DE112022005037T5

DE112022005037T5 - Unterstützung von breitbandigen eingängen bei hochfrequenzempfängern

Info

Publication number: DE112022005037T5
Application number: DE112022005037.3T
Authority: DE
Inventors: Parvez DARUWALLA; Rong Jiang; Sung Kyu Han; Khushali Shah
Original assignee: PSemi Corp
Current assignee: PSemi Corp
Priority date: 2021-10-19
Filing date: 2022-09-29
Publication date: 2024-08-08
Also published as: CN118120148A; KR20240093627A; US20240250702A1; WO2023069831A1; US11539382B1

Abstract

Es werden Verfahren und Vorrichtungen zur Unterstützung mehrerer Frequenzbänder in Hochfrequenzschaltungen (HF) gezeigt. Die beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen beruhen auf der Anpassung der effektiven Breite eines Transistors in solchen Schaltungen durch selektive Anordnung von Anpassungstransistoren parallel zum Transistor. Die vorgestellten Bauelemente und Verfahren können in HF-Schaltungen wie rauscharmen Verstärkern (LNAs), HF-Empfänger-Frontends oder anderen HF-Schaltungen verwendet werden, bei denen eine Eingangsanpassung an breitbandige Eingänge erforderlich ist.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANWENDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der U.S. Patentanmeldung Nr. 17/505,329 , die am 19. Oktober 2021 eingereicht wurde und deren Inhalt durch Bezugnahme in vollem Umfang in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
HINTERGRUND
(1) Technischer Bereich
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen, die in Hochfrequenz (HF)-Systemen zur Unterstützung von Breitband-Eingängen verwendet werden, insbesondere auf Verfahren und Vorrichtungen zur Unterstützung der Breitband-Anforderungen an den Hilfseingängen (AUX) der HF-Empfänger-Frontends einschließlich rauscharmer Verstärker (LNAs).
(2) Hintergrund
Als Teil dLNAes HF-Empfänger-Frontends werden in der Regel Kommunikationsmodule mit einem oder mehreren LNAs eingesetzt. Je nach Anwendung ist es oft sehr erwünscht, solche LNAs mit abstimmbaren AUX-Eingängen zu versehen. Die AUX-Eingänge müssen mehrere Bänder innerhalb eines breiten Frequenzbereichs abdecken. Solche AUX-Eingänge werden im Allgemeinen von den Telefonherstellern als Technik verwendet, um den LNAs einige Bänder auf der Grundlage der Region zuzuweisen, in der das Telefon verkauft werden soll, und nicht von der Filterung auf Modulebene abhängig zu sein. Dies bietet die gewünschte Flexibilität, da ein und dasselbe Kommunikationsmodul in verschiedenen geografischen Regionen neu konfiguriert werden kann und auch für künftige Überarbeitungen geeignet ist. Um dies zu erreichen, ist der AUX-Eingang zum LNA als ungefilterter Eingang auf dem Modul implementiert, so dass ein externer Telefonkartenfilter zur Unterstützung eines bestimmten Bandes verwendet werden kann. Das LNA muss jedoch nach wie vor strenge Anforderungen an die Betriebsfrequenz im Breitbandbereich erfüllen, wie sie von einigen Anwendungen gestellt werden, ohne dass die Gesamtleistung des LNA beeinträchtigt wird.
Es ist in der Fachwelt bekannt, dass LNAs von Natur aus schwierig über die große Bandbreite abzustimmen sind, die für AUX-Anschlüsse erforderlich ist. Es gibt einige bestehende Lösungen, um das oben genannte Problem zu lösen. Im Folgenden werden solche bestehenden Lösungen beschrieben.
1 zeigt ein LNA (100) nach dem Stand der Technik mit Transistoren (T1, T2), die in einer Kaskodenkonfiguration angeordnet sind. Das LNA (100) umfasst ferner eine Ausgangsanpassungsschaltung (101), in der eine Kombination aus Induktor (L1) und variablen Kondensatoren (C1, C2) die Ausgangsanpassungsfunktionalität bereitstellt. Eine Kombination aus Induktor (L2), variablem Kondensator (Cgs) und Induktor (L3) wird zur Abstimmung auf das Eingangsfrequenzband verwendet. Die Abstimmung kann über den variablen Kondensator (Cgs) eingestellt werden, der an den Gate-Source-Anschlüssen des Transistors (T1) angebracht ist. Je höher die Kapazität des Kondensators (Cgs) gewählt wird, desto niedriger ist die Frequenz, auf die das LNA abgestimmt ist.
zeigt ein weiteres LNA (200) nach dem Stand der Technik, der ähnliche Funktionen wie das LNA (100) von aufweist, mit Ausnahme der zusätzlichen Eingangsanpassungsinduktoren (L3, L4), die jeweils mit Hilfe von Schaltern (S1, S2) ein- und ausgeschaltet werden können, um verschiedene Frequenzbänder zu berücksichtigen. Die Kombination der Induktivitäten (L3, L4) kann für die Grobabstimmung des Eingangs verwendet werden, während der variable Kondensator (Cgs) dann für die Feinabstimmung eingesetzt werden kann. Jede der Induktivitäten zur Eingangsanpassung (L3, L4) kann außerhalb des Moduls, innerhalb des Moduls oder innerhalb einer integrierten Schaltung, die das LNA enthält, implementiert werden.
