DE112017003584T5

DE112017003584T5 - Vorrichtung und verfahren zur verbesserung desgütefaktorverminderungsverlusts und des phasengleichgewichts inabschwächerschaltkreisen

Info

Publication number: DE112017003584T5
Application number: DE112017003584.8T
Authority: DE
Inventors: Vikas Sharma
Original assignee: PSemi Corp
Current assignee: PSemi Corp
Priority date: 2016-07-15
Filing date: 2017-05-11
Publication date: 2019-05-02
Also published as: US20200186118A1; US10530320B2; US20180019721A1; CN109565268B; CN109565268A; WO2018013207A1; DE112017003584T8

Abstract

Der Gütefaktorverminderungsverlust und das Phasenungleichgewicht, die durch die inhärente Kapazität eines geschalteten Widerstands, wie etwa eines MOSFET mit einem Widerstandselement, verursacht werden, können reduziert werden, indem ein Überbrückungsschalter über das Widerstandselement hinweg verwendet wird, der sich in Reihe mit dem Schalter des Widerstandselements befindet. Der Überbrückungsschalter schließt über das Widerstandselement hinweg kurz, wenn der Schalter des Widerstandselements offen und im Referenzmodus ist, wodurch der Widerstand in Reihe mit der inhärenten Kapazität des offenen Schalters des Widerstandselements reduziert wird.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität gegenüber der US-Patentanmeldung Nr. 15/212,025 , eingereicht am 15. Juli 2016, mit dem Titel „Attenuator De-Qing Loss Improvement And Phase Balance“ (Anwaltsaktenzeichen-Nr. PER-179-PAP). Die vorliegende Anmeldung kann mit der US-Patentanmeldung Nr. 15/212,046 , eingereicht am 15. Juli 2016, mit dem Titel „Hybrid Coupler with Phase and Attenuation Control“ (Anwaltsaktenzeichen-Nr. PER-178-PAP) verwandt sein und auf den Anmelder der vorliegenden Offenbarung übertragen werden, wobei die Inhalte von beiden hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen sind.
TECHNISCHES GEBIET
Verschiedene hier beschriebene Ausführungsformen betreffen allgemein Systeme, Verfahren und Einrichtungen zum Verbessern eines Gütefaktorverminderungsverlusts und ein Phasengleichgewicht für Abschwächerschaltkreise.
HINTERGRUND
Verschiedene Vorrichtungen können durch die Verwendung eines geschalteten Parallelwiderstands zwischen einem Referenzmodus und einem abgeschwächten Modus geschaltet werden. Zum Beispiel kann ein Pi-Pad-Abschwächer Transistoren auf den Zweigen des Pi-Pads beinhalten, um jeden der Zweige aus einem „Abschwächungsmodus“ (eingeschaltet) in einen „Referenzmodus“ oder „Floating-Modus“ (ausgeschaltet) ein- und auszuschalten. Idealerweise sieht das Eingangssignal bei eingeschaltetem Transistor nur den Parallelwiederstand bei dem Knoten und sieht das Eingangssignal bei ausgeschaltetem Transistor nur einen offenen Stromkreis bei dem Knoten. Jedoch sind Transistoren in dem Aus-Zustand keine perfekten offenen Stromkreise: sie weisen eine kleine interne Leitfähigkeit und Kapazität auf. Die Kapazität, als parasitäre Kapazität bekannt, ist von besonderem Interesse für Signale, die Hochfrequenzkomponenten enthalten, da die Kapazität mit zunehmender Frequenz beginnt, wie ein Kurzschluss anstelle eines offenen Stromkreises, wie gewünscht, zu wirken. Wenn sie mehr zu einem Kurzschluss wird, wird nun jegliche(r) interne(r) Widerstand/Leitfähigkeit von dem HF-Signal gesehen. Aber am schädlichsten ist, dass das Abschwächungswiderstandselement, das potentialfrei belassen werden sollte, nun durch den Signalpfad gesehen wird und einen Verlust für das System darstellt. Der Einfügungsverlust, der durch die parasitäre Kapazität in Reihe mit internem und externem Widerstand verursacht wird (Abschwächung), nimmt mit zunehmender Frequenz zu. Dieser Einfügungsverlast kann als Gütefaktorverminderung („De-Qing“) des Schaltkreises bekannt sein, da es den Gütefaktor(Verstärkungs)-Wert (Q-Wert) absenkt. Außerdem verschlechtert die parasitäre Kapazität mit dem Parallelwiderstand ein Phasenungleichgewicht zunehmend, wenn die Signalfrequenz zunimmt. Für niedrigere Frequenzen könnten diese Verluste innerhalb akzeptabler Bereiche liegen und können somit für manche Gestaltungen ignoriert werden; jedoch können die Gütefaktorverminderung und das Phasenungleichgewicht für Hochfrequenzschaltkreise ein Problem sein.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Schaltkreis offenbart, der Folgendes umfasst: ein resistives Element, das mit einem Eingangsanschluss verbunden ist; ein primäres Schaltelement in Reihe mit dem resistiven Element; und ein Überbrückungsschaltelement, das über das resistive Element hinweg platziert ist, so dass es einen Strom um das resistive Element herum kurzschließen würde; wobei das Überbrückungsschaltelement so konfiguriert ist, dass es geschlossen ist, wenn das primäre Schaltelement offen ist, und das Überbrückungsschaltelement ist so konfiguriert, dass es offen ist, wenn das primäre Schaltelement geschlossen ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zum Reduzieren eines Gütefaktorverminderungsverlustes für einen Schaltkreis offenbart, wobei der Schaltkreis ein resistives Element, das mit einem Eingangssignal verbunden ist, ein primäres Schaltelement in Reihe mit dem resistiven Element und ein Überbrückungsschaltelement über das resistive Element hinweg umfasst, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Öffnen des Überbrückungsschaltelements, wenn das primäre Schaltelement geschlossen ist; und Schließen des Überbrückungsschaltelements, wenn das primäre Schaltelement offen ist.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Polyphasenfilterschaltkreis Folgendes: Parallelfilterelemente, die ein Widerstandselement und einen Kondensator umfassen; einen primären Schalter in Reihe mit dem Widerstandselement und dem Kondensator; und einen Überbrückungsschalter parallel zu dem Widerstandselement und dem Kondensator, der dazu konfiguriert ist, über die Kombination des Widerstandselements und des Kondensators hinweg kurzzuschließen, wenn der Überbrückungsschalter geschlossen ist.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zum Fertigen eines schaltbaren Abschwächungsschaltkreises mit Gütefaktorverminderungsverlustreduzierung offenbart, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen eines resistiven Elements parallel zu einem Eingangsanschluss; Bereitstellen eines primären Schaltelements in Reihe mit dem resistiven Element; und Bereitstellen eines Überbrückungsschaltelements, das über das resistive Element hinweg platziert ist, so dass es einen Strom um das resistive Element herum kurzschließen würde; Konfigurieren des Schaltkreises derart, dass das Überbrückungsschaltelement geschlossen ist, wenn das primäre Schaltelement offen ist, und das Überbrückungsschaltelement offen ist, wenn das primäre Schaltelement geschlossen ist.
Die Details von einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung sind in den begleitenden Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Andere Merkmale, Ziele und Vorteile der Erfindung werden anhand der Beschreibung und der Zeichnungen und anhand der Ansprüche ersichtlich.
Figurenliste
Die begleitenden Zeichnungen, die in diese Patentschrift eingebunden sind und einen Teil von dieser darstellen, veranschaulichen eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, und dienen zusammen mit der Beschreibung von Beispielausführungsformen dazu, die Prinzipien und Implementierungen der Offenbarung zu erklären.

1 zeigt ein geschaltetes Pi-Abschwächerpad aus dem Stand der Technik.
2A und 2B zeigen ein Beispiel für ein geschaltetes Pi-Abschwächerpad mit schalterüberbrückten Widerstandselementen. 2A zeigt ein nichtausgeglichenes Pi-Abschwächerpad und 2B zeigt ein ausgeglichenes Pi-Abschwächerpad oder O-Pad.
3 zeigt ein Beispiel für einen einpoligen Absorptionsmehrfachwechselschalter mit schalterüberbrückten Widerstandselementen.
4 zeigt ein Beispiel für ein geschaltetes T-Abschwächerpad mit schalterüberbrückten Widerstandselementen.
5 zeigt ein Beispiel für ein geschaltetes L-Abschwächerpad mit schalterüberbrückten Widerstandselementen.
6 zeigt ein Beispiel für einen geschalteten ausgeglichenen Abschwächer mit schalterüberbrückten Widerstandselementen.
7 zeigt ein Beispiel für einen geschalteten Reflexionsabschwächer mit schalterüberbrückten Widerstandselementen.
8 zeigt ein Beispiel für einen verteilten Abschwächer mit schalterüberbrückten Widerstandselementen.
9 zeigt einen Beispielgraphen, der einen Einfügungsverlust zwischen einem verteilten Abschwächer mit und ohne schalterüberbrückte Widerstandselemente vergleicht.
10 zeigt einen Beispielgraphen, der einen Phasenausgleich zwischen einem verteilten Abschwächer mit und ohne schalterüberbrückte Widerstandselemente vergleicht.
11 zeigt einen Beispielgraphen, der einen Einfügungsverlust eines herkömmlichen Abschwächers mit und ohne schalterüberbrückte Widerstandselemente vergleicht.
12 zeigt einen Beispielgraphen, der eine relative Abschwächung eines herkömmlichen Abschwächers mit und ohne schalterüberbrückte Widerstandselemente vergleicht.
13A bis 13D zeigen RC-Schaltkreisäquivalente für eine Pi-Abschwächgungspadausführungsform in einem Abschwächungsmodus und in einem Referenzmodus mit und ohne den Überbrückungsschalter.
14 zeigt ein Beispiel für ein schaltbares Polyphasenfilter mit einem schalterüberbrückten RC-Element.
15 zeigt ein zweites Beispiel für ein schaltbares Polyphasenfilter mit einer schalterüberbrückten RC-Komponente.

Gleiche Bezugsziffern und Bezeichnungen in den verschiedenen Zeichnungen zeigen gleiche Elemente an.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt ein Beispiel für einen bekannten Pi(π)-Pad-Abschwächerschaltkreis, der allgemein zum Reduzieren eines Pegels eines Signals verwendet wird. Ein Reihenwiderstand (110) des Schaltkreises kann durch schaltbare Parallelwiderstände (120) beeinflusst werden, die durch Schalter (130) gesteuert werden, die mit diesen Widerständen (120) in Reihe gesetzt sind. Diese Schalter können als die „primären Schalter“ oder „Schalter der Widerstandselemente“ bekannt sein. Weil Schalter eine inhärente Kapazität aufweisen, weist jeder Zweig (140) des Schaltkreises, wenn der Schalter (130) dieses Zweigs ausgeschaltet wird (d. h. in einen Referenzmodus gesetzt wird), einen äquivalenten Schaltkreis (150) eines Widerstands (152) in Reihe mit einem Kondensator (153) auf. Typischerweise wird der äquivalente Widerstand (152) beinahe gleich dem Parallelwiderstand (120) sein, weil der inhärente Widerstand des Schalters (130) typischerweise vernachlässigbar ist. Dies weist den Effekt der Gütefaktorverminderung des Schaltkreises bei hohen Frequenzen auf - ein zunehmender Bruchteil des Wechselstroms („AC“: Alternating Current) geht verloren. Außerdem wird ein Phasenungleichgewicht aus diesem unbeabsichtigten Filterelement erzeugt. Eine übliche Implementierung eines Schalters in einem Schaltkreis ist ein einziger Feldeffekttransistor (FET), obwohl andere Schaltmittel verwendet werden könnten. Während ein einziger FET bei dem bereitgestellten Beispiel gezeigt oder besprochen ist, versteht ein Durchschnittsfachmann, dass ein Stapel aus FETs den einzigen FET substituieren kann, wodurch Leistungsvermögen, Linearität und andere Faktoren erhöht werden, ohne die grundlegende Natur der Erfindung zu verändern.
2A zeigt ein Beispiel für den Pi-Pad-Abschwächerschaltkreis mit geschaltetem Widerstand (das Gütefaktorverminderungsverlustreduktionssystem) zum Abschwächen der Gütefaktorverminderung des Abschwächers und zum Reduzieren eines Phasenungleichgewichts bei höheren Frequenzen. Wenn der Primärschalter (230) eines Zweigs ausgeschaltet wird (Referenzmodus), wird ein anderer Schalter (225) parallel zu dem Zweigwiderstand (220) eingeschaltet, wodurch ein Kurzschluss über den Widerstand (220) erzeugt wird. Dieser andere Schalter kann als der „Überbrückungsschalter“ bekannt sein. Der äquivalente Schaltkreis (250) des Zweigs (240) ist eine Kapazität (253) von dem primären Schalter (230) in Reihe mit einem Widerstand (252), der einen Kurzschluss (255) darüber hinweg aufweist. Dies erschafft ein äquivalentes RC-Filter mit beinahe keinem Widerstand. Dies reduziert einen Hochfrequenzverlust und ein Phasenungleichgewicht, wenn der Abschwächer in dem Referenzmodus ist. Um zu dem Abschwächungsmodus zurückzukehren, wird der Primärschalter (230) eingeschaltet und wird der Überbrückungsschalter (225) ausgeschaltet, wodurch der äquivalente Schaltkreis nur zu einem Widerstand gegenüber einer Massespannung/niedrigen Spannung gemacht wird. Dies reduziert einen Einfügungsverlust im Referenzmodus und wirkt als ein Phasenausgleicher für den Referenz- und Abschwächungspfad. Es verbessert auch die Hochfrequenzabschwächung in der Anwesenheit einer Masseninduktivität. Die Gate-Spannungen der Überbrückungsschalter (225) der zwei Zweige können an den gleichen Spannungseingang gebunden sein, um über beide Parallelwiderstandselemente (220) hinweg zur gleichen Zeit kurzzuschließen. Der Pi-Pad-Abschwächer ist ein nichtausgeglichener Abschwächer: das gleiche Prinzip einer Gütefaktorverminderungsverlustreduktion kann auf die ausgeglichene Form des Pi-Pad-Abschwächers, des O-Pad-Abschwächers, wie etwa des in 2B gezeigten geteilten O-Pad-Abschwächers, angewandt werden. Die Verwendung einer Widerstandselementüberbrückung verbessert sowohl eine Gleichtaktmodus- als auch Differentialmodusabschwächung.
