DE19642900C2 - Mischerschaltung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Mischerschaltung zur Verwendung in einem Modulator, einem Demodulator oder dergleichen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Mischerschaltung zur Verwendung bei einem digitalen Modulations/Demodulations-Betrieb.

Ein typischer bekannter Typ einer Mischerschaltung ist in Fig. 4 gezeigt. Die Gate-Elektrode eines Feldeffekttransi­ stors (im folgenden auch als FET bezeichnet) ist über einen Koppelkondensator C1 mit einem Eingangsanschluß IN verbun­ den, wobei eine Vorspannung Vg über einen Widerstand R1 an die Gate-Elektrode des FET angelegt ist. Die Source-Elek­ trode des FET ist durch eine Parallelschaltung eines Konden­ sators C21 mit einer großen Kapazität von mehreren µF und eines Kondensators C22 mit einer kleinen Kapazität von mehreren pF geerdet. Die Drain-Elektrode des FET ist über ein induktives Drosselelement L mit einem Anschluß T_VCC zum Zuführen einer Versorgungsgleichspannung gekoppelt und fer­ ner über einen Koppelkondensator C3 mit einem Ausgangsan­ schluß OUT verbunden. Der Kondensator C21 weist eine große Kapazität auf, um zu bewirken, daß ein Modulationssignal fm mit einer tiefen Frequenz geerdet ist, während der Kondensa­ tor C22 eine kleine Kapazität aufweist, um zu bewirken, daß ein Trägersignal fc mit einer hohen Frequenz geerdet ist. Die Induktivität des induktiven Elements L ist derart be­ stimmt, daß dasselbe bezüglich eines modulierten Signals (fc ± fm) eine hohe Impedanz zeigt und bezüglich des Modula­ tionssignals fm eine geringe Impedanz darstellt. Die Kapa­ zität des Kondensators C3, der mit der Drain-Elektrode des FET verbunden ist, ist derart bestimmt, daß dieselbe bezüg­ lich des modulierten Signals (fc ± fm) eine geringe Impedanz darstellt und bezüglich des Modulationssignals fm eine hohe Impedanz zeigt.

Der Betrieb der oben beschriebenen Mischerschaltung wird nun erklärt. Das Modulationssignal fm wird in den Anschluß T_VCC für die Versorgungsgleichspannung eingegeben, während das­ selbe der Versorgungsgleichspannung Vcc des Anschlusses T_VCC überlagert wird. Ein Trägersignal fc wird von dem Eingangs­ anschluß IN in die Gate-Elektrode des FET eingegeben, wäh­ rend dasselbe der Vorspannung Vg überlagert wird. Folglich wird das modulierte Signal (fc ± fm) über den Kondensator C3 von dem Ausgangsanschluß OUT ausgegeben.

Fig. 5 zeigt eine symmetrische Schaltung, die aus einem Paar von Mischerschaltungen, die in Fig. 4 gezeigt sind, auf eine symmetrische Art und Weise aufgebaut ist. Spezieller wird der FET der einen Mischerschaltung als FET1 bezeichnet, wäh­ rend der FET der anderen Mischerschaltung als FET2 bezeich­ net wird. Die Ausgangsanschlüsse OUT von FET1 und FET2 sind miteinander verbunden, während die Vorspannung Vg und die Kondensatoren C21 und C22 gemeinsam verwendet werden. Im Be­ trieb sind das Modulationssignal fm und das Trägersignal fc von FET2 bezüglich der entsprechenden Signale von FET1 um 180° phasenverschoben und werden eingegeben, um die gerad­ zahligen Harmonischen des Modulationssignals fm zu reduzie­ ren.

Jedoch wird die Drain-Elektrode des FET bei dieser Schaltung gemeinsam für die Eingabe eines Modulationssignals und die Ausgabe eines modulierten Signals verwendet. Wenn der Mi­ scher des obigen herkömmlichen Typs in einer IC gebildet ist, ist folglich ein induktives Drosselelement L erforder­ lich, um das Entweichen des modulierten Signals (fc ± fm) zu dem Anschluß T_VCC für die Versorgungsgleichspannung zu ver­ hindern, wodurch die Fläche des IC-Chips vergrößert wird. Ferner ist ein Kondensator C21 einer großen Kapazität erfor­ derlich, um zu bewirken, daß das Modulationssignal fm mit einer geringen Frequenz geerdet ist, wodurch die Kosten er­ höht sind.

Die EP 0 033 920 A1 betrifft eine Mischerschaltung mit einem Dual-Gate-MOS-Feldeffektransistor für VHF-Kabel-Tuner und VHF-CCIR-Tuner. Die Schaltung umfaßt einen Feldeffektransis­ tor, der beim VHF-Betrieb in multiplikativer Mischschaltung und beim UHF-Betrieb als UHF-ZF-Verstärker jeweils mit gleich großer Verstärkung arbeitet, und der Arbeitspunkt des MOS-FET wird derart umgeschaltet, daß sowohl im VHF-Bereich eine optimale Mischverstärkung als auch im UHF-Bereich eine optimale ZF-Nachverstärkung erzielt wird.

Die US-A-5,263,198 betrifft einen Mischer, der einen Feld­ effekttransistor mit einem Gate-Anschluß, einem Drain-An­ schluß und einem Source-Anschluß aufweist. Zwischen den Drain- und den Gate-Anschluß des Feldeffekttransistors ist eine Resonatorschleife geschaltet, und der Gate-Anschluß des Feldeffekttransistors ist mit einem Trägeroszillatoranpas­ sungsnetzwerk verbunden. Der Drain-Anschluß des Feldeffekt­ transistors ist mit einem Ausgang eines HF-Anpassungsnetz­ werks verbunden, und der Source-Anschluß des Feldeffekt­ transistors ist mit dem Eingang eines ZF-Filters verbunden. Die Resonatorschleife kann einen Gleichstromunterdrückungs­ kondensator aufweisen, der nicht als Teil der Resonator­ schleife wirksam ist, der aber dazu dient, einen Gleichstrom daran zu hindern, den Drain- und den Gate-Anschluß des Feld­ effektransistors unabhängig voneinander vorzuspannen.

Die GB-A-1,152,278 betrifft einen Mischer mit einem Feld­ effekttransistor, der ausgebildet ist, um zwei Eingangsfre­ quenzen zu empfangen, die miteinander zu mischen sind. Die Eingangsfrequenzen werden an dem Gate- und an dem Source-An­ schluß des Transistors empfangen. Ferner ist eine Einricht­ ung vorgesehen, um das zweite Gate des Transistors auf einem vorbestimmten Potential zu halten, so daß es nicht als Ga­ te-Elektrode wirksam ist, sondern als Schirmung. Ferner ist eine Einrichtung vorgesehen, um das gemischte Ausgangssignal von der Drain-Elektrode abzugreifen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Mischerschaltung zu schaffen, die eine geringe IC-Chip-Flä­ che besetzt und kostengünstig ist. Diese Aufgabe wird durch eine Mischerschaltung gemäß Anspruch 1 gelöst.

Die vorliegende Erfindung schafft kleine und wenig aufwendi­ ge Mischerschaltungen, die kein induktives Drosselelement und keinen Kondensator großer Kapazität benötigen.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Mischervorrichtung, die zumindest einen Mischer mit einem Feldeffekttransistor (FET) aufweist. Die Source-Elektrode des FET ist über einen Kondensator geerdet und ferner mit einem Anschluß für die Versorgungsgleichspannung verbunden. Die Gate-Elektrode des FET ist mit einer Vorspannung verbunden und ferner über einen Kondensator mit einem Gate-Eingangsanschluß verbunden. Die Drain-Elektrode des FET ist über einen Kondensator mit einem Ausgangsanschluß verbunden. Ein Modulationssignal wird von dem Anschluß für die Versorgungsgleichspannung eingege­ ben, während dasselbe einer Gleichspannung überlagert wird, und ein Trägersignal wird in den Gate-Eingangsanschluß ein­ gegeben, so daß ein moduliertes Signal von dem Ausgangsan­ schluß ausgegeben werden kann.

Bei der Mischerschaltung der vorliegenden Erfindung wird die Drain-Elektrode (oder Source-Elektrode) des FET nicht ge­ meinsam für die Eingabe eines Modulationssignals und die Ausgabe eines modulierten Signals verwendet. Dies beseitigt den Bedarf nach der Bereitstellung eines induktiven Drossel­ elements zum Verhindern des Entweichens eines modulierten Signals zu einem Modulationssignal-Eingangsanschluß, wodurch die Fläche eines IC-Chips, der durch die Schaltung gebildet ist, reduziert ist und ferner die Größe und die Kosten des­ selben reduziert sind.

Außerdem ist herkömmlicherweise ein Kondensator großer Kapa­ zität zwischen der Source-Elektrode (oder der Drain-Elektro­ de) und Masse erforderlich, um ein Modulationssignal, das von der Drain-Elektrode (oder der Source-Elektrode) zu der Source-Elektrode (oder der Drain-Elektrode) eingegeben wird, zu erden. Jedoch wird bei der vorliegenden Erfindung ein Mo­ dulationssignal von der Source-Elektrode (oder der Drain- Elektrode) eingegeben, und im Unterschied zu dem Kondensa­ tor, der in der herkömmlichen Schaltung verwendet ist, ist ein Kondensator, der zwischen die Source-Elektrode (oder die Drain-Elektrode) und Masse geschaltet ist, verwendet, um ein Entweichen des Modulationssignals auf Masse zu verhindern, wodurch nur ein Kondensator kleiner Kapazität erforderlich ist.

Bei der vorher beschriebenen Mischervorrichtung wird das Mi­ schen auf eine solche Art und Weise durchgeführt, daß die drei Anschlüsse des FET, das heißt die Gate-, die Source- und die Drain-Elektrode des FET, den Operationen der Träger­ signaleingabe, der Modulationssignaleingabe bzw. der Ausgabe des modulierten Signals zugewiesen sind. Dies beseitigt den Bedarf nach der Bereitstellung eines induktiven Elements, um das Entweichen eines modulierten Signals zu verhindern. Ein Gleichstrom-Pfad (DC = Direct Current = Gleichstrom) kann durch den Kondensator unterbrochen sein, wodurch der Fluß des Gleichstroms zwischen der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode des FET vermieden ist.

Außerdem kann ein Paar der oben beschriebenen Mischer ver­ wendet sein, um eine symmetrische Mischervorrichtung zu bil­ den, bei der die Drain-Elektroden der FETs miteinander auf eine symmetrische Art und Weise verbunden sind, so daß ein Synthesesignal der modulierten Signale, die in den je­ weiligen Mischern erhalten werden, ausgegeben werden kann. Da diese symmetrische Mischervorrichtung auf eine symmetri­ sche Art und Weise aufgebaut ist, kann die Frequenzkomponen­ te, die die ungeradzahlige Anzahl von n + m aufweist, redu­ ziert sein, wenn das modulierte Signal durch (n . fc ± m . fm) dargestellt ist, und n und m positive ganze Zahlen anzeigen.

Ferner kann ein Gleichstrom-Pfad durch den Kondensator un­ terbrochen sein, um zu verhindern, daß ein Gleichstrom zwi­ schen der Drain-Elektrode und der Source-Elektrode des FET fließt, wodurch ein Leistungsverbrauch vollständig beseitigt ist. Zusätzlich ist ein einzelner Mischer, der auf eine sym­ metrische Art und Weise aufgebaut ist, vorteilhaft gegenüber einem symmetrischen Mischer, der einfach durch eine Kombina­ tion von zwei diskreten Mischern gebildet ist, da eine Ab­ nahme der Kapazität und der Fläche auf einem IC-Chip vorlie­ gen kann.

