DE102018219659B4

DE102018219659B4 - POWER AMPLIFIER, METHOD AND SYSTEM COMPRISING SUCH A POWER AMPLIFIER

Info

Publication number: DE102018219659B4
Application number: DE102018219659.1A
Authority: DE
Inventors: See Taur Lee; Abdellatif Bellaouar
Original assignee: GlobalFoundries US Inc
Current assignee: GlobalFoundries US Inc
Priority date: 2017-12-20
Filing date: 2018-11-16
Publication date: 2024-03-28
Anticipated expiration: 2038-11-17
Also published as: DE102018219659A1

Abstract

Leistungsverstärker, umfassend:ein erstes Differenzpaar von Injektionstransistoren, umfassend einen ersten Transistor und einen zweiten Transistor zum Empfangen eines Transformatorsignals;eine erste Substratgatespannungsleitung, die zur Bereitstellung einer ersten Substratgatespannung an einem Substratgateknoten des ersten Transistors ausgebildet ist;eine zweite Substratgatespannungsleitung, die zur Bereitstellung einer zweiten Substratgatespannung an dem zweiten Transistor bereitgestellt ist;ein zweites Differenzpaar von Oszillatorkerntransistoren, umfassend einen dritten Transistor und einen vierten Transistor und das mit dem ersten Differenzpaar betriebsfähig gekoppelt ist, wobei der dritte Transistor und der vierte Transistor über Kreuz verbunden sind;eine dritte Substratgatespannungsleitung, die zur Bereitstellung einer dritten Substratgatespannung an dem dritten Transistor bereitgestellt ist;eine vierte Substratgatespannungsleitung, die zur Bereitstellung einer vierten Substratgatespannung an dem vierten Transistor bereitgestellt ist;eine erste Substratgatespannungsquelle, die mit der ersten Substratgatespannungsleitung betriebsfähig verbunden und ausgebildet ist, um die erste Substratgatespannung bereitzustellen;eine zweite Substratgatespannungsquelle, die mit der zweiten Substratgatespannungsleitung betriebsfähig verbunden und ausgebildet ist, um die zweite Substratgatespannungsspannung bereitzustellen;eine dritte Substratgatespannungsquelle, die mit der dritten Substratgatespannungsleitung betriebsfähig verbunden und ausgebildet ist, um die dritte Substratgatespannung bereitzustellen; undeine vierte Substratgatespannungsquelle, die mit der vierten Substratgatespannungsleitung betriebsfähig verbunden und ausgebildet ist, um die vierte Substratgatespannungsspannung bereitzustellen,wobei die erste Substratgatespannung, die zweite Substratgatespannung, die dritte Substratgatespannung und die vierte Substratgatespannung jeweils einstellbar sind, und wobei wenigstens eines aus:- die erste Substratgatespannungsquelle und die zweite Substratgatespannungsquelle ausgebildet sind, um ein Erhöhen der ersten Substratgatespannung und der zweiten Substratgatespannung zur Verringerung einer Lock-in-Zeit des ersten Differenzpaars und/oder ein Verringern der ersten Substratgatespannung und der zweiten Substratgatespannung zur Verringerung des Energieverbrauchs durchzuführen; und- die dritte Substratgatespannungsquelle und vierte Substratgatespannungsquelle ausgebildet sind, um ein Erhöhen der dritten Substratgatespannung und der vierten Substratgatespannung zur Erhöhung der Ausgangsleistung und/oder ein Einstellen der dritten Substratgatespannung und der vierten Substratgatespannung zum Kompensieren von Stromfluktuationen durchzuführen.A power amplifier comprising:a first differential pair of injection transistors comprising a first transistor and a second transistor for receiving a transformer signal;a first substrate gate voltage line configured to provide a first substrate gate voltage at a substrate gate node of the first transistor;a second substrate gate voltage line configured to provide a second substrate gate voltage is provided on the second transistor;a second differential pair of oscillator core transistors comprising a third transistor and a fourth transistor and operably coupled to the first differential pair, the third transistor and the fourth transistor being cross-connected;a third substrate gate voltage line, which is provided for providing a third substrate gate voltage on the third transistor;a fourth substrate gate voltage line that is provided for providing a fourth substrate gate voltage on the fourth transistor;a first substrate gate voltage source operably connected to the first substrate gate voltage line and configured to provide the first substrate gate voltage ;a second substrate gate voltage source operably connected to the second substrate gate voltage line and configured to provide the second substrate gate voltage; a third substrate gate voltage source operably connected to the third substrate gate voltage line and configured to provide the third substrate gate voltage; anda fourth substrate gate voltage source operably connected to the fourth substrate gate voltage line and configured to provide the fourth substrate gate voltage, wherein the first substrate gate voltage, the second substrate gate voltage, the third substrate gate voltage and the fourth substrate gate voltage are each adjustable, and wherein at least one of: - the first The substrate gate voltage source and the second substrate gate voltage source are configured to increase the first substrate gate voltage and the second substrate gate voltage to reduce a lock-in time of the first differential pair and/or reduce the first substrate gate voltage and the second substrate gate voltage to reduce energy consumption; and - the third substrate gate voltage source and fourth substrate gate voltage source are designed to increase the third substrate gate voltage and the fourth substrate gate voltage to increase the output power and / or adjust the third substrate gate voltage and the fourth substrate gate voltage to compensate for current fluctuations.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein fortschrittliche Halbleitervorrichtungen und genauer Leistungsverstärker für Millimeterwellenvorrichtungen, Verfahren und Systeme mit solchen Leistungsverstärkern.The present invention relates generally to advanced semiconductor devices and, more particularly, to power amplifiers for millimeter wave devices, methods and systems including such power amplifiers.

BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIKDESCRIPTION OF THE PRIOR ART

Es gibt viele Fortschritte in Vorrichtungen, die Millimeterwellensignale (mm-Wellen-Signale) verwenden. Halbleitervorrichtungen, die mm-Wellen-Anwendungen betreffen, umfassen Vorrichtungen, die auf Basis des elektromagnetischen Spektrums von Radiobandfrequenzen im Bereich von ungefähr 30 Gigahertz (GHz) bis ungefähr 300 GHz betrieben werden. Die mm-Wellen-Radiowellen weisen eine Wellenlänge im Bereich von 1 Millimeter (mm) bis ungefähr 10 mm auf, was einer Radiofrequenz von 30 GHz bis ungefähr 300 GHz entspricht. Dieses Frequenzband wird manchmal als extrem-Hochfrequenz (EHF) -Frequenzbandbereich bezeichnet. Beispiele von Anwendungen von mm-Wellen-Geräten umfassen Radarvorrichtungen, Hochgeschwindigkeitskommunikationsvorrichtungen (z. B. drahtlose Gigabit (WiGig) - Vorrichtungen) usw. Radarvorrichtungen wurden in verschiedenen Geräten realisiert, wie z. B. in Fahrzeugsicherheitsgeräten und Fahrzeugautomatisierungsgeräten.There are many advances in devices that use millimeter wave (mm-wave) signals. Semiconductor devices relevant to mm-wave applications include devices that operate based on the electromagnetic spectrum of radio band frequencies in the range of about 30 gigahertz (GHz) to about 300 GHz. The mm-wave radio waves have a wavelength ranging from 1 millimeter (mm) to about 10 mm, which corresponds to a radio frequency of 30 GHz to about 300 GHz. This frequency band is sometimes referred to as the extremely high frequency (EHF) frequency band range. Examples of applications of mm-wave devices include radar devices, high-speed communication devices (e.g. wireless gigabit (WiGig) devices), etc. Radar devices have been realized in various devices such as: B. in vehicle safety devices and vehicle automation devices.

Die Realisierung von mm-Wellen-Geräten führt beim Entwerfen von Schaltungen für diese Geräte zu vielen Herausforderungen, so dass das Entwerfen von Leistungsverstärkern besondere Aufmerksamkeit erfordert. Ein Leistungsverstärker stellt im Wesentlichen in allen elektronischen Vorrichtungen eine Notwendigkeit dar, einschließlich mm-Wellen-Vorrichtungen. Angesichts der gegenwärtigen Bestrebungen zur Reduzierungen von Vorrichtungsgrö-ßen und/oder dem Leistungverbrauch haben bekannte Leistungsverstärker zur Verwendung in gegenwärtigen Geräten einen unerwünscht hohen Leistungverbrauch und sind unerwünscht groß. Diese Probleme sind für Millimeter-Wellen-Vorrichtungen besonders ausgeprägt, wie z. B. in Fahrzeugradarvorrichtungen, 5 G-Telekommunikationsvorrichtungen und dergleichen.The implementation of mmWave devices presents many challenges in designing circuits for these devices, so the design of power amplifiers requires special attention. A power amplifier is a necessity in essentially all electronic devices, including mmWave devices. Given current efforts to reduce device sizes and/or power consumption, known power amplifiers for use in current devices have undesirably high power consumption and are undesirably large. These problems are particularly pronounced for millimeterWave devices, such as in vehicle radar devices, 5G telecommunications devices, and the like.

Versuche zur Verbesserung von Leistungsverstärkern schließen verschiedene Injection-Locked-Leistungsverstärker ein. Designer haben Entwürfe für Injection-Locked in bekannten Vorrichtungen dadurch verfolgt, dass mehrere programmierbare Stromquellen realisiert werden, um den Injektionsstrom in diesen Umsetzungen einzustellen. Ferner wurden AC-Kopplungstechniken durch die Designer implementiert, um DC von der Induktivität eines Ausgangstransformers zu entkoppeln. Die Bereitstellung von mehreren programmierbaren Stromquellen verbraucht jedoch eine relativ große Menge an Energie und führt zu einer Hochkonvertierung von Rauschen, das durch die mehreren programmierbaren Stromquellen bereitgestellt wird. Die AC-Kopplung verringert die Leistungsverstärkung der Schaltung, wodurch eine grö-ßere Eingangsleistung erforderlich ist, um ein gewünschtes Ausgangsleistungsniveau zu erzeugen.Attempts to improve power amplifiers include various injection-locked power amplifiers. Designers have pursued designs for injection-locked in known devices by implementing multiple programmable current sources to adjust the injection current in these implementations. Further, AC coupling techniques were implemented by the designers to decouple DC from the inductance of an output transformer. However, providing multiple programmable power sources consumes a relatively large amount of energy and results in upconversion of noise provided by the multiple programmable power sources. AC coupling reduces the power gain of the circuit, requiring greater input power to produce a desired output power level.

Aus der Schrift US 2012 / 0 064 836 A1 ist eine Verstärkerschaltung bekannt, bestehend aus einem Eingang, der zum Empfangen eines Eingangssignals konfiguriert ist, und einem Verstärker, der mit dem Eingang verbunden und dazu konfiguriert ist, das Eingangssignal zu empfangen und ein moduliertes Eingangssignal basierend auf dem Eingangssignal und einem von einem ersten Verstärkungspegel und einem zweiten Verstärkungspegel zu erzeugen. Dabei umfasst der Verstärker einen ersten Transistor, der zum Empfangen des Eingangssignals konfiguriert ist, wobei der erste Transistor ein erstes Gate umfasst, und einen zweiten Transistor, der in Kaskade mit dem ersten Transistor verbunden ist, wobei der zweite Transistor ein zweites Gate umfasst. Ferner umfasst die Verstärkerschaltung eine Schaltkomponente, die so konfiguriert ist, dass sie den Verstärker zwischen der ersten Verstärkungsstufe und der zweiten Verstärkungsstufe umschaltet, und einen Ausgang, der mit dem Verstärker verbunden und zur Ausgabe des modulierten Eingangssignals konfiguriert ist. Die Schaltkomponente ist dabei schaltbar zwischen (i) dem zweiten Gate und (ii) einem ersten Anschluss geschaltet, der so konfiguriert ist, dass er eine erste Referenzspannung und eine zweite empfängt Port, der so konfiguriert ist, dass er eine zweite Referenzspannung empfängt, die sich von der ersten Referenzspannung unterscheidet.From Scripture US 2012 / 0 064 836 A1 is known an amplifier circuit consisting of an input configured to receive an input signal and an amplifier connected to the input and configured to receive the input signal and a modulated input signal based on the input signal and one of a first gain level and a second gain level. The amplifier includes a first transistor configured to receive the input signal, the first transistor including a first gate, and a second transistor connected in cascade to the first transistor, the second transistor including a second gate. Further, the amplifier circuit includes a switching component configured to switch the amplifier between the first amplification stage and the second amplification stage, and an output connected to the amplifier and configured to output the modulated input signal. The switching component is switchable between (i) the second gate and (ii) a first port which is configured to receive a first reference voltage and a second port which is configured to receive a second reference voltage differs from the first reference voltage.

In der Schrift US 7 301 398 B1 ist eine Differenzverstärkerschaltung beschrieben, bestehend aus einem ersten Eingangstranskonduktanzelement und einem zweiten Eingangstranskonduktanzelement. Das erste Eingangstranskonduktanzelement umfasst einen ersten Steuereingang, der dazu ausgelegt ist, ein erstes Eingangssignal zu empfangen, einen ersten Stromeingang und einen ersten Stromausgang, der dazu ausgelegt ist, ein erstes Ausgangssignal bereitzustellen. Das zweite Eingangstranskonduktanzelement umfasst einen zweiten Steuereingang, der dazu ausgelegt ist, ein zweites Eingangssignal zu empfangen, einen zweiten Stromeingang und einen zweiten Stromausgang, der dazu ausgelegt ist, ein zweites Ausgangssignal bereitzustellen. Weiterhin umfasst die Differenzverstärkerschaltung ein erstes kreuzgekoppeltes Transkonduktanzelement, umfassend einen dritten Steuereingang, der mit dem zweiten Stromeingang gekoppelt ist, und einen dritten Stromausgang, der mit dem ersten Stromeingang gekoppelt ist, und ein zweites kreuzgekoppeltes Transkonduktanzelement, umfassend einen vierten Steuereingang, der mit dem ersten Stromeingang gekoppelt ist, und einen vierten Stromausgang, der mit dem zweiten Stromeingang gekoppelt ist. Das erste Eingangssignal und das zweite Eingangssignal bilden ein Differenzeingangssignal und das erste Ausgangssignal und das zweite Ausgangssignal bilden ein Differenzausgangssignal.In Scripture US 7,301,398 B1 A differential amplifier circuit is described, consisting of a first input transconductance element and a second input transconductance element. The first input transconductance element includes a first control input configured to receive a first input signal, a first current input, and a first current output configured to provide a first output signal. The second input transconductance element includes a second control input configured to receive a second input signal, a second current input, and a second current output configured to provide a second output signal. Furthermore, the differential amplifier circuit includes a first cross-coupled transconductor dance element comprising a third control input coupled to the second current input and a third current output coupled to the first current input, and a second cross-coupled transconductance element comprising a fourth control input coupled to the first current input and a fourth Power output coupled to the second power input. The first input signal and the second input signal form a differential input signal and the first output signal and the second output signal form a differential output signal.

Gemäß der Schrift US 2008 / 0 111 644 A1 ist ein spannungsgesteuerter Oszillator bekannt, umfassend eine spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung, die mindestens einen ersten Transistor, einen zweiten Transistor und einen Resonanzhohlraum umfasst, wobei der Resonanzhohlraum mindestens eine Induktivität und einen Kondensator umfasst. Weiterhin umfasst der spannungsgesteuerte Oszillator eine Back-Gate-Kopplungsschaltung, die mindestens mehrere Kondensatoren und mehrere Widerstände umfasst, wobei die Kondensatoren jeweils mit den Back-Gate-Anschlüssen des ersten Transistors und des zweiten Transistors gekoppelt sind.According to Scripture US 2008 / 0 111 644 A1 a voltage-controlled oscillator is known, comprising a voltage-controlled oscillator circuit comprising at least a first transistor, a second transistor and a resonance cavity, the resonance cavity comprising at least an inductor and a capacitor. Furthermore, the voltage-controlled oscillator includes a back-gate coupling circuit that includes at least a plurality of capacitors and a plurality of resistors, the capacitors being respectively coupled to the back-gate terminals of the first transistor and the second transistor.

Es ist eine Aufgabe, einen Leistungsverstärker bereitzustellen, der eine verringerte Größe und/oder einen geringeren Leistungverbrauch und/oder eine erhöhte Betriebsfrequenz zulässt.It is an object to provide a power amplifier that allows for reduced size and/or lower power consumption and/or increased operating frequency.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Das Folgende stellt eine vereinfachte Zusammenfassung der Erfindung dar, um ein grundsätzliches Verständnis von einigen Aspekten der Erfindung bereitzustellen. Diese Zusammenfassung soll keinen vollständigen Überblick über die Erfindung darstellen, sondern nur die Lösungen der Aufgabe oben entsprechend den nachfolgend angegebenen Ausführungsformen angeben. Es ist nicht beabsichtigt, Schlüsselelemente oder kritische Elemente der Erfindung zu identifizieren oder das Wesen der Erfindung abzugrenzen. Der einzige Zweck besteht darin, einige Konzepte in einer vereinfachten Form als Lösung der Aufgabe oben vorab der detaillierteren Beschreibung unten vorzustellen.The following presents a simplified summary of the invention to provide a basic understanding of some aspects of the invention. This summary is not intended to be a complete overview of the invention, but rather merely to provide solutions to the problem above in accordance with the embodiments provided below. It is not intended to identify key or critical elements of the invention or to delineate the essence of the invention. The sole purpose is to introduce some concepts in a simplified form as a solution to the problem above, in advance of the more detailed description below.

In einer Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung einen Leistungsverstärker gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 bereit, während durch den unabhängigen Anspruch 3 ein Leistungsverstärker gemäß dem unabhängigen Anspruch 3 bereitgestellt wird. Vorteilhaftere Ausgestaltungen davon sind in den abhängigen Ansprüchen 2 und 4 bis 6 definiert.In one embodiment, the present invention provides a power amplifier according to independent claim 1, while independent claim 3 provides a power amplifier according to independent claim 3. More advantageous embodiments of this are defined in the dependent claims 2 and 4 to 6.

In einer weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 7 bereit. Vorteilhaftere Ausgestaltungen davon sind in den abhängigen Ansprüchen 8 bis 10 definiert.In a further embodiment, the present invention provides a method according to independent claim 7. More advantageous embodiments of this are defined in the dependent claims 8 to 10.

In einer weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein System gemäß dem unabhängigen Anspruch 11 bereit. Vorteilhaftere Ausgestaltungen davon sind in den abhängigen Ansprüchen 12 bis 17 definiert.In a further embodiment, the present invention provides a system according to independent claim 11. More advantageous embodiments of this are defined in the dependent claims 12 to 17.

Ausführungsformen hierin können Leistungsverstärkerschaltungen mit geringerer Größe und/oder geringerem Energieverbrauch und/oder erhöhter Betriebsfrequenz bereitstellen.Embodiments herein may provide power amplifier circuits with smaller size and/or lower power consumption and/or increased operating frequency.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Die Erfindung kann mit Bezug auf die folgende Beschreibung zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen verstanden werden, in denen ähnliche Bezugszeichen, ähnliche Elemente bezeichnen und in denen:

1 eine stilisierte Blockdiagrammdarstellung eines Radarsystems gemäß Ausführungsformen darstellt;
2 eine stilisierte Blockdiagrammbeschreibung der Steuereinheit 140 gemäß Ausführungsformen hierin darstellt;
3 eine stilisierte Blockdiagrammdarstellung der Radarfrontendeinheit aus 1 gemäß Ausführungsformen hierin darstellt;
4 ein stilisiertes Blockdiagramm der Transmittereinheit aus 3 gemäß Ausführungsformen hierin darstellt;
5 ein stilisiertes Blockdiagramm der Empfängereinheit von 3 gemäß Ausführungsformen hierin darstellt;
6 eine stilisierte Blockdiagrammdarstellung der Signalbearbeitungseinheit aus 1 gemäß Ausführungsformen hierin darstellt;
7 eine stilisierte Blockdiagrammansicht der Antenneneinheit aus 1 gemäß Ausführungsformen hierin darstellt;
8 eine stilisierte Blockdiagrammansicht eines beispielhaften Radargeräts des Systems aus 1 gemäß Ausführungsformen hierin darstellt;
9 eine Leistungsverstärkerschaltung gemäß Ausführungsformen hierin darstellt;
10 einen Eingangstransformator gemäß Ausführungsformen hierin darstellt;
11 einen Ausgangstransformator gemäß Ausführungsformen hierin darstellt;
12 ein Verfahren gemäß Ausführungsformen hierin darstellt; und
13 eine stilisierte Darstellung eines Systems zur Fertigung einer Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsformen hierin darstellt.

The invention may be understood by reference to the following description taken together with the accompanying drawings, in which like reference numerals designate like elements, and in which:

1 illustrates a stylized block diagram representation of a radar system according to embodiments;
2 illustrates a stylized block diagram description of controller 140 according to embodiments herein;
3 a stylized block diagram representation of the radar front end unit 1 according to embodiments herein;
4 a stylized block diagram of the transmitter unit 3 according to embodiments herein;
5 a stylized block diagram of the receiver unit from 3 according to embodiments herein;
6 a stylized block diagram representation of the signal processing unit 1 according to embodiments herein;
7 a stylized block diagram view of the antenna unit 1 according to embodiments herein;
8th is a stylized block diagram view of an exemplary radar device of the system 1 according to embodiments herein;
9 illustrates a power amplifier circuit according to embodiments herein;
10 illustrates an input transformer according to embodiments herein;
11 illustrates an output transformer according to embodiments herein;
12 illustrates a method according to embodiments herein; and
13 illustrates a stylized representation of a system for fabricating a semiconductor device in accordance with embodiments herein.

Während der hierin offenbarte Gegenstand auf verschiedene Weisen modifiziert und in alternativen Formen ausgebildet werden kann, sind spezielle Ausführungsformen davon in den Zeichnungen beispielhaft gezeigt und werden hierin im Detail beschrieben. Es ist jedoch zu verstehen, dass die Beschreibung der speziellen Ausführungsformen die Erfindung hierin nicht auf die speziellen offenbarten Formen beschränkend sein soll, sondern im Gegenteil sollen alle Modifizierungen, Äquivalente und Alternativen abgedeckt werden, die in den Rahmen und das Wesen der Erfindung fallen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert wird. Darüber hinaus sind die stilisierten Darstellungen, die in den Zeichnungen veranschaulicht werden, nicht unbedingt maßstäblich.While the subject matter disclosed herein may be modified in various ways and formed into alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will be described in detail herein. It is to be understood, however, that the description of the specific embodiments herein is not intended to limit the invention to the specific forms disclosed, but on the contrary is intended to cover all modifications, equivalents and alternatives that fall within the scope and spirit of the invention, such as it is defined by the appended claims. In addition, the stylized representations illustrated in the drawings are not necessarily to scale.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Verschiedene anschauliche Ausführungsformen der Erfindung werden unten beschrieben. Aus Klarheitsgründen sind nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Realisierung in dieser Beschreibung beschrieben. In der Entwicklung einer solchen tatsächlichen Ausführungsform müssen eine Vielzahl von implementierungsspezifischen Entscheidungen getroffen werden, um die speziellen Ziele der Entwickler zu erreichen, wie z. B. das Einhalten von systembezogenen und geschäftsbezogenen Bedingungen, die von einer Implementierung zur anderen variieren. Darüber hinaus ist anzuerkennen, dass solch eine Entwicklungsbemühung komplex und zeitaufwendig sein kann, für den Fachmann angesichts dieser Beschreibung jedoch ein Routineunternehmen darstellt.Various illustrative embodiments of the invention are described below. For reasons of clarity, not all features of an actual implementation are described in this description. In developing such an actual embodiment, a variety of implementation-specific decisions must be made to achieve the developers' specific goals, such as: B. Compliance with system-related and business-related conditions that vary from one implementation to another. Furthermore, it should be recognized that such a development effort may be complex and time-consuming, but for those skilled in the art given this description, it represents a routine undertaking.

Der vorliegende Gegenstand wird nun mit Bezug auf die beiliegenden Figuren beschrieben. Verschiedene Strukturen, Systeme und Vorrichtungen sind in den Zeichnungen zur Erläuterungszwecken lediglich schematisch dargestellt und sollen die Erfindung nicht mit Details überfrachten, die dem Fachmann bekannt sind. Die beiliegenden Zeichnungen sind beigefügt, um anschauliche Beispiele der Erfindung zu beschreiben und zu erläutern. Die Wörter und Sätze, die hierin verwendet werden, sollten verstanden und interpretiert werden, so dass sie eine Bedeutung haben, die mit dem Verständnis dieser Wörter und Sätze durch den Fachmann konsistent ist. Es ist keine spezielle Definition eines Begriffs oder eines Satzes, insbesondere eine Definition, die sich von der gewöhnlichen geläufigen Meinung unterscheidet, wie sie durch den Fachmann verstanden wird, durch die konsistente Verwendung des Begriffs oder Satzes hierin impliziert. Bis dahin, wo der Ausdruck oder Satz eine spezielle Bedeutung hat, insbesondere eine Bedeutung, die sich von dem Verständnis des Fachmanns unterscheidet, wird eine solche spezielle Definition in der Beschreibung in einer definierenden Weise explizit dargelegt, die direkt und unmissverständlich die spezielle Definition für den Begriff oder Satz bereitstellt.The present subject matter will now be described with reference to the accompanying figures. Various structures, systems and devices are shown schematically in the drawings for purposes of explanation only and are not intended to overburden the invention with details known to those skilled in the art. The accompanying drawings are included to describe and explain illustrative examples of the invention. The words and phrases used herein should be understood and interpreted to have a meaning consistent with the understanding of those words and phrases by those skilled in the art. No specific definition of a term or phrase, particularly a definition that differs from ordinary conventional wisdom as understood by those skilled in the art, is implied by the consistent use of the term or phrase herein. Until such time as the term or phrase has a specific meaning, particularly a meaning that differs from the understanding of those skilled in the art, such specific definition will be made explicit in the specification in a defining manner that directly and unambiguously defines the specific definition for the term or phrase term or sentence provides.

Ausführungsformen hierin stellen Millimeter-Wellen (mm-Wellen) -Leistungsverstärker von geringerer Größe und/oder niedrigerem Energieverbrauch und/oder mit einer verbesserten Symmetrie der Ausgabe bereit. Ausführungsformen hierin sehen eine Verwendung einer Substratgatevorspannung von wenigstens einem Transistor vor, um das Leistungsvermögen von mm-Wellen-Leistungsverstärkern zu verbessern. Ausführungsformen hierin verlangen nach einer Verwendung einer Substratgatevorspannung zum Einstellen eines Injektionsstroms, sowie eines Oszillatorkernstroms, wobei diese Einstellungen in einer unabhängigen Weise durchgeführt werden.Embodiments herein provide millimeter-wave (mm-wave) power amplifiers of smaller size and/or lower power consumption and/or with improved output symmetry. Embodiments herein provide for use of substrate gate biasing of at least one transistor to improve the performance of mm-wave power amplifiers. Embodiments herein call for using a substrate gate bias to adjust an injection current, as well as an oscillator core current, with these adjustments being made in an independent manner.

Ferner können beide Abschnitte von Differenzpaarverstärkern in Ausführungsformen hierin durch ein Steuern der Substratgatespannungen dieser Abschnitte unabhängig eingestellt werden. In dieser Weise können kleinere Vorrichtungen zur Durchführung einer Leistungsverstärkung, Reduzierung einer Eingangslast und dadurch einer Verringerung des Leistungverbrauchs verwendet werden und höhere Betriebsfrequenzen erlauben, was Merkmale darstellen, die für mm-Wellen-Geräte nützlich sind. Die Substratgatevorspannung gemäß Ausführungsformen hierin kann in Halbleitervorrichtungen variierender Technologie implementiert werden, die eine Substratgatevorspannung von Transistoren zulässt, wie beispielsweise von vollständig verarmten Silizium-auf-Isolator (FDSOI) -Vorrichtungen.Further, in embodiments herein, both sections of differential pair amplifiers may be independently adjusted by controlling the substrate gate voltages of these sections. In this way, smaller devices can be used to perform power amplification, reduce input load and thereby reduce power consumption, and allow higher operating frequencies, which are features useful for mm-wave devices. The substrate gate biasing according to embodiments herein may be implemented in semiconductor devices of varying technology that allow substrate gate biasing of transistors, such as fully depleted silicon-on-insulator (FDSOI) devices.

Zur leichteren Veranschaulichung sind Ausführungsformen hierin im Zusammenhang mit einer Radarvorrichtung gezeigt, jedoch würde der Fachmann verstehen, dass die hierin offenbarten Konzepte in anderen Arten von Vorrichtungen implementiert sein können, wie z. B. in Hochgeschwindigkeitskommunikationsvorrichtungen, Netzwerkvorrichtungen, high-definition Video-Vorrichtungen usw. Mit Bezug auf 1 wird nun eine blockdiagrammatische Darstellung eines mm-Wellen-Systems gemäß Ausführungsformen hierin dargestellt.For ease of illustration, embodiments are shown herein in the context of a radar device, but those skilled in the art would understand that the concepts disclosed herein may be implemented in other types of devices, such as. B. in high-speed communication devices, network devices, high-definition video devices, etc. With reference to 1 A block diagrammatic representation of a mm-wave system according to embodiments herein is now presented.

Ein System 100 kann eine mm-Wellen-Vorrichtung 110, eine Datenbank 170 und eine Motorsteuerung 180 umfassen. Die mm-Wellen-Vorrichtung 110 kann eine Radarvorrichtung, eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung, eine Datennetzwerkvorrichtung, eine Videovorrichtung oder dergleichen sein. Zur Veranschaulichung und aus Klarheitsgründen und aufgrund einer leichten Beschreibung wird die mm-Wellen-Vorrichtung 110 im Zusammenhang mit einer Radaranwendung beschrieben; als solches kann die mm-Wellen-Vorrichtung 10 auch unten als eine Radarvorrichtung 110 bezeichnet werden. Der Fachmann wird jedoch angesichts der Beschreibung anerkennen, dass die hierin beschriebenen Konzepte auf eine Vielzahl von Typen von mm-Wellen-Geräte anwendbar sind, einschließlich Fahrzeuganwendungen, die Radarsignale verwenden, drahtlose Netzwerkgeräte, Datennetzwerkgeräte, Video- und Audiogeräte usw.A system 100 may include a mm-wave device 110, a database 170, and a motor controller 180. The mm wave device Device 110 may be a radar device, a wireless communication device, a data network device, a video device, or the like. For purposes of illustration and clarity and ease of description, the mm-wave device 110 will be described in the context of a radar application; as such, the mm-wave device 10 may also be referred to below as a radar device 110. However, those skilled in the art will appreciate, in light of the description, that the concepts described herein are applicable to a variety of types of mm-wave devices, including vehicle applications using radar signals, wireless networking devices, data networking devices, video and audio devices, etc.

Die Radarvorrichtung 110 kann ein Radarsignal übertragen, ein reflektiertes Signal empfangen, das sich aus der Reflexion des Radarsignals ergibt, das reflektierte Signal bearbeiten und Statusdaten und/oder Reaktionsdaten zur Durchführung von wenigstens einer Aktion basierend auf dem reflektierten Signal bereitstellen. In einer Ausführungsform können die Statusdaten einen Status des Ziels umfassen, von dem die Reflexion empfangen wurde. Ferner kann eine Motorsteuerung 180 Operationen von wenigstens einem Motor steuern. Beispiele von Motoren können Vorrichtungen umfassen, die Bremsfunktionen, Steuerfunktionen, Gangschaltungsfunktionen, Beschleunigungsfunktionen, Warnfunktionen und/oder andere Aktionen durchführen, die den Betrieb eines Straßenfahrzeugs, Luftfahrzeugs und/oder eines Wasserkraftfahrzeugs betreffen. Die Motorsteuerung 180 kann die Reaktionsdaten und/oder die Statusdaten verwenden, um diese Steuerfunktionen durchzuführen. Die Motorsteuerung 180 kann wenigstens eine Steuerung umfassen, die eine Mehrzahl von Vorrichtungen steuern kann, die die verschiedenen Operationen eines Straßenfahrzeugs, Luftkraftfahrzeugs und/oder Wasserkraftfahrzeugs darstellen.The radar device 110 may transmit a radar signal, receive a reflected signal resulting from the reflection of the radar signal, process the reflected signal, and provide status data and/or response data for performing at least one action based on the reflected signal. In one embodiment, the status data may include a status of the target from which the reflection was received. Furthermore, a motor controller 180 may control operations of at least one motor. Examples of engines may include devices that perform braking functions, control functions, gear shifting functions, acceleration functions, warning functions, and/or other actions related to the operation of a road vehicle, aircraft, and/or watercraft. The engine controller 180 may use the response data and/or the status data to perform these control functions. The engine controller 180 may include at least one controller that may control a plurality of devices representing the various operations of a road vehicle, aircraft, and/or watercraft.

Die Radarvorrichtung 110 kann eine Radarfrontendeinheit 120, eine Antenneneinheit 130, eine Steuereinheit 140 und eine Signalverarbeitungseinheit 150 umfassen. Die Radarfrontendeinheit 120 kann eine Mehrzahl von Komponenten, eine Schaltung und/oder Modulen umfassen und kann Radarsignale senden, empfangen, verarbeiten und darauf reagieren. In einer Ausführungsform kann die Radarvorrichtung 110 von einem einzelnen integrierten Schaltungs (IC) -Chip umfasst werden. In einigen Ausführungsformen kann die Radarvorrichtung 110 auf einer Mehrzahl von integrierten Schaltungen gebildet werden, die auf einem einzelnen IC-Chip angeordnet sind. In anderen Ausführungsformen kann die Radarvorrichtung 110 auf einer einzelnen integrierten Schaltung gebildet sein, die in keinem IC-Chip steckt.The radar device 110 may include a radar front end unit 120, an antenna unit 130, a control unit 140 and a signal processing unit 150. The radar front end unit 120 may include a plurality of components, circuitry, and/or modules, and may transmit, receive, process, and respond to radar signals. In one embodiment, the radar device 110 may be comprised of a single integrated circuit (IC) chip. In some embodiments, the radar device 110 may be formed on a plurality of integrated circuits arranged on a single IC chip. In other embodiments, the radar device 110 may be formed on a single integrated circuit that does not reside in an IC chip.

Die Radarfrontendeinheit 120 kann ein Radarsignal bereitstellen. In einer Ausführungsform kann der Frequenzbereich der Radarsignale, die durch die Radarvorrichtung 110 verarbeitet werden, im Bereich von ungefähr 10 GHz bis ungefähr 90 GHz liegen. Die Radarfrontendeinheit 120 kann ein Radarsignal in einem vorbestimmten Frequenzbereich erzeugen und das Radarsignal auf einen vorbestimmten Zielbereich richten. Die Radarfrontendeinheit 120 kann auch reflektiert Signale basierend auf der Reflexion eines Radarsignals empfangen und das reflektierte Signal zur Bestimmung einer Mehrzahl von Eigenschaften verarbeiten, wie z. B. der Richtung eines Ziels, der Geschwindigkeit eines Ziels, dem relativen Abstand eines Ziels und/oder dergleichen. Eine detailliertere Beschreibung der Radarfrontendeinheit 120 wird in 3 und der damit einhergehenden Beschreibung unten bereitgestellt.The radar front end unit 120 can provide a radar signal. In one embodiment, the frequency range of the radar signals processed by the radar device 110 may be in the range of about 10 GHz to about 90 GHz. The radar front end unit 120 may generate a radar signal in a predetermined frequency range and direct the radar signal to a predetermined target area. The radar front end unit 120 may also receive reflected signals based on the reflection of a radar signal and process the reflected signal to determine a variety of characteristics, such as. B. the direction of a target, the speed of a target, the relative distance of a target and / or the like. A more detailed description of the radar front end unit 120 is given in 3 and the accompanying description provided below.

In einer alternativen Ausführungsform kann die 120 eine Netzwerkkommunikationsfrontendeinheit anstelle einer Radarfrontendeinheit sein. In dieser Ausführungsform kann die Vorrichtung 110 anstelle eines Empfangens, Übertragens und/oder Verarbeitens von Radarsignalen Netzwerkkommunikationen für verschiedene Typen von Kommunikationsgeräten verarbeiten, wie z. B. Paketdatennetzwerkkommunikationen, drahtlose (z. B. Handykommunikation, IEEE 802.1 1A/D-Wandler WiGig Technology usw.), Datenkommunikationen usw. Die hierin im Zusammenhang mit Radaranwendungen beschriebenen Konzepte können auch für andere Typen von Anwendungen verwendet werden, wie z. B. Netzwerkkommunikation, drahtlose Kommunikation, high-definition Video usw.In an alternative embodiment, the 120 may be a network communications front end unit instead of a radar front end unit. In this embodiment, instead of receiving, transmitting and/or processing radar signals, the device 110 may process network communications for various types of communication devices, such as: B. packet data network communications, wireless (e.g. cell phone communications, IEEE 802.1 1A/D converter WiGig Technology, etc.), data communications, etc. The concepts described herein in the context of radar applications can also be used for other types of applications, such as: B. Network communication, wireless communication, high-definition video, etc.

Mit weiterem Bezug auf 1 kann die Antenneneinheit 130 auch eine Übertragungsantenne und/oder eine Empfängerantenne umfassen. Weiterhin kann jede von den Übertragungs- und Empfängerantennen Unterabschnitte umfassen, um eine Anordnung von Antennen zu bilden. Die Übertragungsantennen werden zur Übertragung des Radarsignals verwendet, während die Empfängerantennen zum Empfangen von reflektierten Signalen verwendet werden, die sich aus Reflexionen des Radarsignals ergeben. Eine detailliertere Beschreibung der Antenneneinheit 130 wird in 7 und der damit einhergehenden Beschreibung unten bereitgestellt.With further reference to 1 The antenna unit 130 may also include a transmission antenna and/or a receiver antenna. Further, each of the transmitting and receiving antennas may include subsections to form an array of antennas. The transmit antennas are used to transmit the radar signal while the receiver antennas are used to receive reflected signals resulting from reflections of the radar signal. A more detailed description of the antenna unit 130 is given in 7 and the accompanying description provided below.

Mit weiterem Bezug auf 1 kann die Radarvorrichtung 110 auch eine Signalverarbeitungseinheit 150 umfassen. Die Signalverarbeitungseinheit kann verschiedene analoge und/oder digitale Bearbeitungen der Signale durchführen, die durch die Radarvorrichtung 110 übertragen und/oder empfangen werden. Das gesendete Radarsignal, das durch die Radarvorrichtung übertragen wird, kann z. B. vor seiner Übertragung verstärkt werden. Ferner kann das reflektierte Signal, das durch die Radarvorrichtung 110 empfangen wird, durch wenigstens eine analoge Filterstufe gesendet werden. Die reflektierten Signale können dann in ein Digitalsignal durch wenigstens einen Analog-zu-Digital-Konverter (ADC) in der Signalverarbeitungseinheit 150 umgewandelt werden. An dem digitalisierten Signal kann dann eine Digitalsignalverarbeitung (DSP) durchgeführt werden. Eine detailliertere Beschreibung der Signalverarbeitungseinheit 150 wird in 6 und in der damit einhergehenden Beschreibung unten bereitgestellt.With further reference to 1 The radar device 110 may also include a signal processing unit 150. The signal processing unit can perform various analog and/or digital processing on the signals transmitted and/or received by the radar device 110. The transmitted radar signal transmitted by the radar device, can e.g. B. be amplified before its transmission. Further, the reflected signal received by the radar device 110 may be transmitted through at least one analog filter stage. The reflected signals can then be converted into a digital signal by at least one analog-to-digital converter (ADC) in the signal processing unit 150. Digital signal processing (DSP) can then be carried out on the digitized signal. A more detailed description of the signal processing unit 150 is given in 6 and provided in the accompanying description below.

Mit weiterem Bezug auf 1 kann die Radarvorrichtung 100 auch eine Steuereinheit 140 umfassen. Die Steuereinheit 140 kann verschiedene Steueroperationen der Radarvorrichtung 100 durchführen. Diese Funktionen umfassen ein Erzeugen eines Radarsignals, ein Übertragen des Radarsignals, ein Empfangen eines reflektierten Signals, ein Verarbeiten des reflektierten Signals und ein Durchführen von wenigstens einer Ortsbestimmung, Richtung, Geschwindigkeit usw. eines Ziels basierend auf dem reflektierten Signal. Die Steuereinheit 140 kann die Statusdaten und die oben beschriebenen Reaktionsdaten erzeugen.With further reference to 1 the radar device 100 may also include a control unit 140. The control unit 140 may perform various control operations of the radar device 100. These functions include generating a radar signal, transmitting the radar signal, receiving a reflected signal, processing the reflected signal, and performing at least one of determining the location, direction, speed, etc. of a target based on the reflected signal. The control unit 140 may generate the status data and the response data described above.

Mit Bezug nun auf 2 wird eine stilisierte Blockdiagrammbeschreibung der Steuereinheit 140 gemäß Ausführungsformen hierin bereitgestellt. Die Steuereinheit 140 kann eine Prozessoreinheit 230 umfassen, die verschiedene Funktionen der Radarvorrichtung 110 steuern kann. Die Prozessoreinheit 230 kann einen Mikroprozessor, einen Mikrocontroller, ein Field Programmable Gate Array (FPGA) und eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) und/oder dergleichen umfassen.With reference now to 2 A stylized block diagram description of the controller 140 according to embodiments herein is provided. The control unit 140 may include a processor unit 230 that can control various functions of the radar device 110. The processing unit 230 may include a microprocessor, a microcontroller, a field programmable gate array (FPGA), and an application specific integrated circuit (ASIC), and/or the like.

Die Steuereinheit 140 kann auch eine Logikeinheit 220 umfassen. Die Logikeinheit 220 kann eine Schaltung umfassen, die verschiedene Logikoperationen durchführen kann, Daten empfangen kann und/oder Schnittstellenfunktionen mit Bezug auf Eingangsdaten (data_in) und Ausgangsdaten (data_out) durchführen kann. Das Signal data_in kann Daten darstellen, die von einer Bearbeitung und Analyse des reflektierten Signals abgeleitet werden. Das Signal data_out kann Daten darstellen, die zur Durchführung von wenigstens einer Aufgabe als ein Ergebnis der Radarsignalübertragung und des reflektierten Signals erzeugt werden. Zum Beispiel kann das data_out-Signal verwendet werden, um eine Aktion basierend auf der Radarsignalübertragung und des Empfangs des reflektierten Signals durchzuführen.The control unit 140 may also include a logic unit 220. The logic unit 220 may include circuitry that can perform various logic operations, receive data, and/or perform interface functions related to input data (data_in) and output data (data_out). The data_in signal may represent data derived from processing and analysis of the reflected signal. The data_out signal may represent data generated to perform at least one task as a result of the radar signal transmission and the reflected signal. For example, the data_out signal can be used to perform an action based on the radar signal transmission and reception of the reflected signal.

Die Steuereinheit 140 kann auch eine Speichereinheit 210 umfassen. Die Speichereinheit 210 kann einen nicht-flüchtigen Speicher 214 und einen RAM 212 umfassen. Der nichtflüchtige Speicher 214 kann einen FLASH-Speicher und/oder programmierbare Nur-Lese-(PROM) -Vorrichtungen umfassen. Die Speichereinheit 210 kann Speicheroperationsparameter zur Steuerung von Operationen der Radarvorrichtung 110 speichern. Ferner kann die Speichereinheit 210 die oben beschriebenen Statusdaten und die Reaktionsdaten speichern. Die Speichereinheit 210 kann auch Daten speichern, die zur Programmierung einer FPGA-Vorrichtung in der Radarvorrichtung 110 verwendet werden. Als solche kann die Speichereinheit 210 in einen Programmdatenspeicher, Statusdatenspeicher und einen Reaktionsdatenspeicher unterteilt werden. Diese Unterteilung kann logisch oder physikalisch erfolgen.The control unit 140 may also include a storage unit 210. The storage unit 210 may include a non-volatile memory 214 and a RAM 212. Non-volatile memory 214 may include FLASH memory and/or programmable read-only (PROM) devices. The storage unit 210 may store storage operation parameters for controlling operations of the radar device 110. Furthermore, the storage unit 210 can store the status data and the reaction data described above. The storage unit 210 may also store data used to program an FPGA device in the radar device 110. As such, the storage unit 210 can be divided into a program data storage, status data storage and a response data storage. This division can be done logically or physically.

Mit Bezug nun auf 3 wird eine stilisierte Blockdiagrammbeschreibung der Radarfrontendeinheit 120 gemäß Ausführungsformen hierin dargestellt. Die Radarfrontendeinheit 120 kann eine Signalerzeugungseinheit 310, eine Übertragungseinheit 320 und eine Empfängereinheit 3230 umfassen. Die Signalerzeugungseinheit 310 kann ein Radarsignal bei einer vorbestimmten Frequenz erzeugen. Zum Beispiel kann ein Signal im Bereich von ungefähr 70 GHz bis ungefähr 85 GHz erzeugt werden. Die Signalerzeugungseinheit 310 kann einen Frequenzverdoppler (FD) umfassen. Der FD kann in einer Push-Push-Konfiguration ausgebildet sein. Die Signalerzeugungseinheit 310 kann ein Radarsignal für eine Übertragung bereitstellen. Eine detailliertere Beschreibung der Signalerzeugungseinheit 310 erfolgt unten.With reference now to 3 A stylized block diagram description of the radar front end unit 120 according to embodiments is presented herein. The radar front end unit 120 may include a signal generation unit 310, a transmission unit 320 and a receiver unit 3230. The signal generation unit 310 can generate a radar signal at a predetermined frequency. For example, a signal in the range of about 70 GHz to about 85 GHz can be generated. The signal generation unit 310 may include a frequency doubler (FD). The FD can be designed in a push-push configuration. The signal generation unit 310 can provide a radar signal for transmission. A more detailed description of the signal generation unit 310 is provided below.

Mit weiterem Bezug auf 3 wird ein Signal zur Bearbeitung und Übertragung durch die Signalerzeugungseinheit 310 für die Übertragungseinheit 320 bereitgestellt. Die Übertragungseinheit 320 kann eine Mehrzahl von Filter, Signalaufbereitungsschaltungen, Puffer, Verstärker usw. zur Bearbeitung des Signals von der Signalerzeugungseinheit 310 umfassen. Die Übertragungseinheit 320 umfasst ein Radarsignal, das an die Antenneneinheit 130 zu übertragen ist.With further reference to 3 a signal is provided for processing and transmission by the signal generation unit 310 for the transmission unit 320. The transmission unit 320 may include a plurality of filters, signal processing circuits, buffers, amplifiers, etc. for processing the signal from the signal generation unit 310. The transmission unit 320 includes a radar signal to be transmitted to the antenna unit 130.

4 stellt ein stilisiertes Blockdiagramm der Übertragungseinheit 320 gemäß Ausführungsformen hierin dar. Mit gleichzeitigen Bezug auf die 3 und 4 kann die Übertragungseinheit 320 eine Mehrzahl von ähnlichen Transmittern umfassen, d. h., einen ersten Transmitter 410a, einen zweiten Transmitter 410b bis einen N^ten Transmitter 410n (kollektiv „410“). In einer Ausführungsform können die ersten bis N^ten Transmitter 410 ein einzelnes Signal von der Signalerzeugungseinheit 310 bearbeiten und ein Ausgangsübertragungssignal zu wenigstens einer Antenne bereitstellen. In einer anderen Ausführungsform kann die Signalerzeugungseinheit 310 eine Mehrzahl von Signale für die N^ten Transmitter 410 bereitstellen. Zum Beispiel kann die Signalerzeugungseinheit 310 ein Signalübertragungssignal für jeden Transmitter 410 oder alternativ ein erstes Übertragungssignal für eine erste Menge von Transmittern 410 und ein zweites Übertragungssignal für eine zweite Menge von Transmittern 410 bereitstellen. 4 illustrates a stylized block diagram of the transmission unit 320 according to embodiments herein. With simultaneous reference to 3 and 4 The transmission unit 320 may include a plurality of similar transmitters, ie, a first transmitter 410a, a second transmitter 410b to an ^Nth transmitter 410n (collectively “410”). In one embodiment, the first through ^Nth transmitters 410 may process a single signal from the signal generation unit 310 and provide an output transmission signal to at least one antenna. In another embodiment, the signal generation unit 310 may provide a plurality of signals to the ^Nth transmitters 410. For example, the signals Generation unit 310 provides a signal transmission signal for each transmitter 410 or alternatively a first transmission signal for a first set of transmitters 410 and a second transmission signal for a second set of transmitters 410.

Mit weiterem Bezug auf 3 wird ein empfangenes Signal (insbesondere reflektiertes Signal, das sich aus einer Reflexion des Radarsignals von einem Ziel ergibt) für die Empfängereinheit 330 bereitgestellt. Die Empfängereinheit 330 kann das verarbeitete empfangene Signal von der Signalverarbeitungseinheit 130 empfangen. Die Empfängereinheit 330 kann eine Analog-zu-Digital (A/D) -Umwandlung, Signalpufferung, DSP usw. durchführen. In einigen Ausführungsformen kann die Signalverarbeitungseinheit 130 eine A/D-Umwandlung und DSP durchführen, in anderen Ausführungsformen können jedoch diese Aufgaben durch die Empfängereinheit 330 durchgeführt werden. Die Empfängereinheit 330 kann data_out der Steuereinheit 140 zuführen.With further reference to 3 a received signal (in particular, reflected signal resulting from a reflection of the radar signal from a target) is provided to the receiver unit 330. The receiver unit 330 may receive the processed received signal from the signal processing unit 130. The receiver unit 330 may perform analog-to-digital (A/D) conversion, signal buffering, DSP, etc. In some embodiments, the signal processing unit 130 may perform A/D conversion and DSP, but in other embodiments these tasks may be performed by the receiver unit 330. The receiver unit 330 may provide data_out to the control unit 140.

5 stellt ein stilisiertes Blockdiagramm der Empfängereinheit 320 gemäß Ausführungsformen hierin dar. Mit gleichzeitigen Bezug auf die 3 und 5 kann die Empfängereinheit 320 eine Mehrzahl von ähnlichen Empfängern umfassen, insbesondere einen ersten Empfänger 510a, einen zweiten Empfänger 510b bis zu einem N^ten Empfänger 510n (kollektiv „510“). In einer Ausführungsform können der erste bis N^te Empfänger 510jeweils ein einzelnes Signal von der Signalerzeugungseinheit 310 verarbeiten und das Signal der Steuereinheit 140 bereitstellen. In einer anderen Ausführungsform kann die Antenneneinheit 130 eine Mehrzahl von Signalen für den ersten bis N^ten Empfänger 510 bereitstellen. Die Antenneneinheit 130 kann z. B. ein Signal für jeden Empfänger 510 oder alternativ ein erstes Empfängersignal für eine erste Menge von Empfängern 510 und ein zweites Empfängersignal für eine zweite Menge von Empfängern bereitstellen. 5 illustrates a stylized block diagram of the receiver unit 320 according to embodiments herein. With simultaneous reference to the 3 and 5 the receiver unit 320 may comprise a plurality of similar receivers, in particular a first receiver 510a, a second receiver 510b up to an N ^th receiver 510n (collectively "510"). In one embodiment, the first through N ^th receivers 510 may each process a single signal from the signal generation unit 310 and provide the signal to the control unit 140. In another embodiment, the antenna unit 130 may provide a plurality of signals for the first through N ^th receivers 510. The antenna unit 130 may, for example, provide one signal for each receiver 510 or, alternatively, provide a first receiver signal for a first set of receivers 510 and a second receiver signal for a second set of receivers.

Mit Bezug nun auf 6 wird eine stilisierte Blockdiagrammdarstellung der Signalverarbeitungseinheit 150 gemäß Ausführungsformen hierin dargestellt. Die Signalverarbeitungseinheit 150 kann eine analoge Filtereinheit 610, einen A/D-Konverter 620, eine DSP-Einheit 630 und einen Speicher 640 umfassen. Die analoge Filtereinheit 610 kann ein Filtern sowie ein Verstärken des analogen mm-Wellen-Signals durchführen, das durch die Signalverarbeitungseinheit 150 empfangen wird. Es kann ein Filtern von Rauschen durch die analoge Filtereinheit 610 vor der Durchführung einer Verstärkung des analogen mm-Wellen-Signals durchgeführt werden.With reference now to 6 A stylized block diagram representation of the signal processing unit 150 according to embodiments herein is shown. The signal processing unit 150 may include an analog filter unit 610, an A/D converter 620, a DSP unit 630 and a memory 640. The analog filter unit 610 can perform filtering as well as amplifying the analog mm-wave signal received by the signal processing unit 150. Filtering of noise may be performed by the analog filter unit 610 before performing amplification of the analog mm-wave signal.

Der A/D-Konverter 620 kann das gefilterte und/oder verstärkte Analogsignal in ein digitales Signal umwandeln. Der A/D-Konverter 620 kann mit einer vorbestimmten Genauigkeit oder mit einer sich ändernden Genauigkeit umwandeln. Zum Beispiel kann der A/D-Konverter 620 eine Genauigkeit von 12 Bit, 24 Bit, 36 Bit, 48 Bit, 64 Bit, 96 Bit, 128 Bit, 256 Bit, 512 Bit, 1024 Bit oder eine höhere Genauigkeit aufweisen. Das konvertierte digitale mm-Wellen-Signal wird für die DSP-Einheit 630 bereitgestellt.The A/D converter 620 may convert the filtered and/or amplified analog signal to a digital signal. The A/D converter 620 may convert with a predetermined accuracy or with a varying accuracy. For example, the A/D converter 620 may have an accuracy of 12 bits, 24 bits, 36 bits, 48 bits, 64 bits, 96 bits, 128 bits, 256 bits, 512 bits, 1024 bits, or higher. The converted digital mmWave signal is provided to the DSP unit 630.

Die DSP-Einheit 630 kann eine Vielzahl von DSP-Operationen an dem digitalen mm-Wellen-Signal durchführen. Zum Beispiel kann eine digitale Filterung der digitalen mm-Welle durch die DSP-Einheit 630 durchgeführt werden. Als ein Ergebnis können einzelne Komponenten außerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereichs, z. B. 70 GHz bis ungefähr 85 GHz gefiltert werden, so dass sie eine geringe Amplitude aufweisen. In anderen Fällen können mathematische Funktionen, wie z. B. eine schnelle Fourier-Transformation (FFT), an dem mm-Wellen-Signal durchgeführt werden. Die verarbeitete digitale Ausgabe von der DSP-Einheit 630 kann zur Analyse zu der Steuerungseinheit 140 gesendet werden. In anderen Fällen kann die digitale Ausgabe in einem Speicher 640 gepuffert oder gespeichert werden. In einigen Fällen kann der Speicher 640 ein Erst-Ein-Erst-Aus (FIFO) -Speicher sein. In anderen Fällen kann die verarbeitete digitale Ausgabe von der DSP-Einheit 630 in der Speichereinheit 210 der Steuereinheit 140 gespeichert werden.The DSP unit 630 can perform a variety of DSP operations on the mm-wave digital signal. For example, digital filtering of the digital mm-wave can be performed by the DSP unit 630. As a result, individual components outside a predetermined frequency range, e.g. B. 70 GHz to approximately 85 GHz are filtered so that they have a low amplitude. In other cases, mathematical functions such as B. a fast Fourier transform (FFT) can be performed on the mm-wave signal. The processed digital output from the DSP unit 630 may be sent to the control unit 140 for analysis. In other cases, the digital output may be buffered or stored in a memory 640. In some cases, memory 640 may be a first-on-first-out (FIFO) memory. In other cases, the processed digital output from the DSP unit 630 may be stored in the storage unit 210 of the control unit 140.

Mit Bezug nun auf 7 ist eine stilisierte Blockdiagrammdarstellung der Antenneneinheit aus 1 gemäß Ausführungsformen hierin dargestellt. Durch die Transmittereinheit 320 (3) können Millimeter-Wellen-Signale, die zu versenden sind (z. B. Radarsignale, Netzwerkdatensignale, drahtlose Kommunikationssignale, usw.), für die Übertragungsantenne 710 bereitgestellt werden. In einer Ausführungsform kann die Übertragungsantenne 710 eine Mehrzahl von Übertragungsantennenabschnitten 715 umfassen. Die Übertragungsantennenabschnitte 715 werden in einer vorbestimmten Struktur, z. B. einer Array-Matrix, angeordnet, wie in 7 beispielhaft dargestellt ist.With reference now to 7 is a stylized block diagram representation of the antenna unit 1 according to embodiments presented herein. Through the transmitter unit 320 ( 3 ), millimeter wave signals to be transmitted (e.g., radar signals, network data signals, wireless communication signals, etc.) may be provided to the transmission antenna 710. In one embodiment, the transmission antenna 710 may include a plurality of transmission antenna sections 715. The transmission antenna sections 715 are arranged in a predetermined structure, e.g. B. an array matrix, arranged as in 7 is shown as an example.

Durch die Empfängerantenne 720 können Millimeter-Wellen-Signale, die zu empfangen sind (z. B. Radarsignale, Netzwerkdatensignal, drahtlose Kommunikationssignale, usw.), empfangen werden. Die Empfängerantenne 720 stellt die empfangenen mm-Wellen-Signale für die Empfängereinheit 330 (3) bereit. In einer Ausführungsform kann die Empfängerantenne 720 eine Mehrzahl von Empfängerantennenabschnitten 725 umfassen. Die Empfängerantennenabschnitte 725 werden auch in einem vorbestimmten Muster, z. B. einer Array-Matrix, angeordnet, wie in 7 beispielhaft dargestellt ist.Through the receiver antenna 720, millimeter wave signals to be received (e.g., radar signals, network data signals, wireless communication signals, etc.) can be received. The receiver antenna 720 provides the received mm-wave signals to the receiver unit 330 ( 3 ) ready. In one embodiment, the receiver antenna 720 may include a plurality of receiver antenna sections 725. The receiver antenna sections 725 are also arranged in a predetermined pattern, e.g. B. an array matrix, arranged as in 7 is shown as an example.

Mit Bezug nun auf 8 ist eine stilisierte Blockdiagrammdarstellung einer beispielhaften Radaranwendung des Systems 100 gemäß Ausführungsformen hierin dargestellt. 8 zeigt eine beispielhafte Implementierung der Signalerzeugungseinheit 310 (3) und beispielhafte Abschnitte der Übertragungseinheit 320 und der Empfängereinheit 330.With reference now to 8th 1 is a stylized block diagram representation of an example radar application of system 100, according to embodiments herein. 8th shows an exemplary implementation of the signal generation unit 310 ( 3 ) and exemplary sections of the transmission unit 320 and the receiver unit 330.

Die Signalerzeugungseinheit 310 erzeugt ein Signal (z. B. ein Radarsignal), das zu einem Zielbereich zu übertragen und darauf zu richten ist, z. B. zu dem Bereich vor einem Fahrzeug. Ein Generator 810 für eine frequenzmodulierte kontinuierliche Welle (FMCW) stellt ein mm-Wellen-Signal im Bereich von ungefähr 20 GHz bereit. Der FMCW-Generator 810 kann konfiguriert sein, um ein Niedriggeschwindigkeitsrampen (LSR) -Signal oder ein Hochgeschwindigkeitsrampen (HSR) -Signal bereitzustellen. In einer alternativen Ausführungsform kann der FMCW-Generator 810 durch einen Puls-Train-Generator zur Anwendung eines Puls-Doppler-Radar-Systems ersetzt werden.The signal generation unit 310 generates a signal (e.g., a radar signal) to be transmitted to and directed at a target area, e.g. B. to the area in front of a vehicle. A frequency modulated continuous wave (FMCW) generator 810 provides a mm-wave signal in the range of approximately 20 GHz. The FMCW generator 810 may be configured to provide a low speed ramp (LSR) signal or a high speed ramp (HSR) signal. In an alternative embodiment, the FMCW generator 810 may be replaced by a pulse train generator for applying a pulse Doppler radar system.

Weiterhin wird ein Referenzsignal durch einen Referenzsignalgenerator 812 bereitgestellt. Das mm-Wellen-Signal von dem FMCW-Generator 810 und das Referenzsignal werden beide zu einer digitalen Phasenregelschleife (DPLL) 820 gesendet. Die DPLL 820 sperrt die Phase des mm-Wellen-Signals von dem FMCW-Generator 810 mit der Phase des Referenzsignals. Die Ausgabe der DPLL 820 wird zu einem digital gesteuerten Oszillator (DCO) 825 gesendet. Die Ausgabe des DCO wird zu dem DPLL zurückgeführt. Demzufolge kann der DCO 825 ein stabiles DCO-Signal bereitstellen. Das DCO-Signal beträgt in einer Ausführungsform ungefähr 20 GHz.Furthermore, a reference signal is provided by a reference signal generator 812. The mm-wave signal from the FMCW generator 810 and the reference signal are both sent to a digital phase locked loop (DPLL) 820. The DPLL 820 locks the phase of the mm-wave signal from the FMCW generator 810 with the phase of the reference signal. The output of the DPLL 820 is sent to a digital controlled oscillator (DCO) 825. The output of the DCO is fed back to the DPLL. As a result, the DCO 825 can provide a stable DCO signal. The DCO signal is approximately 20 GHz in one embodiment.

Eine Mehrzahl von Low-Dropout (LDO) -Reglern 827, die eine Referenzspannung, einen Fehlerverstärker, einen Rückkopplungsspannungsteiler und eine Mehrzahl von Durchlasselementen, beispielsweise Transistoren, umfassen können. Die LDO-Regler 827 sind ausgebildet, um eine geregelte Spannungsquelle für die verschiedenen Abschnitte der Schaltung aus 8 bereitzustellen. Im Allgemeinen ist diese geregelte Spannungsquelle niedriger als die Versorgungsspannung.A plurality of low-dropout (LDO) regulators 827, which may include a reference voltage, an error amplifier, a feedback voltage divider, and a plurality of pass elements, such as transistors. The LDO regulators 827 are designed to provide a regulated voltage source for the various sections of the circuit 8th to provide. Generally, this regulated voltage source is lower than the supply voltage.

In einigen Ausführungsformen ist es erwünscht, ein 80 GHz-Signal zu übertragen, beispielsweise in einer Fahrzeugradaranwendung. Der DCO 825 stellt ein 20 GHz-Signal bereit, demzufolge können zwei Frequenzverdoppler verwendet werden, um das 20 GHz-Signal zu multiplizieren, um 40 GHz bereitzustellen, und dann das 40 GHz-Signal zu multiplizieren, um ein 80 GHz-Signal zur Übertragung bereitzustellen. Entsprechend wird ein erster Frequenzmultiplikator 830 verwendet, um das 20 GHz-Signal zu verdoppeln, so dass sich ein 40 GHz-Signal ergibt. Es wird ein zweiter Frequenzmultiplikator 832 verwendet, um das 40 GHz-Signal zu verdoppeln, so dass sich ein 80 GHz-Signal ergibt. Die Ausgabe des zweiten Frequenzmultiplikators 832 wird für einen Leistungsverstärker 840 bereitgestellt. Die Ausgabe des Leistungsverstärkers 840 kann der Antenne zur Übertragung bereitgestellt werden. Ein Leistungsdetektor 842 kann die Leistung der Ausgabe des Leistungsverstärkers 840 erfassen und kann eine Rückkopplungseinstellung veranlassen, um ein vorbestimmtes Leistungsniveau des übertragenen Signals aufrechtzuerhalten.In some embodiments, it is desirable to transmit an 80 GHz signal, for example in a vehicle radar application. The DCO 825 provides a 20 GHz signal, therefore two frequency doublers can be used to multiply the 20 GHz signal to provide 40 GHz and then multiply the 40 GHz signal to provide an 80 GHz signal for transmission to provide. Accordingly, a first frequency multiplier 830 is used to double the 20 GHz signal, resulting in a 40 GHz signal. A second frequency multiplier 832 is used to double the 40 GHz signal, resulting in an 80 GHz signal. The output of the second frequency multiplier 832 is provided to a power amplifier 840. The output of the power amplifier 840 may be provided to the antenna for transmission. A power detector 842 may detect the power of the output of the power amplifier 840 and may cause feedback adjustment to maintain a predetermined power level of the transmitted signal.

Durch die in 8 dargestellte Schaltung kann ein empfangenes Signal verarbeitet werden. Das empfangene Signal, z. B. von der Signalverarbeitungseinheit 150, wird für eine Balun-Schaltung 850 bereitgestellt. Der Balun kann einen Transformator umfassen und eine Differenzausgabe für einen Vorverstärker 852 bereitstellen. Nach Durchführung einer Vorverstärkung des empfangenen Signals wird die Ausgabe von dem Vorverstärker 852 für den Mischer 860 bereitgestellt.Through the in 8th A received signal can be processed in the circuit shown. The received signal, e.g. B. from the signal processing unit 150, is provided for a balun circuit 850. The balun may include a transformer and provide a differential output to a preamplifier 852. After performing pre-amplification of the received signal, the output from the preamplifier 852 is provided to the mixer 860.

Der Mischer 860 kann das empfangene Signal von dem Vorverstärker 852 mit einem Ausgangssignal von einem dritten Frequenzmultiplikator 835 kombinieren. Die Ausgabe des dritten Frequenzmultiplikators 835 ist das Doppelte des 40 GHz-Signals von dem ersten Frequenzmultiplikator. Das heißt, die Ausgabe des dritten Frequenzmultiplikators 835 ist ein 80 GHz-Referenzsignal. Der Mischer 860 empfängt das 80 GHz-Referenzsignal und multipliziert es in einer Ausführungsform mit dem empfangenen Signal, welches ein reflektiertes oder Echosignal darstellt, das sich aus der Reflexion von dem übertragenen Signal ergibt. Die Ausgabe des Mischers kann verwendet werden, um verschiedene Charakteristiken hinsichtlich von wenigstens einem Objekt zu bestimmen, von dem das übertragene Signal reflektiert wurde, einschließlich einer Richtung, eines Orts, einer Trajektorie und/oder einer Geschwindigkeit des Objekts.The mixer 860 may combine the received signal from the preamplifier 852 with an output signal from a third frequency multiplier 835. The output of the third frequency multiplier 835 is twice the 40 GHz signal from the first frequency multiplier. That is, the output of the third frequency multiplier 835 is an 80 GHz reference signal. The mixer 860 receives the 80 GHz reference signal and, in one embodiment, multiplies it by the received signal, which represents a reflected or echo signal resulting from reflection from the transmitted signal. The output of the mixer may be used to determine various characteristics regarding at least one object from which the transmitted signal was reflected, including a direction, location, trajectory, and/or speed of the object.

Jeder von dem ersten, zweiten und dritten Frequenzmultiplikator 830, 832, 835 kann ein vollständiger differenzieller Push-Push-Frequenzdoppler sein. Der durch die Frequenzmultiplikatoren 830, 832, 935 eingesetzte Frequenzdoppler wird unten ausführlicher beschrieben.Each of the first, second and third frequency multipliers 830, 832, 835 may be a full differential push-push frequency doubler. The frequency doubler employed by the frequency multipliers 830, 832, 935 is described in more detail below.

Die Ausgabe des Mischers 860 wird für eine bereitgestellt. Die Ausgabe der wird für eine automatische Verstärkungsregelung (AGC) und Filterschaltungen 868 bereitgestellt. Eine Sättigungserfassungsschaltung 872 kann eine Sättigung des durch die AGC/Filter-Schaltungen 868 verarbeiteten Signals erfassen und Antworteinstellungen durchführen. Die Ausgabe der AGC/Filter-Schaltungen 868 wird für einen A/D-Konverter 870 bereitgestellt. Die Ausgabe des A/D-Konverters 870 kann für die Steuerungseinheit 140 zur weiteren Verarbeitung und zu Antwortaktionen bereitgestellt werden.The output of the mixer 860 is for one provided. The output of the is provided for automatic gain control (AGC) and filter circuits 868. A saturation detection circuit 872 may detect saturation of the signal processed by the AGC/filter circuits 868 and perform response adjustments. The output of the AGC/Filter Circuits 868 is provided for an A/D converter 870. The output of the A/D converter 870 may be provided to the control unit 140 for further processing and response actions.

9 stellt eine Leistungsverstärkerschaltung 900 gemäß Ausführungsformen hierin dar. Die Leistungsverstärkerschaltung 900 kann in eine verschiedene Schaltung implementiert werden, die mit der Signalerzeugungseinheit 310 (3) assoziiert ist. Die Leistungsverstärkerschaltung 900 kann bei einer gewünschten Leistungversorgungsspannung AVDD betrieben werden. In einer Ausführungsform kann die Leistungsverstärkerschaltung 900 bei einer Spannungsversorgung von 0,5 V betrieben werden. Die Leistungsverstärkerschaltung 900 umfasst einen Eingangstransformator 910. Gemäß der Darstellung in 9 kann der Eingangstransformator 910 ein Differenztransformator sein, der Eingangssignale RFINP und RFINM empfängt. In anderen Ausführungsformen kann ein Sinlge-Ended-Eingang verwendet werden. 10 zeigt einen Single-Ended-Eingangstransformator 1010 (der ein Eingangssignal RFIN empfängt), der für den Differenzeingangstransformator 910 in verschiedenen Ausführungsformen der Leistungsverstärkerschaltung 900 substituiert werden kann. Ob differentiell oder Single-Ended, der Eingangstransformator 910 oder 1010 kann ein Differenzsignal für andere Elemente der Leistungsverstärkerschaltung bereitstellen. 9 illustrates a power amplifier circuit 900 according to embodiments herein. The power amplifier circuit 900 can be implemented in a various circuit that is connected to the signal generation unit 310 ( 3 ) is associated. The power amplifier circuit 900 can be operated at a desired power supply voltage AVDD. In one embodiment, the power amplifier circuit 900 may operate at a 0.5V power supply. The power amplifier circuit 900 includes an input transformer 910. As shown in 9 The input transformer 910 may be a differential transformer that receives input signals RFINP and RFINM. In other embodiments, a single-ended input may be used. 10 shows a single-ended input transformer 1010 (receiving an input signal RFIN) that may be substituted for the differential input transformer 910 in various embodiments of the power amplifier circuit 900. Whether differential or single-ended, the input transformer 910 or 1010 can provide a differential signal to other elements of the power amplifier circuit.

Die Leistungsverstärkerschaltung 900 umfasst auch ein erstes Differenzpaar 920 aus Injektionstransistoren mit einem ersten Transistor 921 und einem zweiten Transistor 922. Gemäß der Darstellung steuert ein Ende (+ oder „P“) des Differenzsignals, das durch den Eingangstransformator 910 oder 1010 bereitgestellt wird, das Gate des ersten Transistors 921 und das andere Ende (- oder „M“) des Differenzsignals, das durch den Eingangstransformator 910 oder 1010 bereitgestellt wird, steuert das Gate des zweiten Transistors 922.The power amplifier circuit 900 also includes a first differential pair 920 of injection transistors including a first transistor 921 and a second transistor 922. As shown, one end (+ or "P") of the differential signal provided by the input transformer 910 or 1010 controls the gate of the first transistor 921 and the other end (- or “M”) of the difference signal provided by the input transformer 910 or 1010 controls the gate of the second transistor 922.

Der erste Transistor 921 und der zweite Transistor 922 können beliebige Feldeffekttransistoren sein (FETs), wie z. B. Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistoren (MOSFETs), wenn die Architektur der ersten und zweiten Transistoren 921, 922 ein Substratgate umfasst. In einer Ausführungsform kann der erste Transistor 921 ein vollständig verarmter silicon-on-insulator (FDSOI) -Transistor sein. Alternativ oder zusätzlich kann der zweite Transistor 922 ein FDSOI-Transistor sein. In einer anderen Ausführungsform kann der erste Transistor 921, der zweite Transistor 922 oder können beide einen Transistor mit tiefer n-Wanne darstellen.The first transistor 921 and the second transistor 922 may be any field effect transistors (FETs), such as metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs), if the architecture of the first and second transistors 921, 922 includes a substrate gate. In one embodiment, the first transistor 921 may be a fully depleted silicon-on-insulator (FDSOI) transistor. Alternatively or additionally, the second transistor 922 may be an FDSOI transistor. In another embodiment, the first transistor 921, the second transistor 922, or both may represent a deep n-well transistor.

Gemäß der Darstellung können der erste Transistor 921 und der zweite Transistor 922 NMOS-Transistoren sein, obwohl in anderen Ausführungsformen (nicht dargestellt), der erste Transistor 921 und der zweite Transistor 922 PMOS-Transistoren sein können. Die ersten und zweiten Transistoren 921, 922 umfassen jeweils einen Substratgateknoten, der verwendet werden kann, um eine Substratgatevorspannung der Transistoren 921, 922 durchzuführen.As shown, the first transistor 921 and the second transistor 922 may be NMOS transistors, although in other embodiments (not shown), the first transistor 921 and the second transistor 922 may be PMOS transistors. The first and second transistors 921, 922 each include a substrate gate node that can be used to substrate gate bias the transistors 921, 922.

Die Leistungsverstärkerschaltung 900 umfasst auch eine erste Substratgatespannungsquelle 926, die ausgebildet ist, um eine erste Substratgatespannung an ein Substratgate 951 des ersten Transistor 921 anzulegen. Die Leistungsverstärkerschaltung 900 umfasst zusätzlich eine zweite Substratgatespannungsquelle 927, die ausgebildet ist, um eine zweite Substratgatespannung an ein Substratgate 952 des zweiten Transistors 922 anzulegen. In einigen Ausführungsformen (nicht dargestellt) kann eine einzelne Spannungsquelle als die erste Substratgatespannungsquelle 926 und die zweite Substratgatespannungsquelle 927 dienen.The power amplifier circuit 900 also includes a first substrate gate voltage source 926 configured to apply a first substrate gate voltage to a substrate gate 951 of the first transistor 921. The power amplifier circuit 900 additionally includes a second substrate gate voltage source 927, which is designed to apply a second substrate gate voltage to a substrate gate 952 of the second transistor 922. In some embodiments (not shown), a single voltage source may serve as the first substrate gate voltage source 926 and the second substrate gate voltage source 927.

In einer Ausführungsform sind die erste Substratgatespannungsquelle 926 und die zweite Substratgatespannungsquelle 927 jeweils dazu in der Lage, einen Bereich von Spannungen an die Substratgates des ersten Transistors 921 und des zweiten Transistors 922 anzulegen. Diese Spannungen können in einer vorbestimmten Weise festgelegt oder alternativ programmiert oder dynamisch geändert werden. Zum Beispiel können die erste Substratgatespannungsquelle 926 und die zweite Substratgatespannungsquelle 927 geändert werden, um den Injektionsstrom zu ändern, der durch das erste Differenzpaar 920 der Injektionstransistoren bereitbestellt wird. (In anderen Ausführungsformen kann der Injektionsstrom, der durch das erste Differenzpaar 920 von Injektionstransistoren bereitgestellt wird, durch Modifizieren der Spannung VGB_IL geändert werden, wie dem Fachmann bekannt ist.) Alternativ oder zusätzlich können die erste Substratgatespannungsquelle 926 und die zweite Substratgatespannungsquelle 927 geändert werden, um den Lock-in-Bereich des ersten Differenzpaares 920 von Injektionstransistoren zu ändern. An oder nahe dem Lock-in können die erste Substratgatespannungsquelle 926 und die zweite Substratgatespannungsquelle 927 reduziert werden, um den Energieverbrauch der Leistungsverstärkerschaltung 900 zu minimieren.In one embodiment, the first substrate gate voltage source 926 and the second substrate gate voltage source 927 are each capable of applying a range of voltages to the substrate gates of the first transistor 921 and the second transistor 922. These voltages may be fixed in a predetermined manner or alternatively programmed or dynamically changed. For example, the first substrate gate voltage source 926 and the second substrate gate voltage source 927 may be changed to change the injection current provided by the first differential pair 920 of injection transistors. (In other embodiments, the injection current provided by the first differential pair 920 of injection transistors may be changed by modifying the voltage VGB_IL, as is known to those skilled in the art.) Alternatively or additionally, the first substrate gate voltage source 926 and the second substrate gate voltage source 927 may be changed, to change the lock-in range of the first differential pair 920 of injection transistors. At or near lock-in, the first substrate gate voltage source 926 and the second substrate gate voltage source 927 may be reduced to minimize the power consumption of the power amplifier circuit 900.

Die erste Substratgatespannungsquelle 927 und die zweite Substratgatespannungsquelle 927 können für die Substratgates der beiden Transistoren 921 und 922 entsprechend die gleiche Spannung bereitstellen oder sie können für die Substratgates der Transistoren 921 und 922 entsprechend verschiedene Spannungen bereitstellen. In Ausführungsformen, in denen für die Substratgates des ersten Transistors und des zweiten Transistors unterschiedliche Spannungen bereitgestellt werden, können die Spannungen eingestellt werden, um die Amplituden der zwei Enden der Differenzausgabe auszugleichen.The first substrate gate voltage source 927 and the second substrate gate voltage source 927 can respectively provide the same voltage for the substrate gates of the two transistors 921 and 922 or they can for the substrate gates the transistors 921 and 922 provide different voltages accordingly. In embodiments in which different voltages are provided to the substrate gates of the first transistor and the second transistor, the voltages may be adjusted to equalize the amplitudes of the two ends of the differential output.

Das Gate des ersten Transistors 921 kann durch das P-Ende des Differenzsignals von dem Eingangstransformator 910 oder 1010 gesteuert werden und kann ein P-Ende des Differenzsignals zu anderen Komponenten der Leistungsverstärkerschaltung 900 bereitstellen. Das Gate des zweiten Transistors 922 kann durch das M-Ende des Differenzsignals von dem Eingangstransformator 910 oder 1010 gesteuert werden und kann ein M-Ende des Differenzsignals für andere Komponenten der Leistungsverstärkerschaltung 900 bereitstellen.The gate of the first transistor 921 may be controlled by the P-end of the differential signal from the input transformer 910 or 1010 and may provide a P-end of the differential signal to other components of the power amplifier circuit 900. The gate of the second transistor 922 may be controlled by the M-end of the differential signal from the input transformer 910 or 1010 and may provide an M-end of the differential signal to other components of the power amplifier circuit 900.

Die Leistungsverstärkerschaltung 900, die in 9 dargestellt ist, umfasst auch ein zweites Differenzpaar 930 aus Oszillatorkerntransistoren, umfassend einen dritten Transistor 933 und einen vierten Transistor 934. Im Allgemeinen sperrt das erste Differenzpaar 920 von Injektionstransistoren die Frequenz des zweiten Differenzpaars 930 von Oszillatorkerntransistoren auf die Frequenz des Differenzsignals, das von VINPINJ und VINMINJ getragen wird. In dem zweiten Differenzpaar 930 sind der dritte Transistor 933 und der vierte Transistor 934 über Kreuz gekoppelt, was bedeutet, dass das Gate des dritten Transistors 933 durch ein Ende (z. B. M) des Differenzsignals gesteuert wird, das durch das erste Differenzpaar 920 bereitgestellt wird, und das andere Ende (z. B. P) des Differenzsignals für die anderen Komponenten der Leistungsverstärkerschaltung 900 bereitstellt. Das Gate des vierten Transistors 930 wird durch das entgegengesetzte Ende (z. B. P) des Differenzsignals gesteuert, das durch das erste Differenzpaar 920 bereitgestellt wird, und stellt das entgegengesetzte Ende (z. B. M) des Differenzsignals für andere Komponenten der Leistungsverstärkerschaltung 900 bereit.The power amplifier circuit 900, which is in 9 is shown also includes a second differential pair 930 of oscillator core transistors, comprising a third transistor 933 and a fourth transistor 934. In general, the first differential pair 920 of injection transistors locks the frequency of the second differential pair 930 of oscillator core transistors to the frequency of the differential signal generated by VINPINJ and VINMINJ is worn. In the second difference pair 930, the third transistor 933 and the fourth transistor 934 are cross-coupled, meaning that the gate of the third transistor 933 is controlled by one end (e.g. M) of the difference signal transmitted by the first difference pair 920 is provided, and the other end (e.g. P) of the difference signal is provided to the other components of the power amplifier circuit 900. The gate of the fourth transistor 930 is controlled by the opposite end (e.g., P) of the difference signal provided by the first difference pair 920 and provides the opposite end (e.g., M) of the difference signal to other components of the power amplifier circuit 900 ready.

Der dritte Transistor 933 und der vierte Transistor 934 können herkömmliche FETs sein, z. B. MOSFETs, sofern die Architektur der dritten und vierten Transistoren 933, 934 ein Substratgate umfasst. In einer Ausführungsform können der dritte Transistor 933 und der vierte Transistor 934 jeweils ein FDSOI-Transistor sein. In einer anderen Ausführungsform können der dritte Transistor 933, der vierte Transistor 934 oder beide einen Transistor mit tiefer n-Wanne darstellen.The third transistor 933 and the fourth transistor 934 may be conventional FETs, e.g. B. MOSFETs, provided that the architecture of the third and fourth transistors 933, 934 includes a substrate gate. In one embodiment, the third transistor 933 and the fourth transistor 934 may each be an FDSOI transistor. In another embodiment, the third transistor 933, the fourth transistor 934, or both may represent a deep n-well transistor.

Gemäß der Darstellung können der dritte Transistor 933 und der vierte Transistor 934 NMOS-Transistoren sein, obwohl der dritte Transistor 933 und der vierte Transistor 934 in anderen Ausführungsformen (nicht dargestellt) PMOS-Transistoren darstellen können.As shown, the third transistor 933 and the fourth transistor 934 may be NMOS transistors, although in other embodiments (not shown), the third transistor 933 and the fourth transistor 934 may be PMOS transistors.

Die Leistungsverstärkerschaltung 900 umfasst eine dritte Substratgatespannungsquelle 938, die zur Bereitstellung einer dritten Substratgatespannung für den dritten Transistor 933 ausgebildet ist, und auch eine vierte Substratgatespannungsquelle 939, die zur Bereitstellung einer vierten Substratgatespannung für den vierten Transistor 934 ausgebildet ist. In einigen Ausführungsformen (nicht dargestellt) kann eine einzelne Spannungsquelle sowohl als dritte Substratgatespannungsquelle 938 und vierte Substratgatespannungsquelle 939 dienen.The power amplifier circuit 900 includes a third substrate gate voltage source 938 configured to provide a third substrate gate voltage to the third transistor 933 and also a fourth substrate gate voltage source 939 configured to provide a fourth substrate gate voltage to the fourth transistor 934. In some embodiments (not shown), a single voltage source may serve as both the third substrate gate voltage source 938 and the fourth substrate gate voltage source 939.

In einer Ausführungsform können die dritte Substratgatespannungsquelle 938 und die vierte Substratgatespannungsquelle 939 jeweils einen Bereich von Spannungen für die Substratgates des dritten Transistors 933 und des vierten Transistors 934 bereitstellen. Zum Beispiel können die dritte Substratgatespannungsquelle 938 und die vierte Substratgatespannungsquelle 939 verwendet werden, um den Strom des zweiten Differenzpaars 930 zu erhöhen und demgemäß die ausgegebene Leistung der Leistungsverstärkerschaltung 900 vergrö-ßern. Alternativ oder zusätzlich können die dritte Substratgatespannungsquelle 938 und die vierte Substratgatespannungsquelle 939 eingestellt werden, um Stromfluktuationen durch das zweite Differenzpaar 930 zu kompensieren, die durch Fertigungsvariationen in wenigstens einer Komponente der Leistungsverstärkerschaltung 900, die Betriebstemperatur oder andere Quellen von Stromfluktuationen auftreten können, die dem Fachmann bekannt sind.In one embodiment, the third substrate gate voltage source 938 and the fourth substrate gate voltage source 939 may each provide a range of voltages to the substrate gates of the third transistor 933 and the fourth transistor 934. For example, the third substrate gate voltage source 938 and the fourth substrate gate voltage source 939 may be used to increase the current of the second differential pair 930 and, accordingly, increase the output power of the power amplifier circuit 900. Alternatively or additionally, the third substrate gate voltage source 938 and the fourth substrate gate voltage source 939 may be adjusted to compensate for current fluctuations through the second difference pair 930 that may occur due to manufacturing variations in at least one component of the power amplifier circuit 900, operating temperature, or other sources of current fluctuations that would occur to those skilled in the art are known.

Die dritte Substratgatespannungsquelle 938 und die vierte Substratgatespannungsquelle 939 können für die Substratgates der Transistoren 933 und 934 entsprechend die gleiche Spannung bereitstellen. Die dritte Substratgatespannungsquelle 938 und die vierte Substratgatespannungsquelle 939 können für die Substratgates der Transistoren 933 und 934 entsprechend unterschiedliche Spannungen bereitstellen. In Ausführungsformen, in denen unterschiedliche Spannungen für die Substratgates des dritten Transistors 933 und des vierten Transistors 934 bereitgestellt werden, können die Spannungen eingestellt werden, um die Amplituden der zwei Enden der Differenzausgabe einzustellen.The third substrate gate voltage source 938 and the fourth substrate gate voltage source 939 can provide the same voltage to the substrate gates of the transistors 933 and 934, respectively. The third substrate gate voltage source 938 and the fourth substrate gate voltage source 939 can provide correspondingly different voltages for the substrate gates of the transistors 933 and 934. In embodiments in which different voltages are provided for the substrate gates of the third transistor 933 and the fourth transistor 934, the voltages may be adjusted to adjust the amplitudes of the two ends of the differential output.

Die Leistungsverstärkerschaltung 900 umfasst ferner eine Substratgatespannungssteuereinheit 925. Die Substratgatespannungssteuereinheit 925 umfasst eine Schaltung, wodurch die Spannung, die durch jede Substratgatespannungsquelle 926, 927, 938 und 939 für das Substratgate der ersten bis vierten Transistoren 921, 922, 933, 934 bereitgestellt wird, entsprechend einer Eingabe durch einen Betreiber oder die Ausgabe eines Algorithmuses z. B. ein Algorithmus, der durch das Flussdiagramm in 12 dargestellt wird, eingestellt werden kann. Durch Bereitstellen unterschiedlicher und steuerbarer Substratgatespannungen an dem ersten Differenzpaar 920 (die Injektionstransistoren) und dem zweiten Differenzpaar 930 (der Oszillatorkern), kann das Verhältnis aus Injektionsstrom zu Oszillatorstrom auf einem konstanten Wert gehalten werden. Durch Bereitstellen von unterschiedlichen und steuerbaren Substratgatespannungen an dem ersten Transistor 921 und dem zweiten Transistor 922 oder an dem dritten Transistor 933 und dem vierten Transistor 934 können verschiedene gewünschte Eigenschaften, die oben für die Leistungsverstärkerschaltung 900 beschrieben sind, verbessert werden.The power amplifier circuit 900 further includes a substrate gate voltage control unit 925. The substrate gate voltage control unit 925 includes a circuit whereby the voltage supplied by each substrate gate voltage source 926, 927, 938 and 939 for the substrate gate of the first to fourth transistors 921, 922, 933, 934 is provided, corresponding to an input by an operator or the output of an algorithm e.g. B. an algorithm that is represented by the flowchart in 12 displayed can be adjusted. By providing different and controllable substrate gate voltages to the first differential pair 920 (the injection transistors) and the second differential pair 930 (the oscillator core), the ratio of injection current to oscillator current can be maintained at a constant value. By providing different and controllable substrate gate voltages on the first transistor 921 and the second transistor 922 or on the third transistor 933 and the fourth transistor 934, various desired characteristics described above for the power amplifier circuit 900 can be improved.

In einigen Ausführungsformen können die Substratgatespannungsquellen 926, 927, 938 und 939 nahe der Schaltung 900 angeordnet sein. Die Substratgatspannungsquellen 926, 927, 938 und 939 können mit den ersten bis vierten Transistoren 921, 922, 933, 934 entsprechend den Substratgatespannungsleitungen elektrisch gekoppelt sein, wie in 9 beispielhaft ausgeführt ist. In anderen Ausführungsformen können die Substratgatespannungsquellen an separaten Stellen der Schaltung 900 vorhanden sein. Zum Beispiel kann sich die Schaltung 900 auf einem ersten Chip befinden, während die Substratgatespannungsquellen 926, 927, 938 und 939 auf einem separaten zweiten Chip angeordnet sein können, der mit dem ersten bis vierten Transistoren 921, 922, 933, 934 durch entsprechende Substratgatespannungsleitungen (wie in 9 dargestellt) durch Eingangs/Ausgangs-Pins der ersten und zweiten Chips elektrisch gekoppelt ist. (Nicht dargestellt).In some embodiments, substrate gate voltage sources 926, 927, 938, and 939 may be located near circuit 900. The substrate gate voltage sources 926, 927, 938 and 939 may be electrically coupled to the first through fourth transistors 921, 922, 933, 934 corresponding to the substrate gate voltage lines, as shown in FIG 9 is carried out as an example. In other embodiments, the substrate gate voltage sources may be present at separate locations of the circuit 900. For example, circuit 900 may be located on a first chip, while substrate gate voltage sources 926, 927, 938, and 939 may be located on a separate second chip connected to first through fourth transistors 921, 922, 933, 934 through respective substrate gate voltage lines ( as in 9 shown) is electrically coupled by input/output pins of the first and second chips. (Not shown).

Die Leistungsverstärkerschaltung 900 umfasst auch einen Ausgangstransformator 940. Gemäß der Darstellung in 9 kann der Ausgangstransformator 940 ein Differenztransformator sein, der Ausgangssignale RFOUTP und RFOUTM bereitstellt. In einer alternativen Ausführungsform kann ein Single-Ended-Ausgang unter Verwendung eines Single-Ended-Ausgangstransformators bereitgestellt werden. 11 zeigt einen Single-Ended-Ausgangstransformator 1140 (der ein Ausgangssignal RFOUT bereitstellt), das in verschiedenen Ausführungsformen der Leistungsverstärkerschaltung 900 durch den Ausgangstransformator 940 substituiert werden kann.The power amplifier circuit 900 also includes an output transformer 940. As shown in 9 The output transformer 940 may be a differential transformer that provides output signals RFOUTP and RFOUTM. In an alternative embodiment, a single-ended output may be provided using a single-ended output transformer. 11 shows a single-ended output transformer 1140 (providing an output signal RFOUT), which may be substituted by the output transformer 940 in various embodiments of the power amplifier circuit 900.

Ob differentiell oder Single-Ended, der Ausgangstransformator 940 oder 1140 stellt für die nachfolgende Stufe einer Vorrichtung ein Ausgangssignal bereit, umfassend die Leistungsverstärkerschaltung 900. Eine solche Vorrichtung kann eine Millimeter-Wellen-Radarvorrichtung, eine 5G-Telekommunikationsvorrichtung, eine high-definition Video-Vorrichtung oder dergleichen sein, wie oben angemerkt ist.Whether differential or single-ended, the output transformer 940 or 1140 provides an output signal to the subsequent stage of a device comprising the power amplifier circuit 900. Such a device may be a millimeter-wave radar device, a 5G telecommunications device, a high-definition video Device or the like, as noted above.

In einer Ausführungsform, in der der Ausgangstransformator 940 eine Differenzausgabe bereitstellt, kann die Leistungsverstärkerschaltung 900 einen Leistungsdetektor 960 umfassen. Der Leistungsdetektor 960 kann ausgebildet sein, um die Leistung an jedem Ende der Differenzausgabe zu erfassen, die durch den Ausgangstransformator 940 bereitgestellt wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Leistungsdetektor 960 ausgebildet sein, um den Unterschied zwischen den Leistungen an jedem Ende der Differenzausgabe zu messen oder zu bestimmen, die durch den Ausgangstransformator 940 bereitgestellt wird. Der Leistungsdetektor 960 kann ausgebildet sein, um lediglich einen Verlust zu erfassen oder er weist nicht unbedingt eine direkte physikalische Verbindung zu den Leitungen auf, die RFOUTP und RFOUTM von dem Ausgangstransformator 940 tragen. In einigen Ausführungsformen kann wenigsten eine Einstellung basierend auf einem Signal von dem Leistungsdetektor 960 in Betrieb der Schaltung 900 gemacht werden, z. B. eine Einstellung der Spannung, die an wenigstens ein Substratgate angelegt wird, wie oben beschrieben ist.In an embodiment in which the output transformer 940 provides a differential output, the power amplifier circuit 900 may include a power detector 960. The power detector 960 may be configured to detect the power at each end of the differential output provided by the output transformer 940. Alternatively or additionally, the power detector 960 may be configured to measure or determine the difference between the powers at each end of the differential output provided by the output transformer 940. The power detector 960 may be configured to merely detect loss or may not necessarily have a direct physical connection to the lines carrying RFOUTP and RFOUTM from the output transformer 940. In some embodiments, at least one adjustment may be made based on a signal from the power detector 960 during operation of the circuit 900, e.g. B. adjusting the voltage applied to at least one substrate gate as described above.

12 stellt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 1200 gemäß Ausführungsformen hierin dar. Gemäß der Darstellung umfasst das Verfahren 1200 ein Bestimmen (bei 1210) eines Unterschieds zwischen einer ersten Leistung einer ersten Komponente einer Differenzausgabe eines Leistungsverstärkers mit Oszillatorkerntransistoren und einer zweiten Leistung einer zweiten Komponente der Differenzausgabe. Die erste Komponente kann eine P-Komponente der Differenzausgabe sein und die zweite Komponente kann eine M-Komponente der Differenzausgabe sein. 12 illustrates a flowchart of a method 1200 according to embodiments herein. As shown, the method 1200 includes determining (at 1210) a difference between a first power of a first component of a differential output of a power amplifier with oscillator core transistors and a second power of a second component of the differential output. The first component may be a P component of the differential output and the second component may be an M component of the differential output.

In einer Ausführungsform kann der Leistungsverstärker den Leistungsverstärker 900 darstellen, der in 9 dargestellt ist. In einer Ausführungsform kann der Leistungsunterschied zwischen den Komponenten der Differenzausgabe bestimmt werden (bei 1210) durch einen Leistungsdetektor, z. B. einen Leistungsdetektor 960, der in 9 dargestellt ist. In einer anderen Ausführungsform kann der Leistungsunterschied zwischen den Komponenten der Differenzausgabe bestimmt werden (bei 1210) durch eine Substratgatespannungssteuereinheit, z. B. eine Substratgatespannungssteuereinheit 925, die in 9 dargestellt ist, basierend auf Leistungsniveaus oder einem Leistungsunterschied, der durch z. B. den Leistungsdetektor 960 erfasst wird.In one embodiment, the power amplifier may represent the power amplifier 900 shown in 9 is shown. In one embodiment, the power difference between the components of the differential output may be determined (at 1210) by a power detector, e.g. B. a power detector 960, which is in 9 is shown. In another embodiment, the power difference between the components of the differential output may be determined (at 1210) by a substrate gate voltage controller, e.g. B. a substrate gate voltage control unit 925, which is in 9 is presented based on performance levels or a performance difference represented by e.g. B. the power detector 960 is detected.

Obwohl der Unterschied durch Messen der absoluten Leistung der ersten und zweiten Komponenten des Ausgangs und eines Abziehens voneinander bestimmt werden kann (bei 1210), kann die Leistungsbestimmung in Ausführungsformen relativ sein, was bedeutet, dass lediglich der Unterschied zwischen der ersten Leistung und der zweiten Leistung direkt bestimmt wird und die erste Leistung und die zweite Leistung an sich nicht bestimmt werden.Although the difference can be determined by measuring the absolute power of the first and second components of the output and subtracting Otherwise, the power determination may be relative in embodiments, meaning that only the difference between the first power and the second power is determined directly and the first power and the second power per se are not determined.

Gemäß der Darstellung bestimmt das Verfahren 1200 dann (bei 1220), ob sich die erste Leistung und die zweite Leistung um wenigstens einen ersten Schwellwert unterscheiden. In einer Ausführungsform beträgt der erste Schwellwert 0,1 dB. Wenn sich die erste Leistung und die zweite Leistung nicht um höchsten den ersten Schwellwert unterscheiden, wird das Verfahren 1200 beendet (bei 1299). Zur leichteren Beschreibung wird das Wort „Unterschied“ hierin anstelle der mathematisch präziseren Formulierung von „der Absolutwert des Unterschieds“ verwendet. Es ist jedoch der letztere Ausdruck gemeint.As shown, method 1200 then determines (at 1220) whether the first power and the second power differ by at least a first threshold. In one embodiment, the first threshold is 0.1 dB. If the first power and the second power do not differ by at most the first threshold, the method 1200 is terminated (at 1299). For ease of description, the word "difference" is used herein instead of the more mathematically precise formulation of "the absolute value of the difference." However, it is the latter expression that is meant.

Wenn sich die erste Leistung und die zweite Leistung andererseits um mindestens den ersten Schwellwert unterscheiden, umfasst das Verfahren 1200 ein Einstellen (bei 1230) einer Substratgatespannung eines ersten Oszillatorkerntransistors.On the other hand, if the first power and the second power differ by at least the first threshold, the method 1200 includes adjusting (at 1230) a substrate gate voltage of a first oscillator core transistor.

Das Verfahren 1200 kann ferner ein Bestimmen (bei 1240) umfassen, wenn die geänderte Substratgatespannung gleich einem maximalen Wert ist. Wenn die geänderte Maximal-Gatespannung kleiner ist als der maximale Wert, kehrt der Verlauf zum Bestimmen (bei 1210) zurück.The method 1200 may further include determining (at 1240) when the changed substrate gate voltage is equal to a maximum value. If the changed maximum gate voltage is less than the maximum value, the history returns to determine (at 1210).

Wenn jedoch die geänderte Substratgatespannung gleich dem maximalen Wert ist, kann das Verfahren 1200 zusätzlich ein Festlegen (bei 1250) der Substratgatespannung auf einen vorgegebenen Wert umfassen. Der vorgegebene Wert kann entsprechend der beabsichtigten Verwendung einer Vorrichtung umfassend den Leistungsverstärker ausgewählt werden. Das Verfahren 1200 kann auch ein erneutes Bestimmen (bei 1260) eines Unterschieds zwischen der ersten Leistung und der zweiten Leistung umfassen. Das Verfahren 1200 kann dann ein Bestimmen (bei 1270) umfassen, ob der erneut bestimmte Unterschied zwischen der ersten Leistung und der zweiten Leistung größer oder gleich einer zweiten Schwelle ist. In einer Ausführungsform beträgt die zweite Schwelle 0,1 dB. In Ausführungsformen kann das erneute Bestimmen des Leistungsunterschieds relativ sein, was lediglich bedeutet, dass der Unterschied zwischen der ersten Leistung und der zweiten Leistung erneut bestimmt wird und nicht die erste Leistung und die zweite Leistung bedeutet.However, if the changed substrate gate voltage is equal to the maximum value, the method 1200 may additionally include setting (at 1250) the substrate gate voltage to a predetermined value. The predetermined value can be selected according to the intended use of a device including the power amplifier. The method 1200 may also include redetermining (at 1260) a difference between the first performance and the second performance. The method 1200 may then include determining (at 1270) whether the redetermined difference between the first power and the second power is greater than or equal to a second threshold. In one embodiment, the second threshold is 0.1 dB. In embodiments, the redetermination of the power difference may be relative, meaning only that the difference between the first power and the second power is redetermined and does not mean the first power and the second power.

Wenn der erneut bestimmte Unterschied zwischen der ersten Leistung und der zweiten Leistung kleiner ist als der zweite Schwellwert, wird das Verfahren 1200 beendet (bei 1299).If the redetermined difference between the first power and the second power is less than the second threshold, the method 1200 ends (at 1299).

Wenn stattdessen der erneut bestimmte Unterschied zwischen der ersten Leistung und der zweiten Leistung größer oder gleich der zweiten Schwelle ist, kann das Verfahren 1200 ferner ein Ändern (bei 1280) der Substratgatespannung eines zweiten Transistors des Oszillatorkerns umfassen. Der Verlauf kann dann zum erneuten Bestimmen (bei 1260) zurückkehren.Instead, if the redetermined difference between the first power and the second power is greater than or equal to the second threshold, the method 1200 may further include changing (at 1280) the substrate gate voltage of a second transistor of the oscillator core. History can then return for redetermination (at 1260).

Unter Durchführung des Verfahrens 1200 können Ungleichheiten in der Leistung einer Differenzialausgabe der Leistungsverstärkerschaltung 900 korrigiert werden und/oder eine ausgegebene Leistung der Leistungsverstärkerschaltung 900 kann vergrößert werden. Diese Korrekturen können dynamisch oder automatisch (z.B. ohne menschliche Einwirkung und unter Taten, Zeitabläufen und Effizienz, die nicht durch einen Menschen möglich ist, sondern lediglich durch einen Computer) durchgeführt werden.By performing the method 1200, imbalances in power of a differential output of the power amplifier circuit 900 may be corrected and/or an output power of the power amplifier circuit 900 may be increased. These corrections can be made dynamically or automatically (e.g. without human intervention and with actions, timing and efficiency that are not possible by a human but only by a computer).

Das Verfahren 1200 kann durch wenigstens eine Logikschaltung durchgeführt werden, z.B. eine Substratgatespannungssteuereinheit 925 der Leistungsverstärkerschaltung 900.The method 1200 may be performed by at least one logic circuit, e.g. a substrate gate voltage control unit 925 of the power amplifier circuit 900.

Das Verfahren 1200 kann beim Betrieb der Vorrichtung mit beliebiger Anzahl durchgeführt werden. In einer Ausführungsform wird das Verfahren 1200 vor jedem Betrieb der Vorrichtung durchgeführt, für den eine Ungleichgewichtskorrektur von Differenzausgangssignalen erwünscht ist. Wenn die Vorrichtung beispielsweise eine Millimeterwellenradarvorrichtung ist, wie z.B. die Vorrichtung 100, kann das Verfahren 1200 vor jeder Leistungsrampenoperation durchgeführt werden.The method 1200 may be performed any number of times during operation of the device. In one embodiment, the method 1200 is performed prior to each operation of the device for which imbalance correction of differential output signals is desired. For example, if the device is a millimeter wave radar device, such as device 100, the method 1200 may be performed prior to each power ramp operation.

Mit Bezug nun auf 13 ist eine stilisierte Darstellung eines Systems 1300 zur Fertigung eines Halbleitervorrichtungsgehäuses entsprechend einer Leistungsverstärkerschaltung gemäß Ausführungsformen hierin dargestellt. Ein System 1300 aus 13 kann ein Halbleitervorrichtungsverarbeitungssystem 1310 und eine Designeinheit 1340 für eine integrierte Schaltung umfassen. Das Halbleitervorrichtungsverarbeitungssystem 1310 kann integrierte Schaltungsvorrichtungen basierend auf wenigstens einem Design fertigstellen, wobei Designs durch die Designeinheit 1340 für die integrierte Schaltung bereitgestellt werden.With reference now to 13 1 is a stylized illustration of a system 1300 for fabricating a semiconductor device package corresponding to a power amplifier circuit according to embodiments herein. A system 1300 out 13 may include a semiconductor device processing system 1310 and an integrated circuit design unit 1340. The semiconductor device processing system 1310 may complete integrated circuit devices based on at least one design, designs provided by the integrated circuit design unit 1340.

Das Halbleitervorrichtungsverarbeitungssystem 1310 kann verschiedene Verarbeitungsstationen umfassen, z.B. Ätzprozessstationen, Fotolitograhieprozessstationen, CMP-Prozessstationen usw. Jede der Verarbeitungsstationen kann wenigstens ein Bearbeitungswerkzeug 1314 und/oder Messwerkzeug 1316 umfassen. Eine Rückkopplung basierend auf Daten von den Messwerkzeugen 1316 kann verwendet werden, um wenigstens einen Prozessparameter zu modifizieren, der von dem Bearbeitungswerkzeugen 1314 zur Durchführung von Prozessschritten verwendet wird.The semiconductor device processing system 1310 may include various processing stations, eg, etch process stations, photolithography process stations, CMP process stations, etc. Each of the processing stations may include at least one processing tool 1314 and/or measuring mechanism stuff 1316 include. Feedback based on data from the measurement tools 1316 may be used to modify at least one process parameter used by the machining tools 1314 to perform process steps.

Das Halbleitervorrichtungsverarbeitungssystem 1310 kann eine Schnittstelle 1312 umfassen, die eine Kommunikation zwischen den Bearbeitungswerkzeugen 1314, den Messwerkzeugen 1316 und einer Steuerung bereitstellen kann, z.B. die Prozesssteuerung 1320. Wenigstens einer der Prozessschritte, die durch das Halbleitervorrichtungsverarbeitungssystem 1310 werden, können durch die Prozesssteuerung 1320 gesteuert werden. Die Prozesssteuerung 1320 kann ein Computer, ein Desktopcomputer, ein Laptopcomputer, ein Tabletcomputer oder eine andere Art von Computervorrichtung sein, welche wenigstens ein Softwareprodukt umfasst, das Prozesse steuern kann, Prozessrückkopplungen empfängt, Testresultatdaten empfängt, Lernzykluseinstellungen durchführt, Prozesseinstellungen durchführt usw.The semiconductor device processing system 1310 may include an interface 1312 that may provide communication between the machining tools 1314, the measuring tools 1316, and a controller, e.g., the process controller 1320. At least one of the process steps performed by the semiconductor device processing system 1310 may be controlled by the process controller 1320 . The process controller 1320 may be a computer, a desktop computer, a laptop computer, a tablet computer, or another type of computing device that includes at least one software product that can control processes, receive process feedback, receive test result data, perform learning cycle adjustments, perform process adjustments, etc.

Das Halbleitervorrichtungsverarbeitungssystem 1310 kann integrierte Schaltungen auf einem Medium erzeugen, wie z.B. einem Silizium-Wafer. Genauer kann das Halbleitervorrichtungsverarbeitungssystem 1310 integrierte Schaltungen erzeugen, die eine Leistungsverstärkerschaltung umfasst, z.B. die Leistungsverstärkerschaltung 900, die in 9 dargestellt ist.The semiconductor device processing system 1310 can produce integrated circuits on a medium such as a silicon wafer. More specifically, the semiconductor device processing system 1310 may produce integrated circuits that include a power amplifier circuit, e.g., the power amplifier circuit 900 shown in 9 is shown.

Die Fertigung von integrierten Schaltungen durch das Halbleitervorrichtungsverarbeitungssystem 1310 kann auf den Schaltungsentwürfen basieren, die durch die integrierte Schaltungsdesigneinheit 1340 bereitgestellt werden. Das Halbleitervorrichtungsverarbeitungssystem 1310 kann verarbeitete integrierte Schaltungen/Vorrichtungen 1315 auf einem Transportmechanismus 1350 bereitstellen, z.B. einem Bandsystem. In einigen Ausführungsformen kann das Bandsystem ein fortschrittliches Reinraumtransportsystem sein, das Halbleiterwafer transportieren kann. In einer Ausführungsform kann das Halbleitervorrichtungsverarbeitungssystem 1310 eine Mehrzahl von Prozessschritte realisieren, z.B. die Schritte des Verfahrens 1200, das oben beschrieben und in 12 dargestellt ist.The fabrication of integrated circuits by the semiconductor device processing system 1310 may be based on the circuit designs provided by the integrated circuit design unit 1340. The semiconductor device processing system 1310 may provide processed integrated circuits/devices 1315 on a transport mechanism 1350, such as a tape system. In some embodiments, the belt system may be an advanced clean room transport system capable of transporting semiconductor wafers. In one embodiment, semiconductor device processing system 1310 may implement a plurality of process steps, such as the steps of method 1200 described above and in 12 is shown.

In einigen Ausführungsformen können die Gegenstände, die durch „1315“ bezeichnet sind, einzelne Wafer darstellen und in anderen Ausführungsformen können die Gegenstände 1315 eine Gruppe von Halbleiterwafern darstellen, z.B. ein „Los“ von Halbleiterwafern. Die integrierte Schaltung oder Vorrichtung 1315 kann ein Transistor, ein Kondensator, ein Widerstand, eine Speicherzelle, ein Prozessor und/oder dergleichen umfassen.In some embodiments, the items designated by “1315” may represent individual wafers, and in other embodiments, the items 1315 may represent a group of semiconductor wafers, e.g., a “lot” of semiconductor wafers. The integrated circuit or device 1315 may include a transistor, a capacitor, a resistor, a memory cell, a processor, and/or the like.

Die integrierte Schaltungsdesigneinheit 1340 des Systems 1300 kann ein Schaltungsdesign bereitstellen, das durch das Halbleitervorrichtungsverarbeitungssystem 1310 gefertigt wird. Dies kann eine Information umfassen, dahingehend, ob ein Eingangstransformator ein Ende aufweist oder differenziell ist; ob ein Ausgangstransformator en Ende aufweist oder differenziell ist; ob ein Paar von Injektionstransistoren und eine Substratgatespannung von der gleichen Quelle oder von unterschiedlichen Quellen empfangen; ob ein Paar von Oszillatorkerntransistoren eine Substratgatespannung von der gleichen Quelle oder von unterschiedlichen Quellen empfangen; usw.The integrated circuit design unit 1340 of the system 1300 may provide a circuit design that is manufactured by the semiconductor device processing system 1310. This may include information as to whether an input transformer is single ended or differential; whether an output transformer is single ended or differential; whether a pair of injection transistors and a substrate gate voltage receive from the same source or from different sources; whether a pair of oscillator core transistors receive a substrate gate voltage from the same source or from different sources; etc.

Die integrierte Schaltungsdesigneinheit 1340 kann die Anzahl von Vorrichtungen (z.B. Prozessoren, Speichervorrichtungen usw.) bestimmen, die in einem Vorrichtungsgehäuse anzuordnen sind. Basierend auf solchen Details der Vorrichtungen können die integrierte Schaltungsdesigneinheit 1340 Spezifizierungen der Vorrichtungen bestimmen, die herzustellen sind. Basierend auf diesen Spezifizierungen kann die integrierte Schaltungsdesigneinheit 1340 Daten zur Herstellung eines Halbleitervorrichtungsgehäuses bereitstellen, das hierin beschrieben ist.The integrated circuit design unit 1340 may determine the number of devices (e.g., processors, memory devices, etc.) to be placed in a device housing. Based on such details of the devices, the integrated circuit design unit 1340 may determine specifications of the devices to be manufactured. Based on these specifications, the integrated circuit design unit 1340 may provide data for manufacturing a semiconductor device package described herein.

Das System 1300 kann eine Analyse und die Herstellung von verschiedenen Produkten einschließlich verschiedener Technologien durchführen. Z.B. kann das System 1300 Design- und Produktionsdaten zur Herstellung von Vorrichtungen einer CMOS-Technologie, Flash-Technologie, BiCMOS-Technologie, Leistungsvorrichtungen, Speicervorrichtungen (beispielsweise GRAM-Vorrichtungen), NAND-Speichervorrichtugnen und/oder andre Halbleitertechnologien umfassen. Diese Daten können durch das System 1300 zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen verwendet werden, die hierin beschrieben sind.The system 1300 may perform analysis and manufacturing of various products including various technologies. For example, the system 1300 may include design and production data for manufacturing devices of CMOS technology, flash technology, BiCMOS technology, power devices, memory devices (e.g., GRAM devices), NAND memory devices, and/or other semiconductor technologies. This data may be used by the system 1300 to manufacture semiconductor devices described herein.

Die speziellen Ausführungsformen, die oben offenbart sind, sind lediglich anschaulich, da die Erfindung in verschiedenen, jedoch äquivalenten Weisen modifiziert und praktiziert werden können, die dem Fachmann angesichts der Lehre hierin ersichtlich sind. Die Prozessschritte, die oben dargelegt sind, können in einer unterschiedlichen Reihenfolge durchgeführt werden. Weiterhin sind keine Beschränkungen auf die Details des Aufbaus oder Designs, die hierin gezeigt sind, beabsichtigt, anders als die wie in den Ansprüchen beschrieben sind. Es ist demzufolge ersichtlich, dass die speziellen Ausführungsformen, die oben offenbart sind, geändert oder modifiziert werden können und alle diese Variationen als in den Rahmen und als in das Wesen der Erfindung fallend angesehen werden. Entsprechend ist der hierin verfolgte Schutz wie in den Ansprüchen unten dargelegt wird.The specific embodiments disclosed above are merely illustrative, as the invention may be modified and practiced in various, but equivalent, ways that will be apparent to those skilled in the art in light of the teachings herein. The process steps set out above can be carried out in a different order. Furthermore, no limitations are intended on the details of construction or design shown herein other than as described in the claims. Accordingly, it will be appreciated that the specific embodiments disclosed above may be changed or modified, and all such variations are considered within the scope and spirit of the Invention can be viewed as falling. Accordingly, the protection pursued herein is as set forth in the claims below.

Claims

Power amplifier comprising: a first differential pair of injection transistors comprising a first transistor and a second transistor for receiving a transformer signal; a first substrate gate voltage line configured to provide a first substrate gate voltage to a substrate gate node of the first transistor; a second substrate gate voltage line provided to provide a second substrate gate voltage to the second transistor; a second differential pair of oscillator core transistors comprising a third transistor and a fourth transistor and operably coupled to the first differential pair, the third transistor and the fourth transistor being cross-connected; a third substrate gate voltage line provided to provide a third substrate gate voltage to the third transistor; a fourth substrate gate voltage line provided to provide a fourth substrate gate voltage to the fourth transistor; a first substrate gate voltage source operably connected to the first substrate gate voltage line and configured to provide the first substrate gate voltage; a second substrate gate voltage source operably connected to the second substrate gate voltage line and configured to provide the second substrate gate voltage; a third substrate gate voltage source operably connected to the third substrate gate voltage line and configured to provide the third substrate gate voltage; and a fourth substrate gate voltage source operably connected to the fourth substrate gate voltage line and configured to provide the fourth substrate gate voltage voltage, wherein the first substrate gate voltage, the second substrate gate voltage, the third substrate gate voltage and the fourth substrate gate voltage are each adjustable, and at least one of: - the first substrate gate voltage source and the second substrate gate voltage source are designed to increase the first substrate gate voltage and the second substrate gate voltage to reduce a lock-in time of the first differential pair and / or reduce the first substrate gate voltage and the second substrate gate voltage to reduce energy consumption; and - the third substrate gate voltage source and fourth substrate gate voltage source are designed to increase the third substrate gate voltage and the fourth substrate gate voltage to increase the output power and / or adjust the third substrate gate voltage and the fourth substrate gate voltage to compensate for current fluctuations.

power amplifier Claim 1 , further comprising an input transformer configured to receive an input signal, wherein the input is a differential input and/or a single-ended input.

Power amplifier comprising: a first differential pair of injection transistors comprising a first transistor and a second transistor for receiving a transformer signal; a first substrate gate voltage line configured to provide a first substrate gate voltage to a substrate gate node of the first transistor; a second substrate gate voltage line provided to provide a second substrate gate voltage to the second transistor; a second differential pair of oscillator core transistors comprising a third transistor and a fourth transistor and operably coupled to the first differential pair, the third transistor and the fourth transistor being cross-connected; a third substrate gate voltage line provided to provide a third substrate gate voltage to the third transistor; a fourth substrate gate voltage line provided to provide a fourth substrate gate voltage to the fourth transistor; an input transformer configured to receive an input signal, the input being a differential input and/or a single-ended input; and a power detector configured to detect power at each end of the differential output provided by the output transformer.

power amplifier Claim 1 or 3 , further comprising an output transformer configured to provide an output signal, the output signal being a differential output.

power amplifier Claim 2 , further comprising a power detector configured to detect power at each end of the differential output provided by the output transformer.

power amplifier Claim 1 or 3 , where the first transistor, the second transistor, the third transistor and the fourth transistor are FDSOI transistors.

Method comprising: determining a difference between a first power of a first component of a differential output of a power amplifier comprising oscillator core transistors and a second power of a second component of the differential output; adjusting a substrate gate voltage of a first oscillator core transistor in response to the first power and the second power differing by at least a first threshold; setting the substrate gate voltage of the first oscillator core transistor to a specified value in response to setting the substrate gate voltage to a maximum value; redetermining a difference between the first power and the second power in response to the substrate gate voltage of the first oscillator core transistor being set as the specified value; and changing a substrate gate voltage of a second oscillator core transistor in response to a redetermined difference between the first power and the second power being at least equal to a second threshold.

Procedure according to Claim 7 , where the first threshold is 0.1 dB.

Procedure according to Claim 7 , where the second threshold is 0.1 dB.

Procedure according to Claim 7 , wherein measuring the first power and the second power includes measuring a loss of the first differential output and the second differential output.

System comprising: a semiconductor device processing system for manufacturing a semiconductor device; and a processing controller operably coupled to the semiconductor device processing system, the processing controller configured to control operation of the semiconductor device processing system; wherein the semiconductor device processing system is adapted to: form an input transformer; the power amplifier Claim 1 or 3 to build; and to form an output transformer.

System after Claim 11 , wherein the semiconductor device processing system is adapted to form a first voltage source to serve as a first substrate gate voltage source and a second substrate gate voltage source, and a second voltage source to serve as a third substrate gate voltage source and a fourth substrate gate voltage source.

System after Claim 11 , wherein the semiconductor device processing system is adapted to form the input transformer for receiving a differential input.

System after Claim 11 , wherein the semiconductor device processing system is adapted to form the output transformer for providing a differential output.

System after Claim 14 , wherein the semiconductor device processing system is further adapted to form a power detector configured to detect the power at each end of the differential output provided by the output transformer.

System after Claim 15 , wherein the semiconductor device processing system is further adapted to form at least one logic element configured to perform a method comprising measuring a first power of a first end of the differential output and a second power of a second end of the differential output; and changing at least one of the third substrate gate voltage and the fourth substrate gate voltage in response to the measured first power and the measured second power that differed by at least a first threshold.

System after Claim 11 , wherein the semiconductor device processing system is adapted to form the first transistor, the second transistor, the third transistor and the fourth transistor as FDSOI transistors.