DE10232861A1 - Frequenzverdoppler-Schaltungsanordnung - Google Patents

Abstract

Eine Frequenzverdoppler-Schaltungsanordnung (40) beinhaltet einen Gegentakt-Gleichrichterschaltkreis mit einem Eingang und einem ersten Anschluss, wobei der erste Anschluss über eine erste Stromquelle (45) mit einem ersten Versorgungsanschluss verbunden ist und der Eingang einen Eingang der Frequenzverdoppler-Schaltungsanordnung bildet. Außerdem ist ein vorgespannter Transistorschaltkreis (46) vorgesehen, der einen ersten Anschluss aufweist, der über eine zweite Stromquelle (47) mit dem ersten Versorgungsanschluss verbunden ist und mit dem ersten Anschluss des Gleichrichterschaltkreises verbunden ist. Ausgangsanschlüsse des Gleichrichterschaltkreises und des vorgespannten Transistorschaltkreises (46) bilden differentielle Ausgangsanschlüsse der Frequenzverdoppler-Schaltungsanordnung (40).

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf eine Frequenzverdoppler-Schaltungsanordnung.
• Bei Mobiltelefonen ist es nunmehr üblich, dass sie die Fähigkeit aufweisen, in mehreren Frequenzbändern zu arbeiten, wobei ein Band typischerweise um 900 MHz herum und ein weiteres um 1800 MHz bis 1900 MHz herum liegt. Es ist üblich, derartige Telefone mit einer Frequenzverdopplerschaltung zu versehen, um die Anzahl an erforderlichen spannungsgesteuerten Oszillator(VCO)-Modulen zu reduzieren (eine 900 MHz-Quelle wird auf 1800 MHz verdoppelt).
• Eine bekannte Frequenzverdopplerschaltung beinhaltet einen nichtlinearen Diodenschaltkreis, der Harmonische eines Eingangssignals erzeugt, wobei eine der Harmonischen bei der doppelten Frequenz des Eingangssignals liegt. Derartige Schaltkreise sind jedoch nicht leistungseffizient und erfordern signifikante Beträge an Filterung, um die erforderliche Harmonische zu isolieren.
• Eine weitere bekannte Schaltung ist schematisch in Fig. 1 gezeigt. Bezugnehmend auf Fig. 1 beinhaltet die Frequenzverdopplerschaltung 10 einen Eingangsanschluss 11, an den ein HF-Signal angelegt ist, einen Phasenschiebungsschaltkreis 12, einen Mischer 13, ein Bandpassfilter 14 und einen Ausgangsanschluss 15. Der Phasenschiebungsschaltkreis 12 erzeugt In-Phase- und Quadratur-Versionen des Eingangssignals, die zu zwei verschiedenen Signaleingängen des Mischers 13 geführt werden.
• Das Ausgangssignal des Mischers enthält ein Signal mit der doppelten Frequenz des Eingangssignals, das dann das Filter 14 durchläuft, während Signale mit anderen Frequenzen durch dieses blockiert werden. Die Notwendigkeit für einen Phasenschiebungsschaltkreis wird als nachteilig angesehen, und die meisten Ausführungen erfordern außerdem begrenzende Verstärker, um die Quadratur-Treibersignale zu erzeugen.
• Eine dritte bekannte Frequenzverdopplerschaltung ist schematisch in Fig. 2 gezeigt. Bezugnehmend auf Fig. 2 beinhaltet die Schaltung 20 ein Paar von Bipolartransistoren 21, 22, deren Emitter-Elektroden über einen Widerstand 24 mit Masse 23 verbunden sind. Die Kollektor-Elektroden der Transistoren 21, 22 sind miteinander und über eine passive Filterlast, die einen Induktor 25, einen Kondensator 26 und einen Widerstand 27 umfasst, mit einem positiven Versorgungsanschluss 28 verbunden. Ein differentielles Eingangssignal wird an Eingangsanschlüsse 29, 30 angelegt, die mit den Basis-Elektroden an den Transistoren 21 beziehungsweise 22 verbunden sind, und ein einpoliger Ausgang ist an einem Ausgangsanschluss 31 vorgesehen, der mit den Kollektoren der Transistoren verbunden ist. Die Transistoren 21, 22 bewirken eine Gegentakt-Gleichrichtung des Eingangssignals, wobei das Ergebnis durch die Filterlast 25, 26, 27 gefiltert wird. Es wird keine gute Leistungswandlungseffizienz geliefert, und es ist zudem ein einpoliger Ausgang vorgesehen, während üblicherweise differentielle Ausgänge bevorzugt sind.
• Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Frequenzverdoppler- Schaltungsanordnung mit einem differentiellen Ausgang und einer guten Unterdrückung der Frequenz eines Eingangssignals bereitzustellen.
• Die Erfindung stellt eine Frequenzverdoppler-Schaltungsanordnung bereit, wie in Anspruch 1 beansprucht.
• Nunmehr werden beispielhaft Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 5 der begleitenden Zeichnungen beschrieben, die Frequenzverdoppler-Schaltungsanordnungen gemäß einer ersten, einer zweiten beziehungsweise einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigen.
• Bezugnehmend auf Fig. 3, ist eine Frequenzverdopplerschaltung 40 gezeigt, die einen Gegentakt-Gleichrichterschaltkreis beinhaltet, der aus einem ersten und einem zweiten npn-Bipolartransistor 41, 42 besteht, deren Kollektor-Elektroden miteinander verbunden sind und deren Basis- Elektroden mit jeweiligen Anschlüssen 43, 44 eines differentiellen Eingangs verbunden sind. Die Emitter-Elektroden der Transistoren 41, 42 sind miteinander und mit Massepotential über eine erste Konstantstromquelle 45 verbunden. Die Basis-Elektrode eines vorgespannten Transistors 46 ist mit einer Vorspannungsquelle verbunden, und seine Emitter-Elektrode ist über eine zweite Konstantstromquelle 47 mit Massepotential verbunden. Die Stromquellen 45, 47 sind auf Transistoren basierende Stromspiegelschaltkreise. Die Emitter-Elektroden der Gleichrichtertransistoren 41, 42 sind über einen ersten Kondensator 48 mit der Emitter-Elektrode des vorgespannten Transistors 46 verbunden. Differentielle Ausgangsanschlüsse 49, 50 sind mit der Kollektor-Elektrode des vorgespannten Transistors 46 und mit den miteinander verbundenen Kollektor-Elektroden der Gleichrichtertransistoren 41 beziehungsweise 42 verbunden.
• Ein erster Widerstand 51 verbindet die miteinander verbundenen Kollektor- Elektroden der Gleichrichtertransistoren 41, 42 mit einem positiven Versorgungsanschluss Vcc. Ein zweiter Widerstand 52 verbindet die Kollektor- Elektrode des vorgespannten Transistors 46 mit Vcc. Die Ausgangsanschlüsse 49, 50 sind durch einen zweiten Kondensator 53 und einen Induktor 54 miteinander verbunden, die parallel geschaltet sind. Die Widerstände 51, 52, der Kondensator 53 und der Induktor 54 bilden zusammen eine Last, die den Rest der Frequenzverdopplerschaltung 40 mit Vcc verbindet, ebenso wie einen Filter.
• Die Betriebsweise der Frequenzverdopplerschaltung 40 ist wie folgt. Ein an den Eingangsanschlüssen 43, 42 empfangenes differentielles Eingangssignal erfährt durch die Gleichrichtertransistoren 41, 42 eine Gegentakt- Gleichrichtung. Dies erzeugt Änderungen im Strom sowohl an den Kollektoren der Gleichrichtertransistoren 42, 42 als auch an ihren Emittern. Das an den miteinander verbundenen Emitter-Elektroden der Gleichrichtertransistoren 41, 42 bereitgestellte Signal enthält ein hohes harmonisches Signal zweiter Ordnung des Eingangssignals, zusätzlich zu einigen geradzahligen Harmonischen höherer Ordnung. Wenn das Eingangssignal vollständig symmetrisch ist, d. h. die zwei Hälften gleiche Amplitude und entgegengesetzte Phase haben, werden minimale Pegel der Grundeingangsfrequenz und irgendwelcher ungeradzahligen Harmonischen an den miteinander verbundenen Emitter-Elektroden der Gleichrichtertransistoren 41, 42 erzeugt.
