DE60320117T2

DE60320117T2 - Mischervorrichtung

Info

Publication number: DE60320117T2
Application number: DE60320117T
Authority: DE
Inventors: Hendrik Sjöland; Fredrik Tillman
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2003-12-10
Filing date: 2003-12-10
Publication date: 2008-09-11
Anticipated expiration: 2023-12-11
Also published as: CN1890873B; JP2007514349A; EP1542356B1; JP4685795B2; EP1542356A1; CN1890873A; US8060048B2; US20070230558A1; DE60320117D1; ATE391359T1

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Mischen analoger Signale und insbesondere eine Mischeranordnung zum Umwandeln eines ersten Signals mit einer ersten Frequenz in ein zweites Signal mit einer zweiten Frequenz.
Beschreibung des verwandten Standes der Technik
Ein Mischer zum Frequenz-Übersetzen eines Signals mit einer ersten Frequenz, zum Beispiel einer Funkfrequenz (RF), in ein Signal mit einer zweiten Frequenz, wie zum Beispiel einer Zwischenfrequenz (IF), wird in einer breiten Vielzahl von Implementierungen bereitgestellt, wie zum Beispiel in Funksender-/Empfänger-Front-Ends. Bluetooth ist ein Kommunikationsstandard, bei dem es das Hauptziel war, Kabelverbindungen zwischen elektrischer Ausrüstung zu entfernen. Ein Bereich, in dem Bluetooth von besonderem Interesse ist, ist eine Kommunikation, die portable Ausrüstung beteiligt, wie zum Beispiel mobile Endgeräte. Die Endgeräte können ebenso angepasst sein, gemäß z. B. einer Telekommunikationstechnologie zu kommunizieren, wie zum Beispiel GSM, UMTS, cdma2000, PCS, DOS usw.. Ein Mischer kann für das Funksender-/Empfänger-Front-End des Bluetooth-Funks und des Telekommunikationsfunks notwendig sein.
In einer tragbaren Kommunikationsausrüstung sind Niederleistungslösungen für alle elektronischen Komponenten wichtig. Daher besteht die Tendenz beim Design eines integrierten Schaltkreises, eine niedrige Versorgungsspannung für z. B. den Mischer zu verwenden. Ebenso ist es oft erforderlich, dass die Implementierung des Mischers kostengünstig ist. MOS-(Metal Oxide Semiconductor – Metalloxid-Halbleiter)-Technologie bietet eine Lösung an, mit der es möglich ist, voll integrierte Mischer zu implementieren. Jedoch ist es wesentlich, Schaltungsarchitekturen zu finden, die in der Lage einer hohen Leistungsfähigkeit bei Versorgungsspannungen bei oder unter 2 V sind.
In modernen Funkkommunikationsarchitekturen, wie zum Beispiel Direktumwandlungs- und Nieder-IF, sind Quadraturmischer erforderlich. Eine geeignete Mischertopologie bei niedriger Spannung und niedriger (oder Null-)IF-Frequenz ist der passive Quadraturmixer, der zur Implementierung in CMOS-Technologie gut geeignet ist. Diese Topologie ist für eine niedrige Spannung von Flimmer-Rauschen.
1 stellt einen passiven Mischer dar, der im Stand der Technik bekannt ist. Zwei passive Mischer, die jeder vier CMOS-Transistoren umfassen, sind parallel verbunden und werden in Quadratur betrieben. Daher ist jeder Transistor aktiv, wenn ein Signal eines lokalen Oszillators (LO) an seinem Gate einen positiven Wert aufweist. Jeder Mischer ist verbunden, um Signalwege von den RF-Anschlüssen zu ersten und zweiten IF-Anschlüssen über Transistoren bereitzustellen, die von einem gemeinsamen LO-Signal gesteuert werden. Bei den IF-Anschlüssen werden erste und zweite IF-Signale IF_I, IF_Q bereitgestellt. Der erste Mischer wird von einem ersten LO-Signal LO_I ⁺ und seinem inversen Signal LO_I ^– betrieben, das eine erste Phase θ bzw. θ + Π Radiant aufweist. Der zweite Mischer wird von einem zweiten LO-Signal LO_Q ⁺ und seinem inversen Signal LO_Q ^– angetrieben, das eine zweite Phase θ + Π/2 bzw. θ + 3Π/2 Radiant aufweist. Beim Betrieb weisen die zwei Gruppen-Signale gleichzeitig positive Werte auf. Obwohl die Transistoren derart betrieben werden, dass die IF-Anschlüsse die IF-Signale abwechselnd erzeugen, wird ein Weg (Kurzschluss) zwischen den IF-Anschlüssen der zwei Mischer erzeugt, wenn alle beide LO_I ^– und LO_Q-Signale hoch sind. Dies ist z. B. der Fall, wenn LO_I ⁺ und LO_Q ⁺ gleichzeitig positive Werte aufweisen. Dies ist ein Problem, da unerwünschte Wege zwischen den IF-Anschlüssen die Verstärkung der Mischer zunichte machen.
In dem bekannten Stand der Technik wurde das Problem mit den unerwünschten Kurzschlüssen durch ein Bereitstellen von Widerständen zwischen den RF-Anschlüssen und jedem der Mischer gelöst, wobei die Impedanz in den Wegen zwischen den IF-Anschlüssen anwächst. Jedoch wirft dies ein anderes Problem auf, da dies ebenso zusätzliches Rauschen einführt. Dies ist insbesondere für Niederspannungsschaltungen ernst.
FR 2 762 942 offenbart einen passiven Mischer mit einer differenziellen Eingabe und einer differenziellen Ausgabe. Der passive Mischer umfasst Feldeffekttransistoren.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine Quadraturmischeranordnung bereitzustellen, die zwei Mischer zum Umwandeln eines Signals mit einer ersten Frequenz in ein Signal mit einer zweiten Frequenz umfasst. Insbesondere ist es ein Ziel der Erfindung, eine Mischeranordnung bereitzustellen, die zwei Quadraturmischer umfasst, die von einander isoliert sind, ohne im Wesentlichen die Rauschleistungsfähigkeit der Anordnung zu beeinflussen. Darüber hinaus ist es ein Ziel der Erfindung, eine Mischeranordnung bereitzustellen, die geeignet zur Implementierung unter Verwendung von MOS-Technologie ist.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung werden die obigen Ziele von einer Quadraturmischeranordnung zum Umwandeln eines ersten Signals bei einer ersten Frequenz in ein zweites Signal bei einer zweiten Frequenz erzielt.
Die Anordnung umfasst einen ersten Mischer, der operativ mit einem ersten und einem zweiten Anschluss verbunden ist. Der erste Anschluss ist ein positiver Funkfrequenz-(RF)-Anschluss und der zweite Anschluss ist ein negativer RF-Anschluss. Die Anordnung umfasst weiter einen zweiten Mischer, der parallel mit dem ersten Mischer verbunden ist und operativ mit den ersten und zweiten Anschlüssen verbunden ist. Der erste Mischer ist angeordnet, für einen ersten und/oder einen zweiten Zustand eines ersten Mischsignals leitend zu sein und angeordnet, das erste Signal mit dem ersten Mischsignal zu mischen, um das zweite Signal bereitzustellen. Der zweite Mischer ist angeordnet, für einen ersten und/oder einen zweiten Zustand eines zweiten Mischsignals leitend zu sein und angeordnet, das erste Signal mit dem zweiten Mischsignal zu mischen, um das zweite Signal bereitzustellen. Ein Satz von Schaltgeräten wird in dem Signalweg(en) zwischen den Mischern und den ersten und zweiten Anschlüssen bereitgestellt. Schaltgeräte, die mit dem ersten Mischer verbunden sind, sind angeordnet, für den ersten und/oder zweiten Zustand des zweiten Mischsignals leitend zu sein. Schaltgeräte, die mit dem zweiten Mischer verbunden sind, sind angeordnet, für den ersten und/oder den zweiten Zustand des ersten Mischsignals leitend zu sein.
Das erste und zweite Mischsignal und ihre jeweiligen inversen Signale werden durch vier Lokaloszillator-(LO)-Signale bereitgestellt, die um Π/2 Radiant in Bezug zueinander Phasen verschoben sind.
Die ersten und zweiten Mischer können einen Satz von Mischvorrichtungen umfassen, die alle einen ersten, zweiten und dritten Anschluss aufweisen. Der erste Mischer ist angepasst, von einem ersten LO-Signal seinem inversen Signal mit einer ersten bzw. einer dritten Phase angetrieben zu werden, das an den dritten Anschlüssen der Mischvorrichtung des ersten Mischers empfangen wird. Der zweite Mischer ist angepasst, von einem zweiten LO-Signal und seinem inversen Signal mit einer zweiten bzw. einer vierten Phase angetrieben zu werden, die an den dritten Anschlüssen der Mischvorrichtung des zweiten Mischers empfangen werden.
In jedem Mischer können erste und zweite Schaltgeräte in den Signalweg zwischen den ersten Anschlüssen der ersten und der dritten Mischvorrichtung und dem ersten RF-Anschluss bereitgestellt werden. Ähnlich können dritte und vierte Schaltgeräte zwischen den zweiten Anschlüssen der zweiten und vierten Mischvorrichtung und dem zweiten RF-Anschluss bereitgestellt werden. Daher kann jeglicher Kurzschluss zwischen den IF-Anschlüssen vermieden werden.
Die Mischer und/oder Schaltgeräte können FET-Transistoren umfassen, die in CMOS-Technologie bereitgestellt sind.
Die Mischeranordnung kann entweder als ein Sender- oder Empfängermischer bereitgestellt sein. In einem Sendermischer wird ein Quadratur-IF-Signal als ein Eingabesignal und ein RF-Signal als ein Ausgabesignal bereitgestellt. In einem Empfängermischer wird ein RF-Signal als ein Eingabesignal und ein Quadratur-IF-Signal als ein Ausgabesignal bereitgestellt.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung erzielt ein drahtloses Kommunikationsgerät mit einer Kommunikationsschnittstelle zum drahtlosen Kommunizieren mit einem fern gelegenen Kommunikationsgerät, das die Mischeranordnung gemäß der Erfindung umfasst, die Ziele der Erfindung.
Das Gerät kann eine tragbare Kommunikationsausrüstung, ein Mobilfunkendgerät, ein Mobiltelefon, ein Funkrufempfänger, ein Kommunikator, ein elektronischer Organisierer oder ein Smartphone sein.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung erzielt ein Verfahren eines Mischens von Signalen zum Umwandeln eines ersten Signals bei einer ersten Frequenz in ein zweites Signal bei einer zweiten Frequenz die Ziele der Erfindung.
Das Verfahren umfasst den Schritt eines Empfangens des ersten Signals. Das Verfahren umfasst weiter den Schritt eines Mischens des ersten Signals in einer Mischeranordnung, die einen ersten und einen zweiten Mischer umfasst, die parallel verbunden sind, um das zweite Signal bereitzustellen. Jeder Mischer ist mit einem ersten und einem zweiten Anschluss verbunden. Der erste Anschluss ist ein positiver RF-Anschluss und der zweite Anschluss ist ein negativer RF-Anschluss. Der erste Mischer wird gesteuert, um für einen ersten und/oder einen zweiten Zustand eines ersten Mischsignals zum Mischen des ersten Signals mit dem ersten Mischsignal leitend zu sein, um das zweite Signal bereitzustellen. Der zweite Mischer wird gesteuert, um für einen ersten und/oder einen zweiten Zustand eines zweiten Mischsignals zum Mischen des ersten Signals mit dem zweiten Mischsignal leitend zu sein, um das zweite Signal bereitzustellen. Das Verfahren umfasst weiter den Schritt eines Steuerns eines Satzes von Schaltgeräten, die in einem Signalweg zwischen den Mischern und dem ersten und zweiten Anschluss bereitgestellt werden, um operativ entweder den ersten oder den zweiten Mischer mit dem ersten und zweiten Anschluss zu verbinden. Schaltgeräte, die mit dem ersten Mischer verbunden sind, werden gesteuert, um für den ersten und/oder den zweiten Zustand des zweiten Mischsignals leitend zu sein. Schaltgeräte, die mit dem zweiten Mischer verbunden sind, werden gesteuert, um für den ersten und/oder den zweiten Zustand des ersten Mischsignals leitend zu sein.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass die IF-Kurzschlusswege zwischen den parallel verbundenen Mischern der Erfindung beseitigt werden. Darüber hinaus ist es ein Vorteil, dass die Rauschleistungsfähigkeit verglichen mit dem Stand der Technik im Wesentlichen derart verbessert wird, dass die Mischeranordnung zur Implementierung in MOS-Technologien gut geeignet ist und auf Niederversorgungsspannung und Nieder(oder Null)-IF-Frequenz angepasst werden kann.
Es sollte betont werden, dass der Begriff „umfasst/umfassend", wenn dieser in dieser Beschreibung verwendet wird, genommen wird, um das Vorliegen der angegebenen Merkmale, Ganzzahlen, Schritte oder Komponenten zu spezifizieren, jedoch nicht das Vorliegen oder die Hinzufügung von einem oder mehreren anderen Merkmalen, Ganzzahlen, Schritten, Komponenten oder Gruppen aus diesen ausschließt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen der Erfindung ersichtlich, wobei unterschiedliche Aspekte der Erfindung in größerem Detail unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben werden, in denen:
1 ein Blockdiagramm einer Mischeranordnung gemäß dem Stand der Technik ist;
2 eine Vorderansicht eines Mobiltelefons und der Umgebung ist, in der dieses arbeiten kann;
3 ein Blockdiagramm einer Mischeranordnung gemäß der Erfindung ist; und
4 ein Signalschema ist, das die Lokaloszillatorsignale zum Steuern der Mischeranordnung darstellt.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
2 stellt ein Mobiltelefon 1 als eine beispielhafte elektronische Ausrüstung dar, in der der Mischer gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt sein kann und eine mögliche Umgebung, in der dieses arbeiten kann. Die Erfindung ist nicht auf ein Mobiltelefon 1 beschränkt. Die Erfindung kann in einer breiten Vielzahl elektronischer Ausrüstungen bereitgestellt sein, in denen ein Mischer zum Umwandeln eines ersten Eingabesignals mit einer ersten Frequenz in ein zweites Signal mit einer zweiten Frequenz erforderlich ist. Das Mobiltelefon 1 kann eine erste Antenne 10 und eine zweite Hilfsantenne 11 umfassen. Ein Mikrofon 12, ein Lautsprecher 13, ein Tastenfeld 14 und eine Anzeige 15 stellen eine Mensch-Maschinen-Schnittstelle zum Betreiben des Mobiltelefons 1 dar.
Das Mobiltelefon kann beim Betrieb mit einer Funkstation 20 (Basisstation) eines Mobilkommunikationsnetzwerkes 21, wie zum Beispiel einem GSM-, UMTS-, PCS- und/oder DCS-Netzwerk, über eine erste Funkverbindung 22 mittels der ersten Antenne 10 verbunden sein. Weiter kann das Mobiltelefon 1 beim Betrieb eine zweite drahtlose Verbindung mit einem Peripheriegerät 30 über eine zweite drahtlose Verbindung 31 mittels der Hilfsantenne 11 herstellen. Die zweite Verbindung 31 ist z. B. eine Bluetooth-Verbindung, die in dem 2.4 (2.400–2.4835) GHz-Frequenzbereich hergestellt wird. Um die drahtlosen Verbindungen 22, 31 herzustellen, umfasst das Mobiltelefon 1 Funkressourcen, die gemäß den relevanten Technologien angepasst sind, die verwendet werden. Daher umfasst das Mobiltelefon 1 eine erste Funkzugangsvorrichtung, wie zum Beispiel einen Senden-/Empfänger, zum Kommunizieren mit der Basisstation 20 und eine zweite Funkzugangsvorrichtung zum Kommunizieren mit dem Peripheriegerät 30.
Das Peripheriegerät 30 kann jedes Gerät mit drahtlos kommunizierenden Fähigkeiten sein, wie zum Beispiel gemäß Bluetooth-Technologie oder irgendeiner anderen drahtlosen Lokalbereichsnetzwerk-(WLAN)-Technologie. Dieses umfasst eine Antenne 32 zum Austauschen von Signalen über die zweite Verbindung 31 und einen Sender-/Empfänger (nicht gezeigt), der gemäß der Kommunikationstechnologie angepasst ist, die das Peripheriegerät 30 verwendet. Das Gerät kann ein drahtloses Headset, ein fern gelegener Server, eine Faxmaschine, ein Münzautomat, ein Drucker usw. sein. Eine breite Vielzahl von elektronischer Ausrüstung kann derartige Kommunikationsfähigkeiten aufweisen und kann eine Erforderlichkeit zum drahtlosen Übertragen von Daten aufweisen.
Wenn Signale mit Funkfrequenzen (RF) empfangen werden, können die RF-Signale in ein Signal mit einer niedrigeren Frequenz herunterzuwandeln sein, wie zum Beispiel eine Zwischenfrequenz (IF), bevor ein weiteres Signalverarbeiten angewendet wird. Ähnlich kann ein IF-Signal auf ein Signal mit einer höheren Frequenz heraufzuwandeln sein, wie zum Beispiel einer RF-Frequenz, bevor dieses übertragen wird. Daher kann die Funkzugangsvorrichtung des Mobiltelefons 1 einen oder mehrere Mischer gemäß der Erfindung zum Umwandeln des ersten Signals mit einer ersten Frequenz in ein Signal mit einer zweiten Frequenz umfassen.
3 stellt eine Mischeranordnung gemäß der Erfindung dar. Die Mischeranordnung ist angeordnet, Zwischenfrequenzsignale IF_I und IF_Q mit I- bzw. Q-Phasen basierend auf einem RF-Signal zu erzeugen, das an den RF^–- und RF⁺-Anschlüssen bereitgestellt wird, oder umgekehrt. Die Anordnung ist eine ausgeglichene, passive Quadraturmischeranordnung mit einem ersten und einem zweiten Mischer 200, 300, die parallel verbunden und angeordnet sind, in Quadratur angetrieben zu werden. Jeder der Mischer 200, 300 umfasst einen Satz von Mischgeräten 210, 220, 230, 240 und 310, 320, 330, 340. Hier beträgt die Anzahl von Mischgeräten für jeden Mischer 200, 300 vier. Jedoch ist die Anzahl lediglich beispielhaft und sollte nicht als den Umfang der Ansprüche begrenzend genommen werden. Die Mischvorrichtungen 210–240, 310–340, können einen FET-Transistor umfassen, wie zum Beispiel einen MOSFET, der unter Verwendung von CMOS-Technologie bereitgestellt werden kann. Jede der Mischvorrichtungen 210–240, 310–340 stellt einen Spannungsschalter zum Ermöglichen eines Mischens des RF-Signals und der ersten und zweiten LO-Signale bereit oder eines Mischens des IF-Signals und der LO-Signale. Der MOS-Transistor weist getreue Spannungsschalteigenschaften auf. Daher ist es möglich, ein Schalten in der Spannungsdomäne bereitzustellen. Dies ermöglicht es, den Gleichstromfluss durch den Transistor zu verringern oder sogar zu beseitigen und dadurch das 1/f-Rauschen zu vermeiden, das insbesondere ein Problem für eine direkte Umwandlung und Nieder-IF-Empfängereigenschaften darstellen würde.
Jede Mischvorrichtung 210–240, 310–340 kann als ein NMOS-Transistor oder ein PMOS-Transistor bereitgestellt werden. Der NMOS-Transistor weist eine bessere Schaltleistungsfähigkeit als der PMOS-Transistor auf Grund der besseren Beweglichkeit des Elektrons als die Löcher auf. Andere Spannungs-gesteuerte Schalter, wie zum Beispiel der Sperrschicht-Feldeffekt-Transistor (JFET), können alternativ als die Mischvorrichtung verwendet werden.
Die Topologie des ersten und zweiten Mischers 200, 300 ist grundsätzlich die gleiche. Daher wird ein erster Anschluss der ersten Mischvorrichtung 210, 310, operativ mit einem positiven RF-Anschluss verbunden, der mit irgendeiner der Antennen 10, 11 verbunden sein kann. Ein zweiter Anschluss der ersten Mischvorrichtung 210, 310 ist mit einem ersten Anschluss der zweiten Mischvorrichtung 220, 320 verbunden. Ein zweiter Anschluss der zweiten Mischvorrichtung 220, 320 ist operativ mit einem negativen RF-Anschluss verbunden. Ein erster Anschluss der dritten Mischvorrichtung 230, 330 ist operativ mit dem positiven RF-Anschluss verbunden. Ein zweiter Anschluss der dritten Mischvorrichtung 230, 330 ist mit einem ersten Anschluss der vierten Mischvorrichtung 240, 340 verbunden. Ein zweiter Anschluss der vierten Mischvorrichtung 240, 340 ist operativ mit dem negativen RF-Anschluss verbunden. Ebenso wird eine Verbindung zwischen den zweiten Anschlüssen der ersten und dritten Mischvorrichtung 210, 230, 310, 330 bereitgestellt und daher zwischen den ersten Anschlüssen der zweiten und vierten Mischvorrichtung 220, 240, 320, 340. Bei der Verbindung werden IF-Anschlüsse zum Bereitstellen oder Empfangen erster und zweiter IF-Signale IF_I und IF_Q bereitgestellt, wie weiter unten erläutert wird.
Jede der Mischvorrichtungen 210–240, 310–340 umfasst einen dritten Anschluss zum Empfangen eines Signals von einem Lokaloszillator (nicht gezeigt). Während einem Betrieb der Mischanordnung wird das RF-Signal mit Mischsignalen gemischt, d. h. dem LO-Signal, um ein herab gewandeltes IF-Signal bereitzustellen. Bei Verwendung in einer Senderanordnung wird das IF-Signal mit dem LO-Signal gemischt, um ein herauf gewandeltes RF-Signal bereitzustellen. Die Mischeranordnung wird in Quadratur angetrieben. Daher empfangen die erste und vierte Mischvorrichtung 210, 240 des ersten Mischers 200 beim Betrieb ein erstes LO-Signal LO_I ⁺ mit einer ersten Phase θ und Frequenz bei ihren dritten Anschlüssen. Die zweite und dritte Mischvorrichtung 220, 230 des ersten Mischers empfangen beim Betrieb das Inverse des ersten LO-Signals LO_I ^–, d. h. ein LO-Signal, das um Π Radiant Phasen verschoben ist. Die zweite und dritte Mischvorrichtung 320, 330 des zweiten Mischers 300 empfangen beim Betrieb ein zweites LO-Signal LO_Q ⁺ mit einer zweiten Phase θ + Π/2 und einer Frequenz, die dem ersten LO-Signal entspricht, an ihren dritten Anschlüssen. Die erste und vierte Mischvorrichtung 310, 340 des zweiten Mischers 300 empfängt beim Betrieb das Inverse des zweiten LO-Signals LO_Q ^–, d. h. ein LO-Signal, das um Π Radiant in Bezug auf das zweite LO-Signal Phasen verschoben ist.
Um Kurzschlusswege zwischen den IF-Anschlüssen zu vermeiden, werden Signalwegschalter zwischen den Mischern und den RF-Anschlüssen bereitgestellt. Daher umfasst der erste Mischer 200 einen ersten Satz von Signalwegschaltern 250, 260, 270, 280 und der zweite Mischer 300 umfasst einen zweiten Satz von Signalwegschaltern 350, 360, 370, 380. In dieser Ausführungsform werden die Signalwegschalter durch Mischvorrichtungen bereitgestellt, die den Mischvorrichtungen 210–240, 310–340 der Mischer 200, 300 entsprechen. Die ersten und vierten Signalwegschalter 250, 280 des ersten Mischers 200 entsprechen der zweiten und dritten Mischvorrichtung 320, 330 des zweiten Mischers 300. Die zweiten und dritten Signalwegschalter 260, 270 des ersten Mischers 200 entsprechen der ersten und vierten Mischvorrichtung 310, 340 des zweiten Mischers 300. Die ersten und vierten Signalwegschalter 350, 380 des zweiten Mischers 300 entsprechen der ersten und vierten Mischvorrichtung 210, 240 des ersten Mischers 200. Die zweiten und dritten Signalwegschalter 360, 370 des zweiten Mischers 300 entsprechen der zweiten und dritten Mischvorrichtung 220, 230 des zweiten Mischers 300.
Ein erster Anschluss der ersten und dritten Signalwegschalter 250, 270, 350, 370 ist mit dem positiven RF-Anschluss verbunden und ein zweiter Anschluss der Schalter ist mit dem ersten Anschluss der ersten bzw. dritten Mischvorrichtung 210, 230, 310, 330 verbunden. Dementsprechend ist ein erster Anschluss der zweiten und vierten Signalwegschalter 260, 280, 360, 380 mit dem zweiten Anschluss der zweiten und vierten Mischvorrichtung 220, 240, 320, 340 verbunden bzw. ein zweiter Anschluss der zweiten Schalter ist mit dem negativen RF-Anschluss verbunden.
Ein dritter Anschluss der Schalter 250–280, 350–380, ist verbunden, um LO-Signale entsprechend ihrer entsprechenden Mischvorrichtungen 210–240, 310–340 der Mischer 200, 300 zu empfangen. Daher sind in dieser Ausführungsform die Schalter ein Teil der Frequenzübersetzung von einer ersten in eine zweite Frequenz.
Die Mischeranordnung ist angeordnet, eine Quadraturmischung zu erzielen. Daher sind zwei Schalter, die von dem zweiten LO-Signal LO_Q angetrieben werden, für einige Zeitintervalle gleichzeitig leitend, da zwei Mischvorrichtungen, die von dem ersten LO-Signal LO_I angetrieben werden, leitend sind.
4 stellt die Lokaloszillator-(LO)-Signale LO_I ⁺, LO_I ^–, LO_Q ⁺ und LO_Q ^– dar. LO_I und LO_Q können jedes einen ersten und einen zweiten Zustand aufweisen, d. h. eine spezifische Frequenz und Phase, um eine Mischvorrichtung, die mit dem Signal verbunden ist, ein- oder auszuschalten. Der erste Mischer 200 ist für einen ersten und/oder einen zweiten Zustand des ersten LO-Signals LO_I leitend. Der zweite Mischer 300 ist für einen ersten und/oder eine zweiten Zustand des zweiten Mischsignals leitend. Wie aus dem Schema aus 4 erkannt werden kann, können die zwei LO-Signale gleichzeitig positiv sein, was dem grauen Bereichen entspricht. Falls die Phasen der LO-Signale wie oben beschrieben gewählt werden, sind LO_I ⁺ und LO_Q ^–, LO_I ⁺ und LO_Q ⁺, LO_Q ⁺ und LO_I ^–, bzw. LO_I ^– und LO_Q ^– gleichzeitig positiv, wie in 4 dargestellt wird. Um Kurzschlüsse zu vermeiden, sind die Schalter daher derart angeordnet, dass in jedem Potentialweg zwischen den IF-Anschlüssen IFI und IFQ es zumindest zwei Schalter gibt, die von Signalen gesteuert werden, die entgegengesetzte Phasen aufweisen, wie zum Beispiel LO_I ⁺ und LO_I ^– wobei es keine Gefahr einer Interferenz zwischen den IF-Anschlüssen gibt. Die Schalter 250–280, die mit dem ersten Mischer 200 verbunden sind, sind angeordnet, für den ersten und/oder zweiten Zustand des LO- oder Mischsignals leitend zu sein, das den zweiten Mischer 300 antreibt. Die Schalter 350–380, die mit dem zweiten Mischer 300 verbunden sind, sind angeordnet, für den ersten und/oder zweiten Zustand des LO- oder Mischsignals leitend zu sein, das den ersten Mischer 200 antreibt. Daher wird jeglicher Kurzschluss zwischen den Mischern 200, 300 vermieden, ohne im Wesentlichen irgendein Rauschen einzuführen.
Die Ausführung aus 3 stellt eine mögliche Kombination eines Bereitstellens der Mischvorrichtungen und der Schalter bereit. Es gibt eine Anzahl von Kombinationen, die das gleiche Ergebnis erzielen. Jeder der Schalter kann z. B. mit der Mischvorrichtung ausgetauscht werden, mit der dieser verbunden ist. Die Kombination, die die beste Leistungsfähigkeit erzielt, muss in jedem spezifischen Fall getestet werden und sollte nicht von der gezeigten Ausführungsform begrenzt sein.
Die Mischeranordnung kann angeordnet sein, um ein RF-Signal, das als ein Eingabesignal an den RF-Anschlüssen empfangen wird, in ein IF-Ausgabesignal herab zu wandeln, das bei den IF-Anschlüssen bereitgestellt wird. Alternativ kann ein IF-Signal, das als ein Eingabesignal an den IF-Anschlüssen bereitgestellt wird, in ein RF-Ausgabesignal herauf gewandelt werden, das bei den RF-Anschlüssen bereitgestellt wird. Daher kann die vorliegende Erfindung in entweder einem Empfänger oder einem Sender zum Bereitstellen einer Frequenzumwandlung von einer ersten in eine zweite Frequenz eingeschlossen sein.
Die vorliegende Erfindung wurde oben unter Bezug auf spezifische Ausführungsformen beschrieben. Jedoch sind andere Ausführungsformen als die oben beschriebenen gleichsam innerhalb des Umfanges der Erfindung möglich. Unterschiedliche Verfahrensschritte als jene, die oben beschrieben sind, die das Verfahren mittels Hardware oder Software ausführen, können innerhalb des Umfangs der Erfindung bereitgestellt sein. Die unterschiedlichen Merkmale und Schritte der Erfindung können in anderen Kombinationen kombiniert werden als den beschriebenen. Die Erfindung ist lediglich durch die angehängten Patentansprüche begrenzt.

Claims

Quadratur-Mischeranordnung zum Umwandeln eines ersten Signals bei einer ersten Frequenz in ein zweites Signal bei einer zweiten Frequenz mit: einem ersten Mischer (200), der wirksam mit einem ersten und einem zweiten Anschluss verbunden ist, wobei der erste Anschluss ein positiver Funkfrequenzanschluss ist und der zweite Anschluss ein negativer Funkfrequenzanschluss ist; und einem zweiten Mischer (300), der parallel mit dem ersten Mischer verbunden ist und wirksam mit dem ersten und zweiten Anschluss verbunden ist; wobei der erste Mischer (200) angeordnet ist, leitfähig für einen ersten und/oder zweiten Zustand eines ersten Mischsignals zu sein und angeordnet ist, das erste Signal mit dem ersten Mischsignal zu mischen, um das zweite Mischsignal bereit zu stellen; und der zweite Mischer (300) angeordnet ist, leitfähig für einen ersten und/oder zweiten Zustand eines zweiten Mischsignals zu sein, und angeordnet ist, das erste Signal mit dem zweiten Mischsignal zu mischen, um das zweite Signal bereit zu stellen; gekennzeichnet durch einen Satz von Schaltgeräten (250, 260, 270, 280, 350, 360, 370, 380), die in den Signalweg(en) zwischen den Mischern und den ersten und zweiten Anschlüssen bereitgestellt werden, wobei die Schaltgeräte (250, 260, 270, 280), die mit dem ersten Mischer verbunden sind, angeordnet sind, leitfähig für den ersten und/oder zweiten Zustand des zweiten Mischsignals zu sein und die Schaltgeräte (350, 360, 370, 380), die mit dem zweiten Mischer verbunden sind, angeordnet sind, leitfähig für den ersten und/oder zweiten Zustand des ersten Mischsignals zu sein.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Mischsignale erste und zweite, lokale Oszillator-(LO)-Signale (LO_I, LO_Q) und/oder ihre inversen Signale sind, die eine gemeinsame Frequenz und erste und zweite Phasen aufweisen, die um Π/2 Radiant zueinander phasenverschoben sind.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste und zweite Mischer (200, 300) einen ersten Satz von Mischvorrichtungen (210, 220, 230, 240, 310, 320, 330, 340) umfasst, wobei jede der Mischvorrichtungen einen ersten, zweiten und dritten Anschluss aufweist, wobei der erste Mischer (200) angepasst ist, durch das erste Mischsignal getrieben zu werden, das ein LO-Signal und/oder sein inverses Signal mit ersten und dritten Phasen ist, die an den dritten Anschlüssen der Mischvorrichtung (210–240) des ersten Mischers (200) empfangen werden, und der zweite Mischer angepasst ist, von dem zweiten Mischsignal getrieben zu werden, das ein zweites LO-Signal und/oder sein inverses Signal mit zweiten und vierten Phasen ist, die an den dritten Anschlüssen der Mischvorrichtung (310–340) des zweiten Mischers (300) empfangen werden.
Anordnung nach Anspruch 3, wobei in jedem der Mischer (200, 300) erste Anschlüsse einer ersten und dritten Mischvorrichtung (210, 230, 310, 330) des Satzes von Mischvorrichtungen wirksam mit dem ersten Anschluss der Anordnung verbunden sind und zweite Anschlüsse der ersten und dritten Mischvorrichtung mit den ersten Anschlüssen einer zweiten und vierten Mischvorrichtung (22, 240, 320, 340) des Satzes von Mischvorrichtungen verbunden sind, wobei die zweiten Anschlüsse der zweiten und vierten Mischvorrichtung wirksam mit dem zweiten Anschluss der Vorrichtung verbunden sind und wobei Zwischenfrequenz-(IF)-Anschlüsse an den zweiten Anschlüssen der ersten und dritten Mischvorrichtung bereitgestellt sind.
Anordnung nach Anspruch 4, wobei die Mischvorrichtungen (210–240, 310–340) durch Transistoren bereitgestellt werden, und wobei der erste und vierte Mischvorrichtung (210, 240) des ersten Mischers (200) angepasst sind, durch das erste Mischsignal getrieben zu werden, die zweite und dritte Mischvorrichtung (220, 230) des ersten Mischers angepasst sind, durch das inverse Signal des ersten Mischsignals getrieben zu werden und wobei die erste und vierte Mischvorrichtung (310, 340) des zweiten Mischers (300) angepasst sind, durch das Inverse des zweiten Mischsignals getrieben zu werden, wobei die zweite und dritte Mischvorrichtung (320, 330) des zweiten Mischers angepasst sind, durch das zweite Mischsignal getrieben zu werden.
Anordnung nach Anspruch 5, wobei in jedem Mischer (200, 300) erste und dritte Schaltgeräte (250, 270, 350, 370) in dem Signalweg zwischen dem ersten Anschluss der ersten und dritten Mischvorrichtung (210, 230, 310, 330) und dem ersten Anschluss der Anordnung bereitgestellt werden und zweite und vierte Schaltgeräte (260, 280, 360, 380) zwischen den zweiten Anschlüssen der zweiten und vierten Mischvorrichtungen (220, 240, 320, 340) und dem zweiten Anschluss der Anordnung bereitgestellt werden.
Anordnung nach Anspruch 6, wobei die ersten und vierten Schaltgeräte (250, 280), die mit dem ersten Mischer Verbunden sind, angepasst sind, durch das zweite Mischsignal getrieben zu werden, die zweiten und dritten Schaltgeräte (260, 270), die mit dem ersten Mischer verbunden sind, angepasst sind, durch das Inverse Signal des zweiten Mischsignals getrieben zu werden, die ersten und vierten Schaltgeräte (350, 380), die mit dem zweiten Mischer verbunden sind, angepasst sind, durch das erste Mischsignal getrieben zu werden und die zweiten und dritten Schaltgeräte (360, 370), die mit dem zweiten Mischer verbunden sind, angepasst sind, durch das inverse Signal des ersten Mischsignals getrieben zu werden.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Satz von Schaltgeräten (250–280, 350–380) durch Transistoren bereitgestellt wird.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Mischer (200, 300) und/oder der Satz von Schaltgeräten (250–280, 350–380) einen Spannungsgesteuerten Schalter umfassen.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Mischer (200, 300) und/oder der Satz von Schaltgeräten (250–280, 350–380) FET-Transistoren umfassen.
Anordnung nach Anspruch 10, wobei die FET-Transistoren in CMOS-Technologie bereitgestellt werden.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Anordnung als Sendermischer bereitgestellt wird, wobei das erste Signa ein Quadratur-IF-Signal ist, das als Eingangssignal empfangen werden soll, und das zweite Signal ein RF-Signal ist, das als Ausgangssignal bereitgestellt werden soll.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Anordnung als Empfangsmischer bereitgestellt wird, wobei das erste Signal ein RF-Signal ist, das als Eingangssignal empfangen werden soll und das zweite Signal ein Quadratur-IF-Signal ist, das als Ausgangssignal bereitgestellt werden soll.
Drahtloses Komunikationsgerät (1) mit einer Kommunikationsschnittstelle zum drahtlosen Kommunizieren mit einem Fernkommunikatiuonsgerät, gekennzeichnet durch eine Mischanordnung nach einem der Ansprüche 1–13.
Gerät nach Anspruch 14, wobei das Gerät eine tragbare Funkkommunikatonsausrüstung, ein mobiles Funkgerät, ein Funkrufempfänger, ein Kommunikator, ein elektronischer Organisator, oder ein Smartphon ist.
Gerät nach Anspruch 14, wobei das Gerät ein Mobiltelefon (1) ist.
Verfahren eines Mischens von Signalen zum Umwandeln eines ersten Signals bei einer ersten Frequenz in ein zweites Signal bei einer zweiten Frequenz, mit den Schritten; Empfangen des ersten Signals; Mischen des ersten Signals in einer Mischeranordnung mit einem ersten und einem zweiten Mischer (200, 300), die parallel verbunden sind, um das zweite Signal bereitzustellen, wobei jeder Mischer mit einem ersten und einem zweiten Anschluss verbunden ist, wobei der erste Anschluss ein positiver Funkfrequenzanschluss ist und der zweite Anschluss ein negativer Funkfrequenzanschluss ist; durch Steuern des ersten Mischers (200), leitfähig für einen ersten und/oder zweiten Zustand eines ersten Mischsignals zu sein, um das erste Signal mit dem zweiten Mischsignal zu mischen, um das zweite Mischsignal bereit zu stellen; und Steuern des zweiten Mischers (300), leitfähig für einen ersten und/oder zweiten Zustand eines zweiten Mischsignals zu sein, um das erste Signal mit dem zweiten Mischsignal zu mischen, um das zweite Signal bereit zu stellen; gekennzeichnet durch den Schritt: Steuern eines Satzes von Schaltgeräten (250, 260, 270, 280, 350, 360, 370, 380), die in einem Signalweg zwischen den Mischern und den ersten und zweiten Anschlüssen bereitgestellt werden, um wirksam entweder den ersten oder den zweiten Mischer mit den ersten und zweiten Anschlüssen zu verbinden, durch Steuern der Schaltgeräte (250, 260, 270, 280), die mit dem ersten Mischer verbunden sind, leitfähig für den ersten und/oder zweiten Zustand des zweiten Mischsignals zu sein; und Steuern der Schaltgeräte (350, 360, 370, 380), die mit dem zweiten Mischer verbunden sind, leitfähig für den ersten und/oder zweiten Zustand des ersten Mischsignals zu sein.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die ersten und zweiten Mischsignale erste und zweite, lokale Oszillator-(LO)-Signale und/oder ihre inversen Signale sind, die eine gemeinsame Frequenz und erste und zweite Phasen aufweisen, die um Π/2 Radiant zueinander phasenverschoben sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 oder 18, mit dem Schritt eines Bereitstellens eines Satzes von Mischvorrichtungen (210, 220, 230, 240, 310, 320, 330, 340) in jedem des ersten und zweiten Mischers (200, 300), wobei jede der Mischvorrichtungen einen ersten, zweiten und dritten Anschluss aufweist, eines Treibens des ersten Mischern (200) durch Verwenden des ersten Mischsignals, das ein erstes LO-Signal und/oder sein inverses Signal mit ersten und dritten Phasen ist, die an den dritten Anschlüssen der Mischvorrichtung (210–240) des ersten Mischers (200) empfangen werden, und eines Treibens des zweiten Mischer durch Verwenden des zweiten Mischsignal, das ein zweites LO-Signal und/oder sein inverses Signal mit zweiten und vierten Phasen ist, die an den dritten Anschlüssen der Mischvorrichtung (310–340) des zweiten Mischers (300) empfangen werden
Verfahren nach Anspruch 19, weiter mit den Schritten für jeden der Mischer (200, 300) eines wirksamen Verbindens eines ersten Anschlusses einer ersten und dritten Mischvorrichtung (210, 230, 310, 330) des Satzes von Mischvorrichtungen mit dem ersten Anschluss der Anordnung und eines zweiten Anschlusses der ersten und dritten Mischvorrichtung mit den ersten Anschlüssen einer zweiten und vierten Mischvorrichtung (220, 240, 320, 340) des Satzes von Mischvorrichtungen, eines wirksamen Verbindens eines zweiten Anschlusses der zweiten und vierten Mischvorrichtung mit dem zweiten Anschluss der Anordnung und eines Bereitstellens von Zwischenfrequenz-(IF)-Anschlüssen an den zweiten Anschlüssen der ersten und dritten Mischvorrichtung.
Verfahren nach Anspruch 20, weiter mit den Schritten eines Bereitstellens der Mischvorrichtungen (210–240, 310–340) als Transistoren, Treiben der ersten und vierten Mischvorrichtung (210, 240) des ersten Mischers (200) durch Verwenden des ersten Mischsignals, Treiben der zweiten und dritten Mischvorrichtung (220, 230) des ersten Mischers durch Verwenden des inversen Signals des ersten Mischsignals, Treiben der ersten und vierten Mischvorrichtung (310, 340) des zweiten Mischers (300) durch Verwenden des Inversen des zweiten Mischsignals, und Treiben der zweiten und dritten Mischvorrichtung (320, 330) des zweiten Mischers durch Verwenden des zweiten Mischsignals.
Verfahren nach Anspruch 21, mit den Schritten für jeden Mischer (200, 300) eines Bereitstellens der ersten und dritten Schaltgeräte (250, 270, 350, 370) in dem Signalweg zwischen dem ersten Anschluss der ersten und dritten Mischvorrichtung (210, 230, 310, 330) und dem ersten Anschluss der Mischeranordnung und der zweiten und vierten Schaltgeräte (260, 280, 360, 380) zwischen den zweiten Anschlüssen der zweiten und vierten Mischvorrichtungen (220, 240, 320, 340) und dem zweiten Anschluss der Mischeranordnung.
Verfahren nach Anspruch 22, mit den Schritten eines Treibens der ersten und vierten Schaltgeräte (250, 280), die mit dem ersten Mischer Verbunden sind, durch Verwenden des zweiten Mischsignal, eines Treibens der zweiten und dritten Schaltgeräte (260, 270), die mit dem ersten Mischer verbunden sind, durch Verwenden des inversen Signals des zweiten Mischsignalsignals, eines Treibens der ersten und vierten Schaltgeräte (350, 380), die mit dem zweiten Mischer verbunden sind, durch Verwenden des ersten Mischsignals und eines Treibens der zweiten und dritten Schaltgeräte (360, 370), die mit dem zweiten Mischer verbunden sind, durch Verwenden des inversen Signals des ersten Mischsignals.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17–23, mit dem Schritt eines Bereitstellens der Schaltgeräte (250–280, 350–380) durch einen Transistor.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 24, mit dem Schritt eines Bereitstellens der Mischer (200, 300) und/oder der Schaltgeräte (250–280, 350–380) als Spannungs-gesteuerter Schalter.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17–25, mit dem Schritt eines Bereitstellens der Mischer (200, 300) und/oder der Schaltgeräte (250–280, 350–380) als FET-Transistoren.
Verfahren nach Anspruch 26, mit dem Schritt eines Bereitstellens der FET-Transistoren durch Verwenden von CMOS-Technologie.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 27, mit dem Schritt eines Bereitstellens der Anordnung als Sendermischer, wobei das erste Signal ein Quadratur-IF-Signal ist und das zweite Signal ein RF-Signal ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 27, mit dem Schritt eines Bereitstellens der Anordnung als Empfängermischer, wobei das erste Signal ein RF-Signal ist und das zweite Signal ein Quadratur-IF-Signal ist.