DE202020002262U1

DE202020002262U1 - Künstliche Übertragungsleitung unter Verwendung von T-Spulen-Abschnitten

Info

Publication number: DE202020002262U1
Application number: DE202020002262.4U
Authority: DE
Original assignee: Analog Devices International ULC
Current assignee: Analog Devices International ULC
Priority date: 2019-05-23
Filing date: 2020-05-22
Publication date: 2020-10-01
Anticipated expiration: 2030-05-23
Also published as: US11005442B2; CN212342793U; US20200373897A1

Abstract

Elektronische Schaltung, welche eine künstliche Übertragungsleitungsstruktur definiert, umfassend zumindest zwei Einheitszellen, wobei eine jeweilige Einheitszelle unter den zumindest zwei Einheitszellen umfasst:
einen ersten T-Spulen-Abschnitt, der definiert ist durch eine erste Induktivität, die gegenseitig magnetisch gekoppelt und leitend in Reihe geschaltet ist mit einer zweiten Induktivität, und einen ersten Shunt-Kondensator, der an einen Knoten zwischen der ersten Induktivität und der zweiten Induktivität gekoppelt ist; und
eine dritte Induktivität, die leitend mit der zweiten Induktivität gekoppelt ist;
wobei die dritte Induktivität so angeordnet ist, eine gegenseitige magnetische Kopplung mit der ersten Induktivität und der zweiten Induktivität zu unterdrücken oder zu verhindern.

Description

Gebiet der Offenbarung
Dieses Dokument bezieht sich allgemein, ohne hierauf beschränkt zu sein, auf Vorrichtungen und Techniken, die zur Verarbeitung elektrischer Signale im analogen Bereich verwendet werden können, und genauer für eines oder mehrere von Filtern oder Verzögern elektrischer Signale unter Verwendung eines Übertragungsleitungsartigen Verhaltens.
Hintergrund
Eine Übertragungsleitungsstruktur kann definiert werden al seine elektrische Struktur, wo die physischen Abmessungen der Struktur vergleichbar sind mit oder größer sind als eine Wellenlänge eines Signals, das von der Übertragungsleitungsstruktur übertragen wird. Beispielsweise können Strukturen, die physische Abmessungen (wie etwa Länge) aufweisen, die vergleichbar sind mit zumindest einem Zehntel einer Wellenlänge, zumindest einem Viertel einer Wellenlänge, zumindest einer halben Wellenlänge, oder von größerem Ausmaß, als Übertragungsleitungscharakteristiken zeigend bezeichnet werden. Anders gesagt kann eine Übertragungsleitungsstruktur al seine elektrische Struktur betrachtet werden, wo die elektrischen Eigenschaften der Übertragungsleitungsstruktur selbst die Impedanz, welche die Quelle sieht, die die Übertragungsleitungsstruktur treibt, und die Impedanz, welche die Leist am fernen Ende der Übertragungsleitungsstruktur treibt, wesentlich beeinflussen oder dominieren,.
Zusammenfassung der Offenbarung
Übertragungsleitungsstrukturen haben vielfältige Anwendungen. In Mikrowellen- und Millimeterwellenschaltungen beispielsweise können Übertragungsleitungsstrukturen zum Teil verwendet werden zum Implementieren von Baluns (um zum Beispiel ein unsymmetrisches Signal in ein symmetrisches Signal zu wandeln), Anpassschaltungen, Verzögerungsleitungen, Leistungskombinierer oder Koppler, als illustrative Beispiele. In verschiedenen Anwendungen ist eine elektrische Länge einer Übertragungsleitung ein spezifizierter Bruchteil einer Betriebswellenlänge, um es einer Schaltung, welche die Übertragungsleitung beinhaltet, zu erlauben, korrekt zu arbeiten. Wie oben erwähnt, entspricht eine elektrische Länge allgemein den physischen Abmessungen der Übertragungsleitungsstruktur, und eine derartige elektrische Länge wird von den dielektrischen Eigenschaften des Mediums beeinflusst, welches die Übertragungsleitungsstruktur umgibt. Die vorliegenden Erfinder haben unter anderem erkannt, dass die Anforderungen an eine minimale Länge von Übertragungsleitungsstrukturen es schwierig machen kann, derartige Strukturen effizient (oder überhaupt) zu implementieren in monolithischen integrierten Funkfrequenz- oder Mikrowellenschaltungen, oder integrierten Modulen, insbesondere wenn zum Beispiel eine Betriebsfrequenz unter etwa zehn Gigahertz (GHz) liegt. Anders gesagt können, ohne den vorliegenden Gegenstand, es die physischen Abmessungen oder die Schaltungsfläche die Verwendung von Übertragungsleitungsstrukturen in monolithischen Schaltungen verhindern, wenn eine Betriebswellenlänge sich einem substantiellen Bruchteil von einem Zentimeter oder mehr annähert.
Um derartige Herausforderungen zu adressieren, haben die vorliegenden Erfinder unter anderem erkannt, dass eine elektrische Schaltung (wie eine „zwei Port“ Schaltung, die einen Eingang mit zwei Anschlüssen und einen Ausgang mit zwei Anschlüssen aufweist) zumindest zum Teil gebildet werden kann, indem konzentrierte oder diskrete Elemente verwendet werden, um eine künstliche Übertragungsleitungsstruktur bereitzustellen, welche die elektrischen Eigenschaften einer entsprechenden tatsächlichen Übertragungsleitungsstruktur nachahmt. Eine solche künstliche Übertragungsleitungsstruktur mag allgemein weniger Fläche verbrauchen als eine tatsächliche Übertragungsleitungsstruktur, welcher über keine derartigen konzentrierten oder diskreten Elemente verfügt. In einer Abwandlung einer solchen Struktur kann eine künstliche Übertragungsleitungsstruktur zusätzlich zu konzentrierten oder diskreten Elementen auch kurze tatsächliche Übertragungsleitungssegmente verwenden.
Eine künstliche Übertragungsleitungsstruktur kann gebildet werden unter Verwendung von zwei oder mehr „Einheitszellen“, beispielsweise durch Kaskadieren derartiger Zellen, wie sie hierin gezeigt und beschrieben sind. Die vorliegenden Erfinder haben unter anderem erkannt, dass eine Einheitszelle einer künstlichen Übertragungsleitungsstruktur einen T-Spulen-Abschnitt beinhalten kann, der magnetisch gekoppelte Induktivitäten umfasst. Ein Kopplungskoeffizient, der der gegenseitigen magnetische Kopplung zwischen den Induktivitäten entspricht, kann bei einem Zwischenwert festgelegt sein, um zu helfen, einen Phasengang der künstlichen Übertragungsleitungsstruktur zu linearisieren. Eine derartige künstliche Übertragungsleitungsstruktur kann für Anwendungen wie beispielsweise Phasenverschiebung verwendet werden, oder um eine Verzögerungsleitung bereitzustellen, die eine im Wesentlichen konstante Gruppenverzögerung (über eine spezifizierte Betriebsbandbreite) aufweist, neben anderen Anwendungen.
In einem Beispiel, das beispielsweise eine elektronische Schaltung umfasst, kann eine künstliche Übertragungsleitungsstruktur zumindest zwei Einheitszellen beinhalten, wobei eine jeweilige Einheitszelle unter den zumindest zwei Einheitszellen einen ersten T-Spulen-Abschnitt umfasst, der definiert ist durch eine erste Induktivität, die gegenseitig magnetisch gekoppelt ist und leitend in Reihe geschaltet ist mit einer zweiten Induktivität, und einen ersten Shunt-Kondensator, der an einen Knoten zwischen der ersten Induktivität und der zweiten Induktivität gekoppelt ist, und eine dritte Induktivität, die leitend mit der zweiten Induktivität gekoppelt ist. Die dritte Induktivität kann so angeordnet sein, die gegenseitige magnetische Kopplung mit der ersten Induktivität und der zweiten Induktivität zu unterdrücken oder zu verhindern. Die erste, die zweite und die dritte Induktivität können spezifiziert sein, einen im Wesentlichen linearen Phasengang in einem spezifizierten Frequenzbereich bereitzustellen. In einem veranschaulichenden Beispiel ist ein Kopplungskoeffizient, der der gegenseitigen magnetischen Kopplung zwischen der ersten Induktivität und der zweiten Induktivität entspricht, bei einem Zwischenwert zwischen null und eins festgelegt, um einen im Wesentlichen linearen Phasengang bereitzustellen, wie etwa einen Zwischenwert zwischen etwa 0,5 und etwa 0,7 aufweisend. In einem Beispiel kann eine Phasenschieberschaltung zumindest zwei auswählbare elektrische Pfade beinhalten, welche einen Eingangsport an einen Ausgangsport koppeln, wobei einer der zumindest zwei auswählbaren Pfade die künstliche Übertragungsleitungsstruktur umfasst.
In einem Beispiel kann eine Technik beinhalten, eine elektronische Schaltung wie in anderen Beispielen hierin beschrieben zu verwenden. Beispielsweise kann eine Technik wie ein Verfahren beinhalten Steuern eines Verzögerungswerts für ein elektrisches Signal unter Verwendung einer Phasenschieberschaltung, wobei das Verfahren umfasst Empfangen eines Steuersignals und in Antwort darauf selektives Koppeln des elektrischen Signals durch einen von einem ersten elektrischen Pfad, um eine erste spezifizierte Phasenverschiebung bereitzustellen, oder einem zweiten elektrischen Pfad, um eine zweite spezifizierte Phasenverschiebung bereitzustellen, die sich von der ersten spezifizierten Phasenverschiebung unterscheidet, wobei der erste elektrische Pfad eine künstliche Übertragungsleitungsstruktur umfasst, welche zumindest zwei Einheitszellen umfasst, wobei eine jeweilige Einheitszelle unter den zumindest zwei Einheitszellen einen ersten T-Spulen-Abschnitt umfasst, welcher definiert ist durch eine erste Induktivität, die gegenseitig magnetisch gekoppelt ist und leitend in Reihe geschaltet ist mit einer zweiten Induktivität, und einen erste Shunt-Kondensator, der an einen Knoten zwischen der ersten Induktivität und der zweiten Induktivität gekoppelt ist, und eine dritte Induktivität, die leitend mit der zweiten Induktivität gekoppelt ist.
Allgemein können die in diesem Dokument beschriebenen Beispiele als Ganzes oder teilweise innerhalb eines integrierten Schaltungs-Bausteins oder - Moduls implementiert sein, wie etwa monolithisch integriert.
Diese Zusammenfassung ist dazu gedacht, einen Überblick über den Gegenstand der vorliegenden Anmeldung zu geben. Sie ist nicht dazu gedacht, eine ausschließliche oder abschließende Erläuterung der Erfindung zu geben. Die detaillierte Beschreibung ist enthalten, um weitere Informationen über die vorliegende Patentanmeldung zu geben.
Figurenliste
In den Zeichnungen, die nicht notwendiger Weise maßstabsgerecht sind, können gleiche Bezugszeichen ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Ansichten bezeichnen. Gleiche Bezugszahlen, die unterschiedliche Buchstabenzusätze aufweisen, können unterschiedliche Instanzen gleicher Komponenten bezeichnen. Die Zeichnungen zeigen allgemein auf beispielhafte und nicht beschränkende Weise verschiedene Ausführungsformen, die in diesem Dokument diskutiert werden.

1A zeigt allgemein ein Beispiel, welches eine künstliche Übertragungsleitung umfasst, die zwei oder mehr Einheitszellen umfassen kann, wobei die Einheitszellen jeweilige T-Spulen-Arrangements umfassen.
1 B zeigt allgemein eine Ersatzschaltbilddarstellung einer Einheitszelle, welche magnetisch gekoppelte Induktivitäten aufweist, welche eine T-Spulen-Arrangement bilden, entsprechend beispielsweise einer Einheitszelle der künstlichen Übertragungsleitung von 1A.
2A zeigt illustrative Beispiele, welche Amplitudengangschriebe zeigen, die erhalten wurden unter Verwendung einer Simulation einer künstlichen Übertragungsleitung mit verschiedenen Kopplungskoeffizienten zwischen magnetisch gekoppelten Induktivitäten.
2B zeigt illustrative Beispiele, welche Phasengangschriebe umfassen, die erhalten wurden unter Verwendung einer Simulation einer künstlichen Übertragungsleitung mit verschiedenen Kopplungskoeffizienten zwischen magnetisch gekoppelten Induktivitäten.
3A zeigt allgemein ein Beispiel, welches eine weitere Einheitszellentopologie umfasst, welche verwendet werden kann, um eine künstliche Übertragungsleitung bereitzustellen.
3B zeigt allgemein ein Beispiel, welches eine nochmals weitere Einheitszellentopologie umfasst, welche verwendet werden kann, um eine künstliche Übertragungsleitung bereitzustellen, ähnlich der Einheitszelle von 3A, aber mit einem zweiten Kondensator.
4A zeigt allgemein ein Beispiel, welches eine nochmals weitere Einheitszellentopologie umfasst, welche verwendet werden kann, um eine künstliche Übertragungsleitung bereitzustellen.
4B zeigt allgemein ein Beispiel, welches eine nochmals weitere Einheitszellentopologie umfasst, welche verwendet werden kann, um eine künstliche Übertragungsleitung bereitzustellen.
5A zeigt allgemein ein Beispiel, das eine differentielle Induktivität umfasst, wie sie hergestellt werden kann als ein Teil einer monolithische integrierte Schaltung, oder enthalten sein kann als ein Teil eines integrierten Moduls, wie etwa um einen Teil einer Einheitszelle bereitzustellen, welche eine künstliche Übertragungsleitung bildet.
5B zeigt ein illustratives Beispiel eines Layouts von leitenden Schichten, das verwendet werden kann, um eine differentielle Induktivität bereitzustellen.
6 zeigt ein illustratives Beispiel einer Phasenschieberschaltungstopologie, wie sie beispielsweise eine oder mehrere künstliche Übertragungsleitungen beinhalten kann, wie sie in Beziehung mit anderen Beispielen in diesem Dokument gezeigt und beschrieben sind.
7 zeigt allgemein eine Technik, wie etwa ein Verfahren, umfassend Empfangen eines Steuersignals, und in Antwort selektives Koppeln eines elektrischen Signals durch einen ersten elektrischen Pfad oder einen zweiten elektrischen Pfad, wie etwa unter Verwendung einer Phasenschieberschaltungstopologie, wie beispielhaft in 6 gezeigt.

Detaillierte Beschreibung
Übertragungsleitungsstrukturen weisen allgemein assoziierte elektrische Eigenschaften auf, wie etwa eine Zeitverzögerung (beispielsweise Gruppenverzögerung), Phasenverschiebung, charakteristische Impedanz, oder andere Parameter. Wie oben erwähnt kann eine künstliche Übertragungsleitungsstruktur gebildet werden unter Verwendung von konzentrierten oder diskreten Elementen, um ein elektrisches Verhalten bereitzustellen, das ähnlich einer tatsächlichen Übertragungsleitungsstruktur ist. In einer tatsächlichen Übertragungsleitungsstruktur resultieren elektrische Eigenschaften, wie etwa Kapazität pro Einheitslänge, Induktivität pro Einheitslänge, Leitwert und Shunt Widerstand, allgemein aus den verteilten elektrischen Eigenschaften der Leiter und des dielektrischen Materials, welche die Übertragungsleitungsstruktur bilden. Im Gegensatz dazu sind in einer künstlichen Übertragungsleitungsstruktur zumindest einige elektrische Komponenten konzentrierte Komponenten, wie etwa Induktivitäten oder Kondensatoren. Es können verschiedene Topologien verwendet werden, um eine künstliche Übertragungsleitung bereitzustellen. Beispielsweise kann eine linkshändige künstliche Übertragungsleitung hergestellt werden unter Verwendung von in Reihe geschalteten Kondensatoren mit Shunt-geschalteten Induktivitäten. Ähnlich kann eine rechtshändige künstliche Übertragungsleitung hergestellt werden unter Verwendung von in Reihe geschalteten Induktivitäten mit Shunt-geschalteten Kondensatoren. Eine „zusammengesetzte“ rechts- und linkshändige Struktur kann gebildet werden unter Verwendung einer Kombination von in Reihe geschalteten Induktivitäten und Kondensatoren, und Shunt-Netzwerken, welche parallelgeschaltete Induktivitäten und Kondensatoren umfassen.
Wie oben kurz erwähnt haben die Erfinder unter anderem erkannt, dass eine künstliche Übertragungsleitungsstruktur gebildet werden kann unter Verwendung von zwei oder mehr kaskadierten Einheitszellen, wobei die Einheitszellen jeweilige T-Spulen-Abschnitte beinhalten. Eine künstliche Übertragungsleitungsstruktur, welche solche Einheitszellen beinhaltet, kann elektrische Eigenschaften bereitstellen, die ähnlich einer tatsächlichen Übertragungsleitungsstruktur sind, einschließlich dem Erzeugen einer spezifizierten charakteristischen Impedanz (definiert als ein Verhältnis einer Spannungsamplitude geteilt durch eine Stromamplitude eines elektrischen Signals, das sich durch die Leitung ausbreitet), Gruppenverzögerung oder entsprechende Phasenverschiebung, als illustrative Beispiele.
1A zeigt allgemein ein Beispiel, das eine künstliche Übertragungsleitung 100 umfasst, die zwei oder mehr Einheitszellen 110A bis 110N umfasst, wobei die Einheitszellen jeweilige T-Spulen-Abschnitte umfassen. Die T-Spulen können durch eine erste Induktivität, L1 und eine zweite Induktivität L2 definiert sein, die in Reihe geschaltet sind, zusammen mit einem Shunt-Kondensator C, der an einen Knoten zwischen der ersten und der zweiten Induktivität L1 und L2 und einen gemeinsamen Knoten 106 gekoppelt ist. Die in 1 gezeigte künstliche Übertragungsleitung 100 kann eine Variation einer „rechtshändigen“ künstlichen Übertragungsleitungs-Einheitszellentopologie repräsentieren. Die gekoppelten Induktivitäten L1 und L2 können magnetisch verbunden sein, und eine derartige Flussverbindung kann durch einen Koeffizienten der gegenseitigen magnetischen Kopplung „k“ repräsentiert werden, der einen Wert zwischen null und eins aufweist. Ein Wert von null zeigt keine gegenseitige magnetische Kopplung zwischen den Induktivitäten L1 und L2 an, und ein Wert von eins zeigt eine perfekte magnetische Kopplung an. Ein erster Port 102 (beispielsweise ein Eingangsport) kann durch zwei Anschlüsse definiert werden, die einen Knoten 108 und den gemeinsamen Knoten 106 umfassen, und ein zweiter Port 104 (beispielsweise ein Ausgangsport) kann durch einen Knoten 112 und den gemeinsamen Knoten 106 definiert sein. Das Beispiel von 1A zeigt eine unsymmetrische Konfiguration, könnte aber auch als eine symmetrische Konfiguration implementiert werden, wobei zusätzliche Induktivitäten hinzugefügt werden entlang der Linie, welche den gemeinsamen Knoten 106 bezeichnet. Die in diesem Dokument gezeigten Beispiele sind allgemein unsymmetrische Konfigurationen, könnten aber auch als symmetrische Konfigurationen implementiert werden. Zum Teil kann eine Anzahl von kaskadierten Einheitszellen (welche beispielsweise Kopien der Einheitszelle 110A beinhalten) verwendet werden, um eine spezifizierte Phasenverschiebung oder Zeitverzögerung (beispielsweise Gruppenverzögerung) herzustellen.
1B zeigt allgemein eine Ersatzschaltbilddarstellung einer Einheitszelle 110B, welche magnetisch gekoppelte Induktivitäten aufweist, welche eine T-Spulen-Arrangement bilden, entsprechend beispielsweise einer Einheitszelle 100A der künstlichen Übertragungsleitung 100 von 1A. Mit Bezug auf 1B, wenn L1 = L2 = L/2, dann kann eine Übertragungsfunktion repräsentiert werden als der Übertragungsstreuparameter, „S₂₁“, und kann wie folgt dargestellt werden: $S_{21} = \frac{j R_{L} (1 + ω^{2} K L C /2)}{ω^{3} L^{2} C /4 (1 - K^{2}) - ω L (K + 1) + j R_{L} (1 - ω^{2} L C /4)},$
und wenn K=0 kann die Übertragungsfunktion vereinfacht werden, um eine Einheitszelle bereitzustellen, welche einer rechtshändigen künstlichen Übertragungsleitung entspricht, die Induktivitäten aufweist, die nicht gegenseitig magnetisch gekoppelt sind: $S_{21} = \frac{j R_{L}}{ω^{3} L^{2} C /4 - ω L + j R_{L} (1 - ω^{2} L C /4)} .$
In den vorstehenden Ausdrücken kann „ω“ einen Kreisfrequenzwert repräsentieren, „j“ einen imaginären Koeffizienten, der $\sqrt{- 1}$
entspricht, „C“ repräsentiert einen Shunt-Kondensatorwert, und „R_L“ kann einen Lastwiderstandswert repräsentieren.
Wie aus den obigen Gleichungen gezeigt werden kann, kann die Verwendung von gegenseitig magnetisch gekoppelten Induktivitäten eine Bandbreitenerweiterung bereitstellen. Wenn sich „K“ der eins nähert, wird die Bandbreite größer, wie illustrativ in 2A gezeigt, welche illustrative Beispiele zeigt, die Amplitudengangschriebe umfasst, die unter Verwendung einer Simulation einer künstlichen Übertragungsleitung mit verschiedenen Kopplungskoeffizienten zwischen magnetisch gekoppelten Induktivitäten erhalten wurden. Wie in 2A gezeigt, wenn „K“ größer null ist, erweitert sich der -3dB Punkt, wo die Ausgangsamplitude um 3dB verringert ist im Vergleich zur 0dB Referenz-Eingangsamplitude, zu höheren Frequenzen hin, mit einem idealisierten Fall unbegrenzter Bandbreite, wenn K=1. Eine solche Bandbreitenerweiterung illustriert allgemein, dass die Verwendung von gekoppelten Induktivitäten für T-Spulen-Abschnitte in Einheitszellen eine künstliche Übertragungsleitungsstruktur bereitstellen kann, welche zumindest eines von einer größeren nutzbare Bandreite für dieselbe physische Schaltungsgröße, oder einer 1 verringerten Schaltungsgröße im Vergleich zu anderen Ansätzen im Fall einer spezifizierten Bandbreite bereitstellen kann.
2B zeigt illustrative Beispiele, welche Phasengangschriebe umfassen, die erhalten wurden unter Verwendung einer Simulation einer künstlichen Übertragungsleitung mit verschiedenen Kopplungskoeffizienten zwischen magnetisch gekoppelten Induktivitäten. Wie in 2B gezeigt, stellt die Verwendung von gekoppelten Induktivitäten einen sehr nichtlinearen Phasengang bereit (welcher beispielsweise einer rechtshändigen Struktur ohne gegenseitige magnetische Kopplung entspricht, wo K=0). Die vorliegenden Erfinder haben unter anderem erkannt, dass ein Phasengang im Wesentlichen linearisiert werden kann, wenn ein Kopplungskoeffizient, „K“, bei einem Zwischenwert zwischen null und eins festgelegt wird. Wie zum Beispiel in 2B gezeigt, kann ein Wert für den Kopplungskoeffizienten, „K“, zwischen etwa 0,5 und etwa 0,7 festgelegt werden, wie beispielsweise bei etwa 0,6. Auf diese Weise kann eine Zeitverzögerung (beispielsweise eine Gruppenverzögerung) durch die künstliche Übertragungsleitung über einen spezifizierten Bereich von Betriebsfrequenzen konstant gemacht werden (beispielsweise indem die Dispersion eines Signals, welches sich durch die künstliche Übertragungsleitungsstruktur ausbreitet, reduziert wird). Andere Variationen der Einheitszellentopologie 110A von 1A können verwendet werden.
3A zeigt beispielsweise allgemein ein Beispiel, welches eine andere Topologie einer Einheitszelle 310A verwendet, welche verwendet werden kann, um eine künstliche Übertragungsleitung bereitzustellen. Wie in dem Beispiel von 1A kann in 3A ein T-Spulen-Abschnitt hergestellt werden, der zwei Induktivitäten L1 und L2 und einen Kondensator C aufweist. In dem Beispiel der Einheitszelle 310A von 3A kann eine dritte Induktivität, L3, zwischen den Kondensator C und einen Knoten zwischen den Induktivitäten L1 und L2 gekoppelt werden. Ein Wert von L3 kann so festgelegt werden, zumindest teilweise einen Ausdruck einer äquivalenten negativen Induktivität aufzuheben (zum Beispiel -K(L/2), wie in 1B gezeigt), der assoziiert ist mit einer gegenseitigen Induktivität, die durch das magnetische Koppeln der Induktivitäten L1 und L2 gebildet wird. Zusätzlich, oder stattdessen, kann auch ein Wert von L3 verwendet werden, um einen Phasengang anzupassen, um dabei zu helfen, einen solchen Phasengang zu linearisieren, um beispielsweise eine konstante Zeitverzögerung (beispielsweise Gruppenlaufzeit) bereitzustellen. Die dritte Induktivität L3 kann so angeordnet sein, die gegenseitige magnetische Kopplung mit der ersten Induktivität L1 und der zweiten Induktivität L2 zu unterdrücken oder zu verhindern (beispielsweise indem L3 räumlich von L1 oder L2 versetzt wird, oder indem L3 hergestellt wird durch eine parasitäre Induktivität, welche eine Schleife definiert, die im Wesentlichen senkrecht zu den induktiven Schleifen ist, welche L1 oder L2 definieren).
3B zeigt allgemein ein Beispiel, das eine nochmals weitere Topologie einer Einheitszelle 310B umfasst, die verwendet werden kann, um eine künstliche Übertragungsleitung bereitzustellen, ähnlich zu der Einheitszelle 310A von 3A, aber mit einem zweiten Kondensator, CC, der die erste und die zweite Induktivität L1 und L2 überbrückt. Das Hinzufügen des Kondensators CC stellt einen weiteren Freiheitsgrad bereit, um es zu ermöglichen, eine oder mehrere Eigenschaften einer künstlichen Übertragungsleitung, die zwei oder mehr Einheitszellen 310B umfasst, zu kontrollieren.
4A zeigt allgemein ein Beispiel, welches eine nochmals weitere Topologie einer Einheitszelle 410A umfasst, die verwendet werden kann, um eine künstliche Übertragungsleitung bereitzustellen. In dem Beispiel von 4A können die erste und die zweite Induktivität L1 und L2 in Reihe geschaltet sein, wobei ein erster Kondensator C1 an den Knoten zwischen den Induktivitäten L1 und L2 verbunden ist. Wie in den oben erwähnten Beispielen können L1 und L2 gegenseitig magnetisch gekoppelt sein, wie etwa als magnetischen Kopplungskoeffizienten, „K“, aufweisend, wie in anderen Beispielen. Eine dritte Induktivität L3 kann in Reihe mit der Induktivität L2 geschaltet sein. Die dritte Induktivität braucht keine diskrete Induktivität sein. Wenn die Induktivitäten L1 und L2 beispielsweise in einer integrierten Schaltung kointegriert sind, kann die Induktivität L3 ein spezifizierter parasitärer Induktivitätsbeitrag sein, der leitenden Kopplungen zwischen einer benachbarten Einheitszelle und der Einheitszelle 410A entspricht. Ein zweiter Kondensator C2 kann an die dritte Induktivität L3 gekoppelt sein, wie etwa an dem von L2 fernen Knoten, wie in der Einheitszelle 410A gezeigt. Auf diese Weise kann eine Kombination der dritten Induktivität und einer vierten Induktivität (welche beispielsweise die erste Induktivität in der nächsten kaskadierten Einheitszelle repräsentiert) als ein weiterer T-Spulen-Abschnitt betrachtet werden, in welchem die Induktivitäten, welche die T-Spulen bilden, nicht gegenseitig magnetisch gekoppelt sind, wobei der zweite Kondensator C2 an einen Knoten zwischen der dritten und der vierten Induktivität und einen gemeinsamen Knoten verbunden ist.
4B zeigt allgemein ein Beispiel, welches eine nochmals weitere Topologie einer Einheitszelle 410B umfasst, die verwendet werden kann, um eine künstliche Übertragungsleitung bereitzustellen, ähnlich zu der Einheitszelle 410A, wobei jedoch der zweite Kondensator C2 an einen Knoten zwischen den Induktivitäten L2 und L3 gekoppelt ist.
In den illustrativen Beispielen der 4A und 4B ist die dritte Induktivität L3 weder mit der Induktivität L1 noch der Induktivität L2 gegenseitig magnetisch gekoppelt. In 4A und 4B stellen die Einheitszellen 410A und 410B verschiedene Komponentenwerte bereit, die spezifiziert werden können, um gewünschte elektrische Eigenschaften bereitzustellen. Wenn beispielsweise eine integrierte differentielle Induktivitätstopologie verwendet wird (wie sie beispielsweise in den illustrativen und nicht beschränkenden Beispielen von 5A und 5B gezeigt und beschrieben sind), kann ein Koeffizient, „K“, in einem Bereich von etwa 0,7 bis etwa 0,8 sein. Ein niedrigerer Kopplungskoeffizient, „K“, wie etwa 0,55, mag wünschenswert sein, um eine verbesserte Phasenlinearität bereitzustellen. Um einen Unterschied zwischen einem tatsächlichen K Wert, der von einem integrierten Schaltungsprozess bereitgestellt wird, gegenüber einem gewünschten Wert zu kompensieren können andere Komponentenwerte angepasst werden. Beispielsweise können die Werte von einem oder von mehreren von L3, C1, C2, L1 und L2 parametrisch variiert werden, um die Leistungsfähigkeit über eine oder mehrere elektrische Eigenschaften über eine spezifizierte Betriebsbandbreite zu verbessern, wie etwa Einfügungsdämpfung, Rückflussdämpfung (z.B. Impedanzanpassungsleistungsfähigkeit) oder Phasenlinearität als illustrative Beispiele.
5A zeigt allgemein ein Beispiel 500A, welches eine differentielle Induktivität 515 umfasst, wie sie beispielsweise gefertigt werden kann als ein Teil einer monolithischen integrierten Schaltung, oder enthalten als ein Teil eines integrierten Moduls, wie etwa um einen Teil einer Einheitszelle bereitzustellen, welche eine künstliche Übertragungsleitung bildet. Ein T-Spulen-Abschnitt, wie beispielsweise mit Bezug auf andere Beispiele hierin erwähnt, kann zwei gegenseitig magnetisch gekoppelte Induktivitäten aufweisen. Derartige Induktivitäten können gebildet werden unter Verwendung einer differentiellen Induktivität 515, wie sie beispielsweise einen Abgriff 520 aufweist, um einen Kondensator (oder ein anderes Element) an einen Knoten zwischen die zwei induktiven Teile der differentiellen Induktivität 515 anzuschließen. Auf diese Weise kann das Beispiel 500A eine Einheitszelle (oder einen Teil einer Einheitszelle) einer künstlichen Übertragungsleitung bereitstellen, wie beispielsweise einen Eingangsport mit zwei Anschlüssen aufweisend, umfassend die Knoten 508 und 506, und einen Ausgangsport, welcher einen Knoten 512 und den Knoten 506 umfasst. Der Ausgang 512 kann an eine weitere Einheitszelle gekoppelt sein, oder eine Reihe von kaskadierten Einheitszellen, wie beispielsweise um einen gewünschten Zeitverzögerungswert oder eine gewünschte Phasenverschiebung bereitzustellen, als ein illustratives Beispiel.
5B zeigt ein illustratives Beispiel 500B eines Layouts von leitenden Schichten, das verwendet werden kann, um eine differentielle Induktivität 515 bereitzustellen. In dem Beispiel 500B kann eine erste leitende Schicht (beispielsweise eine Metallisierungsschicht) einer integrierten Schaltung, welche Teile von zwei oder mehr konzentrischen Wicklungen definieren kann. Eine zweite leitende Schicht 525 kann verwendet werden, um die Teile der zwei oder mehr konzentrischen Wicklungen leitend zu verbinden, wie etwa mittels jeweiliger Durchgangslochstrukturen. Ein Abgriff 520 kann bereitgestellt werden, wie etwa ein Mittenabgriff (um beispielsweise zwei magnetisch gekoppelte Induktivitäten mit gleichen Werten zu definieren), ein Kondensator, C, kann zwischen den Abgriff 520 und einen gemeinsamen Knoten 506 verbunden sein.
Wie mit Bezug auf andere Beispiele hierin erwähnt, können die in diesem Dokument beschriebenen künstlichen Übertragungsleitungsstrukturen für eine Vielfalt an Anwendungen verwendet werden. 6 zeigt beispielsweise ein illustratives Beispiel einer Topologie einer Phasenschieberschaltung 660, wie sie beispielsweise eine oder mehrere künstliche Übertragungsleitungen beinhalten kann, wie sie mit Bezug auf andere Beispiele in diesem Dokument gezeigt und beschrieben sind. In 6 kann ein Eingangssignal 602 an einen Eingangsport gekoppelt sein, der einen ersten einpoligen Umschalter 640A aufweist, zum Auswählen, ob das Eingangssignal 602 durch einen ersten Pfad 650A, der eine erste spezifizierte Zeitverzögerung (beispielsweise Gruppenlaufzeit) oder eine entsprechende Phasenverschiebung definiert, oder durch einen zweiten Pfad 650B, der eine zweite, andere spezifizierte Zeitverzögerung oder entsprechende Phasenverschiebung definiert, geleitet werden soll. Ein zweiter einpoliger Umschalter 640B kann eine verzögerte Repräsentation des Eingangssignals 602 erhalten, wie etwa das verzögerte Signal zu einem Ausgangsport zu leiten, um ein Ausgangssignal 604 bereitzustellen. Die Zustände des ersten und des zweiten Umschalters 640A und 640B können mit Hilfe einer Steuerschaltung 670 gesteuert werden. Die Umschalter können beispielsweise Halbleiterschaltstrukturen (beispielsweise Feldeffekttransistoren oder andere Halbleiterschaltvorrichtungen) oder mechanische Schalter (zum Beispiel MEMS Relaisvorrichtungen) beinhalten, und die Steuerschaltung 670 kann ein Steuersignal empfangen und ein geeignetes Treibersignal generieren (beispielsweise ein Gate Treibersignal oder ein andres Signal), um den ersten oder den zweiten Schalter 640A oder 640B zu betätigen. Einer oder mehrere von dem ersten oder dem zweiten Pfad 650A oder 650B kann bzw. können eine künstliche Übertragungsleitung 600 beinhalten, wie sie beispielsweise in Bezug auf andere Beispiele hierin gezeigt und beschrieben ist. Die künstliche Übertragungsleitung 600 kann zum Beispiel zwei oder mehr kaskadierte Einheitszellen beinhalten, welche jeweilige T-Spulen-Abschnitte, die gegenseitig magnetisch gekoppelte Induktivitäten enthalten, umfassen.
