DE202022100019U1

DE202022100019U1 - Phasenschieber-180 Grad-Topologie

Info

Publication number: DE202022100019U1
Application number: DE202022100019.0U
Authority: DE
Original assignee: Analog Devices Inc
Current assignee: Analog Devices Inc
Priority date: 2021-01-15
Filing date: 2022-01-03
Publication date: 2022-04-09
Anticipated expiration: 2032-01-04
Also published as: CN216794962U; US11824245B2; US20220231391A1

Abstract

Phasenschieberschaltungsanordnung, die Folgendes aufweist:
einen ersten Knoten;
einen zweiten Knoten;
einen ersten Signalpfad, der zwischen den ersten Knoten und den zweiten Knoten gekoppelt ist, wobei der erste Signalpfad einen positiv gekoppelten Transformator aufweist;
einen zweiten Signalpfad zwischen dem ersten Knoten und dem zweiten Knoten, wobei der zweite Signalpfad einen negativ gekoppelten Transformator aufweist; und
mehrere Schalter, um den ersten Signalpfad oder den zweiten Signalpfad zu wählen.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität und den Vorteil der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 63/138,054 mit dem Titel „PHASE SHIFTER-180 DEGREE TOPOLOGY“, eingereicht am 15. Januar 2021, und der US-Patentanmeldung Nr. Nr. 17/551,367 mit dem Titel „PHASE SHIFTER-180 DEGREE TOPOLOGY“, eingereicht am 15. Dezember 2021, die hier durch Bezugnahme für alle anwendbaren Zwecke vollständig mit aufgenommen sind, als wären sie unten dargelegt.
TECHNISCHES GEBIET DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf integrierte Schaltungen und insbesondere auf Phasenschieber (z. B. in phasengesteuerten Anordnungssystemen).
HINTERGRUND
Phasenschieber und echte Zeitverzögerungskomponenten (TTD-Komponenten) werden üblicherweise in Hochfrequenzsystemen, insbesondere in Millimeterwellenbändem für Signalanpassungen verwendet. Obwohl eine Phasenverzögerung oder eine Zeitverzögerung eines Signals im Wesentlichen dasselbe sind, sind Phasenschieber und TTD-Verzögerungsleitungen mit verschiedenen Zielen ausgelegt. Zum Beispiel können Phasenschieber Signalanpassungen hinsichtlich der Frequenz über einen vorgesehenen Frequenzbereich bereitstellen, während TTD-Verzögerungsleitungen Signalanpassungen hinsichtlich der Zeit über einen vorgesehenen Frequenzbereich bereitstellen können. In einigen Beispielen können Phasenschieber zum Anpassen von Signalen mit einer schmaleren Bandbreite besser geeignet sein, während TTD-Verzögerungsleitungen zum Anpassen von Signalen mit einer breiteren Bandbreite besser geeignet sein können.
Einige Beispielsysteme und/oder -einrichtungen, die Phasenschieber verwenden, können Drahtloskommunikationssysteme wie z. B. Langzeitentwicklung (LTE) und 5. Generation (5G) aufweisen, die Signale in Form elektromagnetischer Wellen im Hochfrequenzbereich (RF-Bereich) von etwa 3 kiloHertz (kHz) bis 300 gigaHertz (GHz) senden und empfangen. Zum Beispiel kann ein Drahtloskommunikationssystem ein Antennensystem mit phasengesteuerter Anordnung (das auch als eine elektrisch lenkbare Anordnung (ESA) bezeichnet werden kann) zum drahtlosen Senden und Empfangen verwenden. Ein Antennensystem mit phasengesteuerter Anordnung kann eine Anordnung von Antennenelementen (z. B. etwa 64, 128, 256, 1024 oder mehr) aufweisen. Das einzelne Antennenelement kann Signale derselben Frequenz jedoch mit einer bestimmten Phasenverschiebung zwischen jedem Antennenelement in der Anordnung senden. Die Phasenverschiebungen können berechnet werden, um konstruktive Interferenz in der gewünschten räumlichen Richtung bereitzustellen, während in weiteren Richtungen destruktive Interferenz auftreten kann. Auf diese Weise können die kombinierten von den Antennenelementen gesendeten Signale eine bessere Verstärkung, Richtwirkung und Leistungsfähigkeit in der gewünschten räumlichen Richtung schaffen. Anders ausgedrückt werden die Phasen der Antennenelemente gesteuert, um die elektromagnetische Welle zu zwingen, sich bei einem bestimmten Winkel zur Anordnung aufzuaddieren. Zu diesem Zweck kann das phasengesteuerte Antennenanordnungssystem Phasenschieber verwenden, um durch die Antennenelemente zu sendende Signale in der Phase zu verschieben. Der Prozess des Anpassens von Phasen von zu sendenden Signalen durch die Antennenelemente in der Anordnung kann als Strahlformung bezeichnet werden. Die Phasenverschiebungen können im Bereich von 0 Grad bis 360 Grad variieren. Eine Phasenverschiebung von 180 Grad (wobei ein Phasenschieber zwei Ausgangsphasenzustände mit einer Phasendifferenz von 180 Grad bereitstellt) kann unter den verschiedenen Phasenverschiebungen die z. B. bezüglich Einfügungsdämpfung, Betriebsbandbreite und/oder Phasenebenheit über die Betriebsbandbreite am schwierigsten zu Entwerfende sein. Entsprechend können Technikverbesserungen zum Schaffen von 180 Grad-Phasenschiebern wünschenswert sein.
Figurenliste
Um ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Offenbarung und ihrer Merkmale und Vorteile zu schaffen, wird auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Figuren Bezug genommen, wobei ähnliche Bezugszeichen ähnliche Teile repräsentieren; es zeigen:

1 ein schematisches Diagramm, das eine beispielhafte geschaltete filterbasierte Phasenschieberschaltungsanordnung veranschaulicht;
2A ein schematisches Diagramm, das eine beispielhafte geschaltete transformatorbasierte Phasenschieberschaltungsanordnung veranschaulicht, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
2B ein schematisches Diagramm, das eine genauere Ansicht der geschalteten transformatorbasierten Phasenschieberschaltungsanordnung von 2A veranschaulicht, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
3A ein schematisches Diagramm, das eine beispielhafte geschaltete transformatorbasierte Phasenschieberschaltungsanordnung veranschaulicht, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
3B ein schematisches Diagramm, das eine beispielhafte Schalterschaltungsanordnung veranschaulicht, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
4 ein schematisches Diagramm, das eine beispielhafte geschaltete transformatorbasierte Phasenschieberschaltungsanordnung veranschaulicht, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
5 ein schematisches Diagramm, das eine beispielhafte geschaltete transformatorbasierte Phasenschieberschaltungsanordnung veranschaulicht, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
6 ein schematisches Diagramm, das eine beispielhafte geschaltete transformatorbasierte Phasenschieberschaltungsanordnung veranschaulicht, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
7 ein schematisches Diagramm, das eine beispielhafte geschaltete transformatorbasierte Phasenschieberschaltungsanordnung veranschaulicht, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
8 ein schematisches Diagramm, das eine beispielhafte geschaltete transformatorbasierte Phasenschieberschaltungsanordnung veranschaulicht, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
9 ein schematisches Diagramm, das einen beispielhaften Mehrbitphasenschieber veranschaulicht, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
10 ein Blockdiagramm, das ein beispielhaftes phasengesteuertes Anordnungssystem veranschaulicht, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung; und
11 ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Durchführen eines Phasenverschiebens veranschaulicht, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.

BESCHREIBUNG VON BEISPIELAUSFÜHRUNGSFORMEN DER OFFENBARUNG
Übersicht
Die Systeme, Verfahren und Einrichtungen dieser Offenbarung weisen jeweils mehrere innovative Ausführungsformen auf, wovon keine einzelne für alle wünschenswerten Eigenschaften, die hier offenbart sind, ausschließlich verantwortlich ist. Details einer oder mehrerer Implementierungen des Gegenstands, der in dieser Spezifikation beschrieben ist, sind in der Beschreibung unten und den begleitenden Zeichnungen dargelegt.
Ein Phasenschieber ist ein Zweitor, das ein Eingangssignal aufnimmt und eine phasenverschobene Version des Eingangssignals ausgibt. Wie oben diskutiert wird, können Phasenschieber in verschiedenen Systemen wie z. B. Antennensystemen mit phasengesteuerter Anordnung und/oder integrierten Strahlformungsschaltungseinrichtungen verwendet werden. Die Leistungsfähigkeit eines Phasenschiebers kann durch seine Einfügungsdämpfung (oder Verstärkung) und/oder Amplituden in allen Phasenzuständen, Flachheit seiner Phasenantwort über der Frequenz, wechselseitige Netzwerkleistungsfähigkeit, Arbeitsbandbreite, Belastbarkeit und/oder Größe (z. B. Siliziumchipfläche) gekennzeichnet sein. Im Allgemeinen kann es wünschenswert sein, dass ein Phasenschieber eine geringere Einfügungsdämpfung besitzt, über eine größere Bandbreite mit einer flachen Phasenverschiebung (einer konstanten Phase) über der großen Bandbreite arbeitet und eine kleinere Chipgröße besitzt.
Wie oben diskutiert wird, kann ein 180 Grad-Phasenschieber unter Phasenschiebern verschiedener Phasenverschiebungen am schwierigsten zu entwerfen sein. Ein 180 Grad-Phasenschieber ist ein Zweitor, das zwei Ausgangsphasenzustände mit einer Differenz von 180 Grad liefert. Ein Lösungsversuch zum Implementieren von 180 Grad-Phasenschiebern ist, eine geschaltete Filtertopologie zu verwenden. Zum Beispiel kann ein 180 Grad-Phasenschieber zwischen Hoch- und Tiefpassfilternetzwerken (z. B. mit einer Kombination einer oder mehrerer Induktivitäten und eines oder mehrerer Kondensatoren), deren Einfügungsdämpfung bei der Betriebsmittenfrequenz abgeglichen sind, umschalten. Ein Nachteil eines derartigen Lösungsversuchs ist, dass die Hoch- und Tiefpassfilternetzwerke um die Betriebsmittenfrequenz ausgelegt sind, wodurch die Betriebsfrequenzbandbreite eingeschränkt sein kann.
Es kann eine Herausforderung sein, einen 180 Grad-Phasenschieber mit einer flachen Phase (z. B. einer konstanten Phase) über eine große Bandbreite bereitzustellen, während eine niedrige Einfügungsdämpfung unter Verwendung der geschalteten Filtertechnik aufrechterhalten wird. Zum Beispiel wird bei Verwendung der geschalteten Filtertechnik die Einfügungsdämpfung häufig kompromittiert, um eine flache Phase über die Bandbreite von Interesse bereitzustellen. Als Beispiel kann, um die Phasenebenheit auszugleichen, damit ein geschalteter filterbasierter 180 Grad-Phasenschieber in einem Ku-Band (z. B. in einem Bereich von 12 bis 18 Gigahertz (GHz)) oder einem Ka-Band (z. B. in einem Bereich von 26,5 bis 40 GHz) arbeitet, die Einfügungsdämpfung größer als etwa 1,5 Dezibel (dB) sein. In einem Antennensystem mit phasengesteuerter Anordnung kann eine große Einfügungsdämpfung unerwünscht sein, weil mehr Leistung aufgenommen wird, um dieselbe Ausgangsleistung bereitzustellen. Während zusätzliche Schaltungskomponenten (z. B. Induktivitäten) zu einer geschalteten Filtertopologie hinzugefügt werden können, um die Phasenebenheit mit einem kleineren Kompromiss bezüglich der Einfügungsdämpfung zu verbessern, können die hinzugefügten Komponenten die Chipgröße erhöhen und müssen somit nicht wünschenswert sein.
Die vorliegende Offenbarung beschreibt Mechanismen zum Schaffen eines 180 Grad-Phasenschiebers in einer Weise, die die Einfügungsdämpfung, die Phasenebenheit und die Größenfragen, die oben diskutiert werden, adressieren kann. Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung schafft einen 180 Grad-Phasenschieber unter Verwendung einer Topologie, die zwischen zwei Transformatorpfaden, einem mit positiver Kopplung und dem weiteren mit negativer Kopplung umschalten kann. Zum Beispiel kann eine Phasenschieberschaltungsanordnung zwei Signalpfade zwischen einem ersten Knoten und einem zweiten Knoten aufweisen, wobei ein erster Pfad einen positiv gekoppelten Transformator aufweisen kann und ein zweiter Signalpfad einen negativ gekoppelten Transformator aufweisen kann. Für den positiv gekoppelten Transformator sind die Spannung über der Primärspule und die Spannung über der Sekundärspule in Phase (was eine Phasenverschiebung von 0 Grad schafft). Andererseits sind für den negativ gekoppelten Transformator die Spannung über der Primärspule und die Spannung über der Sekundärspule nicht in Phase (was eine Phasenverschiebung von 180 Grad schafft). Anders ausgedrückt kann die Primärspule des positiv gekoppelten Transformators eine Leitungsführungsstruktur in derselben Richtung wie die Leitungsführungsstruktur der Sekundärspule des positiv gekoppelten Transformators besitzen, während die Primärspule des negativ gekoppelten Transformators eine Leitungsführungsstruktur in einer der Leitungsführungsstruktur der Sekundärspule des negativ gekoppelten Transformators entgegengesetzten Richtung besitzen kann. Die Phasenschieberschaltungsanordnung kann ferner mehrere Schalter (die z. B. unter Verwendung von Feldeffekttransistoren (FETs) implementiert sind) aufweisen, um den ersten Signalpfad oder den zweiten Signalpfad zu wählen. Der erste Signalpfad (mit der positiven Kopplung) und der zweite Signalpfad (mit der negativen Kopplung) können am zweiten Knoten nicht miteinander in Phase sein. Anders ausgedrückt kann die Phasenschieberschaltungsanordnung einen ersten Ausgangsphasenzustand bereitstellen, wenn der erste Signalpfad gewählt wird, und einen zweiten Ausgangsphasenzustand bereitstellen, wenn der zweite Signalpfad gewählt wird, wobei der erste Ausgangsphasenzustand und der zweite Ausgangsphasenzustand eine relative Phasendifferenz von etwa 180 Grad aufweisen.
Um eine Auswahl zwischen dem ersten Signalpfad und dem zweiten Signalpfad bereitzustellen, kann ein erster Schalter der mehreren Schalter zwischen den ersten Knoten und den positiv gekoppelten Transformator gekoppelt werden, kann ein zweiter Schalter der mehreren Schalter zwischen den ersten Knoten und den negativ gekoppelten Transformator gekoppelt werden, kann ein dritter Schalter der mehreren Schalter zwischen den positiv gekoppelten Transformator und den zweiten Knoten gekoppelt werden und kann ein vierter Schalter der mehreren Schalter zwischen den negativ gekoppelten Transformator und den zweiten Knoten gekoppelt werden. Der erste und der dritte Schalter können auf ein erstes Steuersignal ansprechen, wohingegen der zweite und der vierte Schalter auf ein zweites Steuersignal ansprechen können. Das erste Steuersignal und das zweite Steuersignal können entgegengesetzte Phasen besitzen, derart, dass zu einem vorgegebenen Zeitpunkt lediglich einer des ersten Signalpfads oder des zweiten Signalpfads gewählt wird.
Die vorliegende Offenbarung kann auch verschiedene Leistungsverbesserungen der transformatorbasierten Phasenschieberschaltungsanordnung schaffen. Zum Beispiel kann in einigen Aspekten die Phasenschieberschaltungsanordnung ferner Nebenschluss-FETs aufweisen, um eine bessere Isolation zwischen den zwei Signalpfaden bereitzustellen. Zusätzlich oder alternativ kann die Phasenschieberschaltungsanordnung gestapelte FETs für die Schalter verwenden, um die Belastbarkeit zu erhöhen. Zusätzlich oder alternativ kann die Phasenschieberschaltungsanordnung einen oder mehrere verschiedene Abstimmkondensatoren aufweisen, um Differenzen parasitärer Kapazitäten zwischen dem positiv gekoppelten Transformator und dem negativ gekoppelten Transformator auszugleichen. Ein Ausgleichen der Differenzen parasitärer Kapazitäten zwischen dem positiv gekoppelten Transformator und dem negativ gekoppelten Transformator kann die Phasengenauigkeit verbessern.
In einigen Aspekten kann der geschaltete transformatorbasierte 180 Grad-Phasenschieber als Teil eines Mehrbitphasenschiebers, als Teil einer integrierten Strahlformungseinrichtung und/oder als Teil eines phasengesteuerten Antennenanordnungssystems integriert sein.
Die Systeme, Schemas und Mechanismen, die hier beschrieben sind, können mehrere Vorteile schaffen. Zum Beispiel resultieren ein positiver und ein negativer Kopplungspfad natürlich in einer Phasendifferenz von 180 Grad zwischen den zwei Pfaden und somit kann die geschaltete transformatorbasierte Phasenschieberschaltungsanordnung über eine große Bandbreite arbeiten und ohne dieselbe Einschränkung wie die geschaltete Filtertopologie über die große Bandbreite eine im Wesentlichen flache Phasenantwort bereitstellen. Zusätzlich kann, weil keine Filterantworteinschränkung und kein Bedarf eines Kompromisses zwischen Phasenebenheit und Einfügungsdämpfung wie in den geschalteten Filterentwürfen vorliegt, die Einfügungsdämpfung in einem geschalteten transformatorbasierten 180 Grad-Phasenschieber hauptsächlich durch den „Ein“-Widerstand der Steuer-FETs (z. B. wenn der Schalter eingeschaltet wird), den magnetischen Kopplungsverlust des Transformators und den Metallwiderstand der Spulen (der Induktivitäten) im Transformator beigetragen werden. Alle diese Beitragenden zur Einfügungsdämpfung können minimal sein. Ferner kann die Größe eines Transformators (des positiv gekoppelten Transformators und/oder des negativ gekoppelten Transformators) im Wesentlichen kleiner als Induktivitäten und Kondensatoren sein, die verwendet werden, um eine geschaltete Filtertopologie zu bilden. Daher kann eine geschaltete transformatorbasierte Phasenschieberschaltungsanordnung eine niedrige Einfügungsdämpfung bereitstellen, während sie für alle Ausgangsphasenzustände (z. B. der erste Ausgangsphasenzustand, der durch den ersten Pfad bereitgestellt wird, und der zweite Ausgangsphasenzustand, der durch den zweiten Pfad bereitgestellt wird) über eine große Bandbreite eine flache Phasenantwort und eine kleine Chipgröße aufrechterhält. Darüber hinaus kann, weil eine Prozessschwankung in integrierten Schaltungen mit Kondensatoren groß sein können, während Prozessschwankung in integrierten Schaltungen mit Transformatoren (z. B. die Spulen oder die Induktivitäten in den Transformatoren) niedrig sein können, ein geschalteter transformatorbasierter Phasenschieber (der Transformatoren verwendet) weniger empfindlich für eine Prozessschwankung sein als ein geschalteter filterbasierter Phasenschieber (der Kondensatoren verwendet).
Die offenbarten Ausführungsformen können zur Verwendung in Drahtloskommunikationssystemen und/oder Sensorsystemen geeignet sein. Insbesondere können die Systeme, die Schemas und die Mechanismen, die hier beschrieben sind, vorteilhafterweise eine Strahlformungsleistungsfähigkeit in Hochfrequenzkommunikationssystemen und/oder Hochfrequenzsensorsystemen (z. B. mit Millimeterwellen) verbessern.
Beispiel eines geschalteten filterbasierten Phasenschiebers
1 ist ein schematisches Diagramm, das eine beispielhafte geschaltete filterbasierte Phasenschieberschaltungsanordnung 100 veranschaulicht. Die Phasenschieberschaltungsanordnung 100 kann Teil einer integrierten Schaltungseinrichtung sein. In einigen Fällen kann die Phasenschieberschaltungsanordnung 100 Teil eines Mehrbitphasenschiebers sein. In einigen Fällen kann die Phasenschieberschaltungsanordnung 100 Teil einer Hochfrequenzeinrichtung (HF-Einrichtung) sein. Die Phasenschieberschaltungsanordnung 100 kann eine geschaltete Filtertopologie verwenden, um zwei Ausgangsphasenzustände mit einer Phasendifferenz von etwa 180 Grad bereitzustellen.
Wie gezeigt ist, kann die Phasenschieberschaltungsanordnung 100 einen Eingangsknoten 102, einen Ausgangsknoten 104, einen ersten Signalpfad 101, der zwischen dem Eingangsknoten 102 und dem Ausgangsknoten 104 angeordnet ist, und einen zweiten Signalpfad 103, der zwischen dem Eingangsknoten 102 und dem Ausgangsknoten 104 angeordnet ist, aufweisen. Der erste Signalpfad 101 kann ein Tiefpassfilternetzwerk 110, einen Schalter 114a, der zwischen das Tiefpassfilternetzwerk 110 und den Eingangsknoten 102 gekoppelt ist, und einen weiteren Schalter 114b, der zwischen das Tiefpassfilternetzwerk 110 und den Ausgangsknoten 104 gekoppelt ist, aufweisen. Das Tiefpassfilternetzwerk 110 kann eine Induktivität 118 aufweisen, die zwischen zwei Kondensatoren 116 in einer Π-förmigen Konfiguration angeordnet ist, wobei jeder Kondensator 116 ein Ende, das an die Induktivität 118 gekoppelt ist, und ein weiteres Ende, das an ein Massepotential (das als Vgnd gezeigt ist) gekoppelt ist, besitzen kann. Das Tiefpassfilternetzwerk 110 im ersten Signalpfad 101 kann ausgebildet sein, eine Phasenverschiebung von etwa 180 Grad bereitzustellen. Die Schalter 114 können unter Verwendung von FETs implementiert werden. Wie gezeigt ist, kann der Drain-Anschluss des FET 114a an den Eingangsknoten 102 gekoppelt sein und kann der Source-Anschluss des FET 114a an das Tiefpassfilternetzwerk 110 gekoppelt kann sein. Der Drain-Anschluss des FET 114b kann an das Tiefpassfilternetzwerk 110 gekoppelt sein und der Source-Anschluss des FET 114b kann an den Ausgangsknoten 104 gekoppelt sein. Die Gate-Anschlüsse der FETs 114a und 114b können jeweils an einen Widerstand 112 gekoppelt sein und durch (oder in Reaktion auf) ein erstes Steuersignal 106 (das als Vctrl gezeigt ist) gesteuert werden. Zum Beispiel kann ein Schalter 114 eingeschaltet werden, wenn der jeweilige Gate-Anschluss logisch hoch empfängt (z. B. Vctrl logisch hoch ist), und kann ausgeschaltet werden, wenn der jeweilige Gate-Anschluss logisch niedrig empfängt (z. B. Vctrl logisch niedrig ist).
Der zweite Signalpfad 103 kann ein Hochpassfilternetzwerk 120, einen Schalter 124a, der zwischen das Hochpassfilternetzwerk 120 und den Eingangsknoten 102 gekoppelt ist, und einen weiteren Schalter 124b, der zwischen das Hochpassfilternetzwerk 120 und den Ausgangsknoten 104 gekoppelt ist, aufweisen. Das Hochpassfilternetzwerk 120 kann zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren 126 und eine Induktivität 128, die in einer T-förmigen Konfiguration angeordnet sind, aufweisen, wobei die Induktivität 128 ein Ende, das an einen Knoten zwischen den zwei Kondensatoren 126 gekoppelt ist, und ein weiteres Ende, das an ein Massepotential gekoppelt ist, besitzen kann. Das Hochpassfilternetzwerk 120 im zweiten Signalpfad 103 kann ausgebildet sein, eine Phasenverschiebung von etwa 0 Grad bereitzustellen. Ähnlich können die Schalter 124 unter Verwendung von FETs implementiert werden. Wie gezeigt ist, kann der Drain-Anschluss des FET 124a an den Eingangsknoten 102 gekoppelt sein und kann der Source-Anschluss des FET 124a an das Hochpassfilternetzwerk 120 gekoppelt sein. Der Drain-Anschluss des FET 114b kann an das Hochpassfilternetzwerk 120 gekoppelt sein und der Source-Anschluss des FET 124b kann an den Ausgangsknoten 104 gekoppelt sein. Die Gate-Anschlüsse der FETs 124a und 124b können jeweils an einen Widerstand 112 gekoppelt sein und durch (oder in Reaktion auf) ein zweites Steuersignal 108 (das als Vctrl_bar gezeigt ist) gesteuert werden. Das zweite Steuersignal 108 kann ein invertiertes Signal des ersten Steuersignals 106 sein, derart, dass jederzeit ein einzelner des ersten Signalpfads 101 und des zweiten Signalpfads 103 gewählt werden kann. Mit anderen Worten kann die Phasenschieberschaltungsanordnung 100 ausgebildet sein, am Ausgangsknoten 104 ein erstes Ausgangssignal mittels des ersten Signalpfads 101 oder ein zweites Ausgangssignal mittels des zweiten Signalpfads 103 bereitzustellen, wobei das erste Ausgangssignal und das zweite Ausgangssignal eine Differenzphase (z. B. von 180 Grad) aufweisen können.
Während die Phasenschieberschaltungsanordnung 100 ausgebildet sein kann, eine Phasenverschiebung von 180 Grad bereitzustellen, kann es schwierig sein, sowohl eine niedrige Einfügungsdämpfung als auch eine Phasenebenheit über eine große Bandbreite bereitzustellen. Während zusätzliche Komponenten (z. B. Induktivitäten) zur Phasenschieberschaltungsanordnung 100 hinzugefügt werden können, um über eine Arbeitsbandbreite eine bessere Phasenebenheit bereitzustellen, kann das Hinzufügen mehrerer Komponenten die Chipgröße erhöhen. Entsprechend schafft die vorliegende Offenbarung Techniken, um einen 180 Grad-Phasenschieber unter Verwendung einer geschalteten Transformatortopologie zu implementieren, um die Einfügungsdämpfungs- und Phasenebenheitsprobleme mit der geschalteten Filtertopologie zu überwinden.
Beispiel eines geschalteten transformatorbasierten Phasenschiebers
2A ist ein schematisches Diagramm, das eine beispielhafte geschaltete transformatorbasierte Phasenschieberschaltungsanordnung 200 veranschaulicht, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Phasenschieberschaltungsanordnung 200 kann Teil einer integrierten Schaltungseinrichtung sein. In einigen Fällen kann die Phasenschieberschaltungsanordnung 200 Teil eines Mehrbitphasenschiebers (z. B. die Mehrbit-Phasenschieberschaltungsanordnung 900 von 9) sein. In einigen Fällen kann die Phasenschieberschaltungsanordnung 200 Teil einer HF-Einrichtung (z. B. das phasengesteuerte Anordnungssystem 1000 von 10) sein. Die Phasenschieberschaltungsanordnung 200 kann eine geschaltete Transformatortopologie verwenden, um zwei Ausgangsphasenzustände mit einer Phasendifferenz von etwa 180 Grad bereitzustellen.
Wie gezeigt ist, kann die Phasenschieberschaltungsanordnung 200 einen Eingangsknoten 202, einen Ausgangsknoten 204, einen ersten Signalpfad 201, der zwischen dem Eingangsknoten 202 und dem Ausgangsknoten 204 angeordnet ist, und einen zweiten Signalpfad 203, der zwischen dem Eingangsknoten 202 und dem Ausgangsknoten 204 angeordnet ist, aufweisen. Der erste Signalpfad 201 kann einen positiv gekoppelten Transformator 212, einen Schalter 214a (der als N1 gezeigt), der zwischen den positiv gekoppelten Transformator 212 und den Eingangsknoten 202 gekoppelt ist, und einen weiteren Schalter 214b (der als N2 gezeigt), der zwischen den positiv gekoppelten Transformator 212 und den Ausgangsknoten 204 gekoppelt ist, aufweisen. Der positiv gekoppelte Transformator 212 kann eine Primärspule L1 und eine Sekundärspule L2 aufweisen, die jeweils mit einem Massepotential verbunden sind. Die Primärspule L1 kann mit einem Kopplungsfaktor k1 (der z. B. idealerweise 1,0 sein kann, jedoch im Bereich von etwa 0,7 bis etwa 0,8 liegen kann) an die Sekundärspule L2 positiv gekoppelt sein. Das positive Koppeln ist durch einen Punkt, der auf der Oberseite der Primärspule L1 angeordnet ist, und einen Punkt, der auf der Oberseite der Sekundärspule L2 angeordnet ist, gezeigt. Das Eingangssignal ist mit dem mit einem Punkt versehenen Anschluss der Primärspule L1 verbunden und das Ausgangssignal ist mit dem mit einem Punkt versehenen Anschluss der Sekundärspule L2 verbunden. Insbesondere kann ein Strom aus dem mit einem Punkt versehenen Anschluss an der Primärspule L1 in die Primärspule L1 eintreten und kann die Sekundärspule L2 aus dem mit einem Punkt versehenen Anschluss an der Sekundärspule L2 verlassen, wie durch den Strom I₁ und den Strom I₂ gezeigt ist.
Der zweite Signalpfad 203 kann einen negativ gekoppelten Transformator 222, einen Schalter 224a (der als N3 gezeigt ist), der zwischen den negativ gekoppelten Transformator 222 und den Eingangsknoten 202 gekoppelt ist, und einen weiteren Schalter 214b (der als N4 gezeigt ist), der zwischen den positiv gekoppelten Transformator 212 und den Ausgangsknoten 204 gekoppelt ist, aufweisen. Der negativ gekoppelte Transformator 222 kann eine Primärspule L3 und eine Sekundärspule L4 aufweisen, die jeweils mit einem Massepotential verbunden sind. Die Primärspule L3 kann mit einem Kopplungsfaktor k2 (der z. B. idealerweise 1,0 sein kann, jedoch im Bereich von 0,7 bis etwa 0,8 liegen kann) an die Sekundärspule L4 negativ gekoppelt sein. In einigen Fällen kann der Kopplungsfaktor k1 für den positiv gekoppelten Transformator 212 etwa gleich dem Kopplungsfaktor k2 für den negativ gekoppelten Transformator 222 sein. Das negative Koppeln ist durch einen Punkt, der auf der Oberseite der Primärspule L3 angeordnet ist, und einen Punkt, der auf der Unterseite der Sekundärspule L4 angeordnet ist, gezeigt. Das Eingangssignal ist mit dem mit einem Punkt versehenen Anschluss an der Primärspule L3 verbunden, während das Ausgangssignal mit dem nicht mit einem Punkt versehenen Anschluss der Sekundärspule L4 verbunden ist. Insbesondere kann ein Strom aus dem mit einem Punkt versehenen Anschluss an der Primärspule L3 in die Primärspule L3 eintreten und kann die Sekundärspule L4 aus dem mit einem Punkt versehenen Anschluss an der Sekundärspule L4 verlassen, wie durch den Strom I₃ und den Strom I₄ gezeigt ist. Während 2A die aktuellen Richtungen für die Primärspule L1 und die Sekundärspule L2 des positiv gekoppelten Transformators 212 und die aktuellen Richtungen für die Primärspule L3 und die Sekundärspule L4 des negativ gekoppelten Transformators 222 veranschaulicht, muss sie nicht direkt auf die aktuellen Richtungen in den Layouts oder den Bahnen des positiv gekoppelten Transformators 212 und des negativ gekoppelten Transformators 222 übertragen werden können, wie unten unter Bezugnahme auf 2B vollständiger diskutiert wird.
Auf der Grundlage der Konfiguration mit dem positiv gekoppelten Transformator 212 im ersten Signalpfad 201 und dem negativ gekoppelten Transformator 222 im zweiten Signalpfad 203 muss der erste Signalpfad 201 beim Ausgangsknoten 204 nicht mit dem zweiten Signalpfad 203 in Phase sein. Entsprechend kann die Phasenschieberschaltungsanordnung 200 zwei Ausgangsphasenzustände (einen ersten Ausgangsphasenzustand des ersten Signalpfads 201 und einen zweiten Ausgangsphasenzustand des zweiten Signalpfads 203) mit einer relativen Phasendifferenz von etwa 180 Grad bereitstellen.
Ähnlich der Phasenschieberschaltungsanordnung 100 können die Schalter 214 und 224 als FETs implementiert werden. Wie gezeigt ist, kann der Drain-Anschluss des FET 214a an den Eingangsknoten 202 gekoppelt sein und kann der Source-Anschluss des FET 214a an den positiv gekoppelten Transformator 212 gekoppelt sein. Der Drain-Anschluss des FET 214b kann an den positiv gekoppelten Transformator 212 gekoppelt sein und der Source-Anschluss des FET 214b kann an den Ausgangsknoten 204 gekoppelt sein. Die Gate-Anschlüsse der FETs 214a und 214b können durch (oder in Reaktion auf) ein erstes Steuersignal 206 (das als Vctrl gezeigt ist) gesteuert werden. Zum Beispiel kann ein Schalter 214 eingeschaltet werden, wenn der jeweilige Gate-Anschluss logisch hoch empfängt (z. B. Vctrl logisch hoch ist) und kann ausgeschaltet werden, wenn der jeweilige Gate-Anschluss logisch niedrig empfängt (z. B. Vctrl logisch niedrig ist). Auf ähnliche Weise kann der Drain-Anschluss des FET 224a an den Eingangsknoten 202 gekoppelt sein und kann der Source-Anschluss des FET 224a an den negativ gekoppelten Transformator 222 gekoppelt sein. Der Drain-Anschluss des FET 224b kann an den negativ gekoppelten Transformator 222 gekoppelt sein und der Source-Anschluss des FET 224b kann an den Ausgangsknoten 204 gekoppelt sein. Die Gate-Anschlüsse der FETs 224a und 224b können durch (oder in Reaktion auf) ein zweites Steuersignal 208 (das als Vctrl_bar gezeigt ist) gesteuert werden. Das zweite Steuersignal 208 kann ein invertiertes Signal des ersten Steuersignals 206 sein, derart, dass jederzeit ein einzelner des ersten Signalpfads 201 oder des zweiten Signalpfads 203 gewählt werden kann. Mit anderen Worten kann die Phasenschieberschaltungsanordnung 200 ausgebildet sein, ein Eingangssignal über den ersten Signalpfad 201 zu leiten, um ein erstes Ausgangssignal beim Ausgangsknoten 204 bereitzustellen, oder alternativ über den zweiten Signalpfad 203, um ein zweites Ausgangssignal beim Ausgangsknoten 204 bereitzustellen, wobei das erste Ausgangssignal über den ersten Signalpfad 201 nicht mit dem zweiten Ausgangssignal über den zweiten Signalpfad 203 in Phase (um 180 Grad phasenverschoben) ist.
Wie oben diskutiert wird, erfolgt, weil die positive Kopplung (des positiv gekoppelten Transformators 212), der im ersten Signalpfad 201 verwendet wird, und die negative Kopplung (des negativ gekoppelten Transformators 222), der im zweiten Signalpfad 203 verwendet wird, eine relative Phasendifferenz von etwa 180 Grad zwischen dem ersten Signalpfad 201 und dem zweiten Signalpfad 203 schaffen kann, keine Filterantworteinschränkung und/oder Manipulation oder Auswahl von Komponenten, um die Einfügungsdämpfung und die Phasenebenheit wie in der geschalteten Filtertopologie gegenseitig abzustimmen. Folglich kann die geschaltete Transformatortopologie, die durch die Phasenschieberschaltungsanordnung 200 verwendet wird, über eine sehr große Bandbreite (z. B. eine unendliche Bandbreite) arbeiten und über die große Bandbreite eine im Wesentlichen flache Phase (z. B. zwischen dem ersten Signalpfad 201 und dem zweiten Signalpfad 203) bereitstellen. Ferner kann die Phasenschieberschaltungsanordnung 200 eine niedrige Einfügungsdämpfung (z. B. im Bereich von etwa 0,5 bis 1 Dezibel (dB) weniger als geschaltete filterbasierte Phasenschieber bei einer hohen Frequenz in Ka- und/oder Ku-Bänder) bereitstellen, was hauptsächlich durch den „Ein“-Widerstand der Steuer-FETs 214 und 224 (z. B. wenn der Schalter eingeschaltet wird), den magnetischen Kopplungsverlust des Transformators 212 oder 222 und den Metallwiderstand der Spulen (der Induktivitäten) im Transformator 212 oder 222 beigetragen werden kann. Ferner besteht, weil die Phasenschieberschaltungsanordnung 200 eine relativ flache Phase (z. B. mit einem Phasenfehler oder einer Phasenschwankung von weniger als etwa 0,5 Grad in einem Ka-Band mit einer Bandbreite von etwa 3 GHz oder in einem Ku-Band mit einer Bandbreite von etwa 2 GHz) bereitstellen kann, kein Bedarf, zusätzliche Induktivitäten in der Phasenschieberschaltungsanordnung 200 hinzuzufügen, um die Phasenebenheit zu verbessern, wie in der geschalteten Filtertopologie. Folglich kann die Phasenschieberschaltungsanordnung 200 eine kompakte Chipgröße im Vergleich zur geschalteten Filtertopologie bereitstellen. Außerdem können der positiv gekoppelte Transformator 212 und der negativ gekoppelte Transformator 222 weniger empfindlich für Prozessschwankung sein als Kondensatoren, die in einer geschalteten Filtertopologie verwendet werden.
2B ist ein schematisches Diagramm, das eine genauere Ansicht der transformatorbasierten Phasenschieberschaltungsanordnung 200 veranschaulicht, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Insbesondere zeigt 2B die interne Leitungsführungsstruktur des positiv gekoppelten Transformators 212 und des negativ gekoppelten Transformators 222. Wie gezeigt ist, sind die Primärspule L1 und die Sekundärspule L2 des positiv gekoppelten Transformators 212 gemeinsam z. B. um einen Magnetkern (der nicht gezeigt ist) gewickelt. Die positive Kopplung ist durch Ausbilden der Leitungsführungsstruktur der Primärspule L1 in derselben Richtung wie die Leitungsführungsstruktur der Sekundärspule L2 z. B. durch Verbinden des Anschlusses 230 der Primärspule L1 und des Anschlusses 232 der Sekundärspule L2 mit Signalen und Verbinden des weiteren Anschlusses 231 der Primärspule L1 und des weiteren Anschlusses 233 der Sekundärspule L2 mit einem Massepotential vorgesehen. Zum Beispiel können der Anschluss 230 und der Anschluss 232 dem mit einem Punkt versehenen Anschluss an der Primärspule L1 bzw. dem mit einem Punkt versehenen Anschluss an der Sekundärspule L2, die in 2A gezeigt sind, entsprechen. Somit kann der Primärstrom (z. B. I₁, der in 2A gezeigt ist) in den Anschluss 230 einfließen und kann der Sekundärstrom (z. B. I₂, der in 2A gezeigt ist) aus dem Anschluss 232 ausfließen. Das heißt, in der Leitungsführungsstruktur des positiv gekoppelten Transformators 212 kann der Primärstrom in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn laufen und kann der Sekundärstrom sich in einer Richtung im Uhrzeigersinn laufen.
Als ferner in 2B gezeigt ist, sind die Primärspule L3 und die Sekundärspule L4 des negativ gekoppelten Transformators 222 gemeinsam z. B. um einen Magnetkern (der nicht gezeigt ist) gewickelt. Das negative Koppeln ist vorgesehen durch Ausbilden der Leitungsführungsstruktur der Primärspule L3 in der entgegengesetzten Richtung der Leitungsführungsstruktur der Sekundärspule L4 z. B. durch Verbinden des Anschlusses 234 der Primärspule L3 mit einem Signal und dem weiteren Anschluss 235 der Primärspule L4 mit einem Massepotential während der Anschluss 236 der Sekundärspule L4 mit einem Massepotential und der weitere Anschluss 237 der Sekundärspule L4 mit einem Signal verbunden wird. Zum Beispiel können der Anschluss 234 und der Anschluss 236 dem mit einem Punkt versehenen Anschluss an der Primärspule L3 bzw. dem mit einem Punkt versehenen Anschluss an der Sekundärspule L4, die in 2A gezeigt sind, entsprechen. Somit kann der Primärstrom (z. B. I₃, der in 2A gezeigt ist) in den Anschluss 234 einfließen und kann der Sekundärstrom (z. B. I₄, der in 2A gezeigt ist) aus dem Anschluss 236 ausfließen. Das heißt, in der Leitungsführungsstruktur des negativ gekoppelten Transformators 222 kann der Primärstrom in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn laufen und kann der Sekundärstrom in einer Richtung im Uhrzeigersinn laufen.
Während 2B den positiv gekoppelten Transformator 212 und den negativ gekoppelten Transformator 222 etwa mit derselben Größe veranschaulicht, sind Aspekte nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann der positiv gekoppelte Transformator 212 (z. B. die Primärspule L1 und die Sekundärspule L2) eine größere Größe besitzen als der negativ gekoppelte Transformator 222 (z. B. die Primärspule L3 und die Sekundärspule L4), um eine bessere Phasengenauigkeit bereitzustellen.
Verschiedene beispielhafte Verbesserungen für geschaltete transformatorbasierte Phasenschieber
3A ist ein schematisches Diagramm, das eine beispielhafte geschaltete transformatorbasierte Phasenschieberschaltungsanordnung 300 veranschaulicht, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Phasenschieberschaltungsanordnung 300 kann Teil einer integrierten Schaltungseinrichtung sein. In einigen Fällen kann die Phasenschieberschaltungsanordnung 300 Teil eines Mehrbitphasenschiebers (z. B. die Mehrbit-Phasenschieberschaltungsanordnung 900 von 9) sein. In einigen Fällen kann die Phasenschieberschaltungsanordnung 300 Teil einer HF-Einrichtung (z. B. das phasengesteuerte Anordnungssystem 1000 von 10) sein. Die Phasenschieberschaltungsanordnung 300 kann eine geschaltete Transformatortopologie verwenden, um zwei Ausgangsphasenzustände mit einer Phasendifferenz von etwa 180 Grad bereitzustellen. Die Phasenschieberschaltungsanordnung 300 von 3A verwendet viele Elemente gemeinsam mit der Phasenschieberschaltungsanordnung 200 von 2; der Kürze halber wird eine Diskussion dieser Elemente nicht wiederholt und können diese Elemente die Form einer der hier offenbarten Ausführungsformen annehmen. Die Phasenschieberschaltungsanordnung 300 kann im Wesentlichen gleich der Phasenschieberschaltungsanordnung 200 arbeiten, kann jedoch eine bessere Isolation zwischen den zwei Signalpfaden 201 und 203 bereitstellen.
Wie in 3A gezeigt ist, kann die Phasenschieberschaltungsanordnung 300 ferner Nebenschluss-FETs 314a, 314b, 324a und 324b, die als N5, N6, N7 bzw. N8 gezeigt sind, aufweisen. Der Nebenschluss-FET 314a ist in einem Nebenschlusspfad, der an den ersten Signalpfad 201 z. B. bei einem Knoten zwischen dem FET 214a und dem positiv gekoppelten Transformator 212 gekoppelt ist, angeordnet. Der Nebenschluss-FET 314b ist in einem Nebenschlusspfad, der an den ersten Signalpfad 201 z. B. bei einem Knoten zwischen dem positiv gekoppelten Transformator 212 und dem FET 214b gekoppelt ist, angeordnet. Auf ähnliche Weise ist der Nebenschluss-FET 324a in einem Nebenschlusspfad, der an den zweiten Signalpfad 203 z. B. bei einem Knoten zwischen dem FET 224a und dem negativ gekoppelten Transformator 222 gekoppelt ist, angeordnet und ist der Nebenschluss-FET 324b in einem Nebenschlusspfad, der an den zweiten Signalpfad 203 z. B. bei einem Knoten zwischen dem negativ gekoppelten Transformator 222 und dem FET 224b gekoppelt ist, angeordnet.
Das Hinzufügen der Nebenschluss-FETs 314 und 324 kann die Isolation zwischen den zwei Signalpfaden 201 und 203 erhöhen. Zu diesem Zweck können die Gate-Anschlüsse der Nebenschluss-FETs 314a und 314b durch (oder in Reaktion auf) ein Steuersignal (z. B. Vctrl_bar) gesteuert werden, das vom ersten Steuersignal 206 (z. B. Vctrl), das die Hauptschalter (z. B. die FETs 214a und 214b), die den ersten Signalpfad 201 wählen, steuert, invertiert ist. Ähnlich können die Gate-Anschlüsse der Nebenschluss-FETs 324a und 324b durch (oder in Reaktion auf) ein Steuersignal (z. B. Vctrl) gesteuert werden, das ist vom zweiten Steuersignal 208 (z. B. Vctrol_bar), das die Hauptschalter (z. B. die FETs 224a und 224b), die den zweiten Signalpfad 203 wählen, steuert, invertiert ist. Das heißt, wenn die FETs 214a und 214b eingeschaltet sind, um den ersten Signalpfad 201 zu aktivieren, sind die Nebenschluss-FETs 314a und 314b (die an den ersten Signalpfad 201 gekoppelt sind) ausgeschaltet und sind die Nebenschluss-FETs 324a und 324b (die an den zweiten Signalpfad 203 gekoppelt sind) eingeschaltet, um einen Signalaustritt vom Eingangsknoten 102 zum Ausgangsknoten 104 mittels des zweiten Signalpfads 203 zu verhindern. Umgekehrt sind, wenn die FETs 224a und 224b eingeschaltet sind, um den zweiten Signalpfad 203 zu aktivieren, die Nebenschluss-FETs 324a und 324b (die an den zweiten Signalpfad 203 gekoppelt sind) ausgeschaltet und sind die Nebenschluss-FETs 314a und 314b (die an den ersten Signalpfad 201 gekoppelt sind) eingeschaltet, um einen Signalaustritt vom Eingangsknoten 102 zum Ausgangsknoten 104 mittels des ersten Signalpfads 201 zu verhindern.
3B ist ein schematisches Diagramm, das eine beispielhafte Schalterschaltungsanordnung 330 veranschaulicht, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In einigen Aspekten können die Phasenschieberschaltungsanordnung 200 und/oder die Phasenschieberschaltungsanordnung 300 Schalter (z. B. die Schalter 214, 224, 314, 324) implementieren, wie durch die Schalterschaltungsanordnung 330 gezeigt ist. Wie gezeigt ist, weist die Schalterschaltungsanordnung 330 gestapelte FETs 334a und 334b auf. Insbesondere sind die FETs 334a und 334b in Reihe geschaltet, wobei der Source-Anschluss des FET 334a mit dem Drain-Anschluss des FET 334b verbunden sein kann. Die Gate-Anschlüsse der gestapelten FETs 334a und 334b können durch dasselbe Steuersignal 336 (das als Vctrl s gezeigt ist) gesteuert werden. Als Beispiel kann der Schalter 214a in der Phasenschieberschaltungsanordnung 300 durch die gestapelten FETs 334a und 334b ersetzt werden. Im Allgemeinen können einer oder mehrere der weiteren Schalter 214b, 224a, 224b, 314a, 314b, 324a und 324b in der Phasenschieberschaltungsanordnung 300 jeweils durch die gestapelten FETs 334a und 334b ersetzt werden. In einigen Fällen können alle Schalter 214b, 224a, 224b, 314a, 314b, 324a und 324b in der Phasenschieberschaltungsanordnung 300 durch die gestapelten FETs 334a und 334b ersetzt werden. Ein Verwenden gestapelter FETs anstelle eines einzelnen FET zum Schalten kann die Belastbarkeit der Phasenschieberschaltungsanordnung 200 und/oder 300 verbessern.
Während 3B zwei FETs veranschaulicht, die in Reihe geschaltet sind, sind Aspekte nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel können einer oder mehrere der Schalter 214b, 224a, 224b, 314a, 314b, 324a und 324b in der Phasenschieberschaltungsanordnung 300 durch mehr als zwei gestapelte FETs (z. B. 3, 4 oder mehr FETs in Reihe) ersetzt werden.
Es existiert eine breite Vielzahl von Faktoren, die verursachen können, dass der positiv gekoppelte Transformator 212 und der negativ gekoppelte Transformator 222 verschiedene Signaleigenschaften z. B. bezüglich Einfügungsdämpfung und/oder Phasenschwankungen aufweisen. Im Allgemeinen kann, weil die Spannung und die Ladungsverteilungszustände des positiv gekoppelten Transformators 212 und des negativ gekoppelten Transformators 222 verschieden sein können, die Einfügungsdämpfung zwischen den zwei Signalpfaden 201 und 203 (oder den zwei Ausgangszuständen) beim Ausgangsknoten 204 verschieden sein. Ferner können zusätzliche Phasenschwankungen über der Frequenz zwischen den zwei Signalpfaden 201 und 203 (oder den zwei Ausgangszuständen) beim Ausgangsknoten 204 vorliegen. 4-8 veranschaulichen verschiedene Mechanismen (z. B. ein Hinzufügen von Abstimmkondensatoren), um die Leistungsfähigkeit der Phasenschieberschaltungsanordnung 200 von 2A-2B und/oder der Phasenschieberschaltungsanordnung 300 von 3 zu verbessern.
4 ist ein schematisches Diagramm, das eine beispielhafte geschaltete transformatorbasierte Phasenschieberschaltungsanordnung 400 veranschaulicht, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Phasenschieberschaltungsanordnung 400 kann Teil einer integrierten Schaltungseinrichtung sein. In einigen Fällen kann die Phasenschieberschaltungsanordnung 400 Teil eines Mehrbitphasenschiebers (z. B. die Mehrbit-Phasenschieberschaltungsanordnung 900 von 9) sein. In einigen Fällen kann die Phasenschieberschaltungsanordnung 400 Teil einer HF-Einrichtung (z. B. das phasengesteuerte Anordnungssystem 1000 von 10) sein. Die Phasenschieberschaltungsanordnung 400 von 4 verwendet viele Elemente gemeinsam mit der Phasenschieberschaltungsanordnung 200 von 2; der Kürze halber wird eine Diskussion dieser Elemente nicht wiederholt und können diese Elemente die Form einer der hier offenbarten Ausführungsformen annehmen. Die Phasenschieberschaltungsanordnung 400 kann im Wesentlichen gleich der Phasenschieberschaltungsanordnung 200 arbeiten, kann jedoch eine verbesserte Phasengenauigkeit bereitstellen.
Idealerweise können, wenn die Kopplung (z. B. der Faktor k1) zwischen der Primärspule L1 und der Sekundärspule L2 des positiv gekoppelten Transformators 212 und die Kopplung (z. B. der Faktor k2) zwischen der Primärspule L3 und der Sekundärspule L4 des negativ gekoppelten Transformators 222 gleich sind, die Phasenschieberschaltungsanordnungen 200 und/oder 300 über eine sehr große Bandbreite eine Phasenverschiebung von 180 Grad bereitstellen. Allerdings können in der Praxis selbst dann, wenn die Größe der Spulen L1, L2, L3 und L4 gleich (von derselben Induktivität) ist, die parasitären Komponenten des positiv gekoppelten Transformators 212 und des negativ gekoppelten Transformators 222 verschieden sein. Die parasitäre Komponente, die sich am meisten auf die Phasengenauigkeit auswirken kann, sind die Differenzen parasitärer Kapazitäten zwischen dem positiv gekoppelten Transformator 212 und dem negativ gekoppelten Transformator 222. Zum Beispiel kann der positiv gekoppelte Transformator 212 zwischen der Primärspule L1 und der Sekundärspule L2 eine kleinere parasitäre Kapazität als die parasitäre Kapazität zwischen der Primärspule L3 und der Sekundärspule L4 beim negativ gekoppelten Transformator 222 besitzen. Die kleinere parasitäre Kapazität beim positiv gekoppelten Transformator 212 ist darauf zurückzuführen, dass Ströme, die durch die Primärspule L1 und die Sekundärspule L2 fließen, dieselbe Richtung aufweisen, was verursacht, dass Elektronenladungen in der Primärspule L1 und der Sekundärspule L2 voneinander (z. B. weiter voneinander weg) treiben. Andererseits fließt Strom durch die Primärspule L3 und die Sekundärspule L4 des negativ gekoppelten Transformators 222 in entgegengesetzten Richtungen, was verursacht, dass Elektronenladungen in der Primärspule L3 und der Sekundärspule L4 näher zueinander liegen und somit eine größere parasitäre Kapazität erzeugt.
Daher kann die Phasenschieberschaltungsanordnung 400 ferner einen Kondensator 412 (der als C1 gezeigt ist), der über einen Anschluss der Primärspule L1 und einen Anschluss der Sekundärspule L2 des positiv gekoppelten Transformators 212 gekoppelt ist, aufweisen, um die kleinere parasitäre Kapazität beim positiv gekoppelten Transformator 212 auszugleichen.
5 ist ein schematisches Diagramm, das eine beispielhafte geschaltete transformatorbasierte Phasenschieberschaltungsanordnung 500 veranschaulicht, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Phasenschieberschaltungsanordnung 200 kann Teil einer integrierten Schaltungseinrichtung sein. In einigen Fällen kann die Phasenschieberschaltungsanordnung 200 Teil eines Mehrbitphasenschiebers (z. B. die Mehrbit-Phasenschieberschaltungsanordnung 900 von 9) sein. In einigen Fällen kann die Phasenschieberschaltungsanordnung 200 Teil einer HF-Einrichtung (z. B. das phasengesteuerte Anordnungssystem 1000 von 10) sein. Die Phasenschieberschaltungsanordnung 500 von 5 verwendet viele Elemente gemeinsam mit der Phasenschieberschaltungsanordnung 300 von 3A; der Kürze halber wird eine Diskussion dieser Elemente nicht wiederholt und können diese Elemente die Form einer der hier offenbarten Ausführungsformen annehmen. Die Phasenschieberschaltungsanordnung 500 kann im Wesentlichen gleich der Phasenschieberschaltungsanordnung 300 arbeiten, kann jedoch eine verbesserte Phasengenauigkeit bereitstellen.
Ähnlich der Phasenschieberschaltungsanordnung 400 kann in der Phasenschieberschaltungsanordnung 500 der positiv gekoppelte Transformator 212 eine kleinere parasitäre Kapazität als der negativ gekoppelte Transformator 222 besitzen. Entsprechend kann die Phasenschieberschaltungsanordnung 500 ferner einen Kondensator 512 (der als C1 gezeigt ist) aufweisen, der über einen Anschluss der Primärspule L1 und einen Anschluss der Sekundärspule L2 des positiv gekoppelten Transformators 212 gekoppelt ist, um die kleinere parasitäre Kapazität beim positiv gekoppelten Transformator 212 auszugleichen.
Während 4 und 5 veranschaulichen, dass ein zusätzlicher Kondensator C1 über die Primärspule L1 und die Sekundärspule L2 des positiv gekoppelten Transformators 212 hinzugefügt werden kann, kann in einigen Aspekten auch ein Kondensator über die Primärspule L3 und die Sekundärspule L4 des negativ gekoppelten Transformators 222 hinzugefügt werden. Im Allgemeinen kann ein Kondensator über die Primärspule L1 und die Sekundärspule L2 des positiv gekoppelten Transformators 212 hinzugefügt werden und/oder kann auch ein Kondensator über die Primärspule L3 und die Sekundärspule L4 des negativ gekoppelten Transformators 222, mit dem Ziel, etwa beim positiv gekoppelten Transformator 212 und beim negativ gekoppelten Transformator 222 dieselbe Kapazität aufzuweisen, hinzugefügt werden.
6 ist ein schematisches Diagramm, das eine beispielhafte geschaltete transformatorbasierte Phasenschieberschaltungsanordnung 600 veranschaulicht, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Phasenschieberschaltungsanordnung 200 kann Teil einer integrierten Schaltungseinrichtung sein. In einigen Fällen kann die Phasenschieberschaltungsanordnung 200 Teil eines Mehrbitphasenschiebers (z. B. die Mehrbit-Phasenschieberschaltungsanordnung 900 von 9) sein. In einigen Fällen kann die Phasenschieberschaltungsanordnung 200 Teil einer HF-Einrichtung (z. B. das phasengesteuerte Anordnungssystem 1000 von 10) sein. Die Phasenschieberschaltungsanordnung 600 von 6 verwendet viele Elemente gemeinsam mit der Phasenschieberschaltungsanordnung 400 von 4; der Kürze halber wird eine Diskussion dieser Elemente nicht wiederholt und können diese Elemente die Form einer der hier offenbarten Ausführungsformen annehmen. Die Phasenschieberschaltungsanordnung 600 kann im Wesentlichen gleich der Phasenschieberschaltungsanordnung 400 arbeiten, kann jedoch eine weitere Phasengenauigkeitsverbesserung schaffen.
