DE102006039704B4

DE102006039704B4 - Kompensationsschaltung für eine Mischstufe

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Publication number: DE102006039704B4
Application number: DE102006039704A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Dipl.-Ing. Fahlbusch (FH); Andreas Dipl.-Phys. Leistner; Michael Dipl.-Ing. Amann (FH); Leo Dipl.-Ing. Friesen; Jürgen Dipl.-Ing. Schnabel (Univ.)
Original assignee: Atmel Automotive GmbH
Current assignee: Atmel Corp
Priority date: 2006-08-17
Filing date: 2006-08-17
Publication date: 2011-01-20
Anticipated expiration: 2026-08-18
Also published as: WO2008019739A3; WO2008019739A2; US20080070538A1; US7809348B2; DE102006039704A1

Abstract

Kompensationsschaltung (100) für eine Mischstufe (200), wobei
die Mischstufe (200) zwei Eingangssignalanschlüsse (200a, 200b) aufweist, an denen ein zu mischendes differentielles Eingangssignal anliegt, eine mit dem Eingangssignal beaufschlagbare Eingangsstufe (210) und eine der Eingangsstufe (210) nachgeordnete Schaltstufe (220) zur Mischung eines von der Eingangsstufe (210) in Abhängigkeit des Eingangssignals erhaltenen differentiellen Signals mit einem Oszillatorsignal aufweist, wobei
die Kompensationsschaltung (100) an ihrem Eingang (100a), an dem das zu mischende differentielle Eingangssignal anliegt, mit den zwei Eingangssignal-Anschlüssen (200a, 200b) der Eingangsstufe (210) und an ihrem Ausgang (100b) mit dem Eingangssignal-Anschluss (220a) der Schaltstufe (220) verbindbar ist, an dem das mittels der Eingangsstufe (210) erhaltene differentielle Signal anliegt,
und wobei durch die Kompensationsschaltung (100) ausgangsseitig ein mittels einer Kompensationsstufe (110) der Kompensationsschaltung (100) erhaltenes Kompensationssignal zur Kompensation von Intermodulationsprodukten ausgebbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kompensationsschaltung (100) eine der Kompensationsstufe (110) vorgeschaltete Kompensations-Eingangsstufe (120) mit einem Spannungsteiler...

Description

Die Erfindung betrifft eine Kompensationsschaltung für eine Mischstufe, wobei die Mischstufe eine mit einem zu mischenden Eingangssignal beaufschlagbare Eingangsstufe und eine der Eingangsstufe nachgeordnete Schaltstufe zur Mischung eines von der Eingangsstufe in Abhängigkeit des Eingangssignals erhaltenen differentiellen Eingangssignals mit einem Oszillatorsignal aufweist, wobei die Kompensationsschaltung an ihrem Eingang mit einem Eingangssignal-Anschluss der Eingangsstufe und an ihrem Ausgang mit einem Eingangssignal-Anschluss der Schaltstufe verbindbar ist, an dem das mittels der Eingangsstufe erhaltene differentielle Eingangssignal anliegt, und wobei durch die Kompensationsschaltung ausgangsseitig ein mittels einer Kompensationsstufe der Kompensationsschaltung erhaltenes Kompensationssignal, insbesondere zur Kompensation von Intermodulationsprodukten, ausgebbar ist.
Die Erfindung betrifft ferner eine Mischstufe mit einer Kompensationsschaltung. Kompensationsschaltungen der eingangs genannten Art sind bekannt und werden beispielsweise bei nach dem Prinzip der Gilbert-Zelle arbeitenden Mischstufen eingesetzt, um unerwünschte Intermodulationsprodukte, insbesondere auch als IM3-Intermodulationsprodukte bezeichnete Intermodulationsprodukte dritter Ordnung, zu kompensieren.
Aus dem Dokument „A +10-dBm IIP3 SiGe Mixer With IM3 Cancellation Technique” von Shoji Otaka et al., IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 39, No. 12, December 2004, p. 2333 und der US 2003/0007377 A1 ist eine derartige Mischstufe bekannt, der eine eine Differenzstufe enthaltende Kompensationsschaltung zugeordnet ist. Die beschriebene Differenzstufe erzeugt ein IM3-Signal, das einem differentiellen Eingangssignal für die Schaltstufe mit einer Phasenverschiebung von 180° hinzuaddiert wird, um das betreffende Intermodulationsprodukt an dem Eingang der Schaltstufe zu kompensieren. Das von der bekannten Kompensationsschaltung erzeugte IM3-Signal wird hinsichtlich seiner Amplitude in Abhängigkeit von einem Biasstrom für die betreffende Differenzstufe und von einem zur Realisierung einer Gegenkopplung eingesetzten Widerstand eingestellt.
Ferner ist aus der US 2003/0184373 A1 eine Schaltungsanordnung zur Unterdrückung des IM3 Signal bekannt.
Neben den beschriebenen Systemen sind auch Mischer bekannt, die eine Kompensationsschaltung mit einer eigenen Mischstufe vorsehen und eine entsprechend aufwändige Struktur aufweisen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kompensationsschaltung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine zuverlässige Kompensation unerwünschter Intermodulationsprodukte insbesondere dritter Ordnung über einen weiten Bereich von Betriebsparametern der Kompensationsschaltung, insbesondere einen weiten Betriebsfrequenzbereich und/oder Betriebstemperaturbereich gegeben ist.
Diese Aufgabe wird bei einer Kompensationsschaltung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Kompensationsschaltung eine Kompensations-Eingangsstufe mit Mitteln zur Beeinflussung einer Amplitude und/oder Phase des Eingangssignals aufweist, über die die Kompensationsstufe mit einem modifizierten Eingangssignal versorgbar ist.
Die erfindungsgemäße Kompensation-Eingangsstufe ermöglicht demnach eine Beeinflussung des der Kompensationsstufe zugeführten Signals, aus dem schließlich die für die Kompensation erforderliche Signalkomponente, beispielsweise ein IM3-Signal, erhalten wird. Dadurch sind gegenüber den herkömmlichen Systemen vorteilhaft gleich mehrere Freiheitsgrade hinsichtlich der Bildung des IM3-Signals sowie weiterer zur Kompensation erforderlicher Signale gegeben, die über die reine Einstellung eines Biasstroms bei z. B. als Differenzstufe ausgebildeten Kompensationsstufen hinausgehen und dementsprechend eine gesteigerte Flexibilität bieten.
Ein bedeutender Vorteil der erfindungsgemäßen Kompensations-Eingangsstufe besteht darin, dass z. B. bei einer als Differenzstufe ausgebildeten Kompensationsstufe die Einstellung der Amplitude des Eingangssignals bzw. des modifizierten Eingangssignals unabhängig von dem Biasstrom möglich ist. Dadurch kann einerseits über die Einstellung eines entsprechenden Biasstroms u. a. der Aussteuerungsbereich bzw. die Verlustleistung der Differenzstufe vorgegeben werden, während die Amplitude des zu erzeugenden IM3-Signals über die mittels der Kompensations-Eingangsstufe steuerbare Amplitude des Eingangssignals vorgebbar ist. D. h., die Erfindung ermöglicht eine optimale Anpassung eines Pegels des Eingangssignals an eine verwendete Kompensationsstufe bzw. eine darin enthaltene Differenzstufe.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kompenationsschaltung ist ein Spannungsteiler in der Kompensations-Eingangsstufe vorgesehen, der insbesondere eine Beeinflussung einer Amplitude des Eingangssignals ermöglicht.
Einer weiteren vorteilhaften Erfindungsvariante zufolge kann der Spannungsteiler sowohl resistive und/oder kapazitive Bauelemente aufweisen, so dass insbesondere auch die Beeinflussung einer Phase des der Kompensations-Eingangsstufe zugeführten Eingangssignals möglich ist. Obwohl prinzipiell auch der Einsatz induktiver Bauelemente in der erfindungsgemäßen Kompensationsschaltung denkbar ist, werden bevorzugt Konfigurationen mit resistiven und/oder kapazitiven Bauelementen eingesetzt, um einen geringen Flächenbedarf und eine dementsprechend gute Integrierbarkeit der erfindungsgemäßen Kompensationsschaltung zu gewährleisten.
Eine weitere Steigerung der Flexibilität der erfindungsgemäßen Kompensationsschaltung ist dadurch gegeben, dass mindestens ein resistives und/oder kapazitives Bauelement des Spannungsteilers steuerbar ausgebildet ist. Hierzu können beispielsweise mehrere resistive oder kapazitive Bauelemente vorgesehen sein, die über eine Schaltermatrix in unterschiedlicher Weise miteinander verschaltbar sind. Alternativ oder ergänzend können z. B. auch MOS-Transistoren als steuerbare resistive Elemente verwendet werden.
Sofern die Kompensations-Eingangsstufe zur Verarbeitung eines differentiellen Eingangssignals ausgebildet ist, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der Spannungsteiler symmetrisch oder unsymmetrisch ausgebildet ist. Insbesondere durch eine unsymmetrische Auslegung des Spannungsteilers ist noch ein weiterer Freiheitsgrad bei der Anpassung der erfindungsgemäßen Kompensationsschaltung an individuelle Betriebsbedingungen gegeben.
Eine optimale Anpassung der erfindungsgemäßen Kompensationsschaltung an einen möglichst großen Betriebsfrequenzbereich ist dadurch realisierbar, dass der Spannungsteiler einen vorgebbaren Frequenzgang aufweist, wodurch beispielsweise der Einfluss parasitärer Kapazitäten der Kompensationsschaltung, insbesondere einer der Kompensations-Eingangsstufe nachgeordneten Differenzstufe, ausgeglichen werden kann.
Um eine möglichst effiziente Erzeugung von Intermodulationsprodukten durch die Kompensationsschaltung zu gewährleisten, ist bei einer weiteren Variante der vorliegenden Erfindung vorteilhaft vorgesehen, dass die Kompensationsstufe als Differenzstufe ausgebildet ist bzw. eine Differenzstufe aufweist, und dass die Differenzstufe keine Gegenkopplung aufweist. Bei dieser Konfiguration ist der Anteil von in der Differenzstufe erzeugten Intermodulationsprodukten maximal. Alternativ kann auch eine vorzugsweise verhältnismäßig schwache Gegenkopplung bei der Differenzstufe vorgesehen sein.
Bei einer weiteren vorteilhaften Erfindungsvariante mit einer als Differenzstufe ausgebildeten Kompensationsstufe ist die Differenzstufe mit einem vorgebbaren Biasstrom versorgbar, beispielsweise durch eine steuerbare Stromquelle, so dass hierdurch die Amplitude der erfindungsgemäß erzeugten Intermodulationsprodukte steuerbar ist.
Besonders vorteilhaft ist eine Temperaturabhängigkeit des Biasstroms vorgebbar, um eine ggf. vorhandene Temperaturabhängigkeit weiterer Komponenten zu kompensieren.
Die Elemente eines in der Kompensation-Eingangsstufe vorgesehenen Spannungsteilers können ebenfalls hinsichtlich ihres Temperaturgangs ausgewählt werden, um ein vorgebbares temperaturabhängiges Spannungsteilerverhältnis zu realisieren.
Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Mischstufe zum Mischen eines Eingangssignals mit einem Oszillatorsignal vorgegeben, die eine erfindungsgemäße Kompensationsschaltung aufweist.
Generell können die Komponenten der beispielsweise in Form einer Gilbert-Zelle realisierten Mischstufe sowie die Komponenten der erfindungsgemäßen Kompensationsschaltung, insbesondere Differenzstufen und die Schaltstufe der Mischstufe, sowohl mittels MOS-Transistoren oder auch Bipolartransistoren realisiert sein. Auch die Verwendung einer BiCMOS-Technologie zur Ausbildung der erfindungsgemäßen Mischstufe ist denkbar.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
In der Zeichnung zeigt:
1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Mischstufe,
2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Spannungsteilers für eine erfindungsgemäße Kompensationsschaltung,
3a eine Spektraldarstellung von in der Mischstufe aus 1 auftretenden Nutzsignal- und Intermodulationssignalkomponenten, und
3b eine Spektraldarstellung von in der Kompensationsstufe auftretenden Nutzsignal- und Intermodulationssignalkomponenten.
1 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Mischstufe 200. Die Mischstufe 200 besitzt zwei Eingangssignal-Anschlüsse 200a, 200b, über die ihr ein zu mischendes Eingangssignal zuführbar ist. Bei dem vorliegend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Eingangsstufe 210 der Mischstufe als herkömmliche Differenzstufe ausgebildet, so dass den Eingangssignal-Anschlüssen 200a, 200b vorzugsweise ein differentielles Eingangssignal zuführbar ist.
Die Versorgung der in 1 abgebildeten Mischstufe 200 mit einem nichtdifferentiellen Eingangssignal ist ebenfalls denkbar, wobei ein derartiges Eingangssignal in an sich bekannter Weise nur einem der Eingangssignal-Anschlüsse 200a, 200b zugeführt wird, während der andere Eingangssignal-Anschluss 200a, 200b entsprechend mit einem vorgebbaren Bezugspotential verbunden ist.
Wie aus 1 ersichtlich, ist der Eingangsstufe 210 eine Schaltstufe 220 nachgeordnet, der ein nicht abgebildetes Oszillatorsignal zuführbar ist. Die Schaltstufe 220 nimmt in bekannter Weise eine multiplikative Mischung des ihr von der Eingangsstufe 210 zugeführten differentiellen Eingangssignals mit dem Oszillatorsignal vor und realisiert zusammen mit der Eingangsstufe eine Gilbert-Zelle. An dem Ausgang 220b der Schaltstufe 220 ist dementsprechend das gemischte Ausgangssignal verfügbar.
Zur Kompensation von insbesondere in der Eingangsstufe 210 der Mischstufe 200 gebildeten Intermodulationsprodukten, insbesondere von auch als IM3-Produkte bezeichneten Intermodulationsprodukten dritter Ordnung, ist der Mischstufe 200 die erfindungsgemäße Kompensationsschaltung 100 zugeordnet, die ebenfalls in 1 abgebildet ist.
Ein Eingang 100a der Kompensationsschaltung 100 ist direkt mit den Eingangssignal-Anschlüssen 200a, 200b der Eingangsstufe 210 verbunden, so dass der erfindungsgemäßen Kompensationsschaltung 100 dasselbe differentielle Eingangssignal zugeführt wird wie der Mischstufe 200.
Die Kompensationsschaltung 100 weist eine Kompensationsstufe 110 auf, die – ebenso wie die Eingangsstufe 210 – bevorzugt als herkömmliche Differenzstufe ausgebildet ist und dementsprechend vergleichbare Intermodulationsprodukte in Abhängigkeit des differentiellen Eingangssignals erzeugt, die wiederum in Form eines differentiellen Signals an dem Ausgang 100b der Kompensationsstufe 110 vorliegen.
Der Ausgang 100b der Kompensationsstufe 110 bildet gleichzeitig den Ausgang der Kompensationsschaltung 100 und ist mit einem Eingangssignal-Anschluss 220a der Schaltstufe 220 verbunden, so dass ein durch entsprechende Ströme repräsentiertes Ausgangssignal der Kompensationsschaltung 100 zu dem Ausgangssignal der Eingangsstufe 210 addiert wird. Die einzelnen Ausgangsleitungen 100b', 100b'' des Ausgangs 100b sind hinsichtlich ihrer Polarität relativ zu den Ausgangsleitungen der Eingangsstufe 210 vertauscht, so dass das Ausgangssignal der Kompensationsschaltung 100 um 180° phasenverschoben zu dem Ausgangssignal der Eingangsstufe 210 hinzuaddiert wird. Dadurch ergibt sich eine Kompensation der durch die Eingangsstufe 210 gebildeten Intermodulationsprodukte, insbesondere der IM3-Produkte.
Eine Verstärkung der von den als Differenzstufen ausgebildeten Komponenten 210, 110 verarbeiteten Signale ist bekanntlich u. a. durch einen Biasstrom steuerbar, der den Differenzstufen 210, 110 durch entsprechend zugeordnete und ebenfalls in 1 abgebildete Stromquellen 211, 111 zugeführt wird. Insbesondere ist durch eine entsprechende Vorgabe des der Kompensationsstufe 110 zugeführten Biasstroms eine Steuerung der Amplitude derjenigen IM3-Produkte möglich, die im Wege der vorstehend beschriebenen Addition der Ausgangssignale der Komponenten 110, 210 zur Kompensation verwendet werden.
Weitere Freiheitsgrade bei der Bildung der zur Kompensation eingesetzten Intermodulationsprodukte, insbesondere der IM3-Produkte, sind bei der erfindungsgemäßen Kompensationsschaltung 100 vorteilhaft durch eine der Kompensationsstufe 110 vorgeschaltete Kompensation-Eingangsstufe 120 gegeben. Die Kompensations-Eingangsstufe 120 umfasst hierzu Mittel zur Beeinflussung der Amplitude und/oder Phase des ihr über den Eingang 100a zugeführten differentiellen Eingangssignals. D. h., die erfindungsgemäß vorgesehene Kompensation-Eingangsstufe 120 ermöglicht u. a. eine Einstellung der Amplitude des der Kompensationsstufe 110 zugeführten Eingangssignals, das nachfolgend entsprechend als modifiziertes Eingangssignal bezeichnet wird.
Durch die Versorgung der Kompensationsstufe 110 mit einem z. B. hinsichtlich seiner Amplitude modifizierten Eingangssignal ist es möglich, den Biasstrom für die Kompensationsstufe 110 weitestgehend unabhängig von der Amplitude des an dem Eingang 100a verfügbaren Eingangssignals zu wählen, beispielsweise um weiteren Betriebskriterien wie z. B. einer angestrebten Verlustleistung usw. zu entsprechen, und dennoch insgesamt eine vorgebbare Verstärkung innerhalb der Kompensationsschaltung 100 zu erzielen, um an dem Ausgang 100b IM3-Produkte mit der zur Kompensation erforderlichen Amplitude bereitstellen zu können.
Bevorzugt weist die Kompensations-Eingangsstufe 120 einen Spannungsteiler 125 auf, der im Falle differentieller Eingangssignale beispielsweise die in 2 abgebildete Konfiguration besitzt und direkt mit den Anschlüssen 100a', 100a'' des Eingangs 100a verbunden ist.
Wie aus 2 ersichtlich, weist der Spannungsteiler 125 mehrere z. B. aus ohmschen Widerständen R1, R2, R3 gebildete resistive Elemente auf, die zusammen mit vorteilhaft ebenfalls vorgesehenen und z. B. als Kondensator C1, C2 ausgebildeten kapazitiven Elementen die Amplitude und Phase des Signals bestimmen, das der Kompensationsstufe 110 (1) über den differentiellen Ausgang 125b zugeführt wird.
Die Bauteilwerte der ohmschen Widerstände R1, R2, R3 und der Kondensatoren C1, C2 sind vorteilhaft so gewählt, dass der Spannungsteiler 125 über einen möglichst großen Teil des Betriebsfrequenzbereichs der Mischstufe 200 (1) ein Spannungsteilerverhältnis derart realisiert, das zu einer gewünschten Amplitude und Phase der zur Kompensation verwendeten IM3-Produkte an dem Ausgang 100b führt, um eine optimale Kompensation zu ermöglichen.
Insbesondere kann durch eine entsprechende Auslegung des Spannungsteilers 125 auch der Einfluss parasitärer Kapazitäten der Kompensationsschaltung 100, insbesondere im Bereich eines Eingangs der Kompensationsstufe 110, ausgeglichen werden.
Neben ohmschen Widerstanden R1, R2, R3 können ganz allgemein auch andere Bauelemente wie z. B. Feldeffekttransistoren eingesetzt werden, um resistive Elemente zu realisieren. Hierbei ist die Möglichkeit eines dynamisch einstellbaren Spannungsteilerverhältnisses durch entsprechende Ansteuerung der Feldeffekttransistoren besonders vorteilhaft und ermöglicht u. a. einen Abgleich des Spannungsteilers 125 während eines Betriebs der Mischstufe 200.
Eine Schaltermatrix zur wahlweisen Verbindung unterschiedlicher Elemente des Spannungsteilers 125 miteinander ist ebenfalls verwendbar, um eine dynamische Anpassung des Spannungsteilers 125 zu ermöglichen.
Neben einem symmetrischen Aufbau des Spannungsteilers 125 ist auch ein unsymmetrischer Aufbau denkbar, insbesondere um ggf. vorhandene Abweichungen bzw. Unsymmetrien der restlichen Kompensationsschaltung 100 auszugleichen.
Die zur Realisierung der Kompensationsstufe 110 verwendete Differenzstufe weist bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung keine Gegenkopplung auf, wodurch gewährleistet ist, dass bei einer verhältnismäßig geringen Verstärkung für ein Nutzsignal eine maximale Erzeugung von IM3-Produkten gegeben ist, die zu der Kompensation benötigt werden. Diese Maßnahme trägt vorteilhaft zur Maximierung des Abstands z. B. des 1 dB-Kompressionspunkts von dem Interzeptpunkt IP3 bei.
Eine Realisierung der Kompensationsstufe 110 mit einer Gegenkopplung ist ebenfalls denkbar, wobei bevorzugt eine im Vergleich zu der in der Eingangsstufe 210 vorgegebenen Gegenkopplung verhältnismäßig geringe Gegenkopplung gewählt wird.
Bei verschwindender oder sehr geringer Gegenkopplung in der Kompensationsstufe 110 kann es vorkommen, dass die Differenzstufe der Kompensationsstufe 110 in Begrenzung geht, noch während sich die Mischstufe 200 in dem linearen Bereich befindet. Dies hat zur Folge, dass bei geringen Eingangspegeln des zu mischenden differentiellen Eingangssignals der größte Anteil der Intermodulationsprodukte in der Kompensationsstufe 110 entsteht. Das ist unerwünscht. Bei größeren Eingangspegeln des differentiellen Eingangssignals kann es vorkommen, dass die Differenzstufe der Kompensationsstufe 110 bereits so stark in Kompression steht, daß sie ihre Aufgabe, ein definiertes Kompensationssignal zu generieren, nicht mehr erfüllt. Die Gesamtleistung einer herkömmlichen Mischstufe kann durch die vorstehend beschriebenen Effekte stark beeinträchtigt werden. Der erfindungsgemäße Spannungsteiler 125 in der Kompensationsschaltung 100 sorgt im Gegensatz zu den bekannten Systemen durch ein entsprechendes Herunterteilen des differentiellen Eingangssignals für eine optimale Anpassung des Pegels des differentiellen Eingangssignals bei gleichzeitig maximaler Ausnutzung des Potentials zur Erzeugung von Intermodulationsprodukten durch die Kompensationsstufe 110, wodurch die bei den herkömmlichen Mischstufen auftretenden Probleme vermieden werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Stromquelle 111 die Kompensationsstufe 110 mit einem Biasstrom versorgt, der eine vorgebbare Temperaturabhängigkeit aufweist, um einen Temperaturgang der weiteren Komponenten, insbesondere einer in der Kompensationsstufe 110 vorhandenen Differenzstufe auszugleichen.
Die der erfindungsgemäßen Kompensationsschaltung 100 (1) zugeordnete Mischstufe 200 muss nicht notwendig die Struktur einer Gilbert-Zelle aufweisen. Insbesondere kann für die Schaltstufe 220 ganz allgemein eine beliebige Schaltungsanordnung gewählt werden, welche eine für die Mischung erforderliche Frequenzumsetzung des Eingangssignals durchführt. Durch die erfindungsgemäße Zuführung des Kompensationssignals an der Eingangsseite 220a der Schaltstufe 220 bzw. einer die Frequenzumsetzung vornehmenden Schaltung 220 ist vorteilhaft gewährleistet, dass die Schaltstufe 220 bzw. die frequenzumsetzende Schaltung 220 jeweils nur ein bereits kompensiertes Signal verarbeiten muss, das bereits um die unerwünschten Modulationsprodukte bereinigt ist.
Die erfindungsgemäße Kompensationsschaltung 100 kann vorteilhaft bei allen Mischstufen angewendet werden, bei denen das von der Kompensationsschaltung 100 ausgangsseitig erzeugte Kompensationssignal vor einer Schaltstufe 220 bzw. einer sonstigen zur Frequenzumsetzung vorgesehenen Schaltung eingespeist werden kann. Der Aufwand zur Integration der erfindungsgemäßen Kompensationsschaltung 100 in eine bestehende Mischstufe ist verhältnismäßig gering, da neben der Zuführung des Kompensationssignals der Kompensationsschaltung 100 an ihrem Eingang 100a alleine das auch der Mischstufe 200 zugeführte differentielle Eingangssignal zuzuführen ist.
Die Spektraldarstellung der 3a gibt beispielhaft zwei Nutzsignale N1, N2 benachbarter Frequenzen wieder sowie entsprechende Intermodulationsprodukte dritter Ordnung, d. h. IM3-Produkte P1, P2, wie sie an dem Ausgang der Eingangsstufe 210 der erfindungsgemäßen Mischstufe 200 erhalten werden.
Die Spektraldarstellung der 3b gibt mittels der erfindungsgemäßen Kompensationsschaltung 100 erzeugte Nutzsignale N1', N2' sowie IM3-Produkte P1', P2' wieder, wie sie an dem Ausgang 100b der Kompensationsstufe 110 erhalten werden. Durch die beschriebene phasenverkehrte Addition der durch die Kompensationsschaltung 100 erzeugten Signale (3b) zu den Ausgangssignalen (3a) der Eingangsstufe 210 ergibt sich eine wirksame Kompensation der unerwünschten IM3-Produkte P1, P2, während die Nutzsignale N1, N2 nur unwesentlich gedämpft werden, weil die Amplituden der in dem Kompensationssignal (3b) enthaltenen Nutzsignale N1', N2' durch die erfindungsgemäße Erzeugung des Kompensationssignals verhältnismäßig gering sind.
Dadurch liegen an dem Eingang der Schaltstufe 220 der Mischstufe 200 im wesentlichen keine IM3-Produkte an.
Insgesamt wird durch die erfindungsgemäße Kompensationsschaltung 100 der Aufbau von Mischstufen 200 ermöglicht, die über einen großen Betriebsfrequenzbereich und Betriebstemperaturbereich einen großen IP3-Interzeptpunkt bzw. einen großen Abstand des IP3-Interzeptpunkts von einem entsprechenden Kompressionspunkt sowie eine gesteigerte Flexibilität bei der Erzeugung von Kompensationssignalen aufweisen.
Das erfindungsgemäße Schaltungsprinzip für die Kompensationsschaltung 100 kann bei herkömmlichen Mischern bzw. Mischstufen ohne Spiegelfrequenzunterdrückung wie auch bei Mischern bzw. Mischstufen mit Spiegelfrequenzunterdrückung (Image-Rejection-Mischer) eingesetzt werden.
Insbesondere erlaubt die vorliegende Erfindung, vorhandene Mischerdesigns unverändert und ohne Umdimensionierungen mit einer IM3-Kompensation zu versehen, indem das betreffende Mischerdesign um die erfindungsgemäße Kompensationsschaltung 100 erweitert wird. Der Mischer bzw. die Mischstufe selbst, deren IP3 durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Kompensationsschaltung 100 verbessert wird, kann unverändert erhalten bleiben und bei einer Deaktivierung der Kompensationsschaltung 100, die beispielsweise über schaltbare Ein- und Ausgangsanschlüsse 100a, 100b realisierbar ist, auch ohne IM3-Kompensation betrieben werden.
Die Erfindung bietet bei minimalem schaltungstechnischem Aufwand eine erhebliche Verbesserung der Linearitätseigenschaften von bestehenden Mischern, da die Kompensationsschaltung 100 sehr geringe Abmessungen, d. h. einen sehr geringen Bedarf an Chipfläche hat, und sie mit sehr niedrigen Biasströmen betrieben werden kann. Somit ist die erfindungsgemäße Kompensationsschaltung 100 gut integrierbar und kann in bestehende Mischerlayouts integriert werden.
Die beschriebene Frequenzgangskompensation durch den Spannungsteiler 125 der Kompensationsschaltung 100 sorgt für eine korrekte Phasenlage des Kompensationssignals an dem Ausgang 100b und führt dazu, dass die IM3-Kompenssation über einen großen Frequenzbereich hinweg arbeitet.
Der Eingangspegel für das differentielle Eingangssignal, bei dem sich eine bestmögliche Auslöschung von IM3-Produkten ergibt, lässt sich variabel einstellen durch die Vorgabe eines entsprechenden Biasstroms der Stromquelle 111 und/oder des Spannungsteilerverhältnisses des erfindungsgemäßen Spannungsteilers 125, das auch dynamisch veränderbar ist.
Die erfindungsgemäße Kompensationsschaltung 100 hat Untersuchungen der Anmelderin zufolge keine wesentlichen Auswirkungen auf wichtige Parameter der Mischstufe 200 wie beispielsweise deren Rauschzahl und Verstärkung.

Claims

Kompensationsschaltung (100) für eine Mischstufe (200), wobei die Mischstufe (200) zwei Eingangssignalanschlüsse (200a, 200b) aufweist, an denen ein zu mischendes differentielles Eingangssignal anliegt, eine mit dem Eingangssignal beaufschlagbare Eingangsstufe (210) und eine der Eingangsstufe (210) nachgeordnete Schaltstufe (220) zur Mischung eines von der Eingangsstufe (210) in Abhängigkeit des Eingangssignals erhaltenen differentiellen Signals mit einem Oszillatorsignal aufweist, wobei die Kompensationsschaltung (100) an ihrem Eingang (100a), an dem das zu mischende differentielle Eingangssignal anliegt, mit den zwei Eingangssignal-Anschlüssen (200a, 200b) der Eingangsstufe (210) und an ihrem Ausgang (100b) mit dem Eingangssignal-Anschluss (220a) der Schaltstufe (220) verbindbar ist, an dem das mittels der Eingangsstufe (210) erhaltene differentielle Signal anliegt, und wobei durch die Kompensationsschaltung (100) ausgangsseitig ein mittels einer Kompensationsstufe (110) der Kompensationsschaltung (100) erhaltenes Kompensationssignal zur Kompensation von Intermodulationsprodukten ausgebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsschaltung (100) eine der Kompensationsstufe (110) vorgeschaltete Kompensations-Eingangsstufe (120) mit einem Spannungsteiler (125) zur Beeinflussung der Amplitude und der Phase des Eingangssignals aufweist, wobei der Spannungsteiler (125) eine Serienschaltung aus einem ersten Widerstand (R1), einem zweiten Widerstand (R2) und einem dritten Widerstand (R3) umfasst und zu dem ersten Widerstand (R1) eine erste Kapazität (C1) und zu dem dritten Widerstand (R3) eine zweite Kapazität (C2) parallel geschaltet ist, und der Spannungsteiler (125) mit den beiden Eingangssignalanschlüssen (200a, 200b) verbunden ist und die Kompensationsstufe (110) von der Kompensations-Eingangsstufe (120) mit einem modifizierten differentiellen Eingangssignal versorgbar ist.
Kompensationsschaltung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein resistives und kapazitives Bauelement des Spannungsteilers (125) steuerbar ausgebildet ist.
Kompensationsschaltung (100) nach Anspruch 1 oder 2 wobei die Kompensations-Eingangsstufe (120) zur Verarbeitung eines differentiellen Eingangssignals ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsteiler (125) unsymmetrisch ausgebildet ist.
Kompensationsschaltung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsteiler (125) einen vorgebbaren Frequenzgang aufweist.
Kompensationsschaltung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsstufe (110) als Differenzstufe ausgebildet ist und keine Gegenkopplung aufweist.
Kompensationsschaltung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsstufe (110) als Differenzstufe ausgebildet ist und dass die Differenzstufe mit einem vorgebbaren Biasstrom versorgbar ist.
Mischstufe (200) zum Mischen eines Eingangssignals mit einem Oszillatorsignal, gekennzeichnet durch eine Kompensationsschaltung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche.