CN116131868A - 一种增益调节电路、射频前端装置和天线设备 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种增益调节电路、射频前端装置和天线设备，其中，增益调节电路包括至少一个增益调节子电路；任一增益调节子电路均包括：N个第一电阻顺次串接，且第i个第一电阻的第二端与第i+1个第一电阻的第一端的连接节点为第一节点，N‑1个第一节点顺次设置；N≥4且N取整，1≤i≤N‑1；第一个第一电阻的第一端与输出信号线电连接；N‑3个第二电阻，第j个第一节点电连接一个第二电阻的第一端，2≤j＜N‑1，N‑3个第二电阻的第二端均和第N个第一电阻的第二端电连接；N‑1个开关单元，第k个第一节点电连接一个开关单元的第一端，1≤k≤N‑1，N‑1个开关单元的第二端均与输入信号线电连接；N‑1个开关单元中的每一个控制端电连接与之对应的控制信号线。

Description

一种增益调节电路、射频前端装置和天线设备

技术领域

本公开属于通信技术领域，具体涉及一种增益调节电路、射频前端装置和天线设备。

背景技术

目前，移动通信需要灵活面对多距离通信的应用场景，需要能够在发射端对信号的功率进行大范围且更精准的调节，这对射频前端装置中的增益调节模块提出了更高的要求。

发明内容

本公开旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种增益调节电路、射频前端装置和天线设备。

第一方面，解决本公开技术问题所采用的技术方案是一种增益调节电路，其包括至少一个增益调节子电路；任一所述增益调节子电路均包括：

N个第一电阻，所述N个第一电阻顺次串接，且第i个第一电阻的第二端与第i+1个第一电阻的第一端的连接节点为第一节点，所述N个第一电阻顺次串接形成的N-1个所述第一节点顺次设置；N≥4，且N为整数，1≤i≤N-1，且i为整数；第一个第一电阻的第一端与输出信号线电连接；

N-3个第二电阻，第j个第一节点电连接一个所述第二电阻的第一端，2≤j＜N-1，且j为整数，所述N-3个第二电阻的第二端均和第N个第一电阻的第二端电连接；

N-1个开关单元，第k个第一节点电连接一个所述开关单元的第一端，1≤k≤N-1，且k为整数，所述N-1个开关单元的第二端均与输入信号线电连接；所述N-1个开关单元中的每一个控制端电连接与之对应的控制信号线。

在一些实施例中，所述增益调节电路包括两个所述增益调节子电路，且分别为第一增益调节子电路和第二增益调节子电路；所述第一增益调节子电路的第N个第一电阻的第二端与所述第二增益调节子电路的第N个第一电阻的第二端电连接，且所述第一增益调节子电路的N-1个开关单元的第二端所连接的输入信号线所接收的信号为第一信号，所述第二增益调节子电路的N-1个开关单元的第二端所连接的输入信号线所接收的信号为第二信号；所述第一信号和所述第二信号为一组差分信号。

在一些实施例中，所述开关单元包括开关晶体管；对于任一所述开关单元，其中，所述开关晶体管的第一极电连接与之对应的第一节点，所述开关晶体管的控制极电连接与之对应的控制信号线，所述开关晶体管的第二极均与所述输入信号线电连接。

在一些实施例中，所述开关单元还包括反相器；对于任一所述开关单元，其中的所述反相器的输入端电连接与之对应的控制信号线，所述反相器的输出端电连接与之对应的开关晶体管的控制极。

在一些实施例中，所述反相器包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管和所述第二晶体管的开关特性相反；对于任一所述开关单元，其中的所述第一晶体管的控制极与所述第二晶体管的控制极电连接，并电连接与之对应的控制信号线，所述第一晶体管的第二极与所述第二晶体管的第二极电连接，并电连接所述开关晶体管的控制极。

在一些实施例中，各个所述开关单元中的所述开关晶体管的开关特性相同。

在一些实施例中，所述第二电阻的电阻值为所述第一电阻的电阻值的二倍。

第二方面，本公开实施例还提供了一种射频前端装置，其包括上述实施例中任一项所述的增益调节电路。

第三方面，本公开实施例还提供了一种天线设备，其包括上述实施例中所述的射频前端装置。

在一些实施例中，天线设备还包括基带处理模块和天线阵列；所述基带处理模块被配置为对射频信号进行处理，并传输至所述射频前端装置，所述射频前端装置对所述射频信号进行处理后传输至所述天线阵列；所述天线阵列被配置为将接收到的所述射频信号进行辐射。

附图说明

图1为本公开实施例提供的一种增益调节电路结构示意图；

图2为本公开实施例提供的另一种增益调节电路结构示意图；

图3为本公开实施例提供的一种开关单元结构示意图；

图4为本公开实施例提供的一种反相器结构示意图。

其中附图标记为：1、增益调节子电路；R1、第一电阻；N1、第一节点；R2、第二电阻；01、输入信号线；02、输出信号线；10、开关单元；11、第一增益调节子电路；12、第二增益调节子电路；Iinp、第一输入电流；Ioutp、第一输出电流；Iinn、第二输入电流；Ioutn、第二输出电流；20、反相器。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本公开实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本公开的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本公开的范围，而是仅仅表示本公开的选定实施例。基于本公开的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

在本公开中提及的“多个或者若干个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

现有技术中，在射频前端装置中可变增益调节模块分为有源和无源两种，有源来实现小步进的增益调节，而无源来实现大步进增益控制。无源可变增益调节模块主要为电阻构成的衰减网络，其中包括R2R(Resistance 2Resistance，电阻2电阻)网络，R2R网络包括一个阻值为R的电阻和一个阻值为2R的电阻组成的阵列。发明人发现，R2R网络主要应用于数字模拟转换器(Digital to Analog Converter，DAC)和模拟数字转换器(Analog toDigital Converter，ADC)等低频应用场景中，但由于该电路仅有电阻和相应开关组成，没有电感电容元件，占用面积小，同时还可以并联到电容输出端，因此在应用到射频电路时可以起到较好效果。

鉴于此，本公开实施例提供了一种增益调节电路，其实质上消除了由于相关技术的限制和缺陷而导致的问题中的一个或多个。具体的，本公开实施例中的增益调节电路通过将设置R2R网络，从而解决高频寄生电容和版图限制所导致的无法实现多档位步进(>5档)、低增益误差(<1dB)、应用场景受限等技术问题，同时，本公开实施例中所提供的增益调节电路可以实现更短距离的通信。

本公开实施例中所采用的晶体管可以为薄膜晶体管或场效应管或其他特性的相同器件，由于采用的晶体管的源极和漏极是对称的，所以其源极、漏极是没有区别的。在本公开实施例及之后的描述中，为区分晶体管的源极和漏极，将其中一极称为第一极，另一极称为第二极，栅极称为控制极。此外按照晶体管的特性区分可以将晶体管分为N型和P型，当采用P型晶体管时，第一极为P型晶体管的源极，第二极为P型晶体管的漏极，栅极输入低电平信号时，源漏极导通；当采用N型晶体管时，第一极为N型晶体管的漏极，第二极为N型晶体管的源极，栅极输入高电平信号时，源漏极导通。在本公开实施例及之后的描述中将以增益调节电路中的晶体管为N型晶体管为例进行说明。

第一方面，解决本公开技术问题所采用的技术方案是一种增益调节电路，图1为本公开实施例提供的一种增益调节电路结构示意图，如图1所示，其包括至少一个增益调节子电路1；任一增益调节子电路1均包括：N个第一电阻R1，N个第一电阻R1顺次串接，且第i个第一电阻R1的第二端与第i+1个第一电阻R1的第一端的连接节点为第一节点N1，N个第一电阻R1顺次串接形成的N-1个第一节点N1顺次设置；N≥4，且N为整数，1≤i≤N-1，且i为整数；第一个第一电阻R1的第一端与输出信号线02电连接；N-3个第二电阻R2，第j个第一节点N1电连接一个第二电阻R2的第一端，2≤j＜N-1，且j为整数，N-3个第二电阻R2的第二端均和第N个第一电阻R1的第二端电连接；N-1个开关单元10，第k个第一节点N1电连接一个开关单元10的第一端，1≤k≤N-1，且k为整数，N-1个开关单元10的第二端均与输入信号线01电连接；N-1个开关单元10中的每一个控制端电连接与之对应的控制信号线。

具体的，如图1所示，本公开实施例中示出了仅包括一组增益调节子电路1的增益调节电路。在本公开实施例中，N取8，即增益调节电路中包括8个第一电阻R1，5个第二电阻R2，7个开关单元10，且第二电阻R2的阻值为第一电阻R1的阻值的二倍，以形成R2R电阻网络。8个第一电阻R1顺次串接，且第i个第一电阻R1的第二端与第i+1个第一电阻R1的第一端的连接节点为第一节点N1，8个第一电阻R1顺次串接形成的7个第一节点N1顺次设置；1≤i≤7，且i为整数；第一个第一电阻R1的第一端与输出信号线02电连接；5个第二电阻R2，第j个第一节点N1电连接一个第二电阻R2的第一端，2≤j＜7，且j为整数，5个第二电阻R2的第二端均和第8个第一电阻R1的第二端电连接；7个开关单元10，第k个第一节点N1电连接一个开关单元10的第一端，1≤k≤7，且k为整数，7个开关单元10的第二端均与输入信号线01电连接；7个开关单元10中的每一个控制端电连接与之对应的控制信号线。

在本公开实施例中，通过在增益调节电路中设置R2R电阻网络，并通过开关单元10控制电流分流，从而使得增益调节电路工作在高频段(例如，在2GHz频段)时实现6dB增益步进，并提高低档位下的步进精度，同时，本公开实施例中的增益调节电路的版图设计上，可以通过降低各增益档位数字控制信号线的走线宽度从而减小面积，降低设计成本。

需要说明的是，本公开实施例中N≥4且N为整数，即本公开实施例中增益调节电路至少包括4个第一电阻R1、1个第二电阻R2和3个开关单元10，以形成R2R电阻网络。

在一些实施例中，图2为本公开实施例提供的另一种增益调节电路结构示意图，如图2所示，本公开实施例中的增益调节电路包括两个增益调节子电路1，且分别为第一增益调节子电路11和第二增益调节子电路12；本公开实施例中的第一增益调节子电路11和第二增益调节子电路12的结构与如图1中所示的增益调节子电路1结构相同，即N同样取值为8，第一增益调节子电路11和第二增益调节子电路12均包括8个第一电阻R1、5个第二电阻R2和7个开关单元10，且第二电阻R2的阻值为第一电阻R1的阻值的二倍，以形成R2R电阻网络。具体的，本公开实施例中的第一增益调节子电路11的第8个第一电阻R1的第二端与第二增益调节子电路12的第8个第一电阻R1的第二端电连接，且第一增益调节子电路11的7个开关单元10的第二端所连接的输入信号线01所接收的信号为第一信号，第二增益调节子电路12的7个开关单元10的第二端所连接的输入信号线01所接收的信号为第二信号；当第一增益调节子电路11的7个开关单元10的第二端所连接的输入信号线01接收到第一信号时，第一输入电流Iinp经由呈开态的开关单元10流入R2R电阻网络中，经过R2R电阻网络分流后的第一输出电流Ioutp从第一增益调节子电路11的与其第一个第一电阻R1的第一端电连接的输出信号线02流出；当第二增益调节子电路12的7个开关单元10的第二端所连接的输入信号线01接收到第二信号时，第二输入电流Iinn经由呈开态的开关单元10流入R2R电阻网络中，经过R2R电阻网络分流后的第二输出电流Ioutn从第二增益调节子电路12的与其第一个第一电阻R1的第一端电连接的输出信号线02流出；第一信号和第二信号为一组差分信号，即第一信号和第二信号大小相同，相位相差180°。

在一些实施例中，如图1所示，7个开关单元10中包括7个开关晶体管，分别为第一开关晶体管T1、第二开关晶体管T2、第三开关晶体管T3、第四开关晶体管T4、第五开关晶体管T5、第六开关晶体管T6和第七开关晶体管T7；对于任一开关单元10，其中，开关晶体管的第一极电连接与之对应的第一节点N1，开关晶体管的控制极电连接与之对应的控制信号线，且电连接的控制信号线分别为第一控制信号线S1、第二控制信号线S2、第三控制信号线S3、第四控制信号线S4、第五控制信号线S5、第六控制信号线S6和第七控制信号线S7，开关晶体管的第二极均与输入信号线01电连接。在本公开实施例中，开关晶体管控制输入电流的流向，对于任意一个开关晶体管，控制信号线对其均是独立控制的，在同一时刻，7个开关单元10中只允许一个开关单元10的开关晶体管呈开态，以保证增益调节电路的分流功能。

在一些实施例中，图3为本公开实施例提供的一种开关单元结构示意图，如图3所示，开关单元10还包括反相器20；为便于描述和理解，以如图1所示的增益调节电路中的开关单元10还包括反相器20为例，对于任一开关单元10，其中的反相器20的输入端电连接与之对应的控制信号线，反相器20的输出端电连接与之对应的开关晶体管的控制极。如图3所示，反相器20的输入端电连接第一控制信号线S1，反相器20的输出端电连接第一开关晶体管T1的控制极。需要说明的是，在高频电路中，开关晶体管的寄生电容不可忽略，例如第一开关晶体管T1的漏极和源极之间存在寄生电容Cds，第一开关晶体管的栅极和漏极之间存在寄生电容Cgd，第一开关晶体管的栅极和源极之间存在寄生电容Cgs。当通过控制信号线S1输入控制信号，导通第一开关晶体管T1时，由于开关单元10包括反相器20，且反相器20位于第一开关晶体管T1的栅极侧，从栅极向电路结构左侧看去，反相器20提供低阻，从输入信号线01流向第一开关晶体管T1的输入电流一方面流经第一开关晶体管T1的源漏极向R2R电阻网络流入，一方面通过反相器20流出，相较于开关单元10仅包括第一开关晶体管T1时，不会产生流经寄生电容Cgs、Cgd和Cds的多余分流，从而避免在高频情况下影响增益调节电路在低增益时的步进精度，进而使得本公开实施例的增益调节电路能够在2GHz频段以上实现6dB增益步进。

在一些实施例中，图4为本公开实施例提供的一种反相器结构示意图，如图4所示，反相器20包括第一晶体管T8和第二晶体管T9，第一晶体管T8和第二晶体管T9的开关特性相反；对于任一开关单元10，其中的第一晶体管T8的控制极与第二晶体管T9的控制极电连接，并电连接与之对应的控制信号线，第一晶体管T8的第二极与第二晶体管T9的第二极电连接，并电连接与之对应的开关晶体管的控制极。例如，反相器20可以为CMOS反相器，第一晶体管T8为PMOS管，第二晶体管T9为NMOS管，当输入高电平时，反相器20的NMOS管导通PMOS管截止，当输入低电平时，反相器20的PMOS管导通NMOS管截止。具体的，本公开实施例中反相器20的PMOS管的漏极与NMOS管的漏极电连接，且均电连接开关单元10中开关晶体管的控制极，反相器20的PMOS管的栅极与NMOS管的栅极电连接，且均电连接与之对应的控制信号线。

在本公开实施例中，通过在开关单元10中设置反相器20，使得增益调节电路在低增益时，开关单元10的开关晶体管具有低阻通路，从而降低输入电流通过寄生电容输出的幅值，进而提高了增益调节电路在低档位时的步进精度。

在一些实施例中，开关晶体管的开关特性相同，从而便于对增益调节电路进行控制。

在本公开实施例中，第二电阻R2的阻值为第一电阻R1的电阻值的二倍。如图1所示，通过设置第二电阻R2的阻值为第一电阻R1的电阻值的二倍，以形成R2R电阻网络，从而对电流进行分流。当开关单元10中第一开关晶体管T1呈开态时，本公开实施例中的增益调节子电路1对输入电流进行二分流，当开关单元10中第二开关晶体管T2呈开态时，本公开实施例中的增益调节子电路1对输入电流进行三分流，当开关单元10中第三开关晶体管T3呈开态时，本公开实施例中的增益调节子电路1对输入电流进行四分流，当开关单元10中第四开关晶体管T4呈开态时，本公开实施例中的增益调节子电路1对输入电流进行五分流，当开关单元10中第五开关晶体管T5呈开态时，本公开实施例中的增益调节子电路1对输入电流进行六分流，当开关单元10中第六开关晶体管T6呈开态时，本公开实施例中的增益调节子电路1对输入电流进行七分流，当开关单元10中第七开关晶体管T7呈开态时，本公开实施例中的增益调节子电路1对输入电流进行八分流。需要说明的是，本公开实施例中对于第一电阻R1、第二电阻R2及开关单元10的数量不做限制，视产品需求而定。

第二方面，本公开实施例还提供了一种射频前端装置，其包括上述实施例中任一项的增益调节电路。

第三方面，本公开实施例还提供了一种天线设备，其包括上述实施例中的射频前端装置。本公开实施例中的天线设备可以为2G、3G和4G多频段多制式的收发机。

在一些实施例中，天线设备还包括基带处理模块和天线阵列；基带处理模块被配置为对射频信号进行处理，并传输至射频前端装置，射频前端装置对射频信号进行处理后传输至天线阵列；天线阵列被配置为将接收到的射频信号进行辐射。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本公开的原理而采用的示例性实施方式，然而本公开并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本公开的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本公开的保护范围。

Claims (10)

1.一种增益调节电路，其中，包括至少一个增益调节子电路；任一所述增益调节子电路均包括：

N个第一电阻，所述N个第一电阻顺次串接，且第i个第一电阻的第二端与第i+1个第一电阻的第一端的连接节点为第一节点，所述N个第一电阻顺次串接形成的N-1个所述第一节点顺次设置；N≥4，且N为整数，1≤i≤N-1，且i为整数；所述N个第一电阻中第一个第一电阻的第一端与输出信号线电连接；

N-3个第二电阻，第j个第一节点电连接一个所述第二电阻的第一端，2≤j＜N-1，且j为整数，所述N-3个第二电阻的第二端均和第N个第一电阻的第二端电连接；

N-1个开关单元，第k个第一节点电连接一个所述开关单元的第一端，1≤k≤N-1，且k为整数，所述N-1个开关单元的第二端均与输入信号线电连接；所述N-1个开关单元中的每一个控制端电连接与之对应的控制信号线。

2.根据权利要求1所述的增益调节电路，其中，包括两个所述增益调节子电路，且分别为第一增益调节子电路和第二增益调节子电路；所述第一增益调节子电路的第N个第一电阻的第二端与所述第二增益调节子电路的第N个第一电阻的第二端电连接，且所述第一增益调节子电路的N-1个开关单元的第二端所连接的输入信号线所接收的信号为第一信号，所述第二增益调节子电路的N-1个开关单元的第二端所连接的输入信号线所接收的信号为第二信号；所述第一信号和所述第二信号为一组差分信号。

3.根据权利要求1所述的增益调节电路，其中，所述开关单元包括开关晶体管；

对于任一所述开关单元，其中，所述开关晶体管的第一极电连接与之对应的第一节点，所述开关晶体管的控制极电连接与之对应的控制信号线，所述开关晶体管的第二极均与所述输入信号线电连接。

4.根据权利要求3所述的增益调节电路，其中，所述开关单元还包括反相器；

对于任一所述开关单元，其中的所述反相器的输入端电连接与之对应的控制信号线，所述反相器的输出端电连接与之对应的开关晶体管的控制极。

5.根据权利要求4所述的增益调节电路，其中，所述反相器包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管和所述第二晶体管的开关特性相反；

对于任一所述开关单元，其中的所述第一晶体管的控制极与所述第二晶体管的控制极电连接，并电连接与之对应的控制信号线，所述第一晶体管的第二极与所述第二晶体管的第二极电连接，并电连接所述开关晶体管的控制极。

6.根据权利要求3所述的增益调节电路，其中，各个所述开关单元中的所述开关晶体管的开关特性相同。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的增益调节电路，其中，所述第二电阻的电阻值为所述第一电阻的电阻值的二倍。

8.一种射频前端装置，其中，包括上述权利要求1-7中任一项所述的增益调节电路。

9.一种天线设备，其中，包括上述权利要求8中所述的射频前端装置。

10.根据权利要求9所述的天线设备，其中，还包括基带处理模块和天线阵列；所述基带处理模块被配置为对射频信号进行处理，并传输至所述射频前端装置，所述射频前端装置对所述射频信号进行处理后传输至所述天线阵列；所述天线阵列被配置为将接收到的所述射频信号进行辐射。

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