KURZFASSUNG
Die vorgestellten Verfahren und Vorrichtungen gehen auf die oben genannten Probleme ein und bieten Lösungen für die beschriebenen Designherausforderungen mit minimalen Auswirkungen auf die Gesamtleistungsparameter des RF-Empfänger-Frontends, wie Rauschzahl (NF), Verstärkung und Größe.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Hochfrequenz (HF)-Schaltung bereitgestellt, wobei die HF-Schaltung Folgendes umfasst: einen Transistor; einen Eingangsanschluss, der mit einem Gate-Anschluss des Transistors gekoppelt ist; einen Ausgangsanschluss, der mit einem Drain-Anschluss des Transistors gekoppelt ist; einen oder mehrere zusätzliche Transistoren, die jeweils Folgendes aufweisen: einen Gate-Anschluss, der so konfiguriert ist, dass er selektiv mit dem Eingangsanschluss gekoppelt und von diesem entkoppelt werden kann; einen Drain-Anschluss und einen Source-Anschluss, wobei entweder der Drain-Anschluss so konfiguriert ist, dass er selektiv mit dem Drain-Anschluss des Transistors verbunden und von diesem getrennt werden kann, und der Source-Anschluss mit dem Source-Anschluss des Transistors verbunden ist, oder der Source-Anschluss so konfiguriert ist, dass er selektiv mit dem Source-Anschluss des Transistors verbunden und von diesem getrennt werden kann, und der Drain-Anschluss mit dem Drain-Anschluss des Transistors verbunden ist, oder der Drain-Anschluss und der Source-Anschluss so konfiguriert sind, dass sie selektiv mit dem Drain-Anschluss bzw. dem Source-Anschluss des Transistors verbunden und von diesen getrennt werden können.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zum Unterstützen mehrerer Eingangsfrequenzbänder in einer Hochfrequenz (HF)-Schaltung offenbart, die einen Transistor umfasst, wobei das Verfahren umfasst: Anordnen des Transistors in einer Common-Source-Konfiguration; Verbinden eines Gate-Anschlusses des Transistors mit einem Eingangsanschluss, an den ein Eingangssignal angelegt wird; Bereitstellen eines oder mehrerer zusätzlicher Transistoren; selektives Verbinden eines Gate-Anschlusses jedes zusätzlichen Transistors des einen oder der mehreren zusätzlichen Transistoren mit dem Eingangsanschluss; selektives Verbinden eines Drain-Anschlusses jedes zusätzlichen Transistors mit einem Drain-Anschluss des Transistors; Verbinden eines Source-Anschlusses jedes zusätzlichen Transistors mit einem Source-Anschluss des Transistors; und auf der Grundlage eines ausgewählten Frequenzbandes, Ein- und Ausschalten jedes zusätzlichen Transistors.
Die Einzelheiten einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind in den beigefügten Zeichnungen und der nachstehenden Beschreibung dargelegt. Weitere Merkmale, Gegenstände und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Ansprüchen.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

zeigen LNAs nach dem Stand der Technik.
zeigt ein beispielhaftes LNA gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
zeigt eine beispielhaftes LNA gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
zeigt eine beispielhafte Tabelle, in der die Zustände von Schaltern und Transistoren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zusammengefasst sind.
zeigt ein beispielhaftes LNA gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
zeigt eine beispielhafte Tabelle, in der die Zustände von Schaltern und Transistoren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zusammengefasst sind.
zeigt ein beispielhaftes LNA gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
zeigt eine beispielhafte programmierbare Vorspannungsschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
zeigt ein beispielhaftes Diagramm, das die Verstärkungsabflachung mit und ohne Umsetzung der Lehren der vorliegenden Offenbarung darstellt.

