DE102011007920B4

DE102011007920B4 - Mischer, Mischersystem und Verfahren

Info

Publication number: DE102011007920B4
Application number: DE102011007920.3A
Authority: DE
Inventors: Christoph Schultz; Markus Hammes; Rainer Kreienkamp; Stefan Van Waasen
Original assignee: Intel Mobile Communications GmbH
Current assignee: Intel Deutschland GmbH
Priority date: 2011-04-21
Filing date: 2011-04-21
Publication date: 2015-08-20
Anticipated expiration: 2031-04-22
Also published as: US20120270518A1; DE102011007920A1; CN102780455A; CN102780455B; US8862086B2

Abstract

Mischer (100), der ausgebildet ist, um ein empfangenes Eingangssignal (101) mit einer vorgegebenen Oszillatorfrequenz (fLO) abzutasten, und um eine Polarität des abgetasteten Eingangssignals (103) mit einer vorgegebenen Polaritätsumschaltfrequenz (fPOL) umzuschalten; wobei der Mischer (100) ferner ausgebildet ist, um ein erstes Datensignal mit einem ersten Frequenzbereich und ein zweites Datensignal mit einem zweiten Frequenzbereich zeitgleich zu empfangen; wobei das erste Datensignal und das zweite Datensignal in dem empfangenen Eingangssignal (101) enthalten sind; und wobei die Oszillatorfrequenz (fLO) und die Polaritätsumschaltfrequenz (fPOL) so gewählt sind, dass der erste Frequenzbereich innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereichs um eine positive Differenz aus der Oszillatorfrequenz (fLO) und der Polaritätsumschaltfrequenz (fOL) liegt und der zweite Frequenzbereich innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereichs um eine Summe aus der Oszillatorfrequenz (fLO) und der Polaritätsumschaltfrequenz (fPOL) liegt.

Description

Technisches Gebiet
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen einen Mischer, wie er beispielsweise in einem Empfänger zum simultanen Empfang zweier verschiedener Bänder eingesetzt werden kann. Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Mischersystem mit einer Mehrzahl solcher Mischer.
Hintergrund der Erfindung
In einem typischen Mischer zum Empfangen zweier verschiedener Bänder wird eine Mischfrequenz f_s wie folgt gewählt: f_s ≈ (f₁ + f₂)/2, (1) wobei f₁ die Mittenfrequenz eines ersten zu empfangenden Signals und f₂ die Mittenfrequenz eines zweiten zu empfangenden Signals ist.
In diesem Fall ist die Zwischenfrequenz f_IF: f_IF ≈ |f₁ – f₂|/2 (2) und die Bandbreite B_IF ist: B_IF = max(B₁, B₂), (3) wobei B₁ die Bandbreite des ersten zu empfangenden Signals und B₂ die Bandbreite des zweiten zu empfangenden Signals ist.
Dies minimiert die benötigte Bandbreite des Signals (für einen Einzelherabmischer – Single Down Conversation Mixer). Einerseits, ist in dem Fall eines Abtastmischers ein Tiefpassfilter leicht zu implementieren, andererseits muss dieses Tiefpassfilter die Zwischenfrequenz f_IF hindurchlassen. Dieses wäre nachteilig für die Filterperformance (beispielsweise eine Dämpfung im Sperrbereich). Zusätzlich ist in einem Abtastmischer typischerweise eine Ordnung eines IIR-Filters des Abtastmischers auf eins limitiert, so dass bei einer vorgegebenen Bandbreite keine Freiheiten im Filterdesign bestehen.
Zusammenfassend, in einem Abtastempfänger wird typischerweise eine Kapazität zur Tiefpassfilterung nach dem Abtastmischer genutzt, um Aliasing (Treppeneffekte) in dem darauffolgenden Dezimationsprozess zu verhindern. Wenn zwei Bänder mit einem einzigen Herabmischvorgang simultan empfangen werden sollen, wird die Zwischenfrequenz typischerweise mittig zwischen die beiden Bänder gelegt.
Die DE 10 2006 029 482 A1 beschreibt einen Empfänger zum Empfangen eines ersten Nutzfrequenzbandes und eines zweiten Nutzfrequenzbandes, wobei die Nutzfrequenzbänder voneinander beabstandet sind, umfassend eine Bandpassfiltereinrichtung zur Filterung eines oder mehrerer Empfangssignale, wobei die Bandpassfiltereinrichtung ausgebildet ist, um ein Kombinationssignal, das das erste Nutzfrequenzband und das zweite Nutzfrequenzband aufweist, oder um ein erstes Bandpassfiltersignal, das das erste Nutzfrequenzband aufweist, und ein zweites Bandpassfiltersignal, das das zweite Nutzfrequenzband aufweist, zu liefern. Der Empfänger umfasst ferner eine Mischereinrichtung zum Umsetzen des Kombinationssignals oder des ersten Bandpassfiltersignals und des zweiten Bandpassfiltersignals mit einem Lokaloszillatorsignal, dessen Frequenz so gewählt ist, dass das erste Nutzfrequenzband und das zweite Nutzfrequenzband bezüglich der Frequenz des Lokaloszillatorsignals zumindest teilweise Spiegelbänder zueinander sind, um ein erstes Zwischenfrequenzsignal und ein zweites Zwischenfrequenzsignal zu erhalten.
Die US 6049573 A beschreibt ein Mehrphasen-Quadraturdigitaltuner System zum Verarbeiten von Eingangssignalen mit einer Frequenz, die um eine vorbestimmte Trägerfrequenz zentriert ist.
Die US 7756504 B2 beschreibt eine Mischerschaltung zum Erzeugen eines Mischsignals mittels eines Radiofrequenz (RF) Signals und eines Master-Taktsignal. Eine Schaltstufe ist mit einem Ausgang der Mischerschaltung gekoppelt, um das Mischsignal rotierend wechseln mehrere Verstärkungsstufen zuzuführen. Ein Kombinierer wird verwendet, um einen Ausgang der Verstärkungsstufen zu kombinieren.
Die Veröffentlichung MORISHITA, Y.; SAITO, N.; ARAKI, K.: A Iow-IF direct sampling mixer with complex transfer function for ISDB-T one segment applications. In: Microwave Conference Proceedings (APMC), 2010 Asia-Pacific, 7–10 Dec. 2010, 698–701 beschreibt einen Mischer, dessen Transferfunktion eine unsymmetrische Frequenzantwort für die Taktfrequenz aufweist, sodass nur ein Analog-zu-Digital Wandler in einem Bildunterdrückungsreceiver verwendet werden muss.
Zusammenfassung der Erfindung
Ausführungsbeispiele betreffen einen Mischer nach Anspruch 1, einen Mischer nach Anspruch 19, ein Mischersystem nach Anspruch 20, ein Verfahren nach Anspruch 24 und einen Mischer nach Anspruch 26.
Kurze Beschreibung der Figuren
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden anhand der beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild eines Mischers gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2a eine schematische Darstellung einer möglichen Implementierung des in 1 gezeigten Mischers gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2b eine schematische Darstellung einer weiteren möglichen Implementierung des in 1 gezeigten Mischers gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
2c drei Diagramme zur Erläuterung der in den 2a und 2b gezeigten Mischer;
3a eine Tabelle, welche verschiedene Frequenzbänder globaler Satellitennavigationssysteme mit ihren zugehörigen Mittenfrequenzen und Bandbreiten zeigt;
3b ein Diagramm zur Darstellung einer Filterübertragungsfunktion eines IIR-Filters erster Ordnung mit einer Bandbreite von 222 MHz;
3c einen beispielhaften Frequenzplan zum gleichzeitigen Empfangen zweier Signale aus zwei unterschiedlichen Bändern;
3d eine Übertragungsfunktion eines IIR-Filters erster Ordnung mit einer 60 MHz Bandbreite, wie es bei einem Mischer gemäß einem Ausführungsbeispiel anstatt des in 3b gezeigten Filters verwendet werden kann;
4a ein Ersatzschaltbild einer möglichen schaltungstechnischen Realisierung des in 2a gezeigten Mischers;
4b ein Ersatzschaltbild einer möglichen schaltungstechnischen Realisierung des in 2b gezeigten Mischers;
5a ein Blockschaltbild eines Mischersystems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
5b ein Blockschaltbild einer möglichen Implementierung des in 5a gezeigten Mischersystems unter Nutzung der in 2a gezeigten Mischer;
5c eine mögliche Verschaltung von einzelnen Mischern des in 5b gezeigten Mischersystems mit um eine Spiegelfrequenzunterdrückung und eine Bandseparierung zu erreichen;
6a ein Übertragungsverhalten des in 5c gezeigten Mischersystems;
6b ein Spiegelfrequenzunterdrückungsverhalten des in 5c gezeigten Mischersystems; und
7 ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Bevor im Folgenden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Figuren detailliert beschrieben werden, wird darauf hingewiesen, dass gleiche Elemente oder Elemente gleicher Funktion mit denselben Bezugszeichen versehen sind und dass eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente weggelassen wird. Beschreibungen von Elementen, die mit denselben Bezugszeichen versehen sind, sind daher untereinander austauschbar.
1 zeigt ein Blockschaltbild eines Mischers 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Mischer 100 ist ausgebildet, um ein empfangenes Eingangssignal 101 mit einer vorgegebenen Oszillatorfrequenz f_LO abzutasten, und um eine Polarität des abgetasteten Eingangssignals 103 mit einer vorgegebenen Polaritätsumschaltfrequenz f_POL umzuschalten.
Durch das zusätzliche Umschalten der Polarität des abgetasteten Eingangssignals 103 mit der Polaritätsumschaltfrequenz f_POL kann bei einem Empfang von gleichzeitig zwei Signalen in dem Eingangssignal 101 (mit unterschiedlichen Mittenfrequenzen) eine Zwischenfrequenz für jedes der zwei Signale frei gewählt werden. Mit anderen Worten kann eine Frequenz, mit der das erste Signal herabgemischt wird beliebig zu einer Frequenz, mit der das zweite Signal herabgemischt wird, gewählt werden. Dies ermöglicht eine Wahl eines Tiefpassfilters des Mischers 100 mit einer deutlich geringeren Bandbreite, als dies bei Systemen der Fall ist, in denen beide Signale mit ein und derselben Frequenz herabgemischt werden. Bei einer kleineren Bandbreite eines solchen Tiefpassfilters lässt sich, im Vergleich zu einem Tiefpassfilter mit einer höheren Bandbreite, eine deutlich stärkere Dämpfung in einem Sperrbereich des Filters erreichen.
Die Umschaltung der Polarität des abgetasteten Eingangssignals 103 mit einer konstanten Periode bzw. der vorgegebenen Polaritätsumschaltfrequenz f_POL wirkt als ein zweites Herabmischen, welches die Zwischenfrequenz (IF) deutlich reduziert. Dadurch lässt sich eine deutlich niedrigere Bandbreite für eine anschließende Tiefpassfilterung des abgetasteten Eingangssignals 103 erzielen und damit wird die Nutzung eines Filters mit einer stärkeren Dämpfung im Sperrbereich ermöglicht.
