用于高速模拟波束形成的系统和方法技术方案

本公开涉及用于高速模拟波束形成的系统和方法。根据实施例，射频(RF)前端系统包括第一芯片，第一芯片包括被耦合至第一输入端子的倍频器。倍频器被配置成通过使在第一输入端子处接收到的振荡参考信号在频率上按比例扩大而形成经按比例扩大的参考信号。第一芯片还包括被配置成提供第一振荡VCO信号的压控振荡器(VCO)，和被耦合至VCO和倍频器的振荡器切换器。振荡器切换器被配置成从第一振荡VCO信号与经按比例扩大的参考信号之间选择本地振荡器(LO)信号。第一芯片还包括被耦合至振荡器切换器的输出的第一相移器，和具有被耦合至第一相移器的输出的输入的调制器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体涉及用于射频(RF)波束形成的系统和方法，并且在特定实施例中涉及用于高速模拟波束形成的系统和方法。
技术介绍
具有长范围和高吞吐量的RF相控阵波束形成系统是诸如无线千兆比特(WiGig)或者其他消费者无线系统中的通信回程和高速路由等的很多应用期望的。很多应用青睐在毫米波范围内(特别是57千兆赫至86千兆赫(GHz)范围内)操作的低功率方案，它们是具有用于不同消费者的灵活的发射与接收划分的可扩展多输入多输出(MIMO)系统。其他期望的特征包括容易生产测试、高的信道间隔离和稳健的热与机械性能。然而，设计这样的RF波束形成系统提出了许多挑战。如果数字波束形成是待使用的，则用以支持大信道带宽(例如，250MHz至2GHz)的基带处理将由于高速模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)而要求过分地高的功率消耗。如果模拟波束形成是待使用的，则长范围(例如，针对回程200米以上)且大调制的星座图(QAM16以上)将对信噪比(SNR)和抖动提出严格要求。这些噪声和抖动要求将由于高功率和高频率时的相移所引入的非线性而被增强并且将进一步约束设计的灵活性和可扩展性。
技术实现思路
根据本专利技术的实施例，提供一种用于相控阵波束形成的方法。方法包括从发射模式和接收模式之中选择用于至少一个芯片的第一操作模式。至少一个芯片包括第一相移器和具有被耦合至第一相移器的
输出的输入的调制器。方法还包括从主机模式和从机模式之中选择用于至少一个芯片的第二操作模式和由至少一个芯片获得第一振荡信号。方法还包括当至少一个芯片处于发射模式时由至少一个芯片生成目标RF发射信号。生成目标RF发射信号包括由第一相移器根据第一相移对第一振荡信号进行相移以形成第一经相移的信号。方法还包括由调制器根据第一经相移的信号确定经调制的RF信号。根据本专利技术的另一实施例，还提供一种RF前端系统。系统包括第一芯片，第一芯片包括被耦合至第一输入端子的倍频器。倍频器被配置成通过使在第一输入端子处接收到的振荡参考信号在频率上按比例扩大而形成经按比例扩大的参考信号。第一芯片还包括被配置成提供第一振荡VCO信号的压控振荡器(VCO)，和被耦合至VCO和倍频器的振荡器切换器。振荡器切换器被配置成从第一振荡VCO信号与经按比例扩大的参考信号之间选择本地振荡器(LO)信号。第一芯片还包括被耦合至振荡器切换器的输出的第一相移器，和具有被耦合至第一相移器的输出的输入的调制器。根据本专利技术的另一实施例，还提供一种用于LO信号生成的系统。系统包括第一芯片，第一芯片包括具有多个VCO的VCO电路。VCO电路被配置成接收第一VCO调谐信号和VCO使能信号并且根据第一VCO调谐信号和VCO使能信号来提供VCO输出信号。第一芯片还包括被耦合至VCO电路的至少一个第一振荡器切换器。至少一个第一振荡器切换器被配置成接收振荡外部参考信号并且从外部参考信号与VCO输出信号之中进行选择。第一芯片还包括被耦合至至少一个第一振荡器切换器的输出的第一相移器。附图说明为了更加完整的理解本专利技术及其优点，现在对结合附图进行的以下描述做出参考，其中：图1是图示出根据本专利技术的实施例的被安装在印刷电路板(PCB)上的RF相控阵波束形成系统的框图；图2是图示出可以用在根据本专利技术的RF波束形成系统中的RF前端芯片的框图；图3是图示出专用于生成用于由根据本专利技术的实施例的前端芯片使用的多个经相移的LO信号的LO芯片的框图；包括图4A和图4B的图4图示出使用前端芯片和专用LO芯片两者的多个实例的相控阵；图5是图示出用于使用根据本专利技术的实施例的RF波束形成部件发射和接收的方法的流程图；和图6是可以用于实施根据本专利技术的实施例在本文中所公开的装置和方法中的一些的处理系统的框图。具体实施方式下面详细讨论当前优选实施例的制作和使用。然而应该领会的是，本专利技术提供了可以在各种各样的具体背景下体现的很多适用的创新性概念。所讨论的具体实施例仅仅是说明了用以制作和使用专利技术的具体途径，但不限制专利技术的范围。本专利技术将参照如下具体背景下的优选实施例来描述：用于在诸如支持相控阵信道的灵活的发射和接收划分的毫米波MIMO系统等的RF收发器系统中使用的低噪声模拟波束形成的系统和方法。进一步的实施例可以应用于要求低噪声来支持诸如例如通信回程、WiGig等的高速扩展范围应用的RF发射器/接收器系统。图1图示出包括多个单信道前端芯片102A至102D的被安装在PCB上的相控阵RF波束形成系统。在一些实施例中，前端芯片102A至102D能够以诸如V频段和E频段波长等的毫米波长操作。在图1的实施例中，前端芯片102A至102D具有允许它们被同步作为主机或者从机并且在它们的外部天线106处发射或者接收的灵活的操作模式。在其他实施例中，前端芯片是不使用外部天线106的天线在封装中的(AiP)器件。再次参见图1，前端芯片102A和102C处于发射模式且形成发射
组，而前端芯片102B和102D处于接收模式且形成接收组。芯片102A至102D的操作模式可以使用标准接口、例如串行外围接口(SPI)来选择。主机模式前端芯片102A和102B对于彼此和对于从机模式前端芯片102C和102D在结构上是相同的。在一些实施例中，该相同的前端结构支持仅单个芯片的测试和认证。主机前端芯片102A和102B包括作为主机VCO的VCO，其生成LO信号和相对于LO信号在频率上被按比例缩减以形成用于在使从机芯片同步时使用的参考信号的信号。在一些实施例中，提供具有与LO参考信号相比较低频率的主机参考信号允许简化了的PCB布局。在发射组中，由主机发射VCO生成的LO信号也被用来生成主机发射前端芯片102A的RF发射信号。该前端芯片102A的经按比例缩减的参考信号被用来生成待由从机发射前端芯片102C发射的RF信号。在接收组中，由主机接收VCO生成的LO信号也被用来解调由主机接收前端芯片102B接收的RF信号，并且该前端芯片102B的经按比例缩减的参考信号被用来解调由从机接收前端芯片102D接收的RF信号。各从机前端芯片102C和102D将相移施加至主机参考信号以提供模拟波束形成。由各从机前端102C施加的相移的量确定了由发射组发射的发射辐射图案的波束轴线。由各从机前端102D施加的相移的量确定了由接收组接收的预期辐射图案的波束轴线。被连接至主机前端芯片102A和102B的两个锁相环(PLL)104A和104B将主机参考信号与参考振荡器108的输出进行比较以生成用于主机VCO的调谐信号。参考振荡器108可以是例如晶体振荡器或者任何其他稳定的电子振荡器。在图1的实施例中，相控阵使用频分双工(FDD)、发射PLL 104A将前端102A和102C调谐成在一个频率(例如，70GHz)上发射信号并且接收PLL 104B将前端芯片102B和102D调谐成在另一频率(例如，80GHz)上接收信号。在其他实施例中，相控阵使用时分双工(TDD)、单个PLL将发射和接收前端调谐至相同频率并且前端使发射和接收在不同时隙中交替。图2图示出可以在RF波束形成系统中使用的实施例RF前端芯片102。前端芯片102具有允许它被同步作为主机或者从机前端并且在外部天线处发射或者接收的操作模式。在其他实施例中，前端芯片本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于相控阵波束形成的方法，包括：从发射模式和接收模式之中选择用于至少一个芯片的第一操作模式，从主机模式和从机模式之中选择用于所述至少一个芯片的第二操作模式；由所述至少一个芯片获得第一振荡信号；当所述至少一个芯片处于所述发射模式时由所述至少一个芯片生成目标射频(RF)发射信号，其中生成所述目标RF发射信号包括：由第一相移器根据第一相移对所述第一振荡信号进行相移以形成第一经相移的信号；和由具有被耦合至所述第一相移器的输出的输入的调制器根据所述第一经相移的信号确定经调制的RF信号。

【技术特征摘要】
2015.03.19 US 14/663,1951.一种用于相控阵波束形成的方法，包括：从发射模式和接收模式之中选择用于至少一个芯片的第一操作模式，从主机模式和从机模式之中选择用于所述至少一个芯片的第二操作模式；由所述至少一个芯片获得第一振荡信号；当所述至少一个芯片处于所述发射模式时由所述至少一个芯片生成目标射频(RF)发射信号，其中生成所述目标RF发射信号包括：由第一相移器根据第一相移对所述第一振荡信号进行相移以形成第一经相移的信号；和由具有被耦合至所述第一相移器的输出的输入的调制器根据所述第一经相移的信号确定经调制的RF信号。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括选择所述主机模式作为所述至少一个芯片的所述第二操作模式；并且其中获得所述第一振荡信号包括：接收第一压控振荡器(VCO)调谐信号；和由被包括在所述至少一个芯片中的VCO根据所述第一VCO调谐信号生成所述第一振荡信号。3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括：由所述VCO生成第二振荡信号，所述第二振荡信号的频率是所述第一振荡信号的频率的一半；使所述第二振荡信号在频率上按比例缩减以确定第一经按比例缩减的参考信号；和由锁相环(PLL)电路根据所述第一经按比例缩减的参考信号确定所述第一VCO调谐信号。4.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述经调制的RF信号
\t包括根据所述第一经相移的信号来执行复中间频率(IF)发射信号的单边带(SSB)上变频。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述使所述第一振荡信号相移进一步包括：接收所述第一相移的第一数字表示；将所述第一数字表示转换成第一模拟相移信号；和根据所述第一模拟相移信号对所述第一振荡信号进行相移以形成所述第一经相移的信号。6.根据权利要求1所述的方法，其中生成所述目标RF发射信号进一步包括：接收数字电压门控放大器(VGA)调谐信号；将所述数字VGA调谐信号转换成模拟VGA调谐信号；对所述模拟VGA调谐信号进行平滑以形成经平滑的VGA调谐信号；和由被包括在所述至少一个芯片中的VGA根据所述经平滑的VGA调谐信号将所述经调制的RF信号放大以形成经放大的RF信号。7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：选择所述接收模式作为所述至少一个芯片的所述第一操作模式；由所述至少一个芯片接收RF接收信号；和由具有被耦合至所述第一相移器的输出的输入的解调器根据所述第一经相移的信号将所述RF接收信号解调，以形成经解调的复中间频率(IF)信号，其中所述解调器被包括在所述至少一个芯片中。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述解调包括根据所述第一经相移的信号来执行所述RF接收信号的单边带(SSB)下变频。9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将所述从机模式选择作为所述至少一个芯片的所述第二操作模式；并且其中获得所述第一振荡信号包括：在所述至少一个芯片的第一输入端子处接收外部参考信号；和使所述外部参考信号按比例扩大以提供所述第一振荡信号。10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：选择所述发射模式作为所述至少一个芯片的所述第一操作模式；选择所述发射模式作为第二芯片的第一操作模式并选择所述主机模式作为所述第二芯片的第二操作模式，其中所述第二芯片被耦合至所述至少一个芯片并且包括与所述至少一个芯片中的第一芯片相同的结构；由被包括在所述第二芯片中的主机压控振荡器(VCO)生成主机VCO信号；由所述第二芯片根据所述主机VCO信号生成主机RF发射信号，所述主机RF发射信号被包括在具有根据所述第一相移确定的波束轴线的发射辐射图案中，其中所述第一相移包括相对于所述主机RF发射信号的相移，并且所述目标RF发射信号也被包括在所述发射辐射图案中；和由所述第二芯片生成所述外部参考信号，所述外部参考信号的频率以固定比率小于所述主机VCO信号的频率。11.一种射频(RF)前端系统，包括第一芯片，其中所述第一芯片包括：倍频器，被耦合至第一输入端子，其中所述倍频器被配置成通过使在所述第一输入端子处接收到的振荡参考信号在频率上按比例扩大而形成经按比例扩大的参考信号，压控振荡器(VCO)，被配置成提供第一振荡VCO信号；振荡器切换器，被耦合至所述VCO和所述倍频器，其中所述振荡器切换器被配置成从所述第一振荡VCO信号与所述经按比例扩大的参考信号之间选择本地振荡器(LO)信号；第一相移器，被耦合至所述振荡器切换器的输出；和调制器，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·特罗塔，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE