute werden weiter verstehen, dass praktisch jedes beliebige disjunktive Wort und/oder Satzglied, das zwei oder mehr alternative Ausdrücke darstellt, ob in Beschreibung, Ansprüchen oder Zeichnung, so zu verstehen ist, dass die Möglichkeiten betrachtet werden, einen der Ausdrücke, einen der beiden Ausdrücke oder beide Ausdrücke einzubeziehen. Zum Beispiel wird das Satzglied „A oder B“ so verstanden, dass es die Möglichkeiten „A“ oder „B“ oder „A und B“ umfasst.
Wo Merkmale oder Aspekte der Offenbarung hinsichtlich Markush-Gruppen beschrieben sind, werden Fachleute außerdem erkennen, dass die Offenbarung dadurch auch hinsichtlich eines beliebigen einzelnen Mitglieds oder einer Untergruppe von Mitgliedern der Markush-Gruppe beschrieben ist.
Wie ein Fachmann verstehen wird, umfassen für alle Zwecke, wie etwa hinsichtlich Vorsehen einer schriftlichen Beschreibung, alle hier offenbarten Bereiche auch alle möglichen Unterbereiche und Kombinationen von Unterbereichen davon. Jeder beliebige aufgeführte Bereich kann leicht erkannt werden als ausreichend denselben Bereich beschreibend und ermöglichend, der in mindestens gleiche Hälften, Drittel, Viertel, Fünftel, Zehntel aufgeteilt ist. Als nicht einschränkendes Beispiel kann jeder hier beschriebene Bereich leicht in ein unteres Drittel, ein mittleres Drittel und ein oberes Drittel geteilt werden usw. Wie ein Fachmann auch verstehen wird, umfassen alle sprachlichen Ausdrücke, wie etwa „bis zu“, „mindestens“, „größer als“, „geringer als“ und dergleichen die zitierte Zahl und beziehen sich auf Bereiche, die anschließend in Unterbereiche aufgeteilt werden können, wie oben beschrieben. Schließlich umfasst, wie ein Fachmann verstehen wird, ein Bereich jedes einzelne Mitglied. Somit bezieht sich zum Beispiel eine Gruppe mit 1 - 3 Zellen auf Gruppen mit 1, 2 oder 3 Zellen. Ähnlich bezieht sich eine Gruppe mit 1 - 5 Zellen auf Gruppen mit 1, 2, 3 ,4 oder 5 Zellen und so weiter.
Während verschiedene Aspekte und Ausführungsformen hier offenbart wurden, werden andere Aspekte und Ausführungsformen Fachleuten augenscheinlich sein. Die verschiedenen hier offenbarten Aspekte und Ausführungsformen dienen zum Zweck der Erläuterung und sollen nicht einschränkend sein, wobei der wahre Umfang und der Erfindungsgeist durch die folgenden Ansprüche angegeben sind.

Claims

System zum Reduzieren von Verzerrung durch die dritte Harmonische, wobei das System umfasst: einen Verstärkerschaltkreis (597) mit einem Verstärkertransistor (520), sodass der Verstärkerschaltkreis (597) in der Lage ist, ein Verstärkerausgangssignal mit einer Verzerrung durch die dritte Harmonische vorzuweisen; und einen nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis (580), der einen ersten Rückkopplungstransistor (550) umfasst, der im Triodenmodus arbeitet, sowie weiter einen zweiten Rückkopplungstransistor (560), der im Triodenmodus arbeitet und in einer Reihenschaltung mit dem ersten Rückkopplungstransistor (550) gekoppelt ist, wobei die Reihenschaltung einen Zwischenknoten zwischen dem ersten Rückkopplungstransistor (550) und einem zweiten Rückkopplungstransistor (560) aufweist, mit dem ein dritter Rückkopplungstransistor (570), der im Triodenmodus arbeitet, gekoppelt ist, wobei eine dritte Vorspannung an den dritten Rückkopplungstransistor (570) angelegt ist, die einen Steuerstrom erzeugt, um zumindest einen minimalen Spannungsabfall über den ersten (550) und den zweiten Rückkopplungstransistor (560) vorzusehen, wobei der nichtlineare Rückkopplungsschaltkreis (580) ein elektronisches Rückkopplungssignal mit einer Rückkopplungskomponente in der dritten Harmonischen erzeugt, und wobei der nichtlineare Rückkopplungsschaltkreis (580) so in negativer Rückkopplung zu dem Verstärkerschaltkreis (597) angeordnet ist, dass die Rückkopplungskomponente in der dritten Harmonischen des elektronischen Rückkopplungssignals die Verzerrung des Verstärkerausgangssignals durch die dritte Harmonische reduziert.
System nach Anspruch 1, wobei der Verstärkerschaltkreis (597) ein Differenzverstärkerschaltkreis ist.
System nach Anspruch 1, weiter umfassend einen ersten Eingangsknoten, der mit dem ersten Rückkopplungstransistor (550) des nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreises (580) gekoppelt ist, wobei eine erste Vorspannung so an den ersten Eingangsknoten angelegt ist, dass der nichtlineare Rückkopplungsschaltkreis (580) das elektronische Rückkopplungssignal mit der Rückkopplungskomponente in der dritten Harmonischen erzeugt.
System nach Anspruch 1, weiter umfassend einen zweiten, mit dem zweiten Rückkopplungstransistor (560) gekoppelten Eingangsknoten, wobei eine zweite Vorspannung so an den zweiten Eingangsknoten angelegt ist, dass der nichtlineare Rückkopplungsschaltkreis (580) das elektronische Rückkopplungssignal mit der Rückkopplungskomponente in der dritten Harmonischen erzeugt.
System nach Anspruch 4, weiter umfassend eine erste Rechenvorrichtung (700), welche die erste und die zweite Vorspannung so für den nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis (580) vorsieht, dass der nichtlineare Rückkopplungsschaltkreis (580) in der Lage ist, das elektronische Rückkopplungssignal mit der Rückkopplungskomponente in der dritten Harmonischen zu erzeugen.
System nach Anspruch 5, wobei die erste Rechenvorrichtung (700) die erste und die zweite Vorspannung einstellt, um einen Betrag der Rückkopplungskomponente in der dritten Harmonischen des elektronischen Rückkopplungssignals zu bestimmen, der die Verzerrung des Verstärkerausgangssignals durch die dritte Harmonische reduziert.
Verfahren zum Reduzieren von Verzerrung durch die dritte Harmonische in einer elektronischen Vorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen eines Verstärkerausgangssignals mit Verzerrung durch die dritte Harmonische von einem Ausgangsknoten eines Verstärkerschaltkreises (597) an einem Eingangsknoten eines nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreises (580); Erzeugen eines elektronischen Rückkopplungssignals mit einer Rückkopplungskomponente in der dritten Harmonischen unter Verwendung des nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreises (580), wobei der nichtlineare Rückkopplungsschaltkreis (580) einen ersten Rückkopplungstransistor (550) aufweist, der im Triodenmodus arbeitet, sowie weiter einen zweiten Rückkopplungstransistor (560), der im Triodenmodus arbeitet und in einer Reihenschaltung mit dem ersten Rückkopplungstransistor (550) gekoppelt ist, wobei die Reihenschaltung einen Zwischenknoten zwischen dem ersten Rückkopplungstransistor (550) und dem zweiten Rückkopplungstransistor (560) aufweist und weiter einen dritten Rückkopplungstransistor (570), der mit dem Zwischenknoten zwischen dem ersten Rückkopplungstransistor (550) und dem zweiten Rückkopplungstransistor (560) gekoppelt ist, wobei der dritte Rückkopplungstransistor (570) im Triodenmodus arbeitet und der nichtlineare Rückkopplungsschaltkreis (580) so in negativer Rückkopplung zum Verstärkerschaltkreis (597) angeordnet ist, dass der Eingangsknoten des nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreises (580) mit dem Ausgangsknoten des Verstärkerschaltkreises (597) gekoppelt ist; Verarbeiten des Verstärkerausgangssignals unter Verwendung des nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreises (580) durch Kombinieren des elektronischen Rückkopplungssignals mit dem Verstärkerausgangssignal, um die Verzerrung des Verstärkerausgangssignals durch die dritte Harmonische zu reduzieren; und Vorsehen eines elektronischen Ausgangssignals der Vorrichtung mit weniger Verzerrung durch die dritte Harmonische als das Verstärkerausgangssignal.
Verfahren nach Anspruch 7, weiter umfassend Berechnen, unter Verwendung einer ersten Rechenvorrichtung (700), einer ersten Vorspannung, die in der Lage ist, an den ersten Rückkopplungstransistor (550) in dem nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis (580) angelegt zu werden, wobei der nichtlineare Rückkopplungsschaltkreis (580) in der Lage ist, das elektronische Rückkopplungssignal mit der Rückkopplungskomponente in der dritten Harmonischen zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 8, weiter umfassend Steuern, unter Verwendung einer zweiten Rechenvorrichtung (700), der ersten Vorspannung des ersten Rückkopplungstransistors (550) in dem nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis (580), wobei der nichtlineare Rückkopplungsschaltkreis (580) in der Lage ist, das elektronische Rückkopplungssignal mit der Rückkopplungskomponente in der dritten Harmonischen zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Verstärker ein Differenzverstärker ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7-9, weiter umfassend Berechnen, unter Verwendung der ersten Rechenvorrichtung (700), einer zweiten Vorspannung, die in der Lage ist, an den zweiten Rückkopplungstransistor (560) angelegt zu werden, und einer dritten Vorspannung, die in der Lage ist, an den dritten Rückkopplungstransistor (570) angelegt zu werden.
Verfahren nach Anspruch 11, weiter umfassend Steuern, unter Verwendung einer zweiten Rechenvorrichtung (700), der zweiten Vorspannung des zweiten Rückkopplungstransistors (560) und der dritten Vorspannung des dritten Rückkopplungstransistors (570) in dem nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis (580), wobei der nichtlineare Rückkopplungsschaltkreis (580) in der Lage ist, das elektronische Rückkopplungssignal mit der Rückkopplungskomponente in der dritten Harmonischen zu erzeugen.
Computerlesbares Medium mit darauf gespeicherten computerausführbaren Anweisungen, die, wenn sie durch eine Vorrichtung ausgeführt werden, die Vorrichtung veranlassen, Funktionen durchzuführen, die umfassen: Empfangen eines Verstärkerausgangssignals mit Verzerrung durch die dritte Harmonische von einem Ausgangsknoten eines Verstärkerschaltkreises (597) an einem Eingangsknoten eines nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreises (580); Erzeugen eines elektronischen Rückkopplungssignals mit einer Rückkopplungskomponente in der dritten Harmonischen unter Verwendung des nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreises (580), wobei der nichtlineare Rückkopplungsschaltkreis (580) einen ersten Rückkopplungstransistor (550) aufweist, der im Triodenmodus arbeitet, sowie weiter einen zweiten Rückkopplungstransistor (560), der im Triodenmodus arbeitet und in einer Reihenschaltung mit dem ersten Rückkopplungstransistor (550) gekoppelt ist, wobei die Reihenschaltung einen Zwischenknoten zwischen dem ersten Rückkopplungstransistor (550) und dem zweiten Rückkopplungstransistor (560) aufweist; und weiter einen dritten Rückkopplungstransistor (570), der mit dem Zwischenknoten zwischen dem ersten Rückkopplungstransistor (550) und dem zweiten Rückkopplungstransistor (560) gekoppelt ist, wobei der dritte Rückkopplungstransistor (570) im Triodenmodus arbeitet, und der nichtlineare Rückkopplungsschaltkreis (580) so in negativer Rückkopplung zum Verstärkerschaltkreis (597) angeordnet ist, dass der Eingangsknoten des nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreises (580) mit dem Ausgangsknoten des Verstärkerschaltkreises (597) gekoppelt ist; Verarbeiten des Verstärkerausgangssignals unter Verwendung des nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreises (580) durch Kombinieren des elektronischen Rückkopplungssignals mit dem Verstärkerausgangssignal, um die Verzerrung des Verstärkerausgangssignals durch die dritte Harmonische zu reduzieren; und Vorsehen eines Ausgangssignals der Vorrichtung mit weniger Verzerrung durch die dritte Harmonische als das Verstärkerausgangssignal.
Computerlesbares Medium nach Anspruch 13, wobei die Funktionen weiter umfassen: Berechnen, unter Verwendung einer ersten Rechenvorrichtung (700), einer ersten Vorspannung, die in der Lage ist, an den ersten Rückkopplungstransistor (550) in dem nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis (580) angelegt zu werden, wobei der nichtlineare Rückkopplungsschaltkreis (580) in der Lage ist, das elektronische Rückkopplungssignal mit der Rückkopplungskomponente in der dritten Harmonischen zu erzeugen.
Computerlesbares Medium nach Anspruch 14, wobei die Funktionen weiter umfassen: Steuern, unter Verwendung einer zweiten Rechenvorrichtung (700), der ersten Vorspannung des ersten Rückkopplungstransistors (550) in dem nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis (580), wobei der nichtlineare Rückkopplungsschaltkreis (580) in der Lage ist, das elektronische Rückkopplungssignal mit der Rückkopplungskomponente in der dritten Harmonischen zu erzeugen.
Computerlesbares Medium nach Anspruch 15, wobei die Funktionen weiter umfassen: Berechnen, unter Verwendung der ersten Rechenvorrichtung (700), einer zweiten Vorspannung, die in der Lage ist, an den zweiten Rückkopplungstransistor (560) angelegt zu werden, und einer dritten Vorspannung, die in der Lage ist, an den dritten Rückkopplungstransistor (570) angelegt zu werden.
Computerlesbares Medium nach Anspruch 16, wobei die Funktionen weiter umfassen: Steuern, unter Verwendung einer zweiten Rechenvorrichtung (700), der zweiten Vorspannung des zweiten Rückkopplungstransistors (560) und der dritten Vorspannung des dritten Rückkopplungstransistors (570) in dem nichtlinearen Rückkopplungsschaltkreis (580), wobei der nichtlineare Rückkopplungsschaltkreis (580) in der Lage ist, das elektronische Rückkopplungssignal mit der Rückkopplungskomponente in der dritten Harmonischen zu erzeugen.
Computerlesbares Medium nach einem der Ansprüche 13-17, wobei der Verstärker ein Differenzverstärker ist.