DE60028181T2 - Verfahren und system zur quantisierung eines analogen signals mit einem getakteten paar dioden mit resonantem tunneleffekt - Google Patents

Verfahren und system zur quantisierung eines analogen signals mit einem getakteten paar dioden mit resonantem tunneleffekt Download PDF

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Description

  • TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf elektronische Quantisierung und im Besonderen auf ein Verfahren und eine Anordnung zur Quantisierung eines analogen Signals unter Verwendung eines getakteten Paars Dioden mit resonantem Tunneleffekt.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Analog-Digital-Wandler sind in einer Vielfalt von Bauweisen ausgeformt worden. Normalerweise sind diese Bauweisen mit Transistoren realisiert worden. Zum Beispiel umfasst eine bekannte Implementierung ein kreuzgekoppeltes Paar von Transistoren. Es gibt jedoch mehrere Nachteile, die mit der Verwendung von Transistoren bei der Realisierung von Analog-Digital-Wandlern verbunden sind.
  • Als Erstes werden elektrische Komponenten, die in digitalen Schaltkreisen verwendet werden, zunehmend kleiner. In dem Maß wie diese Bausteine in der Größe abnehmen, beginnen quantenmechanische Effekte aufzutreten. Die elektrischen Eigenschaften von konventionellen Transistoren können durch quantenmechanische Effekte inakzeptabel werden. Zum Zweiten wird ein mit Transistoren realisierter Analog-Digital-Wandler durch die Schaltgeschwindigkeit der Transistoren limitiert, die für einige Anwendungen zu langsam sein kann. Zuletzt sind konventionelle Transistoren auf zwei stabile Zustände beschränkt. Daher wandeln Anordnungen, die Transistoren verwendenden, Analogsignale typischerweise nur in binäre digitale Signale um, wodurch die Anwendung von mehrwertiger Logik schwierig wird.
  • Ein Beispiel für einen Logikschaltkreis nach dem Stand der Technik kann in dem Dokument „Pulse circuits using Esaki diodes" von Kazuo Fushimi in Electronics and Communications in Japan, vol. 47, No. 4, April 1964, Seiten 142 bis 152 gefunden werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zur Quantisierung eines anlogen Signals zur Verfügung zu stellen, die eine größere Symmetrie zur Verfügung stellt. Dieses Ziel kann durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 bis 15 erreicht werden. Die abhängigen Ansprüche weisen weitere Verbesserungen der vorliegenden Erfindung auf.
  • Entsprechend der vorliegenden Erfindung werden ein Verfahren und eine Anordnung für die Quantisierung eines analogen Signals unter Verwendung eines Paares von getakteten Dioden mit resonantem Tunneleffekt zur Verfügung gestellt, die die Nachteile oder Probleme, die mit vorhergehenden Quantisierern verbunden sind, im Wesentlichen eliminieren oder reduzieren.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Anordnung für die Quantisierung eines analogen Signals zur Verfügung gestellt, die ein ein analoges Eingangssignal empfangendes Eingangsanschlusselement, ein ein Zeittaktsignal empfangendes Zeittaktanschlusselement und eine ein invertiertes Zeittaktsignal empfangendes invertiertes Zeittaktanschlusselement aufweist. Eine erste Negativwiderstandseinrichtung weist ein erstes Anschlusselement auf, das mit dem Zeittaktanschlusselement verbunden ist und ein zweites Anschlusselement, das mit dem Eingangsanschlusselement verbunden ist. Eine zweite Negativwiderstandseinrichtung weist ein erstes Anschlusselement auf, das mit dem Eingangsanschlusselement verbunden ist und ein zweites Anschlusselement, das mit dem invertierten Zeittaktanschlusselement verbunden ist. Ein quantisiertes Ausgangssignal wird an einem Ausgangsanschlusselement erzeugt, das mit dem zweiten Anschlusselement der ersten Negativwiderstandseinrichtung und dem ersten Anschlusselement der zweiten Negativwiderstandseinrichtung verbunden ist.
  • Die technischen Vorzüge der vorliegenden Erfindung beinhalten das zur Verfügung stellen eines verbesserten Verfahrens und einer verbessertes Anordnung für die Quantisierung eines analogen Signals. Im Besonderen ist eine Negativwiderstandseinrichtung, wie zum Beispiel eine Diode mit resonantem Tunneleffekt, als Teil des Analog-Digital-Wandlers beinhaltet. Dementsprechend wird die Notwendigkeit von Transistoren vermieden. Als Ergebnis werden die abträglichen Auswirkungen der Quantenmechanik reduziert oder liegen nicht vor, die Schaltgeschwindigkeit wird gesteigert und die Verwendung von mehrwertiger Logik ist möglich.
  • Weitere technische Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden jemandem, der in der Technik ausgebildet ist, leicht aus den nachfolgenden Figuren, Beschreibungen und Ansprüchen offenbar.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Für ein vollständiges Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorzüge, wird jetzt Bezug genommen auf die nachfolgende Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Figuren:
  • 1 zeigt ein schematisches Diagramm einer Resonanzeffekt-Tunneldiode (Resonant Tunneling Diode – RTD) zum Gebrauch als ein Element negativen Widerstands entsprechend den Lehren der vorliegenden Erfindung;
  • 2 zeigt einen Graphen des Stroms als eine Funktion der elektrischen Spannung für das in 1 veranschaulichte Element negativen Widerstands;
  • Die 3 und 4 zeigen Stromlaufpläne, die eine Anordnung für die Quantisierung eines analogen Signals entsprechend ersten und zweiten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen;
  • Die 5, 6 und 7 zeigen Stromlaufpläne, die eine Brücke für die Quantisierung eines analogen Signals entsprechend zusätzlichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen;
  • 8 zeigt einen Stromlaufplan, der die Brücke gemäß der 5, 6 und 7 in einem direkten Betriebsmodus veranschaulicht;
  • 9 zeigt einen Stromlaufplan, der die Brücke gemäß der 5, 6 und 7 in einem kapazitiv gekoppelten Betriebsmodus veranschaulicht; und
  • 10 zeigt einen Stromlaufplan, der einen entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebauten Konstantzeitmodulator veranschaulicht.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und deren Vorzüge werden am besten verstanden, in dem man sich jetzt detaillierter auf die 1 bis 10 der Figuren bezieht, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleich Elemente beziehen.
  • 1 zeigt ein schematisches Diagramm einer Resonanzeffekt-Tunneldiode (RTD) 10 zur Verwendung als ein Element negativen Widerstands entsprechend den Lehren der vorliegenden Erfindung. Die RTD 10 weisen ein Eingangsanschlusselement 11 für das Empfangen eines Eingangssignals, ein Ausgangsanschlusselement 12 für das Erzeugen eines Ausgangssignals, zweier Tunnelsperrschichten 13 und eine Quantenwannenschicht 14 auf.
  • 2 zeigt einen Graphen, der den Strom als Funktion der elektrischen Spannung für ein Element negativen Widerstands wie eine RTD 10 zeigt. Die Form dieser I-V Kurve wird von den Quanteneffekten bestimmt, die ein Ergebnis der extremen Dünnheit der Tunnelsperrschichten 13 und der Quantenwannenschicht 14 sind. Diese Schichten 13 und 14 sind etwa zehn (10) bis zwanzig (20) Atome stark.
  • Wenn eine elektrische Spannung niedriger Amplitude an das Eingangsanschlusselement 11 angelegt wird, tunneln fast keine Elektronen durch die beiden Tunnelsperrschichten 13. Dies führt zu einem vernachlässigbaren Strom und die RTD 10 ist ausgeschaltet. Wenn die elektrische Spannung zunimmt, nimmt die Energie der am Eingangsanschlusselement 11 empfangenen Elektronen ebenfalls zu und die Wellenlänge dieser Elektronen nimmt ab. Wenn ein bestimmter elektrischer Spannungspegel am Eingangsanschlusselement 11 erreicht wird, passt eine bestimmte Anzahl von Elektronenwellenlängen in die Quantenwannenschicht 14. An dieser Stelle wird eine Resonanz aufgebaut, da Elektronen, die durch eine Tunnelsperrschicht 13 tunneln, in der Quantenwannenschicht 14 verbleiben, wodurch jenen Elektronen die Gelegenheiten geben wird, durch die zweite Tunnelsperrschicht 13 an das Ausgangsanschlusselement 12 zu tunneln. Auf diese Weise wird ein Stromfluss vom Eingangsanschlusselement 11 zum Ausgangsanschlusselement 12 aufgebaut und RTD 10 wird eingeschaltet. Wenn jedoch der elektrische Spannungspegel weiterhin ansteigt, weisen schließlich keine der Elektronen die richtige Wellenlänge auf, um durch die Tunnelsperrschichten 13 zu tunneln und RTD 10 wird ausgeschaltet. Diese Eigenschaft von Elementen negativen Widerstands wie zum Beispiel RTDs 10, die es erlaubt, zwischen Ein- und Aus-Zuständen hin und her umzuschalten während die elektrische Spannung zunimmt, ermöglicht den Betrieb mit einer Vorspannung, um, wie in 2 veranschaulicht, in einem von drei stabilen Zuständen zu arbeiten. Diese drei stabilen Zustände sind der Bereich des Tals bei negativer Vorspannung 16, der Bereich vor dem Spitzenwert 17 und der Bereich des Tals bei positiver Vorspannung 18.
  • Eine weitere Eigenschaft in Verbindung mit der extremen Dünnheit der Tunnelsperrschichten 13 und der Quantenwannenschicht 14 der RTD 10 bezieht sich auf die Umschaltgeschwindigkeit. Weil jede von diesen Schichten 13 und 14 nur etwa zehn (10) bis zwanzig (20) Atomen stark ist, wandert ein Elektron nur etwa 0,1 Mikron vom Eingangsanschlusselement 11 zum Ausgangsanschlusselement 12. Wegen dieses kurzen Abstands schaltet die RTD 10 mit einer sehr hohen Rate an und ab.
  • Die 3 und 4 zeigen Stromlaufpläne, die Anordnungen 20 und 40 für die Quantisierung eines analogen Signals entsprechend der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Die Anordnungen 20 und 40 weisen eine erste Resonanzeffekt-Tunneldiode (3) 22 und eine zweite Resonanzeffekt-Tunneldiode(n) 24 auf. Die Anordnungen 20 und 40 weisen auch ein Eingangsanschlusselement 26 für das Empfangen eines analogen Eingangssignals, ein Taktanschlusselement 28 für das Empfangen eines Taktsignals, ein invertiertes Taktanschlusselement 30 für das Empfangen eines invertierten Taktsignals und ein Ausgangsanschlusselement 32, um ein quantisiertes Ausgangssignal zu erzeugen, auf.
  • Entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das am Eingangsanschlusselement 26 empfangene Eingangssignal ein im Strom veränderliches Signal auf, während der Ausgang am Ausgangsanschlusselement 32 eine in der Spannung veränderliche elektrische Spannung aufweist. In einer Implementierung der Anordnungen 20 und 40 variiert das Eingangssignal im Bereich des X-Bandes (zehn oder mehr Gigahertz). In der in 3 gezeigten Anordnung 20 werden die RTDs 22 und 24 in Bezug auf das Taktanschlusselement 28 auf die gleiche Weise mit einer Vorspannung beaufschlagt. In der in 4 gezeigten Anordnung 40 weisen die RTDs 22 und 24 jeweils ein Paar, das parallel verschaltet und entgegen gesetzt zu einander mit einer Vorspannung beaufschlagt wird, auf.
  • In den Anordnungen 20 und 40 arbeiten die RTDs in dem Bereich vor dem Spitzenwert 17, wenn der Eingangsstrom null ist. Dies erzeugt ein Ausgangssignal einer elektrischen Spannung von Null. Wenn der Eingangsstrom jedoch einen festgelegten Pegel erreicht, wird eine der RTDs 22 oder 24 durch die resultierende Asymmetrie entweder in den Bereich des Tals bei negativer Vorspannung 16 gezwungen, woraus ein Ausgangssignal von –1 resultiert oder in den Bereich des Tals bei positiver Vorspannung 18, was zu einem Ausgangssignal von +1 führt.
  • Entsprechend der vorliegenden Erfindung erzeugt das Ausgangsanschlusselement 32 ein elektrisches +1 Spannungssignal als Ausgangssignal, wenn das Eingangssignal größer ist als eine erste Schwelle, ein elektrisches –1 Spannungssignal als Ausgangssignal, wenn das Eingangssignal kleiner ist als eine zweite Schwelle und eine elektrische Spannung von Null als Ausgangssignal, wenn sich das Eingangssignal zwischen den ersten und zweiten Schwellen befindet.
  • In der in 3 gezeigten Ausführungsform weist die Anordnung 20 eine einzelne RTD 22 und eine einzelne RTD 24 auf. Diese Ausführungsform stellt ein kompakteres Layout zur Verfügung und läuft mit einer höheren Geschwindigkeit als die in 4 gezeigte Ausführungsform, wobei jede der RTDs 22 und 24 ein Paar aufweist. Jedoch stellt die in 4 gezeigte Ausführungsform mehr Symmetrie zur Verfügung und reduziert Harmonische geradzahliger Ordnung, die in der in 3 gezeigten Ausführungsform vorhanden sein können.
  • Die 5, 6 und 7 zeigen Stromlaufpläne, die die Brücken 50, 70 und 80 für die Quantisierung eines analogen Signals entsprechend der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Die Brücken 50, 70 und 80 weisen eine erste Resonanzeffekt-Tunneldiode(n) 52, eine zweite Resonanzeffekt-Tunneldiode(n) 54, eine dritte Resonanzeffekt-Tunneldiode(n) 56 und eine vierte Resonanzeffekt-Tunneldiode(n) 58 auf. Die Brücken 50, 70 und 80 weisen auch ein Eingangsanschlusselement 60 für das Empfangen eines analogen Eingangssignals, ein invertier tes Eingangsanschlusselement 62 für das Empfangen eines invertierten Eingangssignals, ein Taktanschlusselement 64 für das Empfangen eines Taktsignals und ein invertiertes Taktanschlusselement 66 für das Empfangen eines invertierten Taktsignals auf.
  • In der in 5 gezeigten Ausführungsform wird jede RTD 52, 54, 56 und 58 in Bezug auf das Taktanschlusselement 64 mit einer Vorspannung beaufschlagt. In der in 6 gezeigten Ausführungsform weist jede RTD 52, 54, 56 und 58 ein parallel geschaltetes und zu einander entgegen gesetzt unter Vorspannung gesetztes Diodenpaar auf. Die in 7 gezeigte Anordnung 80 weist eine fünfte Resonanzeffekt-Tunneldiode 82 auf. In dieser Ausführungsform wird jede RTD 52, 54, 56, 58 und 82 in Bezug auf das Taktanschlusselement 64 auf gleiche Weise unter Vorspannung gesetzt. Jedoch kann als Alternative jede RTD 52, 54, 56, 58 und 82 ein parallel geschaltetes und zu einander entgegen gesetzt unter Vorspannung gesetztes RTD Paar aufweisen.
  • In den Brücken 50 und 70 arbeiten die RTDs 52, 54, 56 und 58 in dem Bereich vor dem Spitzenwert 17, siehe 2, wenn der Eingangsstrom Null ist. Dies erzeugt ein Ausgangssignal von Null. Wenn jedoch der Eingangsstrom einen festgelegten Pegel erreicht, resultiert daraus eine Asymmetrie und erzeugt ein Ausgangssignal von –1 oder +1.
  • Eine Entscheidung darüber, ob das Ausgangssignal –1 oder +1 sein wird, wird getroffen, wenn der Pegel des Taktsignals zunimmt. In dieser Situation werden die Brücken 50 und 70 positiv unter Vorspannung gesetzt und zwei der RTDs 52, 54, 56 und 58 arbeiten entweder im Bereich des Tals bei negativer Vorspannung 16, wodurch ein Ausgangssignal von –1 Volt erzeugt wird oder im Bereich des Tals bei positiver Vorspannung 18, wodurch ein Ausgangssignal von +1 Volt erzeugt wird. Wenn der Pegel des Eingangsstroms bewirkt, dass die RTD 52 umschaltet, schaltet die RTD 58 ebenfalls um. Wenn jedoch der Pegel des Eingangsstroms bewirkt, dass die RTD 54 um schaltet, wird die RTD 56 die zweite sein, die umschaltet. Wenn die RTDs 52 und 58 umschalten, wird das Ausgangssignal zu +1 Volt, während wenn die RTDs 54 und 56 umschalten, das Ausgangssignal zu –1 Volt wird.
  • Eine Festlegung in Bezug darauf, ob das Ausgangssignal –1 oder +1 sein wird, wird auch gemacht, wenn das Taktsignal abnimmt. In dieser Situation werden die Brücken 50 und 70 negativ unter Vorspannung gesetzt und zwei der RTDs 52, 54, 56 und 58 werden entweder in den Bereich des Tals bei negativer Vorspannung 16 gezwungen, siehe 2, oder in den Bereich des Tals bei positiver Vorspannung 18, wie gerade in Verbindung mit einer Zunahme des Taktsignals beschrieben. Wie zuvor schalten entweder die RTDs 52 und 58 oder die RTDs 54 und 56 um. In diesem Fall jedoch, wenn die RTDs 52 und 58 umschalten, wird das Ausgangssignal zu –1, während wenn die RTDs 54 und 56 umschalten, das Ausgangssignal zu +1 wird.
  • In der Brücke 80 erzeugt die fünfte RTD 82 eine Asymmetrie, die eines der Paare der RTDs, entweder 52 und 58 oder 54 und 56 in den Bereich des Tals bei negativer Vorspannung 16 oder in den Bereich des Tals bei positiver Vorspannung 18 zwingt. In dieser Konfiguration gibt es im Grunde genommen kein Eingangssignal, das zu einem Ausgangssignal von Null führt. Auf diese Weise ist das erzeugte Ausgangssignal für die Ausführungsform, in der die Brücke 80 eine fünfte RTD aufweist, binär statt ternär.
  • Wie bei den Brücken 50 und 70, arbeitet die Brücke 80, um den Wert des Ausgangssignals zu bestimmen, sowohl wenn der Takt zunimmt als auch wenn der Takt abnimmt. Deshalb erzeugen die Brücken 50, 70 und 80 zwei Ausgangssignale für jeden Taktzyklus. Daher ist, um zum Beispiel 25 Gigasamples pro Sekunde zu erhalten, ein Taktsignal mit 12,5 Gigahertz ausreichend.
  • Die in den 5 und 7 gezeigten Ausführungsformen, in denen einzelne RTDs 52, 54, 56, 58 und RTD 82 gemäß 7 die Brücke aufweisen, stellen ein kompakteres Layout zur Verfügung, das mit einer höheren Geschwindigkeit läuft als die Ausführungsform, die in 6 gezeigt wird, wo jede RTD 52, 54, 56 und 58 ein Paar aufweist. Jedoch stellt die in 6 gezeigte Ausführungsform mehr Symmetrie zur Verfügung und reduziert die geradzahligen Harmonischen, die in den in den 5 und 7 gezeigten Ausführungsformen auftreten können.
  • 8 zeigt einen Stromlaufplan, der eine Anordnung 90 für die Quantisierung eines analogen Signals in einem direkten Betriebsmodus veranschaulicht. Die Anordnung 90 weist eine entsprechend einer der in den 5, 6 oder 7 gezeigten Ausführungsformen konfigurierte Brücke 100 auf. Auf diese Weise weist die Brücke 100 ein Eingangsanschlusselement 60 für das Empfangen eines analogen Eingangssignals, ein invertiertes Eingangsanschlusselement 62 für das Empfangen eines invertierten Eingangssignals, ein Taktanschlusselement 64 für das Empfangen eines Taktsignals und ein invertiertes Taktanschlusselement 66 für das Empfangen eines invertierten Taktsignals auf.
  • Entsprechend der in 8 gezeigten Ausführungsform weist das Eingangssignal eine in der Spannung variierende elektrische Spannung, die an einem Eingangsanschlusselement 102 der Anordnung empfangen wird, auf. Das invertierte Eingangssignal wird an dem Eingangsanschlusselement 104 der Anordnung empfangen. Das Eingangssignal und das invertierte Eingangssignal werden an einen Eingangsverstärker 106 angelegt, der ein Ausgangsanschlusselement aufweist, das an das Eingangsanschlusselement 60 beziehungsweise das invertierte Eingangsanschlusselement 62 angeschlossen ist. Auf ähnliche Weise wird das Taktsignal an dem Taktanschlusselement 108 empfangen und das invertierte Taktsignal wird an einem Taktanschlusselement 110 empfangen. Das Taktsignal und das invertierte Taktsignal werden an einen Taktverstärker 112 angelegt, der einen Ausgang aufweist, der auf das Taktanschlusselement 64 angewendet wird beziehungsweise einen zweiten Aus gang aufweist, der auf das invertierte Taktanschlusselement 66 geführt wird.
  • Ein Ausgangssignal der Anordnung 90 wird an einem Ausgangsanschlusselement 114 der Anordnung zur Verfügung gestellt, und ein invertierter Ausgang der Anordnung wird an einem invertierten Ausgangsanschlusselement 116 der Anordnung zur Verfügung gestellt. Entsprechend einer Ausführungsform weist das Ausgangssignal ein Signal, das mit dem Strom variiert, auf. Das Ausgangsanschlusselement 114 der Anordnung ist mit dem Eingangsanschlusselement 60 der Brücke 100 verbunden und das invertierte Ausgangsanschlusselement 116 der Anordnung ist mit dem invertierten Eingangsanschlusselement 62 der Brücke 100 verbunden.
  • Wenn die Brücke 100 entsprechend der 5 oder 6 ausgeführt ist, weist das Ausgangssignal drei Pegel, die durch –1, 0 und +1 dargestellt werden, auf. Entsprechend der vorliegenden Erfindung verstärkt der Eingangsverstärker 106 das Eingangssignal und das invertierte Eingangssignal und der Taktsignalverstärker 112 verstärkt das Taktsignal und das invertierte Taktsignal. Durch diese Verstärkung wird ein +1 für das Ausgangssignal erzeugt, wenn das Eingangssignal größer als eine erste Schwelle ist, ein –1 für das Ausgangssignal, wenn das Eingangssignal kleiner als eine zweite Schwelle ist und eine Null für das Ausgangssignal, wenn das Eingangssignal zwischen den ersten und zweiten Schwellen liegt.
  • Wenn die Brücke 100 entsprechend 7 ausgeführt wird, weist das Ausgangssignal einen von zwei durch –1 und +1 dargestellten Pegeln auf. Entsprechend der vorliegenden Erfindung verstärkt der Eingangsverstärker 106 das Eingangssignal und das invertierte Eingangssignal und der Taktverstärker 112 verstärkt das Taktsignal und das invertierte Taktsignal. Durch diese Verstärkung wird ein +1 für das Ausgangssignal erzeugt, wenn das Eingangssignal größer als eine erste Schwelle ist und ein –1 für das Ausgangssignal, wenn das Eingangssignal kleiner als eine zweite Schwelle ist.
  • 9 zeigt einen Stromlaufplan, der eine Anordnung 120 für die Quantisierung eines analogen Signals in einem kapazitiv gekoppelten Betriebsmodus veranschaulicht. Die Anordnung 120 weist eine entsprechend einer der in 5, 6 oder 7 gezeigten Ausführungsformen konfigurierte Brücke 100 auf. Daher weist die Brücke 100 ein Eingangsanschlusselement 60 für das Empfangen eines analogen Eingangssignals, ein invertiertes Eingangsanschlusselement 62 für das Empfangen eines invertierten Eingangssignals, ein Taktanschlusselement für das Empfangen eines Taktsignals und ein invertiertes Taktsignalanschlusselement 66 für das Empfangen eines invertierten Taktsignals auf.
  • Entsprechend der in 9 gezeigten Ausführungsform weist das Eingangssignal ein im Strom veränderliches Signal, das am Eingangsanschlusselement 102 der Anordnung empfangen wird, auf. Das invertierte Eingangssignal wird am Eingangsanschlusselement 104 der Anordnung empfangen. Das Eingangssignal und das invertierte Eingangssignal werden auf den Eingangsverstärker 106 geführt, der Ausgänge aufweist, die mit dem Eingangsanschlusselement 60 beziehungsweise mit dem invertierten Eingangsanschlusselement 62 verbunden sind. Ebenso wird das Taktsignal am Taktanschlusselement 108 empfangen und das invertierte Taktsignal wird am Taktanschlusselement 110 empfangen. Das Taktsignal und das invertierte Taktsignal werden auf die Widerstände 124 und die Kondensatoren 126 geführt und dann mit dem Taktanschlusselement 64 beziehungsweise dem invertierten Taktanschlusselement 66 verbunden.
  • Ein Ausgangssignal wird von der Anordnung 120 an einem Ausgangsanschlusselement 114 der Anordnung zur Verfügung gestellt und ein invertiertes Ausgangssignal wird an einem invertierten Ausgangsanschlusselement 116 der Anordnung zur Verfügung gestellt. Das Ausgangssignal weist ein in der elektrischen Spannung variierendes Signal auf. Das Ausgangsanschlusselement 114 der Anordnung ist am Eingangsanschlusselement 60 mit der Brücke 100 verbunden und der invertierte Ausgang 116 der Anordnung ist am invertierten Eingangsanschlusselement 62 mit der Brücke 100 verbunden.
  • In dem in 9 gezeigten kapazitiv gekoppelten Betriebsmodus weist das Ausgangssignal einen von zwei durch –1 und +1 repräsentierten Pegeln, die unabhängig davon sind, ob die Brücke 100 entsprechend der in 5, 6 oder 7 gezeigten Ausführungsform konfiguriert ist, auf. Entsprechend der vorliegenden Erfindung verstärkt der Eingangsverstärker 106 das Eingangssignal und das invertierte Eingangssignal. Im Fall der Anordnung 120 ist das Ausgangssignal am Ausgang 114 der Anordnung +1, wenn das Eingangssignal größer als eine erste Schwelle ist und ist –1, wenn das Eingangssignal kleiner als eine zweite Schwelle ist.
  • 10 zeigt einen Stromlaufplan, der einen Konstantzeitmodulator 130 entsprechend der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Der Modulator 130 weist eine Brücke 100 entsprechend einer der in den 5, 6 oder 7 gezeigten Ausführungsformen auf. Daher weist die Brücke 100 ein Eingangsanschlusselement 60 für das Empfangen eines analogen Eingangssignals, ein invertiertes Eingangsanschlusselement 62 für das Empfangen eines invertierten Eingangssignals, ein Taktanschlusselement 64 für das Empfangen eines Taktsignals und ein invertiertes Taktanschlusselement 66 für das Empfangen eines invertierten Taktsignals auf.
  • Bei dem in 10 gezeigten Modulator 130 weist der Eingang ein im Strom veränderliches Signal auf und wird an einem Eingangsanschlusselement 132 der Anordnung empfangen. Das invertierte Eingangssignal wird an einem Eingangsanschlusselement 133 der Anordnung empfangen. Das Eingangssignal und das invertierte Eingangssignal werden auf einen Eingangsverstärker 134 geführt, der Ausgänge auf den Verbindungsleitungen 136 beziehungsweise 138 aufweist. Die Leitungen 136 und 138 sind mit den Anschlusselementen 140 beziehungsweise 142 eines Brückenverstärkers 144 verbunden, der Ausgänge auf Leitungen aufweist, die 146 und 148 verbinden.
  • Die Verbindungsleitungen 146 und 148 sind mit dem Eingangsanschlusselement 60 beziehungsweise dem invertierten Eingangsanschlusselement 62 verbunden. Ebenso verbunden mit dem Eingangsanschlusselement 60 und dem invertierten Eingangsanschlusselement 62 sind die Verbindungsleitungen 150 beziehungsweise 152. Diese Verbindungsleitungen führen die Signale an den Anschlusselementen 60 und 62 zu einem Rückkopplungsverstärker 154, der Ausgänge auf den Verbindungsleitungen 156 und 158 aufweist. Die Verbindungsleitungen 156 und 158 sind mit Anschlusselementen 140 beziehungsweise 142 verbunden, um die Signale der Brücke zum Brückenverstärker 144 rückzukoppeln. Ein Kondensator 160 stellt eine kapazitive Kopplung zwischen den Verbindungsleitungen 136 und 138 zur Verfügung.
  • Das Taktsignal wird an einem Taktanschlusselement 162 empfangen, und das invertierte Taktsignal wird an einem invertierten Taktanschlusselement 164 empfangen. Das Taktsignal und das invertierte Taktsignal werden auf einen Taktverstärker 166 geführt, der Ausgänge auf den Verbindungsleitungen 168 beziehungsweise 170 aufweist. Die Verbindungsleitungen 168 und 170 sind mit dem Taktanschlusselement 64 beziehungsweise dem invertierten Taktanschlusselement 66 verbunden.
  • Der Modulator 130 weist auch ein Ausgangsanschlusselement 172 für das Ausgangssignal und ein invertiertes Ausgangsanschlusselement 174 für das invertierte Ausgangssignal auf. Das Ausgangssignal weist ein in der elektrischen Spannung variierendes Signal auf. Das Ausgangsanschlusselement 172 ist mit der Brücke 100 am Eingangsanschlusselement 60 verbunden und das invertierte Ausgangsanschlusselement 174 ist mit der Brücke 100 am invertierten Eingangsanschlusselement 62 verbunden.
  • Wenn die Brücke 100 entsprechend den 5 oder 6 konfiguriert ist, weist das Ausgangssignal einen von drei Pegeln, die durch –1, 0 und +1 repräsentiert werden, auf. Entsprechend der vorliegenden Erfindung verstärkt der Eingangsverstärker 134 das Eingangssignal und das invertierte Ein gangssignal, verstärkt der Brückenverstärker 144 die an den Anschlusselementen 140 und 142 empfangenen Signale, verstärkt der Rückkopplungsverstärker 154 die auf den Verbindungsleitungen 150 und 152 empfangenen Signale und der Taktverstärker 166 verstärkt das Taktsignal und das invertierte Taktsignal. Für den Modulator 130 ist das Ausgangssignal am Anschlusselement 172 +1, wenn das Eingangssignal größer ist als eine erste Schwelle, ist –1, wenn das Eingangssignal kleiner ist als eine zweite Schwelle und ist Null, wenn das Eingangssignal zwischen den ersten und zweiten Schwellen liegt.
  • Wenn die Brücke 100 entsprechend 7 konfiguriert ist, weist das Ausgangssignal einen von zwei durch –1 und +1 repräsentierten Pegeln auf. Der Eingangsverstärker 134 verstärkt die auf diesen geführten Signale, der Brückenverstärker 144 verstärkt empfangene Signale, der Rückkopplungsverstärker 154 verstärkt die auf diesen geführten Signale und der Taktverstärker 166 verstärkt die Taktsignale. Am Ausgangsanschlusselement 172 ist das Ausgangssignal ein +1, wenn das Eingangssignal größer ist als eine erste Schwelle und eine –1, wenn das Eingangssignal kleiner ist als eine zweite Schwelle.
  • Die Verstärkung des Taktverstärkers 166 ist etwa vier bis zehn Mal größer als die Verstärkung des Brückenverstärkers 144. Dies verstärkt das digitale Signal, wodurch im Vergleich die analoge Rückkopplung reduziert wird. Dies reduziert ebenfalls den Ausgangswiderstand und steigert sowohl die Geschwindigkeit als auch die Empfindlichkeit.

Claims (21)

  1. System (20) mit einer ersten und zweiten Negativwiderstandseinrichtung und einem Ausgangsanschluß zum Quantisieren eines Analogsignals, aufweisend: die erste Negativwiderstandseinrichtung (22), die einen ersten Anschluß aufweist, der gekoppelt ist, um ein Taktsignal zu empfangen, und einen zweiten Anschluß, der gekoppelt ist, um ein Eingangssignal zu empfangen; die zweite Negativwiderstandseinrichtung (24), die einen ersten Anschluß aufweist, der gekoppelt ist, um das Eingangssignal zu empfangen und einen zweiten Anschluß, der gekoppelt ist, um ein invertiertes Taktsignal zu empfangen; und den Ausgangsanschluß (32), der an den zweiten Anschluß der ersten Negativwiderstandseinrichtung (22) und den ersten Anschluß der zweiten Negativwiderstandseinrichtung (24) gekoppelt ist, wobei ein quantisiertes Ausgangssignal am Ausgangsanschluß (32) erzeugt wird; dadurch gekennzeichnet, daß die erste Negativwiderstandseinrichtung (22) eine erste Resonanzeffekt-Tunneldiode parallel zu einer zweiten Resonanzeffekt-Tunneldiode aufweist und daß die erste Resonanzeffekt-Tunneldiode entgegengesetzt zur zweiten Resonanzeffekt-Tunneldiode vorgespannt ist.
  2. System (20) nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite Resonanzeffekt-Tunneldiode Harmonische gerader Ordnung reduzieren.
  3. System (20) nach Anspruch 1, weiterhin mit Mitteln zum gleichen Vorspannen der ersten und zweiten Negativwiderstandseinrichtung (22, 24) bezüglich des Taktsignals.
  4. System nach Anspruch 1, wobei das quantisierte Ausgangssignal ein erstes Spannungssignal für ein Eingangssignal über einem ersten Schwellwert, ein zweites Spannungssignal für ein Eingangssignal unter einem zweiten Schwellwert und ein drittes Spannungssignal für ein Eingangssignal zwischen dem ersten und zweiten Schwellwertpegel aufweist.
  5. System (20) nach Anspruch 1, wobei das Eingangssignal einen variierenden Strom aufweist.
  6. System (20) nach Anspruch 1, wobei das Eingangssignal eine variierende Spannung aufweist.
  7. System (20) nach Anspruch 1, wobei das Ausgangssignal einen von drei Pegeln aufweist, dargestellt durch –1, 0 und +1.
  8. System (20) nach Anspruch 1, wobei das Eingangssignal ein Signal im X-Bandbereich aufweist.
  9. System (20) nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend: einen Eingangsanschluß (26) zum empfangen eines analogen Eingangssignals; einen Taktanschluß (28) zum Empfangen eines Taktsignals; einen invertierten Taktanschluß (30) zum Empfangen eines invertierten Taktsignals; wobei der Ausgangsanschluß (32) an den zweiten Anschluß der ersten Resonanzeffekt-Tunneldiode und den ersten Anschluß der zweiten Resonanzeffekt-Tunneldiode gekoppelt ist.
  10. System (20) nach Anspruch 9, weiterhin mit Mitteln zum gleichen Vorspannen der ersten und zweiten Resonanzeffekt-Tunneldiode bezüglich des Taktanschlusses (28).
  11. System (20) nach Anspruch 9, wobei die zweite Negativwiderstandseinrichtung folgendes enthält: eine dritte Resonanzeffekt-Tunneldiode mit einem an den Eingangsanschluß (26) gekoppelten ersten Anschluß und einem an den Taktanschluß (28) gekoppelten zweiten Anschluß zum entgegengesetzten Vorspannen der ersten Resonanzeffekt-Tunneldiode zu der dritten Resonanzeffekt-Tunneldiode; und eine vierte Resonanzeffekt-Tunneldiode mit einem an den invertierten Taktanschluß (30) gekoppelten ersten Anschluß und einem an den Eingangsanschluß (26) gekoppelten zweiten Anschluß zum entgegengesetzten Vorspannen der zweiten Resonanzeffekt-Tunneldiode zu der vierten Resonanzeffekt-Tunneldiode.
  12. System (20) nach Anspruch 9, wobei das Eingangssignal einen variierenden Strom aufweist.
  13. System (20) nach Anspruch 9, wobei das Eingangssignal eine variierende Spannung aufweist.
  14. System (20) nach Anspruch 9, wobei das Ausgangssignal einen von drei Pegeln aufweist, dargestellt durch –1, 0 und +1.
  15. Verfahren zum Quantisieren eines analogen Signals unter Verwendung einer ersten und zweiten Negativwiderstandseinrichtung und eines Ausgangsanschlusses aufweisend: Empfangen eines Taktsignals an einem ersten Anschluß der ersten Negativwiderstandseinrichtung (22); Empfangen eines Eingangssignals an einem zweiten Anschluß der ersten Negativwiderstandseinrichtung (22); Empfangen des Eingangssignals an einem ersten Anschluß der zweiten Negativwiderstandseinrichtung (24); Empfangen eines invertierten Taktsignals an einem zweiten Anschluß der zweiten Negativwiderstandseinrichtung (24) und Koppeln des Ausgangsanschlusses (32) an den zweiten Anschluß der ersten Negativwiderstandseinrichtung (22) und den ersten Anschluß der zweiten Negativwiderstandseinrichtung (24) zum Bereitstellen eines quantisierten Ausgangssignals am Ausgangsanschluß (32); dadurch gekennzeichnet, daß die erste Negativwiderstandseinrichtung (22) eine erste Resonanzeffekt-Tunneldiode und eine zweite Resonanzeffekt-Tunneldiode aufweist und daß das Verfahren weiterhin die folgenden Schritte aufweist: Parallelschalten der ersten Resonanzeffekt-Tunneldiode mit der zweiten Resonanzeffekt-Tunneldiode und entgegengesetztes Vorspannen der ersten Resonanzeffekt-Tunneldiode zur zweiten Resonanzeffekt-Tunneldiode.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die erste und zweite Resonanzeffekt-Tunneldiode Harmonische gerader Ordnung reduzieren.
  17. Verfahren nach Anspruch 15, weiterhin mit Schritten zum gleichen Vorspannen der ersten und zweiten Negativwiderstandseinrichtung (22, 24) bezüglich des Taktsignals.
  18. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das quantisierte Ausgangssignal ein erstes Spannungssignal für ein Eingangssignal über einem ersten Schwellwert, ein zweites Spannungssignal für ein Eingangssignal unter einem zweiten Schwellwert und ein drittes Spannungssignal für ein Ein gangssignal zwischen dem ersten und zweiten Schwellwertpegel aufweist.
  19. Verfahren nach Anspruch 15, weiterhin aufweisend: Variieren des Eingangssignals als eine Variable des Stroms.
  20. Verfahren nach Anspruch 15, weiterhin aufweisend: Variieren des Eingangssignals als eine Variable der Spannung.
  21. Verfahren nach Anspruch 15, weiterhin aufweisend: Variieren des Ausgangssignals bei einem von drei Pegeln, dargestellt durch –1, 0 und +1.
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