Bei einer Ausführungsform sind die Schalter (225, 230) MOSFET-Transistoren und die Gate-Breite (w) des Überbrückungsschalters (225) ist geringer als die w des primären Schalters (230). Zum Beispiel kann die w des Überbrückungsschalters (225) 1/4 der w des primären Schalters (230) betragen. Bei einer Ausführungsform weisen die Schalter (225, 230) die gleiche Stapelgröße auf. Und dies kann gewählt werden, um die gewünschte Leistungsfähigkeit bei einer gewünschten Frequenz zu erreichen.
Das Gütefaktorverminderungsverlustreduktionssystem kann auf andere Abschwächerschaltkreise angewandt werden. Manche, aber nicht alle, Beispiele sind hier bereitgestellt. Das System kann auch auf andere Schaltkreise angewandt werden, die Widerstände schalten, um eine Abschwächung, Filterung oder Signalabsorption zu erreichen, und die eine Gütefaktorverminderung bei hohen Frequenzen erfahren würden. Das Anwenden des Gütefaktorverminderungsverlustreduktionssystems funktioniert insbesondere gut bei einem CMOS-Integrierter-Schaltkreis, wobei das Hinzufügen eines Transistors vereinfacht ist.
3 zeigt als ein Beispiel für das Gütefaktorverminderungsverlustreduktionssystem einen SPDT(Single Pole, Double Throw - Einzelpol, doppelt umlegend (einpoliger Wechselschalter))-HF(Hochfrequenz)-Schalter. Der Schalter wechselt zwischen dem Verbinden eines gemeinsamen HF-Ports (300) mit einem ersten Port (301) und einem zweiten Port (302) und beliebige Leistung, die bei dem nicht verbundenen Port eingeht, wird durch ein Widerstandselement (320-A oder 320-B) absorbiert. Das Widerstandselement (320-B oder 320-A) des verbundenen Ports wird dann durch einen Überbrückungsschalter (325-B oder 325-A) kurzgeschlossen. Falls zum Beispiel der SPDT-Schalter (330) den ersten Port (301) mit dem gemeinsamen Port (300) verbindet und den zweiten Port (302) mit dem Widerstandselement (320-B) verbindet, dann wird der entsprechende Überbrückungsschalter (325-B) ausgeschaltet sein, wobei ermöglicht wird, dass der zweite Port (302) den Widerstand sieht, und der andere Überbrückungsschalter (325-A) wird eingeschaltet sein, wobei über das nicht verwendete Widerstandselement (320-A) kurzgeschlossen wird, wodurch der Gütefaktorverminderungsverlust, der durch die inhärente Kapazität des offenen Endes des SPDT-Schalters, das als ein Kurzschluss für Hochfrequenzsignale wirkt, reduziert wird, wobei ermöglicht wird, dass Leistung durch den Parallelwiederstand abgeschwächt wird. Das gleiche Prinzip würde für einen SPnT(single Pole, multiple throw - Einzelpol, mehrfach umlegend (einpoliger Mehrfachwechselschalter))-Schaltkreis oder eine beliebige Kombination von Polen und Umlegungen für einen Absorptionsschalterschaltkreis gelten.
4 zeigt als ein Beispiel für das Gütefaktorverminderungsverlustreduktionssystem einen T-Pad-Abschwächerschaltkreis, der mit dem gleichen Prinzip des Kurzschließens über den Parallelwiederstand arbeitet. Es wird angemerkt, dass die Gate-Spannung des primären Schalters (430) entgegensetzt zu jener des Überbrückungsschalters (425) ist, da ihr Ein- und Aus-Zustand im Betrieb entgegengesetzt zueinander wären.
5 zeigt ein Beispiel für einen L-Pad-Abschwächer, der mit dem gleichen Prinzip wie der Pi-Pad-Abschwächer, aber mit nur einem Zweig (540) arbeitet.
6 zeigt ein Beispiel für das Gütefaktorverminderungsverlustreduktionssystem mit einem ausgeglichenen Abschwächungsschaltkreis. Die Zweige (640) können zwischen den resistiven Elementen (671) platziert werden, die zwischen den Quadraturkopplern (681, 682) verlaufen.
7 zeigt ein Beispiel für das Gütefaktorverminderungsverlustreduktionssystem für einen Reflexionsabschwächer. Die Zweige (740) sind mit Anschlüssen des Quadraturkopplers (780) verbunden, um eine variable Abschwächung bereitzustellen. Es wird angemerkt, dass der Gütefaktorverminderungsverlust dadurch maximiert wird, dass mehrere Zweige vorhanden sind, die mit dem gleichen Anschluss verbunden sind.
8 zeigt ein Beispiel für das Gütefaktorverminderungsverlustreduktionssystem für einen verteilten Abschwächer. Die Zweige (840) sind zwischen den komplanaren Wellenleitern (810) hinzugefügt, die ein Signal zwischen den Endlastelementen (820) leiten, wobei eine Induktivität (880) zu jedem Zweig hinzugefügt ist. Die komplanaren Wellenleiter (810) sind als Übertragungsleitungen bei diesem Beispiel gezeigt, aber andere Typen von Übertragungsleitungen können ebenfalls verwendet werden, wie etwa eine Mikrostreifen- oder Streifenleitung.
9 zeigt einen Beispielgraphen eines Einfügungsverlusts (IL) gegenüber einer Signalfrequenz für den verteilten Abschwächer aus 8. Der IL des Abschwächers ohne Verwendung der Schalter zum Überbrücken über den Widerstand des Zweigs hinweg (der Schalter wird im Referenzmodus offengelassen) ist als eine abnehmende Signalleistung mit zunehmender Frequenz gezeigt (910). Im Vergleich ist das System, das die Schalter zum Überbrücken über den Widerstand hinweg verwendet, als mit einer geringeren Rate abnehmend gezeigt (920). Mit zunehmender Frequenz nimmt die Differenz (930) der IL zwischen den zwei Systemen tendenziell zu, wenigstens bis zu einem Punkt.
10 zeigt einen Beispielgraphen eines Phasenungleichgewichts gegenüber einer Signalfrequenz für den verteilten Abschwächer aus 8. Die Phasenverschiebung des Abschwächers ohne Verwenden der Schalter zum Überbrücken über den Widerstand (1010) hinweg nimmt mit zunehmender Frequenz zu. Die Phasenverschiebung des Systems mit den Widerständen, durch das Gütefaktorverminderungsverlustreduktionssystem (1020) überbrückt, nimmt mit einer merklich niedrigeren Rate zu.
11 zeigt einen Beispielgraphen eines Einfügungsverlusts gegenüber einer Frequenz für einen herkömmlichen Abschwächer mit Widerstandsüberbrückung (1120) und ohne Widerstandsüberbrückung (1110). Es kann gesehen werden, dass der Einfügungsverlust für das Gütefaktorverminderungsverlustreduktionssystem verbessert ist. 12 zeigt einen Beispielgraphen einer relativen Abschwächung des gleichen herkömmlichen Abschwächers wie in 11 verwendet. Die relative Abschwächung für den Abschwächer ohne den Überbrückungsschalter über den Widerstand (1210) nimmt mit einer schnelleren Rate als mit dem Überbrückungsschalter (1220) zu. Wie gesehen werden kann, wird mit einer Überbrückungsschalterkonfiguration eine gewünschte Leistungsfähigkeit von 4dB [+/- 0,5 dB] bis zu 35 GHz erreicht, jedoch reicht sie in dem Fall ohne ihn nur bis zu 25 GHz.
13A zeigt ein äquivalentes Schaltbild als den Pi-Pad-Abschwächungsschaltkreis ohne einen Gütefaktorverminderungsverlustreduktion-Überbrückungsschalter in einem Abschwächungsmodus. 13B zeigt ein äquivalentes Schaltbild als den Pi-Pad-Abschwächungsschaltkreis ohne einen Gütefaktorverminderungsverlustreduktion-Überbrückungsschalter in einem Abschwächungsmodus. 13C zeigt ein äquivalentes Schaltbild als den Pi-Pad-Abschwächungsschaltkreis aus 2A mit einem Gütefaktorverminderungsverlustreduktion-Überbrückungsschalter in einem Abschwächungsmodus. 13D zeigt ein äquivalentes Schaltbild als den Pi-Pad-Abschwächungsschaltkreis mit einem Gütefaktorverminderungsverlustreduktion-Überbrückungsschalter in einem Referenzmodus, der wie in 2A gezeigt konfiguriert ist. Die Eingangsimpedanz („Zin“) (1300-ZA, 1300-ZB, 1300-ZC 1300-ZD) wird für einen Zweig (1340-A, 1340-R, 1345-A, 1345-R) des Schaltkreises in jedem Fall betrachtet.
Für den nicht überbrücken Fall im Abschwächungsmodus weist der Zweig (1340-A) eine Zin (1300-ZA) auf, die eine Funktion der zwei äquivalenten Widerstände, des Widerstands des primären Schalters in einem geschlossenen Zustand (1330-R) und des Abschwächungswiderstandselements (1320-R), wie in 13A gezeigt, ist. In dem Referenzmodus weist der Zweig (1340-R) eine Zin (1300-ZB) als eine Funktion der Kapazität des primären Schalters in einem offenen Zustand (1330-C) und des Abschwächungswiderstandselements (1320-R), wie in 13B gezeigt, auf. Außer für sehr niedrige Frequenzen wird ein Übergang zwischen diesen Modi eine Phasenverschiebung verursachen.
Jedoch kann für den Fall mit überbrücktem Widerstand die Phasenverschiebung, die durch den Übergang zwischen Abschwächungsmodus und Referenzmodus verursacht wird, stark reduziert werden. Wie in 13C gezeigt, ist die Zin (1300-ZC) des Zweigs (1345-A) eine Funktion des Widerstands des primären Schalters in einem geschlossenen Zustand (1330-R), des Abschwächungswiderstandselements (1320-R) und der Kapazität des Überbrückungsschalters in einem offenen Zustand (1325-C). Beim Übergang in den Referenzmodus ist die Zin (1300-ZD) des Zweigs (1345-R) eine Funktion der Kapazität des primären Schalters in einem offenen Zustand (1330-C), des Abschwächungswiderstandselements (1320-R), und des Widerstands des Überbrückungsschalters in einem geschlossenen Zustand (1325-R). Mit geeigneter Wahl einer Überbrückungsschaltergröße kann eine Überbrückungsarmimpedanz Zin im Abschwächungsmodus (1300-ZC) und im Referenzmodus (1300-ZD) über einen gewissen Frequenzbereich nahe zueinander gemacht werden. Dies würde die Phasenverschiebung reduzieren, die verursacht wird, wenn Modi geändert werden.
14 zeigt ein Beispiel für ein Polyphasenfilter. Durch eine geeignete Wahl von Widerstands- und Kapazitätswerten für den Schaltkreis können die Ausgänge (1402, 1403) zu einem phasenversetzten Wert des Signals des Eingangs (1401) werden.
15 zeigt ein Beispiel für ein abstimmbares Polyphasenfilter, wobei die RC-Werte des Filters durch Schalter willkürlich ausgewählt werden können, wodurch ein unterschiedlicher Phasenversatz ermöglicht wird. Eine RC-Komponente (innerhalb des Gebiets 1530) wird überbrückt (1525), wenn sie ausgeschaltet ist, um den Gütefaktorverminderungsverlust zu reduzieren, und eine Polyphasenfilterung erfolgt durch die andere RC-Komponente (außerhalb des Gebiets 1530). Dies ist nur eine Ausführungsform des Filters: die vorgestellte Idee sollte für beliebige Filterungssysteme gültig sein, bei denen ein geschalteter Widerstand verwendet wird, um die Filtercharakteristik zu ändern.
Fertigungstechnologien und Optionen
Der Begriff „Schalter“ beinhaltet hierin eine beliebige Technologie, die einen elektronisch (oder optisch) steuerbaren Widerstand aufweist, der zwischen einem offenen (sehr hoher Widerstand) Zustand und einem geschlossenen (sehr niedriger Widerstand) Zustand in einer sehr kurzen Zeitperiode wechseln kann, welche eine Kapazität in dem offenen Zustand aufweist. Diese Funktion kann durch einen mechanischen Schalter, einen Transistor (wie etwa einen MOSFET oder MESFET) oder einen kleinen mechanischen Schalter (wie etwa einen Mikroelektromechanisches-System(MEMS)-Schalter) durchgeführt werden.
Der Ausdruck „MOSFET“ verweist technisch auf Metall-Oxid-Halbleiter; ein anderes Synonym für MOSFET ist „MISFET“, für Metall-Isolator-Halbleiter-FET (Metal-Insulator-Semiconductor FET). Jedoch ist „MOSFET“ zu einer üblichen Bezeichnung für meisten Typen von FETs mit isoliertem Gate („IGFETs“) geworden. Ungeachtet dessen ist es wohl bekannt, dass der Ausdruck „Metall“ in den Namen MOSFET und MISFET nun oft eine Fehlbezeichnung ist, weil das vorherige Metall-Gate-Material nun oft eine Schicht aus Polysilicium (polykristallinem Silicium) ist. Gleichermaßen kann das „Oxid“ in dem Namen MOSFET eine Fehlbezeichnung sein, da unterschiedliche dielektrischen Materialien mit dem Ziel des Erhaltens von starken Kanälen mit kleineren angelegten Spannungen verwendet werden. Entsprechend ist der Ausdruck „MOSFET“, wie hier verwendet, nicht als wörtlich auf Metall-Oxid-Halbleiter beschränkt zu lesen, sondern beinhaltet stattdessen IGFETs allgemein.
Wie es für einen Durchschnittsfachmann leicht ersichtlich sein sollte, können verschiedene Ausführungsformen der Erfindung implementiert werden, um eine breite Vielzahl an Spezifikationen zu erfüllen. Sofern oben nichts anderes angegeben ist, ist eine Auswahl geeigneter Komponentenwerte eine Sache der Gestaltungswahl und verschiedene Ausführungsformen der Erfindungen können in einer beliebigen geeigneten IC-Technologie (einschließlich unter anderem MOSFET- und IGFET-Strukturen) oder in hybriden oder diskreten Schaltkreisformen implementiert werden. Integrierter-Schaltkreis-Ausführungsformen können unter Verwendung beliebiger geeigneter Substrate und Prozesse gefertigt werden, einschließlich unter anderem Standardvolumensilicium-, Silicium-auf-lsolator(SOI)-, Silicium-auf-Saphir(SOS)-, GaAs-pHEMT- und MSFET-Technologien. Jedoch sind die oben beschriebenen erfinderischen Konzepte mit einem SOI-basierten Fertigungsprozess (einschließlich SOS) und mit Fertigungsprozessen mit ähnlichen Charakteristiken besonders nützlich. Eine Fertigung in CMOS auf SOI oder SOS ermöglicht einen geringeren Leistungsverbrauch, die Fähigkeit, Hochleistungssignalen während eines Betriebs aufgrund von FET-Stapelung zu widerstehen, gute Linearität und einen Hochfrequenzbetrieb (höher als etwa 10 GHz und insbesondere oberhalb von 20 GHz). Eine monolithische IC-Implementierung ist insbesondere nützlich, weil parasitäre Kapazitäten allgemein durch sorgfältige Gestaltung niedrig gehalten werden können.
In Abhängigkeit von einer bestimmten Spezifikation und/oder Implementierungstechnologie (z. B. NMOS-, PMOS- oder CMOS- und Anreicherungsmodus- oder Verarmungsmodustransistorvorrichtungen) können Spannungspegel angepasst oder Spannungs- und/oder Logiksignalpolaritäten umgekehrt werden. Komponentenspannung, -strom und -belastbarkeiten können nach Bedarf angepasst werden, zum Beispiel durch Anpassen von Vorrichtungsgrößen, serielles „Stapeln“ von Komponenten (insbesondere von FETs), um größeren Spannungen zu widerstehen, und/oder Verwenden mehrerer Komponenten in Parallelschaltungen, um stärkere Ströme zu bewältigen. Zusätzliche Schaltkreiskomponenten können hinzugefügt werden, um die Fähigkeiten der offenbarten Schaltkreise zu verbessern und/oder um eine zusätzliche Funktionalität ohne signifikantes Verändern der Funktionalität der offenbarten Schaltkreise bereitzustellen.
Eine Reihe von Ausführungsformen der Erfindung wurde beschrieben. Es versteht sich, dass verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von dem Wesen und dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel können manche oben beschriebenen Schritte unabhängig von der Reihenfolge sein und können dementsprechend in einer anderen als der beschriebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Ferner können manche oben beschriebenen Schritte optional sein. Verschiedene mit Bezug auf die oben identifizierten Verfahren beschriebene Aktivitäten können auf eine wiederholende, serielle oder parallele Art ausgeführt werden. Es versteht sich, dass die vorhergehende Beschreibung veranschaulichend sein soll und nicht den Schutzumfang der Erfindung beschränken soll, der durch den Schutzumfang der folgenden Ansprüche definiert ist, und dass andere Ausführungsformen innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 15212025 [0001]
US 15/212046 [0001]

Claims

Schaltkreis, der Folgendes umfasst: ein resistives Element, das mit einem Eingangsanschluss verbunden ist; ein primäres Schaltelement in Reihe mit dem resistiven Element; und ein Überbrückungsschaltelement, das über das resistive Element hinweg platziert ist, so dass es einen Strom um das resistive Element herum kurzschließen würde; wobei das Überbrückungsschaltelement so konfiguriert ist, dass es geschlossen ist, wenn das primäre Schaltelement offen ist, und das Überbrückungsschaltelement ist so konfiguriert, dass es offen ist, wenn das primäre Schaltelement geschlossen ist.