Zum Beispiel kann die Phasenschieberschaltungsanordnung 600, um die Kapazität zwischen dem positiv gekoppelten Transformator 212 und dem negativ gekoppelten Transformator 222 weiter auszugleichen, ferner einen Kondensator 612 (der als C2 gezeigt ist), der zur Primärspule L1 parallelgeschaltet ist, und einen Kondensator 614 (der als C3 gezeigt ist), der zur Sekundärspule L2 parallelgeschaltet ist, aufweisen.
7 ist ein schematisches Diagramm, das eine beispielhafte geschaltete transformatorbasierte Phasenschieberschaltungsanordnung 700 veranschaulicht, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Phasenschieberschaltungsanordnung 200 kann Teil einer integrierten Schaltungseinrichtung sein. In einigen Fällen kann die Phasenschieberschaltungsanordnung 200 Teil eines Mehrbitphasenschiebers (z. B. die Mehrbit-Phasenschieberschaltungsanordnung 900 von 9) sein. In einigen Fällen kann die Phasenschieberschaltungsanordnung 200 Teil einer HF-Einrichtung (z. B. das phasengesteuerte Anordnungssystem 1000 von 10) sein. Die Phasenschieberschaltungsanordnung 700 von 7 verwendet viele Elemente gemeinsam mit der Phasenschieberschaltungsanordnung 500 von 6; der Kürze halber wird eine Diskussion dieser Elemente nicht wiederholt und können diese Elemente die Form einer der hier offenbarten Ausführungsformen annehmen. Die Phasenschieberschaltungsanordnung 700 kann im Wesentlichen gleich der Phasenschieberschaltungsanordnung 500 arbeiten, kann jedoch eine weitere Phasengenauigkeitsverbesserung schaffen.
Wie gezeigt ist, kann die Phasenschieberschaltungsanordnung 700 ähnlich der Phasenschieberschaltungsanordnung 600 ferner einen Kondensator 712 (der als C2 gezeigt ist), der zur Primärspule L1 parallelgeschaltet ist, und einem Kondensator 714 (der als C3 gezeigt ist), der zur Sekundärspule L2 parallelgeschaltet ist, aufweisen.
8 ist ein schematisches Diagramm, das eine beispielhafte geschaltete transformatorbasierte Phasenschieberschaltungsanordnung 800 veranschaulicht, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Phasenschieberschaltungsanordnung 200 kann Teil einer integrierten Schaltungseinrichtung sein. In einigen Fällen kann die Phasenschieberschaltungsanordnung 200 Teil eines Mehrbitphasenschiebers (z. B. die Mehrbit-Phasenschieberschaltungsanordnung 900 von 9) sein. In einigen Fällen kann die Phasenschieberschaltungsanordnung 200 Teil einer HF-Einrichtung (z. B. das phasengesteuerte Anordnungssystem 1000 von 10) sein. Die Phasenschieberschaltungsanordnung 800 von 8 verwendet viele Elemente gemeinsam mit der Phasenschieberschaltungsanordnung 700 von 7; der Kürze halber wird eine Diskussion dieser Elemente nicht wiederholt und können diese Elemente die Form einer der hier offenbarten Ausführungsformen annehmen. Die Phasenschieberschaltungsanordnung 800 kann im Wesentlichen gleich der Phasenschieberschaltungsanordnung 700 arbeiten.
Wie gezeigt ist, kann die Phasenschieberschaltungsanordnung 800 ferner einen Kondensator 822 (der als C5 gezeigt ist), der zur Primärspule L3 des negativ gekoppelten Transformators 222 parallelgeschaltet ist, und einen Kondensator 824 (der als C6 gezeigt ist), der zur Sekundärspule L4 des negativ gekoppelten Transformators 222 parallelgeschaltet ist, aufweisen. Allerdings muss die Phasenschieberschaltungsanordnung 800 den Kondensator 712 C1 über die Primärspule L1 und die zweite Spule L2 des positiv gekoppelten Transformators 212 wie in der Phasenschieberschaltungsanordnung 700 nicht aufweisen.
Im Allgemeinen kann eine Phasenschieberschaltungsanordnung (z. B. die Phasenschieberschaltungsanordnungen 200, 300, 400, 500, 600, 700 und/oder 800) einen oder mehrere Kondensatoren, die in verschiedenen Konfigurationen angeordnet sind, aufweisen, um die Differenz parasitärer Kapazitäten zwischen dem positiv gekoppelten Transformator 212 und dem negativ gekoppelten Transformator 222 auszugleichen, derart, dass die Phasenschieberschaltungsanordnung eine bessere Phasenverschiebungsgenauigkeit bereitstellen kann. Zum Beispiel kann ein erster Kondensator über die Primärspule L1 und die Sekundärspule L2 des positiv gekoppelten Transformators 212 angeordnet sein, kann ein zweiter Kondensator sein parallel zur Primärspule L1 des positiv gekoppelten Transformators 212 angeordnet, kann ein dritter Kondensator parallel zur Sekundärspule L2 des positiv gekoppelten Transformators 212 angeordnet sein, kann ein vierter Kondensator über die Primärspule L3 und die Sekundärspule L4 des negativ gekoppelten Transformators 222 angeordnet sein, kann ein fünfter Kondensator parallel zur Primärspule L3 des negativ gekoppelten Transformators 222 angeordnet sein und/oder kann ein sechster Kondensator parallel zur Sekundärspule L4 des negativ gekoppelten Transformators 222 angeordnet sein.
Während die Schalter 214, 224, 314 und/oder 324 in den Phasenschieberschaltungsanordnungen 200, 300, 400, 500, 600, 700 und 800 als Negativ-Positiv-Negativ-Transistoren (NPN-Transistoren) gezeigt sind, können die Schalter 214, 224, 314 und/oder 324 unter Verwendung beliebiger geeigneter Transistoren wie z. B. von Positiv-Negativ-Positiv-Transistoren (PNP-Transistoren), Metalloxidhalbleitereinrichtungen (MOS-Einrichtungen) und/oder komplementären Metalloxidhalbleitereinrichtungen (CMOS-Einrichtungen) implementiert werden.
Beispielmehrbitphasenschieber
9 ist ein schematisches Diagramm, das eine beispielhafte Mehrbit-Phasenschieberschaltungsanordnung 900 veranschaulicht, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Mehrbit-Phasenschieberschaltungsanordnung 900 kann Teil einer integrierten Schaltungseinrichtung sein. In einigen Fällen kann die Mehrbit-Phasenschieberschaltungsanordnung 900 Teil einer HF-Einrichtung (z. B. das phasengesteuerte Anordnungssystem 1000 von 10) sein.
Wie gezeigt ist, kann die Mehrbit-Phasenschieberschaltungsanordnung 900 einen Eingangsknoten 902, einen Ausgangsknoten 904 und mehrere einstellbare oder schaltbare Phasenschieberschaltungsanordnungen 910, 920, 930, 940, 950 und 960, die zwischen dem Eingangsknoten 902 und dem Ausgangsknoten 904 in Reihe geschaltet sind, aufweisen. Jede der Phasenschieberschaltungsanordnungen 910, 920, 930, 940, 950 und 960 kann in Reaktion auf ein jeweiliges Steuersignal oder Steuerbit eine verschiedene Phasenverschiebung bereitstellen. Zum Beispiel kann die Phasenschieberschaltungsanordnung 910 ausgebildet sein, auf der Grundlage darauf, dass ein Steuersignal 915 (das als Vctrl5 gezeigt ist) logisch hoch oder logisch niedrig ist, eine Phasenverschiebung von 0° bzw. 90° bereitzustellen oder umgekehrt. Die Phasenschieberschaltungsanordnung 920 kann ausgebildet sein, auf der Grundlage darauf, dass ein Steuersignal 911 (das als Vctrl1 gezeigt ist) logisch hoch oder logisch niedrig ist, eine Phasenverschiebung von 0° bzw. 5,6° bereitzustellen oder umgekehrt. Die Phasenschieberschaltungsanordnung 930 kann ausgebildet sein, auf der Grundlage darauf, dass ein Steuersignal 916 (das als Vctrl6 gezeigt ist) logisch hoch oder logisch niedrig ist, eine Phasenverschiebung von 0° bzw. 180° bereitzustellen oder umgekehrt. Die Phasenschieberschaltungsanordnung 940 kann ausgebildet sein, auf der Grundlage darauf, dass ein Steuersignal 913 (das als Vctrl3 gezeigt ist) logisch hoch oder logisch niedrig ist, eine Phasenverschiebung von 0° bzw. 22° bereitzustellen oder umgekehrt. Die Phasenschieberschaltungsanordnung 950 kann ausgebildet sein, auf der Grundlage darauf, dass ein Steuersignal 912 (das als Vctrl2 gezeigt ist) logisch hoch oder logisch niedrig ist, eine Phasenverschiebung von 0° bzw. 11° bereitzustellen oder umgekehrt. Die Phasenschieberschaltungsanordnung 960 kann ausgebildet sein, auf der Grundlage darauf, dass ein Steuersignal 914 (das als Vctrl4 gezeigt ist) logisch hoch oder logisch niedrig ist, eine Phasenverschiebung von 0° bzw. 45° bereitzustellen oder umgekehrt. In einigen Aspekten kann die 180°-Phasenschieberschaltungsanordnung 930 unter Verwendung einer der geschalteten Transformatortopologien, die oben unter Bezugnahme auf 2A-2B, 3A-3B und 4-8 diskutiert werden, implementiert werden.
In einigen Aspekten kann jedes der Steuersignale 911, 912, 913, 914, 915 und 916 gemäß einem getrennten Steuerbit eines Steuerworts (z. B. mit Bits b0, b1, b2, b3, b4 und b5) zum Ausbilden der Mehrbit-Phasenschieberschaltungsanordnung 900 erzeugt werden. Als Beispiel können die Steuersignale 911, 912, 913, 914, 915 und 916 jeweils durch b0, b1, b2, b3, b4 bzw. b5 gesteuert werden. Ein Steuersignal 911, 912, 913, 914, 915 und oder 916 kann zu logisch hoch gesetzt werden, wenn ein entsprechendes Bit 1 ist, und kann zu logisch niedrig gesetzt werden, wenn das entsprechende Bit 0 ist, oder umgekehrt. In einigen Aspekten können die Phasenschieberschaltungsanordnungen 910, 920, 930, 940, 950 und 960 in einer Reihenfolge auf der Grundlage der Einfügungsdämpfung und/oder einer Rückflussdämpfung der einzelnen Schaltungsblöcke angeordnet sein. Allerdings können im Allgemeinen die Phasenschieberschaltungsanordnungen 910, 920, 930, 940, 950 und 960 in einer beliebigen geeigneten Reihenfolge angeordnet sein und können entsprechende Steuersignale 915, 911, 916, 913, 912 und 914 auf beliebige geeignete Bits des Steuerworts abgebildet werden.
Im Betrieb kann die Phasenschieberschaltungsanordnung 900 beim Eingangsknoten 902 ein Eingangssignal empfangen. Das Eingangssignal kann durch eine oder mehrere der Phasenschieberschaltungsanordnungen 910, 920, 930, 940, 950 und 960 phasenverschoben werden, abhängig davon, ob jedes der Steuersignale 915, 911, 916, 913, 912 bzw. 914 logisch hoch oder logisch niedrig ist. Die Phasenschieberschaltungsanordnung 900 kann beim Ausgangsknoten 904 ein Ausgangssignal ausgeben, wobei das Ausgangssignal einer phasenverschobenen Version des Eingangssignals entsprechen kann.
Während 9 die Mehrbit-Phasenschieberschaltungsanordnung 900 als einen 6 Bit-Phasenschieber veranschaulicht, der sechs Phasenschieberschaltungsanordnungen 910, 920, 930, 940, 950 und 960, die durch ein 6 Bit Steuerwort gesteuert werden, aufweist, sind Aspekte nicht darauf beschränkt. Im Allgemeinen kann die geschaltete transformationsbasierte Phasenverschiebungstopologie verwendet werden, um einen Mehrbitphasenschieber zu implementieren, der eine kleinere Zahl von Phasenschieberschaltungsanordnungen (z. B. 1, 2, 3, 4, 5) oder eine größere Zahl von Phasenschieberschaltungsanordnungen (z. B. 7, 8 oder mehr) aufweist.
Beispiel eines phasengesteuerten Anordnungssystems
10 ist ein Blockdiagramm, das ein beispielhaftes phasengesteuertes Anordnungssystem 1000 veranschaulicht, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Das phasengesteuerte Anordnungssystem 1000 kann Teil eines HF-Systems sein. In einigen Fällen kann die Phasenschieberschaltungsanordnung einem Abschnitt einer Drahtloskommunikationseinrichtung entsprechen. In weiteren Fällen kann das phasengesteuerte Anordnungssystem 1000 einem Abschnitt einer Basisstation entsprechen. Das phasengesteuerte Anordnungssystem 1000 kann in einem beliebigen geeigneten Frequenzbereich arbeiten. In einigen Aspekten kann das phasengesteuerte Anordnungssystem 1000 über einem Ku-Band und/oder einem Ka-Band arbeiten.
Wie gezeigt ist, kann das System 1000 einen Sender 1040, einen Empfänger 1050, ein analoges Frontend (AFE) 1060 und eine Antennenanordnung 1024 aufweisen. Der Sender 1040 kann einen Mehrfacheingangs- und Mehrfachausgangs-Codierer (MI-MO-Codierer) 1002 und einen Digital/Analog-Umsetzer (DAC) 1004 aufweisen. Der Empfänger 1050 kann einen MIMO-Decodierer 1032 und einen Analog/Digital-Umsetzer (ADC) 1034 aufweisen. Das AFE 1060 kann einen Schalter 1010 (der als SW gezeigt ist), einen Multiplizierer 1012, einen Phasenregelkreis (PLL) 1006, einen weiteren Schalter 1008 (der als SW gezeigt ist), mehrere digitale Stufendämpfungsglieder (DSAs) 1014 (die als 1014a und 1014b gezeigt sind), mehrere Phasenschieber 1016 (die als 1016a und 1016b gezeigt sind), mehrere Leistungsverstärker (PAs) 1018, mehrere rauscharme Verstärker (LNAs) 1020 und mehrere Schalter 1022 (die als SW gezeigt sind) aufweisen. Der MIMO-Codierer 1002 und der MIMO-Decodierer 1032 können unter Verwendung einer Kombination von Hardware und/oder Software implementiert werden. Der Rest der Komponenten im System 1000 kann in Hardware implementiert werden und mindestens einige der Komponente können durch Software gesteuert werden.
In einer Senderichtung kann der MIMO-Codierer 1002 mehrere (z. B. etwa 2, 4, 8, 16 oder mehr) Datenströme erzeugen. Der DAC 1004 kann an den MIMO-Codierer gekoppelt sein und kann die Datenströme zur Übertragung in analoge Signale umsetzen. Der Schalter 1010 kann zwischen dem Sender 1040 und dem Empfänger 1050 umschalten. Der Multiplizierer 1012 kann die analogen Sendesignale mit einem PLL-Signal, das durch den PLL 1006 erzeugt wird, multiplizieren (oder mischen). Der Schalter 1008 kann gewählt werden, um das Ausgangssignal des Multiplizierers 1012 an die DSAs 1014a zu koppeln. Die DSAs 1014a können zu verschiedenen Dämpfungsstufen programmiert werden, um entsprechende Signale zu dämpfen. Die Phasenschieber 1016a können jeweils an eines der DSAs 1014a gekoppelt sein und gesteuert werden, die Phase eines entsprechenden Signals um eine bestimmte Phasenverschiebung (z. B. 45°, 90°, 180° usw.) zu verschieben. In einigen Aspekten kann jeder Phasenschieber 1016a ein Mehrbitphasenschieber ähnlich der Mehrphasenschieberschaltungsanordnung 900, die oben unter Bezugnahme auf 9 diskutiert wird, sein. In einigen Aspekten kann jeder Phasenschieber 1016a verschiedene Phasenverschiebungen, die eine Phasenverschiebung von 180° enthalten und unter Verwendung der geschalteten transformatorbasierten Topologien, die oben unter Bezugnahme auf 2A-2B, 3A-3B und/oder 4-8 diskutiert werden, implementiert sind, bereitstellen. Die PAs 1018 können jeweils an einen Phasenschieber 1016a gekoppelt sein, um ein entsprechendes phasenverschobenes Signal zur Übertragung zu verstärken. In einigen Aspekten können die DSAs 1014a, die Phasenschieber 1016a und die PAs 1018 gemeinsam ausgebildet sein, um in einer bestimmten räumlichen Richtung eine Strahlformung zur Übertragung vorzunehmen. Die Schalter 1022 können gewählt werden, um die phasenverschobenen Signale zur Übertragung an die Antennenanordnung 1024 zu koppeln. Die Antennenanordnung 1024 kann mehrere Antennenelemente 1025 aufweisen (die z. B. in mehreren Zeilen und mehreren Spalten angeordnet sind, wie gezeigt ist). Die Antennenanordnung 1024 kann jede geeignete Anzahl von Antennenelementen (z. B. 4, 8, 16, 64, 128, 1024 oder mehr) aufweisen. Jedes Antennenelement 1025 kann ausgebildet sein, ein Signal mit einer verschiedenen Phasenverschiebung (z. B. des Phasenschiebers 1016a) zu senden, um eine Strahlformung in einer bestimmten räumlichen Richtung zu erreichen. Zum Beispiel kann die Antennenanordnung 1024 ein Signal senden, das in einem der Träger 1026 geführt wird.
In einer Empfangsrichtung kann ein Signal durch die Antennenanordnung 1024 mittels der Antennenelemente 1025 empfangen werden. Die Schalter 1022 können gewählt werden, um verschiedene Antennenelemente 1025 an die LNAs 1020 zu koppeln. Die LNAs 1020 können die empfangenen Signale verstärken. Die Phasenschieber 1016b können im Wesentlichen ähnlich den Phasenschiebern 1016a sein und können verschiedene Phasenverschiebungen (z. B. 45°, 90°, 180° usw.) auf die empfangenen Signale anwenden. Ähnlich können die DSAs 1014b im Wesentlichen ähnlich den DSAs 1014a sein und können jeweils an einen der Phasenschieber 1016b gekoppelt sein, um Signaldämpfungen bereitzustellen. In einigen Aspekten können die DSAs 1014b, die Phasenschieber 1016b und die LNAs 1020 gemeinsam ausgebildet sein, um eine Strahlformung in einer bestimmten räumlichen Empfangsrichtung vorzunehmen, z. B., um ein Signal unter Verwendung eines der Träger 1026 zu empfangen. Der Schalter 1008 kann gewählt werden, um die empfangenen Signale zum Mischen mit einem PLL-Signal, das durch den PLL 1006 erzeugt wird, an den Multiplizierer 1012 zu koppeln. Der SW 1010 kann gewählt werden, um die empfangenen Signale an den Empfänger 1050 zu koppeln. Beim Empfänger 1050 kann der ADC 1034 das empfangene Signal von einer analogen Domäne zu einer digitalen Domäne umsetzen. Der MIMO-Decoder 1032 kann an den ADC 1034 gekoppelt sein und kann Informationen aus den empfangenen digitalen Signalen (z. B. etwa 2, 4, 8, 16 oder mehr) decodieren.
In einigen Aspekten können die DSAs 1014a und 1014b, die Phasenschieber 1016a und 1016b, die PAs 1018 und die LNAs 1020 z. B. zur Sendestrahlformung und/oder Empfangsstrahlformung in eine einzelne integrierte Schaltungseinrichtung integriert sein.
Während 10 vier Sendepfade (die z. B. jeweils ein DSA 1014a, einen Phasenschieber 1016a und einen PA 1018 aufweisen) und vier Empfangspfade (die z. B. jeweils ein DSA 1014b, einen Phasenschieber 1016b und einen LNA 1020 aufweisen) im System 1000 veranschaulicht, kann ein phasengesteuertes Anordnungssystem eine beliebige geeignete Anzahl von Pfaden aufweisen. In einigen Beispielen kann ein Phasenanordnungssystem 2, 8, 16 oder mehr Pfade zum Senden und 2, 8, 16 oder mehr Pfade zum Empfang aufweisen. Da jeder Sendepfad oder jede Empfangspfad einen Phasenschieber aufweisen kann, können die geschalteten transformatorbasierten Phasenschieberschaltungsanordnungen, die hier offenbart sind, vorteilhafterweise die Größe eines phasengesteuerten Anordnungssystems oder einer integrierten Strahlformungseinrichtung verringern.
Beispielphasenverschiebungsverfahren
11 ist ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren 1100 zum Durchführen eines Phasenverschiebens veranschaulicht, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Das Verfahren 1100 kann durch Phasenschaltungsanordnungen ähnlich den Phasenschieberschaltungsanordnungen 200, 300, 400, 500, 600, 700 und 800, die oben unter Bezugnahme auf 2A-2B, 3A, 4, 5, 6, 7 und 8 bzw. diskutiert werden, eine Mehrphasenschieberschaltungsanordnung ähnlich der Mehrbit-Phasenschieberschaltungsanordnung 900, die oben unter Bezugnahme auf 9 diskutiert wird, und/oder ein Phasenanordnungssystem ähnlich dem phasengesteuerten Anordnungssystem 1000, das oben unter Bezugnahme auf 10 diskutiert wird, und/oder eine beliebige geeignete Drahtloseinrichtung implementiert werden. Obwohl die Operationen des Verfahrens 1100 unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen der Phasenschieberschaltungsanordnungen, die hier offenbart sind, veranschaulicht sein können, kann das Verfahren 1100 unter Verwendung beliebiger geeigneter Hardware-Komponenten und/oder Software-Komponenten durchgeführt werden. Operationen sind in 11 jeweils einmal und in einer bestimmten Reihenfolge veranschaulicht, jedoch können die Operationen nach Bedarf parallel, umsortiert und/oder wiederholt durchgeführt werden.
In 1102 wird ein erstes Signal an einem ersten Knoten während eines ersten Zeitintervalls empfangen.
In 1104 wird das erste Signal in Reaktion auf ein erstes Steuersignal über einen ersten Signalpfad zwischen dem ersten Knoten und einem zweiten Knoten, der einen positiv gekoppelten Transformator aufweist, um ein zweites Signal zu erzeugen, gesendet. In einigen Aspekten kann der erste Signalpfad dem ersten Signalpfad 201 entsprechen und kann der positiv gekoppelte Transformator dem positiv gekoppelten Transformator 212, der oben unter Bezugnahme auf 2A, 2B, 3A und 4-8 diskutiert wird, entsprechen. In einigen Aspekten besitzt eine Primärspule (z. B. L1) des positiv gekoppelten Transformators eine Leitungsführungsstruktur in einer ersten Richtung und besitzt eine Sekundärspule (z. B. L3) des positiv gekoppelten Transformators eine Leitungsführungsstruktur in derselben ersten Richtung wie z. B. in 2B gezeigt ist.
In 1106 wird ein drittes Signal am ersten Knoten während eines zweiten Zeitintervalls empfangen. Das zweite Zeitintervall kann ein vom ersten Zeitintervall verschiedenes Zeitintervall sein. In einigen Aspekten können das erste Zeitintervall und das zweite Zeitintervall verschiedenen Funkrahmen, verschiedenen Unterrahmen oder verschiedenen Zeitschlitzen (z. B. im Kontext von LTE oder 5G) entsprechen. Zum Beispiel kann das erste Signal erste Dateninformationen (z. B. erste codierte Datenbits) im ersten Zeitintervall führen und kann das zweite Signal zweite Dateninformationen (z. B. zweite codierte Datenbits) im zweiten Zeitintervall führen. In einigen Fällen können die ersten Dateninformationen von den zweiten Dateninformationen verschieden sein. In einigen weiteren Fällen können die ersten Dateninformationen gleich den zweiten Dateninformationen sein, wobei das zweite Signal eine Weiterübertragung der ersten Dateninformationen ist.
In 1108 wird das zweite Signal in Reaktion auf ein zweites Steuersignal gesendet, das dritte Signal über einen zweiten Signalpfad zwischen dem ersten Knoten und dem zweiten Knoten, der einen negativ gekoppelten Transformator aufweist, um mit dem dritten Signal ein viertes Signal zu erzeugen. In einigen Aspekten kann der zweite Signalpfad dem zweiten Signalpfad 203 entsprechen und kann der negativ gekoppelte Transformator kann dem negativ gekoppelten Transformator 222, der oben unter Bezugnahme auf 2A, 2B, 3A und 4-8 diskutiert wird, entsprechen. In einigen Aspekten besitzt eine Primärspule (z. B. L3) des negativ gekoppelten Transformators eine Leitungsführungsstruktur in einer zweiten Richtung und besitzt eine Sekundärspule (z. B. L4) des negativ gekoppelten Transformators eine Leitungsführungsstruktur in einer dritten Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist.
In einigen Aspekten kann das Verfahren 1100 ferner ein Schließen eines ersten Schalters, der zwischen den ersten Knoten und den positiv gekoppelten Transformator gekoppelt ist, und ein Öffnen eines zweiten Schalters, der zwischen den ersten Knoten und den negativ gekoppelten Transformator gekoppelt ist, aufweisen, um in Reaktion auf das erste Steuersignal in 1104 den ersten Signalpfad zum Senden des ersten Signals zu wählen. In einigen Aspekten kann der erste Schalter dem Schalter 214a oder dem Schalter 214b entsprechen und kann der zweite Schalter dem Schalter 224a oder dem Schalter 224b entsprechen. In einigen Aspekten können der erste und der zweite Schalter FETs sein. In einigen Aspekten kann das Verfahren 1100 ferner ein Öffnen eines dritten Schalters (z. B. der Nebenschluss-FET 314a oder 314b), der zwischen den ersten Signalpfad und ein Massepotential gekoppelt ist, und ein Schließen eines vierten Schalters (z. B. der Nebenschluss-FET 324a oder 324b), der zwischen den zweiten Signalpfad und ein Massepotential gekoppelt ist, aufweisen.
In einigen Aspekten kann das Verfahren 1100 ferner ein Öffnen eines ersten Schalters, der zwischen den ersten Knoten und den positiv gekoppelten Transformator gekoppelt ist, und ein Schließen eines zweiten Schalters, der zwischen den ersten Knoten und den negativ gekoppelten Transformator gekoppelt ist, aufweisen, um in 1108 den zweiten Signalpfad zum Senden des zweiten Signals in Reaktion auf das zweite Steuersignal zu wählen. In einigen Aspekten kann der erste Schalter dem Schalter 214a oder dem Schalter 214b entsprechen und kann der zweite Schalter dem Schalter 224a oder dem Schalter 224b entsprechen. In einigen Aspekten können der erste und der zweite Schalter FETs sein. In einigen Aspekten kann das Verfahren 1100 ferner ein Schließen eines dritten Schalters (z. B. der Nebenschluss-FET 314a oder 314b), der zwischen den ersten Signalpfad und ein Massepotential gekoppelt ist, und ein Öffnen eines vierten Schalters (z. B. der Nebenschluss-FET 324a oder 324b), der zwischen den zweiten Signalpfad und ein Massepotential gekoppelt ist, aufweisen.
In einigen Aspekten sind das erste Steuersignal und das zweite Steuersignal invertierte Signale. Zum Beispiel kann das erste Steuersignal dem Steuersignal 206 (z. B., Vctrl) entsprechen und kann das zweite Steuersignal dem Steuersignal 208 (z. B., Vctrl_bar) entsprechen.
Beispiele
Beispiel 1 weist eine Phasenschieberschaltungsanordnung auf, die einen ersten Knoten; einen zweiten Knoten; einen ersten Signalpfad, der zwischen den ersten Knoten und den zweiten Knoten gekoppelt ist, wobei der erste Signalpfad einen positiv gekoppelten Transformator aufweist; einen zweiten Signalpfad zwischen dem ersten Knoten und dem zweiten Knoten, wobei der zweite Signalpfad einen negativ gekoppelten Transformator aufweist; und mehrere Schalter, um den ersten Signalpfad oder den zweiten Signalpfad zu wählen, aufweist.
Beispiel 2 weist die Phasenschieberschaltungsanordnung von Beispiel 1 auf, wobei eine Spannung über einer Primärspule des positiv gekoppelten Transformators und eine Spannung über einer Sekundärspule des positiv gekoppelten Transformators in Phase sind und eine Spannung über der Primärspule des negativ gekoppelten Transformators und eine Spannung über der Sekundärspule des negativ gekoppelten Transformators nicht in Phase sind.