Gleiche Bezugsnummern und Bezeichnungen in den verschiedenen Zeichnungen bezeichnen gleiche Elemente.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
3A zeigt ein beispielhaftes LNA (300A) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Das LNA (300A) umfasst Transistoren (T1, T2), die in einer Kaskodenkonfiguration angeordnet sind, und eine Ausgangsanpassungsschaltung (301), in der eine Kombination aus einer Induktivität (L1) mit variablen Kondensatoren (C1, C2) die Ausgangsanpassungsfunktionalität bereitstellt. Der LNA (300A) umfasst ferner einen Transistor (T3) und programmierbare Schalter (S3, S4). Wenn beide Schalter (S3, S4) eingeschaltet (geschlossen) sind, ist der Transistor (T3) parallel zum Transistor (T1) geschaltet. Wenn die Schalter (S3, S4) AUS (offen) sind, wird der Transistor (T3) aus dem Stromkreis herausgeschaltet. Wie zu erkennen ist, ist der Transistor (T1) in einer Common-Source-Konfiguration angeordnet. Das LNA (300A) umfasst außerdem Induktivitäten (L2, L3) und einen variablen Kondensator (Cgs). Eine Kombination aus Induktivität (L2), variablem Kondensator (Cgs) und Induktivität (L3) kann für die Eingangsanpassung verwendet werden, d. h. für die Abstimmung auf das Betriebsfrequenzband am Eingang. Die Abstimmung kann über den variablen Kondensator (Cgs) variiert werden, der an den Gate-Source-Anschlüssen des Transistors (T1) angebracht ist. Je höher die Kapazität des Kondensators (Cgs) gewählt wird, desto niedriger ist die Frequenz, auf die das LNA abgestimmt ist.
Wie in der Technikgebiet des HF-Designs bekannt ist, werden im Allgemeinen Bauelemente mit kleineren Abmessungen eingesetzt, um höhere Frequenzbänder zu erreichen. Der Grund dafür ist die Unterstützung geringerer parasitärer Kapazitäten für höhere Verstärkungen (d. h. gm). Mit anderen Worten: Breitere Transistoren sind besser für den Betrieb bei niedrigeren Frequenzen geeignet.
Gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung besteht eine Möglichkeit, die Unterstützung für niedrigere Frequenzen, z. B. eines LNA, zu erweitern, darin, die effektive Breite des als Teil eines solchen LNA implementierten Transistors selektiv zu vergrößern. Indem beispielsweise zwei getrennte Transistoren selektiv parallel angeordnet werden, können die Frequenzbänder der Schaltung auch niedrigere Frequenzteilbänder abdecken.
Zur weiteren Verdeutlichung der oben offengelegten Lehren wird erneut auf 3A verwiesen, wo programmierbare Schalter (S3, S4) als Teil des LNA (300A) implementiert sind, um eine größere effektive Betriebsbandbreite zu ermöglichen. Unter Betriebsbedingungen können die programmierbaren Schalter (S3, S4) EIN (geschlossen) sein, um den Transistor (T3) einzuschalten, so dass der Transistor (T3) parallel zum Transistor (T1) geschaltet ist. So funktioniert die Kombination von Transistoren (T1, T3) als eine effektiv breitere Vorrichtung, um niedrigere Frequenzteilbänder aufzunehmen. Wenn andererseits die programmierbaren Schalter (S3, S4) ausgeschaltet (offen) sind, wird der Transistor (T3) ausgeschaltet, so dass der LNA (300A) höhere Frequenzteilbänder unterstützen kann. Durch das Ein- und Ausschalten des Transistors (T3) je nach ausgewähltem Betriebsteilband können die unterstützten Frequenzbänder insgesamt erweitert werden. Tabelle (400) in 4 fasst die Zustände der Schalter (S3, S4) und Transistoren (T1, T3) bei Betrieb in einem niedrigeren oder höheren Frequenzteilband, wie oben beschrieben, zusammen. Beispielsweise können die hohen oder niedrigen Frequenzbänder Frequenzbänder sein, die um eine Frequenz von einigen GHz mit einer Bandbreite von mehreren GHz zentriert sind.
Wie in dargestellt, kann die Größe jedes Transistors (T1, T3) so gewählt werden, dass sie den Anforderungen der Frequenzbänder entspricht. Der Fachmann wird verstehen, dass das Hinzufügen/Entfernen des Transistors (T3) durch programmierbares Schalten vernachlässigbare Auswirkungen auf die Gesamtgröße, die Rauschzahl (NF) und die Verstärkungsleistung des LNA (300A) für den Betrieb mit höheren Frequenzen hat, während die Verstärkungs-/NF-Leistung im Betrieb mit niedrigeren Frequenzen verbessert wird. Die Größe des Transistors (T3) ist im Allgemeinen wesentlich kleiner als die Gesamtgröße des Chips. Die Schalter (S3, S4) können so dimensioniert werden, dass sie die NF-Leistung im Hochfrequenzbetrieb nur unwesentlich beeinflussen. Eine größere Größe verbessert den Niederfrequenzbetrieb, hat aber im Hochfrequenzbetrieb größere parasitäre Effekte und umgekehrt. Der Verlust durch den zusätzlichen variablen Kondensator (Cgs) kann durch die Verstärkung des Transistors (T3) kompensiert werden, um die gewünschte Gesamtverstärkungsleistung zu erzielen. Außerdem sind die Schalter (S3, S4) in der Regel nicht in der Nähe von Kontaktstellen angeordnet, d. h. die Schalter (S3, S4) müssen nicht so konstruiert sein, dass sie ESD (elektrostatische Entladung) überstehen. Das Vorhandensein des Transistors (T3) bietet auch mehr Flexibilität in Bezug auf den erforderlichen Bereich von Kapazitätswerten für den Kondensator (Cgs), was bedeutet, dass der Kondensator (Cgs) für einen kleineren Abstimmbereich kleiner ausgelegt werden kann. Mit anderen Worten, der Transistor (T3) kann für eine Grobabstimmung ausgelegt werden, während der Kondensator (Cgs) für die Feinabstimmung in den erforderlichen Frequenzbändern verwendet werden kann.
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 3A wird der Fachmann verstehen, dass das gezeigte Ausgangsanpassungsnetzwerk (301) nur ein Beispiel für eine Implementierung ist und andere Strukturen zur Implementierung des Ausgangsanpassungsnetzwerks (301) ebenfalls in Betracht gezogen werden können. In ähnlicher Weise dient die Gesamtstruktur des LNA (300A) hier als beispielhafte Veranschaulichung der offenbarten Lehren, und LNAs mit anderer Struktur, die von denselben Lehren profitieren, können ebenfalls implementiert werden. So können beispielsweise LNAs ohne Kaskodetransistor (T2) oder mit einer beliebigen Anzahl von Kaskodetransistoren gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung implementiert werden. In einigen Ausführungsformen kann der Schalter (S4) an der Source-Terminal-Seite des Transistors (T3) statt an der Drain-Terminal-Seite wie in 3A gezeigt implementiert werden. 3B zeigt eine solche Ausführungsform, bei der der Schalter (S4') an der Source-Terminalseite des Transistors (T3) implementiert ist. Die Funktionsweise des LNA (300B) von 3B ist ähnlich wie die des LNA (300A) von 3A in diesem Dokument beschrieben.
Mit weiterem Bezug auf 3A können auch Ausführungsformen mit einer beliebigen Anzahl paralleler Transistoren in Betracht gezogen werden. Solche Ausführungsformen können verwendet werden, um eine Vielzahl von Teilbändern in Abhängigkeit von den Anwendungen und den entsprechenden Frequenzbandanforderungen unterzubringen. zeigt einen beispielhaften LNA (500) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Das Funktionsprinzip des LNA (500) in 5 ähnelt dem des LNA (300A) in 3A, mit der Ausnahme, dass der zusätzlich vorgesehene Transistor (T4) auf die gleiche Weise schaltbar ist wie der Transistor (T3) in 3A. Programmierbare Schalter (S5, S6) werden verwendet, um den Transistor (T4) ein- und auszuschalten, so dass der Transistor (T4) im eingeschalteten Zustand parallel zu den Transistoren (T2, T3) angeordnet ist. Abhängig von den Zuständen der Schalter (S3, ..., S6) fungiert die Kombination der Transistoren (T1, T3) oder (T1, T4) oder (T1, T3, T4) als eine effektive Vielzahl von Bauelementen mit wählbarer Breite, um verschiedene untere Frequenzteilbänder aufzunehmen.
6 zeigt eine Tabelle (600), in der die Zustände der Schalter (S3, ..., S6) und Transistoren (T1, , T3, T4) bei der Unterstützung verschiedener Frequenzteilbänder zusammengefasst sind. Wie in den 5-6 zu sehen ist, ist der Transistor (T1) zur Unterstützung des höheren Frequenzbandes eingeschaltet und die Transistoren (T3, T4) werden durch Öffnen aller Schalter (S3, ..., S6) ausgeschaltet. Um das mittlere Frequenzband zu unterstützen und dort zu arbeiten, wird der Transistor (T3) durch Schließen der Schalter (S3, S4) eingeschaltet. Schließlich werden beide Transistoren (T3, T4) durch Schließen der Schalter (S3, ..., S6) zugeschaltet, um das untere Frequenzteilband zu unterstützen. Der Fachmann wird verstehen, dass die Tabelle (600) in 6 eine Beispieltabelle ist, und dass, ohne von Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen, jede Kombination von parallel geschalteten Bauelementen/Transistoren verwendet werden kann, um die gewünschte LNA-Leistung über die erforderlichen Bänder zu erzielen. Wie bereits erwähnt, können die Größen der Transistoren (T1, T2, T3, T4) in Abhängigkeit von den Frequenzbändern, die vom LNA (500) unterstützt werden müssen, variieren. Bei der Auswahl der Anzahl der parallel hinzuzufügenden Transistoren geht es darum, das richtige Gleichgewicht zwischen der Anzahl der unterstützten Bänder und der gewünschten Gesamtleistung des LNA zu finden.