Schaltkreis nach Anspruch 1, wobei das resistive Element, das primäre Schaltelement und das Überbrückungsschaltelement innerhalb eines Zweigs eines Abschwächungsschaltkreises liegen.
Schaltkreis nach Anspruch 2, wobei der Abschwächungsschaltkreis ein Pi-Pad-Abschwächer, ein L-Pad-Abschwächer oder ein O-Pad-Abschwächer ist.
Schaltkreis nach Anspruch 2, wobei der Abschwächungsschaltkreis ein T-Pad-Abschwächer ist.
Schaltkreis nach Anspruch 2, wobei der Abschwächungsschaltkreis ein verteilter Abschwächer ist.
Schaltkreis nach Anspruch 2, wobei der Abschwächungsschaltkreis ein ausgeglichener Abschwächer ist.
Schaltkreis nach Anspruch 2, wobei der Abschwächungsschaltkreis ein Reflexionsabschwächer ist.
Schaltkreis nach Anspruch 1, wobei das resistive Element, das primäre Schaltelement und das Überbrückungsschaltelement innerhalb eines Zweigs eines einpoligen Absorptionsmehrfachwechselschalters liegen.
Schaltkreis nach Anspruch 8, wobei der einpoligen Absorptionsmehrfachwechselschalter ein einpoliger Absorptionswechselschalter ist.
Schaltkreis nach Anspruch 1, wobei das primäre Schaltelement und das Überbrückungsschaltelement MOSFETs sind, die jeweils eine Gate-Breite aufweisen.
Schaltkreis nach Anspruch 10, wobei die Gate-Breite des ersten Schaltelements größer als die Gate-Breite des zweiten Schaltelements ist.
Schaltkreis nach Anspruch 11, wobei die Gate-Breite des ersten Schaltelements wenigstens viermal größer als die Gate-Breite des zweiten Schaltelements ist.
Verfahren zum Reduzieren eines Gütefaktorverminderungsverlustes für einen Schaltkreis, wobei der Schaltkreis ein resistives Element, das mit einem Eingangssignal verbunden ist, ein primäres Schaltelement in Reihe mit dem resistiven Element und ein Überbrückungsschaltelement über das resistive Element hinweg umfasst, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Öffnen des Überbrückungsschaltelements, wenn das primäre Schaltelement geschlossen ist; und Schließen des Überbrückungsschaltelements, wenn das primäre Schaltelement offen ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das resistive Element, das primäre Schaltelement und das Überbrückungsschaltelement innerhalb eines Zweigs eines Abschwächungsschaltkreises liegen.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Abschwächungsschaltkreis ein Pi-Pad-Abschwächer, ein L-Pad-Abschwächer, ein O-Pad-Abschwächer oder ein T-Pad-Abschwächer ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Abschwächungsschaltkreis ein verteilter Abschwächer ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Abschwächungsschaltkreis ein ausgeglichener Abschwächer ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Abschwächungsschaltkreis ein Reflexionsabschwächer ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das resistive Element, das primäre Schaltelement und das Überbrückungsschaltelement innerhalb eines Zweigs eines einpoligen Absorptionsmehrfachwechselschalters liegen.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei der einpolige Absorptionsmehrfachwechselschalter ein einpoliger Absorptionswechselschalter ist.
Polyphasenfilterschaltkreis, der Folgendes umfasst: Parallelfilterelemente, die ein Widerstandselement und einen Kondensator umfassen; einen primären Schalter in Reihe mit dem Widerstandselement und dem Kondensator; und einen Überbrückungsschalter parallel zu dem Widerstandselement und dem Kondensator, der dazu konfiguriert ist, über die Kombination des Widerstandselements und des Kondensators hinweg kurzzuschließen, wenn der Überbrückungsschalter geschlossen ist.
Polyphasenfilterschaltkreis nach Anspruch 21, wobei der Polyphasenfilterschaltkreis ein schaltbares Polyphasenfilter ist, das zum Erzielen eines unterschiedlichen Phasenversatzes eingerichtet ist.
Verfahren zum Fertigen eines schaltbaren Abschwächungsschaltkreises mit Gütefaktorverminderungsverlustreduzierung, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen eines resistiven Elements, das mit einem Eingangsanschluss verbunden ist; Bereitstellen eines primären Schaltelements in Reihe mit dem resistiven Element; und Bereitstellen eines Überbrückungsschaltelements, das über das resistive Element hinweg platziert ist, so dass es einen Strom um das resistive Element herum kurzschließen würde; Konfigurieren des Schaltkreises derart, dass das Überbrückungsschaltelement geschlossen ist, wenn das primäre Schaltelement offen ist, und das Überbrückungsschaltelement offen ist, wenn das primäre Schaltelement geschlossen ist.