CN117242698A - 上/下变频电子装置和毫米波低相位噪声本地振荡器 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于转换频率的电子装置和用于产生LO信号的本地振荡器。所公开的电子装置可以包括：IF端口，其输入或输出第一频段信号；RF端口，其输入或输出高于第一频段信号的第二频段信号；无源混频器，其将第一频段信号转换为第二频段信号或者将第二频段信号转换为第一频段信号；本地振荡器，其基于包括三阶无源滤波器的PLL生成具有多个频段中的一个频段的LO信号，并将LO信号提供给无源混频器；以及双向放大器，其设置在IF端口与无源混频器之间，并且包括用于控制输入到IF端口或从IF端口输出的信号的增益相等的增益均衡器。

Description

上/下变频电子装置和毫米波低相位噪声本地振荡器

技术领域

本公开涉及一种利用毫米波低相位噪声本地振荡器进行上下变频的电子装置。

背景技术

由于当今的通信标准，例如第五代新无线电(5G NR)，对具有更宽信号带宽的毫米波(mmWave)频率的需求增加，可能需要额外的昂贵测试设备来满足当前的无线标准。

发明内容

技术问题

根据各种实施例，通过将毫米波段信号(例如，24.25千兆赫(GHz)至43.5GHz)转换成低于6G波段信号(如，0.6GHz至6GHz)，毫米波段信号可以由先前开发的用于低于6G波段的测试设备有效地生成和分析，而无需任何额外的新开发的测试设备。

解决方案

根据实施例，电子装置可以包括：中频(IF)端口，其被配置为输入或输出第一频段信号；射频(RF)端口，其被配置为输入或输出高于第一频段信号的第二频段信号；无源混频器，其被配置为将第一频段信号转换为第二频段信号或者将第二频段信号转换为第一频段信号；本地振荡器(LO)，其被配置为基于锁相环(PLL)(包括三阶无源滤波器)生成多个频段中的一个频段中的LO信号，并将LO信号提供给无源混频器；以及双向放大器，其布置在IF端口与无源混频器之间并且包括增益均衡器，所述增益均衡器被配置为控制输入到IF端口或从IF端口输出的信号的增益平坦度。

根据实施例，本地振荡器包括：包括三阶无源滤波器的20GHz PLL，以及被配置为将从所述PLL接收的信号发送到多个路径中的一个路径的开关，其中多个频段中的一个频段中的LO信号可以由多个路径中的一个路径生成并输出。

有益效果

根据各种实施例，如果RF信号被转换成IF信号，并且转换后的IF信号被提供给频率范围1(FR1)测量仪器，则可以以低成本对处理FR2频段信号的装置进行电特性和性能测试，而无需昂贵的FR2测量仪器。

此外，根据各种实施例，基于高线性度将RF信号转换成IF信号并将IF信号转换成RF信号的架构可用于容易地实现处理FR2频段的变频器、RF毫米集成电路(MMIC)、通信终端、通信中继器、RF集成电路(RFIC)和测量仪器。

附图说明

图1是示出根据实施例的网络环境中的电子装置的框图；

图2是示出根据实施例的执行变频的电子装置的操作的图；

图3示出了根据实施例的执行变频的电子装置的电路图；

图4和图5示出了根据实施例的本地振荡器的操作；

图6示出了根据实施例的双向放大器；并且

图7是示出根据实施例的使用变频器的制造测试的图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述实施例。当参考附图描述实施例时，相同的附图标记指代相同的元件，并且将省略与之相关的任何重复描述。

图1是示出根据实施例的网络环境中的电子装置的框图。

参考图1，网络环境100中的电子装置101可以经由第一网络198(例如，短距离无线通信网络)与电子装置102进行通信，或者经由第二网络199(例如，长距离无线通信网络)与电子装置104或服务器108中的至少一者进行通信。电子装置101可以经由服务器108与电子装置104进行通信。电子装置101可以包括处理器120、存储器130、输入模块150、声音输出模块155、显示模块160、音频模块170、传感器模块176、接口177、连接端178、触觉模块179、相机模块180、电力管理模块188、电池189、通信模块190、用户识别模块(SIM)196和/或天线模块197。在一些实施例中，可以从电子装置101中省略上述部件中的至少一者(例如，连接端178)，或者可以将一个或更多个其它部件添加到电子装置101中。在一些实施例中，可以将上述部件中的一些部件(例如，传感器模块176、相机模块180或天线模块197)集成为单个部件(例如，显示模块160)。

处理器120可以运行例如软件(例如，程序140)来控制电子装置101的与处理器120连接的至少一个其它部件(例如，硬件部件或软件部件)，并可以执行各种数据处理或计算。作为数据处理或计算的至少部分，处理器120可以将从另一部件(例如，传感器模块176或通信模块190)接收到的命令或数据存储到易失性存储器132中，对存储在易失性存储器132中的命令或数据进行处理，并将结果数据存储在非易失性存储器134中。处理器120可以包括主处理器121(例如，中央处理单元(CPU)或应用处理器(AP))或者与主处理器121在操作上独立的或者相结合的辅助处理器123(例如，图形处理单元(GPU)、神经处理单元(NPU)、图像信号处理器(ISP)、传感器中枢处理器或通信处理器(CP))。例如，当电子装置101包括主处理器121和辅助处理器123时，辅助处理器123可以被适配为比主处理器121耗电更少，或者被适配为专用于特定的功能。可以将辅助处理器123实现为与主处理器121分离或者实现为主处理器121的部分。

在主处理器121处于未激活(例如，睡眠)状态时，辅助处理器123(而非主处理器121)可控制与电子装置101的部件之中的至少一个部件(例如，显示模块160、传感器模块176或通信模块190)相关的功能或状态中的至少一些，或者在主处理器121处于激活状态(例如，运行应用)时，辅助处理器123可以与主处理器121一起来控制与电子装置101的部件之中的至少一个部件(例如，显示模块160、传感器模块176或通信模块190)相关的功能或状态中的至少一些。可以将辅助处理器123(例如，ISP或CP)实现为在功能上与辅助处理器123相关的另一部件(例如，相机模块180或通信模块190)的部分。辅助处理器123(例如，NPU)可以包括专用于人工智能模型处理的硬件结构。可以通过机器学习来生成人工智能模型。例如，可以通过执行人工智能的电子装置101或经由单独的服务器(例如，服务器108)来执行这样的学习。学习算法可以包括但不限于例如监督学习、无监督学习、半监督学习或强化学习。AI模型可以包括多个人工神经网络层。人工神经网络可以是深度神经网络(DNN)、卷积神经网络(CNN)、循环神经网络(RNN)、受限玻尔兹曼机(RBM)、深度置信网络(DBN)、双向循环深度神经网络(BRDNN)或深度Q网络或其两个或更多个的组合，但不限于此。另外地或可选地，AI模型可以包括除了硬件结构以外的软件结构。

存储器130可以存储由电子装置101的至少一个部件(例如，处理器120或传感器模块176)使用的各种数据。各种数据可以包括例如软件(例如，程序140)以及针对与其相关的命令的输入数据或输出数据。存储器130可以包括易失性存储器132或非易失性存储器134。

可以将程序140作为软件存储在存储器130中，并且程序140可以包括例如操作系统(OS)142、中间件144或应用146。

输入模块150可以从电子装置101的外部(例如，用户)接收将由电子装置101的其它部件(例如，处理器120)使用的命令或数据。输入模块150可以包括例如麦克风、鼠标、键盘、键(例如，按钮)或数字笔(例如，手写笔)。

声音输出模块155可以将声音信号输出到电子装置101的外部。声音输出模块155可以包括例如扬声器或接收器。扬声器可以用于一般目的，例如播放多媒体或播放唱片。接收器可以用于接收呼入呼叫。接收器可以与扬声器分开实现，也可以作为扬声器的一部分实现。

显示模块160可以向电子装置101的外部(例如，用户)视觉地提供信息。显示模块160可以包括例如用于控制显示器、全息装置或投影仪以及用于控制显示器、全息装置和投影仪中的相应一个的控制电路。显示模块160可以包括适配为检测触摸的触摸传感器，或者适配为测量由触摸引起的力的强度的压力传感器。

音频模块170可以将声音转换为电信号，反之亦可。音频模块170可以经由输入模块150获得声音，或者经由声音输出模块155或与电子装置101直接(例如，有线地)连接或无线连接的外部电子装置(例如，电子装置102，诸如扬声器或耳机)输出声音。

传感器模块176可以检测电子装置101的操作状态(例如，功率或温度)或电子装置101外部的环境状态(例如，用户的状态)，然后产生与检测到的状态相应的电信号或数据值。传感器模块176可以包括例如手势传感器、陀螺仪传感器、大气压力传感器、磁性传感器、加速度传感器、握持传感器、接近传感器、颜色传感器、红外(IR)传感器、生物特征传感器、温度传感器、湿度传感器和/或照度传感器。

接口177可以支持将用来使电子装置101与外部电子装置(例如，电子装置102)直接(例如，有线地)或无线耦接的一个或更多个特定协议。接口177可以包括例如高清晰度多媒体接口(HDMI)、通用串行总线(USB)接口、安全数字(SD)卡接口或音频接口。

连接端178可以包括连接器，电子装置101可以经由连接器与外部电子装置(例如，电子装置102)物理连接。连接端178可以包括例如HDMI连接器、USB连接器、SD卡连接器或音频连接器(例如，耳机连接器)。

触觉模块179可以将电信号转换为可以被用户经由他或她的触觉或动觉识别的机械刺激(例如，振动或运动)或电刺激。触觉模块179可以包括例如电机、压电元件和/或电刺激器。

相机模块180可以捕获静止图像或运动图像。相机模块180可以包括一个或更多个透镜、图像传感器、图像信号处理器和/或闪光灯。

电力管理模块188可以管理对电子装置101的供电。可以将电力管理模块188实现为例如电力管理集成电路(PMIC)的至少一部分。

电池189可以对电子装置101的至少一个部件供电。电池189可以包括例如不可再充电的原电池、可再充电的蓄电池、或燃料电池。

通信模块190可以支持在电子装置101与外部电子装置(例如，电子装置102、电子装置104或服务器108)之间建立直接(例如，有线)通信信道或无线通信信道，并经由建立的通信信道执行通信。通信模块190可以包括可与处理器120(例如，AP)独立操作的一个或更多个通信处理器，并支持直接(例如，有线)通信或无线通信。通信模块190可以包括无线通信模块192(例如，蜂窝通信模块、短距离无线通信模块和/或全球导航卫星系统(GNSS)通信模块)或有线通信模块194(例如，局域网(LAN)通信模块或电力线通信(PLC)模块)。这些通信模块中的相应一个可以经由第一网络198(例如，短距离通信网络，诸如蓝牙^TM、无线保真(Wi-Fi)直连或红外数据协会(IrDA))或第二网络199(例如，长距离通信网络，诸如传统蜂窝网络、5G网络、下一代通信网络、互联网或计算机网络(例如，LAN或广域网(WAN)))与外部电子装置104进行通信。可以将这些各种类型的通信模块实现为单个部件(例如，单个芯片)，或可以将这些各种类型的通信模块实现为彼此分离的多个部件(例如，多个芯片)。无线通信模块192可以使用存储在SIM 196中的用户信息(例如，国际移动用户识别码(IMSI))识别并验证通信网络(诸如第一网络198或第二网络199)中的电子装置101。

无线通信模块192可以支持在4G网络之后的5G网络以及下一代通信技术(例如NR接入技术)。NR接入技术可以支持增强型移动宽带(eMBB)、大规模机器类型通信(mMTC)或超可靠低延时通信(URLLC)。无线通信模块192可以支持高频段(例如，毫米波段)以实现例如高数据传输速率。无线通信模块192可以支持用于确保高频段上的性能的各种技术，诸如例如波束成形、大规模多输入多输出(MIMO)、全维MIMO(FD-MIMO)、阵列天线、模拟波束成形或大规模天线。无线通信模块192可以支持在电子装置101、外部电子装置(例如，电子装置104)或网络系统(例如，第二网络199)中指定的各种要求。无线通信模块192可以支持用于实现eMBB的峰值数据速率(例如，20Gbps或更大)、用于实现mMTC的丢失覆盖(例如，164dB或更小)或者用于实现URLLC的U平面延迟(例如，对于下行链路(DL)和上行链路(UL)中的每一者为0.5ms或更小，或者1ms或更小的往返)。

天线模块197可以将信号或电力发送到电子装置101的外部(例如，外部电子装置)或者从电子装置101的外部(例如，外部电子装置)接收信号或电力。天线模块197可以包括含有辐射元件的天线，该辐射元件由在基板内或基板上(例如，印刷电路板(PCB))形成的导电材料或导电图案构成。天线模块197可以包括多个天线(例如，阵列天线)。在这种情况下，可以由例如通信模块190从多个天线中选择适合于在通信网络(诸如第一网络198或第二网络199)中使用的通信方案的至少一个天线。可以经由至少一个所选择的天线在通信模块190和外部电子装置之间发送或接收信号或电力。除了辐射元件之外的另外的部件(例如，RFIC)可以附加地形成为天线模块197的一部分。

天线模块197可以形成毫米波天线模块。毫米波天线模块可以包括PCB、RFIC和多个天线(例如，阵列天线)，其中，RFIC设置在PCB的第一表面(例如，底表面)上，或与第一表面相邻并且能够支持指定的高频段(例如，毫米波段)，多个天线设置在PCB的第二表面(例如，顶部表面或侧表面)上，或与第二表面相邻并且能够发送或接收指定高频段信号。

上述部件中的至少一些可以经由外设间通信方案(例如，总线、通用输入输出(GPIO)、串行外设接口(SPI)或移动工业处理器接口(MIPI))相互连接并在它们之间通信地传送信号(例如，命令或数据)。

可以经由与第二网络199耦接的服务器108在电子装置101和外部电子装置104之间发送或接收命令或数据。外部电子装置102或104中的每一者可以是与电子装置101相同类型的装置，或者是与电子装置101不同类型的装置。将在电子装置101运行的全部操作或一些操作可以在一个或多个外部电子装置(例如，外部装置102和104，以及服务器108)中运行。例如，如果电子装置101需要自动执行功能或服务或者应该响应于来自用户或另一装置的请求执行功能或服务，则电子装置101可请求所述一个或更多个外部电子装置执行所述功能或服务中的至少部分，而不是运行所述功能或服务，或者电子装置101除了运行所述功能或服务以外，还可以请求所述一个或更多个外部电子装置执行所述功能或服务中的至少部分。接收到所述请求的所述一个或更多个外部电子装置可执行所述功能或服务中的所请求的所述至少部分，或者执行与所述请求相关的另外功能或另外服务，并将执行的结果传送到电子装置101。电子装置101可以在对所述结果进行进一步处理的情况下或者在不对所述结果进行进一步处理的情况下将所述结果作为对所述请求的至少部分答复来提供。为此，可使用例如云计算技术、分布式计算技术、移动边缘计算(MEC)技术或客户机-服务器计算技术。电子装置101可以使用例如分布式计算或移动边缘计算来提供超低延时服务。在示例实施例中，外部电子装置104可包括物联网(IoT)装置。服务器108可以是使用机器学习和/或神经网络的智能服务器。外部电子装置104或服务器108可以被包括在第二网络199中。电子装置101可以应用于基于5G通信技术或IoT相关技术的智能服务(例如，智能家居、智能城市、智能汽车或医疗保健)。

根据各种实施例的电子装置可以是各种类型的电子装置之一。电子装置可以包括例如便携式通信装置(例如，智能电话)、计算机装置、便携式多媒体装置、便携式医疗装置、相机、可穿戴装置或家用电器，尽管电子装置不限于上述那些电子装置。

应该理解的是，本公开的各种实施例以及其中使用的术语并不意图将在此阐述的技术特征限制于具体实施例，而是包括针对相应实施例的各种改变、等同形式或替换形式。对于附图的描述，相似的参考标号可用来指代相似或相关的部件。将理解的是，与项相对应的单数形式的名词可包括一个或更多个事物，除非相关上下文另有明确指示。如这里所使用的，诸如“A或B”、“A和B中的至少一者”、“A或B中的至少一者”、“A、B或C”、“A、B和C中的至少一者”以及“A、B或C”的短语中的每一个短语可包括在与所述多个短语中的相应一个短语中一起列举出的项的任意一项或其所有可能组合。如这里所使用的，诸如“第1”和“第2”或者“第一”和“第二”的术语可用于将部件与讨论中的其他部件进行简单区分，并且不在其它方面(例如，重要性或顺序)限制所述部件。将理解的是，在有或没有术语“操作地”或“通信地”的情况下，如果一元件(例如，第一元件)被称为“与另一元件(例如，第二元件)耦接”、“耦接到另一元件(例如，第二元件)”、“与另一元件(例如，第二元件)连接”或“连接到另一元件(例如，第二元件)”，则意味着所述一元件可与所述另一元件直接(例如，有线地)耦接、与所述另一元件无线耦接、或经由第三元件与所述另一元件耦接。

如与本公开的各种实施例关联使用的，术语“模块”可以包括以硬件、软件或固件实现的单元，并可以与其他术语(例如，“逻辑”、“逻辑块”、“部分”或“电路”)可互换地使用。模块可以是被适配为执行一个或更多个功能的单个集成部件或者是该单个集成部件的最小单元或部分。例如，根据实施例，可以以专用集成电路(ASIC)的形式来实现模块。

可以将在此阐述的各种实施例实现为包括存储在存储介质(例如，内部存储器136或外部存储器138)中的可以由机器(例如，电子装置101)读取的一个或更多个指令的软件(例如，程序140)。例如，所述机器(例如，电子装置101)的处理器(例如，处理器120)可以调用存储在存储介质中的所述一个或更多个指令中的至少一个指令并运行所述至少一个指令。这使得所述机器能够操作用于根据所调用的至少一个指令执行至少一个功能。所述一个或更多个指令可包括由编译器产生的代码或可由解释器运行的代码。可以以非暂时性存储介质的形式来提供机器可读存储介质。其中，术语“非暂时性”仅意味着所述存储介质是有形装置，并且不包括信号(例如，电磁波)，但是该术语并不在数据被半永久性地存储在存储介质中与数据被临时存储在存储介质中之间进行区分。

可以在计算机程序产品中包括和提供根据本公开的各种实施例的方法。计算机程序产品可作为产品在销售者和购买者之间进行交易。可以以机器可读存储介质(例如，紧凑盘只读存储器(CD-ROM))的形式来发布计算机程序产品，或者可以经由应用商店(例如，Play Store^TM)在线发布(例如，下载或上传)计算机程序产品，或者可以直接在两个用户装置(例如，智能电话)之间分发(例如，下载或上传)计算机程序产品。如果是在线发布的，则计算机程序产品中的至少部分可以是临时产生的，或者可将计算机程序产品中的至少部分至少临时存储在机器可读存储介质(诸如制造商的服务器、应用商店的服务器或转发服务器的存储器)中。

根据各种实施例，上述部件中的每个部件(例如，模块或程序)可以包括单个实体或多个实体，并且多个实体中的一些实体可分离地设置在不同的部件中。根据各种实施例，可省略上述部件中的一个或更多个部件，或者可添加一个或更多个其它部件。可选择地或者另外地，可将多个部件(例如，模块或程序)集成为单个部件。在这种情况下，根据各种实施例，该集成部件可以仍旧按照与所述多个部件中的相应一个部件在集成之前执行一个或更多个功能相同或相似的方式，执行所述多个部件中的每一个部件的所述一个或更多个功能。根据各种实施例，由模块、程序或另一部件所执行的操作可以顺序地、并行地、重复地或以启发式方式来执行，或者所述操作中的一个或更多个操作可以按照不同的顺序来运行或被省略，或者可添加一个或更多个其它操作。

图2是示出根据实施例的执行变频的电子装置的操作的图。

参考图2，电子装置200可以将IF信号转换为RF信号或将RF信号转换为IF信号。

IF信号可以是5G NR的频率范围1(FR1)频段中的信号，例如，具有1GHz至5GHz频段的IF信号。RF信号可以是毫米波信号或5G NR的频率范围2(FR2)频段中的信号，例如，具有21GHz至45GHz频段的RF信号。

电子装置200可以是在IF信号和RF信号之间执行直接转换的装置，该装置具有高线性度以处理具有RF输入/输出宽带特性的高阶调制信号，以覆盖RF信号的整个频段。为此，电子装置200可以包括宽带无源混频器、具有高线性度的双向IF放大器和低相位噪声LO，这将参考下面的附图进行详细描述。

例如，为了测试处理FR2频段信号的装置的电特性和性能，需要支持FR2频段的FR2测量仪器，但是FR2测量仪器可能比支持FR1频段的FR1测量仪器更昂贵。因此，如果通过电子装置200将RF信号转换为IF信号，并且将IF信号提供给FR1测量仪器，则可以在没有昂贵的FR2测量仪器的情况下以低成本对处理FR2频段信号的装置执行电特性和性能测试。当电子装置200将RF信号转换为IF信号或将IF信号转换为RF信号时，可能需要变频的线性度以最小化信息损失。如果通过高线性度的变频将RF信号转换为IF信号，则可以使用相对便宜的FR1测量仪器以高精度对处理FR2频段信号的装置执行电特性和性能测试。

此外，电子装置200可以将RF信号转换为IF信号，并且还可以将IF信号转换为RF信号，并且通过这种转换，可以执行各种操作。例如，电子装置200可以是变频器、RF MMIC、通信终端、通信中继器、RFIC和测量仪器中的一者。测量仪器可以是信号发生器、频谱分析仪和网络仿真器中的一者。

图3示出了根据实施例的执行变频的电子装置的电路图。

参考图3，电子装置300可以包括IF端口310、RF端口320、无源混频器330、LO 340和双向放大器350。

通过IF信号和RF信号之间的直接转换，电子装置300可以具有1GHz至5GHz和21GHz至45GHz的宽IF带宽，并且LO 340可以生成20GHz至29.5GHz和33.5GHz至40GHz的频段中的LO信号。为了实现电子装置300的高线性度，LO 340可能需要产生低量的近载波相位噪声(lose-in phase noise)并去除高次谐波和/或杂散波。此外，电子装置300可以包括用于双向转换的双向放大器350，并且具有低增益变化以保持宽带调制信号的线性度。

可能存在三个因素使电子装置300的线性度失真。第一因素可以是LO 340的近载波相位噪声，其可以对与转换信号相邻的信道产生负面影响。第二因素可以是双向放大器350的AM/PM(幅度到相位)失真。第三因素可以是无源混频器330的转换增益的幅度纹波/群延迟失真。

无源混频器330可以具有无源双平衡结构，以便支持RF频段(例如，21GHz至45GHz)并且具有最大IF和RF输入(～20分贝毫瓦(dBm))。无源混频器330可以使用LO 340的LO信号来将输入到IF端口310的IF信号转换成RF信号并将RF信号发送到RF端口320，或者将输入到RF端口320的RF信号转换成IF信号并将IF信号发送到IF端口310。

例如，根据LO 340的功率测量的隔离特性可以如下。在LO 340的17dBm功率下，IF端口310和RF端口320的LO泄漏都小于-35dB，RF-IF的隔离度可以超过-23.02dB，IF-RF的隔离度可以超过-10dB。由于沿IF路径使用的低通滤波器的抑制损耗在7GHz之后可能超过-30dB，因此可以抑制包括LO和RF泄漏的70dB或更大的IF带外噪声。此外，RF路径中的高通滤波器在小于16GHz时可能具有-50dB或更高的抑制损耗，以滤除IF泄漏。然而，可能需要RF外带通滤波器来进一步抑制在LO泄漏和RF带宽中产生的镜像。根据LO 340的功率测得的无源混频器330的上/下变频损耗在17dBm时可以小于-11.4dB/-8.7dB。因此，对于无源混频器330，17dBm的功率可以推导为LO 340的最佳功率。

由于21GHz高通滤波器370可以布置在无源混频器330和RF端口320之间，因此可以去除带外噪声分量(例如，从无源混频器330泄漏的IF和LO信号，以及镜像分量(例如，LO-IF分量))。在另一个示例中，带通滤波器380可以另外布置在无源混频器330和RF端口320之间，因此，可以去除带外噪声分量。此外，10dB耦合器和均方根(RMS)功率检测器325可以连接到RF端口320，因此，可以在上变频期间获得实时RF输出。

LO 340可以具有20GHz至29.5GHz和33.5GHz至40GHz的双路径配置，以输出宽带LO信号，并且基于LO信号，可以在整个5G FR2商用频段中执行上/下变频。LO 340可以通过使用多级放大器在17dBm部分执行高输出，以支持无源混频器330的三极管区域操作。此外，LO340可以包括20GHz PLL和45GHz倍频器，以输出～40GHz低相位噪声和1-Tone(连续波(CW))信号。

双向放大器350可以布置在IF端口310和无源混频器330之间，在将IF信号转换为RF信号时将从IF端口310接收的信号放大并发送到无源混频器330，并在将RF信号转换为IF信号时将从无源混频器330接收的信号放大并发送到IF端口310。由于有源元件在FR2频段中具有低功率效率，双向放大器350可以在IF频段中构建双向路径。例如，为了确保在双向变频期间的IF路径增益，在双向放大器350中，可以在上变频路径中布置两级放大器，并且可以在下变频路径中布置三级放大器，但是这些实施例不限于此。

5GHz低通滤波器360可以分别布置在双向放大器350之前和之后，并且低通滤波器360可以在上变频或下变频期间去除由多级放大器产生的谐波分量，并且在下变频期间去除由无源混频器330产生的镜像分量和LO泄漏分量。

此外，10dB耦合器和RMS检测器315可以连接到IF端口310，因此，可以在下变频期间获得实时IF输出。

电子装置300可以在具有宽IF和RF带宽的上变频或下变频模式下重建操作，从而将可用频率范围扩展到多个装置。此外，电子装置300的相位噪声可以帮助电子装置300在更高的载波频率下表现出最高的性能，以最小化误差矢量幅度(EVM)失真并容易地转换宽带调制信号。

图4和图5示出了根据实施例的LO的操作。

参考图4，示出了LO 400的电路图。

LO 400可以基于包括三阶无源滤波器的PLL在多个频段中的一个频段中生成LO信号，并且将LO信号提供给无源混频器330。

炉控晶体振荡器(OCXO)可以是一种振荡器，其具有由LO 400生成的LO信号频率的高精度特性和针对精度和长期使用的低老化特性，并且生成100兆赫(MHz)信号。

第四低通滤波器(LPF4)可以去除OCXO生成的100MHz信号中包括的噪声分量，并将该信号发送到分配器，并且分配器可以将接收到的信号分配到PLL和定标器。发送到定标器的信号可以具有降低到1/10的频率，以通过放大器、电阻器和第四低通滤波器作为参考输出被输出。10MHz参考输出(例如0dBm)可用于同步另一台测量仪器。

PLL可以基于从分配器接收的100MHz信号生成具有恒定频率(例如，20GHz)的信号。参考图5，PLL 500可以包括相位比较器510、电荷泵520、三阶无源滤波器530、压控振荡器(VCO)540和定标器550。

相位比较器510可以基于从分配器接收的100MHz信号和从VCO 540分配的反馈信号之间的相位差来输出脉冲。从相位比较器510输出的脉冲可以被传输到电荷泵520并被转换为电压。从电荷泵520输出的电压可以被施加到三阶无源滤波器530。

三阶无源滤波器530可以包括3.3噪声系数(nF)电容器、100nF电容器、51欧姆电阻器、20欧姆电阻器和3.3nF电容器。包括在三阶无源滤波器530中的元件的值可以通过优化对应于输出的10GHz至20GHz的偏移频率点的1MHz至100MHz处的相位噪声来确定。由于具有宽信号带宽(例如，400MHz或更高)的5G NR调制信号的特性，1MHz之后的偏移频率点处的相位噪声特性可能是要转换的调制信号的线性失真的重要因素。

通过三阶无源滤波器530的电压可以被传输到VCO 540，可以由VCO 540产生振荡信号，并且相应地，振荡信号的频率可以由定标器550降低到1/N(例如，1/200)并且反馈给相位比较器510。通过该过程，VCO 540可以输出具有20GHz的恒定频率的信号。

返回参考图4，从PLL输出的20GHz信号可以由放大器AMP1放大并发送到开关SW1，并且开关SW1可以将接收到的信号发送到第一路径410和第二路径420中的一者。

第一路径410可以是用于生成20GHz至29.5GHz的1-Tone信号的路径。第一高通滤波器HPF1和第一低通滤波器LPF1布置在第一路径410的前面可以抑制由放大器AMP1产生的谐波和落在10GHz到15GHz的频段之外的杂散波。此外，第一高通滤波器HPF1和第一低通滤波器LPF1布置在倍频器M1的前面可以去除频率低于第一倍频器通带的杂散波。倍频器M1可以通过加倍从第一低通滤波器LPF1接收的信号的频率来产生20GHz至29.5GHz的信号。第二高通滤波器HPF2可以去除由倍频器M1产生的小于20GHz的互调项和噪声分量。可以提供可变电阻器V_ATT1以确保在20GHz至29.5GHz的频段中的高功率输出(例如，～17dBm)，并且具有宽的输出电平调节范围(例如，20dB)。驱动放大器DR可以用于在路径中获得高增益，以获得最终的高功率输出。

第二开关SW2可以选择生成20GHz至24.75GHz信号的详细路径411和生成25GHz至29.5GHz信号的详细路径412中的一者。例如，第二开关SW2可以是～40GHz单刀双掷(SPDT)开关。在详细路径411中，可以布置第二低通滤波器LPF2、固定电阻器和第二低滤波器LPF2，以输出20GHz至24.75GHz的信号作为LO信号。第二低通滤波器LPF2可以去除落在20GHz至24.75GHz的频段之外的杂散波。在详细路径412中，可以布置第三低通滤波器LP3以输出25GHz至29.5GHz的信号作为LO信号。第三低通滤波器(LPF3)可以去除落在25GHz至29.5GHz频段之外的噪声和/或杂散波，并且例如，第三低通滤波器可以是基于微带线的七阶切比雪夫型滤波器(例如，插入损耗2.8dB，3dB截止频率：34GHz)。布置在第二开关SW2之后的功率放大器PA可以提供20GHz到40GHz+17dBm的高功率LO输出。

第二路径420可以是用于生成33.5GHz至40GHz的1-Tone信号的路径。第三高通滤波器HPF3布置在第二路径420的前面可以抑制由放大器AMP1产生的谐波和小于15.5GHz的杂散波。此外，第三高通滤波器HPF3布置在倍频器M2的前面可以去除频率低于倍频器M2通带的杂散波。倍频器M2可以使从第三高通滤波器HPF3接收的信号的频率加倍。第四高通滤波器HPF4可以去除由倍频器M2产生的小于20GHz的互调项和噪声分量。第四高通滤波器HPF4可以是基于微带线的九阶切比雪夫型滤波器(例如，插入损耗为3.5dB，3dB截止频率：33.5GHz)。可变电阻器V_ATT1可以确保在33.5GHz至40GHz的频段中的高功率输出(例如，～17dBm)，并且具有宽的输出电平调节范围(例如，20dB)。

第三开关SW3可以选择生成33.5GHz至36.75GHz信号的详细路径421和生成37GHz至40GHz信号的详细路径422中的一者。例如，第三开关SW3可以是～40GHz SPDT开关。在详细路径421中，第四高通滤波器HPF4可以被布置为输出33.5GHz至36.75GHz的信号作为LO信号。第四高通滤波器HPF4可以去除落在33.5GHz到36.75GHz的频段之外的噪声和/或杂散波。在详细路径422中，可以布置带通滤波器BPF。带通滤波器BPF可以去除落在37GHz到40GHz的频段之外的噪声和/或杂散波。多级放大器(例如，驱动放大器DR和两个功率放大器PA)布置在第三开关SW3中，可以在支持的频段中提供高输出(+17dBm)。

这样，LO 400可以利用100MHz OCXO、20GHz PLL以及45GHz倍频器M1和M2在毫米波段中生成稳定信号源。LO 400可以在20GHz至24.75GHz、25GHz至29.5GHz、33.5GHz至36.75GHz和37GHz至40GHz频段中的一个频段中生成LO信号，并且将LO信号提供给无源混频器。此外，根据另一实施例，LO 400产生的LO信号可以用于屏蔽测试、插入损耗和校准。通过在LO 400中使用OCXO，可以实现优异的可靠性和长期操作稳定性。

图6示出了根据实施例的双向放大器。

参考图6，示出了双向放大器600的电路图。

双向放大器600可以包括用于上/下变频(TX/RX)模式的多级放大器(例如，两级或三级放大器)，其产生20dB或30dB的最大增益。为了对宽带信号的线性度产生最小的影响，双向放大器600可以使用增益均衡器，该增益均衡器在DC到6GHz的范围内具有5dB的标称衰减斜率，以降低IF带宽(例如，1GHz至5GHz)内的增益变化，并且保持TX/RX模式的IF增益平坦度恒定。

第四开关SW4可以选择下行路径610和上行路径620中的一个路径来控制双向放大器600的上/下变频模式。

下行路径610可以用于将输入到RF端口的RF信号转换为IF信号。在下行路径610中，放大器LNA2、固定电阻器F_ATT1、放大器LNA1、增益均衡器EQ1、可变电阻器V_ATT1和放大器LNA1可以依次布置。三级放大器(例如，两个LNA1和一个LNA2)布置在下行路径610中，例如可以确保大于30dB的增益和小于3.5dB的低噪声指数。单个放大器LNA1的增益可以大于12dB，三级放大器的实现增益可以大于30dB，并且噪声指数可以小于3.17dB。然而，图6中所示的布置在下行路径610中的三个放大器是示例，并且布置在下行通路610中的放大器的数量可以根据连接到IF端口的另一装置(例如，测量仪器)可以接收的功率范围而变化。增益均衡器EQ1可以确保高增益平坦度，例如，最终增益平坦度可以是±1.3dB。可变电阻器V_ATT1可以用于确保增益范围，并且可以考虑噪声指数被布置在最后一个放大器LNA1的前面。例如，可变电阻器V_ATT1的实现增益调整范围可以是23dB(步长：1dB)。在1dB压缩下，通过下行路径610的最大IF输出可以是～11dBm。

上行路径620可以用于将输入到IF端口的IF信号转换为RF信号。在上行路径620中，增益均衡器EQ2、放大器LNA2、可变电阻器V_ATT1和放大器LNA2可以依次布置。

例如，增益均衡器EQ2可以调整增益平坦度，以确保带宽为400MHz或更高的5G调制信号的线性度。例如，增益均衡器EQ2的最终增益平坦度可以是±0.5dB。例如，两级放大器(例如，两个LNA2)布置在上行路径620中，可以确保大于20dB的增益。单个放大器LNA2的增益可以大于15.5dB，并且两级放大器的实现增益可以大于20dB。然而，如图6所示，布置在上行路径620中的两个放大器是示例，并且布置在上行通路620中的放大器的数量可以根据连接到RF端口的另一装置(例如，测量仪器)可以接收的功率范围而变化。可变电阻器V_ATT1可以用于提供实现增益调整范围(例如17dB(步长：1dB))。

根据实施例，电子装置可以包括：IF端口，其输入或输出第一频段信号；RF端口，其输入或输出高于所述第一频段信号的第二频段信号；无源混频器，其将第一频段信号转换为第二频段信号或将第二频段信号转换为第一频段信号的；LO，其基于包括三阶无源滤波器的PLL生成多个频段中的一个频段中的LO信号并向无源混频器提供LO信号；以及双向放大器，其布置在IF端口与无源混频器之间并且包括控制输入到IF端口或从IF端口输出的信号的增益平坦度的增益均衡器。

在电子装置中，双向放大器可以包括将输入到RF端口的信号发送到IF端口的下行路径、将输入到IF端口的信号发送到RF端口的上行路径、以及选择下行路径和上行路径之一的开关，在下行路径中可以依次布置放大器、固定电阻器、放大器、增益均衡器、可变电阻和放大器，在上行路径中可以依次布置增益均衡器、放大器、可变电阻和放大器。

电子装置还可以包括分别连接到双向放大器两端的低通滤波器，以去除由布置在下行路径或上行路径中的多个放大器产生的谐波分量，或者去除由无源混频器生成并且包括在发送到下行路径的信号中的镜像分量和由无源混频器产生的泄漏分量。

电子装置还可以包括布置在无源混频器与RF端口之间的高通滤波器，以去除第二频率带外噪声分量。

在电子装置中，第二频率带外噪声分量可以包括由无源混频器产生的镜像分量和泄漏分量。

在电子装置中，LO还可以包括将从PLL输出的信号发送到第一路径或第二路径的开关，并且在第一路径中，可以依次布置第一高通滤波器、固定电阻器、第一低通滤波器、第一倍频器、第二高通滤波器、可变电阻器、驱动放大器、用于控制第一详细路径的开关、驱动放大器，可变电阻器、功率放大器和第三低通滤波器，以输出第三频段信号作为LO信号，并且在第二路径中，可以依次布置第三高通滤波器、第二倍频器、第四高通滤波器、可变电阻器、用于控制第二详细路径的开关、驱动放大器、第四高通滤波器、功率放大器、可变电阻器和功率放大器，以输出比第三频段信号高的第四频段信号作为LO信号。

在LO中，第一高通滤波器和第一低通滤波器可以去除频率低于第一倍频器的通带的杂散波，并且连接到第一倍频器的第二高通滤波器可以去除由第一倍频器产生的互调项和噪声分量。

在电子装置中，第三高通滤波器可以去除频率低于第二倍频器通带的杂散波，并且连接到第二倍频器的第四高通滤波器可以是基于微带线的切比雪夫滤波器，其去除由第二倍频器产生的互调项和噪声分量。

在电子装置中，第一详细路径可以包括其中布置第二低通滤波器、固定电阻器和第二低通滤波器以输出第三频段信号内的第一子频段信号作为LO信号的路径，以及其中布置第三低通滤波器以输出在第三频段信号内比第一子频段信号高的第二子频段信号作为LO信号的路径。

在电子装置中，布置在第一详细路径中的第二低通滤波器和第三低通滤波器以及连接到功率放大器的第三低通滤波器可以去除由于驱动放大器和功率放大器的宽带特性而产生的谐波。

在电子装置中，第二详细路径可以包括其中布置第四高通滤波器以输出第四频段信号内的第三子频段信号作为LO信号的路径，以及其中布置带通滤波器以输出第四频段信号内比第三子频段信号高的第四子频段信号作为LO信号的路径。

在电子装置中，第三频段信号可以在20GHz至29.5GHz的频段中，第四频段信号可以在33.5GHz至40GHz的频段中。

在电子装置中，第一频段信号可以在1GHz至5GHz的频段中，第二频段信号可以在21GHz至45GHz的频段中。

电子装置可以是变频器、RF MMIC、通信终端、通信中继器、RFIC和通信测量仪器中的一种。

LO可以包括：包括三阶无源滤波器的20GHz PLL，以及将从PLL接收的信号发送到多个路径中的一个路径的开关，其中多个频段中的一个频段中的LO信号可以由多个路径中的一个路径生成和输出。

在振荡器中，在多个路径中的第一路径中，第一高通滤波器、固定电阻器、第一低通滤波器、第一倍频器、第二高通滤波器、可变电阻器、驱动放大器、用于控制第一详细路径的开关、驱动放大器，可变电阻器、功率放大器和第三低通滤波器可以依次布置，以输出第一频段信号作为LO信号。

在LO中，第一高通滤波器和第一低通滤波器可以去除频率低于第一倍频器通带的杂散波，并且连接到第一倍频器的第二高通滤波器可以去除由第一倍频器产生的互调项和噪声分量。

在LO中，在多个路径的第二路径中，第三高通滤波器、第二倍频器、第四高通滤波器、可变电阻器、用于控制第二详细路径的开关、驱动放大器、第四高通滤波器、功率放大器、可变电阻器和功率放大器可以依次布置，以输出比第一频段信号高的第二频段信号作为LO信号。

在LO中，第三高通滤波器可以去除频率低于第二倍频器的通带的杂散波，并且连接到第二倍频器的第四高通滤波器可以是基于微带线的切比雪夫滤波器，其去除由第二倍频器产生的互调项和噪声分量。

在LO中，第一频段信号可以在20GHz至29.5GHz的频段中，并且第二频段信号可以在33.5GHz至40GHz的频段中。

图7是示出根据实施例的使用变频器的制造测试的图。

参考图7，制造测试系统700可以包括用于4G/5G的宽带室710、进程PC 750、FR1测量仪器760、开关770，并且可以包括对应于图1的电子装置101、图2的电子装置200和图3的电子装置300的毫米波上/下变频器780。

测试终端720、FR1天线730和FR2天线740可以布置在宽带室710内部。FR1天线730可以生成RF1信号，FR2天线740可以生成RF2信号，并且测试终端720可以接收每个信号并将每个信号发送到进程PC 750。测试终端720和进程PC 750可以在有线通信转换为无线通信之后彼此连接。

例如：通用异步接收器/发送器(UART)→近场通信(NFC)或蓝牙^TM

用于改变测试终端720的测试模式的终端设置命令，例如上行链路/下行链路操作模式和4G、5G-FR1、5G-FR2模式，可以从进程PC 750发送到测试终端720。

进程PC 750可以通过可编程仪器标准命令(SCPI)连接到FR1测量仪器760和毫米波上/下变频器780，并且通过这种连接，可以从进程PC 750发送根据频段/调制信号的特性及FR1测量仪器760和毫米波上/下变频器780的上行链路/下行链路模式的设置命令。

测试终端720的上行链路测试可以在FR1频段中执行，如下所述。布置在宽带室710中的FR1天线730接收到的来自测试终端720的信号可以通过开关770发送到FR1测量仪器760，并且在FR1测量仪760中，可以验证测试终端720在FR1上行链路的性能。

此外，测试终端720的下行链路测试可以在FR1频段中执行，如下所述。由FR1测量仪器760产生的调制信号可以通过FR1天线730辐射到测试终端720。可以基于测试终端720接收到的信号来验证测试终端720的FR1下行链路性能。

此外，测试终端720的上行链路测试可以在FR2频段中执行，如下所述。从测试终端720发送的FR2信号可以由FR2天线740接收，以在毫米波上/下变频器780中转换为FR1频段信号，并且可以通过开关770发送到FR1测量仪器760。FR1测量仪器760可以基于所发送的信号来验证测试终端720的FR2上行链路性能。

此外，测试终端720的下行链路测试可以在FR2频段中执行，如下所述。由FR1测量仪器760产生的调制信号可以通过开关770发送到毫米波上/下变频器780，并被调制成FR2频段信号。调制信号可以通过FR2天线740辐射到测试终端720。测试终端720的FR2下行链路性能可以由FR1测量仪器760基于测试终端720接收的信号来验证。

因此，通过实现不仅可以验证FR1频段而且可以验证FR2频段的RF性能的单个系统，可以使用现有的FR1频段测试设备而无需昂贵的FR2频段测试设备来执行对FR2频段的有效验证。

在说明书和附图中公开的本公开的实施例仅仅是为了容易地描述本公开的各种实施例的技术内容并帮助理解它们而提出的，而不旨在限制各种实施例。因此，本公开的各个实施例的技术思想以及在本文公开的各种实施例派生的所有改变或修改都应当被解释落入各种实施例内。

Claims (15)

1.一种电子装置，所述电子装置包括：

中频(IF)端口，所述中频端口被配置为输入或输出第一频段信号；

射频(RF)端口，所述射频端口被配置为输入或输出高于所述第一频段信号的第二频段信号；

无源混频器，所述无源混频器被配置为将所述第一频段信号转换为所述第二频段信号，或者将所述第二频段信号转换为所述第一频段信号；

本地振荡器(LO)，所述本地振荡器被配置为基于包括三阶无源滤波器的锁相环(PLL)生成多个频段中的一个频段中的LO信号并将所述LO信号提供给所述无源混频器；以及

双向放大器，所述双向放大器布置在所述IF端口与所述无源混频器之间并且包括增益均衡器，所述增益均衡器被配置为控制输入到所述IF端口或从所述IF端口输出的信号的增益平坦度。

2.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述双向放大器包括：

下行路径，所述下行路径被配置为将输入到所述RF端口的信号发送到所述IF端口；

上行路径，所述上行路径被配置为将输入到所述IF端口的信号发送到所述RF端口；以及

开关，所述开关被配置为选择所述下行路径和所述上行路径中的一者，

其中，在所述下行路径中，第一放大器、固定电阻器、第二放大器、第一增益均衡器、第一可变电阻器和第三放大器依次布置，并且

其中，在所述上行路径中，第二增益均衡器、第四放大器、第二可变电阻器和第五放大器依次布置。

3.根据权利要求1所述的电子装置，所述电子装置还包括：

低通滤波器，所述低通滤波器分别连接到所述双向放大器的两端，并且被配置为去除由布置在下行路径或上行路径中的多个放大器产生的谐波分量，或者去除由所述无源混频器产生并且包括在发送到所述下行路径的信号中的镜像分量和由所述无源混频器产生的泄漏分量。

4.根据权利要求1所述的电子装置，所述电子装置还包括：

高通滤波器，所述高通滤波器布置在所述无源混频器与所述RF端口之间并且被配置为去除第二频率带外噪声分量。

5.根据权利要求4所述的电子装置，其中，所述第二频率带外噪声分量包括由所述无源混频器产生的镜像分量和泄漏分量。

6.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述LO还包括开关，所述开关被配置为将从所述PLL输出的信号发送到第一路径或第二路径，

其中，在所述第一路径中，第一高通滤波器、第一固定电阻器、第一低通滤波器、第一倍频器、第二高通滤波器、第一可变电阻器、第一驱动放大器、用于控制第一详细路径的开关、第二驱动放大器、第二可变电阻器、第一功率放大器和第三低通滤波器依次布置，以输出第三频段信号作为所述LO信号，以及

其中，在所述第二路径中，第三高通滤波器、第二倍频器、第四高通滤波器、第三可变电阻器、用于控制第二详细路径的开关、第三驱动放大器、第四高通滤波器、第二功率放大器、第四可变电阻器和第三功率放大器依次布置，以输出高于所述第三频段信号的第四频段信号作为所述LO信号。

7.根据权利要求6所述的电子装置，其中，所述第一高通滤波器和所述第一低通滤波器被配置为去除频率低于所述第一倍频器的通带的杂散波，并且

其中，连接到所述第一倍频器的第二高通滤波器被配置为去除由所述第一倍频器产生的互调项和噪声分量。

8.根据权利要求6所述的电子装置，其中，所述第三高通滤波器被配置为去除频率低于所述第二倍频器的通带的杂散波，并且

其中，连接到所述第二倍频器的第四高通滤波器为基于微带线的切比雪夫滤波器，所述基于微带线的切比雪夫滤波器被配置为去除由所述第二倍频器产生的互调项和噪声分量。

9.根据权利要求6所述的电子装置，其中，所述第一详细路径包括：

其中布置有第二低通滤波器、第二固定电阻器和第二低通滤波器以输出所述第三频段信号内的第一子频段信号作为所述LO信号的路径；和

其中布置有第三低通滤波器以输出所述第三频段信号内高于所述第一子频段信号的第二子频段信号作为所述LO信号的路径。

10.根据权利要求9所述的电子装置，其中，布置在所述第一详细路径中的所述第二低通滤波器和所述第三低通滤波器被配置为去除由于所述第二驱动放大器和所述第一功率放大器的宽带特性而产生的谐波，其中，所述第三低通滤波器连接到所述第一功率放大器。

11.根据权利要求6所述的电子装置，其中，所述第二详细路径包括：

其中布置有所述第四高通滤波器以输出所述第四频段信号内的所述第三子频段信号作为所述LO信号的路径；以及

其中布置有带通滤波器以输出所述第四频段信号内高于所述第三子频段信号的第四子频段信号作为所述LO信号的路径。

12.根据权利要求6所述的电子装置，其中，所述第三频段信号在20千兆赫(GHz)至29.5GHz的频段中，并且

其中，所述第四频段信号在33.5GHz至40GHz的频段中。

13.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述第一频段信号在1GHz至5GHz的频段中，并且

其中，所述第二频段信号在21GHz至45GHz的频段中。

14.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述电子装置是变频器、RF毫米集成电路(MMIC)、通信终端、通信中继器、RF集成电路(RFIC)和通信测量仪器中的一种。

15.一种本地振荡器(LO)，所述本地振荡器包括：

20千兆赫(GHz)锁相环(PLL)，所述锁相环包括三阶无源滤波器；以及

开关，所述开关被配置为将从所述PLL接收的信号发送到多个路径中的一个路径，

其中，多个频段中的一个频段中的LO信号由所述多个路径中的一个路径生成并输出。