7 zeigt ein beispielhaftes LNA (700) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Das LNA (700) umfasst das LNA (300A) aus 3A und eine programmierbare Vorspannungsschaltung (720). Die Aufgabe der programmierbaren Vorspannungsschaltung (720) besteht darin, sicherzustellen, dass der Gleichstrom (Idd), der durch den Pfeil (710) dargestellt ist und durch die Transistoren (T1, T2, T3) fließt, während der Betriebsbedingungen gleichbleibt, unabhängig davon, in welchem Zustand sich die Schalter (S3, S4) befinden. Dies ist sehr erwünscht, um die erforderliche Gesamtleistung des LNA (700) zu erhalten. In einigen Ausführungsformen kann eine programmierbare Vorspannungsschaltung (720) einen optimalen Stromfluss für jedes ausgewählte Band gewährleisten. Mit anderen Worten: Geringfügige Stromschwankungen können erforderlich sein, um Schwankungen bei Verstärkung, NF und IIP3 über alle wählbaren Frequenzbänder hinweg zu reduzieren. Abhängig vom Frequenzwahleingang (730), d. h. den ausgewählten Betriebsfrequenzbändern, liefert die programmierbare Vorspannungsschaltung (720) Vorspannungen oder -ströme, wie durch den Pfeil (740) angezeigt, die erforderlich sind, um während des Betriebs und unabhängig von dem Frequenzband, auf das des LNA (700) abgestimmt ist, denselben Strom (Idd) aufrechtzuerhalten. In einer anderen Ausführungsform kann die programmierbare Vorspannungsschaltung (720) mit dem LNA (500) von 5 oder einer anderen Ausführungsform gemäß der Lehre der vorliegenden Offenbarung kombiniert werden, um die gleichen Funktionen wie oben in Bezug auf das LNA (700) von 7 beschrieben zu bieten. Die Ausführungsform von 7 kann auch auf die Architektur von 5 angewendet werden, wobei ähnliche Überlegungen anzustellen sind.
8 zeigt eine beispielhafte programmierbare Vorspannungsschaltung (800) in Übereinstimmung mit der Lehre der vorliegenden Offenbarung. Die programmierbare Vorspannungsschaltung (800) stellt eine beispielhafte Implementierung der programmierbaren Vorspannungsschaltung (720) aus 7 dar. In höheren Frequenzmodi ist der Schalter (Sbias) im EIN-Zustand und eine Kombination von Stromquellen (I1, I2) liefert einen höheren Strom an das LNA. In Betriebsarten mit niedrigeren Frequenzen ist der Schalter (Sbias) dagegen im AUSZustand und versorgt das LNA mit einem geringeren Strom (d. h. nur I1).
9 zeigt ein beispielhaftes Diagramm (900), das die Verstärkungsabflachung in Übereinstimmung mit den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt. Die Kurve (901) stellt die Verstärkung in Abhängigkeit von der Frequenz im Fall der LNAs (300A, 300B) in den 3A-3B dar. Kurve (902) stellt die Verstärkung in Abhängigkeit von der Frequenz im Fall des LNA (100) nach dem Stand der Technik von 1 dar. Wie zu erkennen ist, führt die Umsetzung der offenbarten Methoden zu einer verbesserten Verstärkungsflachheit über den erforderlichen Frequenzbereich.
Mit Bezug auf 3A-3B, 5 und 7 können programmierbare Schalter (S3, ..., S6) durch eine Steuerschaltung gesteuert werden. Ausführungsformen der 3A-3B, 5 und 7 können als Teil eines HF-Empfänger-Frontends, eines Kommunikationssystems oder eines Moduls mit Breitband-Eingangsanforderungen implementiert werden.
In bevorzugten Ausführungsformen werden die offengelegten Methoden auf HF-Empfänger oder LNAs angewandt. Der Fachmann wird jedoch verstehen, dass die Verwendung der offengelegten Verfahren und Vorrichtungen nicht auf HF-Empfänger-Frontends oder die LNAs beschränkt ist und dass solche Verfahren und Vorrichtungen auch auf beliebige HF-Schaltungen angewendet oder darin implementiert werden können, um Breitband-Eingangsanforderungen zu unterstützen.
Der Begriff „MOSFET“, wie er in dieser Offenbarung verwendet wird, umfasst jeden Feldeffekttransistor (FET) mit einem isolierten Gate, dessen Spannung die Leitfähigkeit des Transistors bestimmt, und schließt isolierte Gates mit einem Metall oder einem metallähnlichen Isolator und/oder einer Halbleiterstruktur ein. Die Begriffe „Metall“ oder „metallähnlich“ umfassen mindestens ein elektrisch leitendes Material (z. B. Aluminium, Kupfer oder ein anderes Metall oder hochdotiertes Polysilizium, Graphen oder einen anderen elektrischen Leiter), „Isolator“ umfasst mindestens ein isolierendes Material (z. B. Siliziumoxid oder ein anderes dielektrisches Material), und „Halbleiter“ umfasst mindestens ein Halbleitermaterial.
Im Rahmen dieser Veröffentlichung bezieht sich der Begriff „Hochfrequenz“ (HF) auf eine Schwingungsrate im Bereich von etwa 3 kHz bis etwa 300 GHz. Dieser Begriff umfasst auch die in drahtlosen Kommunikationssystemen verwendeten Frequenzen. Eine HF-Frequenz kann die Frequenz einer elektromagnetischen Welle oder einer Wechselspannung oder eines Wechselstroms in einem Schaltkreis sein.
In den Abbildungen, auf die in dieser Offenbarung Bezug genommen wird, sind die Abmessungen der verschiedenen Elemente nicht maßstabsgetreu; einige Abmessungen wurden zur Verdeutlichung oder Betonung vertikal und/oder horizontal stark übertrieben. Darüber hinaus sind Hinweise auf Ausrichtungen und Richtungen (z. B. „oben“, „unten“, „oben“, „unten“, „seitlich“, „vertikal“, „horizontal“ usw.) relativ zu den Beispielzeichnungen und nicht unbedingt absolute Ausrichtungen oder Richtungen.
Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung können so umgesetzt werden, dass sie eine Vielzahl von Spezifikationen erfüllen. Sofern oben nicht anders angegeben, ist die Auswahl geeigneter Komponentenwerte eine Frage der Designwahl. Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung können in jeder geeigneten integrierten Schaltung (IC) Technologie (einschließlich, aber nicht beschränkt auf MOSFET-Strukturen), oder in hybriden oder diskreten Schaltungsformen implementiert werden. Integrierte Schaltungen können mit allen geeigneten Substraten und Prozessen hergestellt werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Standard-Bulk-Silizium, hochresistives Bulk-CMOS, Silizium-auf-Isolator (SOI) und Silizium-auf-Saphir (SOS). Sofern oben nicht anders angegeben, können Ausführungsformen der Erfindung in anderen Transistortechnologien wie Bipolar-, BiCMOS-, LDMOS-, BCD-, GaAs-HBT-, GaN-HEMT-, GaAs-pHEMT- und MESFET-Technologien umgesetzt werden. Ausführungsformen der Erfindung sind jedoch besonders nützlich, wenn sie mit einem SOI- oder SOS-basierten Prozess hergestellt werden, oder wenn sie mit Prozessen mit ähnlichen Eigenschaften hergestellt werden. Die Herstellung in CMOS unter Verwendung von SOI- oder SOS-Prozessen ermöglicht Schaltungen mit geringem Stromverbrauch, der Fähigkeit, während des Betriebs aufgrund der FET-Stapelung hohen Leistungssignalen standzuhalten, guter Linearität und Hochfrequenzbetrieb (d. h. Funkfrequenzen bis zu und über 300 GHz). Die monolithische IC-Implementierung ist besonders nützlich, da die parasitären Kapazitäten im Allgemeinen durch sorgfältiges Design niedrig gehalten werden können (oder zumindest gleichmäßig über alle Einheiten verteilt werden können, so dass sie kompensiert werden können).
Die Spannungspegel können je nach Spezifikation und/oder Implementierungstechnologie (z. B. NMOS, PMOS oder CMOS und Transistorbauelemente im Anreicherungs- oder Verarmungsmodus) angepasst und/oder die Spannungs- und/oder Logiksignalpolaritäten umgekehrt werden. Die Spannungs-, Strom- und Leistungsbelastbarkeit der Komponenten kann je nach Bedarf angepasst werden, z. B. durch Anpassung der Bauteilgrößen, serielles „Stapeln“ von Komponenten (insbesondere FETs), um höheren Spannungen standzuhalten, und/oder parallele Verwendung mehrerer Komponenten, um höhere Ströme zu verarbeiten. Zusätzliche Schaltungskomponenten können hinzugefügt werden, um die Fähigkeiten der offengelegten Schaltungen zu verbessern und/oder um zusätzliche Funktionen bereitzustellen, ohne die Funktionalität der offengelegten Schaltungen wesentlich zu verändern.
Schaltungen und Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung können allein oder in Kombination mit anderen Komponenten, Schaltungen und Vorrichtungen verwendet werden. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können als integrierte Schaltungen (ICs) hergestellt werden, die in IC-Gehäusen und/oder in Modulen untergebracht werden können, um die Handhabung, Herstellung und/oder verbesserte Leistung zu erleichtern. Insbesondere IC-Ausführungen dieser Erfindung werden häufig in Modulen verwendet, in denen ein oder mehrere solcher ICs mit anderen Schaltungsblöcken (z. B. Filtern, Verstärkern, passiven Komponenten und möglicherweise zusätzlichen ICs) in einem Gehäuse kombiniert sind. Die ICs und/oder Module werden dann in der Regel mit anderen Komponenten kombiniert, oft auf einer Leiterplatte, um Teil eines Endprodukts wie eines Mobiltelefons, eines Laptops oder eines elektronischen Tablets zu werden, oder um ein übergeordnetes Modul zu bilden, das in einer Vielzahl von Produkten wie Fahrzeugen, Testgeräten, medizinischen Geräten usw. verwendet werden kann. Durch verschiedene Konfigurationen von Modulen und Baugruppen ermöglichen solche ICs in der Regel einen Kommunikationsmodus, häufig eine drahtlose Kommunikation.
Es wurde eine Reihe von Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne von Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel können einige der oben beschriebenen Schritte unabhängig von der Reihenfolge sein und können daher in einer anderen Reihenfolge als der beschriebenen durchgeführt werden. Ferner können einige der oben beschriebenen Schritte optional sein. Verschiedene Aktivitäten, die in Bezug auf die oben genannten Methoden beschrieben sind, können wiederholt, seriell und/oder parallel ausgeführt werden.
Es versteht sich, dass die vorstehende Beschreibung der Veranschaulichung und nicht der Einschränkung des Umfangs der Erfindung dient, der durch den Umfang der folgenden Ansprüche definiert ist, und dass andere Ausführungsformen in den Anwendungsbereich der Ansprüche fallen. Insbesondere umfasst der Anwendungsbereich der Erfindung alle möglichen Kombinationen von einem oder mehreren der in den nachstehenden Ansprüchen aufgeführten Verfahren, Maschinen, Herstellungsverfahren oder Stoffzusammensetzungen. (Es ist zu beachten, dass die in Klammern gesetzten Bezeichnungen für die Anspruchselemente dazu dienen, die Bezugnahme auf diese Elemente zu erleichtern, und an sich keine bestimmte erforderliche Reihenfolge oder Aufzählung der Elemente angeben; ferner können diese Bezeichnungen in abhängigen Ansprüchen als Verweise auf zusätzliche Elemente wiederverwendet werden, ohne dass dies als Beginn einer widersprüchlichen Bezeichnungsfolge angesehen wird).
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 17/505329 [0001]

Claims

Hochfrequenzschaltung (RF) mit: einem Transistor, einem Eingangsanschluss, der mit einem Gate-Anschluss des Transistors verbunden ist; einem Ausgangsanschluss, der mit einem Drain-Anschluss des Transistors verbunden ist; einem oder mehreren zusätzlichen Transistoren, die jeweils Folgendes aufweisen: einen Gate-Anschluss, der so konfiguriert ist, dass er selektiv mit dem Eingangsanschluss gekoppelt und von diesem entkoppelt werden kann; einen Drain-Anschluss und einen Source-Anschluss, wobei entweder der Drain-Anschluss so konfiguriert ist, dass er selektiv mit dem Drain-Anschluss des Transistors verbunden und von diesem getrennt wird und der Source-Anschluss mit dem Source-Anschluss des Transistors verbunden ist, oder der Source-Anschluss so konfiguriert ist, dass er selektiv mit dem Source-Anschluss des Transistors verbunden und von diesem getrennt wird und der Drain-Anschluss mit dem Drain-Anschluss des Transistors verbunden ist, oder der Drain-Anschluss und der Source-Anschluss so konfiguriert sind, dass sie selektiv mit dem Drain-Anschluss bzw. dem Source-Anschluss des Transistors verbunden und von diesen getrennt werden.
HF-Schaltung nach Anspruch 1, die ferner Folgendes umfasst: eine erste Induktionsspule, die den Source-Anschluss des Transistors mit Masse verbindet; eine zweite Induktionsspule, die den Eingangsanschluss mit dem Gate des Transistors verbindet; einen variablen Kondensator, der über den Gate- und den Source-Anschluss des Transistors gekoppelt ist, und wobei eine Kombination aus der ersten Induktivität, der zweiten Induktivität und dem variablen Kondensator für die Abstimmung der HF-Schaltung konfiguriert ist.
HF-Schaltung nach Anspruch 1, wobei: in einem ersten Zustand, in dem ein erstes Frequenzband ausgewählt ist, der eine oder die mehreren zusätzlichen Transistoren ausgeschaltet sind; in einem zweiten Zustand, in dem ein zweites Frequenzband ausgewählt ist, ein erster zusätzlicher Transistor des einen oder der mehreren Transistoren zugeschaltet wird, und eine Mittenfrequenz des ersten Frequenzbandes größer ist als eine Mittenfrequenz des zweiten Frequenzbandes.
HF-Schaltung nach Anspruch 3, wobei: der eine oder die mehreren zusätzlichen Transistoren zwei oder mehr zusätzliche Transistoren umfassen; im ersten Zustand ein erster zusätzlicher Transistor der zwei oder mehr Transistoren ausgeschaltet ist; im zweiten Zustand wird der zweite zusätzliche Transistor ausgeschaltet, in einem dritten Zustand, in dem ein drittes Frequenzband ausgewählt ist, der erste und der zweite zusätzliche Transistor zugeschaltet werden, und die Mittenfrequenz des zweiten Frequenzbandes größer ist als eine Mittenfrequenz des dritten Frequenzbandes.
HF-Schaltung nach Anspruch 1, wobei der Transistor in einer Common-Source-Konfiguration angeordnet ist.
HF-Schaltung nach Anspruch 2 mit: einem ersten Schalter, der die zweite Induktivität mit dem Gate-Anschluss eines zusätzlichen Transistors des einen oder der mehreren zusätzlichen Transistoren verbindet; einem zweiten Schalter, der den Drain-Anschluss des zusätzlichen Transistors mit dem Drain-Anschluss des Transistors verbindet.
HF-Schaltung nach Anspruch 6, wobei: in einem ersten Zustand, in dem ein erstes Frequenzband ausgewählt ist, der erste Schalter und der zweite Schalter geöffnet sind; in einem zweiten Zustand, in dem ein zweites Frequenzband ausgewählt ist, der erste Schalter und der zweite Schalter geschlossen sind, und eine Mittenfrequenz des ersten Frequenzbandes größer ist als eine Mittenfrequenz des zweiten Frequenzbandes.
HF-Schaltung nach Anspruch 6, wobei der eine oder die mehreren zusätzlichen Transistoren zwei oder mehr zusätzliche Transistoren umfassen, wobei die HF-Schaltung ferner mit: einem dritten Schalter, der den Drain-Anschluss eines zweiten zusätzlichen Transistors der zwei oder mehr zusätzlichen Transistoren mit dem Drain-Anschluss des Transistors verbindet; einem vierten Schalter, der die zweite Induktivität mit einem Gate-Anschluss des zweiten zusätzlichen Transistors verbindet.
HF-Schaltung nach Anspruch 8, wobei: in einem ersten Zustand, in dem ein erstes Frequenzband ausgewählt ist, der erste Schalter, der zweite Schalter, der dritte Schalter und der vierte Schalter geöffnet sind; in einem zweiten Zustand, in dem ein zweites Frequenzband ausgewählt ist, der erste Schalter und der zweite Schalter geschlossen sind und der dritte Schalter und der vierte Schalter geöffnet sind; in einem dritten Zustand, in dem ein drittes Frequenzband ausgewählt ist, der erste Schalter, der zweite Schalter, der dritte Schalter und der vierte Schalter geschlossen sind, und eine Mittenfrequenz des ersten Frequenzbandes größer ist als eine Mittenfrequenz des zweiten Frequenzbandes, und eine Mittenfrequenz des zweiten Frequenzbandes größer ist als eine Mittenfrequenz des dritten Frequenzbandes.
HF-Schaltung nach Anspruch 3, die so konfiguriert ist, dass im ersten Zustand und im zweiten Zustand ein Gleichstrom durch den Drain- oder Source-Anschluss des Transistors derselbe ist.
HF-Schaltung nach Anspruch 4, die so konfiguriert ist, dass im ersten, zweiten und dritten Zustand ein Gleichstrom durch den Drain- oder Source-Anschluss des Transistors derselbe ist.
HF-Schaltung nach Anspruch 7, ferner mit einer Steuerschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie den ersten Schalter und den zweiten Schalter steuert.
HF-Schaltung nach Anspruch 1, ferner mit einem Ausgangsanpassungsnetzwerk, das den Transistor mit dem Ausgangsanschluss koppelt, und wobei das Ausgangsanpassungsnetzwerk einen oder mehrere variable Kondensatoren und eine oder mehrere Induktivitäten umfasst.
Rauscharmer Verstärker mit der HF-Schaltung nach Anspruch 1.
HF-Frontend mit der HF-Schaltung nach Anspruch 1.
HF-Schaltung nach Anspruch 1, ferner mit einem zusätzlichen Transistor, der in einer Kaskodenkonfiguration mit dem Transistor angeordnet ist.
Verfahren zur Unterstützung mehrerer Eingangsfrequenzbänder in einer Hochfrequenz (HF)-Schaltung, die einen Transistor umfasst, mit folgenden Schritten: Anordnung des Transistors in einer Common-Source-Konfiguration; Kopplung eines Gate-Anschlusses des Transistors mit einem Eingangsanschluss, an den ein Eingangssignal angelegt wird; Bereitstellung eines oder mehrerer zusätzlicher Transistoren; selektives Koppeln eines Gate-Anschlusses jedes zusätzlichen Transistors des einen oder der mehreren zusätzlichen Transistoren mit dem Eingangsanschluss; selektives Verbinden eines Drain-Anschlusses jedes zusätzlichen Transistors mit einem Drain-Anschluss des Transistors; Verbinden eines Source-Anschlusses jedes zusätzlichen Transistors mit einem Source-Anschluss des Transistors; und auf der Grundlage eines ausgewählten Frequenzbandes, wobei jeder zusätzliche Transistor ein- und ausgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner mit dem Schritt: Anordnen eines variablen Kondensators zwischen dem Gate- und dem Source-Anschluss des Transistors.
Das Verfahren nach Anspruch 18 ferner mit den Schritten: Kopplung des Source-Anschlusses des Transistors mit Masse über eine erste Induktivität; Kopplung des Eingangsanschlusses mit dem Gate-Anschluss des Transistors unter Verwendung einer zweiten Induktivität; auf der Grundlage einer Kombination aus der ersten Induktivität und der zweiten Induktivität den variablen Kondensator so einstellen, dass er sich auf das ausgewählte Frequenzband einstellt.