7 zeigt allgemein eine Technik, wie etwa ein Verfahren, umfassend Empfangen eines Steuersignals bei 705, und, in Antwort, bei 710, selektives Koppeln eines elektrischen Signals durch einen ersten elektrische Pfad oder einen zweiten elektrischen Pfad, wie er etwa eine Phasenschieberschaltungstopologie wie beispielhaft in 6 gezeigt verwendet.
Jeder der nicht beschränkenden Aspekte in diesem Dokument kann für sich allein stehen oder in verschiedenen Permutationen oder Kombinationen mit einem oder mehreren der anderen in diesem Dokument beschriebenen Aspekte oder Themen kombiniert werden.
Die obige detaillierte Beschreibung enthält Verweise auf die beigefügten Zeichnungen, die einen Teil der detaillierten Beschreibung bilden. Die Zeichnungen zeigen zur Veranschaulichung bestimmte Ausführungsformen, in denen die Erfindung verwirklicht werden kann. Diese Ausführungsformen werden auch allgemein als „Beispiele“ bezeichnet. Solche Beispiele können zusätzlich zu den gezeigten oder beschriebenen Elementen weitere Elemente enthalten. Die vorliegenden Erfinder erwägen jedoch auch Beispiele, in denen nur die gezeigten oder beschriebenen Elemente enthalten sind. Darüber hinaus erwägen die anwesenden Erfinder auch Beispiele, die eine Kombination oder Permutation der gezeigten oder beschriebenen Elemente (oder eines oder mehrerer Aspekte davon) verwenden, entweder in Bezug auf ein bestimmtes Beispiel (oder einen oder mehrere Aspekte davon) oder in Bezug auf andere Beispiele (oder einen oder mehrere Aspekte davon), die hier gezeigt oder beschrieben werden.
Im Falle einer inkonsistenten Verwendung zwischen diesem Dokument und anderen Dokumenten, die auf diese Weise durch Verweis einbezogen wurden, gilt die Verwendung in diesem Dokument.
In diesem Dokument werden die Begriffe „ein“ oder „eine“ verwendet, wie es in Patentdokumenten üblich ist, um ein oder mehr als eins einzuschließen, unabhängig von allen anderen Instanzen oder Verwendungen von „mindestens einem“ oder „einem oder mehreren“. In diesem Dokument wird der Begriff „oder“ verwendet, um sich auf ein nicht exklusives oder zu beziehen, so dass „A oder B“ „A aber nicht B“, „B aber nicht A“ und „A und B“ umfasst, sofern nicht anders angegeben. In diesem Dokument werden die Begriffe „beinhaltend“ und „ in dem“ als die einfach-englischen Entsprechungen der jeweiligen Begriffe „umfassend“ und „worin“ verwendet. Auch in den folgenden Ansprüchen sind die Begriffe „beinhaltend“ und „umfassend“ offene Begriffe, d.h. ein System, eine Vorrichtung, ein Artikel, eine Zusammensetzung, eine Formulierung oder ein Verfahren, das Elemente zusätzlich zu denjenigen enthält, die nach einem solchen Begriff in einem Anspruch aufgeführt sind, gelten weiterhin als in den Anwendungsbereich dieses Anspruchs fallend. Darüber hinaus werden in den folgenden Ansprüchen die Begriffe „erstens“, „zweitens“ und „drittens“ usw. lediglich als Bezeichnungen verwendet und sollen keine numerischen Anforderungen an ihre Objekte stellen.
Die hier beschriebenen Verfahrensbeispiele können zumindest teilweise maschinen- oder computerimplementiert sein. Einige Beispiele können ein computerlesbares Medium oder ein maschinenlesbares Medium umfassen, das mit Befehlen kodiert ist, mit denen ein elektronisches Gerät so konfiguriert werden kann, dass es die in den obigen Beispielen beschriebenen Verfahren ausführt. Eine Implementierung solcher Verfahren kann einen Code enthalten, wie z.B. Mikrocode, Assemblersprachencode, einen Code einer höheren Sprache oder ähnliches. Ein solcher Code kann computerlesbare Anweisungen zur Durchführung verschiedener Verfahren enthalten. Der Code kann Teile von Computerprogrammprodukten bilden. Ferner kann der Code in einem Beispiel auf einem oder mehreren flüchtigen, nicht vorübergehenden oder nicht flüchtigen, greifbaren, computerlesbaren Datenträgern greifbar gespeichert werden, z.B. während der Ausführung oder zu anderen Zeiten. Beispiele für diese greifbaren computerlesbaren Medien sind unter anderem Festplatten, austauschbare Magnetplatten, austauschbare optische Platten (z.B. Compact Disks und digitale Videodisks), Magnetkassetten, Speicherkarten oder Sticks, Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAMs), Nur-Lese-Speicher (ROMs) und dergleichen.
Die obige Beschreibung soll illustrativ und nicht beschränkend sein. Beispielsweise können die oben beschriebenen Beispiele (oder ein oder mehrere Aspekte davon) in Kombination miteinander verwendet werden. Es können auch andere Ausführungsformen verwendet werden, z.B. durch eine gewöhnliche Kunstfertigkeit nach Durchsicht der obigen Beschreibung. Die Zusammenfassung wird zur Verfügung gestellt, um es dem Leser zu ermöglichen, sich schnell über die Art der technischen Offenbarung zu informieren. Sie wird mit der Maßgabe eingereicht, dass sie nicht zur Auslegung oder Einschränkung des Umfangs oder der Bedeutung der Ansprüche verwendet wird. Außerdem können in der obigen ausführlichen Beschreibung verschiedene Merkmale gruppiert werden, um die Offenlegung zu rationalisieren. Dies sollte nicht dahingehend interpretiert werden, dass ein nicht beanspruchtes offenbartes Merkmal für jeden Anspruch wesentlich ist. Vielmehr kann der erfinderische Gegenstand in weniger als allen Merkmalen einer bestimmten offenbarten Ausführungsform liegen. Daher werden hiermit die folgenden Ansprüche als Beispiele oder Ausführungsformen in die Ausführliche Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch für sich allein als eine separate Ausführungsform steht, und es wird erwogen, dass solche Ausführungsformen in verschiedenen Kombinationen oder Permutationen miteinander kombiniert werden können. Der Umfang der Erfindung sollte unter Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche bestimmt werden, zusammen mit dem vollen Umfang der Äquivalente, auf die diese Ansprüche Anspruch haben.

Claims

Elektronische Schaltung, welche eine künstliche Übertragungsleitungsstruktur definiert, umfassend zumindest zwei Einheitszellen, wobei eine jeweilige Einheitszelle unter den zumindest zwei Einheitszellen umfasst: einen ersten T-Spulen-Abschnitt, der definiert ist durch eine erste Induktivität, die gegenseitig magnetisch gekoppelt und leitend in Reihe geschaltet ist mit einer zweiten Induktivität, und einen ersten Shunt-Kondensator, der an einen Knoten zwischen der ersten Induktivität und der zweiten Induktivität gekoppelt ist; und eine dritte Induktivität, die leitend mit der zweiten Induktivität gekoppelt ist; wobei die dritte Induktivität so angeordnet ist, eine gegenseitige magnetische Kopplung mit der ersten Induktivität und der zweiten Induktivität zu unterdrücken oder zu verhindern.
Elektronische Schaltung nach Anspruch 1, wobei die dritte Induktivität leitend in Reihe mit dem ersten Shunt-Kondensator gekoppelt ist.
Elektronische Schaltung nach Anspruch 2, umfassend einen zweiten Kondensator, der so verbunden ist, die erste und die zweite Induktivität zu umgehen, wobei der zweite Kondensator zwischen einem Eingangsknoten des ersten T-Spulen-Abschnitts und einem Ausgangsknoten des ersten T-Spulen-Abschnitts verbunden ist.
Elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei Werte der ersten, der zweiten und der dritten Induktivität so spezifiziert sind, einen im Wesentlichen linearen Phasengang in einem spezifizierten Frequenzbereich bereitzustellen.
Elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Kopplungskoeffizient, der der gegenseitigen magnetischen Kopplung zwischen der ersten Induktivität und der zweiten Induktivität entspricht, auf einen Zwischenwert zwischen null und eins festgelegt ist, um einen im Wesentlichen linearen Phasengang bereitzustellen.
Elektronische Schaltung nach Anspruch 5, wobei der Zwischenwert zwischen etwa 0,5 und etwa 0,7 liegt.
Elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste und die zweite Induktivität denselben Selbstinduktionswert aufweisen.
Elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die dritte Induktivität in Reihe mit der zweiten Induktivität gekoppelt ist.
Elektronische Schaltung nach Anspruch 8, umfassend einen zweiten T-Spulen-Abschnitt, der definiert ist durch die dritte Induktivität und eine vierte Induktivität, wobei der zweite T-Spulen-Abschnitt einen zweiten Shunt-Kondensator umfasst, der an einen Knoten zwischen der dritten Induktivität und der vierten Induktivität gekoppelt ist.
Elektronische Schaltung nach Anspruch 9, wobei die dritte Induktivität und die vierte Induktivität so angeordnet sind, die gegenseitige magnetische Kopplung zwischen diesen zu unterdrücken oder zu verhindern.
Elektronische Schaltung nach Anspruch 8, umfassend einen zweiten Shunt-Kondensator, der an einen Knoten zwischen der zweiten Induktivität und der dritten Induktivität gekoppelt ist.
Elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die erste und die zweite Induktivität durch eine symmetrische differentielle Induktivität definiert sind.
Elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die erste und die zweite Induktivität denselben Selbstinduktionswert aufweisen.
Elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, umfassend eine Phasenschieberschaltung, welche zumindest zwei auswählbare elektrische Pfade beinhaltet, welche einen Eingangsport mit einem Ausgangsport verbinden, wobei einer der zumindest zwei auswählbaren elektrischen Pfade die künstliche Übertragungsleitungsstruktur beinhaltet.
Elektronische Schaltung, welche eine integrierte Phasenschieberschaltung definiert, wobei die elektronische Schaltung umfasst: einen ersten elektrische Pfad, um eine erste spezifizierte Phasenverschiebung bereitzugstellen, wobei der erste elektrische Pfad eine künstliche Übertragungsleitungsstruktur umfasst, welche zumindest zwei Einheitszellen umfasst, wobei eine jeweilige Einheitszelle unter den zumindest zwei Einheitszellen umfasst: einen ersten T-Spulen-Abschnitt, der definiert ist durch eine erste Induktivität, die gegenseitig magnetisch gekoppelt ist und leitend in Reihe geschaltet ist mit einer zweiten Induktivität, und einen ersten Shunt-Kondensator, der an einen Knoten zwischen der ersten Induktivität und der zweiten Induktivität gekoppelt ist; und eine dritte Induktivität, die leitend mit der zweiten Induktivität gekoppelt ist; wobei die dritte Induktivität so angeordnet ist, die gegenseitige magnetische Kopplung mit der ersten Induktivität und der zweiten Induktivität zu unterdrücken oder zu verhindern; und einen zweiten elektrischen Pfad, um eine zweite spezifizierte Phasenverschiebung bereitzustellen, welche sich von der ersten spezifizierten Phasenverschiebung unterscheidet; zumindest einen ersten Schalter, um in Antwort auf ein Steuersignal selektiv ein Eingangssignal durch den ersten elektrischen Pfad oder den zweiten elektrischen Pfad zu koppeln.
Elektronische Schaltung nach Anspruch 15, wobei Werte der ersten, der zweiten und der dritten Induktivität so spezifiziert sind, einen im Wesentlichen linearen Phasengang in einem spezifizierten Frequenzbereich bereitzustellen.
Elektronische Schaltung nach Anspruch 15 oder 16, wobei ein Kopplungskoeffizient, der der gegenseitigen magnetischen Kopplung zwischen der ersten Induktivität und der zweiten Induktivität entspricht, auf einen Zwischenwert zwischen etwa 0,5 und etwa 0,7 festgelegt ist.