DE102023200451A1

DE102023200451A1 - Schaltung mit einer stromspiegelschaltung und verfahren zum betreiben einer schaltung

Info

Publication number: DE102023200451A1
Application number: DE102023200451.8A
Authority: DE
Inventors: Fabio Padovan; Dmytro Cherniak; Saleh Karman; Luigi Grimaldi; Giovanni Boi
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2023-01-20
Filing date: 2023-01-20
Publication date: 2024-07-25
Also published as: US20240250640A1; US12537481B2

Abstract

Die Offenbarung bezieht sich auf eine Schaltung (10), umfassend:eine Stromspiegelschaltung (14) mit einem Strompfad, der einen ersten Transistor (T1) umfasst, und einem Replikstrompfad, der einen zweiten Transistor (T2) umfasst, wobei der Strompfad mit dem Replikstrompfad verbunden ist, um einen Strom im Replikstrompfad basierend auf einem Referenzstrom im Strompfad zu beeinflussen, wobei der Strom im Replikstrompfad proportional zum Referenzstrom ist,einen Kondensator (C), der zwischen ein Gate des zweiten Transistors (T2) des Replikstrompfads und ein erstes Potential gekoppelt ist,einen Schalter (S), der zwischen ein Gate des ersten Transistors (T1) des Strompfads und das Gate des zweiten Transistors (T2) des Replikstrompfads gekoppelt ist, um das Gate des ersten Transistors (T1) selektiv vom Gate des zweiten Transistors (T2) und von einer ersten Elektrode des Kondensators (C) zu trennen.Die Offenbarung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Betreiben einer Schaltung, die eine Stromspiegelschaltung (14) umfasst.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf das Gebiet einer elektronischen Schaltung, die einen Stromspiegel mit einem Strompfad und einem Replikstrompfad umfasst, und auf ein Verfahren zum Betreiben einer Schaltung, die einen Stromspiegel umfasst.
Hintergrund
Ein Stromspiegel ist eine Schaltung, die dazu ausgelegt ist, einen Referenzstrom durch einen Strompfad mit einer ersten aktiven Vorrichtung, z. B. einem ersten Transistor, zu spiegeln oder zu kopieren, indem der Strom in einem Replikstrompfad mit einer zweiten aktiven Vorrichtung, z. B. einem zweiten Transistor, einer Schaltung gesteuert wird, wobei der Ausgangsstrom unabhängig von der Belastung konstant gehalten wird. Der gespiegelte oder kopierte Strom im Replikstrompfad ist dann proportional zum Referenzstrom durch die erste aktive Vorrichtung und kann zu einem Ausgangsstrom des Stromspiegels führen. Ein Stromspiegel kann auch die Stromrichtung umkehren.
Der Stromspiegel kann verwendet werden, um Vorspannungsströme und aktive Lasten für andere Schaltungen bereitzustellen. Der durch den Stromspiegel ausgegebene Strom kann beispielsweise in eine andere Schaltung eingegeben werden und ein durch die andere Schaltung erzeugtes Signal beeinflussen. Die andere Schaltung kann beispielsweise eine Hochfrequenzschaltung sein, die ein Hochfrequenzsignal erzeugt und/oder sendet, und der Ausgangsstrom des Stromspiegels kann beispielsweise ein Vorspannungsstrom für eine elektronische Vorrichtung sein, die eine Vorrichtung der Hochfrequenzschaltung sein kann.
Mit einem Vorspannungsstrom kann der Arbeitspunkt einer elektronischen Vorrichtung, z. B. der Vorrichtung der Hochfrequenzschaltung, eingestellt werden. Der Vorspannungsstrom kann der Gleichstrom an einem Anschluss der Vorrichtung zu einem Zeitpunkt sein, wenn kein Eingangssignal angelegt wird. Eine Stromspiegelschaltung kann als eine Vorspannungsschaltung dienen, die diesen Vorspannungsstrom an die elektronische Vorrichtung liefert.
Das Rauschen von Oszillatorschaltungen und im Allgemeinen der meisten der Schaltungen, die einen Vorspannungsstrom benötigen, wird oft durch das Rauschen des Referenzstroms des Stromspiegels dominiert, der verwendet wird, um den Vorspannungsstrom zu erzeugen. Dieses Rauschen kann beispielsweise aus der Bandlücke des ersten Transistors T1 und/oder einem Spannungs-StromWandler V2I resultieren, der verwendet wird, um den Eingangsstrom in den Stromspiegel zu erzeugen. Dieses Rauschen wird mit dem Stromspiegelverhältnis multipliziert, das über 100 liegen kann.
Zusammenfassung
Eine Schaltung umfasst eine Stromspiegelschaltung mit einem Strompfad, der einen ersten Transistor umfasst, und einem Replikstrompfad, der einen zweiten Transistor umfasst. Der Strompfad ist mit dem Replikstrompfad verbunden, um einen Strom im Replikstrompfad basierend auf einem Referenzstrom im Strompfad zu beeinflussen. Der Strom im Replikstrompfad kann auch als Replikstrom bezeichnet werden. Der Referenzstrom und der Replikstrom können beispielsweise Gleichströme (DC: Gleichstrom) sein.
Der Replikstrom ist proportional zum Referenzstrom. Der Replikstrom und der Referenzstrom können die gleiche Größe aufweisen oder der Replikstrom kann proportional kleiner als der Referenzstrom sein oder der Replikstrom kann proportional größer als der Referenzstrom sein. In einer Ausführungsform ist der Replikstrom proportional größer als der Referenzstrom.
Ein Strom, der in den Strompfad des Stromspiegels eingegeben wird, kann zu einem Referenzstrom führen, der den Replikstrom beeinflussen kann. Der Replikstrom kann dann eine verstärkte Version des Referenzstroms sein, da der Stromspiegel einen Replikstrom erzeugen kann, der proportional größer als der Referenzstrom ist. Das Verhältnis von Replikstrom zu Referenzstrom kann als Stromspiegelverhältnis bezeichnet werden.
Ein Kondensator ist zwischen ein Gate des zweiten Transistors des Replikstrompfads und ein erstes Potential gekoppelt. Eine erste Elektrode des Kondensators ist mit dem Gate des zweiten Transistors gekoppelt und eine zweite Elektrode des Kondensators ist mit dem ersten Potential gekoppelt. Ein Schalter ist zwischen ein Gate des ersten Transistors des Strompfads und das Gate des zweiten Transistors des Replikstrompfads gekoppelt, um das Gate des ersten Transistors selektiv vom Gate des zweiten Transistors und von der ersten Elektrode des Kondensators zu trennen.
Durch Öffnen des Schalters kann das Gate des ersten Transistors selektiv vom Gate des zweiten Transistors getrennt werden. Dies bedeutet, dass der Strompfad mit dem Referenzstrom selektiv vom Replikstrompfad getrennt werden kann. Während Zeiten einer solchen Trennung kann verhindert werden, dass Verzerrungen oder Rauschen, die im Referenzstrom vorhanden sind, den Replikstrom beeinflussen. Das selektive Öffnen des Schalters kann vorteilhaft verwendet werden, um den Einfluss von Rauschen im Referenzstrom auf den Replikstrom und auf jeden Ausgangsstrom des Stromspiegels, der vom Replikstrom abhängt, zu begrenzen.
Während solcher Zeiten der Trennung mit einem offenen Schalter wird eine Spannung vom Kondensator an das Gate des zweiten Transistors geliefert, um die Funktion des zweiten Transistors und des Replikstrompfads aufrechtzuerhalten. Die Größe des Kondensators entspricht der Menge an elektrischer Energie, die der Kondensator speichern kann. Wenn das Gate des zweiten Transistors mit Spannung vom Kondensator versorgt wird, wird elektrische Energie vom Kondensator an das Gate geliefert und der Kondensator kann entladen werden. Die Größe des Kondensators kann so gewählt werden, dass sie der Menge an elektrischer Energie entspricht, die benötigt wird, um das Gate des zweiten Transistors während Zeiten, in denen der Schalter offen ist, mit einer Spannung zu versorgen. Da die Schaltung so ausgelegt sein kann, dass die Entladung von geringer Größe ist, kann der Kondensator so gewählt werden, dass er von relativ geringer Größe ist, wodurch die Kosten der Schaltung begrenzt werden und die von dem Kondensator verwendete Fläche gering gehalten wird.
In einer Ausführungsform kann der Schalter steuerbar sein, um das Gate des ersten Transistors mit dem Gate des zweiten Transistors und der ersten Elektrode des Kondensators während einer ersten Phase zu verbinden und das Gate des ersten Transistors vom Gate des zweiten Transistors und von der ersten Elektrode des Kondensators während einer zweiten Phase zu trennen.
Dies ermöglicht das Laden des Kondensators während der ersten Phase und das Zuführen von elektrischer Energie aus dem Strompfad in den Replikstrompfad.
Diese Ausführungsform ermöglicht auch das Bereitstellen einer Spannung von einem Potential der ersten Elektrode des Kondensators an das Gate des zweiten Transistors während der zweiten Phase. Während der zweiten Phase wird der Replikstrom nicht durch Rauschen oder Verzerrungen im Referenzstrom beeinflusst, da das Gate des zweiten Transistors im Replikstrompfad durch den Kondensator und nicht durch das Gate des ersten Transistors im Strompfad versorgt wird. Während der zweiten Phase kann der Ausgangsstrom des Stromspiegels daher von Rauschen im Referenzstrom abgeschirmt werden.
Die Schaltung kann als ein Stromspiegel mit einer Abtast-Halte-Schaltung zwischen den beiden Strompfaden angesehen werden. Die Abtast-Halte-Schaltung umfasst den Schalter einerseits und den Kondensator andererseits als ein Mittel zum Speichern von Energie. Der Kondensator kann durch ein anderes Mittel zum Speichern von elektrischer Energie ersetzt werden. Die Abtastphase entspricht der ersten Phase, wenn der Schalter geschlossen ist. Die Haltephase entspricht der zweiten Phase, wenn der Schalter offen ist.
In einer Ausführungsform kann die Schaltung eine Hochfrequenzschaltung umfassen, die einen Hochfrequenzsender umfasst. Der Hochfrequenzsender kann gesteuert werden, um ein Hochfrequenzsignal während der zweiten Phase zu senden. In Beispielen dieser Ausführungsform kann der Replikstrom im Replikstrompfad von der Stromspiegelschaltung ausgegeben und als ein Vorspannungsstrom an eine elektronische Vorrichtung der Hochfrequenzschaltung angelegt werden.
In Beispielen der Schaltung können die erste und die zweite Phase periodisch auftreten. Dies ermöglicht einen periodischen Betrieb, der von dem Ausgangssignal einer anderen Schaltung abhängen kann, der der Ausgangsstrom des Stromspiegels zugeführt wird.
Die Hochfrequenzschaltung kann eine Radarvorrichtung umfassen, die ein Radarsignal erzeugt und/oder sendet. Die andere Schaltung, der der Ausgangsstrom des Stromspiegels zugeführt wird, kann zum Beispiel eine solche Radarvorrichtung sein. Die erste und die zweite Phase können somit von dem Radarsignal abhängig gemacht werden, das von der Radarvorrichtung erzeugt und/oder gesendet wird. Die Auswirkung von Rauschen auf das Radarsignal kann zum Beispiel verringert werden, indem die erste und die zweite Phase von dem Radarsignal abhängig gemacht werden.
In Beispielen umfasst die Radarvorrichtung eine FMCW-Radarvorrichtung (Frequency Modulated Continuous Wave) und die erste Phase ist eine Rücklaufzeit der Erzeugung des Hochfrequenzsignals. Ein FMCW-Radarsignal umfasst mehrere sogenannte Chirps, während denen die Frequenz des Radarsignals linear erhöht wird. Während der Rücklaufzeit, die auch als Rücksetzzeit bezeichnet wird, wird die Frequenz auf die niedrigere Frequenz zurückgesetzt. In anderen Beispielen kann die erste Phase zwischen Rahmen des Hochfrequenzsignals liegen. Ein Rahmen ist eine periodisch wiederholte Struktur eines Hochfrequenzsignals. Ein Rahmen eines FMCW-Radarsignals kann mehrere Chirps umfassen. Die Rücklaufzeit und die Zeit zwischen Rahmen des Signals sind Zeitperioden, in denen kein Radarsignal von der Radarvorrichtung gesendet wird. Jegliches Rauschen im Referenzstrom, das sich zum Replikstrom und von dort zu einem von der Radarvorrichtung verwendeten Vorspannungsstrom ausbreiten kann, kann daher das gesendete Signal der Radarvorrichtung nicht beeinflussen. Die Übertragung des Radarsignals erfolgt während der zweiten Phase, wenn der Schalter offen ist und der Replikstrom nicht durch Rauschen im Referenzstrom beeinflusst wird.
Das erste Potential kann auf einem Versorgungspotential oder einem Massepotential liegen. Beide Lösungen können für die Schaltung gewählt werden und können den Typ des im Stromspiegel verwendeten Transistors beeinflussen.
In bestimmten Ausführungsformen kann die Schaltung ferner einen spannungsgesteuerten Oszillator, einen digital gesteuerten Oszillator und/oder einen Leistungsverstärker umfassen. In Beispielen dieser Ausführungsform kann der Strom im Replikstrompfad von der Stromspiegelschaltung ausgegeben und als ein Vorspannungsstrom an den spannungsgesteuerten Oszillator, den digital gesteuerten Oszillator und/oder den Leistungsverstärker angelegt werden.
Ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) ist ein elektronischer Oszillator, dessen Oszillationsfrequenz durch einen Spannungseingang gesteuert wird. Die angelegte Eingangsspannung bestimmt die momentane Oszillationsfrequenz. Ein digital gesteuerter Oszillator (DCO) ist eine Oszillatorschaltung, deren Oszillationsfrequenz durch ein digitales Steuersignal gesteuert wird. Ein VCO oder ein DCO kann zum Erzeugen eines Modulationssignals in einer Hochfrequenzschaltung verwendet werden. Ein Leistungsverstärker ist eine elektronische Vorrichtung, die die Leistung eines Signals erhöhen kann. Dieser kann in einer Hochfrequenzschaltung umfasst sein.
In bestimmten Ausführungsformen umfasst die Hochfrequenzschaltung einen Hochfrequenzgenerator zum Erzeugen des Hochfrequenzsignals und/oder einen Hochfrequenzsender zum Senden des Hochfrequenzsignals, wobei der Schalter basierend auf dem Hochfrequenzsignal gesteuert wird. Der Schalter kann basierend auf mindestens einem Parameter des Hochfrequenzsignals, beispielsweise der Frequenz und/oder dem Tastverhältnis des Hochfrequenzsignals, gesteuert werden. Dies ermöglicht das Steuern des Schalters auf eine Weise, um den Einfluss von Rauschen im Referenzstrom auf das Hochfrequenzsignal zu verringern.
In einigen Beispielen kann der Schalter abhängig vom Tastverhältnis des Hochfrequenzsignals gesteuert werden und während Zeiten, in denen das Hochfrequenzsignal gesendet wird, geöffnet werden.
In bestimmten Beispielen kann der Schalter durch ein Signal gesteuert werden, das eine Frequenz umfasst, die von der Frequenz des Hochfrequenzsignals abhängt. In einer Ausführungsform kann die Frequenz des Signals, das den Schalter steuert, mit dem Hochfrequenzsignal synchronisiert sein. Die Synchronisation kann beispielsweise so gewählt werden, dass die Frequenz des Hochfrequenzsignals ein ganzzahliges Vielfaches der Frequenz des Signals ist, das den Schalter steuert. Das Schließen des Schalters kann dann mit der Frequenz des Hochfrequenzsignals synchronisiert werden, so dass der Schalter geschlossen wird, wenn die Auswirkung auf das Hochfrequenzsignal gering ist, z. B. während Zeiten mit geringer Amplitude des Hochfrequenzsignals.
In Ausführungsformen der Schaltung können die Schaltung und/oder der Schalter konfiguriert sein, um den Kondensator während der ersten Phase zu laden. Die Schaltung kann so konfiguriert sein, dass das Gate des zweiten Transistors mit der ersten Elektrode des Kondensators während der zweiten Phase verbunden ist, so dass das Gate des zweiten Transistors durch ein Potential der ersten Elektrode des Kondensators gesteuert wird. Dies kann einer Abtast-Halte-Schaltung mit der Abtastphase während der ersten Phase und der Haltephase während der zweiten Phase entsprechen.
Eine Schaltung umfasst eine Stromspiegelschaltung mit einem Strompfad, der einen ersten Transistor umfasst, und einem Replikstrompfad, der einen zweiten Transistor umfasst, wobei der Strompfad mit dem Replikstrompfad verbunden ist, und wobei ein Kondensator zwischen ein Gate des zweiten Transistors und ein erstes Potential gekoppelt ist. Eine erste Elektrode des Kondensators ist mit dem Gate des zweiten Transistors gekoppelt und eine zweite Elektrode des Kondensators ist mit dem ersten Potential gekoppelt. Ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Schaltung umfasst:

Beeinflussen eines Stroms im Replikstrompfad basierend auf dem Referenzstrom im Strompfad, wobei der Strom im Replikstrompfad proportional zum Referenzstrom ist, und selektives Trennen eines Gates des ersten Transistors vom Gate des zweiten Transistors und von der ersten Elektrode des Kondensators.

In einer Ausführungsform kann das Gate des ersten Transistors mit dem Gate des zweiten Transistors und mit der ersten Elektrode des Kondensators während einer ersten Phase verbunden sein und das Gate des ersten Transistors kann vom Gate des zweiten Transistors und von der ersten Elektrode des Kondensators während einer zweiten Phase getrennt sein.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Replikstrom an eine Hochfrequenzschaltung ausgegeben, die die Erzeugung und/oder Übertragung eines Hochfrequenzsignals beeinflusst.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren Laden des Kondensators während der ersten Phase und Verbinden des Gates des zweiten Transistors mit der ersten Elektrode des Kondensators während der zweiten Phase, so dass das Gate des zweiten Transistors durch ein Potential der ersten Elektrode gesteuert wird.
Kurzbeschreibung der Figuren
Ausführungsformen werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren rein beispielhaft beschrieben. Gleiche Bezugszeichen werden verwendet, um durchgehend auf gleiche Elemente hinzuweisen. Die dargestellten Strukturen und Vorrichtungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet.

1 stellt ein schematisches Blockdiagramm einer Schaltung mit einem Stromspiegel dar.
2 stellt schematisch ein Beispiel eines Hochfrequenzsignals dar.
2 stellt schematisch ein Beispiel eines Hochfrequenzsignals dar.
4 stellt ein schematisches Blockdiagramm einer Radarvorrichtung dar.

Ausführliche Beschreibung
1 stellt ein schematisches Blockdiagramm einer Schaltung 10 mit einem Stromspiegel 14 dar. Ein Eingangsstrom wird durch einen Eingangsstromgenerator B erzeugt. Der Eingangsstrom wird in den Stromspiegel 14 eingespeist. Der Eingangsstrom wird in einen Strompfad des Stromspiegels 14 eingespeist, der einen ersten Transistor T1 umfasst. Der Strom, der durch den Strompfad mit dem ersten Transistor T1 fließt, wird auch als Referenzstrom bezeichnet. Der Stromspiegel 14 umfasst einen Replikstrompfad mit einem zweiten Transistor T2. Der Strom, der durch den Replikstrompfad fließt, wird auch als Replikstrom bezeichnet. Der Replikstrom wird von dem Stromspiegel 14 an eine andere Schaltung 12 ausgegeben. Die Transistoren T1, T2 können jede Art von Transistor sein, wie bipolartransistoren oder MOSFET. In Beispielen des Stromspiegels 14 sind der erste und der zweite Transistor T1, T2 vom gleichen Typ. Ein Stromspiegelverhältnis hängt dann von der Flächendifferenz des ersten und des zweiten Transistors T1, T2 ab.
Das Gate des ersten Transistors T1 ist über einen Schalter S mit einem Gate des zweiten Transistors T2 verbindbar. Der Schalter S kann jeder geeignete Typ von Schalter für diese Anwendung sein, insbesondere ein halbleiterbasierter Schalter, wie z. B. ein kaskadierter Schalter, ein MOS- oder ein PMOS-Schalter.
Eine erste Elektrode eines Kondensators C ist mit dem Gate des zweiten Transistors T2 gekoppelt und eine zweite Elektrode des Kondensators C ist mit Masse gekoppelt. Wenn der Schalter S geschlossen ist, verstärkt der Stromspiegel 14 den Referenzstrom, der durch den Strompfad fließt, zu einem Replikstrom, der durch den Replikstrompfad fließt. Der Replikstrom ist proportional zum Referenzstrom, der durch den Strompfad fließt. In einer Ausführungsform kann der Replikstrom die gleiche Größe wie der Referenzstrom aufweisen. In einer anderen Ausführungsform ist der Replikstrom ein Vielfaches des Referenzstroms.
Der Stromspiegel 14 kann zum Beispiel ein Stromspiegelverhältnis zwischen eins und 1000, zum Beispiel einhundert, aufweisen. Dies bedeutet, dass der Replikstrom einfach bis 1000 Mal größer als der Referenzstrom sein kann. Das Stromspiegelverhältnis ist im Wesentlichen durch den ersten und den zweiten Transistor T1, T2 und die Flächen, die sie umfassen, definiert. Unterschiedliche Flächen der Transistoren T1, T2 können unterschiedliche Stromspiegelverhältnisse definieren.
In einem typischen Beispiel des Stromspiegels 14 ist der Replikstrom hundertmal größer als der Strom, der durch den Strompfad fließt. Dies bedeutet auch, dass ein in den Strompfad eingegebener Eingangsstrom zu einem Ausgangsstrom des Stromspiegels 14 führen kann, der eine Größe aufweist, die der Größe des Referenzstroms multipliziert mit dem Stromspiegelverhältnis entspricht. Typische Werte für den Referenzstrom können in der Größenordnung eines Zehntels von µA liegen. Typische Werte für den Replikstrom können in der Größenordnung eines Zehntels von mA liegen.
Die erste Elektrode des Kondensators C ist mit dem Schalter S und mit dem Gate des zweiten Transistors T2 gekoppelt. Der Schalter S kann gesteuert werden, um das Gate des ersten Transistors T1 selektiv mit dem Gate des zweiten Transistors T2 und mit der ersten Elektrode des Kondensators C zu verbinden oder zu trennen. Die zweite Elektrode des Kondensators C ist mit Masse verbunden.
Der durch den Stromspiegel 14 an die andere Schaltung 12 bereitgestellte Ausgangsstrom kann wiederum ein durch die andere Schaltung 12 erzeugtes Signal beeinflussen. In einer Ausführungsform kann die andere Schaltung 12 eine Hochfrequenzschaltung sein, die einen Hochfrequenzgenerator und einen Hochfrequenzsender umfasst. Der Ausgangsstrom des Stromspiegels 14 kann dann durch eine Vorrichtung der anderen Schaltung 12 verwendet werden, z. B. als ein Vorspannungsstrom für einen Leistungsverstärker oder einen gesteuerten Oszillator.
Wenn der Schalter S geschlossen ist, wird der Replikstrom direkt durch den Strom beeinflusst, der durch den Strompfad fließt. Gleiches gilt, wenn Rauschen im Strom vorhanden ist, der durch den Strompfad fließt. Dieses Rauschen wird auch im Replikstrom reflektiert. Da der Replikstrom eine verstärkte Version des Referenzstroms sein könnte, kann dieses Rauschen auch zusammen mit dem Strom verstärkt werden. Rauschen im Replikstrom wird dann im Ausgangsstrom des Stromspiegels 14 vorhanden sein. Es kann nicht wünschenswert sein, einen solchen Ausgangsstrom mit Rauschen der anderen Schaltung 12 zuzuführen, da die Qualität des Betriebs der anderen Schaltung 12 beeinflusst werden kann.
Es ist daher vorgesehen, den Schalter S während einer ersten Phase Ph1 des Betriebs des Stromspiegels 14 selektiv zu schließen und den Schalter S während einer zweiten Phase Ph2 des Betriebs des Stromspiegels 14 selektiv zu öffnen.
Während der ersten Phase Ph1, wenn der Schalter S geschlossen ist, wird der Replikstrom direkt durch den Strom beeinflusst, der durch den Strompfad und den ersten Transistor T1 fließt. Gleichzeitig wird während der ersten Phase Ph1 der Kondensator C über den Strom geladen, der über den geschlossenen Schalter S fließt.
Während einer zweiten Phase Ph2 des Betriebs ist der Schalter offen. Es gibt keine direkte Verbindung zwischen dem Gate des ersten Transistors T1 und dem Gate des zweiten Transistors T2 während der zweiten Phase Ph2. Die Spannung, die an das Gate des zweiten Transistors T2 angelegt wird, wird durch den Kondensator C bereitgestellt. Diese Spannung, die an das Gate des zweiten Transistors T2 angelegt wird, ermöglicht, dass der Replikstrom durch den Replikstrompfad des Stromspiegels 14 fließt. Die Entladung des Kondensators C während der zweiten Phase Ph2, z. B. aufgrund von Leckage, kann gering sein, wenn der Stromspiegel 14 richtig ausgelegt ist. Es ist daher möglich, den Stromspiegel 14 so auszulegen, dass der Kondensator C von relativ geringer Größe sein kann.
Der Stromspiegel 14, wie er in Bezug auf 1 beschrieben ist, ermöglicht, dass der Schalter S selektiv gesteuert wird. Er ermöglicht, jedes Rauschen, das im Eingangsstrom vorhanden ist, selektiv vom Ausgangsstrom des Stromspiegels 14 abzuschneiden, wenn der Schalter S während der zweiten Phase Ph2 offen ist. Rauschen, das im Eingangsstrom zum Stromspiegel 14 vorhanden ist, wird während der zweiten Phase Ph2 nicht im Ausgangsstrom des Stromspiegels 14 reflektiert. Nur während der ersten Phase Ph1, wenn der Schalter S geschlossen ist, wird Rauschen des Eingangsstroms zum Ausgangsstrom des Stromspiegels 14 reflektiert. Durch geeignete Wahl des Auftretens der ersten Phase Ph1 kann der Einfluss von Rauschen auf den Ausgangsstrom minimiert werden.
Unter Berücksichtigung dessen, dass der Ausgangsstrom des Stromspiegels 14 ein durch die andere Schaltung 12 erzeugtes Signal beeinflussen kann, kann dies vorteilhaft verwendet werden, indem die erste Phase Ph1 und die zweite Phase Ph2 von der Verwendung des Ausgangsstroms in der anderen Schaltung 12 abhängig gemacht werden. Wenn beispielsweise die andere Schaltung 12 eine Signalerzeugungs- und/oder Signalübertragungsvorrichtung umfasst, kann das Auftreten der ersten Phase Ph1 selektiv zeitlich so gesteuert werden, dass der Einfluss auf die durch die andere Schaltung erzeugten Signale so gering wie möglich ist.
Ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Schaltung 10, wie sie in 1 gezeigt ist, umfasst ein Beeinflussen des Replikstroms basierend auf dem Referenzstrom im Strompfad, wobei der Replikstrom proportional zum Referenzstrom ist, und ein selektives Trennen des Gates des ersten Transistors T1 vom Gate des zweiten Transistors T2 und von der ersten Elektrode des Kondensators C. Das Gate des ersten Transistors T1 kann beispielsweise vom Gate des zweiten Transistors T2 und von der ersten Elektrode des Kondensators C durch Öffnen des Schalters S getrennt werden.
Der Schalter S kann durch ein Steuersignal gesteuert werden, um während einer ersten Phase Ph2 zu schließen und während einer zweiten Phase Ph2 zu öffnen. Das Verfahren zum Betreiben der Schaltung 10 kann ferner ein Laden des Kondensators C während der ersten Phase Ph1 und ein Steuern des Gates des zweiten Transistors T2 durch ein Potential der ersten Elektrode des Kondensators C während der zweiten Phase Ph2 umfassen.
Das Verfahren kann ferner ein Ausgeben des Replikstroms der Schaltung 10 an eine Hochfrequenzschaltung 12 umfassen, die die Erzeugung und/oder Übertragung eines Hochfrequenzsignals beeinflusst.
Das Schließen des Schalters S kann etwas Rauschen im Ausgangsstrom erzeugen. Die Schaltung 10 kann daher ausgelegt sein, um dieses Schaltrauschen auf einem niedrigen Pegel zu halten. In einigen Ausführungsformen kann die Frequenz des Steuersignals für den Schalter S mit dem von der anderen Schaltung erzeugten Signal synchronisiert sein, wie es in Verbindung mit 4 beschrieben ist. Diese Synchronisation ermöglicht es, die Auswirkung eines solchen Schaltrauschens zu verringern, da das Schaltrauschen auftreten wird, wenn die Amplitude des von der anderen Schaltung 12 erzeugten Signals klein ist, weil es nahe einem Nulldurchgangspunkt ist.
Unter Bezugnahme auf 2 werden die Schaltung 10 und das Verfahren unter Verwendung des Beispiels einer Radarvorrichtung weiter beschrieben. Die Radarvorrichtung kann die andere Schaltung 12 sein oder die andere Schaltung 12 kann in der Radarvorrichtung enthalten sein. In 2 ist ein Beispiel eines Hochfrequenzsignals gezeigt. Das in 2 gezeigte Beispiel ist ein FMCW-Radarsignal. Bei FMCW-Radar wird die Frequenz des Signals mit zunehmender Frequenz frequenzmoduliert, was zu einer Frequenzrampe führt. Während einer Rücklaufzeit wird die Frequenz des Signals wieder auf eine niedrigere Frequenz verringert, die dann als die Startfrequenz einer neuen Rampe der Frequenzmodulation dienen wird. Die Frequenzrampe kann auch als Chirp bezeichnet werden. In 2 sind zwei Chirps der Frequenzmodulation mit einer Rücklaufzeit zwischen den zwei Chirps gezeigt. Die Rampe kann zum Beispiel eine Dauer zwischen 100-500 µs, z. B. 200 µs, aufweisen und die Rücksetzzeit kann eine Dauer zwischen 0,5-5 µs, z. B. 1 µs, aufweisen.
Der Schalter S des Stromspiegels 14, wie er in 1 gezeigt ist, kann in Abhängigkeit von dem Radarsignal, wie es in 2 gezeigt ist, gesteuert werden.
Im Fall eines FMCW-Radars wird das Radarsignal während eines Chirps gesendet. Während der Übertragung des Radarsignals ist es erwünscht, das Rauschen der Radarvorrichtung, insbesondere das Rauschen, das in irgendwelchen Vorspannungsströmen vorhanden ist, die der Radarvorrichtung bereitgestellt werden, zu verringern. Wenn eine Schaltung 10, wie die in 1 gezeigte, die den Stromspiegel 14 umfasst, den Vorspannungsstrom an eine Vorrichtung der Radarvorrichtung bereitstellt, ist es erwünscht, das Rauschen des Vorspannungsstroms so gering wie möglich zu haben. Es ist daher vorteilhaft, die zweite Phase Ph2, d. h. die Zeit, in der der Schalter S offen ist, zu wählen, während das Radarsignal gesendet wird. Für den Fall eines FMCW-Radars ist dies beispielsweise während eines Chirps, wie in 2 gezeigt. Die erste Phase Ph1, d. h. wenn der Schalter S geschlossen ist, kann dann während einer Rücklaufzeit des Radarsignals erfolgen, wenn tatsächlich kein Radarsignal gesendet wird.
Die Schaltung 10 im Stromspiegel 14 kann so ausgelegt sein, dass die erste Phase Ph1 nicht während jeder Rücklaufzeit des Radarsignals erfolgen muss, sondern nur während bestimmter Rücklaufzeiten des Radarsignals. Die zweite Phase Ph2 kann auch Zeiten abdecken, in denen kein Radarsignal gesendet wird, da Rücksetzzeiten im Radarsignal häufiger erfolgen können als das Schließen des Schalters S während der ersten Phase Ph1.
3 zeigt ein anderes Beispiel eines Radarsignals mit zwei Chirps. Hier ist die zweite Phase Ph2 so gewählt, dass sie einem Rahmen F des Radarsignals entspricht. Ein Rahmen F ist eine periodisch wiederholte Struktur des Radarsignals und kann typischerweise viele Chirps umfassen.
Die erste Phase Ph1 ist so gewählt, dass sie zwischen Rahmen F des Radarsignals liegt. Die erste Phase Ph1 kann nur zwischen einigen der Rahmen F des Radarsignals liegen. Zwischen anderen Rahmen F des Radarsignals kann sich der Stromspiegel 14 noch in der zweiten Phase Ph2 befinden. Eine zweite Phase Ph2 kann sich dafür über mehrere oder viele Rahmen F erstrecken und auch ein oder mehrere Male zwischen den Rahmen F umfassen. Der Effekt des Versetzens der ersten Phase Ph1 zwischen Rahmen F des Radarsignals ermöglicht, dass jegliches Rauschen auf dem Eingangsstrom des Stromspiegels 14 im Ausgangsstrom des Stromspiegels 14 während Zeiten vorhanden ist, in denen ein durch die andere Schaltung 12 erzeugtes Signal nicht tatsächlich gesendet wird. Für den Fall, dass der Ausgangsstrom des Stromspiegels 14, z. B. als ein Vorspannungsstrom, an eine Vorrichtung der anderen Schaltung 12 angelegt wird, verringert dies die Auswirkung von Rauschen, das im Eingangsstrom des Stromspiegels 14 vorhanden ist, auf das durch die andere Schaltung 12 ausgegebene Signal.
4 stellt ein schematisches Blockdiagramm eines Phasenregelkreises 12 mit einer Stromspiegelschaltung 14, einem Eingangsstromgenerator B und einem Steuersignalgenerator 16 dar. Der Phasenregelkreis 12 kann in einer Radarvorrichtung enthalten sein.
Ein Phasenregelkreis 12 ist eine Schaltung, die ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Phase mit der Phase eines Referenzsignals in Beziehung steht. Er kann einen gesteuerten Oszillator CO und einen Phasendetektor PD in einer Rückkopplungsschleife umfassen. Die Frequenz und Phase des Oszillators können proportional durch eine angelegte Spannung im Fall eines spannungsgesteuerten Oszillators gesteuert werden, oder sie können durch ein digitales Eingangssignal im Fall eines digital gesteuerten Oszillators gesteuert werden. Der gesteuerte Oszillator CO erzeugt ein periodisches Signal einer Frequenz f_PLL, und der Phasendetektor PD vergleicht die Phase dieses Signals mit der Phase des periodischen Referenzsignals, um den Oszillator CO einzustellen, um die Phasen abgestimmt zu halten. Das Halten der Phase des Referenzsignals und der Phase des Ausgangssignals im Gleichlauf impliziert auch, die Frequenz des Referenzsignals und die Ausgangsfrequenz gleich zu halten. Folglich kann ein Phasenregelkreis 12 zusätzlich zu Synchronisierungssignalen eine Frequenz eines Referenzsignals verfolgen, oder er kann eine Frequenz f_PLL erzeugen, die ein Vielfaches der Eingangsfrequenz ist.
Der Phasenregelkreis 12 kann zusammen mit dem Stromspiegel 14 und anderen Elementen des Radars auf einem einzigen Radarchip realisiert sein.
Der Eingangsstromgenerator B erzeugt einen Eingangsstrom zu der Stromspiegelschaltung 14. Die Stromspiegelschaltung 14 gibt einen Ausgangsstrom aus, der an den gesteuerten Oszillator CO des Phasenregelkreises 12 angelegt wird, z. B. als ein Vorspannungsstrom. Der gesteuerte Oszillator CO kann zum Beispiel ein spannungsgesteuerter Oszillator oder ein digital gesteuerter Oszillator sein. Der Kristalloszillator XTAL ist ein präziser kristallbasierter Oszillator, der das Referenzsignal für einen Phasendetektor PD erzeugt. In einigen Ausführungsformen kann die Phasenregelkreisschaltung 12 einen kombinierten Phasen-, Frequenzdetektor PD umfassen. Das Schleifenfilter LF empfängt das Ausgangssignal des Phasendetektors PD. Das Schleifenfilter LF gibt sein Signal an den gesteuerten Oszillator CO aus. Der gesteuerte Oszillator CO kann ein spannungsgesteuerter Oszillator oder ein digital gesteuerter Oszillator sein. Das Ausgangssignal des gesteuerten Oszillators CO wird in den Multi-Modulus-Teiler MMD eingegeben. Der Multi-Modulus-Teiler MMD ist ein Frequenzteiler, der es ermöglicht, die Frequenz der Ausgangsfrequenz f_PLL zu steuern. Das frequenzgeteilte Signal des Multi-Modulus-Teilers MMD wird wiederum in den Phasendetektor PD eingegeben. Das Ausgangssignal des Phasendetektors PD entspricht dann der Phasendifferenz zwischen dem Referenzsignal und dem frequenzgeteilten Signal, das von dem Multi-Modulus-Teiler MMD ausgegeben wird. Dies ermöglicht es, die Frequenz des gesteuerten Oszillators CO zu ändern und Frequenzdifferenzen zu verringern. Im Fall des kombinierten Phasen-Frequenzteilers ermöglicht dies, die Frequenzdifferenz ebenfalls zu verringern.
Die Frequenz f_PLL, die von dem Phasenregelkreis 12 ausgegeben wird, wird in den Steuersignalgenerator 16 eingespeist. Der Steuersignalgenerator 16 erzeugt ein Steuersignal für den Schalter S des Stromspiegels 14. Das Steuersignal für den Schalter S hängt von der Ausgangsfrequenz f_PLL des Phasenregelkreises 12 ab. Die Frequenz des Steuersignals für den Schalter S wird von der Ausgangsfrequenz f_PLL des Phasenregelkreises 12 abgeleitet und kann beispielsweise in der Größenordnung von 1 MHz liegen, wenn die Frequenz f_PLL in der Größenordnung von 10 GHz liegt. Der Ausgangsstrom des Stromspiegels 14 wird an eine Vorrichtung angelegt, die die Ausgangsfrequenz des Phasenregelkreises 12 beeinflusst. Durch Verwendung der Ausgangsfrequenz f_PLL des Phasenregelkreises 12 zum Erzeugen des Steuersignals für den Schalter S des Stromspiegels 14 kann der Schalter S gesteuert werden, um synchronisiert mit der Frequenz f_PLL des Phasenregelkreises 12 geschlossen zu werden, d. h. das Auftreten der ersten Phase Ph1 kann mit der Frequenz f_PLL synchronisiert werden. Die Synchronisation kann beispielsweise darin bestehen, dass die Steuerfrequenz des Schalters S, die von dem Steuersignalgenerator 16 erzeugt wird, synchronisiert und niedriger als die Ausgangsfrequenz f_PLL des Phasenregelkreises 12 ist, indem die Ausgangsfrequenz des Phasenregelkreises durch eine ganze Zahl M geteilt wird.
Wie oben erläutert, ermöglichen die Schaltung 10 und das Verfahren zum Betreiben der Schaltung 10, dass der Einfluss des Rauschens eines Eingangsstroms auf den Ausgangsstrom des Stromspiegels 14 während der zweiten Phase Ph2 niedriger ist als während einer ersten Phase Ph1. Diese Beziehung wird verwendet, indem das Steuersignal des Schalters S mit dem Ausgangssignal der anderen Schaltung 12 synchronisiert wird, an die der Ausgangsstrom des Stromspiegels 14 auf eine Weise angelegt wird, dass die erste Phase Ph1 mit höherem Rauschen auftritt, wenn der Einfluss auf ein durch die andere Schaltung 12 erzeugtes Signal niedriger ist.
In dem in 4 gegebenen Beispiel würde die erste Phase Ph1 zum Beispiel auftreten, wenn die Amplitude des Ausgangssignals des Phasenregelkreises 12 nahe 0 und sehr klein ist.
Die beschriebene Schaltung 10 und das Verfahren bieten eine Technik, um das Rauschen von Vorspannungsstromerzeugungsschaltungen für z. B. Radaranwendungen zu verbessern. Die Verbindung zwischen den zwei Strompfaden des Stromspiegels 14 wird mit einer ersten Phase Ph1 und einer zweiten Phase Ph2 mit einer bestimmten Frequenz und Sequenz im Tastverhältnis betrieben, um die gleiche Funktionalität beizubehalten, jedoch das Rauschen zu verringern. Die vorgestellten Beispiele, die einen Abtast-Halte-Schalter umfassen, können es ermöglichen, übergroße Tiefpassfilter zu ersetzen und dadurch die Kapazität des verwendeten Kondensators C zu verringern.
Insbesondere wird die erste Phase Ph1, die als Abtastzeit betrachtet werden kann, verwendet, um den Kondensator C zu laden. Die erste Phase Ph1 wird so gesteuert, dass sie in einer Zeitspanne auftritt, wenn der Einfluss auf die andere Schaltung 12 gering ist, z. B. wenn das Hochfrequenzsystem nicht arbeitet. Während der zweiten Phase Ph2, die als Haltezeit betrachtet werden kann, wird die Energie in dem Kondensator C gespeichert. Die zweite Phase Ph2 wird so gesteuert, dass sie in einer Zeitspanne auftritt, in der der Einfluss auf die andere Schaltung 12 hoch ist, z. B. während der Rampenzeit bei FMCW-Radar.

Claims

Schaltung (10), umfassend: eine Stromspiegelschaltung (14) mit einem Strompfad, der einen ersten Transistor (T1) umfasst, und einem Replikstrompfad, der einen zweiten Transistor (T2) umfasst, wobei der Strompfad mit dem Replikstrompfad verbunden ist, um einen Strom im Replikstrompfad basierend auf einem Referenzstrom im Strompfad zu beeinflussen, wobei der Strom im Replikstrompfad proportional zum Referenzstrom ist, einen Kondensator (C), der zwischen ein Gate des zweiten Transistors (T2) des Replikstrompfads und ein erstes Potential gekoppelt ist, einen Schalter (S), der zwischen ein Gate des ersten Transistors (T1) des Strompfads und das Gate des zweiten Transistors (T2) des Replikstrompfads gekoppelt ist, um das Gate des ersten Transistors (T1) selektiv vom Gate des zweiten Transistors (T2) und von einer ersten Elektrode des Kondensators (C) zu trennen.
Schaltung nach Anspruch 1, wobei der Schalter (S) steuerbar ist, um das Gate des ersten Transistors (T1) mit dem Gate des zweiten Transistors (T2) und der ersten Elektrode des Kondensators (C) während einer ersten Phase (Ph1) zu verbinden und das Gate des ersten Transistors (T1) vom Gate des zweiten Transistors (T2) und von der ersten Elektrode des Kondensators (C) während einer zweiten Phase (Ph2) zu trennen.
Schaltung nach Anspruch 2, ferner umfassend eine Hochfrequenzschaltung, wobei die Hochfrequenzschaltung einen Hochfrequenzsender umfasst, der gesteuert wird, um ein Hochfrequenzsignal während der zweiten Phase (Ph2) zu senden.
Schaltung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die erste und die zweite Phase (Ph1, Ph2) periodisch auftreten.
Schaltung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Hochfrequenzschaltung eine Radarvorrichtung umfasst, die ein Radarsignal erzeugt und/oder sendet.
Schaltung nach Anspruch 5, wobei die Radarvorrichtung eine FMCW-Radarvorrichtung umfasst und die erste Phase (Ph1) eine Rücklaufzeit der Erzeugung des Hochfrequenzsignals ist.
Schaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die erste Phase (Ph1) zwischen Rahmen (F) des Hochfrequenzsignals liegt.
Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das erste Potential auf einem Versorgungspotential oder einem Massepotential liegt.
Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaltung ferner einen spannungsgesteuerten Oszillator und/oder einen Leistungsverstärker umfasst.
Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaltung ferner einen Hochfrequenzgenerator zum Erzeugen des Hochfrequenzsignals und/oder einen Hochfrequenzsender zum Senden des Hochfrequenzsignals umfasst, wobei der Schalter (S) basierend auf dem Hochfrequenzsignal gesteuert wird.
Schaltung nach Anspruch 10, wobei der Schalter (S) durch ein Signal gesteuert wird, das eine Frequenz umfasst, die von der Frequenz des Hochfrequenzsignals abhängt.
Schaltung nach Anspruch 11, wobei die Frequenz des Signals mit dem Hochfrequenzsignal synchronisiert ist.
Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, wobei der Schalter (S) konfiguriert ist, um den Kondensator (C) während der ersten Phase (Ph1) zu laden, und wobei die Schaltung so konfiguriert ist, dass das Gate des zweiten Transistors (T2) mit der ersten Elektrode des Kondensators (C) während der zweiten Phase (Ph2) verbunden ist, so dass das Gate des zweiten Transistors (T2) durch ein Potential der ersten Elektrode gesteuert wird.
Verfahren zum Betreiben einer Schaltung (10), die eine Stromspiegelschaltung (14) mit einem Strompfad, der einen ersten Transistor (T1) umfasst, und einem Replikstrompfad, der einen zweiten Transistor (T2) umfasst, umfasst, wobei der Strompfad mit dem Replikstrompfad verbunden ist und wobei ein Kondensator (C) zwischen ein Gate des zweiten Transistors (T2) und ein erstes Potential gekoppelt ist, wobei das Verfahren umfasst: Beeinflussen eines Stroms im Replikstrompfad basierend auf dem Referenzstrom im Strompfad, wobei der Strom im Replikstrompfad proportional zum Referenzstrom ist, und selektives Trennen eines Gates des ersten Transistors (T1) vom Gate des zweiten Transistors (T2) und von einer ersten Elektrode des Kondensators (C).
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Gate des ersten Transistors (T1) mit dem Gate des zweiten Transistors (T2) und mit der ersten Elektrode des Kondensators (C) während einer ersten Phase (Ph1) verbunden ist und das Gate des ersten Transistors (T1) vom Gate des zweiten Transistors (T2) und von der ersten Elektrode des Kondensators (C) während einer zweiten Phase (Ph2) getrennt ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Replikstrom an eine Hochfrequenzschaltung ausgegeben wird, die die Erzeugung und/oder Übertragung eines Hochfrequenzsignals beeinflusst.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei der Kondensator (C) während der ersten Phase (Ph1) geladen wird und wobei das Gate des zweiten Transistors (T2) mit der ersten Elektrode des Kondensators (C) während der zweiten Phase (Ph2) verbunden ist, so dass das Gate des zweiten Transistors (T2) durch ein Potential der ersten Elektrode gesteuert wird.