用于可重新配置相移器及混频器的系统及方法技术方案

本申请案涉及一种用于可重新配置相移器及混频器的系统及方法。一种用于产生选定相位的周期性信号的模拟电路，其包含接收正交差分RF信号及一对差分增益信号的一或多个相位插值器(20)。差分同相RF信号施加于尾晶体管(32a、32b)的相应栅极处，且第一差分增益信号施加于耦合到所述尾晶体管的晶体管四元组(30a1、30a2；30b1、30b2)。所述正交相位RF信号及第二差分增益信号相似地施加于另一晶体管四元组(30c3、30c4；30d3、30d4)及相关联尾晶体管(32c、32d)。连接到每对中的一个晶体管的负载(35)接收对应于所述第一增益信号与所述第二增益信号的比率的相位的输出信号。所述电路可配置为相移器或上变频混频器。

【技术实现步骤摘要】
相关申请案的交叉参考本申请案根据35U.S.C.§119(e)主张2015年7月15日提交的第62/192,796号临时申请案的优先权，所述临时申请案是以引用的方式并入本文中。关于联邦政府赞助的研究或开发的声明不适用。
本专利技术是在模拟电路的领域中。本专利技术的实施例更具体来说涉及用作相移器及混频器的电路。
技术介绍
如所属
中众所周知，无线(即，无线电)信号的定向发射及接收常通过应用波束成形技术的多天线系统来实施。在一般意义上，波束成形是在发射情况下通过控制从各个天线发射的信号的相位及振幅以在经组合信号的波前中产生相长及相消干扰图案来执行。相反地，经接收无线电信号的定向的确定是通过在组合经接收个别信号的过程中控制相位及振幅来实现。因此，用于使电信号的相位移位的电路是实行定向发射及接收所必需的。通过进一步背景，诸多类型的数据通信(有线及无线两者)涉及运用“基带”频率的调制信号调制表示经传达有效负载数据的载波信号。用于完成基带信号与载波信号的“混合”的混频器电路常用于此些通信系统中。图1以框图形式说明用于周期性信号(在此实例中其是正交正弦信号)的相移或混频的一般化常规架构。在此简单实例中，振荡器2I产生给定频率ωRF的正弦信号Acos(ωRFt)，且振荡器2Q产生与由振荡器2I产生的信号频率及相位相同但成90°异相位的正弦信号Acos(ωRFt+90°)。此些信号分别施加于放大器4I、4Q的输入。在一般情况下，放大器4I将增益α(t)施加于来自振荡器2I的信号Acos(ωRFt)，且放大器4Q将增益β(t)施加于来自振荡器2Q的信号Acos(ωRFt+90°)。来自放大器4I、4Q的经放大信号施加于模拟加法器5，所述模拟加法器5从所述两个信号的和产生输出信号Y(t)。如所属
中已知，对于其中放大器4I、4Q分别将恒定(即，非时变或DC)增益α、β施加于正交正弦信号的情况，相移器将通过图1的架构来实现，其中：且α2+β2＝1换句话来说，表示增益α、β对的点将均位于单位圆上。可因此将输出信号Y(t)导出为：Y(t)＝αAcos(ωRFt)+βAcos(ωRFt+90°)且因此为：Y(t)＝Acos(ωRFt+φ)其中：φ=tan-1(βα)]]>因此，图1的架构使在输入正弦Acos(ωRFt)中产生达对应于两个恒定增益值的比率的角φ的相移。亦如所属
中已知，混频器将由图1的架构通过以下步骤来实现：由彼此相同但与来自振荡器2I、2Q的频率ωRF不同且相互成正交关系的频率的放大器4I、4Q应用正弦增益函数α(t)、β(t)。更具体来说，对于增益函数α(t)、β(t)：α(t)＝α0cos(ωBBt)β(t)＝β0cos(ωBBt+90°)其中：且α02+β02＝1(即，在单位圆上)，可将输出信号Y(t)导出为：Y(t)＝α0Acos(ωBBt)cos(ωRFt)+β0Acos(ωBBt+90°)cos(ωRFt+90°)且因此为：Y(t)＝Acos((ωRF+ωBB)t+φ)其中：φ=tan-1(β0α0)]]>如上述实例所建议，操作相移器及混频器所需的频率可相当高，达到射频(RF)带。在此些频率下，常规高频相移器趋向于使用无源组件(例如正交混合电路)，或基于实现此些函数的集总组件。此些实施方案必需伴随显著限制，包含由电路提供给高频振荡器的时变且非平衡的负载、发射路径中噪声的产生及影响、非线性度及与理想性能的其它偏离，以及在操作期间消耗显著功率的趋向。额外地，适于高频使用的无源组件未必非常适于集成到单芯片解决方案中，且对终端系统添加显著成本及大小。
技术实现思路
所揭示实施例提供一种可通过有源装置实现的模拟相移器或混频器电路。所揭示实施例提供此一电路，其将极高输入阻抗提供给振荡器及其它输入电路，因此达成高Q因子而无需电容或电感耦合。所揭示实施例提供此一电路，其将恒定且平衡的负载提供给振荡器及其它输入电路。所揭示实施例提供此一电路，其可以高线性度操作同时支持高动态范围。所揭示实施例提供此一电路，其可在常规数/模转换器(DAC)的控制下结合补偿过程参数变化的能力以高精度及分辨率操作。所揭示实施例提供此一电路，其在操作期间提供极佳噪声抑制。所揭示实施例提供此一电路，其可经配置以用作相移器或混频器，从而允许将相同硬件用于多个应用。所属领域的一般技术人员参考下文说明书连同其附图将明白所揭示实施例的其它目的及优点。根据所揭示实施例，建构一种模拟电路，其接收相对于彼此为选定频率及选定相位的第一周期性差分信号及第二周期性差分信号。提供一或多个相位插值器，每个相位插值器包含负载、多个晶体管对及与每个晶体管对相关联的尾晶体管。横跨尾晶体管的栅极施加所述第一周期性差分信号，且横跨与所述尾晶体管中的每个相关联的对中的晶体管的栅极施加第一差分增益信号。相似地施加所述第二周期性差分信号及第二差分增益信号。所述差分增益信号可为DC电平，或具有相对于彼此成某相位角的第一增益信号及第二增益信号的周期性基带信号。在耦合到所述晶体管对的负载(例如电感器或变压器负载)处产生输出信号。附图说明图1是常规相移器或混频器函数的以示意图形式的电路图。图2a是用于包含根据所揭示实施例建构的相移器的多通道发射器的架构的以框图形式的电路图。图2b是用于包含根据所揭示实施例建构的混频器的多通道发射器的架构的以框图形式的电路图。图3是根据实施例的可操作为相移器或混频器的可配置电路的以示意图形式的电路图。图4a是根据实施例的图3的电路中的数/模转换器(DAC)的以示意图形式的电路图。图4b是说明可操作图2a及2b的发射器架构的拟线性操作范围的数/模转换器(DAC)转移函数的图表。图5是根据另一实施例的可操作为相移器或混频器的可配置电路的以示意图形式的电路图。图6a是根据实施例的用于图5的电路中的基于变压器的负载的平面视图。图6b是根据另一实施例的用于图5的电路中的基于变压器的负载的平面视图。图6c是图6b的实施例中的基于变压器的负载的一部分的横截面视图。具体实施方式使用金属氧化物半导体(MOS)技术且对差分信号进行操作，本说明书中所描述的一或多个实施例被实施成可重新配置相移器及混频器电路，因为预期此实施方案在所述上下文中特别有利。然而，还预期可在其它应用中有利地应用本专利技术的概念，包含使用双极结晶体管(BJT)技术实现的电路。因此，应了解，下文描述仅通过实例而提供，且并非旨在限制如所主张的本专利技术的真实范围。图2a是用于多天线系统中(例如多天线RADAR系统中)的发射器的架构的框图，在所述多天线系统中使用波束成形技术来定向地发射射频信号，且本说明书中所揭示的实施例可实施到所述多天线系统中。如所属
中众所周知，术语波束成形是指通过使用从阵列中的多个天线产生的信号当中的相长及相消干扰进行的电磁能的定向发射。更具体来说，波束成形涉及控制从天线阵列中的每个天线相对于相邻天线发射的信号的相位角，使得所得波形从天线阵列沿所期望方向放射。可通过接收函数应用波束成形技术，以确定发射经接收信号的方向。为了控制从阵列中的给定天线发射的信号的相位，将相移器电路插入到发射器的信号路径中。图2a中所展示的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于产生周期性信号的模拟电路，其包括：振荡器电路，其用于产生相对于彼此为第一频率及选定相位角的第一周期性差分信号及第二周期性差分信号；至少一个相位插值器，其具有接收所述第一周期性差分信号及所述第二周期性差分信号的输入，且具有接收第一差分增益信号及第二差分增益信号的输入，以用于产生具有对应于所述第一频率的频率分量及对应于所述第一差分增益信号与所述第二差分增益信号的关系的相位角的经组合周期性信号，其中所述至少一个相位插值器包括：负载；多个晶体管对，每个晶体管对包括第一晶体管及第二晶体管，每个晶体管具有传导路径及栅极，所述第一晶体管及所述第二晶体管中的每个的所述传导路径的第一端连接在共同节点处，所述第一晶体管的所述传导路径的第二端耦合到所述负载，且所述第二晶体管的所述传导路径的第二端耦合到偏压；及多个尾晶体管，每个尾晶体管与所述晶体管对中的一者相关联，且每个尾晶体管具有传导路径及栅极，所述传导路径的第一端耦合到所述多个晶体管对中的相关联者的所述共同节点，所述传导路径的第二端耦合到参考电压；其中横跨所述晶体管对中的第一者和第二者中的所述第一晶体管及所述第二晶体管的所述栅极施加所述第一差分增益信号；其中横跨所述晶体管对中的第三者和第四者中的每个的所述第一晶体管及所述第二晶体管的所述栅极施加所述第二差分增益信号；其中横跨与所述第一晶体管对相关联的第一尾晶体管的所述栅极及与所述第二晶体管对相关联的第二尾晶体管的所述栅极施加所述第一周期性差分信号；且其中横跨与所述第三晶体管对相关联的第三尾晶体管的所述栅极及与所述第四晶体管对相关联的第四尾晶体管的所述栅极施加所述第二周期性差分信号。...

【技术特征摘要】
2015.07.15 US 62/192,796;2015.11.02 US 14/930,2101.一种用于产生周期性信号的模拟电路，其包括：振荡器电路，其用于产生相对于彼此为第一频率及选定相位角的第一周期性差分信号及第二周期性差分信号；至少一个相位插值器，其具有接收所述第一周期性差分信号及所述第二周期性差分信号的输入，且具有接收第一差分增益信号及第二差分增益信号的输入，以用于产生具有对应于所述第一频率的频率分量及对应于所述第一差分增益信号与所述第二差分增益信号的关系的相位角的经组合周期性信号，其中所述至少一个相位插值器包括：负载；多个晶体管对，每个晶体管对包括第一晶体管及第二晶体管，每个晶体管具有传导路径及栅极，所述第一晶体管及所述第二晶体管中的每个的所述传导路径的第一端连接在共同节点处，所述第一晶体管的所述传导路径的第二端耦合到所述负载，且所述第二晶体管的所述传导路径的第二端耦合到偏压；及多个尾晶体管，每个尾晶体管与所述晶体管对中的一者相关联，且每个尾晶体管具有传导路径及栅极，所述传导路径的第一端耦合到所述多个晶体管对中的相关联者的所述共同节点，所述传导路径的第二端耦合到参考电压；其中横跨所述晶体管对中的第一者和第二者中的所述第一晶体管及所述第二晶体管的所述栅极施加所述第一差分增益信号；其中横跨所述晶体管对中的第三者和第四者中的每个的所述第一晶体管及所述第二晶体管的所述栅极施加所述第二差分增益信号；其中横跨与所述第一晶体管对相关联的第一尾晶体管的所述栅极及与所述第二晶体管对相关联的第二尾晶体管的所述栅极施加所述第一周期性差分信号；且其中横跨与所述第三晶体管对相关联的第三尾晶体管的所述栅极及与所述第四晶体管对相关联的第四尾晶体管的所述栅极施加所述第二周期性差分信号。2.根据权利要求1所述的电路，其进一步包括：多个数/模转换器，其用于响应于数字数据而产生所述第一差分增益信号及所述第二差分增益信号。3.根据权利要求2所述的电路，其中所述第一差分增益信号及所述第二差分增益信号是DC差分电压。4.根据权利要求3所述的电路，其中所述第一周期性差分信号及所述第二周期性差分信号的所述选定相位角是90°。5.根据权利要求4所述的电路，其中所述经组合周期性信号的所述相位角对应于所述第二差分增益信号对所述第一差分增益信号的比率的反正切；且其中所述经组合周期性信号处于所述第一频率。6.根据权利要求3所述的电路，其中施加于所述第一尾晶体管的所述栅极处的所述信号与施加于所述第二尾晶体管的所述栅极处的所述信号成180°相位角；且其中施加于所述第三尾晶体管的所述栅极处的所述信号与施加于第四尾晶体管的所述栅极处的所述信号成180°相位角。7.根据权利要求2所述的电路，其中所述多个数/模转换器中的每个包括：第一传导分支，其包括第一晶体管及大致上相同电阻值的多个电阻器，所述电阻器彼此串联连接且在电力供应器电压与接地电压之间与所述第一晶体管的所述传导路径串联连接，其中相邻电阻器之间的节点对应于分接点；及第二传导分支，其包括第二晶体管及大致上相同电阻值的多个电阻器，所述电阻器彼此串联连接且在电力供应器电压与接地电压之间与所述第二晶体管的所述传导路径串联连接，其中相邻电阻器之间的节点对应于分接点；其中所述第一晶体管的控制端子接收控制所述第一晶体管传导第一选定电流的第一参考电压，且所述第二晶体管的控制端子接收控制所述第二晶体管传导第二选定电流的第二参考电压；其中所述第一传导分支中的选定分接点及所述第二传导分支中的选定分接点被共同地连接以接收共模电压；其中所述第一差分增益信号对应于横跨第一数/模转换器的所述第一传导分支中的选定分接点及所述第二传导分支中的选定分接点的差分电压；且其中所述第二差分增益信号对应于横跨第二数/模转换器的所述第一传导分支中的选定分接点及所述第二传导分支中的选定分接点的差分电压。8.根据权利要求7所述的电路，其中所述第一参考电压及所述第二参考电压是DC电压；且其中所述第一差分增益信号及所述第二差分增益信号是DC差分电压。9.根据权利要求7所述的电路，其中施加于所述第一数/模转换器的所述第一参考电压及所述第二参考电压是处于第二频率且彼此成180°相位角的周期性信号；其中施加于所述第二数/模转换器的所述第一参考电压及所述第二参考电压是处于第二频率且彼此成180°相位角且与施加于所述第一数/模转换器的所述参考电压成90°相位角的周期性信号；其中所述第一差分增益信号及所述第二差分增益信号是处于所述第二频率且彼此成90°相位角的周期性信号；且其中所述经组合周期性信号具有所述第一频率的分量...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏迪普托·查克拉博蒂，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US