用于产生相位正交的射频信号的装置的制作方法

用于产生相位正交的射频信号的装置1.本技术是申请日为2021年3月1日、申请号为202110225804.1、发明名称为“用于产生相位正交的射频信号的装置”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域：
：2.本发明的实施例和实现方式涉及产生高频信号，例如但不排他性地大于20ghz，特别是产生用作偏移90°的频率转换信号(或本地振荡器信号)的这种信号，旨在允许对接收的射频信号(向下转换)或对打算发射的基带信号(向上转换)进行向下或向上的频率转换。
背景技术：
：：3.在诸如第五代“5g”电信的电信中，要求能够以例如等于28ghz(但不限制该值)的频率产生偏移90°的转换信号或本地振荡器的信号。4.已知的解决方案涉及使用压控振荡器产生频率为56ghz的正弦信号，然后使用分频器来获得28ghz的转换信号。5.然而，在电路中以56ghz传播信号并使用分频器在消耗方面是昂贵的解决方案。6.在curtisleifso等的题为“amonolithic6ghzquadraturefrequencydoublerwithadjustablephaseoffset”，ieeejournalofsolid-statecircuits,vol.41，n°2，2006年2月的文章中，提出了6ghz倍频器，该倍频器允许使用多相滤波器和与加法器和减法器相关联的混频器组合，在输出处传送偏移90°、频率是输入振荡器信号两倍的两个信号。7.然而，这样的结构不仅占用相当大的表面积，而且在高电源电压(3.3伏)下起作用。而且，每个混频器使用的吉尔伯特单元消耗dc电流，这在噪声方面限制了结构的性能。技术实现要素：8.因此，需要以通常大于20ghz(例如28ghz)的高频产生偏移90°的信号，在相位和幅度上具有可接受的不平衡，并且提供低功耗以及所产生的两个信号偏移90°的良好精度。9.本发明的实施例在电信领域，特别是在5g电话标准技术中具有特别有利但非限制性的用途。10.根据一个实施例，使用混频器模块，该混频器模块包括具有发射极退化的混频级和对混频级的晶体管的栅极电压的调整，以及这样的混频器模块的组合以产生倍频器。11.因此，根据一个方面，提出了一种包括混频器模块的例如集成的电子设备。12.该混频器模块包括电压/电流跨导级，该电压/电流跨导级包括第一晶体管(例如mos晶体管)，并且连接到包括第二晶体管(例如mos晶体管)的混频级。13.根据该方面，混频级包括连接到第二晶体管的源极的电阻退化电路、和连接到第二晶体管的栅极并旨在接收可调节校准电压的校准输入。14.此外，第一晶体管的源极直接连接到冷电源点，例如地。15.因此，根据该方面，使用退化的无源混频级。电阻退化电路允许校正90°偏移中的静态误差，并且与在电压/电流跨导级的晶体管处具有该退化电路的现有技术的倍频器相反地被放置在混频级。16.此外，通过例如数字校准来调节控制混频级的晶体管的栅极处电压的校准电压允许：[0017]-校正工艺变化对混频器模块的输出信号的相移的影响，以及[0018]-当使用这种混频器模块的组合时，为了形成倍频器，从而以良好的精度获得由倍频器提供的两个输出信号之间90度的相互相移。[0019]根据一个实施例，跨导级包括连接在第一晶体管的栅极和漏极之间的电流放大器块。[0020]这样的电流放大器块虽然不是必不可少的，但使得改进电流增益。[0021]根据一个实施例，跨导级包括第一输入接口，该第一输入接口包括分别连接到两个第一晶体管的栅极的两个第一输入端子。[0022]此外，混频级包括第二输入接口以及一个输出接口，第二输入接口包括分别连接到两对第二晶体管的栅极的两个第二输入端子，输出接口包括两个输出端子。[0023]每个输出端子被连接到属于两个不同对的两个第二晶体管。[0024]根据一个实施例，两个第一输入端子旨在分别接收具有偏移180°的正弦形状的两个第一信号。[0025]两个第二输入端子还旨在分别接收具有偏移180°的正弦形状的两个第二信号。[0026]两个第二信号与两个第一信号相同，或者相对于这两个第一信号偏移90°。[0027]表述“具有正弦形状的信号”包括正弦信号和余弦信号。[0028]根据一个实施例，使得形成倍频器，该设备包括：[0029]-信号发生器，具有被称为产生端子的两个第一端子，该第一端子被配置为产生偏移180°的两个正弦信号，以及两个第二产生端子，被配置为产生偏移180°的两个余弦信号，正弦信号和余弦信号具有相同的初始频率，[0030]-第一混频器模块，第一混频器模块的两个第一输入端子和两个第二输入端子分别连接到两个第一产生端子，[0031]-第二混频器模块，第二混频器模块的两个第一输入端子和两个第二输入端子分别连接到两个第二产生端子，[0032]-第一混频器模块的两个输出端子分别连接到第二混频器模块的两个相对的输出端子，以这种方式形成两个第一输出节点，该第一输出节点旨在产生偏移180°的、频率为初始频率两倍的两个余弦信号，[0033]-第三混频器模块，第三混频器模块的两个第一输入端子分别连接到两个第一产生端子，其两个第二输入端子分别连接到两个第二产生端子，[0034]-第四混频器模块，第四混频器模块的两个第一输入端子分别连接到两个第二产生端子，该两个第二输入端子分别连接到两个第一产生端子，[0035]-第三混频器模块的两个输出端子分别连接到第四混频器模块的两个同源输出端子，以这种方式形成两个第二输出节点，旨在产生偏移180°的、频率为初始频率两倍的两个正弦信号。[0036]因此，在这样的结构中，通过适当地连接各种混频器模块的输出端子，消除了加法器和减法器，混频器模块允许在输出处以射频电流工作。[0037]根据一个实施例，信号发生器包括源(例如被配置为产生具有所示初始频率的正弦形状的初始信号的压控振荡器)，以及多相滤波器，连接在源的输出端与第一产生端子和第二产生端子之间。[0038]此外，该设备还有利地包括连接在每个混频器模块的每个第二端子和相应的产生端子之间的电压放大电路。[0039]这允许将传送到混频级晶体管的信号放大，而不会使正弦信号失真太多。[0040]根据一个实施例，设备还有利地包括校准电路，该校准电路被配置为根据在第一输出节点和第二输出节点处传送的正弦和余弦信号之间的相移，来调节校准电压。[0041]这种校准(例如数字校准)，因此允许获得倍频器输出端处传送的信号之间精度非常高(例如根据工艺变化给定1度或取1度)的90°偏移。[0042]初始频率有利地大于或等于10ghz，例如等于14ghz，这允许在倍频器的输出处获得偏移90°的具有28ghz频率的转换信号。[0043]根据另一方面，提出了一种通信装置，例如蜂窝移动电话，包括接收链和发射链，以及如上所述的旨在向第一输出节点和第二输出节点传送正弦和余弦信号的设备，该正弦和余弦信号形成旨在用于接收链和发射链的频率转换信号的偏移90°的两个分量。[0044]因此，通信装置被配置为例如在5g用途专用的频带中以28ghz的转换信号进行操作。附图说明[0045]本发明的其它优点和特征将在检查实施例和实施方式的详细描述(但不限于此)以及附图时体现，在附图中：[0046]图1示出了能够接收和发射与例如5g技术兼容的射频信号的通信装置；[0047]图2示出了传送偏移90°的转换信号的设备的实施例；[0048]图3示出了混频器模块的结构；[0049]图4示出了多个混频模块的相互连接；[0050]图5示出了电压放大电路的实施例，并且[0051]图6示出了连接到四个混频器模块的控制输入端的校准模块。具体实施方式[0052]在图1中，标记app表示通信装置，例如蜂窝移动电话，其能够通过天线ant接收和发射与例如5g技术兼容的射频信号，并且在本文描述的示例中特别具有28ghz的频率。[0053]装置app包括连接到天线的双工器dx以及接收链chr和发射链cht，该接收链chr和发射链cht连接在双工器dx和旨在执行基带处理的处理器proc之间。[0054]接收链以常规和本身已知的方式包括混频器mxi，该混频器mxi接收输入信号以及来自例如在集成电路中创建的设备dis的转换信号sgs1。[0055]转换信号sgs1的频率等于28ghz。[0056]因此混频器mxi在信道i上的基带中传送信号。[0057]接收链chr还包括另一混频器mxq，该混频器mxq接收与信号sgs1具有相同频率但相对于信号sgs1相移90度的转换信号sgs2，从而混频器mxq在信道q上传送同样在基带中但相对于信道i上传送的信号偏移90°的信号。[0058]偏移90°的转换信号sgs1和sgs2由设备产生，该设备的结构将参考下面的附图详细描述，并且包括例如被配置为以14ghz传送初始信号的源osc。[0059]发射信道cht也包括两个混频器mxi和mxq，旨在一方面接收来自信道i和信道q的基带中的发射信号，以及转换信号sgs1和sgs2，以这种方式执行从基带到28ghz频率的向上转换。[0060]接收链chr还包括两个模数转换器adc，用于将信道i和q的基带中的模拟信号转换成用于处理器proc的数字信号。[0061]至于发射链，它包括两个数模转换器dac，用于执行数模转换，以将信道i和q上的模拟信号传送到混频器mxi和mxq。[0062]现在更具体地参考图2，以描述传送偏移90°的转换信号的设备的实施例。[0063]在本实施例中，架构是差分架构。[0064]因此，图1所示的转换信号sgs1实际上包括偏移180°的sgs10和sgs11的两个分量，而相对于转换信号sgs1偏移90°的转换信号sgs2包括偏移180°的sgs20和sgs21的两个分量。[0065]设备dis包括信号发生器gnt，信号发生器gnt在本文包括源osc，例如压控振荡器或锁相环，其传送具有正弦形状的初始信号，该初始信号具有初始频率，本文为14ghz的频率。[0066]信号发生器gnt还包括具有本身已知的常规结构的多相滤波器ppf，多相滤波器ppf接收初始信号并包括两个第一产生端子bg10和bg11，以及两个第二产生端子bg20和bg21。[0067]两个第一产生端子bg10和bg11传送两个偏移180°的正弦信号sg10和sg11，其具有14ghz的初始频率。[0068]两个第二产生端子bg20和bg21传送两个余弦信号sg20和sg21，也具有相同的14ghz的初始频率。[0069]设备dis还包括四个混频器模块mx1至mx4的组合，四个混频器模块的输出端子以适当的方式连接，如下面将更详细看到的，以这种方式形成两个第一输出节点nds10和nds11以及两个第二输出节点nds20和nds21。[0070]两个第一输出节点nds10和nds11分别传送偏移180°的两个信号sgs10和sgs11(转换信号sgs1的两个分量)，这两个信号实际上是偏移180°的两个余弦信号，频率是初始频率的两倍或28ghz。[0071]两个第二输出节点nds20和nds21传送偏移180°的两个正弦信号sgs20和sgs21(转换信号sgs2的两个分量)，频率也是初始频率的两倍或28ghz。[0072]在多相滤波器ppf和混频器模块mx1至mx4之间有利地存在电压放大电路amp(尽管这不是必不可少的)，一方面电压放大电路的结构以及另一方面电压放大电路amp在多相滤波器ppf和各种混频器模块mx1至mx4之间的连接，将在下文更详细地讨论。[0073]现在更具体地参考图3，以更详细地描述混频器模块mxi(i＝1至4)的结构。[0074]这种结构对于四个混频器模块是相同的。[0075]混频器模块mxi包括电压/电流跨导级ett，该电压/电流跨导级ett包括第一晶体管，本文是nmos晶体管，n5和n6。[0076]该电流跨导级通过电容器连接到混频级etm。[0077]混频级etm包括第二晶体管，本文也为nmos晶体管，n1至n4。[0078]在更详细地再次讨论混频级的结构之前，现在将更详细地描述跨导级ett。[0079]跨导级ett包括第一输入接口，该第一输入接口包括两个第一输入端子be10i和be11i，分别经由两个电容器c1和c2连接到两个第一晶体管n5和n6的栅极。[0080]这两个第一晶体管的源极直接连接到地gnd。[0081]两个第一输入端子be10i和be11i旨在分别接收具有偏移180°的正弦形状的两个第一信号。[0082]更精确地，如下面将更详细看到的，根据混频器模块的索引，这两个第一信号是正弦信号或者是余弦信号。[0083]跨导级还包括连接在每个第一晶体管n5和n6的栅极和漏极之间的电流放大器块bla。[0084]在本文，该电流放大器块包括：连接在用于接收电源电压vdd的电源端子和相应的第一晶体管(n5或n6)的漏极之间的pmos晶体管，以及连接在pmos晶体管的栅极和其漏极之间的电阻器。[0085]电流放大器块bla还包括电容器，该电容器连接在pmos晶体管的栅极和对应的第一晶体管(n5或n6)的栅极之间。[0086]跨导级ett还包括极化电路和极化输入，极化电路包括分别连接在两个第一晶体管n5和n6的栅极之间的两个电阻器rb3和rb4，极化输入用于接收极化电压vbias。[0087]该极化电压是可调的，允许设置在晶体管n5和n6中循环的电流。[0088]通常，可以获得低电流，例如1毫安，这允许限制混频器模块的电流消耗。[0089]混频级etm包括第二输入接口，该第二输入接口包括两个第二输入端子be20i和be21i，该两个第二输入端子分别经由两个其它电容器c6和c5连接到第二晶体管n1至n4的两对n1、n4和n2、n3的栅极。[0090]混频级etm还包括输出接口，该输出接口包括两个输出端子bs10i和bs11i，每个输出端子被连接到属于两个不同对的两个第二晶体管。[0091]更确切地，在该示例中，输出端子bs10i被连接到两个晶体管n1和n3的漏极，而输出端子bs11i被连接到两个晶体管n2和n4的漏极。[0092]混频级etm还包括连接到第二晶体管n1至n4的源极的电阻退化(degeneration)电路。[0093]更确切地，在这种差分结构中，电阻退化电路包括串联连接在晶体管n1和n2的源极之间的两个电阻器r1和r2，以及串联连接在晶体管n3和n4的源极之间的两个电阻器r3和r4。[0094]每对退化电阻的中点经由电容器连接到第一对应晶体管n5或n6的漏极。[0095]两个第二输入端子be20i和be21i用于分别接收具有偏移180°的正弦形状的两个第二信号(根据混频器模块mxi的索引i，为正弦信号或余弦信号)。[0096]这两个第二信号与在两个第一输入端子be10i和be11i上接收的两个第一信号相同，或者相对于这两个第一信号偏移90°，这里再次根据混频器模块mxi的索引i。[0097]混频级etm还包括校准输入eci，该校准输入eci经由两个电阻器rb1和rb2连接到第二晶体管n1至n4的栅极。[0098]该校准输入用于接收可调节的校准电压，如下面将在校准阶段期间更详细地看到的那样使用该可调节的校准电压。[0099]现在更具体地参考图4，以描述各种混频模块mx1至mx4的相互连接。[0100]混频器模块mx1的两个第一输入端子be101和be111以及该第一混频器模块mx1的两个第二输入端be201和be211，被分别连接到分别传送正弦信号sg10和sg11的两个第一产生端子bg10和bg11(图2)。[0101]当两个第一端子be101和be111被直接连接到产生端子bg10和bg11时，第二输入端子be201和be211经由作为图2所示的电压放大电路amp的一部分的两个电压放大电路amp101和amp111，连接到产生端子bg10和bg11。[0102]第二混频器模块的两个第一输入端子be102和be112被直接连接到传送两个余弦信号sg20和sg21的两个第二产生端子bg20和bg21(图2)。[0103]第二混频器模块mx2的两个第二输入端子be202和be212也连接到这两个第二产生端子bg20和bg21，但这次经由两个电压放大电路amp102和amp112，这两个电压放大电路也是图2所示的电压放大电路amp的一部分。[0104]通常，混频器模块的两个输出端子分别传送偏移180°的两个差分信号，即一个“加”信号和一个“减”信号。[0105]第一混频器模块的两个输出端子bs101和bs111分别连接到第二混频器模块mx2的两个相对的输出端子bs102和bs112，以便在两个第一输出节点nds10和nds11处形成电流差，这两个第一输出节点旨在产生偏移180°的两个余弦信号sgs10和sgs11，频率为初始频率的两倍。[0106]第三混频器模块mx3的两个输入端子be103和be113分别连接到传送两个正弦信号sg10和sg11的两个第一产生端子bg10和bg11。[0107]该第三混频器模块mx3的两个第二输入端子be203和be213经由两个电压放大电路amp103和amp113，分别连接到两个第二产生端子bg20和bg21，该两个电压放大电路amp103和amp113是图2的电压放大电路amp的一部分并且因此用于接收偏移180°的两个余弦信号sg20和sg21。[0108]第四混频器模块mx4的两个输入端子be104和be114分别连接到传送两个余弦信号sg20和sg21的两个第一产生端子bg20和bg21。[0109]该第四混频器模块mx4的两个第二输入端子be204和be214经由两个电压放大电路amp104和amp114连接到分别传送偏移180°的sg10和sg11的两个正弦信号的两个第一产生端子bg10和bg11，这两个电压放大电路也是图2的电压放大电路amp的一部分。[0110]第三混频器模块mx3的两个输出端子bs103和bs113分别连接到第四混频器模块mx4的两个同源输出端子bs104和bs114，以便形成两个第二输出节点nds20和nds21的电流之和，该两个第二输出节点产生偏移180°的两个正弦信号sgs20和sgs21，频率为初始频率的两倍。[0111]因此，各种混频器模块的输出端子的这种特定连接，使得省去加法器和减法器的使用，以产生偏移90°的、频率为初始频率两倍的输出信号。[0112]现在更具体地参考图5，以示出作为图2的电压放大电路amp的一部分的电压放大电路的实施例。[0113]更确切地，此处示出了电路amp101。图4所示的其他放大电路的结构与放大器amp101的结构相同。[0114]更确切地，电路amp101包括反相器iv，反相器iv的电源电压通过电压调节器ldo(例如低压差型)可调节。[0115]该反相器iv的输入通过电容器c连接到相应的产生端子(这里是端子bg10)，反相器的输出端被连接到相应的混频器模块的相应的输入端子(这里是端子be201)。[0116]阻抗z并联到反相器iv的端子上。[0117]调节器ldo允许限制电源电压的变化。与调节器ldo相关联的反相器iv放大输入信号，以便在相应混频器级的第二晶体管的栅极处具有低谐波失真的正弦信号。[0118]该设备还包括(图6)校准电路mcal，该校准电路连接到四个混频器模块mx1至mx4的控制输入端ec1至ec4，以此方式根据传送到输出节点nds10和nds11以及nds20和nds21的正弦和余弦信号之间的相移，来调整校准电压vgm。[0119]在这方面，电阻退化电路r1至r4通过在信号sgs10、sgs11与信号sgs20、sgs21之间以初始频率两倍的频率增加相移，允许减小或甚至消除输出信号sgs10、sgs11和sgs20、sgs21的90°偏移中的静态相位误差。[0120]这些阻抗的值通过在标称设备上模拟而被确定。然而，工艺变化可以通过调整校准电压vgm来补偿，即使存在这些工艺变化，也可以在90°的偏移中获得大约正负1度的精度。[0121]输出信号sgs10、sgs11和sgs20与sgs21之间的相移的测量可以通过任何方式进行，例如在生产阶段期间，通过配备有示波器的测试台或在嵌入式设备上，例如通过解调的测试信号进行。[0122]虽然已经参照说明性实施例描述了本发明，但该描述并不旨在以限制性的意义来解释。通过参考描述，本领域技术人员将清楚说明性实施例以及本发明的其它实施例的各种修改和组合。因此，所附权利要求包括任何这样的修改或实施例。当前第1页12当前第1页12
技术特征：
1.一种通信装置，包括：信号发生器，具有：两个第一产生端子，被配置为产生偏移180
°
的两个第一正弦信号；以及两个第二产生端子，被配置为产生偏移180
°
的两个第一余弦信号，所述第一正弦信号和所述第一余弦信号具有相同的初始频率；第一混频器模块，包括：两个第一输入端子和两个第二输入端子，被分别连接到所述两个第一产生端子；第二混频器模块，包括：两个第一输入端子和两个第二输入端子，分别被连接到所述两个第二产生端子；其中所述第一混频器模块的两个输出端子分别被连接到所述第二混频器模块的两个相对的输出端子，从而形成两个第一输出节点，所述两个第一输出节点被配置为产生偏移180
°
的、具有所述初始频率的两倍频率的两个第二余弦信号；第三混频器模块，包括：两个第一输入端子，分别被连接到所述两个第一产生端子；以及两个第二输入端子，分别被连接到所述两个第二产生端子；第四混频器模块，包括：两个第一输入端子，分别被连接到所述两个第二产生端子；以及两个第二输入端子，分别被连接到所述两个第一产生端子；其中所述第三混频器模块的两个输出端子分别被连接到所述第四混频器模块的两个同源输出端子连接，从而形成两个第二输出节点，所述两个第二输出节点被配置为产生偏移180
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的、具有所述初始频率的两倍频率的两个第二正弦信号；接收链；以及发射链；其中所述接收链和所述发射链被配置为：从所述第一输出节点和所述第二输出节点接收所述第二正弦信号和所述第二余弦信号，所述第二正弦信号和所述第二余弦信号形成频率变换信号的偏移90
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的两个分量。2.根据权利要求1所述的通信装置，被配置为在第五代(5g)频带中操作。3.根据权利要求1所述的通信装置，其中所述频率转换信号是28ghz。4.根据权利要求1所述的通信装置，其中所述信号发生器包括：信号源，被配置为产生具有正弦形状的初始信号，所述正弦形状具有所述初始频率；以及多相滤波器，被连接在所述信号源的输出与所述第一产生端子和所述第二产生端子之间；以及其中所述通信装置还包括电压放大电路，所述电压放大电路被连接在每个混频器模块的每个第二端子和对应的产生端子之间。5.根据权利要求1所述的通信装置，还包括校准电路，所述校准电路被配置为：根据在所述第一输出节点和所述第二输出节点处产生的所述第二正弦信号和所述第二余弦信号之间的相移，来调整所述混频器模块的校准电压。6.根据权利要求1所述的通信装置，其中所述初始频率大于或等于10ghz。7.根据权利要求6所述的通信装置，其中所述初始频率等于14ghz。8.根据权利要求1所述的通信装置，其中每个混频器模块包括：
电压/电流跨导级，包括第一晶体管；以及混频级，被连接到所述电压/电流跨导级，所述混频级包括：第二晶体管；电阻退化电路，被连接到所述第二晶体管的源极；以及校准输入，被连接到所述第二晶体管的栅极并且被配置为接收可调节的校准电压，其中所述第一晶体管的源极被直接连接到冷电源点。9.根据权利要求8所述的通信装置，其中所述跨导级还包括连接在所述第一晶体管的栅极和漏极之间的电流放大器块。10.根据权利要求8所述的通信装置，其中所述跨导级还包括第一输入接口，所述第一输入接口包括：两个第一输入端子，分别被连接到两个第一晶体管的栅极；以及其中所述混频级还包括：第二输入接口，包括：两个第二输入端子，分别被连接到两对第二晶体管的所述栅极；以及输出接口，包括两个输出端子，每个输出端子被连接到属于两个不同对的两个第二晶体管。11.根据权利要求10所述的通信装置，其中所述两个第一输入端子被配置为：分别接收具有偏移180
°
的正弦形状的两个第一信号，其中所述两个第二输入端子被配置为分别接收具有偏移180
°
的正弦形状的两个第二信号，并且其中所述两个第二信号与所述两个第一信号相同或相对于所述两个第一信号偏移90
°
。

技术总结
实施例公开了用于产生相位正交的射频信号的装置。集成电子设备包括混频器模块，该混频器模块包括电压/电流跨导级，该电压/电流跨导级包括第一晶体管并连接到包括第二晶体管的混频级，其中该混频级包括：电阻退化电路，该电阻退化电路连接到第二晶体管的源极；以及校准输入端，该校准输入端连接到第二晶体管的栅极并旨在接收可调节的校准电压，并且第一晶体管的源极直接连接到冷电源点。管的源极直接连接到冷电源点。管的源极直接连接到冷电源点。


技术研发人员：F
受保护的技术使用者：意法半导体(ALPS)有限公司
技术研发日：2021.03.01
技术公布日：2023/8/13