DE60131463T2 - Schutzschaltung zur erweiterten dynamik mit induktionen ausserhalb des halbleiterplättchens - Google Patents

Schutzschaltung zur erweiterten dynamik mit induktionen ausserhalb des halbleiterplättchens Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft allgemein Verstärker mit variabler Verstärkung sowie Anwendungen dieser Verstärker. In einem Ausführungsbeispiel wird der Verstärker mit variabler Verstärkung in einer Set-Top-Steuerungsbox für die Übermittlung eines Kabelfernsehdienstes zu einem Kunden verwendet. In einem anderen Ausführungsbeispiel wird der Verstärker mit variabler Verstärkung in einem Kabelmodem verwendet.
  • Verwandter Stand der Technik
  • In modernen Submikron-Halbleiterprozessen werden Versorgungsspannungswerte immer weiter reduziert. In einem hier verwendeten Beispiel beträgt die Versorgungsspannung 3,3 V. Das ist weniger als der gängigere Wert von 5 V, der von den meisten bipolaren Prozessen verwendet wird. Neuere komplementäre Metall-Oxid-Halbleiter-(CMOS)-Prozesse arbeiten bei 1,2 V. Auf Grund dieser reduzierten Versorgungsspannung ist es nicht mehr langer möglich, Transistoren übereinander zu "stapeln", um die Bandbreite und die Linearität zu verbessern. Es gibt einfach keinen ausreichenden Spannungsdynamikbereich. In der Tat kann es sogar sein, dass selbst ein einfacher Differentialverstärker keinen ausreichenden dynamischen Bereich aufweist, um korrekt zu arbeiten, wenn die Signale an dem Ausgang große Amplituden aufweisen.
  • Der Bedarf an einer sehr guten Linearität ist sogar noch stärker, wenn der Eingang zu dem Chip nicht differential, sondern unsymmetrisch ist. Dies erfordert einen noch größeren dynamischen Bereich an dem Ausgang des Verstärkers. Wenn man unsymmetrische Signale an den Chip anlegen kann, so werden dadurch die Kosten eines externen Symmetrierübertragers vermieden. Was benötigt wird, ist ein System und ein Verfahren zum Verbessern des dynamischen Bereichs eines Verstärkers, während gleichzeitig ein Schutz für die chipinternen Komponenten bereitgestellt wird.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung verwendet externe oberflächenmontierte Induktoren oder oberflächenmontierte Ferritperlen, um die Ausgangsknoten von mehreren Differentialverstärkern mit VDD (der positiven Stromversorgung) zu verbinden. Die externen Induktoren oder Ferrite stellen einen Kurzschluss bei Gleichstrom und eine hohe Impedanz über einen Bereich von Betriebsfrequenzen (z. B. 50–860 MHz) bereit. Dies erlaubt einen viel größeren dynamischen Bereich in den internen differentiellen Paaren.
  • Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist eine spezielle chipinterne Vorspannungsanordnung an dem Ausgang, die verhindert, dass eine Beschädigung des Chips auftritt, sollte einer der oben genannten Induktoren oder Ferrite nicht installiert sein oder ein offener Stromkreis werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • 1 veranschaulicht eine elektronische Schaltung in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 2 veranschaulicht ein beispielhaftes Community Antenna Television (CATV) (auch Kabelfernsehen genannt);
  • 3A–3B veranschaulichen zwei Ausführungsbeispiele des Verstärkers von 2;
  • 4A veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem die Verstärkerschaltungsanordnung von 3B anschaulich dargestellt ist;
  • 4B veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem das Verstärker-Array von 3B anschaulich dargestellt ist;
  • 4C veranschaulicht einen typischen Differential-Paar-Verstärker des Verstärker-Array, das in 4B gezeigt ist;
  • 5 veranschaulicht einen Mischer, der in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
  • 6 veranschaulicht eine typische integrierte Schaltung, die einen Differential-Paar-Verstärker aufweist, der mit chipinternen Impedanzen gekoppelt ist;
  • 7 veranschaulicht eine integrierte Schaltung, die einen Differential-Paar-Verstärker aufweist, der mit chipinternen Impedanzen und mit chipexternen Induktoren gekoppelt ist;
  • 8 veranschaulicht eine integrierte Schaltung, die einen Differential-Paar-Verstärker aufweist, der mit chipinternen Impedanzen und mit chipexternen Ferritperlen gekoppelt ist;
  • 9A veranschaulicht eine Schaltung, bei der eine Ferritperle ausgefallen ist;
  • 9B veranschaulicht eine Schaltung, bei der beide Ferritperlen ausgefallen sind;
  • 10 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem eine Schutzschaltung angeordnet ist;
  • 11A veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem eine Schutzschaltung angeordnet ist, wobei eine Ferritperle ausgefallen ist; und
  • 11B veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem eine Schutzschaltung angeordnet ist, wobei beide Ferritperlen ausgefallen sind.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Als erstes wird 1 betrachtet, in der eine beispielhafte Schaltung veranschaulicht ist, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anschaulich darstellt. Eine elektronische Schaltung 102 ist zu sehen, die einen Eingang 104 empfängt. Der Eingang 104 kann ein unsymmetrischer Eingang oder ein differentieller Eingang sein. Die elektronische Schaltung 102 ist außerdem mit einer Vorspannung 106 gekoppelt. Die Vorspannung 106 ist als VDD gezeigt und ist die allgemeine Gleichstrom-(DC)-Spannung für die gesamte Schaltung, von der die elektronische Schaltung 102 einen Teil bildet. Die elektronische Schaltung 102 ist so gezeigt, dass sie einen differentiellen Ausgang aufweist, der einen positiven Ausgang 108 und einen negativen Ausgang 110 umfasst. Ein Fachmann auf dem/den Fachgebiet(en) wird auf der Basis der hier enthaltenen Lehren erkennen, dass die Erfindung auch auf eine elektronische Schaltung anwendbar ist, die einen unsymmetrischen Ausgang aufweist. Der positive Ausgang 108 ist mit der Vorspannung 106 durch eine erste Impedanz 112 verbunden, und der negative Ausgang 110 ist mit der Vorspannung 106 durch eine zweite Impedanz 114 verbunden. Die erste Impedanz 112 und die zweite Impedanz 114 weisen im Wesentlichen null Gleichstrom-Spannungsabfall auf und bilden im Wesentlichen einen offenen Stromkreis für Signale in dem Frequenzbereich von Interesse.
  • Nun wird 2 betrachtet. Darin ist ein Beispiel eines Community Antenna Television (CATV)-Systems (auch Kabelfernsehen genannt) gezeigt. Ein CATV-Kabel 202 ist verbunden mit einem Diplexer 204 gezeigt. Der Diplexer 204 umfasst Filter (nicht gezeigt), die es erlauben, dass Upstream-Kanäle 212 zu dem Kabel 202 weitergeleitet werden, und die es zulassen, dass Downstream-Kanäle 220 zu einem Verstärker 206 weitergeleitet werden. Für die USA und Kanada decken die Upstream-Kanäle vorzugsweise einen Bereich von 5–42 MHz ab und die Downstream-Kanäle decken vorzugsweise einen Bereich von 54–860 MHz ab. Wenn man sich auf den Downstream konzentriert, ist der Ausgang des Verstärkers 206 ein verstärktes Signal 222, das zu einem Tuner 208 geroutet wird. Der Tuner 208 umfasst wenigstens ein Bandpassfilter, das einen einzelnen Downstream-Kanal 224 auswählt, der eine Bandbreite von 6 MHz aufweist. In Ausführungsbeispielen weist der Downstream-Kanal 224 eine Mittenfrequenz von 44 MHz auf. Der Downstream-Kanal 224 wird dann zu einem Demodulator 210 geroutet, der ein demoduliertes Signal 218 für eine weitere Verarbeitung ausgibt, bevor dieses zu einer Benutzervorrichtung (z. B. einem Fernseher oder einem Computer) gesendet wird. Beispielshalber kann das demodulierte Signal 218 digitale Videodaten oder Kabelmodemdaten sein, ist aber nicht darauf beschränkt. Der Demodulator 210 analysiert auch den Strom des Downstream-Kanals 224 und gibt eine Rückkopplung 216 aus, um einen Verstärker (nicht gezeigt) in dem Tuner 208 zu steuern, und gibt eine Rückkopplung 214 aus, um den Verstärker 206 zu steuern.
  • In 3A ist ein Ausführungsbeispiel des Verstärkers 206 veranschaulicht. Der Verstärker 206 besteht aus einer Verstärkerschaltungsanordnung 302, die die Downstream-Kanäle 220 empfängt. Die Verstärkerschaltungsanordnung 302 empfängt auch ein Steuersignal 306 von einer Rückkopplungsregelung 304. Die Rückkopplungsregelung 304 wird durch die Rückkopplung 214 gesteuert. Weitere Einzelheiten des Zwecks und der Wirkungsweise der Rückkopplungsregelung 304 und des Steuersignals 306 sind in der US-Patentanmeldung "Extended Range Variable Gain Amplifier", Aktenzeichen 09/897,601 dargestellt, die am 3. Juli 2001 eingereicht worden ist. Die Verstärkerschaltungsanordnung 302 gibt ein verstärktes Signal 222 aus.
  • Ein zweites Ausführungsbeispiel ist in 3B veranschaulicht. Der Verstärker 206 ist so gezeigt, dass er ein Verstärker-Array 301 und einen logischen Decodie rer 312 mit automatischer Verstärkungsregelung (AGC; automatic gain control) umfasst. Das Verstärkungs-Array empfangt die Downstream-Kanäle 220 und gibt das verstärkte Signal 222 aus. Das Verstärker-Array 310 empfangt auch das AGC-Steuersignal 314 von dem logischen AGC-Decodierer 312 unter der Steuerung der Rückkopplung 214. Weitere Einzelheiten des Zwecks und der Wirkungsweise des logischen AGC-Decodierers 312 und des AGC-Steuersignals 314 sind in der US-Patentanmeldung "Extended Range Variable Gain Amplifier," Aktenzeichen 09/897,601, eingereicht am 3. Juli 2001, dargestellt.
  • Die Verstärkerschaltungsanordnung 302 ist in 4A so dargestellt, dass sie einen Differential-Paar-Verstärker 402 umfasst, der ein positives verstärktes Signal 222(P) und ein negatives verstärktes Signal 222(N) aufweist. Innerhalb der Verstärkerschaltungsanordnung 302 ist das positive verstärkte Signal 222(P) mit VDD durch einen ersten Lastinduktor 404 und einen ersten Lastwiderstand 408 (jeweils als LL1 und RL1 veranschaulicht) verbunden gezeigt und ist das negative verstärkte Signal 222(N) mit VDD durch einen zweiten Lastinduktor 406 und einen zweiten Lastwiderstand 410 (jeweils als LL2 und RL2 veranschaulicht) verbunden gezeigt. Extern von der Verstärkerschaltungsanordnung 302 ist das positive verstärkte Signal 222(P) durch eine erste Impedanz 412 mit VDD geshuntet und ist das negative verstärkte Signal 222(N) durch eine zweite Impedanz 412 mit VDD geshuntet. Die erste Impedanz 412 und die zweite Impedanz 414 werden derart ausgewählt, dass sie im Wesentlichen null Impedanz für eine Gleichstromspannung bereitstellen und eine beträchtlich hohe Impedanz für Signale in dem Frequenzbereich von Interesse bereitstellen. In einem Ausführungsbeispiel ist die Verstärkerschaltungsanordnung 302 auf einem gemeinsamen integrierten Schaltungs-(IC)-Substrat angeordnet, und die erste Impedanz 412 und die zweite Impedanz 414 sind extern von dem gemeinsamen Substrat montiert.
  • Das Verstärker-Array 310 ist in 4B weiter veranschaulicht. Die Downstream-Kanäle 220 werden von dem Verstärker-Array 310 angenommen und zu jedem einer Vielzahl von Differential-Paar-Verstärkern 416(1) bis 416(n) geroutet. In einer Implementierung können einige Eingänge durch eine Widerstandskette (typischerweise auf dem Chip) gedämpft werden. Der Ausgang jedes Differential-Paar-Verstärkers 416(i) ist ein Differential-Paar-Ausgangssignal 417(i). Das Differential-Paar-Ausgangssignal 417(1) bis 417(n) wird zu einem Kombinator 418 geroutet. In einem Ausführungsbeispiel ist der Kombinator 418 ein Summierer. Der Kombinator 418 kombiniert Differential-Paar-Ausgangssignale 417(i) und gibt ein positives verstärktes Signal 222(P) und ein negatives verstärktes Signal 222(N) aus. Wie zu sehen ist, ist das positive verstärkte Signal 222(P) mit VDD durch einen ersten Lastinduktor 420 und einen ersten Lastwiderstand 424 (jeweils als LL1 und RL1 veranschaulicht) verbunden, und ist das negative verstärkte Signal 222(N) mit VDD durch einen zweiten Lastinduktor 422 und einen zweiten Lastwiderstand 426 (jeweils als LL2 und RL2 veranschaulicht) verbunden. Extern von dem Verstärker-Array 310 ist das positive verstärkte Signal 222(P) durch eine erste Impedanz 428 mit VDD geshuntet und ist das negative verstärkte Signal 222(N) durch eine zweite Impedanz 430 mit VDD geshuntet. Die erste Impedanz 428 und die zweite Impedanz 430 werden so gewählt, dass sie im Wesentlichen null Impedanz für eine Gleichstromspannung bereitstellen und eine beträchtliche hohe Impedanz für Signale in dem Frequenzbereich von Interesse bereitstellen. In einem Ausführungsbeispiel ist die Verstärkerschaltungsanordnung 310 auf einem gemeinsamen integrierten Schaltangs-(IC)-Substrat angeordnet, und die erste Impedanz 428 und die zweite Impedanz 430 sind extern von dem gemeinsamen Substrat montiert.
  • Eine repräsentative Verstärkerschaltungsanordnung 401 ist in 4C veranschaulicht. Die Knoten 432 und 434 veranschaulichen die Verbindung der Vielzahl von Differential-Paar-Ausgangssignalen 417(i), wobei der Knoten 432 der positive Knoten ist, der das positive verstärkte Signal 222(P) ausgibt, und der Knoten 434 der negative Knoten ist, der das negative verstärkte Signal 222(N) ausgibt.
  • 5 veranschaulicht ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung. In 5 ist ein Mischer 506 veranschaulicht, der ein Eingangssignal 502 und ein Mischsignal 504 empfangt. Der Mischer 506 gibt ein gemischtes Ausgangssignal 508 aus. Das gemischte Ausgangssignal 508 ist durch eine Impedanz 510 mit VDD verbunden. Die Impedanz 510 wird so ausgewählt, dass sie im Wesentlichen null Impedanz für eine Gleichstromspannung bereitstellt und eine beträchtlich hohe Impedanz für Signale in dem Frequenzbereich von Interesse bereitstellt. Das gemischte Ausgangssignal 508 ist als ein unsymmetrischer Ausgang gezeigt. Die Fachleute auf dem/den relevanten Fachgebiet(en) werden auf der Basis der hier enthaltenen Lehren erkennen, dass die Erfindung im Hinblick auf das Mischer-Ausführungsbeispiel auch auf die Implementierung Anwendung findet, bei der das gemischte Ausgangssignal 508 ein differentieller Ausgang ist.
  • Die Schaltungen, die in den 4A–4C gezeigt sind, veranschaulichen die Downstream-Kanäle 220 als ein unsymmetrisches Eingangssignal. Die Erfindung findet auch Anwendung auf die Implementierung, bei der die Downstream-Kanäle 220 ein differentieller Eingang sind, was von den Fachleuten auf dem/den Fachgebiet(en) auf der Basis der hier enthaltenen Lehren verstanden werden wird.
  • 6 veranschaulicht ein Beispiel einer Verstärkerschaltungsanordnung 302 und eine repräsentative Verstärkerschaltungsanordnung 401. 6 zeigt eine typische integrierte Schaltung 602 so, dass sie ein differentielles Paar 604, einen ersten Lastinduktor 606, einen ersten Lastwiderstand 610, einen zweiten Lastinduktor 608 und einen zweiten Lastwiderstand 612 umfasst. Das differentielle Paar 604 umfasst ferner ein Paar von Transistoren 614 und 616. Die Transistoren 614 und 616 weisen eine gemeinsame Source auf, die mit VSS verbunden ist. Der Transistor 614 ist so gezeigt, dass er ein positives Eingangssignal 601(P) annimmt, und der Transistor 616 ist so gezeigt, dass er ein negatives Eingangssignal 601(N) annimmt. Der Transistor 614 ist so gezeigt, dass er einen negativen Ausgang 603(N) aufweist, und der Transistor 616 ist so gezeigt, dass er einen positiven Ausgang 603(P) aufweist. Der negative Ausgang 603(N) ist durch den ersten Lastinduktor 606 und den ersten Lastwiderstand 610 mit VDD verbunden, und der positive Ausgang 603(P) ist durch den zweiten Lastinduktor 608 und den zweiten Lastwiderstand 612 mit VDD verbunden.
  • 7 ist eine Erweiterung von 4A und 4C und veranschaulicht eine integrierte Schaltung, die mit externen Impedanzen verbunden ist. Die Verstärkerschaltungsanordnung 302; 401 besteht aus chipinternen Widerständen und Induktoren (gezeigt als R1, R2, L1 und L2 in 7) und dem Differential-Paar-Verstärker 402; 416, der die differentiellen Downstream-Kanäle 220(P) und 220(N) empfängt. Der Differential-Paar-Verstärker 402; 416 besteht des Weiteren aus Transistoren, die die differentiellen Downstream-Kanäle 220(P) und 220(N) an ihren jeweiligen Gates empfangen und die ferner mit einer gemeinsamen Source konfiguriert sind, die mit VSS verbunden ist, und die die Ausgangssignale 222(N) und 222(P) aufweisen, die an dem Drain zu finden sind. Das Ausgangssignal 222(P) ist durch die erste Impedanz 412; 428 mit VDD verbunden, und das Ausgangssignal 222(N) ist durch die zweite Impedanz 414; 430 mit VDD verbunden. In dieser Schaltung sind die erste Impedanz 412; 428 und die zweite Impedanz 414; 430 als Induktoren gezeigt, obwohl andere Impedanzen (wie etwa diejenigen, die einen ziemlich kurzen Schluß für die Gleichstromspannung bereitstellen, während sie eine hohe Impedanz für Signale in dem Frequenzbereich von Interesse sind) verwendet werden können, was den Fachleuten auf dem/den Fachgebiet(en) offensichtlich sein wird. Ferner sind die Komponenten der Verstärkerschaltungsanordnung 302; 401 vorzugsweise auf einem gemeinsamen IC-Substrat montiert, wohingegen die erste Impedanz 412; 428 und die zweite Impedanz 414; 430 vorzugsweise extern von dem gemeinsamen Substrat montiert sind.
  • 8 ist eine Erweiterung der 4A und 4C und veranschaulicht eine integrierte Schaltung, die mit Ferritperlen verbunden ist. Die Verstärkerschaltungsanordnung 302; 401 besteht aus chipinternen Widerständen und Induktoren (die in 7 als R1, R2, L1 und L2 gezeigt sind) und einem Differential-Paar-Verstärker 402; 416, der die differentiellen Downstream-Kanäle 220(P) und 220(N) empfängt. Der Differential-Paar-Verstärker 402; 416 besteht des Weiteren aus Transistoren, die die differentiellen Downstream-Kanäle 220(P) und 220(N) an ihren jeweiligen Gates empfangen, die ferner mit einer gemeinsamen Source konfiguriert sind, die mit VSS verbunden ist, und die die Ausgangssignale 222(N) und 222(P) aufweisen, die an dem Drain zu finden sind. Das Ausgangssignal 222(P) ist durch die erste Impedanz 412; 428 mit VDD verbunden, und das Ausgangssignal 222(N) ist durch die zweite Impedanz 414; 430 mit VDD verbunden. In dieser Schaltung sind die erste Impedanz 412; 428 und die zweite Impedanz 414; 430 (die in 7 als Induktoren gezeigt sind) als Ferritperlen gezeigt. Des Weiteren sind die Komponenten der Verstärkerschaltungsanordnung 302; 401 vorzugsweise auf einem gemeinsamen IC-Substrat montiert, wohingegen die erste Impedanz 412; 428 und die zweite Impedanz 414; 430 vorzugsweise extern von dem gemeinsamen Substrat montiert sind.
  • In der nachfolgenden Erörterung sind die Werte ausgewählt worden, um die vorliegende Erfindung zu veranschaulichen. Diese Werte der Spannung, des Widerstands, der Induktivität und des Stroms sind nur zu veranschaulichenden Zwecken bereitgestellt. Sie sind nicht als eine Beschränkung gedacht.
  • In der Schaltung von 8, bei der die Ausgänge der Verstärkerschaltungsanordnung durch die externen Ferritperlen mit VDD verbunden sind, und bei dem Beispiel, bei dem VDD 3,3 Volt ist, beträgt der Gleichstrom, der durch die Ferritperlen fließt (iF1 und iF2), 49,3 mA, und der Gleichstrom, der durch die chipinternen Spiralinduktoren fließt (iS1 und iS2), beträgt null Ampere. In 9A ist eine Schaltung für das Beispiel gezeigt, bei dem die Ferritperlen eine Minimuminduktivität von 1 μH aufweisen und die chipinternen Spiralinduktoren einen Wert von 10 nH mit einem Gesamtreihenwiderstand von 50 Ω aufweisen. In 9A ist eine der Perlen ausgefallen und bildet einen offenen Stromkreis, und deshalb ist iF2 0 Ampere. Als eine Folge des Ausfalls der Perle wird iF1 59,7 mA betragen, iS2 wird 38,4 mA betragen, und iS1 bleibt bei 0 mA. Der Wert von iS2 von 38,4 mA überschreitet die Soll-Konstruktionsgrenze des Spiralinduktors und kann den ganzen Chip beschädigen.
  • In 9B ist das Beispiel gezeigt, bei dem beide Ferritperlen ausgefallen sind. In diesem Beispiel werden sowohl iF1 als auch iF2 0 mA sein, während iS1 und iS2 47,2 mA sein werden. Dieser Strom überschreitet wiederum die Soll-Konstruktionsgrenze des Spiralinduktors und kann den Chip beschädigen. Was benötigt wird, ist eine Verbesserung bei der Schaltung, die iS1 und iS2 unter den gewünschten Konstruktionsgrenzen des Spiralinduktors hält.
  • Nun wird 10 betrachtet, in der die vorliegende Erfindung veranschaulicht ist. Ein chipinterner Widerstand 1002 ist zwischen einem gemeinsamen Knoten eines ersten Lastinduktors 404; 420 und eines zweiten Lastinduktors 406; 422 und VDD geschaltet. Ein beispielhafter Wert für den chipinternen Widerstand ist 150 Ω. Mit demselben Knoten ist auch ein chipinterner Kondensator 1004 verbunden. Der chipinterne Kondensator 1004 ist außerdem mit einem Potential, das im Wesentlichen gleich der Masse ist, bei dem Frequenzbereich von Interesse verbunden. In diesem Beispiel werden iF1 und iF2 49,3 mA sein, während iS1, iS2 und iR 0 mA sein werden.
  • Nun wird 11A betrachtet, in der Zustand gezeigt ist, bei dem eine Ferritperle ausgefallen ist. In diesem Beispiel wird iF2 0 mA sein, wohingegen iF1 91,3 mA sein wird, iS2 wird 24,6 mA sein, ist wird (in der Richtung, die durch den Pfeil gezeigt ist) 18,4 mA sein, und iR wird 6,1 mA sein. Auf diese Weise wird der maximale Strom, der durch jeden Induktor fließt, 24,6 mA sein, was innerhalb der Soll-Konstruktionsgrenze des Spiralinduktors liegt. Als Folge davon wird dann, wenn eine einzelne Ferritperle versagt, die Hinzufügung des chipinternen Widerstands 1002 und des chipinternen Kondensators 1004 den Chip vor Schaden schützen.
  • In 11B ist die Bedingung gezeigt, bei der beide Ferritperlen ausfallen. In diesem Beispiel werden iF1 und iF2 Null sein und iS1 und iS2 werden 9,2 mA sein. Der Strom durch den chipinternen Widerstand 1002 wird 18,4 mA betragen. Auf diese Weise wird der maximale Strom, der durch jeden Induktor fließt, 9,2 mA sein, was innerhalb der Soll-Konstruktionsgrenze des Spiralinduktors liegt. Als Folge davon wird dann, wenn beide Ferritperlen ausfallen, das Hinzufügen des chipinternen Widerstands 1002 und des chipinternen Kondensators 1004 den Chip vor Schaden schützen.
  • In jedem der oben gegebenen Beispiele sind die Werte zu veranschaulichenden Zwecken und nicht zur Beschränkung gezeigt. Ein Fachmann auf dem/den relevanten Fachgebiet(en) wird auf der Grundlage der hier enthaltenen Lehren verstehen, dass eine Änderung des Wertes der Vorspannung zu einer Änderung der Werte der Ströme durch die Komponenten der Schaltungen führen wird. Außerdem ist der Wert des chipinternen Widerstands zu veranschaulichenden Zwecken und nicht zur Beschränkung bereitgestellt, und andere Widerstandswerte können verwendet werden, ohne vom Geist und der Absicht der Erfindung abzuweichen. Diese alternativen Widerstandswerte würden auch die Ströme durch die verschiedenen Komponenten der Schaltung verändern.
  • Es sollte klar sein, dass die Erfindung auch das Ausführungsbeispiel abdeckt, bei dem der chipinterne Widerstand 1002 und der chipinterne Kondensator 1004 zu der Schaltung in einer chipexternen Konfiguration hinzugefügt werden.
  • Schlussfolgerung
  • Die Vorteile der vorliegenden Erfindung sind wenigstens und nur beispielshalber und nicht beschränkend die Folgenden:
    Verwendung von kostengünstigen externen Komponenten (oberflächenmontierte Ferrite oder Induktoren), die die Gleichstromspannung an jedem Verstärkungsstufenausgang erhöhen, während sie wenig oder keine Auswirkung auf die Wechselstromleistung haben.
    Das Einbeziehen einer internen Widerstands-Kondensator-Schaltung, die bewirkt, dass die Ströme und Spannungen im Innern des Chips reduziert werden, wodurch eine Beschädigung des Chips verhindert wird, sollten einer oder beide der externen Ferrite oder Induktoren fehlen.
    Wenig Änderungen an den ursprünglichen internen Schaltungen des Chips sind erforderlich, mit der Ausnahme einer einfachen Widerstands-Kondensator-Schaltung zur Verhinderung von Schaden.
    Es werden keine Gleichtakt-Ausgangsspannungs-Steuerschaltungen benötigt. Die Ausgänge sind immer an VDD angeschlossen.
    Ferrite oder Induktoren erlauben für einen dynamischeren Bereich einen Ausgangsspannungshub oberhalb und unterhalb der Vorspannung.
    Die vorliegende Anmeldung kann mit Kabelmodems, TV-Tunern und Set-Top-Boxen verwendet werden.
    Dieser Chip ist ein Verstärker mit variabler Verstärkung und niedrigem Eigenrauschen und mit einem spezifizierten Eingangsabgleich.
  • Obwohl oben verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, sollte es klar sein, dass sie nur beispielshalber und nicht zur Beschränkung präsentiert worden sind. So wird ein Fachmann auf dem Gebiet, obwohl die Erfindung in Form von Differential-Paar-Verstärkern beschrieben worden ist, erkennen, dass die vorliegende Erfindung auch auf Verstärker mit einem unsymmetrischen Ausgang angewendet werden könnte. Es wird von den Fachleuten auf dem Gebiet verstanden werden, dass verschiedene Änderungen bezüglich Form und Einzelheiten hier durchgeführt werden können, ohne dass vom Geist und vom Schutzumfang der Erfindung, wie sie in den angehängten Ansprüchen definiert ist, abgewichen wird. Deshalb sollen der Umfang und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nicht durch irgendeines der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsbeispiele beschränkt sein, sondern sollen nur in Übereinstimmung mit den Ansprüchen definiert sein.

Claims (8)

  1. Elektronische Schaltungsanordnung, die Folgendes umfasst: – wenigstens einen Differential-Paar-Verstärker (402, 416), der einen positiven Ausgang, der mit einem ersten Lastinduktor (404, 420) gekoppelt ist, und einen negativen Ausgang umfasst, der mit einem zweiten Lastinduktor (406, 522) gekoppelt ist; – einen ersten Nebenschluss (412, 428), der eine erste chipexterne Impedanz aufweist, wobei der positive Ausgang mit einer Vorspannung (VDD) über den ersten Nebenschluss (412, 428) gekoppelt ist; – einen zweiten Nebenschluss (414, 430), der eine zweite chipexterne Impedanz aufweist, wobei der negative Ausgang mit der Vorspannung (VDD) über den zweiten Nebenschluss (414, 430) gekoppelt ist, wobei der erste Nebenschluss (412, 428) ein erster Induktor oder eine erste Ferritperle ist und der zweite Nebenschluss (414, 430) ein zweiter Induktor oder eine zweite Ferritperle ist, und – eine Widerstands-Kondensator-Schaltung, die Folgendes umfasst: – einen Kondensator (1004) eines gemeinsamen Punktes, und – einen Widerstand (1002) eines gemeinsamen Punktes, der einen ersten Anschluss, der mit der Vorspannung (VDD) gekoppelt ist, und einen zweiten Anschluss aufweist, der mit dem ersten Lastinduktor (404, 420) und dem zweiten Lastinduktor (406, 422) gekoppelt ist, und wobei der Kondensator (1004) des gemeinsamen Punktes zwischen den zweiten Anschluss und eine Masse geschaltet ist und die Widerstands-Kondensator-Schaltung so konfiguriert ist, dass sie einen maximalen Strom in den ersten und zweiten Lastinduktoren (404, 420; 406, 422) begrenzt, wenn wenigstens einer des ersten Nebenschlusses (412, 428) und des zweiten Nebenschlusses (414, 430) einen offenen Stromkreis bildet.
  2. Elektronische Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Impedanz des ersten Nebenschlusses (412, 428) und die Impedanz des zweiten Nebenschlusses (414, 430) so ausgewählt werden, dass sie es erlauben, dass der wenigstens eine Differential-Paar-Verstärker (402, 416) ein positives verstärktes Signal (222(P)) an dem positiven Ausgang erzeugt, das größer als die Vorspannung (VDD) ist, und ein negatives verstärktes Signal (222(N)) an dem negativen Ausgang erzeugt, das größer als die Vorspannung (VDD) ist.
  3. Elektronische Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Differential-Paar-Verstärker (402, 416) und die Widerstands-Kondensator-Schaltung auf einem ersten Substrat integriert sind und der erste Nebenschluss (412, 428) und der zweite Nebenschluss (414, 430) auf einem zweiten Substrat integriert sind.
  4. Elektronische Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Differential-Paar-Verstärker (402, 416) so konfiguriert ist, dass er Signale verstärkt, die Frequenzen von 54–860 MHz aufweisen, um ein positives verstärktes Signal (222(P)) an dem positiven Ausgang und ein negatives verstärktes Signal (222(N)) an dem negativen Ausgang zu erzeugen.
  5. Elektronische Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, die des Weiteren Folgendes umfasst: einen ersten Lastwiderstand (408, 424), der zwischen dem ersten Lastinduktor (404, 420) und dem positiven Ausgang gekoppelt ist; und einen zweiten Lastwiderstand (410, 426), der zwischen dem zweiten Lastinduktor (406, 422) und dem negativen Ausgang gekoppelt ist.
  6. Verfahren zur Erweiterung des dynamischen Bereichs eines Verstärkers (206), der bei einer Vorspannung (VDD) vorgespannt ist, wobei der Verstärker (206) einen ersten Lastinduktor (404, 420), der zwischen einem positiven Ausgang und der Vorspannung (VDD) gekoppelt ist, und einen zweiten Lastinduktor (406, 422) umfasst, der zwischen einem negativen Ausgang und der Vorspannung (VDD) gekoppelt ist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: – differentielles Verstärken von Signalen, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das ein positives verstärktes Signal (222(P)) an dem positiven Ausgang und ein negatives verstärktes Signal (222(N)) an dem negativen Ausgang umfasst; – Koppeln des positiven verstärkten Signals (222(P)) mit der Vorspannung (VDD) des Verstärkers (206) über einen ersten Nebenschluss (412, 428), der eine erste chipexterne Impedanz aufweist, und des negativen verstärkten Signals (222(N)) mit der Vorspannung (VDD) über einen zweiten Nebenschluss (414, 430), der eine zweite chipexterne Impedanz aufweist, um zu erlauben, dass das Ausgangssignal einen Spannungshub aufweist, der größer als die Vorspannung (VDD) ist; wobei der erste Nebenschluss (412, 428) ein erster Induktor oder eine erste Ferritperle ist und der zweite Nebenschluss (414, 430) ein zweiter Induktor oder eine zweite Ferritperle ist, und – Koppeln der Vorspannung (VDD) mit dem ersten Lastinduktor (404, 420) und dem zweiten Lastinduktor (406, 422) über eine Widerstands-Kondensator-Schaltung zum Begrenzen eines maximalen Stroms in den ersten und zweiten Lastinduktoren, wenn wenigstens einer des ersten Nebenschlusses (412, 428) und des zweiten Nebenschlusses (414, 430) einen offenen Stromkreis bildet.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Widerstands-Kondensator-Schaltung Folgendes umfasst: einen Kondensator (1004) eines gemeinsamen Punktes, und einen Widerstand (1002) eines gemeinsamen Punktes, der einen ersten Anschluss, der mit der Vorspannung (VDD) gekoppelt ist, und einen zweiten Anschluss aufweist, der mit dem ersten Lastinduktor (404, 420) und dem zweiten Lastinduktor (406, 422) gekoppelt ist, wobei der Kondensator (1004) des gemeinsamen Punktes zwischen dem zweiten Anschluss und einer Masse gekoppelt ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, das des Weiteren einen ersten Lastwiderstand (408, 424), der zwischen dem ersten Lastinduktor (404, 420) und dem positiven Ausgang gekoppelt ist, und einen zweiten Lastwiderstand (410, 426) umfasst, der zwischen dem zweiten Lastinduktor (406, 422) und dem negativen Ausgang gekoppelt ist.
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