CN104247256A - 配置成进行电流重用的相控阵架构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了配置成进行电流重用的相控阵架构。在一示例性实施例中，一种装置包括电流模式相位旋转器(PR)模块，其配置成生成经相移的同相(I)电流信号和正交相位(Q)电流信号，以及电流模式残留边带(RSB)校正模块，其配置成校正与经相移的I电流信号和Q电流信号相关的残留边带误差。RSB校正模块和PR模块形成了相控阵元件，其配置成重用直流(DC)电源电流。

Description

配置成进行电流重用的相控阵架构
背景
技术领域
本申请一般涉及无线设备的操作和设计，尤其涉及相控阵的操作和设计。
背景技术
相控阵发射机或接收机包括多个协同工作以发射或者接收信息信号的相控阵元件。常规的相控阵元件可以包括滤波器、混频器，和/或附加的用以提供发射或接收功能的功能模块。典型情况下，相控阵元件的每一功能模块都被连接成利用来自指定电源的电流。相应地，每一个模块利用一定量的电源电流，这定义了总功耗。在便携式设备中，总功耗可能显著影响电池寿命。由此，希望减少此总功耗以延长电池寿命。
因此，提供了一种可供用于相控阵中的相控阵元件，其配置成用于实现降低的总功耗以延长便携式设备的电池寿命。
附图简要说明
通过参照以下结合附图考虑的描述，本文中所描述的以上方面将变得更易于明了，在附图中：
图1解说了堆叠式相控阵元件的示例性实施例，其可供用于发射机中并且被配置成进行电流重用；
图2解说了电流模式相位旋转器的示例性实施例；
图3解说了电流模式RSB(残留边带)校正块的示例性实施例；
图4解说了直流偏移校正模块的示例性实施例；
图5解说了包括四个堆叠式相控阵元件的相控阵发射机的示例性实施例；
图6解说了包括四个堆叠式相控阵元件的相控阵接收机的示例性实施例；以及
图7示出了堆叠式相控阵设备的示例性实施例。
详细描述
下面结合附图阐述的详细描述旨在作为对本发明的示例性实施例的描述，而非旨在代表可在其中实践本发明的仅有实施例。贯穿本描述使用的术语“示例性”意指“用作示例、实例或解说”，并且不应一定解释成优于或胜于其它示例性实施例。本具体实施例部分包括具体细节以提供对本发明的示例性实施例的透彻理解。对于本领域技术人员将显而易见的是，没有这些具体细节也可实践本发明的示例性实施例。在一些实例中，公知的结构和设备以框图形式示出以免湮没本文中给出的示例性实施例的新颖性。
图1解说了堆叠式相控阵元件100的示例性实施例，其被配置成在相控阵发射机中进行电流重用。相控阵元件100包括滤波器102、104，gm(跨导)级106，电流模式相位旋转器108，直流偏移校正(DCOC)块110，电流模式残留边带(RSB)降低模块110，以及混频器114、116。
在一示例性实施例中，直流偏移校正模块110以及滤波器102、104各自被连接成利用来自电源(VDD)的电流。混频器114、116，RSB112，相位旋转器108，以及gm级106被堆叠以重用来自单个去往VDD电源的连接的电流，并且藉此被配置成进行电流重用。相应地，相控阵元件100的堆叠式配置以比常规的相控阵元件低的总电流消耗(即，较低的功率)来工作。
在一示例性实施例中，滤波器102和104被设置为对待发射的I信号和Q信号进行滤波。滤波器102和104的输出被输入到gm级106。gm级106的晶体管118、120、122及124被连接成接收基于电压的I和Q滤波器输出，并且生成被连接到相位旋转器108的电流信号(IP、IM、QP及QM)。
相位旋转器108接收相位控制信号以控制其操作。来自gm级106的电流信号(IP、IM、QP及QM)被连接到相位旋转器108，相位旋转器108基于相位控制信号生成经相位旋转的输出信号(IP’、IM’、QP’及QM’)。相位旋转器108的输出(IP’、IM’、QP’及QM’)被连接到DCOC块110和RSB块112两者。
DCOC块110操作以用于基于偏移控制信号来移除与信号(IP’,IM’,QP’及QM’)相关联的直流偏移。RSB块112移除输出信号RFP以及RFM中由于混频器114和116失配、LOI和LOQ瑕疵、以及电流信号(IPo、IMo、QPo及QMo)中的瑕疵而产生的残留边带。混频器114和116接收本地振荡器(LOI和LOQ)信号并且将信号(IPo、IMo、QPo、及QMo)上变频，从而生成供发射的RFP和RFM输出信号。
电流路径126解说了电流如何流经该相控阵元件100的堆叠式配置。例如，混频器114连接到电源(VDD)，并且如由电流路径126所解说的，来自该电源的直流电流流经混频器114、RSB112、相位旋转器108以及gm级106。其结果是，相控阵元件100的堆叠式配置操作以用于通过DC电流重用而降低功耗。
图2解说了图1中所示的电流模式相位旋转器108的示例性实施例。相位旋转器108包括晶体管组202、204、206和208，它们连接到来自gm块106的电流信号IP、IM、QP、及QM。相位旋转器108生成被连接到RSB块112的电流信号IP’、IM’、QP’及QM’。相位旋转器108接收相位控制比特Q1、Q2、Q3及Q4，Q1、Q2、Q3及Q4分别代表0度、90度、180度以及270度相移。在一示例性实施例中，控制比特Q1-Q4接收自数字基带控制器(未示出)。
在操作期间，控制比特Q1-Q4中仅一个控制比特被导通，而其他则被关断。例如，如果想要90度相移，则Q2被置为高，而Q1、Q3、Q4被置为低。这可激活恰适的晶体管以提供所想要的相移。
图3解说了图1中所示的电流模式RSB校正块112的示例性实施例。RSB块112接收信号(IP’、IM’、QP’及QM’)并且执行校正以生成被输入到混频器114和116中的经校正信号(IPo、IMo、QPo、及QMo)。此校正是由RSB控制信号控制的，RSB控制信号包括(itoi、itoib、itoq、itoqb、qtoq、qtoqb、qtoi、及qtoib)信号。名为itoi的控制信号意味着信号电流(例如Ip’)将会被控制成流向输出IPo，并且名为itoib的控制信号意味着信号电流IP’将会被控制成流向IMo。类似地，名为itoq的控制信号意味着信号电流IP’将会被控制成流向QPo，而名为itoqb的控制信号则意味着信号电流IP’将会流向QMo。在一示例性实施例中，RSB控制信号接收自数字基带控制器(未示出)。
RSB块112包括两个连接到信号(IP’、IM’、QP’及QM’)中的每一者的晶体管组。例如，RSB块112包括在302和304处概示的与信号I’P相关联的晶体管组。晶体管组302由控制信号(itoi<1:0>和itoib<1:0>)控制，而晶体管组304由控制信号(itoq<1:0>和itoqb<1:0>)控制。RSB块112的其他晶体管组类似地由如图3中所示的指定控制信号来控制。这些控制信号启用及禁用每一个晶体管组的晶体管来决定与信号(IP’、IM’、QP’和QM’)相关联的电流量。
在一示例性实施例中，连接到每一个控制信号的最高有效位(MSB)的那个晶体管所具有的大小是连接到最低有效位(1)的晶体管的两倍(2x)。每一组中的一个大晶体管所具有的大小是LSB晶体管的64倍(64x)，并且具有连接到vcas的栅极端，该栅极端是常通的。
图4解说了DCOC块110的示例性实施例。DCOC110操作以用来移除与信号(IP’、IM’、QP’及QM’)中的每一者相关联的直流偏移。例如，晶体管对402被连接成用于移除与IP’信号相关联的直流偏移，并且晶体管对404被连接成移除与IM’信号相关联的直流偏移。DCOC块110提供了类似的电路系统(未示出)以用于从QP’和QM’信号移除直流偏移。
在DCOC块110的操作期间，参考源402向电流镜中注入参考电流(ibt)。由于尾电阻R，导致镜像电流被示为(ibt)以及(ibt/2)。偏移控制信号包括信号(a1、a1b、a2及a2b)。在一示例性实施例中，偏移控制信号接收自数字基带控制器(未示出)。
控制信号a1b是控制信号a1的补，并且控制信号a2b是控制信号a2的补。若a1为高且a2为低，则a1b为低且a2b为高。得到的结果就是(I’P＝ibt)，并且(I’M＝ibt/2)。
图5解说了包括四个相控阵元件502a-d的相控阵发射机500的示例性实施例。每一个阵元件包括如由图1中所示的相控阵元件100所解说的配置成进行电流重用的堆叠式电路系统。例如，电流路径510解说了通过阵元件502a实现的直流电流重用。如路径510所解说的，电流从VDD电源流经混频器502、RSB504、相位旋转器506以及gm级508。由此，图5中所示的每一个阵元件502a-d的电流重用配置与常规相控阵组件相比利用了较少的电源电流，并因此以较低的总功耗进行工作。
图6解说了包括四个阵元件620a-d的相控阵接收机600的示例性实施例。每一个阵元件包括如由图1中所示的相控阵元件100所解说的配置成进行电流重用的堆叠式电路系统。例如，阵元件620a包括LNA(低噪声放大器)602、混频器604、电流模式RSB块606、DCOC608以及电流模式相位旋转器610。电流模式相位旋转器610连接到第一滤波器级612，第一滤波器级612进一步连接到电源VDD。第一滤波器级612还连接到第二滤波器级614，第二滤波器级614也具有至电源VDD的连接。第二滤波器级的输出被连接到模数转换器(ADC)616。电流路径618解说了通过阵元件620a实现的直流电流重用。如路径618所解说的，电流从VDD电源流经第一滤波器级612、相位旋转器610以及RSB块606。由此，图6中所示的每一个阵元件620a-d与常规的相控阵元件相比利用了较少的电源电流并因此以较低的总功耗来进行工作。
