EL RAI, Samir (1135 Capistrano Point Apt. # 202, Colorado Springs, CO, 80906, US)
Patentansprüche
1. Integrierbare Schaltungsanordnung (10; 20) mit einer mittels mindestens einer Steuerspannung (vt1 ) steuerbaren Schaltungseinheit (11) zum Bereitstellen eines von der mindestens einen Steuerspannung (vt1) abhängigen hochfrequenten Ausgangssignals (yθ), dadurch gekennzeichnet, dass a) ein getakteter Gleichspannungswandler (12) vorgesehen ist, der ausgebildet ist, die mindestens eine Steuerspannung (vt1) in Abhängigkeit von einem an seinem
Takteingang (12c) anliegenden Steuersignal (yθ') bereitzustellen, und b) die Schaltungsanordnung ausgebildet ist, dem Takteingang (12c) ein von dem hochfrequenten Ausgangssignal (yθ) abhängiges Steuersignal (yO 1 ) zuzuführen.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung ausgebildet ist, die mindestens eine Steuerspannung (vt1) derart bereitzustellen, dass sie einen betragsmaximalen Wert aufweist, der einen Wert einer Versorgungsspannung (Vdd) der Schaltungsanordnung übersteigt.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie ausgebildet ist, den Gleichspannungswandler (12) und/oder die Schaltungseinheit (11) mittels der Versorgungsspannung (Vdd) mit Betriebsenergie zu versorgen.
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass eine mit der Schaltungseinheit (11) und dem Takteingang
(12c) verbundene Anpassungseinheit (13) vorgesehen ist, die ausgebildet ist, eine Amplitude (AO) und/oder eine Frequenz (fθ) des hochfrequenten Ausgangssignals (yO) zu verändern und das resultierende Steuersignal (yO') bereitzustellen.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassungseinheit (13) ausgebildet ist, aus dem eine erste Amplitude (AO) aufweisenden Ausgangssignal (yO) das Steuersignal (yO') mit einer zweiten Amplitude (AO') abzuleiten, die größer ist als die erste Amplitude (AO).
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassungseinheit (13) einen Frequenzteiler (14) aufweist, der ausgebildet ist, die Frequenz (fθ) des hochfrequenten Ausgangssignals (yθ) zu teilen.
7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung ausgebildet ist, dem Takteingang (12c) das hochfrequente Ausgangssignal (yθ) zuzuführen.
8. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung ausgebildet ist, das Steuersignal (yθ') aus dem hochfrequenten Ausgangssignal (yθ) abzuleiten.
9. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass eine erste Frequenz (fθ) des hochfrequenten Ausgangssignals (yθ) mit einem ganzzahligen Vielfachen (N=1, 2, 3, ...) einer zweiten Frequenz (fO 1 ) des Steuersignals (yθ') übereinstimmt.
10. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass eine erste Frequenz (fO) des hochfrequenten Ausgangssignals (yθ) mit einer zweiten Frequenz (fO') des Steuersignals (yθ ! ) oder mit dem Zweifachen der zweiten Frequenz (fO') übereinstimmt.
11. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Schaltungseinheit (11) eine kapazitive Einheit (21 ) aufweist, deren Kapazitätswert mittels mindestens einer Steuerspannung (vt1 a, ..., vt1e) einstellbar ist.
12. Schaltungsaπordnung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die ka- pazitive Einheit (21 ) mindestens einen Metall-Isolator-Metall-Kondensator (Ca),
Varaktor, eine geschaltete Kondensatorbank (21 ) und/oder einen mikroelektro- mechanischen Varaktor aufweist.
13. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Schaltungseinheit (1 1 ) mindestens einen Transistor (Ta) und/oder mindestens einen mikroelektromechanischen Schalter aufweist, der mittels mindestens einer Steuerspannung (vt1a) steuerbar ist.
14. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Schaltungseinheit (11) eine induktive Einheit aufweist, deren Induktivitätswert mittels mindestens einer Steuerspannung (vt1) einstellbar ist.
15. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Schaltungseinheit (11 ) einen Oszillator (15), einen Verstärker (18) oder einen Filter aufweist, der mittels mindestens einer Steuerspannung (vt1) steuerbar ist.
16. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler (12) ausgebildet ist, die mindestens eine Steuerspannung (vt1 ) mit einem Spannungshub (9V; 6V) bereitzustellen, der einen eingangsseitigen Spannungshub (3V) übersteigt.
17. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler (12) als Hochsetzsteller oder als invertierender Hochsetzsteller ausgebildet ist.
18. Integrierte Schaltung, insbesondere für eine Sende-/Empfangsvorrichtung (50) eines Datenübertragungssystems nach IEEE 802.16, mit mindestens einer Schaltungsanordnung (56) nach einem der Ansprüche 1 bis 17.
19. Integrierte Schaltung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Schaltung als monolithisch integrierte Schaltung, als Hybridschaltung oder als Multilayer-Keramik-Schaltung ausgebildet ist. |
SCHALTUNGSANORDNUWG UND INTEGRIERTE SCHALTUNG ZUM BEREITSTELLEN EINER SPANNUNGSGESTEUERTEN FREQUENZ
Die vorliegende Erfindung betrifft eine integrierbare Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin eine integrierte Schaltung (integrated circuit, IC).
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet von integrierten Halbleiter-Schaltungen, in denen hochfrequente Signale beispielsweise im Mikrowellenbereich verarbeitet werden. Sie liegt insbesondere auf dem Gebiet von integrierbaren Schaltungsanordnungen zum Steuern einer steuerbaren Schaltungseinheit mittels mindestens einer Steuerspannung, wobei die Schaltungseinheit ein von der bzw. den Steuerspannung(en) abhängiges hochfrequentes Ausgangssignal bereitstellt.
Solche steuerbaren Schaltungseinheiten werden vielfach zur Verarbeitung hochfre- quenter (HF) Signale z.B. in integrierten HF-Frontend-Schaltungen benötigt, mit deren Hilfe in Sende-VEmpfangsvorrichtungen von Kommunikationssystemen ein HF- Empfangssignal, wie z.B. ein über eine Antenne empfangenes Funksignal im Gigahertzbereich, in ein Quadratursignal mit einer niedrigeren, festen Frequenz überführt wird. Beispielsweise kann es sich bei solchen steuerbaren Schaltungseinheiten um spannungsgesteuerte Verstärker, Filter oder Oszillatoren handeln (VCO, voltage controlled oscillator).
In bekannten integrierten Schaltungsanordnungen ist der Aussteuerbereich (Spannungshub) der Steuerspannung(en) hierbei üblicherweise auf einen relativ kleinen Bereich zwischen einem Bezugspotential (Masse) und einer Versorgungsspannung der integrierten Schaltung beschränkt. Dies führt nachteiligerweise auf eine begrenzte Abstimmbarkeit, d.h. auf eine relativ kleine Breite des Abstimmbereichs, und auf kleine Werte der Güte der steuerbaren Schaltungseinheit. Außerdem sind bekannte integrierte Schaltungsanordnungen relativ empfindlich gegenüber additiven Störungen, wie z.B. Rauschen auf der/den Steuerspannung(en). Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine integrierbare Schaltungsanordnung der genannten Art anzugeben, die eine höhere Güte und einen verbesserte Abstimmbarkeit der Schaltungseinheit ermöglicht, unempfindlicher gegenüber additiven Störungen der Steuerspannung(en) ist, und dennoch einfach und kostengünstig in eine Halbleiterschaltung (IC) iπtegrierbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine integrierbare Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine integrierte Schaltung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 18.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung beinhaltet eine mittels mindestens ei- ner Steuerspannung steuerbare Schaltungseinheit zum Bereitstellen eines von der mindestens einen Steuerspannung abhängigen hochfrequenten Ausgangssignals, und einen getakteten Gleichspannungswandler, der die mindestens eine Steuerspannung in Abhängigkeit von einem an seinem Takteingang anliegenden Steuersignal bereitstellt, wobei die Schaltungsanordnung ausgebildet ist, dem Takteingang ein von dem hochfrequenten Ausgangssignal abhängiges Steuersignal zuzuführen.
Die erfindungsgernäße integrierte Schaltung weist mindestens eine solche Schaltungsanordnung auf.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, einen getakteten Gleichspannungswandler
(DC/DC-Konverter) mit einem Takteingang vorzusehen und den Takteingang mit ei- nem Steuersignal zu beaufschlagen, das vom hochfrequenten Ausgangssignal der
Schaltungseinheit abhängt. Hierdurch werden vorteilhaft mehrere Eigenschaften der spannungsgesteuerten Schaltungseinheit, wie z.B. die Güte, die Abstirnmbarkeit und die Robustheit gegenüber additiven Störungen der Steuerspannungen verbessert.
Außerdem ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung einfach und kostengüns- tig in eine Halbleiterschaltung (IC) integrierbar.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung zu entnehmen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine mit der Schaltungseinheit und dem Takteingang verbundene Anpassungseinheit vorgesehen, die ausgebildet ist, eine Amplitude und/oder eine Frequenz des hochfrequenten Ausgangssignals zu verändern und das resultierende Steuersignal bereitzustellen. Hierdurch wird der Spannungshub der Steuerspanπung(en) weiter erhöht, so dass eine besonders gute Ab- stimmbarkeit und besonders hohe Werte der Güte bei einer sehr guten Robustheit gegenüber additiven Störungen ermöglicht wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigen
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit einem spannungsgesteuerten Oszillator; Fig. 2 eine kapazitive Einheit des spannungsgesteuerten Oszillators aus Fig. 1 ;
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit einem spannungsgesteuerten Verstärker; und
Fig. 4 ein Blockschaltbild eines WiMax-Transceivers mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente und Signale - sofern nicht anders angegeben - mit denselben Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfin- dungsgemäßen Schaltungsanordnung.
Die integrierbare Schaltungsanordnung 10 weist eine steuerbare (einstellbare) Schaltungseinheit 11 , einen getakteten Gleichspannungswandler (DC/DC-Konverter) 12 und optional eine Anpassungseinheit 13 auf.
Der Gleichspannungswandler 12 weist einen Takteingang 12c auf und ist über die- sen Eingang und ggf. die Anpassungseinheit 13 mit einem Ausgang 1 1 b der Schaltungseinheit 11 verbunden. Darüber hinaus weist der Gleichspannungswandler 12 einen Eingang zum Versorgen mit Betriebsenergie (Vdd) sowie vorzugsweise mindestens einen weiteren Eingang 12a auf. Ausgangsseitig ist der Gleichspannungswandler 12 über mindestens einen Ausgang 12b mit mindestens einem Steuerein- gang 11a der Schaltungseinheit 1 1 verbunden.
Die steuerbare Schaltungseinheit 11 generiert ein von mindestens einer Steuerspannung vt1 abhängiges hochfrequentes Ausgangssignal yθ und stellt dieses an ihrem Ausgang 11 b bereit. Die Steuerspannung(en) vt1 können hierbei wertkontinuierlich (analog) und/oder wertdiskret (digital, binär/zweistufig) ausgebildet sein. Mittels einer Versorgungsspannung Vdd von beispielsweise 3V werden die Schaltungseinheit 1 1 und der Gleichspannungswandler 12 mit Betriebsenergie versorgt.
- A -
Im in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel beinhaltet die Schaltungseinheit 11 einen spannungsgesteuerten Oszillator 15 (voltage controlled oscillator, VCO), der ein Ausgangssignal yθ mit einer einstellbaren Frequenz fθ erzeugt, die je nach dem Wert der Steuerspannung(en) vt1 beispielsweise zwischen 6,8 und 7,2 GHz variiert. Bei den Steuerspannungen vt1 handelt es sich beispielsweise um fünf Steuerspannungen vt1 a, vt1 b, ..., vt1e, die jeweils einen der beiden Spannungswerte -3V, +6V annehmen können, so dass der betragsmaximale Wert (6V) der Steuerspannungen vt1 den Wert der Versorgungsspannung Vdd=3V der Schaltungsanordnung übersteigt. Jede der fünf Steuerspannungen vt1a, vt1b, .... v11 e repräsentiert hierbei eine jeweils zugeordnete Bitstelle eines Wortes, mit dessen Hilfe genau einer von insgesamt 32 Frequenzwerten im o.g. Frequenzbereich ausgewählt wird.
Der Gleichspannungswandler 12 setzt die beiden eingangsseitigen Potentialwerte 3V (Vdd) und OV (Masse) in zwei ausgangsseitige Potentialwerte -3V und 6V um, generiert eine oder mehrere Steuerspannungen vt1, die jeweils je nach dem Wert der zu- geordneten Steuerspannung vt2 den niedrigeren ausgangsseitigen Potentialwert von -3V (falls vt2=0V) oder aber den höheren ausgangsseitigen Potentialwert von 6V (falls vt2=3V) annehmen und stellt die Steuerspannung(en) vt1 zur Steuerung der Schaltungseinheit 11 bereit, wobei nur sehr geringe Ströme (Leckströme von Transistoren) fließen. Vorzugsweise ist der Gleichspannungswandler 12 als kapazitiver Hochsetzsteller oder als kapazitiver invertierender Hochsetzsteller ausgebildet.
Der Gleichspannungswandler 12 erzeugt die Steuerspannung(en) vt1 in Abhängigkeit von einem an seinem Takteingang 12c anliegenden Steuersignal yθ\ Das dem Takteingang 12c zugeführte Steuersignal yθ' hängt vom hochfrequenten Ausgangssignal yθ der Schaltungseinheit 11 ab und ist aus diesem abgeleitet. Das Steuersig- nal yθ" ist hierbei identisch mit dem Ausgangssignal yθ (ohne Block 13) oder durch die Anpassungseinheit 13 aus dem Ausgangssignal yθ abgeleitet (bevorzugt).
Sofern vorhanden, verändert die mit dem Ausgang 11 b der Schaltungseinheit 11 und dem Takteingang 12c des Gleichspannungswandlers 12 verbundene Anpassungseinheit 13 die Amplitude AO und/oder die Frequenz fθ des an ihrem Eingang anlie- genden Signals yθ und stellt das resultierende Steuersignal yO 1 zur Steuerung des Gleichspannungswandlers 12 an ihrem Ausgang bereit.
In diesem Ausführungsbeispiel beinhaltet die Anpassungseinheit 13 einen Frequenzteiler 14, der die Frequenz fθ des Ausgangssignals yO halbiert, sowie eine nachgeschaltete Induktivität L1. Zusammen mit einer Kapazität, wie z.B. der Eingangskapa- zität des Gleichspannungswandlers 12, oder einer Transmissionsleitung modifiziert
die Induktivität L1 die Amplitude ihres Eingangssignals. Mittels dieser Induktivität L1 verstärkt die Anpassungseinheit 13 beispielsweise die Amplitude A0=3V des Signals yθ derart, dass das Steuersignal yθ' eine Amplitude von A0'=8V aufweist und damit deutlich die Amplitude AO übersteigt. Durch eine solche Amplitudenanhebung wird vorteilhaft die Effizienz des Gleichspannungswandlers 12 und der Spannungshub der Steuerspannung(en) vt1 weiter erhöht.
In weiteren Ausführungsformen sind ganzzahlige Teilerwerte N bei der Frequenzteilung vorgesehen, so dass die Frequenz fθ des Ausgangssignals yθ mit einem ganzzahligen Vielfachen N=1 , 2, 3, ... der Frequenz fθ' des Steuersignals yθ' überein- stimmt. Vorzugsweise stimmt fθ mit dem einfachen oder zweifachen Wert von fθ' ü- berein.
In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform weist die Anpassungseinheit 13 keinen Frequenzteiler auf, so dass die Frequenzen fθ und fθ' der Signale yθ bzw. yθ' miteinander übereinstimmen. In weiteren, ebenfalls nicht dargestellten Ausführungsformen weist die Schaltungseinheit 11 einen dem VCO 15 nachgeschalteten Frequenzteiler auf, der die Frequenz des VCO-Ausgangssignals beispielsweise halbiert und das Signal yθ bereitstellt. Vorzugsweise kann der in Fig. 1 als Bestandteil der Anpassungseinheit 13 gezeigte Frequenzteiler 14 dann entfallen. Indem erfindungsgemäß ein getakteter Gleichspannungswandler 12 mit einem Takteingang 12c vorgesehen ist und der Takteingang mit einem Steuersignal yθ' beaufschlagt wird, das vom hochfrequenten Ausgangssignal yθ der Schaltungseinheit 11 abhängt, wird eine Schaltungsanordnung erzielt, die - wie nachstehend näher erläutert - mehrere Eigenschaften der spannungsgesteuerten Schaltungseinheit 1 1 (Stör- empfindlichkeit, Güte etc.) verbessert und dennoch einfach und kostengünstig in eine Halbleiterschaltung (IC) integriert werden kann. Insbesondere werden erfindungsgemäß Steuerspannungen vt1 mit einem im Verhältnis zur Versorgungsspannung großen Spannungshub erzeugt, ohne dass hierfür ein Quartzoszillator erforderlich ist.
Zur Einstellung der Frequenz fθ beinhaltet der VCO 15 vorzugsweise eine kapazitive Einheit mit einem einstellbaren (variablen) Kapazitätswert. In weiteren Ausführungsformen ist eine induktive Einheit vorgesehen, deren Induktivitätswert einstellbar ist.
Die kapazitive Einheit weist z.B. eine Einheit mit einem kontinuierlich veränderbaren Kapazitätswert, wie z.B. eine Varaktor-, Kapazitäts-, MOS-Diode (metal oxide semi- conductor) oder einen MEM-Varaktor (mikroelektromechanisch) oder/und eine Ein-
heit mit einem schrittweise veränderbaren (schaltbaren) Kapazitätswert auf, die z.B. als geschalteter MIM-Kondensator (metal insulator metal), geschalteter Polycap oder als geschaltete Kondensatorbank (capacitive digital-to-aπalog Converter, CDAC) ausgeführt ist. Vorzugsweise weist die kapazitive Einheit eine mit einer nicht in Fig. 1 dargestellten und PLL-geregelten analogen Steuerspannung abstimmbare Varaktordiode und eine durch die Steuerspannungen vt1 geschaltete Kondensatorbank (CDAC) auf.
Figur 2 zeigt ein Schaltbild (Fig. 2a) einer geschalteten Kondensatorbank 21 mit ins- gesamt fünf Stufen sowie Eigenschaften (Fig. 2b-c) einer einzelnen Stufe der Kondensatorbank 21.
Gemäß Fig. 2a weist die geschaltete Kondensatorbank 21 zwischen den Anschlüssen 22 und 23 insgesamt fünf parallel geschaltete Serienschaltungen 21a, 21b
21 e aus jeweils zwei MIM-Kondensatoren und der Arbeitsstrecke eines Feldeffekt- Transistors auf, wobei jede Stufe von einer zugeordneten der Steuerspannungen vt1a, vt1b, ..., vt1e gesteuert wird, in dem der Gate-Anschluss des Transistors der jeweiligen Stufe mit der entsprechenden Steuerspannung vt1 a, vt1 b, ..., vt1e beaufschlagt wird. Das hochfrequente Ausgangssignal yθ (siehe Fig. 1) entspricht vorzugsweise der zwischen den Anschlüssen 22 und 23 abgegriffenen Spannung. Fig. 2b und 2c zeigen den Kapazitätswert C bzw. die Güte Q der ersten Stufe 21a der geschalteten Kondensatorbank 21 als Funktion ihrer Steuerspannung vt1a.
Aus Fig. 2b ist zu erkennen, dass die Steigung des Ka pazitäts wertes C der ersten Stufe 21a bei einem Wert der Steuerspannung vt1a von beispielsweise 6V geringer ist als bei einein Wert von beispielsweise 3V. Dies bedeutet, dass der Kapazitätswert C der ersten Stufe 21a bei vt1 a=6V weniger stark durch additive Störungen wie z.B.
Rauschen beeinflusst wird als bei vt1a=3V. Additive Störungen auf den Steuerspannungen vt1a, ..., vt1 e modulieren daher die Frequenz fθ des Ausgangssignals yθ bei größeren Spannungswerten bzw. Spannungshüben der Steuerspannungen weniger stark als bei kleineren Spannungswerten bzw. -hüben. Die vorstehend mit Bezug auf die Figuren 1 und 2 beschriebene Schaltungsanordnung 10 ist daher besonders robust (unempfindlich) gegenüber additiven Störungen wie z.B. Rauschen.
Weiterhin ist der Kapazitätswert C der ersten Stufe 21 a bei einem Wert der Steuerspannung vt1 a von beispielsweise 6V größer als bei einem Wert von beispielsweise
3V, so dass die Schaltungseinheit 11 vorteilhaft einen größeren (breiteren) Abstimmbereich aufweist.
Aus Fig. 2c ist zu ersehen, dass die Güte Q der ersten Stufe 21 a bei einer Steuerspannung vt1a von beispielsweise 6V deutlich höher ist als bei einem Wert von bei- spielsweise 3V. Dies bedeutet, dass die Güte der kapazitiven Einheit 21 und damit des VCO 15 bei größeren Spannungswerten bzw. Spannungshüben der Steuerspannungen höher ist als bei kleineren Spannungswerten bzw. -hüben. Die vorstehend mit Bezug auf die Figuren 1 und 2 beschriebene Schaltungsanordnung 10 ist daher besonders verlustarm und energieeffizient. Infolge der geschlossenen Schleife vom Gleichspannungswandler zur Schaltungseinheit und von dieser wieder zum Gleichspannungswandler ist der Stör- und Rauschanteil in den Steuersignalen und damit auch irn Ausgangssignal besonders klein, so dass sich insgesamt verbesserte Eigenschaften der Schaltungseinheit ergeben. Aus diesen Gründen verbessern sich die Eigenschaften der spannungsgesteuerten Schaltungseinheit sowohl im Kleinsignal- als auch im Großsignalbetrieb.
Figur 3 zeigt ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit einem spannungsgesteuerten Verstärker. Die integrierbare Schaltungsanordnung 20 beinhaltet eine steuerbare Schaltungseinheit 11 , einen getakteten Gleichspannungswandler (DC/DC) 12 und eine Anpassungseinheit 13.
Der Gleichspannungswandler 12 ist eingangsseitig über seinen Takteingang 12c und die Anpassungseinheit 13 mit einem Ausgang 1 1b der Schaltungseinheit 11 verbun- den. Ausgangsseitig ist der Gleichspannungswandler 12 über einen Ausgang 12b mit einem Steuereingang 1 1a der Schaltungseinheit 11 verbunden.
Die steuerbare Schaltungseinheit 11 generiert ein von genau einer Steuerspannung vt1 abhängiges Ausgangssignal yθ und stellt dieses an ihrem Ausgang 1 1 b bereit. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Schaltungseinheit 1 1 beispielhaft einen span- nungsgesteuerten Verstärker 18 auf, der aus einem hochfrequenten Eingangssignal xθ ein verstärktes Ausgangssignal yθ mit einer einstellbaren Mittenfrequenz erzeugt, wobei das Ausgangssignal yθ beispielsweise bei einem Wert der Steuerspannung
von vt 1=6 V eine Mittenfrequenz fθ von 2,4 GHz und bei einem Wert vt1=0V eine Mittenfrequenz fθ von 3,5 GHz aufweist.
Zum Einstellen der Frequenz fθ beinhaltet der Verstärker 18 vorzugsweise eine kapazitive Einheit mit einem einstellbaren (variablen) Kapazitätswert. Diese kapazitive Einheit beinhaltet vorzugsweise eine geschaltete Kapazität, die z.B. einer Stufe des in Fig. 2a dargestellten CDAC entspricht.
Der Gleichspannungswandler 12 setzt die beiden eingangsseitigen Potentialwerte 3V (Vdd) und OV (Masse) in einen ausgangsseitigen Potentialwert von 6V um, falls an seinem Takteingang 12c ein Steuersignal anliegt. Liegt am Takteingang 12c dage- gen kein Signal an, so generiert er einen ausgangsseitigen Potentialwert von OV. An seinem Ausgang 12b stellt der Gleichspannungswandler 12 die Steuerspannung vt1 mit dem jeweiligen Potentialwert von 6V oder OV zur Steuerung der Schaltungseinheit 1 1 bereit.
Der Gleichspannungswandler 12 erzeugt die Steuerspannung vt1 also wiederum in Abhängigkeit von einem an seinem Takteingang 12c anliegenden Steuersignal yθ'. Das dem Takteingang 12c zugeführte Steuersigna! yθ' hängt vom hochfrequenten Ausgangssignal yθ der Schaltungseinheit 11 ab und ist durch die Anpassungseinheit 13 aus diesem abgeleitet.
In diesem Ausführungsbeispiel weist die Anpassungseinheit 13 einen Schalter 16 und eine Induktivität L2 auf, so dass das Steuersignal yθ' auch von der den Schalter 16 steuernden Steuerspannung Vs abhängt. Je nach dem Wert der Steuerspannung Vs ist der Schalter 16 geöffnet oder geschlossen, so dass die Verbindung vom Ausgang 11 b zum Takteingang 12c unterbrochen bzw. geschlossen ist. Mit Hilfe der Induktivität L2 kann wiederum vorteilhaft die Signalamplitude erhöht werden, sofern der Schalter 16 geschlossen ist.
In weiteren Ausführungsformen kann der Schalter 16 innerhalb des Gleichspannungswandlers 12 angeordnet sein und analog zum ersten Ausführungsbeispiel in Abhängigkeit von einer Steuerspannung Vs bzw. Vt2 z.B. zwischen zwei Potentialwerten umschalten.
Figur 4 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Sende-/Empfangsvorrichtung für ein Datenübertragungssystem gemäß IEEE 802.16 („WiMax", worldwide interopera- bility for microwave access).
Die Sende-/Empfangsvorrichtung 50 weist eine Antenne 51 sowie eine mit der Antenne verbundene Sende-/Empfangseinheit (Transceiver) 52 auf. Die Sende-/ Empfangseinheit 52 beinhaltet eine mit der Antenne verbundene HF-Frontend-Schaltung 53 sowie eine nachgeschaltete IF/BB-Signalverarbeitungseinheit 54. Weiterhin bein- haltet die Sende-/ Empfangseinheit 52 einen nicht in Fig .4 gezeigten und mit der Antenne 51 verbundenen Sendepfad.
Die HF-Frontend-Schaltung 53 verstärkt ein von der Antenne 51 empfangenes hochfrequentes Funksignals xRF, das spektral im Mikrowellenbereich zwischen 3,4 und 3,6 GHz liegt, und überführt (transformiert) es in ein Quadratursignal z in einem Zwischenfrequenzbereich (intermediate frequency, IF) oder im Basisbandbereich („zero IF"). Beim Quadratursignal z handelt es sich um ein komplexwertiges Signal mit einer Inphase-Komponente zi und einer Quadraturphasen-Komponente zq.
Die IF/BB-Signalverarbeitungseinheit 54 filtert das Quadratursignal z und verschiebt es evtl. spektral ins Basisband, demoduliert das Basisbandsignal und detektiert die darin enthaltenen und ursprünglich von einer anderen Sende-/Empfangsvorrichtung gesendeten Daten d.
Die HF-Frontend-Schaltung 53 weist einen mit der Antenne 51 verbundenen Verstärker (low noise amplifier, LNA) 54 zum Verstärken des hochfrequenten Funksignals xRF und einen nachgeschalteten Quadraturmischer 55 zum überführen des ver- stärkten Signals in das Quadratursignal z auf. Weiterhin weist die HF-Frontend- Schaltung 53 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 56 und einen nachgeschalteten I/Q-Generator 57 auf, der ausgangsseitig mit dem Quadraturmischer 55 verbunden ist.
Die Schaltungsanordnung 56 beinhaltet einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO), dessen Frequenz mit Hilfe von Steuerspannungen vt1 relativ grob eingestellt und mit Hilfe weiterer (ggf. PLL-geregelter) Steuerspannungen fein abgestimmt wird. Vorzugsweise ist die Schaltungsanordnung 56 nach dem vorstehend mit Bezug auf die Figuren 1 und 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel realisiert.
Der I/Q-Generator 57 leitet aus dem Lokaloszillatorsignal yθ der Schaltungsanord- nung 56 ein differentielles Inphase-Signal yi und ein um 90 Grad phasenverschobenes differentielles Quadraturphase-Signal yq ab. Ggf. beinhaltet der I/Q-Generator 57 einen Frequenzteiler, Verstärkungselemente und/oder eine Einheit, die sicherstellt, dass der Phasenversatz der Signale yi und yq möglichst genau 90 Grad beträgt.
In weiteren vorteilhaften Ausführungsformen weist die HF-Frontend-Schaltung 53 im Seπdepfad einen nicht in Fig. 4 gezeigten Verstärker (power amplifier) auf, der Bestandteil einer Schaltungsanordnung ist, die gemäß dem vorstehend mit Bezug auf Fig. 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel realisiert ist. Die HF-Frontend-Schaltung 53 und damit die mindestens eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung sowie evtl. Teile der IF/BB-Signalverarbeitungseinheit 54 sind vorzugsweise Bestandteil einer integrierten Schaltung (integrated circuit, IC), die z.B. als monolithisch integrierte Schaltung in einer Standard-Technologie, beispielsweise in einer BiCMOS-Technologie, als Hybridschaltung (Dünn- bzw. Dickschichttechno- logie) oder als Multilayer-Keramik-Schaltung ausgebildet ist.
Die anhand von Ausführungsbeispielen vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann in unterschiedlichsten Anwendungen wie z.B. in Oszillator-, Verstärker- und Filter-Schaltungen (einstellbare übertragungsfunktion, Band- breite etc.) vorteilhaft eingesetzt werden.
T/EP2007/011177
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Bezuqszeichenliste
10 Schaltungsaπordnung
11 Schaltungseinheit
1 1a Eingang der Schaltungseinheit
11b Ausgang der Schaltungseinheit
12 Gleichspannungswandler
12a Eingang des Gleichspannungswandlers
12b Ausgang des Gleichspannungswandlers
12c Takteingang des Gleichspannungswandlers
13 Anpassungseinheit
14 Frequenzteiler
15 spannungsgesteuerter Oszillator (VCO)
16 Schalter
18 spannungsgesteuerter Verstärker
20 Schaltungsanordnung
21 kapazitive Einheit, CDAC
22, 23 Anschluss
50 Sende-/Empfangsvorhchtung
51 Antenne
52 Sende-/Empfangseinheit
53 HF-Frontend-Schaltung
54 IF/BB-Signalverarbeitungseinheit
55 Quadraturmischer
56 Schaltungsanordnung
57 I/Q-Generator
BB Basisband
BiCMOS bipolar complementary metal oxide semiconductor
CDAC capacitive digital-to-analog-converter, geschaltete Kondensatorbank
DC direct current
HF Hochfrequenz
IC integrated circuit
IF intermediate frequency
LNA low noise amplifier
MEM mikroelektromechaπisch
MIM metal-isolator-metal
MOS metal-oxide-semiconductor
MOSFET metal-oxide-semiconductor field effect transistor
RF radio frequency
VCO voltage controlled oscillator
WiMax worldwide interoperability for microwave access
AO, AO' Amplitude des Signals yθ bzw. yθ'
C Kapazitätswert
Ca 1 Cb, ... Kapazität f Frequenz fθ, fθ' Frequenz des Signals yθ bzw. yθ'
L1 , L2 Induktivität
Q Güte
Ra, Rb, ... Widerstand
Ta 1 Tb, ... Transistor
Vdd Versorgungsspannung vt1 , vt2 Steuerspannung xθ Eingangssignal xRF hochfrequentes Funksignal yo Ausgangssignal; Lokaloszillatorsignal; Sendesignal yo' Steuersignal
Next Patent: ARTIFICIAL TURF