Das Umschalten der Polarität mit der Polaritätsumschaltfrequenz f_POL kann im Zeitbereich als eine Multiplikation mit einem gleichanteilsfreiem Rechtecksignal mit der Umschaltfrequenz f_POL betrachtet werden und daher im Frequenzbereich als eine Faltung mit einem abgetasteten Sin(x)/x. Die Oszillatorfrequenz f_LO und die Polaritätsumschaltfrequenz f_POL können dabei so gewählt werden, dass eine Summe aus der Oszillatorfrequenz und der Umschaltfrequenz nahe einem Frequenzbereich des zweiten Signals liegt und eine positive Differenz aus der vorgegebenen Oszillatorfrequenz f_LO und der Polaritätsumschaltfrequenz f_POL nahe bei einem Frequenzbereich des ersten Signals liegt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die Oszillatorfrequenz f_LO und die Polaritätsumschaltfrequenz f_POL so gewählt sein, dass deren Summe einer Mittenfrequenz des zweiten Signals entspricht und deren positive Differenz einer Mittenfrequenz des ersten Signals entspricht. Eine Bandbreite des Filters eines solchen Mischers kann dann entsprechend der Bandbreite des Signals der beiden Signale mit der größeren Bandbreite gewählt werden und muss nicht den kompletten Bereich von einer unteren Grenze des Frequenzbereichs des ersten Signals bis zu einer oberen Grenze des Frequenzbereichs des zweiten Signals abdecken.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen können die Summe und die positive Differenz aus der Oszillatorfrequenz f_LO und der Polaritätsumschaltfrequenz f_POL auch so gewählt werden, dass diese um einen vorgegebenen Bereich der Mittenfrequenz eines der Signale abweichen. So können beispielsweise die Oszillatorfrequenz f_LO und die Polaritätsumschaltfrequenz f_POL so gewählt werden, dass deren Summe um maximal ±25%, ±10% oder ±5% von der Mittenfrequenz des zweiten Signals abweicht und/oder, dass deren positive Differenz maximal um ±25%, ±10% oder ±5% von der Mittenfrequenz des ersten Signals abweicht.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann die vorgegebene Oszillatorfrequenz f_LO verschieden zu der vorgegebenen Polaritätsumschaltfrequenz f_POL gewählt sein.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann die Oszillatorfrequenz f_LO als ein Vielfaches oder ein ganzzahliges Vielfaches der Polaritätsumschaltfrequenz f_POL gewählt sein.
Das Eingangssignal 101 kann ein Analogsignal sein, beispielsweise ein empfangenes und verstärktes Antennensignal, welches ohne eine zusätzliche Herabmischung direkt mit Hilfe des Mischers 100 abgetastet wird. Mit anderen Worten zeichnet sich die Architektur des in 1 gezeigten Mischers 100 dadurch aus, dass es keine analoge Herabmischung vor dem Abtastvorgang gibt, dies ermöglicht eine einfache Implementierung der Polaritätsumschaltung des abgetasteten Eingangssignals 103, beispielsweise mit einem einzelnen Schalter. Die Polaritätsumschaltung, beispielsweise als zweite Mischung, hat den Vorteil, dass sie im Zeitdiskreten stattfindet, und dadurch die Anforderungen an die zeitliche Genauigkeit stark vereinfacht werden.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann der Mischer 100 ausgebildet sein, um die Polarität des abgetasteten Eingangssignals 103 zu Zeitpunkten umzuschalten, an denen ein Eingang des Mischers 105, an dem das Eingangssignal 101 empfangen wird, und ein Ausgang des Mischers 107, an dem das abgetastete Eingangssignal 103 bereitgestellt wird, voneinander entkoppelt sind.
Es wurde herausgefunden, dass in einem Mischer der Ausgang des Mischers 107 nicht ständig mit dem Eingang des Mischers 105 gekoppelt ist, beispielsweise in Phasen, in denen ein Abtastschalter des Mischers 100 geöffnet ist. Diese Phasen können bei dem Mischer 100 genutzt werden, um die Polarität des abgetasteten Eingangssignals 103 umzuschalten. Durch die Umschaltung der Polarität des abgetasteten Eingangssignals 103 wenn der Ausgang 107 von dem Eingang 105 entkoppelt ist, kann erreicht werden, dass ein Signalübertragungsverhalten des Mischers 100 nicht negativ beeinflusst wird. Dies erlaubt einen quasi digitalen zweiten Oszillator mit sehr entspannten Phasenrauschanforderungen.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann die Abtastung des Eingangssignals 101 mit der Oszillatorfrequenz f_LO durch Koppeln und Entkoppeln des Ausgangs 107 von dem Eingang 105 des Mischers 100 mit der Oszillatorfrequenz f_LO erfolgen. Mit anderen Worten kann der Mischer 100 ausgebildet sein, um bei der Abtastung in einem ersten Zustand den Eingang des Mischers 105 mit dem Ausgang des Mischers 107 zu koppeln und um in einem zweiten Zustand den Eingang des Mischers 105 von dem Ausgang des Mischers 107 zu entkoppeln. Beispielsweise kann die Abtastung des Eingangssignals 105 mit Hilfe eines Abtastschalters zwischen dem Eingang 105 und dem Ausgang 107 realisiert sein, welcher mit der Oszillatorfrequenz f_LO geöffnet und geschlossen wird. Der Mischer 100 kann daher ausgebildet sein, um mit der Oszillatorfrequenz f_LO zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand umzuschalten.
Weiterhin kann die Polaritätsumschaltung des abgetasteten Eingangssignals 103 mit der vorgegebenen Polaritätsumschaltfrequenz f_POL mit einem Polaritätsumschalter realisiert werden, wobei in einem ersten Zustand des Polaritätsumschalters die Polarität des abgetasteten Eingangssignals 103 im Vergleich zu dem Eingangssignal 101 erhalten wird und in einem zweiten Zustand dieses Polaritätsumschalters die Polarität des abgetasteten Eingangssignals 103 im Vergleich zu dem Eingangssignals 101 umgekehrt wird. Eine Umschaltung zwischen diesen zwei Zuständen kann mit der vorgegebenen Polaritätsumschaltfrequenz f_POL erfolgen. Insbesondere kann das Umschalten von dem ersten Zustand zu dem zweiten Zustand dieses Polaritätsumschalters erfolgen, wenn der Abtastschalter zur Abtastung des Eingangssignals 101 geöffnet ist (also in dem zweiten Zustand ist, in dem der Eingang 105 von dem Ausgang 107 entkoppelt ist).
Gemäß der vorliegenden Anmeldung ist ein Schalter geöffnet, wenn zwischen seinen beiden Anschlüssen eine hochohmige Verbindung besteht, also eine schaltbare Strecke des Schalters sich in einem hochohmigen Zustand befindet. Weiterhin ist ein Schalter geschlossen, wenn zwischen seinen beiden Anschlüssen eine niederohmige Verbindung besteht, also eine schaltbare Strecke des Schalters sich in einem niederohmigen Zustand befindet.
Mit anderen Worten, kann gemäß einigen Ausführungsbeispielen der Mischer 100 einen ersten Schalter (beispielsweise einen Abtastschalter) zum Abtasten des Eingangssignals 101 und einen zweiten Schalter (beispielsweise einen Polaritätsumschalter) zur Umschaltung der Polarität des abgetasteten Eingangssignals 103 aufweisen.
2a zeigt in einem Blockschaltbild eine erste mögliche Implementierung des in 1 gezeigten Mischers 100. Die in 2a gezeigte Implementierung zeichnet sich dadurch aus, dass sie eine Mischerstufe 201 mit einem ersten Schalter 203 (auch bezeichnet als Abtastschalter) zur Abtastung des Eingangssignals 101 mit der Oszillatorfrequenz f_LO sowie einen zweiten Schalter 205 (auch bezeichnet als Polaritätsumschalter oder Bipolarmischer) zur Umschaltung der Polarität des abgetasteten Eingangssignals mit der Polaritätsumschaltfrequenz f_POL, aufweist. Das in 2a gezeigte Ausführungsbeispiel erweitert daher einen sogenannten Single Down Conversion Mixer um den zusätzlichen Polaritätsumschalter 205 nach dem Abtastschalter 203 (auch bezeichnet als Sampler).
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann die Polaritätsumschaltfrequenz f_POL basierend auf der Oszillatorfrequenz f_LO gewählt werden (beispielsweise in Abhängigkeit von dieser). So kann die Polaritätsumschaltfrequenz f_POL mit einem sogenannten NCO 213 (Numerical Controlled Oscillator – numerisch gesteuerter Oszillator) basierend auf der Oszillatorfrequenz f_LO generiert werden. Dies ermöglicht, dass bei einem simultanen Empfang von zwei Signalen verschiedener Bänder in dem Eingangssignal 101 die Zwischenfrequenz für jedes Band frei gewählt werden kann. Mit anderen Worten wird der Polaritätsumschalter 205 mit dem NCO 213 gesteuert, dann wird der Herabmischvorgang des Eingangssignals 101 (und damit das Gesamt-LO-Signal zur Herabmischung) effektiv aufgeteilt, was eine freie Wahl der Zwischenfrequenz für jedes Band ermöglicht.
Wie in 2a gezeigt ist die Mischerstufe 201 ausgebildet, um das Eingangssignal 101 zu empfangen und um das abgetastete Eingangssignal 103 bereitzustellen. Ferner kann der Mischer 100 eine Oszillatorschaltung 207 aufweisen, die ausgebildet ist, um der Mischerstufe 201 ein Oszillatorsignal 209 mit der Oszillatorfrequenz f_LO und ein Polaritätsumschaltsignal 211 mit der Polaritätsumschaltfrequenz f_POL bereitzustellen. Die Mischerstufe 201 stellt das abgetastete Eingangssignal 103 basierend auf diesem Oszillatorsignal 209 und dem Polaritätsumschaltsignal 211 bereit. Beispielsweise kann das Oszillatorsignal 209 ein Ansteuersignal für den Abtastschalter 203 bilden und das Polaritätsumschaltsignal 211 ein Ansteuersignal für den Polaritätsumschalter 205 bilden.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen wird eine Polarität des Oszillatorsignals 209 konstant gehalten, also nicht umgeschaltet.
Wie bereits beschrieben, kann die Oszillatorschaltung 207 ausgebildet sein, um das Polaritätsumschaltsignal 211 in Abhängigkeit von dem Oszillatorsignal 209 bereitzustellen. Beispielsweise kann die Oszillatorschaltung 207 ausgebildet sein, um eine Phasenbeziehung zwischen dem Oszillatorsignal 209 und dem Polaritätsumschaltsignal 211 konstant zu halten.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann die Oszillatorschaltung 207 ausgebildet sein, um das Oszillatorsignal 209 und das Polaritätsumschaltsignal 211 so bereitzustellen, dass ein Zustandswechsel des Polaritätsumschaltsignals 211 nur zu Zeitpunkten auftritt, in denen das Oszillatorsignal 209 einen vorgegebenen Zustand aufweist. Mit anderen Worten kann der Mischer 100 so ausgebildet sein, dass der Polaritätsumschalter 205 seinen Zustand nur wechselt, wenn der Abtastschalter 203 in einem vorgegebenen (konstanten) Zustand ist. So kann erreicht werden, dass eine Signalübertragungscharakteristik des Mischers 100 nicht durch ein Umschalten des Polaritätsumschalters 205 verfälscht wird.
So kann die Oszillatorschaltung 207 beispielsweise ausgebildet sein, das Polaritätsumschaltsignal 211 und das Oszillatorsignal 209 so bereitzustellen, dass in dem vorgegebenen Zustand des Oszillatorsignals 209, währenddessen ein Zustandswechsel des Polaritätsumschaltsignals 211 auftritt, der Eingang 105 des Mischers 100 von dem Ausgang 107 des Mischers 100 entkoppelt ist. Mit anderen Worten kann der Mischer 100 so ausgebildet sein, dass ein Zustandswechsel des Polaritätsumschalters 205 nur erfolgt, wenn der Abtastschalter 203 geöffnet ist (also eine schaltbare Strecke des Abtastschalters 203 in einem hochimpedanten Zustand ist).
Wie bereits erwähnt, kann die Oszillatorschaltung 207 einen numerisch gesteuerten Oszillator 213 aufweisen, um das Polaritätsumschaltsignal 211 in Abhängigkeit von dem Oszillatorsignal 209 bereitzustellen. Beispielsweise kann die Oszillatorschaltung 207 ausgebildet sein, um das Polaritätsumschaltsignal 211 und das Oszillatorsignal 209 so bereitzustellen, dass die Oszillatorfrequenz f_LO ein Vielfaches oder ein ganzzahliges Vielfaches der Polaritätsumschaltfrequenz f_POL ist.
Da bei dem Mischer 100, wie bereits im Vorhergehenden erläutert, keine analoge Herabmischung vor dem Abtastvorgang erfolgt, können das Oszillatorsignal 209 und das Polaritätsumschaltsignal 211 Digitalsignale sein, welche sich besonders einfach (mit einer konstanten Phasenbeziehung zueinander) erzeugen lassen. Diese Digitalsignale dienen lediglich als Ansteuersignale für die Schalter 203, 205, mit denen der eigentliche Herabmischvorgang des Eingangssignals 101 ausgeführt wird.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann die Oszillatorschaltung 207 anstatt des numerisch gesteuerten Oszillators 213 auch eine andere Implementierung zur Erzeugung des Polaritätsumschaltsignals 211 aufweisen, beispielsweise unter Nutzung eines Ganzzahlteilers.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann der Mischer 100 ein Kapazitätsnetzwerk 215, beispielsweise zum Halten des abgetasteten Eingangssignals 103 aufweisen. Das Kapazitätsnetzwerk 215 kann mit einem Ausgang 217 der Mischerstufe 201, an dem das abgetastete Eingangssignal 103 bereitgestellt wird, gekoppelt sein.
Ferner kann das Kapazitätsnetzwerk 215 mit dem Ausgang 107 des Mischers 100 gekoppelt sein.
Das Kapazitätsnetzwerk 215 kann eine dauerhaft mit der Mischerstufe 201 gekoppelte Kapazität 219 (auch bezeichnet als C_H) aufweisen. Aufgrund der Existenz der dauerhaft mit der Mischerstufe 201 gekoppelten Kapazität 219 wirkt der Mischer 100 wie ein IIR-Filter (Infinite Impulse Response Filter – unendliches Impulsantwortfilter). Die Ordnung dieses Filters ist auf eins limitiert, wodurch keine Freiheiten beim Filterdesign mit einer gegebenen Bandbreite bestehen. Bei einer Nutzung eines Single Down Conversion Mixers zum Empfang von zwei Signalen aus zwei Bändern muss die Kapazität CH so gewählt werden, dass das IIR-Filter eine Zwischenfrequenz zwischen den Bändern dieser beiden Signale sowie die beiden Signale selbst hindurchlässt. Dies führt typischerweise zu einer sehr großen Bandbreite des IRR-Filters und damit zu einer schlechten Filterperformance (beispielsweise eine schwache Dämpfung im Sperrbereich). Ausführungsbeispiele umgehen dieses Problem durch das zusätzliche Umschalten der Polarität des abgetasteten Eingangssignals 103 mit der Polaritätsumschaltfrequenz f_POL, so dass die Zwischenfrequenz für jedes Band frei gewählt werden kann und damit die Bandbreite für das durch die Kapazität C_H gebildete IIR-Filter deutlich kleiner gewählt werden kann, wodurch sich die Filterperformance deutlich verbessert (beispielsweise eine höhere Dämpfung im Sperrbereich). Ein Beispiel zum Verständnis dieses Prinzips wird noch im Folgenden anhand von 2c gegeben.
Weiterhin kann das Kapazitätsnetzwerk 215 eine erste, schaltbar mit der Mischerstufe 201 gekoppelte Kapazität 221 (auch bezeichnet als C_R1) und eine zweite, schaltbar mit der Mischerstufe 201 gekoppelte Kapazität 223 (auch bezeichnet als C_R2) aufweisen. Diese zwei schaltbaren Kapazitäten 221, 223 können abwechselnd geschaltet werden, so dass die Ladungen auf diesen Kapazitäten und damit das Eingangssignal 103 ausgelesen werden können, beispielsweise mit einem verbundenen Analog-zu-Digitalwandler einer nachfolgenden Stufe.
Mit anderen Worten können die erste schaltbare Kapazität 221 und die zweite schaltbare Kapazität 223 komplementär zueinander geschaltet sein, derart, dass in einer ersten Phase, in der die erste schaltbare Kapazität 221 mit der Mischerstufe 201 gekoppelt ist, die zweite schaltbare Kapazität 223 von der Mischerstufe 201 entkoppelt ist und in einer zweiten Phase, in der die erste schaltbare Kapazität 221 von der Mischerstufe 201 entkoppelt ist, die zweite schaltbare Kapazität 223 mit der Mischerstufe 201 gekoppelt ist.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann der Mischer 100 so ausgebildet sein, dass ein Umschalten der ersten schaltbaren Kapazität 221 und der zweiten schaltbaren Kapazität 223 nur erfolgt, wenn der Eingang 105 von dem Eingang 107 entkoppelt ist.
So kann beispielsweise das Umschalten der Kapazitäten 221, 223 erfolgen, wenn der Abtastschalter 203 geöffnet ist und damit der Eingang 105 des Mischers 100 von dem Ausgang 107 des Mischers 100 entkoppelt ist. Durch das Abtasten des Eingangssignals 101 mit der Mischerstufe 201 sind die Kapazitäten des Kapazitäten des Kapazitätsnetzwerks 215 nicht permanent mit dem Eingang 105 des Mischers 100 verbunden, was zu Zeitpunkten führt, an denen der Polaritätsumschalter 215 umgeschaltet werden kann, ohne die Signaltransfercharakteristik des Mischers 100 negativ zu beeinflussen. Dies erlaubt einen quasi digitalen zweiten Oszillator mit sehr entspannten Phasenrauschanforderungen.
Wie in 2a gezeigt, kann der Mischer 100 mit einem Transkonduktanzverstärker 225 (TDA – Transconductance-Amplifier) gekoppelt sein. Dieser Transkonduktanzverstärker 225 kann eine Eingangsspannung, beispielsweise empfangen von einem vorgeschalteten Verstärker (wie beispielsweise einem LNA – Low Noise Amplifier, rauscharmer Verstärker) oder einer Antenne oder einem Antennennetzwerk in einen Strom zur Ladung der Kapazitäten des Kapazitätsnetzwerks 215 wandeln. Das Eingangssignal 101 kann daher ein Stromsignal sein.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann der Mischer 100 eine Mischerstufe aufweisen, bei welcher die Polaritätsumschaltung des abgetasteten Eingangssignals 103 nicht nach dem Abtasten des Eingangssignals 101 erfolgt, sondern zeitgleich damit. Ein solches Konzept ist schematisch in 2b gezeigt.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann das Umschalten der Polarität auch vor dem Abtasten erfolgen.
Die in 2b gezeigte Implementierung des Mischers 100 unterscheidet sich von der in 2a gezeigten Implementierung dadurch, dass eine Mischerstufe 201' des in 2b gezeigten Ausführungsbeispiels die Polarität des Eingangssignals 101 nicht nach der Abtastung des Eingangssignals 101 umschaltet, sondern während der Abtastung des Eingangssignals 101. Dies ist schematisch an den drei möglichen Schaltzuständen der Mischerstufe 201' dargestellt. Ein erster Schaltzustand (dargestellt durch ein +) bedeutet dabei, dass der Abtastschalter der Mischerstufe 201' geschlossen ist, also der Eingang 105 des Mischers 100 mit dem Ausgang 107 des Mischers gekoppelt ist und die Polarität des abgetasteten Eingangssignals 103 bezüglich des Eingangssignals 101 erhalten bleibt. Ein zweiter Schaltzustand (dargestellt durch eine Null) bedeutet, dass der Abtastschalter der Mischerstufe 201' geöffnet ist, d. h. der Eingang 105 von dem Ausgang 107 entkoppelt ist. Ein dritter Schaltzustand der Mischerstufe 201' (dargestellt durch ein –) bedeutet, dass der Eingang 105 mit dem Eingang 107 gekoppelt ist, und die Polarität des abgetasteten Eingangssignals 103 bezüglich dem Eingangssignal 101 umgekehrt wird. Die Mischerstufe 201 ist ausgebildet, um in einem ersten Modus zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand mit der Oszillatorfrequenz f_LO umzuschalten und in einem zweiten Modus zwischen dem zweiten Zustand und dem dritten Zustand mit der Oszillatorfrequenz f_LO umzuschalten. Weiterhin ist die Mischerstufe 201' ausgebildet, um zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus mit der Polaritätsumschaltfrequenz f_POL umzuschalten.
Die Ansteuerung der Mischerstufe 201' mit dem Oszillatorsignal 209 und dem Polaritätsumschaltsignal 211 kann analog zu der Ansteuerung der Mischerstufe 201 des in 2a gezeigten Ausführungsbeispiels erfolgen. Die Oszillatorschaltung 207 kann daher identisch mit der in 2a gezeigten Oszillatorschaltung 207 sein und auch die zusätzlich erwähnten optionalen Funktionen aufweisen. Analoges gilt für das Kapazitätsnetzwerk 215.
Im Folgenden soll anhand von 2c die Funktionalität des Mischers 100 detaillierter mit einem Beispiel beschrieben werden.
2c zeigt drei Diagramme, wobei ein erstes Diagramm beispielhaft ein Eingangssignal 101 zeigt, welches zwei Einzelsignale mit verschiedenen Frequenzbändern beinhaltet. In einem zweiten Diagramm ist das Eingangssignal nach der Abtastung mit dem Abtastschalter 203 gezeigt (dieses Zwischensignal, wie es in dem zweiten Diagramm gezeigt ist, existiert so nicht in der Mischerstufe 201' des in 2b gezeigten Ausführungsbeispiels, da hier das Umschalten der Polarität zusammen mit dem Abtasten erfolgt). Ein drittes Diagramm zeigt den Frequenzbereich des abgetasteten Eingangssignals 103 nach der Polaritätsumschaltung (beispielsweise an dem Ausgang 217 der Mischerstufen 201, 201').
In dem in 2c gezeigten Beispiel sollen, wie bereits erwähnt zwei Signale empfangen werden. In diesem Beispiel werden sie auf dieselbe Zwischenfrequenz (f_POL) gemischt. Daher ist kein Spiegelband für den ersten Mischprozess gezeigt (von Schritt 1 zu Schritt 2).
Nach dem ersten Herabmischen sind beide Signale auf einer vergleichsweisen hohen Zwischenfrequenz, was zu einer hohen Tiefpassbandbreite führt. Wie bereits erwähnt, ist in einem Abtastempfänger ein Tiefpassfilter der am einfachsten zu realisierende Filtertyp für diese frühen Stufen. Zwischen Schritt 2 und Schritt 3 erfolgt eine zweite Heruntermischung, um die Tiefpassbandbreite zu reduzieren. Dieser zweite Mischprozess ist im Bereich der Zwischenfrequenz (f_POL). Dieser zweite Heruntermischprozess entspricht daher der Umschaltung der Polarität des abgetasteten Eingangssignals. Aufgrund der Abtastung ist das Signal ab dem zweiten Diagramm zeitdiskret. Daher ist das Spektrum symmetrisch gespiegelt und wiederholt (siehe digitale Wiederholungsachse). Zusätzlich kann die zweite Heruntermischung ein zusätzliches Spiegelband in dem finalen Signalband erzeugen. Aus 2c wird deutlich, dass durch das zweifache Heruntermischen die Tiefpassbandbreite für den Mischer deutlich niedriger gewählt werden kann, wodurch sich eine bessere Filterperformance ergibt. Wie bereits erwähnt, wird dieses zweite Heruntermischen durch ein einfaches Umschalten der Polarität des abgetasteten Eingangssignals 103 erreicht.
Im Folgenden wird anhand der 3a bis 3d ein Beispiel zum simultanen Empfang zweier verschiedener Bänder gezeigt.
In der nahen Zukunft werden neben GPS (Global Positioning System) alternative globale Navigationssatellitensysteme wie Galileo, Glonass und Compass verfügbar sein. Zusätzlich werden neue freie zivile Signale ausgestrahlt. Ein zweites Band bei einem Satellitensystemempfänger verbessert die Positionserkennungsgenauigkeit signifikant, da dieses zusätzliche Band genutzt werden kann, um den ionosphärischen Fehler (welcher ein Hauptfehler in der Berechnung von Positionsdaten ist) zu reduzieren oder auszulöschen.
3a zeigt in einer Tabelle verschiedene Navigationssystembänder mit ihren Mittenfrequenzen und ihren Bandbreiten. Wenn beispielsweise das L1 und L5 Band gleichzeitig heruntergemischt werden sollen, könnte die Mischfrequenz beispielsweise auf 1386,165 MHz gewählt werden. In diesem Fall wäre die benötigte Bandbreite für das IIR Filter bei ca. 222 MHz, was zu einer nicht ausreichenden maximalen Dämpfung von 7,5 dB führt.
3b zeigt dazu eine Übertragungsfunktion eines solchen IIR Filters erster Ordnung mit einer Bandbreite von 222 MHz.
Ausführungsbeispiele führen daher einen zweiten Herabmischvorgang mit der Polaritätsumschaltfrequenz f_POL durch, um die Gesamtherabmischung aufzuteilen. Dieses zusätzliche Herabmischen kann dazu führen, dass Harmonische, insbesondere bei f_LO +/– 3·f_POL entstehen. Die Oszillatorfrequenz f_LO und die Polaritätsumschaltfrequenz f_POL können gemäß Ausführungsbeispielen daher so gewählt werden, dass, aufgrund der sehr schwachen Leistung typischer globaler Navigationssysteme, kein starker Störer in-Band fällt,.
3c zeigt eine akzeptable Frequenzkombination zum Empfangen des L1 Bandes und des L5 Bandes, mit einer Oszillatorfrequenz von 1386,165 MHz sowie einer Polaritätsumschaltfrequenz von 231,028 MHz. Aus 3b wird deutlich, dass der Frequenzplan so gewählt ist, dass keine Störer in-Band fallen, mit anderen Worten sind die Oszillationsfrequenz f_LO und die Polaritätsumschaltfrequenz f_POL so gewählt, dass in einer vorgegebenen Bandbreite um f_LO +/– n·f_POL, wobei n eine ungerade natürliche Zahl ist, keine Störer liegen.
Mit anderen Worten kann ein Mischer gemäß Ausführungsbeispielen ausgebildet sein, um ein erstes Datensignal (beispielsweise ein L5-Datensignal) mit einem ersten Frequenzbereich (beispielsweise 1166,22 MHz bis 1186,68 MHz) und einer ersten Mittenfrequenz (beispielsweise 1176,45 MHz) und ein zweites Datensignal (beispielsweise ein Galileo L1 Datensignal) mit einem zweiten Frequenzbereich (beispielsweise von 1559,05 MHz bis 1591,79 MHz) und einer zweiten Mittenfrequenz (beispielsweise 1575,42 MHz) zu empfangen.
Das erste und das zweite Datensignal sind dabei in dem Eingangssignal des Mischers enthalten.
Die zweite Mittenfrequenz ist dabei größer als die erste Mittenfrequenz. Eine Kapazität des Kapazitätsnetzwerks des Mischers kann dabei so gewählt werden, dass eine Durchlassbandbreite eines sich durch die Kapazität ergebenen Filters (in 3c durch die gestrichelten Linien dargestellt) für das abgetastete Eingangssignal kleiner ist als ein Betrag einer Differenz zwischen einer unteren Grenze des ersten Frequenzbereichs und einer oberen Grenze des zweiten Frequenzbereichs. Mit anderen Worten kann die Filterbandbreite des Filters schmaler gewählt werden als die Bandbreite für die beiden zu empfangenen Signale zusammen.
Weiterhin können die Oszillatorfrequenz f_LO und die Polaritätsumschaltfrequenz f_POL so gewählt sein, dass der erste Frequenzbereich innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereichs (definiert durch die Filterbandbreite des Filters), um eine positive Differenz aus der Oszillatorfrequenz f_LO und der Polaritätsumschaltfrequenz f_POL (|f_LO – f_POL|) liegt und der zweite Frequenzbereich innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereichs (dessen Bandbreite gleich der Bandbreite des vorgegebenen Frequenzbereichs um die positive Differenz aus der Oszillatorfrequenz f_LO und der Polaritätsumschaltfrequenz f_POL gewählt sein kann), um eine Summe aus der Oszillatorfrequenz f_LO und der Polaritätsumschaltfrequenz f_POL (f_LO + f_POL) liegt.
Durch das zweite Herabmischen durch die Umschaltung der Polarität des abgetasteten Eingangssignals 103 wird die Bandbreite des finalen Signals in 3c auf ca. 50 MHz reduziert. Dementsprechend kann auch das Filter des Mischers eine geringere Bandbreite von 60 MHz aufweisen, dies bringt einen Vorteil für die IIR Dämpfung von 10 dB, wie in 3d gezeigt ist.
Um die Polaritätsumschaltung bei Ausführungsbeispielen zu ermöglichen, kann ein bereits vorhandener Abtastmischer nur geringfügig abgewandelt werden. So können beispielsweise, um einen solchen bipolaren Mischvorgang zu ermöglichen, differenzielle Ausgangsknoten des Abtastmischers mit der Polaritätsumschaltfrequenz invertiert werden. Dieses Invertieren kann direkt in dem Quadumschalter (switching quad) erfolgen.
4a zeigt eine mögliche schaltungstechnische Realisierung der in 2a gezeigten Mischerstufe 201, bei der das Abtasten des Eingangssignals 101 und das Umschalten der Polarität des abgetasteten Eingangssignals 103 sequentiell (also nacheinander) erfolgen.
Die in 4a gezeigte schaltungstechnische Implementierung der Mischerstufe 201 ist ausgebildet, um das Eingangssignal 101 als ein differenzielles Eingangssignal zu empfangen, wodurch ein einfaches Wechseln der Polarität des Eingangssignals 101 durch Vertauschen der differenziellen Knoten (mit dem Polaritätsumschalter 205) ermöglicht wird.
Der Abtastschalter 203 kann einen ersten Abtasttransistor 401a und einen zweiten Abtasttransistor 401b aufweisen. Eine schaltbare Strecke des ersten Abtasttransistors 401a kann zwischen einen ersten Eingangsknoten 105a der Mischerstufe 201 und einen ersten Eingangsknoten 403a des Polaritätsumschalters 205 geschaltet sein. Eine schaltbare Strecke des zweiten Abtasttransistors 401b kann zwischen einen zweiten Eingangsknoten 105b der Mischerstufe 201 und einen Eingangsknoten 403b des Polaritätsumschalters 205 geschaltet sein. Steueranschlüsse der beiden Abtasttransistoren 401a, 401b könne mit einem Oszillatorsignaleingang 405 der Mischerstufe 201 gekoppelt sein, an dem das Oszillatorsignal 209 bereitgestellt wird.
Die beiden Abtasttransistoren 401a, 401b können daher so angesteuert werden, dass diese gleichzeitig ihre schaltbaren Strecken in einen niederohmigen Zustand oder einen hochohmigen Zustand versetzen, um so die Abtastung des differenziellen Eingangssignals 101 durchzuführen.
Der Polaritätsumschalter 205 kann einen ersten nicht invertierenden Transistor 407a und einen zweiten nicht invertierenden Transistor 407b aufweisen. Eine schaltbare Strecke des ersten nicht invertierenden Transistors 407a ist zwischen den ersten Eingangsknoten 403a des Polaritätsumschalters 205 und einen ersten Ausgangsknoten 217a der Mischerstufe 201 gekoppelt. Eine schaltbare Strecke des zweiten nicht invertierenden Transistors 407b ist zwischen den zweiten Eingangsknoten 403b des Polaritätsumschalters 205 und einen zweiten Ausgangsknoten 217b der Mischerstufe 201 gekoppelt. Steuereingänge der beiden nicht invertierenden Transistoren 407a, 407b können mit einem ersten Polaritätsumschaltsignaleingang 409a des Polaritätsumschalters 205 (und der Mischerstufe 201) gekoppelt sein, an dem beispielsweise das Polaritätsumschaltsignal 211 in einer nicht invertierenden Version bereitgestellt wird. Die nicht invertierenden Transistoren 407a und 407b sind so verschaltet, dass sie in ihrem niederohmigen Zustand das Eingangssignal 101 durch den Polaritätsumschalter 205 hindurchleiten, ohne die Polarität des abgetasteten Eingangssignals 103 bezüglich dem Eingangssignal 101 umzukehren.
Ferner kann der Polaritätsumschalter 205 einen ersten invertierenden Transistor 411a und einen zweiten invertierenden Transistor 411b aufweisen. Eine schaltbare Strecke des ersten invertierenden Transistors 411a kann zwischen den ersten Eingangsknoten 403a des Polaritätsumschalters 205 und den zweiten Ausgangsknoten 217b der Mischerstufe 201 geschaltet sein. Eine schaltbare Strecke des zweiten invertierenden Transistors 411b kann zwischen den zweiten Eingangsknoten 403b des Polaritätsumschalters 205 und den ersten Ausgangsknoten 217a der Mischerstufe 201 geschaltet sein. Steueranschlüsse der beiden invertierenden Transistoren 411a, 411b können mit einem zweiten Polaritätsumschaltsignaleingang 409b des Polaritätsumschalters 205 (und der Mischerstufe 201) gekoppelt sein, an dem das Polaritätsumschaltsignal 211 beispielsweise in einer invertierten Version anliegt. Die beiden invertierenden Transistoren 411a, 411b sind so verschaltet, dass sie in dem niederohmigen Zustand ihrer schaltbaren Strecken die Polarität des abgetasteten Eingangssignals 103 bezüglich des Eingangssignals 101 umkehren.
Wie aus 4a ersichtlich, werden die nicht invertierenden Transistoren 407a, 407b invertiert zu den invertierenden Transistoren 411a, 411b angesteuert, so dass in einem ersten Zustand des Polaritätsumschalters 205 die nicht invertierenden Transistoren 407a, 407b in ihrem leitenden Zustand sind, und die invertierenden Transistoren 411a, 411b in ihrem nicht-leitenden Zustand sind. In diesem ersten Zustand des Polaritätsumschalters 205 wird daher die Polarität des abgetasteten Eingangssignals 103 bezüglich des Eingangssignals 101 erhalten. In einem zweiten Zustand des Polaritätsumschalters 205 sind die nicht invertierenden Transistoren 407a, 407b in ihrem nicht leitenden Zustand und die invertierenden Transistoren 411a, 411b in ihrem leitenden Zustand, so dass in diesem zweiten Zustand die Polarität des abgetasteten Eingangssignals 103 bezüglich dem Eingangssignal 101 umgekehrt wird.
Eine Umschaltung dieses Zustands des Polaritätsumschalters 205 kann erfolgen, wenn die Abtasttransistoren 401a, 401b in ihrem nicht leitenden Zustand sind, also wenn der Eingang 105 der Mischerstufe 201 von dem Ausgang 217 der Mischerstufe 201 entkoppelt ist.
Wie aus 4a ersichtlich, kann die invertierte Version des Polaritätsumschaltsignals 211 einfach mit Hilfe eines Inverters generiert werden. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann auch die Oszillatorschaltung 207 bereits das Polaritätsumschaltsignal 211 in einer invertierten und einer nicht invertierten Version für die Mischerstufe 201 bereitstellen.
Zusammenfassend zeigt 4a eine Mischerstufe 201 für einen Mischer gemäß einem Ausführungsbeispiel, die die Abtaststufe 203 aufweist, die ausgebildet ist, um das empfangene Eingangssignal 105 mit der vorgegebenen Oszillatorfrequenz f_LO abzutasten, um das abgetastete Eingangssignal 103 zu erhalten. Weiterhin weist die Mischerstufe 201 den Polaritätsumschalter 205 auf, der ausgebildet ist, um die Polarität des abgetasteten Eingangssignals 103 mit der vorgegebenen Polaritätsumschaltfrequenz f_POL umzuschalten.
4b zeigt eine mögliche schaltungstechnische Realisierung der Mischerstufe 201' des in 2b gezeigten Ausführungsbeispiels. Die in 4b gezeigte Mischerstufe 201' unterscheidet sich von der in 4a gezeigten Mischerstufe 201 dadurch, dass die Abtastung des Eingangssignals 101 nicht getrennt von der Polaritätsumschaltung des abgetasteten Eingangssignals 103 erfolgt, sondern bereits die Abtastung basierend auf dem Oszillatorsignal 209 und dem Polaritätsumschaltsignal 211 basiert. Die Mischerstufe 201' weist dazu vergleichbar der Mischerstufe 201 einen ersten nicht invertierenden Transistor 407a und einen zweiten nicht invertierenden Transistor 407b auf. Eine schaltbare Strecke des ersten nicht invertierenden Transistors 407a ist zwischen einen ersten Eingangsknoten 105a der Mischerstufe 201' und einen ersten Ausgangsknoten 217a der Mischerstufe 201' geschaltet. Eine schaltbare Strecke des zweiten nicht invertierenden Transistors 407b ist zwischen einen zweiten Eingangsknoten 105b der Mischerstufe 201' und einen zweiten Ausgangsknoten 217b der Mischerstufe 201' geschaltet.
Weiterhin weist die Mischerstufe 201', analog zu der Mischerstufe 201, einen ersten invertierenden Transistoren 411a und einen zweiten invertierenden Transistor 411b auf.
Eine schaltbare Strecke des ersten invertierenden Transistors 411a ist zwischen den ersten Eingangsknoten 105a der Mischerstufe 201' und den zweiten Ausgangsknoten 217b der Mischerstufe 201' geschaltet. Eine schaltbare Strecke des zweiten invertierenden Transistors 411b ist zwischen den zweiten Eingangsknoten 105b der Mischerstufe 201' und den ersten Ausgangsknoten 217a der Mischerstufe 201' geschaltet.
Die Verschaltung der Transistoren 407a, 407b, 411a und 411b bei der Mischerstufe 201' ist daher analog zu der Verschaltung der Transistoren 407a, 407b, 411a, 411b bei der Mischerstufe 201. Die Umschaltung der Polarität des abgetasteten Eingangssignals 103 erfolgt daher bei der Mischerstufe 201' analog zu der Mischerstufe 201.
Ferner weist die Mischerstufe 201' einen Umschaltsignalbereitsteller 413 auf, welcher ausgebildet ist, um das Oszillatorsignal mit der vorgegebenen Polaritätsumschaltfrequenz f_POL wechselseitig an Steuereingängen der nicht invertierenden Transistoren 407a, 407b und an Steuereingängen der invertierenden Transistoren 411a, 411b bereitzustellen. Dazu können die Steuereingänge der nicht invertierenden Transistoren 407a, 407b mit einem ersten Ausgang 414a des Umschaltsignalbereitstellers 413 gekoppelt sein und die Steuereingänge der invertierenden Transistoren 411a, 411b mit einem zweiten Ausgang 414b des Umschaltsignalbereitstellers 413 gekoppelt sein.
Der Umschaltsignalbereitsteller 413 kann beispielsweise ein Multiplexer 413 sein, welcher an einem Dateneingang 415 das Oszillatorsignal 209 empfängt und an einem Auswahleingang 417 das Polaritätsumschaltsignal 211 empfängt. Der Multiplexer 413 kann daher in Abhängigkeit von einem Zustand des Polaritätsumschaltsignals 211 das Oszillatorsignal 209 entweder an seinem ersten Ausgang 414a und damit an den Steuereingängen der nicht invertierenden Transistoren 407a, 407b oder an seinem zweiten Ausgang 414b und damit an den Steuereingängen der invertierenden Transistoren 411a, 411b bereitstellen.
Daher liegt nicht wie in dem in 4a gezeigten Ausführungsbeispiel an den Steuereingängen der Transistoren 407a, 407b, 411a, 411b ein Signal mit der Polaritätsumschaltfrequenz f_POL, sondern ein Signal mit der Oszillatorfrequenz f_LO an.
Die Abtastung des Eingangssignals 101 erfolgt daher direkt mit den Transistoren 407a, 407b, 411a, 411b. Die Transistoren 407a, 407b, 411a, 411b können daher zusammengefasst als eine Abtaststufe der Mischerstufe 201' bezeichnet werden, die ausgebildet ist, um das empfangene Eingangssignal 105 mit der vorgegebenen Oszillatorfrequenz f_LO des angelegten Oszillatorsignals 209 abzutasten, und um bei der Abtastung die Polarität des abgetasteten Eingangssignals 103 bezüglich des empfangenen Eingangssignals 101 aufrechtzuerhalten, wenn das Oszillatorsignal 209 an einem ersten Oszillatorsignaleingang der Abtaststufe (und damit an den Steuereingängen der nicht invertierenden Transistoren 407a, 407b) anliegt und um bei der Abtastung die Polarität des abgetasteten Eingangssignals 103 bezüglich dem empfangenen Eingangssignals 105 zu umzuschalten, wenn das Oszillatorsignal 209 an einem zweiten Oszillatorsignaleingang der Abtaststufe (und damit an den Steueranschlüssen der invertierenden Transistoren 411a, 411b) anliegt.
Der Umschaltsignalbereitsteller 413 ist ausgebildet, um das Oszillatorsignal 209 mit der vorgegebenen Polaritätsumschaltfrequenz f_POL wechselseitig an dem ersten Oszillatorsignaleingang der Abtaststufe und dem zweiten Oszillatorsignaleingang der Abtaststufe anzulegen.
Die in 4b gezeigte Mischerschaltung hat gegenüber der in 4a gezeigten Mischerschaltung den Vorteil, dass sich lediglich ein Transistor im Signalpfad für das Eingangssignal 101 befindet, während sich bei der in 4a gezeigten Implementierung zwei Transistoren (ein Transistor der Abtaststufe 203 und ein Transistor des Polaritätsumschalters 205) im Signalpfad befinden. Wenn bei dem in 4a der effektive Pfadwiderstand konstant gehalten werden soll im Vergleich zu dem Fall ohne Polaritätsmischung, dann kann sich die benötige Fläche vergrößern. Weiterhin erhöhen sich parasitäre Kapazitäten. Durch die in 4b gezeigte Implementierung kann dieses eventuell auftretende Problem umgangen werden.
Die in 4a gezeigte Implementierung hat gegenüber der in 4b gezeigten Implementierung den Vorteil, dass in dem LO Pfad (für das Oszillatorsignal 209) keine zusätzliche Schaltung vorhanden ist, welche das Phasenrauschen erhöht.
Da das Tastverhältnis des abgetasteten Eingangssignals 103 nach der Mischerstufe (bzw. dem Mischer) nur 50% ist, kann die Auszeit (Off-Time) genutzt werden, um das zweite Taktsignal (das Polaritätsumschaltsignal) zu dem Oszillatorsignal 209 zu synchronisieren. Dies erlaubt die Benutzung einer quasi digitalen Schaltung für diesen zweiten Takt (z. B. unter Nutzung einer Integer Teilung des LO Signals bzw. des Oszillatorsignals 209 oder eines numerisch gesteuerten Oszillators).
In vielen Anwendungsfällen kann es von Vorteil sein, eine Spiegelfrequenzunterdrückung (Image Rejection) und eine Separation mehrerer in dem Eingangssignal 101 enthaltener Bänder durchzuführen. In diesem Fall kann ein Mischersystem gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, wie es in 5a gezeigt ist, genutzt werden.
5a zeigt dazu das Mischersystem 500 mit einer Mehrzahl von Mischern 100a bis 100n, wobei n eine beliebige natürliche Zahl (beispielsweise 4) ist. Jeder der Mischer 100a bis 100n ist ausgebildet, um ein empfangenes Eingangssignal 101 mit einer vorgegebenen Oszillatorfrequenz f_LO abzutasten, und um eine Polarität des abgetasteten Eingangssignals 103a bis 103n mit einer vorgegebenen Polaritätsumschaltfrequenz f_POL umzuschalten.
Weiterhin weist das Mischersystem 500 eine Taktbereitstellungseinrichtung 501 auf, die ausgebildet ist, um jedem Mischer aus der Mehrzahl von Mischern 100a bis 100n ein Oszillatorsignal 209a bis 209n mit einer vorgegebenen Oszillatorfrequenz f_LO und ein Polaritätsumschaltsignal 211a bis 211n mit einer vorgegebenen Polaritätsumschaltfrequenz f_POL bereitzustellen.
Ferner ist die Taktbereitstellungseinrichtung 501 ausgebildet, die Oszillatorsignale 209a bis 209n so bereitzustellen, dass Oszillatorsignale für verschiedene Mischer aus der Mehrzahl von Mischern 100a bis 100n phasenverschoben zueinander sind. Ferner ist die Taktbereitstellungseinrichtung 501 ausgebildet, um Polaritätsumschaltsignale für verschiedene Mischer aus der Mehrzahl von Mischern 100a bis 100n so bereitzustellen, dass diese phasenverschoben zueinander sind.
Durch das phasenverschobene Bereitstellen der Oszillatorsignale 209a bis 209n und der Polaritätsumschaltsignale 211a bis 211n für die Mischer 100a bis 100n lässt sich durch eine Kombination der abgetasteten Eingangssignale 103a bis 103n der verschiedenen Mischer 100a bis 100n sowohl eine Spiegelfrequenzunterdrückung als auch eine Separierung verschiedener in dem Eingangssignal 101 enthaltener Bänder erreichen.
Die Taktbereitstellungseinrichtung 501 kann die Oszillatorsignale 209a bis 209n so bereitstellen, dass diese alle dieselbe vorgegebene Oszillatorfrequenz f_LO aufweisen. Ferner kann die Taktbereitstellungseinrichtung 501 die Polaritätsumschaltsignale 211a bis 211n so bereitstellen, dass diese alle dieselbe Polaritätsumschaltfrequenz f_POL aufweisen. Da bei dem Mischersystem 500 keine analoge Herabmischung vor dem Abtasten stattfindet, und die Oszillatorsignale 209a bis 209n sowie die Polaritätsumschaltsignale 211a bis 211n als Digitalsignale bereitgestellt werden können, lassen sich diese Signale mit einer hohen Genauigkeit (beispielsweise mit konstanter Phasenbeziehung zueinander) realisieren, wodurch die Spiegelfrequenzunterdrückung in einer hohen Qualität erreicht werden kann.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann die Taktbereitstellungseinrichtung 501 ausgebildet sein, um jedem der Mischer 100a bis 100n sein Oszillatorsignal 209a bis 209n und sein Polaritätsumschaltsignal 211a bis 211n so bereitzustellen, dass ein Zustandswechsel eines Polaritätsumschaltsignals eines Mischers nur auftritt, wenn das Oszillatorsignal des Mischers einen vorgegebenen Zustand hat, in dem ein Ausgang des Mischers, an dem der Mischer sein abgetastetes Eingangssignal bereitstellt, entkoppelt von einem Eingang des Mischers, an dem der Mischer das Eingangssignal empfängt, ist. So kann beispielsweise die Taktbereitstellungseinrichtung 501 ausgebildet sein, um einen Zustandswechsel eines Polaritätsumschaltsignals eines der Mischer nur zuzulassen, wenn sein zugehöriges Oszillatorsignal einen vorgegebenen Zustand aufweist, in dem der Eingang des Mischers von dem Ausgang des Mischers entkoppelt ist, so dass durch die Polaritätsumschaltung des Mischers eine Signalübertragungscharakteristik des Mischers nicht verfälscht wird.
Die Mischer 100a bis 100n können beispielsweise gleich dem Mischer 100 gemäß 1 sein und auch die in Verbindung mit den 2a bis 4b beschriebenen zusätzlichen optionalen Eigenschaften bzw. Erweiterungen aufweisen.
5b zeigt eine mögliche Implementierung des Mischersystems 500 zur Spiegelfrequenzunterdrückung, wobei n gleich 4 gewählt ist. Lediglich symbolisch weisen die Mischer 100a bis 100d des Mischersystems 500 die Abtaststufe 201 auf. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen können die Mischer 100a bis 100d auch die Abtaststufe 201' aufweisen, da die Funktionalität dieser Abtaststufen dieselbe ist und lediglich die interne Realisierung unterschiedlich ist.
Für die durchgeführte Zweifachherabmischung bei den Mischern 100a bis 100d wird zur Spiegelfrequenzunterdrückung jede Phase jedes Mischers mit jeder anderen Phase kombiniert, wodurch insgesamt vier Pfade, also vier verschiedene abgetastete Eingangssignale 103a bis 103d (auch bezeichnet als q1 bis q4) entstehen. Dazu werden von der Taktbereitstellungseinrichtung 501 die verschiedenen Oszillatorsignale 209a bis 209d sowie die verschiedenen Polaritätsumschaltsignale 211a bis 211d bereitgestellt. Dies wäre in einer Nicht-Abtaststruktur (beispielsweise bei analoger Herabmischung) schwierig bis gar nicht zu erreichen, da die Phasen sehr gut zueinander passen müssen.
Jedoch ist bei Ausführungsbeispielen der zweite Mixer (beispielsweise der Polaritätsumschalter 205) quasi digital aufgrund der Zeiten, in denen der Mischerausgang vom Mischereingang entkoppelt ist. Daher können die benötigten zusätzlichen Phasen für die zweite Herabmischung (für die Polaritätsumschaltung) einfach generiert werden, wie es in dem in 5b gezeigten Beispiel der Taktgenerierung gezeigt ist.
Die Taktbereitstellungseinrichtung 501 weist dazu einen Oszillator 503 zur Bereitstellung der verschiedenen Oszillatorsignale 209a bis 209d mit der gemeinsamen Oszillatorfrequenz f_LO auf. Ferner weist die Taktbereitstellungseinrichtung 501 einen numerisch gesteuerten Oszillator 213 sowie Flipflops 505a bis 505d Zur Bereitstellung der Polaritätsumschaltsignale 211a bis 211d mit der Polaritätsumschaltfrequenz f_POL auf. Durch die Nutzung des numerisch gesteuerten Oszillators 213 lassen sich die Phasen der Polaritätsumschaltsignale 211a bis 211d sehr präzise generieren. Ferner können die Polaritätsumschaltsignale 211a bis 211d so bereitgestellt werden, dass die Oszillatorfrequenz f_LO ein Vielfaches der Polaritätsumschaltfrequenz f_POL ist. Die Flipflops 505a bis 505d, welche zwischen dem numerisch gesteuerten Oszillator 213 und Polaritätsumschaltsignaleingängen der Mischer 100a bis 100d geschaltet sind, dienen dazu, um sicherzustellen, dass ein Zustandswechsel eines Polaritätsumschaltsignals 211a bis 211d einer der Mischer 100a bis 100d nur auftritt, wenn das zugehörige Oszillatorsignal 209a bis 209d des Mischers 100a bis 100d in einem vorgegebenen Zustand ist, in dem der Eingang des Mischers 100a bis 100d von dem Ausgang des Mischers 100a bis 100d entkoppelt ist.
Die Flipflops 505a bis 505d kann daher Taktflankengetriggerte Flipflops sein (beispielsweise auf eine steigende Taktflanke). So kann beispielsweise ein Ansteuersignal für ein erstes Flipflop 505a zum Bereitstellen eines ersten Polaritätsumschaltsignals 211a für einen ersten Mischer 100a so bereitgestellt werden, dass dieses Ansteuersignal phasenverschoben zu einem ersten Oszillatorsignal 209a des ersten Mischers 100a ist und ferner eine steigende Flanke aufweist, wenn das Oszillatorsignal 209a einen Zustand aufweist (beispielsweise Nullpegel), für den der Eingang des ersten Mischers 100a von dem Ausgang des ersten Mischers 100a getrennt ist.
Dies gilt analog für die Ansteuersignale der Flipflops 505b bis 505d.
Ferner können das erste Oszillatorsignal 209a und das zweite Oszillatorsignal 209b komplementär zueinander sein, so dass wechselweise entweder der Eingang und der Ausgang des ersten Mischers 100a miteinander gekoppelt sind oder der Eingang und der Ausgang des zweiten Mischers 100b miteinander gekoppelt sind. Analog können auch die Oszillatorsignale 209c, 209d für einen dritten Mischer 100c und einen vierten Mischer 100d gewählt werden. Ein drittes Oszillatorsignal 209c zur Ansteuerung des dritten Mischers 100c kann dabei phasenverschoben (beispielsweise 90° phasenverschoben) zu dem ersten Oszillatorsignal 209a gewählt sein. Ein viertes Oszillatorsignal 209d für den vierten Mischer 100d kann phasenverschoben (beispielsweise 90° phasenverschoben) zu dem zweiten Oszillatorsignal 209b für den zweiten Mischer 100b gewählt sein.
Wie in 5b gezeigt, kann das Mischersystem 500 ferner einen ersten Transimpedanzverstärker 225a zur Bereitstellung des Eingangssignals 101 für die Mischer 100a, 100b und einen zweiten Transimpedanzverstärker 225b zur Bereitstellung des Eingangssignals 101 für die Mischer 100c, 100d aufweisen.
Die Transimpedanzverstärker 225a und 225b können in einer Anwendung des Mischersystems 500 beispielsweise mit einer vorgeschalteten Stufe oder einer Antenne oder einem Antennenschaltkreis gekoppelt bzw. verbunden sein.
Die vier generierten abgetasteten Eingangssignale 103a bis 103d können zur Spiegelfrequenzunterdrückung und zur Separierung der beiden in dem Eingangssignal 101 vorhandenen Bänder zusammengeführt werden.
Der Oszillator 503 kann beispielsweise ein sogenannter spannungsgesteuerter Oszillator (VCO – Voltage Controlled Oscillator) sein. Ein solcher Oszillator ist typischerweise bereits in dem System vorhanden, um das LO Signal (das Oszillatorsignal 109) zu generieren.
5c zeigt eine mögliche Verschaltung der Mischer 100a bis 100d des Mischersystems 500 zur Spiegelfrequenzunterdrückung und Bandseparierung. Zur Übersichtlichkeit ist die Taktbereitstellungseinrichtung 501 nicht dargestellt. Zusätzlich zur 5b sind weiterhin Kapazitätsnetzwerke der Mischer 100a bis 100d dargestellt. Die in 5c gezeigte Verschaltung der Mischer 100a bis 100d ermöglicht, dass an einem ersten Ausgangsknoten 507a des Mischersystems 500 das erste, in dem Eingangssignal 101 vorhandene Signal abgreifbar ist, während an einem zweiten Ausgangsknoten 507b des Mischersystems 500 das zweite, in dem Eingangssignal 101 vorliegende Signal abgreifbar ist.
Um diese Funktionalität zu erreichen, ist ein erster nicht invertierender Ausgang 509a der Mischerstufe des ersten Mischers 100a mit dem Kapazitätsnetzwerk desselben und einem nicht invertierenden Ausgang 509c des dritten Mischers 100c gekoppelt.
Ein zweiter nicht invertierender Ausgang 511a der Mischerstufe des ersten Mischers 100a ist mit einem invertierenden Ausgang 511c des dritten Mischers 100c und dessen Kapazitätsnetzwerk gekoppelt.
Ein erster nicht invertierender 509b Ausgang der Mischerstufe des zweiten Mischers 100b ist mit dem Kapazitätsnetzwerk desselben und einem nicht invertierenden Ausgang 509d der Mischerstufe des vierten Mischers 100d gekoppelt.
Ein zweiter nicht invertierender Ausgang 511b der Mischerstufe des zweiten Mischers 100b ist mit einem invertierenden Ausgang 511d der Mischerstufe des vierten Mischers 100d und dessen Kapazitätsnetzwerk gekoppelt.
An einem invertierenden Ausgang einer Mischerstufe liegt das abgetastete Eingangssignal invertiert zu dem nicht invertierten Ausgang an.
Die Kapazitätsnetzwerke des ersten Mischers 100a und des zweiten Mischers 100b sind schaltbar mit dem ersten Ausgangsknoten 507a des Mischersystems 500 gekoppelt.
Die Kapazitätsnetzwerke des dritten Mischers 100c und des vierten Mischers 100d sind schaltbar mit dem zweiten Ausgangsknoten 507b des Mischersystems 500 gekoppelt sind.
Das Mischersystem 500 ermöglicht daher eine ”Image Rejection” durch Addition und Subtraktion.
Ein Hauptvorteil des in 5c gezeigten Systems ist die einfache Implementierung.
Die 6a und 6b zeigen Simulationsergebnisse des Mischersystems 500, wobei 6a ein Übertragungsverhalten des Mischersystems 500 zeigt.
Weitaus wichtiger ist das Spiegelfrequenzunterdrückungsverhalten, da sich dieses Rauschen direkt auf die niedrigen Frequenzen des Systems (NF) durchschlägt.
6b zeigt das Spiegelfrequenzunterdrückungsverhalten des Mischersystems 500. S1 und S2 sind die Signalbänder und I1 und I2 die auf die Signalbänder S1 und S2 gemischten Spiegelbänder.
7 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 700 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
Das Verfahren 700 weist einen Schritt 701 des Abtastens eines empfangenen Eingangssignals mit einer vorgegebenen Oszillatorfrequenz auf.
Ferner weist das Verfahren 700 einen Schritt 703 des Umschaltens einer Polarität des abgetasteten Eingangssignals mit einer vorgegebenen Polaritätsumschaltfrequenz auf.
Die beiden Schritte 701 und 703 können sowohl nacheinander als auch gleichzeitig ausgeführt werden.
Ferner kann das Verfahren von einem Mischer gemäß einem Ausführungsbeispiel, beispielsweise dem Mischer 100 ausgeführt werden.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann in dem Empfangssignal ein erstes Datensignal mit einem ersten Frequenzbereich und ein zweites Datensignal mit einem zweiten Frequenzbereich enthalten sein. Die Oszillatorfrequenz und die Polaritätsumschaltfrequenz können so gewählt sein, dass der erste Frequenzbereich innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereichs um eine positive Differenz aus der Oszillatorfrequenz und der Polaritätsumschaltfrequenz liegt und der zweite Frequenzbereich innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereichs um eine Summe aus der Oszillatorfrequenz und der Polaritätsumschaltfrequenz liegt (vgl. dazu auch 3c und die zugehörige Beschreibung).
Die vorgegebenen Frequenzbereiche um die positive Differenz aus der Oszillatorfrequenz und der Polaritätsumschaltfrequenz und um die Summe aus der Oszillatorfrequenz und der Polaritätsumschaltfrequenz können insbesondere kleiner sein, als ein Bereich von einer unteren Grenzfrequenz des ersten Frequenzbereichs des ersten Datensignals und einer oberen Grenzfrequenz des zweiten Frequenzbereichs des zweiten Datensignals.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann in Fällen, in denen eine Mittenfrequenz des ersten Frequenzbereichs kleiner als eine Mittenfrequenz des zweiten Frequenzbereichs ist und der erste Frequenzbereich und der zweite Frequenzbereich disjunkt sind, d. h. dass keine Frequenzen des ersten Frequenzbereichs in dem zweiten Frequenzbereich enthalten sind und umgekehrt, eine Bandbreite des vorgegebenen Frequenzbereichs um die Summe aus der Oszillatorfrequenz und der Polaritätsumschaltfrequenz und des vorgegebenen Frequenzbereichs um die positive Differenz aus der Oszillatorfrequenz und der Polaritätsumschaltfrequenz eine Durchlassbandbreite eines Filters für das abgetastete Eingangssignal sein. Die Durchlassbandbreite des Filters kann dabei kleiner als ein Betrag aus einer Differenz aus einer unteren Grenze des ersten Frequenzbereichs und einer oberen Grenze des zweiten Frequenzbereichs gewählt sein. So kann beispielsweise die Durchlassbandbreite des Filters maximal 50%, 25% oder 10% größer gewählt sein als der größere Frequenzbereich des ersten und des zweiten Frequenzbereichs.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann die Durchlassbandbreite des Filters auch maximal 25%, 15%, oder 5% größer als eine Summe der Bandbreiten der beiden Frequenzbereiche gewählt sein.
Bei Ausführungsbeispielen können Transistoren beispielsweise Feldeffekttransistoren, Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistoren (MOSFETs) oder Bipolartransistoren sein.
Weiterhin kann bei Ausführungsbeispielen ein Schalter mit Transistoren, beispielsweise in Form von Eintransistorschaltern oder sogenannten Transmission Gates (Übertragungsschaltern), Relais realisiert sein.
Ein Quellenanschluss eines Transistors kann beispielsweise ein Sourceanschluss oder ein Emitteranschluss des Transistors sein, ein Senkenanschluss kann beispielsweise ein Drainanschluss oder ein Kollektoranschluss des Transistors sein und ein Steueranschluss kann beispielsweise ein Gateanschluss oder ein Basisanschluss des Transistors sein. Eine Schaltstrecke oder eine schaltbare Strecke eines Transistors kann daher beispielsweise eine Drain-Source-Strecke des Transistors oder Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors bilden.
In der vorliegenden Anmeldung wird unter einer Kopplung eine direkte niederohmige Kopplung und eine indirekte Kopplung mit einem oder mehreren dazwischen geschalteten Bauelementen verstanden, so dass ein Signal an einem zweiten Schaltungsknoten von einem Signal an einem ersten Schaltungsknoten, der mit dem zweiten Schaltungsknoten gekoppelt ist, abhängig ist. Mit anderen Worten können zwischen den zwei miteinander gekoppelten Anschlüssen weitere Bauelemente, insbesondere passive Bauelemente oder Schaltstrecken aktiver Bauteile, wie beispielsweise von Schaltern oder Transistoren, geschaltet sein. Bei miteinander gekoppelten Anschlüssen kann ein Bauteil zwischen diesen Anschlüssen geschaltet sein, muss aber nicht, so dass zwei miteinander gekoppelte Anschlüsse auch direkt (d. h. durch eine niederohmige leitende Verbindung) miteinander verbunden sein können.
Weiterhin ist gemäß der vorliegenden Anmeldung ein erster Anschluss mit einem zweiten Anschluss direkt verbunden, wenn ein an dem zweiten Anschluss anliegendes Signal identisch mit einem an dem ersten Anschluss anliegenden Signal ist, wobei parasitäre Effekte oder geringfügige Verluste aufgrund von Leiterwiderständen außer Betracht bleiben sollen. Zwei direkt miteinander verbundene Anschlüsse sind daher typischerweise über Leiterbahnen oder Drähte verbunden ohne zusätzliche dazwischen geschaltete Bauteile.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.

Claims

Mischer (100), der ausgebildet ist, um ein empfangenes Eingangssignal (101) mit einer vorgegebenen Oszillatorfrequenz (f_LO) abzutasten, und um eine Polarität des abgetasteten Eingangssignals (103) mit einer vorgegebenen Polaritätsumschaltfrequenz (f_POL) umzuschalten; wobei der Mischer (100) ferner ausgebildet ist, um ein erstes Datensignal mit einem ersten Frequenzbereich und ein zweites Datensignal mit einem zweiten Frequenzbereich zeitgleich zu empfangen; wobei das erste Datensignal und das zweite Datensignal in dem empfangenen Eingangssignal (101) enthalten sind; und wobei die Oszillatorfrequenz (f_LO) und die Polaritätsumschaltfrequenz (f_POL) so gewählt sind, dass der erste Frequenzbereich innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereichs um eine positive Differenz aus der Oszillatorfrequenz (f_LO) und der Polaritätsumschaltfrequenz (f_OL) liegt und der zweite Frequenzbereich innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereichs um eine Summe aus der Oszillatorfrequenz (f_LO) und der Polaritätsumschaltfrequenz (f_POL) liegt.
Mischer (100) gemäß Anspruch 1, wobei die vorgegebene Oszillatorfrequenz (f_LO) verschieden zu der vorgegebenen Polaritätsumschaltfrequenz (f_POL) ist.
Mischer (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, der ausgebildet ist, um die Polarität des abgetasteten Eingangssignals (103) zu Zeitpunkten umzuschalten, an denen ein Eingang (105) des Mischers (100), an dem das Eingangssignal (101) empfangen wird, und ein Ausgang (107) des Mischers (100), an dem das abgetastete Eingangssignal (103) bereitgestellt wird, voneinander entkoppelt sind.
Mischer (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, der ausgebildet ist, um bei der Abtastung in einem ersten Zustand einen Eingang (105) des Mischers (100), an dem das Eingangssignal (101) empfangen wird, mit einem Ausgang (107) des Mischers (100), an dem das abgetastete Eingangssignal (103) bereitgestellt wird, zu koppeln und um in einem zweiten Zustand den Eingang (105) des Mischers von dem Ausgang (107) des Mischers (100) zu entkoppeln.
Mischer (100) gemäß Anspruch 4, der ausgebildet ist, um mit der Oszillatorfrequenz (f_LO) zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand umzuschalten.
Mischer (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Oszillatorfrequenz (f_LO) als ein Vielfaches oder ein ganzzahliges Vielfaches der Polaritätsumschaltfrequenz (f_POL) gewählt ist.
Mischer (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Bandbreite des vorgegebenen Frequenzbereichs um die Summe aus der Oszillatorfrequenz (f_LO) und der Polaritätsumschaltfrequenz (f_POL) und eine Bandbreite des vorgegebenen Frequenzbereichs um die positive Differenz aus der Oszillatorfrequenz (f_LO) und der Polaritätsumschaltfrequenz (f_POL) gleich einer Durchlassbandbreite eines Filters des Mischers (100) zur Filterung des abgetasteten Eingangssignals (103) ist.
Mischer (100) gemäß Anspruch 7, wobei eine Mittenfrequenz des ersten Frequenzbereichs kleiner einer Mittenfrequenz des zweiten Frequenzbereichs ist; wobei der erste Frequenzbereich und der zweite Frequenzbereich disjunkt sind; und wobei die Durchlassbandbreite des Filters kleiner als ein Betrag einer Differenz aus einer unteren Grenze des ersten Frequenzbereichs und einer oberen Grenze des zweiten Frequenzbereichs gewählt ist.
Mischer (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend eine Mischerstufe (201, 201'), die ausgebildet ist, um das Eingangssignal (101) zu empfangen und um das abgetastete Eingangssignal (103) bereitzustellen; und ferner umfassend eine Oszillatorschaltung (207), die ausgebildet ist, um der Mischerstufe (201, 201') ein Oszillatorsignal (209) mit der Oszillatorfrequenz (f_LO) und ein Polaritätsumschaltsignal (211) mit der Polaritätsumschaltfrequenz (f_POL) bereitzustellen; und wobei die Mischerstufe (201, 201') ausgebildet ist, um das abgetastete Eingangssignal (103) basierend auf dem Oszillatorsignal (209) und dem Polaritätsumschaltsignal (211) bereitzustellen.
Mischer (100) gemäß Anspruch 9, wobei die Oszillatorschaltung (207) ausgebildet ist, um eine Phasenbeziehung zwischen dem Oszillatorsignal (209) und dem Polaritätsumschaltsignal (211) konstant zu halten.
Mischer (100) gemäß einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei die Oszillatorschaltung (207) ausgebildet ist, um das Oszillatorsignal (209) und das Polaritätsumschaltsignal (211) so bereitzustellen, dass ein Zustandswechsel des Polaritätsumschaltsignals (211) nur zu Zeitpunkten auftritt, in denen das Oszillatorsignal (209) einen vorgegebenen Zustand aufweist.
Mischer (100) gemäß Anspruch 11, wobei die Mischerstufe (201, 201') so ausgebildet ist, dass in dem vorgegebenen Zustand des Oszillatorsignals (209) ein Eingang (105) der Mischerstufe (201, 201'), an dem das Eingangssignal (101) empfangen wird, entkoppelt von einem Ausgang (217) der Mischerstufe (201, 201'), an dem das abgetastete Eingangssignal (103) bereitgestellt wird, ist.
Mischer (100) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die Oszillatorschaltung (207) einen numerisch gesteuerten Oszillator (213) aufweist, um das Polaritätsumschaltsignal (211) derart bereitzustellen, dass die Oszillatorfrequenz (f_LO) ein Vielfaches oder ein ganzzahliges Vielfaches der Polaritätsumschaltfrequenz (f_POL) ist.
Mischer (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, umfassend ein Kapazitätsnetzwerk (215) zum Halten des abgetasteten Eingangssignals (103).
Mischer (100) gemäß Anspruch 14, der ausgebildet ist, um ein erstes Datensignal mit einem ersten Frequenzbereich und einer ersten Mittenfrequenz und ein zweites Datensignal mit einem zweiten Frequenzbereich und einer zweiten Mittenfrequenz gleichzeitig zu empfangen, wobei das erste Datensignal und das zweite Datensignal in dem Eingangssignal (101) enthalten sind; wobei die zweite Mittenfrequenz größer ist als die erste Mittenfrequenz; und wobei eine Kapazität (219) des Kapazitätsnetzwerks (215) so gewählt ist, dass eine Durchlassbandbreite eines sich durch diese Kapazität (219) ergebenden Filters für das abgetastete Eingangssignal (103) kleiner ist als ein Betrag einer Differenz zwischen einer unteren Grenze des ersten Frequenzbereichs und einer oberen Grenze des zweiten Frequenzbereichs.
Mischer (100) gemäß einem der Ansprüche 14 oder 15, umfassend eine Mischerstufe (201, 201'), die ausgebildet ist, um das Eingangssignal (101) zu empfangen und um dem Kapazitätsnetzwerk (215) das abgetastete Eingangssignal (103) bereitzustellen; und wobei das Kapazitätsnetzwerk (115) eine dauerhaft mit der Mischerstufe (201, 201') gekoppelte erste Kapazität (219) und eine schaltbar mit der Mischerstufe gekoppelte zweite Kapazität (221) aufweist.
Mischer (100) gemäß Anspruch 16, wobei das Kapazitätsnetzwerk (215) ferner eine schaltbar mit der Mischerstufe (201, 201') gekoppelte dritte Kapazität (223) aufweist; und wobei die zweite Kapazität (221) und die dritte Kapazität (223) komplementär zueinander geschaltet sind, derart, dass in einer ersten Phase, in der die zweite Kapazität (221) mit der Mischerstufe (201, 201') gekoppelt ist, die dritte Kapazität (223) von der Mischerstufe (201, 201') entkoppelt ist und in einer zweiten Phase, in der die zweite Kapazität (221) von der Mischerstufe (201, 201') entkoppelt ist, die dritte Kapazität (223) mit der Mischerstufe (201, 201') gekoppelt ist.
Mischer (100) gemäß einem der Ansprüche 16 oder 17, der so ausgebildet ist, dass ein Umschalten der zweiten Kapazität (221) von einer ersten Phase, in der die zweite Kapazität (221) mit der Mischerstufe (201, 201') gekoppelt ist, zu einer zweiten Phase, in der die zweite Kapazität (223) von der Mischerstufe (201, 201') entkoppelt ist, nur zu Zeitpunkten erfolgt, an denen ein Ausgang (217) der Mischerstufe (201, 201'), an dem das abgetastete Eingangssignal (103) bereitgestellt wird, von einem Eingang (105) der Mischerstufe (201, 201'), an dem das Eingangssignal (101) empfangen wird, entkoppelt ist.
Mischer (100), der ausgebildet ist, um ein empfangenes Eingangssignal (101) mit einer vorgegebenen Oszillatorfrequenz (f_LO) abzutasten, und um eine Polarität des abgetasteten Eingangssignals (103) mit einer vorgegebenen Polaritätsumschaltfrequenz (f_POL) umzuschalten; wobei der Mischer (100) ein Kapazitätsnetzwerk (215) zum Halten des abgetasteten Eingangssignals (103) umfasst; wobei der Mischer (100) ausgebildet ist, um ein erstes Datensignal mit einem ersten Frequenzbereich und einer ersten Mittenfrequenz und ein zweites Datensignal mit einem zweiten Frequenzbereich und einer zweiten Mittenfrequenz gleichzeitig zu empfangen, wobei das erste Datensignal und das zweite Datensignal in dem Eingangssignal (101) enthalten sind; wobei die zweite Mittenfrequenz großer ist als die erste Mittenfrequenz; und wobei eine Kapazität (219) des Kapazitätsnetzwerks (215) so gewählt ist, dass eine Durchlassbandbreite eines sich durch diese Kapazität (219) ergebenden Filters für das abgetastete Eingangssignal (103) kleiner ist als ein Betrag einer Differenz zwischen einer unteren Grenze des ersten Frequenzbereichs und einer oberen Grenze des zweiten Frequenzbereichs.
Mischersystem (500) mit: einer Mehrzahl von Mischern (100a–100n), wobei jeder der Mischer (100a–100n) ausgebildet ist, um ein empfangenes Eingangssignals (100a–100n) mit einer vorgegebenen Oszillatorfrequenz (f_LO) abzutasten, und um eine Polarität des abgetasteten Eingangssignals (103a–103n) mit einer vorgegebenen Polaritätsumschaltfrequenz (f_POL) umzuschalten; einer Taktbereitstellungseinrichtung (501), um jedem Mischer (100a–100n) aus der Mehrzahl von Mischern (100a–100n) ein Oszillatorsignal (209a–209n) mit der vorgegebenen Oszillatorfrequenz (f_LO) und ein Polaritätsumschaltsignal (211a–211n) mit der vorgegebenen Polaritätsumschaltfrequenz (f_POL) bereitzustellen; wobei Oszillatorsignale (209a–209n) für verschiedene Mischer (100a–100n) phasenverschoben zueinander sind; und wobei die Polaritätsumschaltsignale (211a–211n) für verschiedene Mischer (100a–100n) phasenverschoben zueinander sind.
Mischersystem (500) gemäß Anspruch 20, wobei die Oszillatorfrequenz (f_LO) verschieden zu der Polaritätsumschaltfrequenz (f_POL) ist.
Mischersystem gemäß einem der Ansprüche 20 oder 21, wobei die Taktbereitstellungseinrichtung (501) ausgebildet ist, um jedem der Mischer (100a–100n) sein Oszillatorsignal (109a–109n) und sein Polaritätsumschaltsignal (211a–211n) so bereitzustellen, dass ein Zustandswechsel eines Polaritätsumschaltsignals (211a–211n) eines Mischers (100a–100n) nur auftritt, wenn das Oszillatorsignal (209a–209n) des Mischers (100a–100n) einen vorgegebenen Zustand hat, in dem ein Ausgang des Mischers (100a–100n), an dem der Mischer (100a–100n) sein abgetastetes Eingangssignal (103a–103n) bereitstellt, entkoppelt von einem Eingang des Mischers, an dem der Mischer (100a–100n) das Eingangssignal (101) empfängt, ist.
Mischersystem gemäß einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei jeder der Mischer (100a–100n) das gleiche Eingangssignal (101) empfängt.
Verfahren (700) mit folgenden Schritten: Abtasten (701) eines empfangenen Eingangssignals mit einer vorgegebenen Oszillatorfrequenz; und Umschalten (703) einer Polarität des abgetasteten Eingangssignals mit einer vorgegebenen Polaritätsumschaltfrequenz; wobei in dem Empfangssignal ein erstes Datensignal mit einem ersten Frequenzbereich und ein zweites Datensignal mit einem zweiten Frequenzbereich enthalten sind; und wobei die Oszillatorfrequenz und die Polaritätsumschaltfrequenz so gewählt sind, dass der erste Frequenzbereich innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereichs um eine positive Differenz aus der Oszillatorfrequenz und der Polaritätsumschaltfrequenz liegt und der zweite Frequenzbereich innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereichs um eine Summe aus der Oszillatorfrequenz und der Polaritätsumschaltfrequenz liegt.
Verfahren (700) gemäß Anspruch 24, wobei eine Mittenfrequenz des ersten Frequenzbereichs kleiner als eine Mittenfrequenz des zweiten Frequenzbereichs ist und der erste Frequenzbereich und der zweite Frequenzbereich disjunkt sind; wobei eine Bandbreite des vorgegebenen Frequenzbereichs um die Summe aus der Oszillatorfrequenz und der Polaritätsumschaltfrequenz und eine Bandbreite des vorgegebenen Frequenzbereichs um die positive Differenz aus der Oszillatorfrequenz und der Polaritätsumschaltfrequenz gleich einer Durchlassbandbreite eines Filters für das abgetastete Eingangssignal sind; und wobei die Durchlassbandbreite des Filters kleiner als ein Betrag einer Differenz aus einer unteren Grenze des ersten Frequenzbereichs und einer oberen Grenze des zweiten Frequenzbereichs ist.
Mischer (100) mit folgenden Merkmalen: einer Abtaststufe (203), die ausgebildet ist, um ein empfangenes Eingangssignal (101) mit einer vorgegebenen Oszillatorfrequenz (f_LO) eines angelegten Oszillatorsignals (209) abzutasten, und um bei der Abtastung eine Polarität des abgetasteten Eingangssignals (103) bezüglich des empfangenen Eingangssignals (101) aufrechtzuerhalten, wenn das Oszillatorsignal (209) an einem ersten Oszillatorsignaleingang der Abtaststufe (407a, 407b, 411a, 411b) anliegt und um bei der Abtastung eine Polarität des abgetasteten Eingangssignals (103) bezüglich des empfangenen Eingangssignals (101) zu wechseln, wenn das Oszillatorsignal (209) an einem zweiten Oszillatorsignaleingang der Abtaststufe (407a, 407b, 411a, 411b) anliegt; und einem Umschaltsignalbereitsteller (413), der ausgebildet ist, um das Oszillatorsignal mit einer vorgegebenen Polaritätsumschaltfrequenz (f_POL) wechselseitig an dem ersten Oszillatorsignaleingang der Abtaststufe (407a, 407b, 411a, 411b) und dem zweiten Oszillatorsignaleingang der Abtaststufe (407a, 407b, 411a, 411b) anzulegen.