Beispiel 3 weist die Phasenschieberschaltungsanordnung eines der Beispiele 1-2 auf, wobei ein erster Schalter der mehreren Schalter zwischen den ersten Knoten und den positiv gekoppelten Transformator gekoppelt ist und auf ein erstes Steuersignal anspricht und ein zweiter Schalter der mehreren Schalter zwischen den ersten Knoten und den negativ gekoppelten Transformator gekoppelt ist und auf ein zweites Steuersignal anspricht.
Beispiel 4 weist die Phasenschieberschaltungsanordnung eines der Beispiele 1-3 auf, wobei ein dritter Schalter der mehreren Schalter zwischen den positiv gekoppelten Transformator und den zweiten Knoten gekoppelt ist und auf das erste Steuersignal anspricht; und ein vierter Schalter der mehreren Schalter zwischen den negativ gekoppelten Transformator und den zweiten Knoten gekoppelt ist und auf das zweite Steuersignal anspricht.
Beispiel 5 weist die Phasenschieberschaltungsanordnung eines der Beispiele 1-4 auf, wobei das erste Steuersignal, das dem ersten Signalpfad zugeordnet ist, und das zweite Steuersignal, das dem zweiten Signalpfad zugeordnet ist, entgegengesetzte Phasen besitzen.
Beispiel 6 weist die Phasenschieberschaltungsanordnung eines der Beispiele 1-5 auf, die ferner einen Nebenschlusspfad aufweist, der an den ersten Signalpfad gekoppelt ist, wobei ein dritter Schalter der mehreren Schalter im Nebenschlusspfad angeordnet ist und auf das zweite Steuersignal anspricht.
Beispiel 7 weist die Phasenschieberschaltungsanordnung eines der Beispiele 1-5 auf, die ferner einen Nebenschlusspfad aufweist, der an den zweiten Signalpfad gekoppelt ist, wobei ein dritter Schalter der mehreren Schalter im Nebenschlusspfad angeordnet ist und auf das erste Steuersignal anspricht.
Beispiel 8 weist die Phasenschieberschaltungsanordnung eines der Beispiele 1-7 auf, wobei der erste Schalter und/oder der zweite Schalter einen Feldeffekttransistor (FET) aufweisen.
Beispiel 9 weist die Phasenschieberschaltungsanordnung eines der Beispiele 1-7 auf, wobei der erste Schalter und/oder der zweite Schalter gestapelte Feldeffekttransistoren (FETs) aufweisen.
Beispiel 10 weist die Phasenschieberschaltungsanordnung eines der Beispiele 1-9 auf, wobei der positiv gekoppelte Transformator und der negativ gekoppelte Transformator verschiedene Größen besitzen.
Beispiel 11 weist die Phasenschieberschaltungsanordnung eines der Beispiele 1-10 auf, wobei der positiv gekoppelte Transformator eine größere Größe als der negativ gekoppelte Transformator besitzt.
Beispiel 12 weist die Phasenschieberschaltungsanordnung eines der Beispiele 1-11 auf, die ferner einen Kondensator aufweist, der über eine Primärspule und eine Sekundärspule des positiv gekoppelten Transformators gekoppelt ist.
Beispiel 13 weist die Phasenschieberschaltungsanordnung eines der Beispiele 1-12 auf, die ferner einen Kondensator aufweist, der zwischen eine Primärspule und eine Sekundärspule des negativ gekoppelten Transformators gekoppelt ist.
Beispiel 14 weist die Phasenschieberschaltungsanordnung eines der Beispiele 1-13 auf, die ferner einen Kondensator aufweist, der zu einer Primärspule oder einer Sekundärspule des positiv gekoppelten Transformators parallelgeschaltet ist.
Beispiel 15 weist die Phasenschieberschaltungsanordnung eines der Beispiele 1-14 auf, die ferner einen Kondensator aufweist, der zu einer Primärspule oder einer Sekundärspule des negativ gekoppelten Transformators parallelgeschaltet ist.
Beispiel 16 weist die Phasenschieberschaltungsanordnung eines der Beispiele 1-15 auf, wobei die Phasenschieberschaltungsanordnung eine 180 Grad-Phasenschieberschaltungsanordnung ist.
Beispiel 17 weist die Phasenschieberschaltungsanordnung eines der Beispiele 1-16 auf, wobei die Phasenschieberschaltungsanordnung eine Mehrbit-Phasenschieberschaltungsanordnung ist.
Beispiel 18 weist eine Vorrichtung auf, die einen ersten Phasenschieber, der einen ersten Knoten, um ein Eingangssignal zu empfangen, aufweist; einen zweiten Knoten; einen ersten Signalpfad, der zwischen den ersten Knoten und den zweiten Knoten gekoppelt ist, wobei der erste Signalpfad einen positiv gekoppelten Transformator aufweist; einen zweiten Signalpfad, der zwischen den ersten Knoten und den zweiten Knoten gekoppelt ist, wobei der zweite Signalpfad einen negativ gekoppelten Transformator aufweist und der zweite Signalpfad am zweiten Knoten zum ersten Signalpfad nicht in Phase ist; und mehrere Schalter, um den ersten Signalpfad oder den zweiten Signalpfad zu wählen, aufweist.
Beispiel 19 weist die Vorrichtung von Beispiel 18 auf, wobei der erste Phasenschieber ferner Folgendes aufweist: einen ersten Kondensator, der über eine Primärspule des positiv gekoppelten Transformators gekoppelt ist; einen zweiten Kondensator, der über eine Sekundärspule des positiv gekoppelten Transformators gekoppelt ist; einen dritten Kondensator, der über eine Primärspule des negativ gekoppelten Transformators gekoppelt ist; oder einen vierten Kondensators, der über eine Sekundärspule des negativ gekoppelten Transformators gekoppelt ist.
Beispiel 20 weist die Vorrichtung eines der Beispiele 18-19 auf, die ferner einen zweiten Phasenschieber aufweist, der mit dem ersten Phasenschieber in Reihe geschaltet ist.
Beispiel 21 weist die Vorrichtung eines der Beispiele 18-20 auf, wobei der erste Phasenschieber auf ein erstes Steuerbit anspricht und der zweite Phasenschieber auf ein zweites Steuerbit, das vom ersten Steuerbit getrennt ist, anspricht.
Beispiel 22 weist die Vorrichtung eines der Beispiele 18-21 auf, wobei die Vorrichtung ein phasengesteuertes Anordnungssystem ist und die Vorrichtung ferner eine Antennenanordnung und mehrere Phasenschieber, die an die Antennenanordnung gekoppelt sind, aufweist, wobei die mehreren Phasenschieber den ersten Phasenschieber enthalten.
Beispiel 23 weist ein Verfahren zum Durchführen eines Phasenverschiebens auf, wobei das Verfahren ein Empfangen an einem ersten Knoten während eines ersten Zeitintervalls eines ersten Signals; ein Senden in Reaktion auf ein erstes Steuersignal des ersten Signals mittels eines ersten Signalpfads zwischen dem ersten Knoten und einem zweiten Knoten, der einen positiv gekoppelten Transformator aufweist, um ein zweites Signal zu erzeugen; ein Empfangen am ersten Knoten während eines zweiten Zeitintervalls eines dritten Signals und ein Senden in Reaktion auf ein zweites Steuersignal des dritten Signals mittels eines zweiten Signalpfads zwischen dem ersten Knoten und dem zweiten Knoten, der einen negativ gekoppelten Transformator aufweist, um ein viertes Signal zu erzeugen, aufweist.
Beispiel 24 weist das Verfahren von Beispiel 23 auf, wobei eine Primärspule des positiv gekoppelten Transformators eine Leitungsführungsstruktur in einer ersten Richtung besitzt; eine Sekundärspule des positiv gekoppelten Transformators eine Leitungsführungsstruktur in der ersten Richtung besitzt; eine Primärspule des negativ gekoppelten Transformators eine Leitungsführungsstruktur in einer zweiten Richtung besitzt und eine Sekundärspule des negativ gekoppelten Transformators eine Leitungsführungsstruktur in einer dritten Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, besitzt.
Beispiel 25 weist das Verfahren eines der Beispiele 23-24 auf, das ferner ein Schließen eines ersten Schalters, der zwischen den ersten Knoten und den positiv gekoppelten Transformator gekoppelt ist, und ein Öffnen eines zweiten Schalters, der zwischen den ersten Knoten und den negativ gekoppelten Transformator gekoppelt ist, aufweist, um den ersten Signalpfad zum Senden des ersten Signals in Reaktion auf das erste Steuersignal zu wählen.
Beispiel 26 weist das Verfahren eines der Beispiele 23-25 auf, das ferner ein Öffnen des ersten Schalters, der zwischen den ersten Knoten und den positiv gekoppelten Transformator gekoppelt ist, und ein Schließen des zweiten Schalters, der zwischen den ersten Knoten und den negativ gekoppelten Transformator gekoppelt ist, aufweist, um in Reaktion auf das zweite Steuersignal den zweiten Signalpfad zum Senden des dritten Signals zu wählen.
Beispiel 27 weist das Verfahren eines der Beispiele 23-26 auf, wobei das erste Steuersignal und das zweite Steuersignal invertierte Signale sind.
Beispiel 28 weist eine Vorrichtung auf, die Mittel zum Durchführen des Verfahrens gemäß einem der Beispiele 23-27 aufweist.
Varianten und Implementierungen
Während Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung oben unter Bezugnahme auf beispielhafte Implementierungen, wie in 1, 2A-2B, 3A-3B, 4-10 gezeigt ist, beschrieben wurden, wird ein Fachmann realisieren, dass die verschiedenen Unterweisungen, die oben beschrieben sind, auf eine große Vielzahl weiterer Implementierungen anwendbar sind.
In bestimmten Kontexten können die Merkmale, die hier diskutiert werden, auf Kraftfahrzeugsysteme, sicherheitskritische industrielle Anwendungen, medizinische Systeme, wissenschaftliche Instrumentation, drahtlose und drahtgebundene Kommunikationen, Funk, Radar, industrielle Prozesssteuerung, Audio und Videogeräte, Stromerfassung, Instrumentation (die sehr genau sein kann) und weitere Systeme auf der Grundlage digitaler Signalverarbeitung anwendbar sein.
In den Diskussionen der Ausführungsformen oben können Komponenten eines Systems wie z. B. Schalter, FETs, ein positiv gekoppelter Transformator, ein negativ gekoppelter Transformator 222, ADCs, DACs, DSAs, Phasenschieber, PAs, LNAs und/oder weitere Komponenten leicht ersetzt, ausgetauscht oder auf andere Weise geändert werden, um bestimmte Schaltungsanordnungsanforderungen zu berücksichtigen. Außerdem ist festzuhalten, dass die Verwendung komplementärer elektronischer Einrichtungen, Hardware, Software usw. eine gleichermaßen umsetzbare Option zum Implementieren der Unterweisungen der vorliegenden Offenbarung in Bezug auf 180 Grad-Phasenschieber in verschiedenen Kommunikationssystemen bietet.
Teile von verschiedenen Systemen zum Implementieren von 180 Grad-Phasenschiebern, die hier vorgeschlagen werden, können eine elektronische Schaltungsanordnung aufweisen, um die Funktionen, die hier beschrieben sind, durchzuführen. In einigen Fällen können ein oder mehrere Teile des Systems durch einen Prozessor bereitgestellt werden, der zum Ausführen der Funktionen, die hier beschrieben sind, speziell ausgebildet ist. Zum Beispiel kann der Prozessor eine oder mehrere anwendungsspezifische Komponenten aufweisen oder kann programmierbare Logikgates aufweisen, die ausgebildet sind, die Funktionen, die hier beschreiben sind, auszuführen. Die Schaltungsanordnung kann in einer analogen Domäne, einer digitalen Domäne oder einer Mischsignaldomäne arbeiten. In einigen Fällen kann der Prozessor ausgebildet sein, die Funktionen, die hier beschriebenen sind, durch Ausführen eines oder mehrerer Befehle, die in einem nichtflüchtigen computerlesbaren Speichermedium gespeichert sind, auszuführen.
In einer Beispielausführungsform kann eine beliebige Anzahl elektrischer Schaltungen der vorliegenden Figuren an einer Platine einer zugeordneten elektronischen Einrichtung implementiert werden. Die Platine kann eine allgemeine Leiterplatte sein, die verschiedene Komponenten des internen elektronischen Systems der elektronischen Einrichtung halten und ferner Verbinder für weitere Peripheriegeräte bereitstellen kann. Insbesondere kann die Platine die elektrischen Verbindungen bereitstellen, womit die weiteren Komponenten des Systems elektrisch kommunizieren können. Beliebige geeignete Prozessoren (die DSPs, Mikroprozessoren, Trägerchipsätze usw. aufweisen), computerlesbare nicht flüchtige Speicherelemente usw. können auf der Grundlage bestimmter Konfigurationsanforderungen, Verarbeitungsanforderungen, Computerentwürfe usw. an die Platine geeignet gekoppelt werden. Weitere Komponenten wie z. B. externer Speicher, zusätzliche Sensoren, Steuereinheiten für Audio/Videoanzeige und Peripherieeinrichtungen können an der Platine als Einsteckkarten oder mittels Kabeln angebracht oder in die Platine selbst integriert sein. In verschiedenen Ausführungsformen können die Funktionalitäten, die hier beschrieben sind, in Emulationsform als Software oder Firmware, die in einem oder mehreren konfigurierbaren (z. B. programmierbaren) Elementen, die in einer Struktur angeordnet sind, die diese Funktionen unterstützt, läuft, implementiert werden. Die Software oder die Firmware, die die Emulation bereitstellt, kann in einem nichtflüchtigen computerlesbaren Speichermedium vorgesehen sein, das Befehle aufweist, um zu ermöglichen, dass ein Prozessor diese Funktionalitäten ausführt.
In einer weiteren Beispielausführungsform können die elektrischen Schaltungen der vorliegenden Figuren als eigenständige Module implementiert werden (z. B. eine Einrichtung mit zugeordneten Komponenten und Schaltungsanordnungen, die ausgebildet sind, eine bestimmte Anwendung oder Funktion durchzuführen) oder als Einsteckmodule in anwendungsspezifische Hardware elektronischer Einrichtungen implementiert werden. Es ist festzuhalten, dass bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung leicht teilweise oder vollständig in eine System-on-Chip-Baugruppe (SOC-Baugruppe) aufgenommen werden können. Ein SOC repräsentiert eine IC, die Komponenten eines Computers oder eines weiteren elektronischen Systems in einen einzelnen Chip integriert. Es kann digitale, analoge, Mischsignal- und häufig HF-Funktionen aufweisen: alle davon können an einem einzelnen Chipsubstrat bereitgestellt werden. Weitere Ausführungsformen können ein Mehrchipmodul (MCM) aufweisen, wobei mehrere getrennte ICs in einer einzelnen elektronischen Baugruppe verortet sind und ausgebildet sind, über die elektronische Baugruppe eng miteinander zu interagieren.
Es ist außerdem unerlässlich, anzumerken, dass alle Spezifikationen, Abmessungen und Beziehungen, die hier dargestellt sind (z. B. die Anzahl von Komponenten der Phasenschieberschaltungsanordnungen, die in 2A-2B, 3A, 4-9 gezeigt sind und/oder das phasengesteuerte Anordnungssystem, das in 10 gezeigt ist), lediglich beispielhaft und unterweisend angeboten wurden. Derartige Informationen können wesentlich verändert werden, ohne vom Geist der vorliegenden Offenbarung oder dem Umfangs der beigefügten Ansprüche abzuweichen. Es ist zu bedenken, dass das System in beliebiger geeigneter Weise konsolidiert werden kann. Zusammen mit ähnlichen Entwurfsalternativen können beliebige der veranschaulichten Schaltungen, Komponenten, Module und Elemente der vorliegenden Figuren in verschiedenen möglichen Konfigurationen kombiniert werden, die alle klar im breiten Umfang dieser Spezifikation liegen. In der vorhergehenden Beschreibung wurden Beispielausführungsformen unter Bezugnahme auf bestimmte Prozessor- und/oder Komponentenanordnungen beschrieben. Verschiedene Modifikationen und Änderungen können an derartigen Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne vom Umfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen. Die Beschreibung und die Zeichnungen sollen entsprechend in einem veranschaulichenden statt in einem einschränkenden Sinne betrachtet werden.
Es ist festzuhalten, dass mit den zahlreichen Beispielen, die hier bereitgestellt werden, Interaktion bezüglich zwei, drei, vier oder mehr elektrischen Bauteilen beschrieben werden können. Allerdings erfolgte dies lediglich zum Zwecke der Klarheit und beispielhaft. Es ist zu bedenken, dass das System in beliebiger geeigneter Weise konsolidiert werden kann. Zusammen mit ähnlichen Entwurfsalternativen können beliebige der veranschaulichten Komponenten, Module und Elemente der Figuren in verschiedenen möglichen Konfigurationen kombiniert werden, die alle klar im breiten Umfang dieser Spezifikation liegen. In bestimmten Fällen kann es einfacher sein, eine oder mehrere der Funktionalitäten eines gegebenen Satzes von Abläufen lediglich durch Bezugnahme auf eine beschränkte Anzahl elektrischer Elemente zu beschreiben. Es ist zu bedenken, dass die elektrischen Schaltungen der Figuren und ihre Lehren leicht skalierbar sind und eine große Anzahl von Komponenten sowie kompliziertere/anspruchsvollere Anordnungen und Konfigurationen aufnehmen können. Entsprechend sollen die vorgesehenen Beispiele den Umfang nicht beschränken oder die breiten Lehren der elektrischen Schaltungen, die möglicherweise auf eine Unzahl weiterer Architekturen angewendet werden können, unterbinden.
Es ist festzuhalten, dass in dieser Spezifikation Bezüge auf verschiedene Merkmale (z. B. Elemente, Strukturen, Module, Komponenten, Schritte, Operationen, Eigenschaften usw.) die in „einer bestimmten Ausführungsform“, „Beispielausführungsform“, „einer Ausführungsform“, „einer weiteren Ausführungsform“, „einigen Ausführungsformen“, „verschiedenen Ausführungsformen“, „weiteren Ausführungsformen“, „alternativen Ausführungsform“ und dergleichen enthalten sind, dazu bestimmt sind, zu bedeuten, dass beliebige derartige Merkmale in einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthalten sind, jedoch in denselben Ausführungsformen kombiniert werden können aber nicht notwendigerweise müssen. Außerdem gibt wie hierin einschließlich in den Ansprüchen verwendet „oder“, das in einer Liste von Elementen (z. B. eine Liste von Elementen, der eine Wortverbindung wie z. B. „mindestens ein von“ oder „eine oder mehrere von“ vorangeht) verwendet wird, eine inklusive Liste an, derart, dass z. B. eine Liste von [mindestens eines von A, B oder C] A oder B oder C oder AB oder AC oder BC oder ABC (d. h. A und B und C) bedeutet.
Verschiedene Aspekte der veranschaulichenden Ausführungsformen werden unter Verwendung von Begriffen beschrieben, die üblicherweise durch Fachleute eingesetzt werden, um weiteren Fachleute die Substanz ihrer Arbeit zu übermitteln. Zum Beispiel bedeutet der Begriff „verbunden“ eine direkte elektrische Verbindung zwischen den Dingen, die verbunden sind, ohne dazwischenliegende Einrichtungen/Komponenten, während der Begriff „gekoppelt“ entweder eine direkte elektrische Verbindung zwischen den Dingen, die verbunden sind, oder eine indirekte Verbindung durch eine oder mehrere passive oder aktive dazwischenliegende Einrichtungen/Komponenten bedeutet. In einem weiteren Beispiel bedeutet der Begriff „Schaltung“ eine oder mehrere passive und/oder aktive Komponenten, die zusammenzuwirkend angeordnet sind, um eine gewünschte Funktion bereitzustellen. Außerdem können wie hierin verwendet die Begriffe „im Wesentlichen“, „annähernd“, „etwa“, usw. verwendet werden, um im Allgemeinen auf ein Vorliegen in +/-20 % eines Sollwerts, z. B. in +/-10 % eines Sollwerts auf der Grundlage des Kontexts eines bestimmten Werts, wie hier beschrieben ist oder im Stand der Technik bekannt ist, Bezug zu nehmen.
Zahlreiche weitere Umstellungen, Ersetzungen, Variationen, Änderungen und Modifikationen können durch einen Fachmann ermittelt werden und es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Offenbarung alle derartigen Umstellungen, Ersetzungen, Variationen, Änderungen und Modifikationen als in den Umfang der Beispiele und der beigefügten Ansprüche fallend aufweist. Es ist festzuhalten, dass alle optionalen Merkmale der Vorrichtung, die oben beschrieben ist, auch in Bezug auf das Verfahren oder den Prozess, der hier beschrieben ist, implementiert werden können und Besonderheiten in den Beispielen überall in einer oder mehreren Ausführungsformen verwendet werden können.
Gemäß einem Aspekt werden Systeme, Einrichtungen und Verfahren in Bezug auf Phasenschieber geschaffen. Eine Beispielvorrichtung weist einen ersten Knoten, um ein Eingangssignal zu empfangen, einen zweiten Knoten, einen ersten Signalpfad, der zwischen den ersten Knoten und den zweiten Knoten gekoppelt ist, und einen zweiten Signalpfad, der zwischen den ersten Knoten und den zweiten Knoten gekoppelt ist, auf. Der erste Signalpfad weist einen positiv gekoppelten Transformator auf. Der zweite Signalpfad weist einen negativ gekoppelten Transformator auf. Der zweite Signalpfad ist am zweiten Knoten nicht mit dem ersten Signalpfad in Phase. Die Vorrichtung weist ferner mehrere Schalter auf, um den ersten Signalpfad oder den zweiten Signalpfad zu wählen. Die Vorrichtung kann ferner Abstimmkondensatoren aufweisen, um die Phasenverschiebungsleistungsfähigkeit der Vorrichtung zu verbessern.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 63/138054 [0001]
US 17/551367 [0001]

Claims

Phasenschieberschaltungsanordnung, die Folgendes aufweist: einen ersten Knoten; einen zweiten Knoten; einen ersten Signalpfad, der zwischen den ersten Knoten und den zweiten Knoten gekoppelt ist, wobei der erste Signalpfad einen positiv gekoppelten Transformator aufweist; einen zweiten Signalpfad zwischen dem ersten Knoten und dem zweiten Knoten, wobei der zweite Signalpfad einen negativ gekoppelten Transformator aufweist; und mehrere Schalter, um den ersten Signalpfad oder den zweiten Signalpfad zu wählen.
Phasenschieberschaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei eine Spannung über einer Primärspule des positiv gekoppelten Transformators und eine Spannung über einer Sekundärspule des positiv gekoppelten Transformators in Phase sind und eine Spannung über einer Primärspule des negativ gekoppelten Transformators und eine Spannung über einer Sekundärspule des negativ gekoppelten Transformators nicht in Phase sind.
Phasenschieberschaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein erster Schalter der mehreren Schalter zwischen den ersten Knoten und den positiv gekoppelten Transformator gekoppelt ist und auf ein erstes Steuersignal anspricht und ein zweiter Schalter der mehreren Schalter zwischen den ersten Knoten und den negativ gekoppelten Transformator gekoppelt ist und auf ein zweites Steuersignal anspricht.
Phasenschieberschaltungsanordnung nach Anspruch 3, wobei das erste Steuersignal, das dem ersten Signalpfad zugeordnet ist, und das zweite Steuersignal, das dem zweiten Signalpfad zugeordnet ist, entgegengesetzte Phasen besitzen.
Phasenschieberschaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, die ferner Folgendes aufweist: einen Nebenschlusspfad, der an den ersten Signalpfad gekoppelt ist, wobei ein dritter Schalter der mehreren Schalter im Nebenschlusspfad angeordnet ist und auf das zweite Steuersignal anspricht.
Phasenschieberschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der erste Schalter und/oder der zweite Schalter einen oder mehrere Feldeffekttransistoren (FETs) aufweisen.
Phasenschieberschaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der positiv gekoppelte Transformator und der negativ gekoppelte Transformator verschiedene Größen besitzen.
Phasenschieberschaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner Folgendes aufweist: einen Kondensator, der über eine Primärspule und eine Sekundärspule des positiv gekoppelten Transformators gekoppelt ist.
Phasenschieberschaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner Folgendes aufweist: einen Kondensator, der zu einer Primärspule oder einer Sekundärspule des positiv gekoppelten Transformators parallelgeschaltet ist; und/oder einen Kondensator, der zu einer Primärspule oder einer Sekundärspule des negativ gekoppelten Transformators parallelgeschaltet ist.
Phasenschieberschaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Phasenschieberschaltungsanordnung eine 180 Grad-Phasenschieberschaltungsanordnung ist.
Phasenschieberschaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Phasenschieberschaltungsanordnung eine Mehrbit-Phasenschieberschaltungsanordnung ist.
Vorrichtung, die Folgendes aufweist: einen ersten Phasenschieber, der Folgendes aufweist: einen ersten Knoten, um ein Eingangssignal zu empfangen; einen zweiten Knoten; einen ersten Signalpfad, der zwischen den ersten Knoten und den zweiten Knoten gekoppelt ist, wobei der erste Signalpfad einen positiv gekoppelten Transformator aufweist; einen zweiten Signalpfad, der zwischen den ersten Knoten und den zweiten Knoten gekoppelt ist, wobei der zweite Signalpfad einen negativ gekoppelten Transformator aufweist und der zweite Signalpfad am zweiten Knoten nicht mit dem ersten Signalpfad in Phase ist; und mehrere Schalter, um den ersten Signalpfad oder den zweiten Signalpfad zu wählen.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der erste Phasenschieber ferner Folgendes aufweist: einen ersten Kondensator, der über eine Primärspule des positiv gekoppelten Transformators gekoppelt ist; und/oder einen zweiten Kondensator, der über eine Sekundärspule des positiv gekoppelten Transformators gekoppelt ist; und/oder einen dritten Kondensator, der über eine Primärspule des negativ gekoppelten Transformators gekoppelt ist; und/oder einen vierten Kondensator, der über eine Sekundärspule des negativ gekoppelten Transformators gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, die ferner Folgendes aufweist: einen zweiten Phasenschieber, der mit dem ersten Phasenschieber in Reihe geschaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei der erste Phasenschieber auf ein erstes Steuerbit anspricht und der zweite Phasenschieber auf ein zweites Steuerbit, das vom ersten Steuerbit getrennt ist, anspricht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die Vorrichtung ein phasengesteuertes Anordnungssystem ist und die Vorrichtung ferner Folgendes aufweist: eine Antennenanordnung und mehrere Phasenschieber, die an die Antennenanordnung gekoppelt sind, wobei die mehreren Phasenschieber den ersten Phasenschieber umfassen.
System zum Durchführen eines Phasenverschiebens, wobei das System einen Prozessor aufweist, der dazu ausgebildet ist, ein Verfahren auszuführen, das Folgendes aufweist: Empfangen, an einem ersten Knoten während eines ersten Zeitintervalls, eines ersten Signals; Senden, in Reaktion auf ein erstes Steuersignal, des ersten Signals mittels eines ersten Signalpfads zwischen dem ersten Knoten und einem zweiten Knoten, der einen positiv gekoppelten Transformator aufweist, um ein zweites Signal zu erzeugen; Empfangen, am ersten Knoten während eines zweiten Zeitintervalls, eines dritten Signals; und Senden, in Reaktion auf ein zweites Steuersignal, des dritten Signals mittels eines zweiten Signalpfads zwischen dem ersten Knoten und dem zweiten Knoten, der einen negativ gekoppelten Transformator aufweist, um ein viertes Signal zu erzeugen.
System nach Anspruch 17, wobei eine Primärspule des positiv gekoppelten Transformators eine Leitungsführungsstruktur in einer ersten Richtung besitzt; eine Sekundärspule des positiv gekoppelten Transformators eine Leitungsführungsstruktur in der ersten Richtung besitzt; eine Primärspule des negativ gekoppelten Transformators eine Leitungsführungsstruktur in einer zweiten Richtung besitzt und eine Sekundärspule des negativ gekoppelten Transformators eine Leitungsführungsstruktur in einer dritten Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, besitzt.
System nach Anspruch 17 oder 18, das ferner Folgendes aufweist: Schließen eines ersten Schalters, der zwischen den ersten Knoten und den positiv gekoppelten Transformator gekoppelt ist, und Öffnen eines zweiten Schalters, der zwischen den ersten Knoten und den negativ gekoppelten Transformator gekoppelt ist, um den ersten Signalpfad zum Senden des ersten Signals in Reaktion auf das erste Steuersignal zu wählen.
System nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei das erste Steuersignal und das zweite Steuersignal invertierte Signale sind.