Die vorliegende Erfindung schafft ferner eine Mischervor­ richtung, die zumindest einen Mischer mit einem Feldeffekt­ transistor (FET) aufweist, wobei die Drain-Elektrode des FET über einen Kondensator geerdet ist und ferner mit einem An­ schluß für die Versorgungsgleichspannung verbunden ist, wo­ bei die Gate-Elektrode des FET mit einer Vorspannung verbun­ den ist und ferner über einen Kondensator mit einem Gate- Eingangsanschluß verbunden ist, und wobei die Source-Elek­ trode des FET über einen Kondensator mit einem Ausgangsan­ schluß verbunden ist. Ein Modulationssignal wird von dem An­ schluß für die Versorgungsgleichspannung eingegeben, während dasselbe einer Spannung überlagert wird, und ein Trägersi­ gnal wird in den Gate-Eingangsanschluß eingegeben, so daß ein moduliertes Signal von dem Ausgangsanschluß ausgegeben werden kann. Ferner kann ein Paar der oben beschriebenen Mi­ scher verwendet werden, um eine symmetrische Mischervorrich­ tung zu bilden, bei der die Source-Elektroden der FETs mit­ einander auf eine symmetrische Art und Weise verbunden sind, so daß ein Synthesesignal der modulierten Signale, die in den jeweiligen Mischern erhalten werden, ausgegeben werden kann.

Diese Mischervorrichtung bietet Vorteile ähnlich denjenigen, die durch die erstgenannte Mischervorrichtung erhalten wer­ den.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich­ nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltungsdiagramm eines Mischers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung;

Fig. 2 ein Schaltungsdiagramm eines symmetrischen Mischers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorlie­ genden Erfindung;

Fig. 3 ein Diagramm der Ausgangscharakteristika der Schal­ tung, die in Fig. 2 gezeigt ist, bezüglich der Fre­ quenz;

Fig. 4 ein Schaltungsdiagramm eines bekannten Mischers; und

Fig. 5 ein Schaltungsdiagramm eines bekannten symmetrischen Mischers.

Eine Mischerschaltung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun bezugnehmend auf Fig. 1 beschrieben. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist die Gate-Elek­ trode eines FET durch einen Koppelkondensator C1 mit einem Eingangsanschluß IN verbunden, wobei eine Vorspannung Vg über einen Widerstand R1 an die Gate-Elektrode des FET an­ gelegt ist. Die Source-Elektrode des FET ist über einen Um­ gehungskondensator C2 geerdet und ferner mit einem Anschluß T_VCC für die Versorgungsgleichspannung verbunden. Die Drain-Elektrode des FET ist über einen Koppelkondensator C3 mit einem Ausgangsanschluß OUT gekoppelt.

Im folgenden wird der Betrieb der oben beschriebenen Mi­ scherschaltung beschrieben. Ein Modulationssignal fm wird in den Anschluß T_VCC eingegeben, während dasselbe der Spannung Vcc des Anschlusses T_VCC überlagert wird. Andererseits wird ein Trägersignal fc von dem Eingangsanschluß IN in die Gate-Elektrode des FET eingegeben, während dasselbe der Vor­ spannung Vg überlagert wird. Danach wird das modulierte Si­ gnal (fc ± fm) von dem Ausgangsanschluß OUT ausgegeben.

Die Kapazität des Kondensators C2, der mit der Source-Elek­ trode des FET gekoppelt ist, ist bestimmt, um bezüglich des Trägersignals fc eine geringe Impedanz zu zeigen und bezüg­ lich des Modulationssignals fm eine hohe Impedanz darzustel­ len. Andererseits ist die Kapazität des Kondensators C3, der mit der Drain-Elektrode des FET verbunden ist, bestimmt, um bezüglich des modulierten Signals (fc ± fm) eine geringe Impe­ danz zu zeigen und bezüglich des Modulationssignals fm eine hohe Impedanz darzustellen. Es sollte bemerkt werden, daß die Drain- und Source-Elektroden des FET in der Mischer­ schaltung, die in Fig. 1 gezeigt ist, austauschbar sind.

Bei der Schaltung dieses Ausführungsbeispiels dienen die Kondensatoren C2 und C3 dazu, einen Gleichstrom-Pfad zu un­ terbrechen, um das Fließen eines Gleichstroms zwischen der Source- und der Drain-Elektrode des FET zu verhindern, wo­ durch ein Leistungsverbrauch vollständig beseitigt wird. Ferner ist kein induktives Element erforderlich, um das Ent­ weichen des modulierten Signals (fc ± fm) zu verhindern, wo­ durch die Fläche eines IC-Chips, der durch diese Schaltung gebildet ist, verkleinert ist. Ferner wird das Modulations­ signal fm von der Source-Elektrode des FET eingegeben, wo­ durch der Bedarf nach der Bereitstellung eines Kondensators großer Kapazität beseitigt ist.

Im folgenden wird eine symmetrische Mischerschaltung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bezugnehmend auf Fig. 2 beschrieben. Bei diesem Ausführungs­ beispiel ist ein Paar von Mischerschaltungen des ersten Aus­ führungsbeispiels auf eine symmetrische Art und Weise kombi­ niert, um eine symmetrische Mischerschaltung zu bilden. Spe­ zieller ist der FET der einen Mischerschaltung FET1, während der FET der anderen Mischerschaltung FET2 ist. Die Drain- Elektrode von FET1 und die Drain-Elektrode von FET 2 sind miteinander verbunden, wobei die Vorspannung Vg und der Kon­ densator C3 gemeinsam verwendet werden. Es sollte bemerkt werden, daß die Drain-Elektrode und die Source-Elektrode von FET1 und FET2 in der Schaltung, die in Fig. 2 gezeigt ist, austauschbar sind.

Der Betrieb dieses Ausführungsbeispiels wird nun erklärt. Ein Modulationssignal (0°) wird an den Anschluß T_VCC für die Versorgungsgleichspannung von FET1 angelegt, während das­ selbe der Versorgungsgleichspannung Vcc des Anschlusses T_VCC überlagert wird. In gleicher Weise wird ein Modulationssi­ gnal (180°) an den Anschluß T_VCC von FET2 angelegt, während dasselbe der Versorgungsgleichspannung Vcc des Anschlusses T_VCC überlagert wird. Außerdem wird ein Trägersignal (0°) in den Eingangsanschluß IN von FET1 eingegeben, während das­ selbe der Vorspannung Vg überlagert wird. Andererseits wird ein Trägersignal (180°) in den Eingangsanschluß IN von FET2 eingegeben, während dasselbe der Vorspannung Vg überlagert wird. Folglich wird das modulierte Signal (fc ± fm), das durch das Modulieren der Trägersignale fc und der Modulationssi­ gnale fm in FET1 bzw. in FET2 und das Synthetisieren der mo­ dulierten Signale erhalten wird, von dem Ausgangsanschluß OUT ausgegeben wird.

In diesem Fall sind die Kapazitäten der Kondensatoren C2, die mit der Source-Elektrode von FET1 bzw. der Source-Elek­ trode von FET2 gekoppelt sind, gewählt, um bezüglich der Trägersignale fc eine geringe Impedanz zu zeigen und bezüg­ lich der Modulationssignale fm eine hohe Impedanz zu zeigen. Andererseits ist die Kapazität des Kondensators C3, der mit der Drain-Elektrode von FET1 und der Drain-Elektrode von FET2 verbunden ist, bestimmt, um bezüglich des modulierten Signals (fc ± fm) eine geringe Impedanz darzustellen und be­ züglich der Modulationssignale fm eine hohe Impedanz zu zei­ gen.

Wie oben beschrieben wurde, ist die Mischschaltung dieses Ausführungsbeispiels auf eine symmetrische Art und Weise aufgebaut. Folglich kann, wenn das modulierte Signal durch (n . fc ± m . fm) dargestellt ist, und n und m ganze Zahlen anzei­ gen, die Frequenzkomponente, die die ungeradzahligen Anzah­ len von n + m aufweist, verringert sein. Ferner ist diese Schaltung eine Verbesserung gegenüber einer symmetrischen Mischerschaltung, die nur durch eine Kombination zweier dis­ kreter Mischerschaltungen des ersten Ausführungsbeispiels gebildet ist, da dieselbe die Kapazität und die Fläche eines IC-Chips, der durch diese Schaltung gebildet ist, reduzieren kann.

Fig. 3 zeigt die Ausgangscharakteristika der Schaltung des zweiten Ausführungsbeispiels, das in Fig. 2 gezeigt ist, be­ züglich der Frequenz, wobei die Schaltung unter den Bedin­ gungen, die in Tabelle 1 gezeigt sind, getestet wurde.

Gegenstand	Wert
C1, C2, C3	12 pF
R1	1 kΩ
Versorgungsgleichspannung (Vcc)	3,0 V
Gate-Spannung (Vg)	2,7 V
Frequenz des Trägersignals fc	1500 MHz
Pegel des Trägersignals fc	-10 dBm
Phasendifferenz des Trägersignals fc	180°
Frequenz des Modulationssignals fm	50 kHz
Spannungsamplitude des Modulationssignals fm	300 mv
Phasendifferenz des Modulationssignals fm	180°

Fig. 3 zeigt, daß die Differenz zwischen dem gewünschten mo­ dulierten Signal (fc ± fm) und dem höchsten Pegel der unge­ wollten Signale (fc ± 3fm) 35 dB oder größer ist. Folglich werden gute Ausgangscharakteristika mit der Mischerschal­ tung, die in Fig. 2 gezeigt ist, erhalten.

Claims (4)

1. Mischerschaltung mit einem Feldeffekttransistor (FET), dessen Source-Elektrode oder Drain-Elektrode über einen Anschluß (T_VCC) eine Versorgungsgleichspannung (Vcc) zu­ geführt ist und dessen Gate-Elektrode ein Trägersignal (fc) zugeführt ist; wobei die nicht mit dem Anschluß (T_VCC) für die Versor­ gungsgleichspannung verbundene Source-Elektrode oder Drain-Elektrode mit einem Ausgangsanschluß (OUT) ver­ bunden ist; dadurch gekennzeichnet, daß zur Verwendung der Mischerschaltung in einem Modulator oder Demodulator am Anschluß (T_VCC) der Versorgungsgleich­ spannung (Vcc) ein Modulationssignal (fm) überlagert wird und das modulierte Trägersignal (fc ± fm) am Aus­ gangsanschluß (OUT) ausgegeben wird.

2. Mischerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Source-Elektrode oder die Drain-Elektrode, der die Versorgungsgleichspannung (Vcc) zugeführt ist, über einen Kondensator (C2) mit Masse verbunden ist.

3. Mischerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß
an die Gate-Elektrode eine Gleichspannung (Vg) angelegt ist und die Gate-Elektrode ferner über einen Kondensator (C1) mit einem Eingangsanschluß (IN) für das Trägersi­ gnal verbunden ist; und
die Source-Elektrode oder die Drain-Elektrode, die nicht mit dem Anschluß (T_VCC) verbunden ist, über einen wei­ teren Kondensator (C3) mit dem Ausgangsanschluß (OUT) verbunden ist.

4. Symmetrische Mischerschaltung bestehend aus einem Paar von Mischerschaltungen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Source-Elektrode oder die Drain-Elektrode jedes Feldeffekttransistors (FET), die nicht mit dem An­ schluß (T_VCC) für die Versorgungsgleichspannung verbun­ den ist, miteinander und gemeinsam mit dem Kondensator (C3) verbunden sind, um ein Synthesesignal auszugeben, das die jeweiligen modulierten Signale von jedem der Paare der Mischerschaltungen aufweist.