图7示出了相控阵设备700的示例性实施例。例如，设备700适于用作图1中所示的相控阵元件100。在一方面，设备700由配置成提供如本文所描述的功能的一个或多个模块来实现。例如，在一方面，每个模块包括硬件和/或执行软件的硬件。
设备700包括第一模块，第一模块包括用于生成经相移的同相(I)电流信号和正交相位(Q)电流信号的装置(702)，其在一方面包括相位旋转器108。
设备700还包括第二模块，第二模块包括用于校正与经相移的I电流信号和Q电流信号相关联的残留边带(RSB)误差的装置(704)；其中用于生成的装置以及用于校正的装置被配置为重用直流电源电流，其中在一方面，用于校正的装置包括RSB块112。
本领域技术人员将理解，信息和信号可使用各种不同技术和技艺中的任何一种来表示或处理。例如，以上描述通篇可能引述的数据、指令、命令、信息、信号、位(比特)、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光学粒子、或其任何组合来表示。还应注意晶体管的类型和技术可被替换、重新安排或以其他方式修改以达成相同的结果。例如，可以把示为利用PMOS晶体管的电路修改为使用NMOS晶体管，反之亦然。由此，本文中所公开的放大器可以使用各种晶体管类型和技术来实现，并且不受限于附图中所示的这些晶体管类型和技术。例如，可以使用诸如BJT、GaAs、MOSFET之类的晶体管类型或任何其他的晶体管技术。
本领域技术人员将进一步领会，结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑框、模块、电路、和算法步骤可被实现为电子硬件、计算机软件、或两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、块、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员可针对每种特定应用以不同方式来实现所描述的功能性，但此类实现决策不应被解读为致使脱离本发明的示例性实施例的范围。
结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑块、模块、和电路可用设计成执行本文所描述的功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件组件、或其任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协同的一个或多个微处理器或任何其它此类配置。
结合本文所公开的实施例描述的方法或算法的各个步骤可直接用硬件、由处理器执行的软件模块或两者的组合来实现。软件模块可驻留在随机存取存储器(RAM)、闪存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦式可编程ROM(EEPROM)、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质被耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读和写信息。替换地，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。替换地，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。
在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现，则各功能可以作为一条或多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括非瞬态计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地到另一地的转移的任何介质。非瞬态存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的期望程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述组合应当也被包括在计算机可读介质的范围内。
提供了对所公开的示例性实施例的描述是为了使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本发明。对这些示例性实施例的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且本文中定义的一般原理可被应用于其他实施例而不会脱离本发明的精神或范围。因此，本发明并非意在被限定于本文中所示出的示例性实施例，而是应当被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广义的范围。

Claims (16)

1.一种装置，包括：
电流模式相位旋转器(PR)模块，配置成生成经相移的同相(I)电流信号和正交相位(Q)电流信号；以及
电流模式残留边带(RSB)校正模块，配置成校正与经相移的I电流信号和Q电流信号相关联的残留边带误差，所述RSB校正模块和所述PR模块被配置成重用直流电源电流。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括跨导块，配置成生成输入到所述PR模块中的I电流信号和Q电流信号，所述跨导块进一步配置成重用所述直流电源电流。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述RSB块被配置成基于RSB控制信号来执行残留边带校正，以生成经RSB校正的I电流信号和Q电流信号。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述RSB块包括至少一个晶体管组，所述至少一个晶体管组分别连接到所述经相移的I电流信号和Q电流信号中的每一者，所述至少一个晶体管组配置成基于RSB控制信号来生成所述经RSB校正的I电流信号和Q电流信号。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述PR模块配置成基于相位控制信号来提供相移，以生成所述经相移的I电流信号和Q电流信号。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述PR模块包括多个晶体管，所述多个晶体管配置成基于四个相位控制信号来提供所述相移，并且其中每一个相位控制信号的激活导致选定的相移。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括至少一个滤波器级，所述至少一个滤波器级耦合到所述PR模块并配置成重用所述直流电源电流。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述RSB块耦合到混频器，所述混频器在相控阵发射机中将所述经RSB校正的I信号和Q信号上变频。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述RSB块耦合到混频器，所述混频器在相控阵接收机中将接收到的I信号和Q信号下变频。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述PR模块和所述RSB校正模块形成阵元件，所述装置包括：
形成相控阵发射机的多个所述阵元件，所述多个阵元件配置成发射I信号和Q信号，每一个阵元件配置成重用相关联的直流电源电流。
11.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述PR模块和所述RSB校正模块形成阵元件，所述装置包括：
形成相控阵接收机的多个所述阵元件，所述多个阵元件配置成接收I信号和Q信号，每一个阵元件配置成重用相关联的直流电源电流。
12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括直流偏移校正模块，所述直流偏移校正模块连接到所述PR模块以及所述RSB校正模块，所述直流偏移校正模块配置成校正与所述经相移的I电流信号和Q电流信号相关联的直流偏移。
13.一种设备，包括：
用于生成经相移的同相(I)电流信号和正交相位(Q)电流信号的装置；以及
用于校正与所述经相移的I电流信号和Q电流信号相关联的残留边带(RSB)误差的装置；所述用于生成的装置和所述用于校正的装置配置成重用直流电源电流。
14.如权利要求13所述的设备，其特征在于，进一步包括用于将I电压信号和Q电压信号转换为I电流信号和Q电流信号的装置，所述I电流信号和Q电流信号被输入到所述用于生成的装置，所述用于转换的装置配置成重用所述直流电源电流。
15.如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述用于生成的装置和所述用于校正的装置形成阵元件，所述设备包括：
形成相控阵发射机的多个所述阵元件，所述多个阵元件配置成发射I信号和Q信号，每一个阵元件配置成重用相关联的直流电源电流。
16.如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述用于生成的装置和所述用于校正的装置形成阵元件，所述设备包括：
形成相控阵接收机的多个阵元件，所述多个阵元件配置成接收I信号和Q信号，每一个阵元件配置成重用相关联的直流电源电流。
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