• Der vorgespannte Transistor 46 wird, da seine Emitter-Elektrode mit den Emitter-Elektroden der Gleichrichtertransistoren 41, 42 verbunden ist, dazu gebracht, einen Strom zu führen, der synchron, aber in Gegenphase zu dem durch die Kombination der Gleichrichtertransistoren zugeführten Stromsignal ist. Demgemäß wird ein Stromsignal an der Kollektor- Elektrode des vorgespannten Transistors 46 und daher an dem Ausgangsanschluss 50 bereitgestellt, das eine Wechselstromkomponente aufweist, die gleich groß, jedoch in Gegenphase zu dem an dem anderen Ausgangsanschluss 49 bereitgestellten Stromsignal ist. Der erste Kondensator 48 stellt eine Gleichspannungsisolation des vorgespannten Transistors 46 von den Gleichrichtertransistoren 41, 42 bereit. Die Verbindung des ersten Kondensators 48 bedeutet außerdem, dass die Spannung der Vorspannungsquelle, die mit den Basis-Elektroden des vorgespannten Transistors 46 verbunden ist, nicht kritisch ist, vorausgesetzt dass der vorgespannte Transistor in einem normalen Betriebszustand gehalten wird. Die Verbindung des ersten Kondensators 48 bewirkt, dass der vorgespannte Gleichspannungszustand der Ausgangsanschlüsse 49, 50 allein durch die Stromquellen 45, 47 und durch die Widerstände 51, 52 festgelegt ist, was einen guten Abgleich des differentiellen Ausgangssignals ermöglicht.
• Da das durch den vorgespannten Transistor 46 und den Gleichrichter 41, 42 bereitgestellte differentielle Signal einen hohen Pegel an Signalgehalt der zweiten Harmonischen enthält, ist eine vergleichsweise geringe Filterung erforderlich. Das Lastfilter kann daher die Form eines Resonanzschaltkreises mit niedrigem Q (Qualitätsfaktor) annehmen, der durch die Widerstände 51, 52, den zweiten Kondensator 53 und den Induktor 54 gebildet wird. Da nur ein niedriges Q erforderlich ist, wird das Lastfilter leicht auf Silicium hergestellt, was ermöglicht, dass die Frequenzverdopplerschaltung 40 ohne Weiteres als ein integrierter Hochfrequenz(HF)- Schaltkreis (IC) ausgeführt wird.
• Eine zweite Ausführungsform einer Frequenzverdoppler- Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung ist in Fig. 4 gezeigt. Bezugnehmend auf Fig. 4 ist die Frequenzverdopplerschaltung 60 die gleiche wie die Schaltung in Fig. 3, mit der Ausnahme, dass ein anderes Lastfilter vorhanden ist. Die Bezugszeichen aus Fig. 3 bleiben für die entsprechenden Elemente erhalten.
• Ein Induktor 61 weist eine mittige Anschlussstelle auf, die mit Vcc verbunden ist, während seine Endanschlüsse mit einem jeweiligen der Eingangsanschlüsse 49, 50 verbunden sind. Über den Induktor 61 hinweg sind ein Kondensator 62 und ein Widerstand 63 parallel geschaltet.
• Eine weitere Lastfilteranordnung ist in der Frequenzverdopplerschaltung 70 von Fig. 5 gezeigt. Hier verbinden ein erster und ein zweiter Widerstand 71, 72 die miteinander verbundenen Kollektor-Elektroden des Gleichrichters 41, 42 beziehungsweise die Kollektor-Elektrode des vorgespannten Transistors 46 mit Vcc. Kondensatoren 74, 75 mit identischen Werten sind seriell zwischen die Ausgangsanschlüsse 49, 50 parallel zu einem Induktor 73 geschaltet. Ein Anschluss 76 ist mit dem Mittenpunkt der Kondensatoren 74, 75 verbunden. Der Anschluss 76 ist ein virtueller Masseanschluss, der mit Vcc oder mit Masse verbunden sein kann.
• In einer alternativen Ausführungsform (nicht gezeigt) sind die Basis- Elektroden der Gleichrichtertransistoren 41, 42 über jeweilige Kopplungskondensatoren mit den Eingangsanschlüssen 43, 44 verbunden, und die Gleichrichtertransistoren sind durch die Verbindung mit einer Spannungsquelle über jeweilige hochohmige Vorspannungswiderstände vorgespannt.
• Für Niederfrequenzanwendungen kann ein aktiver Filterschaltkreis anstelle der in den Fig. 3 bis 5 gezeigten passiven Filter verwendet werden.
• Anstelle von auf Transistoren basierenden Stromspiegelschaltkreisen können die Stromquellen 45, 47 aus Widerständen bestehen, wobei der Vorspannungseffekt an den Eingangsanschlüssen 43, 44 bewirkt wird.
• Es ist ersichtlich, dass die beschriebenen Frequenzverdopplerschaltungen in der Lage sind, bei niedrigen Versorgungsspannungen mit guter Leistungswandlungseffizienz und bei relativ geringen Kosten zu arbeiten. Es ist außerdem ersichtlich, dass die gleichen Eigenschaften festgestellt werden, wenn irgendeiner der Schaltkreise mit Feldeffekttransistoren anstelle von Bipolartransistoren ausgeführt wird.

Claims (9)

1. Frequenzverdoppler-Schaltungsanordnung mit:
einem Gegentakt-Gleichrichterschaltkreis, der einen Eingang und einen ersten Anschluss aufweist, wobei der erste Anschluss über eine erste Stromquelle mit einem ersten Versorgungsanschluss verbunden ist und der Eingang einen Eingang der Frequenzverdoppler-Schaltungsanordnung bildet; und
einem vorgespannten Transistorschaltkreis, der einen ersten Anschluss aufweist, der über eine zweite Stromquelle mit dem ersten Versorgungsanschluss verbunden ist und der mit dem ersten Anschluss des Gleichrichterschaltkreises verbunden ist,
wobei die Ausgangsanschlüsse des Gleichrichterschaltkreises und des vorgespannten Transistorschaltkreises differentielle Ausgangsanschlüsse der Frequenzverdoppler-Schaltungsanordnung bilden.

2. Frequenzverdoppler-Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei welcher der erste Anschluss des vorgespannten Transistorschaltkreises über einen Kondensator mit dem ersten Anschluss des Gleichrichterschaltkreises verbunden ist.

3. Frequenzverdoppler-Schaltungsanordnung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei der die Ausgänge des Gleichrichterschaltkreises und des vorgespannten Transistorschaltkreises über eine Filterlast mit einem zweiten Versorgungsanschluss verbunden sind.

4. Frequenzverdoppler-Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, bei der die Filterlast ein Induktivitäts-Kapazitäts-Widerstands-Filter ist.

5. Frequenzverdoppler-Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, bei der ein Induktor des Filters eine mit dem zweiten Versorgungsanschluss verbundene mittige Anschlussstelle aufweist.

6. Frequenzverdoppler-Schaltungsanordnung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, die des Weiteren ein aktives Filter beinhaltet, das mit den differentiellen Ausgangsanschlüssen verbunden ist.

7. Frequenzverdoppler-Schaltungsanordnung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei der die Stromquellen im Wesentlichen Konstantstromquellen sind.

8. Frequenzverdoppler-Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, bei der die Stromquellen aus auf Transistoren basierenden Stromspiegel-Schaltkreisen gebildet sind.

9. Funktelefon mit einer Frequenzverdopplerschaltung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch.