可变移相器、半导体集成电路和移相方法技术

一种可变移相器、半导体集成电路和移相方法。该可变移相器包括：传输线，响应于特定频率的输入信号从一对输出端口输出正交信号；合成器，包括与该对输出端口的第一端口连接的第一晶体管和与该对输出端口的第二端口连接的第二晶体管，当输入信号被输入时，提取以根据它们各自负载阻抗的相位从传输线的一对输出端口输出的信号，并使用第一和第二晶体管放大并合成该信号；以及相位控制器，通过控制合成器的第一和第二晶体管中每一个的放大操作来控制由合成器合成和输出的输出信号的相位。该可变移相器能够通过使用单个传输线使得相位所使用的可变相位范围是90°或更大，由此能够抑制器件表面积的增大。

【技术实现步骤摘要】
可变移相器、半导体集成电路和移相方法
本文讨论的实施例涉及一种可变移相器、半导体集成电路和移相方法。
技术介绍
用于改变信号相位的可变移相器例如在高频通信设备中使用。可变移相器也用于改变在高频通信中使用的相控阵列天线（phasedarrayantenna）的相位。例如，可变移相器的示例包括那些可变电容器与耦合传输线并联连接的可变移相器。在这样的可变移相器中，通过电压控制改变与传输线连接的容量，使得相位可以在100°或更大的范围内变化，然而，相移信号的振幅有大的变化。存在一种方法作为实现从0°至360°的可变相位范围同时抑制振幅变化的方法，该方法使用正交发生器（quadraturegenerator）和向量合成器（vectorsynthesizer）。在该方法中，正交信号I（0°）、Q（90°）、I’（180°）和Q’（270°）由正交发生器产生并且由向量合成器合成。存在一种方法作为另一种实现从0°至360°的可变相位范围同时抑制振幅的变化的方法，该方法使用用于输出离散正交信号的离散移相器和用于将输入信号的相位在0°至90°的范围内变化的反射式移相器。在这种方法中，采用分相器（phasedivider）来将0°、90°、180°和270°的每个相位的信号输出至离散移相器。使用分相器的可变移相器将从分相器输出的相位之一的信号输入至反射式移相器，该反射式移相器将相位在0°至90°的范围内改变。由此，使用分相器的可变移相器具有0°至360°的可变相位范围。然而，在正交发生器和离散移相器中，当在0°、90°、180°和270°的每个相位处产生信号时，例如，需要平衡-不平衡变换器（balun）来输出0°和180°的信号。此外，在正交发生器和离散移相器中，需要90°混合耦合器来输出针对每个从平衡-不平衡变换器输出的信号具有0°和90°的相位差的信号。平衡-不平衡变换器和混合耦合器占用了大部分的可变移相器器件表面积，因此阻碍了器件表面积的减小。存在一种可变移相器，该可变移相器使用两个可变放大器装置，从而通过控制使得可变放大器装置的每一个的振幅特性彼此关联以抑制振幅变化。在这样的可变移相器中，具有由功分器（powerdivider）装置分配的90°相位差的信号被可变放大器装置放大，然后被功率合成（powercombining）装置合成，使得输出信号的相位在0°至90°的范围内变化。[相关专利文献]日本特开公开号09-205301日本特开公开号2003-304136[相关非专利文献]由P.Vadievelu等著的“IntegratedCMOSmm-wavePhaseShiftersforSingleChipPortableRadar”,IMS2009,565-568页。然而，为了将90°的相位差传递给由功率合成装置合成的信号，除了功分器装置之外，还需要在功率合成装置中使用90°混合耦合器等。结果是，在使用了两个振幅放大装置的可变移相器中，存在的问题是，需要使用两个90°混合耦合器等来在0°至90°的范围内改变相位，这阻碍了表面积的减小。
技术实现思路
因此，实施例一个方案的目的是当在90°或更大的可变范围内改变相位时实现器件表面积的减小。根据实施例的一个方案，一种可变移相器，包括：传输线，响应于特定频率的输入信号而从一对输出端口输出正交信号；合成器，包括与所述一对输出端口的第一端口连接的第一晶体管和与所述一对输出端口的第二端口连接的第二晶体管，使得寄生电容变成所述传输线的负载阻抗，并且当所述输入信号被输入时，所述合成器提取以根据它们各自负载阻抗的相位从所述传输线的一对输出端口输出的信号，并使用所述第一晶体管和第二晶体管放大并合成所述信号；以及相位控制器，通过控制所述合成器的所述第一晶体管和所述第二晶体管中每一个的放大操作来控制由所述合成器合成并输出的输出信号的相位。根据实施例的另一个方案，一种半导体集成电路，包括：可变移相器，包括：合成器，针对响应于特定频率的输入信号而从一对输出端口输出正交信号的传输线，包括与所述一对输出端口的第一端口连接的第一晶体管和与所述一对输出端口的第二端口连接的第二晶体管，使得寄生电容变成所述传输线的负载阻抗，并且当至所述传输线的输入信号被输入时，所述合成器提取以根据它们各自负载阻抗的相位从所述传输线的一对输出端口输出的信号，并使用所述第一晶体管和第二晶体管放大并合成所述信号；以及相位控制器，通过控制所述合成器的所述第一晶体管和第二晶体管中每一个的放大操作来控制由所述合成器合成并输出的输出信号的相位。根据实施例的另一个方案，一种移相方法，包括：对于响应于特定频率的输入信号从一对输出端口输出正交信号的传输线，将第一晶体管与所述一对输出端口的第一端口连接，使得寄生电容变成所述传输线的负载阻抗；将第二晶体管（Mb）与所述一对输出端口的第二端口连接，使得寄生电容变成所述传输线的负载阻抗；以及当使用所述第一晶体管和所述第二晶体管放大并且合成当至所述传输线的输入信号被输入时以根据它们各自负载阻抗的相位从所述一对端口输出的信号时，通过控制所述第一晶体管和所述第二晶体管中每一个的放大操作来控制合成后的输出信号的相位。根据本文公开的技术方案，能够通过使用单个传输线使得相位所使用的可变相位范围是90°或更大，由此能够抑制器件表面积的增大。附图说明图1是示出根据示例性实施例的可变移相器的示例的功能性框图；图2是示出可变移相器的耦合传输线和向量合成器的示例的框图；图3是示出用于混合耦合器的负载阻抗的框图；图4是示出图3中示出的向量合成器的偏置状态（biasstate）的示例的框图；图5是示出通常使用的混合器的示例的功能性框图；图6是示出相位控制器的示例的功能性框图；图7是示出根据本示例性实施例的应用于模拟的偏置状态组合的表；图8是示出本示例性实施例的模拟结果的曲线图，并且示出相对于频率振幅变化；图9是示出本示例性实施例的模拟结果的曲线图，并且示出相对于频率的相位变化；图10是示出偏压控制的示例的曲线图；以及图11是示出可变移相器的向量合成器的另一示例的框图。具体实施方式接下来将参考附图详细解释关于本文公开的技术的示例性实施例的示例。图1示出根据本示例性实施例的可变移相器10。可变移相器10用作根据本文公开技术的可变移相器的示例。当特定频率F的输入信号Sin输入时，可变移相器10输出频率F的输出信号Sout。当执行该步骤时，可变移相器10控制输出信号Sout的相位θ。根据本示例性实施例的可变移相器10可以被用作传输设备或高频通信系统中的相位调制器的一部分，例如执行相位调制的高频发射器。可变移相器10可以在高频传输设备或者在诸如相控阵雷达之类的使用相控阵天线的高频传输系统中使用。可变移相器10可以用作使用相控阵天线的高频传输设备或高频通信系统中用于切换传输波波束方向的移相器或向量合成相位调制器的一部分。可变移相器10还可以用作用于在使用相控阵天线的高频通信系统中执行相控阵天线调制的器件的一部分。可变移相器10使用例如1.5GHz至100GHz的频率作为输入信号Sin的频率F。即，可变移相器10可以在采用诸如微波或毫米波（milliwaves）波长之类波长的电磁波的高频通信系统中使用。注意，在可变移相器10中使用的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可变移相器，包括：传输线，响应于特定频率的输入信号而从一对输出端口输出正交信号；合成器，包括与所述一对输出端口的第一端口连接的第一晶体管和与所述一对输出端口的第二端口连接的第二晶体管，使得寄生电容变成所述传输线的负载阻抗，并且当所述输入信号被输入时，所述合成器提取以根据它们各自负载阻抗的相位从所述传输线的一对输出端口输出的信号，并使用所述第一晶体管和所述第二晶体管放大并合成所述信号；以及相位控制器，通过控制所述合成器的所述第一晶体管和所述第二晶体管中每一个的放大操作来控制由所述合成器合成并输出的输出信号的相位。

【技术特征摘要】
2012.11.30 JP 2012-2632311.一种可变移相器，包括：传输线，响应于特定频率的输入信号而从一对输出端口输出正交信号；合成器，包括与所述一对输出端口的第一端口连接的第一晶体管和与所述一对输出端口的第二端口连接的第二晶体管，使得所述第一晶体管和所述第二晶体管的寄生电容变成所述传输线的负载阻抗，并且当所述输入信号被输入到所述传输线时，所述合成器将具有根据它们各自负载阻抗的相位差的从所述传输线的一对输出端口输出的信号输入至所述第一晶体管和所述第二晶体管，并将被所述第一晶体管和所述第二晶体管放大并输出的信号合成；以及相位控制器，通过控制所述合成器的所述第一晶体管和所述第二晶体管中每一个的放大操作来控制由所述合成器合成并输出的输出信号的相位。2.如权利要求1所述的可变移相器，其中，所述相位控制器基于所述输出信号的目标相位来控制分别施加至与所述一对输出端口连接的所述第一晶体管和所述第二晶体管中每一个的栅极的偏压。3.如权利要求2所述的可变移相器，其中，所述相位控制器包括：电源部，输出以阶梯形式设定的电压；以及电压控制器，控制所述电源部，以从所述以阶梯形式设定的电压之中输出基于所述目标相位而设定的电压作为偏压。4.如权利要求3所述的可变移相器，其中，当从所述以阶梯形式设定的电压中由所述电源部输出第一电压与第二电压之间的第三电压作为所述偏压时，所述相位控制器基于所述第一电压、第二电压和第三电压来控制所述第一电压的输出时间和所述第二电压的输出时间。5.如权利要求2至4中任一权利要求所述的可变移相器，还包括：静电电容元件，具有特定的静电电容，与所述一对输出端口的第一端口或第二端口连接，以配置所述负载阻抗；以及开关部件，通过将所述静电电容元件与所述静电电容元件所连接的输出端口断开连接及相连而切换所述负载阻抗，其中，所述相位控制器基于所述目标相位采用所述开关部件来进行控制以切换所述负载阻抗。6.如权利要求5所述的可变移相器，其中，所述开关部件是第三晶体管，所述静电电容元件的静电电容是所述第三晶体管的寄生电容。7.如权利要求2至4中任一权利要求所述的可变移相器，还包括：第三晶体管，与所述一对输出端口的第一端口或第二端口连接，并且所述第三晶体管的寄生电容通过所述第三晶体管的开启操作而被添加为所述负载阻抗，其中，所述相位控制器基于所述目标相位来控制所述第三晶体管的切换操作。8.一种半导体集成电路，包括：可变移相器，包括：合成器，针对响应于特定频率的输入信号而从一对输出端口输出正交信号的传输线，包括与所述一对输出端口的第一端口连接的第一晶体管和与所述一对输出端口的第二端口连接的第二晶体管，使得所述第一晶体管和所述第二晶体管的寄生电容变成所述传输线的负载阻抗，并且当所述输入信号被输入到所述传输线时，所述合成器将具有根据它们各自负载阻抗的相位差的从所述传输线的一对输出端口输出的信号输入至所述第一晶体管和所述第二晶体管，并将被所述第一晶体管...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤优，
申请(专利权)人：富士通株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP