JP2023504356A - 能動的な信号位相生成を伴う位相シフタ - Google Patents

能動的な信号位相生成を伴う位相シフタ Download PDF

Info

Publication number
JP2023504356A
JP2023504356A JP2022527245A JP2022527245A JP2023504356A JP 2023504356 A JP2023504356 A JP 2023504356A JP 2022527245 A JP2022527245 A JP 2022527245A JP 2022527245 A JP2022527245 A JP 2022527245A JP 2023504356 A JP2023504356 A JP 2023504356A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
signal
phase
coupled
port
transistors
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2022527245A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2021113011A5 (ja
Inventor
チラグ・ディパック・パテル
シンミン・ユ
ライ・カン・リュン
Original Assignee
クアルコム，インコーポレイテッド
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by クアルコム，インコーポレイテッド filed Critical クアルコム，インコーポレイテッド
Publication of JP2023504356A publication Critical patent/JP2023504356A/ja
Publication of JPWO2021113011A5 publication Critical patent/JPWO2021113011A5/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/18—Phase-shifters
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/08—Modifications of amplifiers to reduce detrimental influences of internal impedances of amplifying elements
    • H03F1/22—Modifications of amplifiers to reduce detrimental influences of internal impedances of amplifying elements by use of cascode coupling, i.e. earthed cathode or emitter stage followed by earthed grid or base stage respectively
    • H03F1/223—Modifications of amplifiers to reduce detrimental influences of internal impedances of amplifying elements by use of cascode coupling, i.e. earthed cathode or emitter stage followed by earthed grid or base stage respectively with MOSFET's
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/189—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers
    • H03F3/19—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/195—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only in integrated circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F3/21—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/211—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only using a combination of several amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F3/24—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers of transmitter output stages
    • H03F3/245—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers of transmitter output stages with semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/60—Amplifiers in which coupling networks have distributed constants, e.g. with waveguide resonators
    • H03F3/605—Distributed amplifiers
    • H03F3/607—Distributed amplifiers using FET's
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H11/00—Networks using active elements
    • H03H11/02—Multiple-port networks
    • H03H11/16—Networks for phase shifting
    • H03H11/20—Two-port phase shifters providing an adjustable phase shift
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H11/00—Networks using active elements
    • H03H11/02—Multiple-port networks
    • H03H11/16—Networks for phase shifting
    • H03H11/22—Networks for phase shifting providing two or more phase shifted output signals, e.g. n-phase output
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/38—Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
    • H04B1/40—Circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0617—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal for beam forming
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/294—Indexing scheme relating to amplifiers the amplifier being a low noise amplifier [LNA]
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/451—Indexing scheme relating to amplifiers the amplifier being a radio frequency amplifier

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Transmitters (AREA)
  • Networks Using Active Elements (AREA)

Abstract

信号を位相シフトするための装置が開示される。例示的な実装形態では、装置は位相シフタを含む。位相シフタは、第1のポート、第2のポート、第1のポートに結合されるベクトル変調器、および信号位相生成器を含む。信号位相生成器は、ベクトル変調器と第2のポートとの間に結合された複数の増幅器を含む。信号位相生成器はまた、複数の増幅器を一緒に結合してループを形成する、複数のキャパシタを含む。複数のキャパシタの各々のそれぞれのキャパシタは、複数の増幅器の連続する増幅器のそれぞれのペア間に結合されてループを形成する。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、それらの開示全体が参照により本明細書に組み込まれている、2019年12月6日に出願された米国仮出願第62/945,043号の優先権を主張する、2020年2月7日に出願された米国実用新案出願第16/785,440号の利益を主張する。
本開示は全般に、電子デバイスとのワイヤレス通信に関し、より具体的には、能動的な信号位相生成を伴う位相シフタを実装することに関する。
電子デバイスは、デスクトップコンピュータなどの従来のコンピューティングデバイス、ノートブックコンピュータ、スマートフォン、スマートウォッチのようなウェアラブルデバイス、インターネットサーバなどを含む。しかしながら、電子デバイスはまた、パーソナルボイスアシスタント、サーモスタットおよび他のセンサまたは自動化されたコントローラ、ロボティクス、自動車電装品、冷蔵庫および産業用工具のような他の機械に埋め込まれたデバイス、Internet of Things (IoT)デバイスなどの、他のタイプのコンピューティングデバイスを含む。これらの様々な電子デバイスは、生産性、通信、社会的交流、セキュリティ、安全、遠隔管理、娯楽、交通、および情報流布に関するサービスを提供する。したがって、電子デバイスは、現代社会の多くの面で重大な役割を果たしている。
今日の相互接続された世界において電子デバイスにより提供されるサービスの多くは、電子通信に少なくとも一部依存する。電子通信は、たとえば、インターネット、Wi-Fiネットワーク、またはセルラーネットワークなどの1つまたは複数のネットワークを介して送信されるワイヤレス信号または有線信号を使用して、2つの異なる電子デバイス間で、または3つ以上の異なる電子デバイス間で交換されるものを含む。したがって、電子通信は、ワイヤレスと有線の両方の送信および受信を含む。そのような電子通信を行うために、電子デバイスは、ワイヤレストランシーバなどのトランシーバを使用する。
したがって、電子通信は、2つの異なる電子デバイスにおいて2つのワイヤレストランシーバ間で信号を伝播することによって実現され得る。たとえば、ワイヤレス送信機を使用して、スマートフォンは、モバイルサービスをサポートするためのアップリンク通信の一部として、空気媒体を介してワイヤレス信号を基地局に送信することができる。ワイヤレス受信機を使用して、スマートフォンは、モバイルサービスを可能にするためのダウンリンク通信の一部として、空気媒体を介してワイヤレス信号を基地局から受信することができる。スマートフォンにより、モバイルサービスは、電話およびビデオ通話、ソーシャルメディア上の交流、メッセージング、映画鑑賞、ビデオ共有、検索の実行、地図情報またはナビゲーション指示の取得、友達の発見、位置ベースサービス全般、送金、相乗りのような別のサービスの取得などを含み得る。
これらおよび他のタイプのサービスを提供するために、電子デバイスは通常、ワイヤレストランシーバを使用して、何らかのワイヤレス規格に従ってワイヤレス信号を通信する。ワイヤレス規格の例には、IEEE 802.11bまたは802.11g Wi-Fi規格および第4世代(4G)セルラー規格があり、それらの両方が、スマートフォンおよび他の接続されたデバイスにより今日使用されている。しかしながら、より新しいワイヤレス規格の作成を通じてより高速なワイヤレスネットワークを可能にするための努力が進行中である。たとえば、次世代セルラーネットワークおよびより新しいWi-Fiネットワークは、はるかに高い帯域幅、少ないレイテンシ、および追加の電磁スペクトルへのアクセスを提供することが期待されている。まとめると、自動運転車、拡張現実(AR)および他の混合現実(MR)イメージング、恒常的な4Kビデオストリーミング、人々の安全を保ち天然資源をより効率的に使用するためのユビキタスセンサ、リアルタイム言語翻訳などの、エキサイティングな新しいワイヤレスサービスをユーザに提供することができる。
これらの新しくより高速なワイヤレス技術をより広く利用可能にするために、スマートフォン以外の多数のワイヤレスデバイスが展開され、これは「Internet of Things」(IoT)と呼ばれることがある。Internet of Thingsの到来により、今日のワイヤレスデバイスの使用法と比較して、数百億個、やがては数兆個のより多くのデバイスが、インターネットに接続されると予想されている。これらのIoTデバイスは、センサおよび追跡タグのような、小型の、安価な、および低電力のデバイスを含み得る。さらに、次世代ワイヤレス技術を可能にするために、第5世代(5G)セルラーワイヤレスデバイスおよびWi-Fi 6デバイスは、より古いワイヤレス規格に従って動作するデバイスと比較してより高い電磁スペクトルの周波数に位置するより広い周波数範囲を使用する信号を用いて通信することになる。たとえば、より新しいデバイスは、ミリメートル波(mmW)周波数(たとえば、少なくとも30ギガヘルツと300ギガヘルツ(GHz)の間の、しかし4～6GHz程度の低い周波数も含む周波数)において動作することが予想される。
これらの商用上の期待に応え、関連する技術的課題を克服するために、これらの制約のもとでワイヤレス通信を可能にする物理的コンポーネントは、mmW周波数において効率的に動作することが期待される。電子通信を促進する1つのコンポーネントはワイヤレスインターフェースデバイスであり、これは、ワイヤレストランシーバおよび高周波フロントエンド(RFFE)を含み得る。残念ながら、今日のWi-Fiおよび4Gセルラー規格に従って動作する電子デバイスのために設計されたワイヤレスインターフェースデバイスは、より高い周波数、より厳しいレイテンシ要求、およびより厳しい予算制約に直面するであろう、未来のより高速なWi-Fi 6および5G対応デバイスには適切ではない。
その結果、より新しいセルラー技術およびより高速なWi-Fi技術の採用、ならびに、新しい能力およびサービスを提供できる電子デバイスの広範な展開を促進するために、mmW周波数を扱うことができる設計を有するワイヤレスインターフェースデバイスが展開されるだろう。したがって、電子技術者および電子デバイスの他の設計者は、5G、Wi-Fi 6、および他のより高周波の技術が約束することを現実にするであろう新しいワイヤレスインターフェースデバイスを開発することに励んでいる。
セルラー5GネットワークおよびWi-Fi 6ネットワークのための開発中のワイヤレス規格は、たとえば、対応するミリメートル波長(たとえば、mmW周波数)を伴う周波数を含む、ギガヘルツ(GHz)範囲にあるより高い周波数においてブロードバンド能力を確立することが意図される。mmW周波数を用いたワイヤレス通信を可能にするために、一部の電子デバイスは信号ビームフォーミングを使用する。ビームフォーミングは、信号ビームを方向付けるためにアンテナアレイを利用することを伴う。発信元の装置から送信先の装置へと信号ビームを向けることで、送信先の装置に到達するために必要とされる送信電力の量を減らすことができる。さらに、ビームフォーミングは、mmW周波数における送信を用いたものを含めて、全方向送信と比較してより長い距離にわたって信号が伝播されることを可能にする。信号ビームを生成するために、アンテナアレイの複数のアンテナ素子は、ワイヤレス信号の様々な遅延されたバージョンまたは位相シフトされたバージョンなどの、ワイヤレス信号の様々なバージョンを送信または受信する。いくつかのアーキテクチャでは、それぞれのワイヤレス信号バージョンを生成するために、コンポーネントチェーンがアンテナアレイの各アンテナ素子と関連付けられる。したがって、各コンポーネントチェーンの個々の物理的コンポーネントは、各アンテナ素子に対して複製され、単一の電子デバイスが、複数のアンテナアレイにわたる、4個、12個、16個、18個、またはより多くのなどの、多数のアンテナ素子を含み得る。その結果、個々の物理的コンポーネントによって占有されるサイズなどの、コンポーネントチェーンの一部である任意の特定の物理的コンポーネントから生じる負の効果は、電子デバイスに含まれるアンテナ素子の量により増幅される。
各コンポーネントチェーンに含まれ得る個別の物理的コンポーネントの例は、位相シフタである。位相シフタは、mmWおよびワイヤレス通信の他の周波数のためのビームフォーミングを可能にするために、ワイヤレス信号のあるバージョンの位相を、ワイヤレス信号の他のバージョンに対して調整することができる。位相シフタは、たとえば、信号位相生成器およびベクトル変調器を使用して構築され得る。いくつかの実装形態では、信号位相生成器は、信号の少なくとも2つの成分に対して少なくとも2つの位相を有する分割された信号へと、1つの位相を有する信号を変換する。いくつかのシナリオでは、分割された信号の2つの位相は、0度(0°)および90°の位相を有することなどにより、90°離れている。そのような分割された信号は、同位相信号成分および直角位相信号成分を有するものとして言及され得る。位相シフタのベクトル変調器は、分割された信号の成分の相対的な振幅を調整する。分割された信号の成分を再合成した後、相対的な振幅調整は、ビームステアリング動作をサポートするために、所与のコンポーネントチェーンを流れる信号の位相を実質的に変更することができる。
位相シフタの信号位相生成器は、能動コンポーネントまたは受動コンポーネントを使用して実装され得る。受動コンポーネントは、キャパシタ、抵抗器、およびインダクタを含む。インダクタは、高周波(RF)集積回路(IC)(RFIC)の大きな面積を占有する。抵抗器は、信号位相生成器を通って伝播する信号にかなりの水準の損失をもたらす。一般に、より小さいRF ICはより安価なデバイスを実現でき、より低損失の回路はより高い信号処理性能を提供できる。したがって、インダクタおよび抵抗器の使用を避けることによって、性能を向上させることができる。
より具体的には、信号位相生成器の中のインダクタおよび抵抗器の使用を減らすことによって、信号位相生成器を含む位相シフタが占有する面積と、位相シフタにより引き起こされる損失の量の両方を減らすことができる。そうするために、説明される位相シフタの実装形態は、能動信号位相生成器を利用する。能動信号位相生成器は、たとえばトランジスタおよびキャパシタを含んでもよく、このとき、トランジスタの少なくとも一部分を直流(DC)電流が流れる。いくつかの実装形態では、トランジスタは、信号の流れの方向と揃った複数のカラム回路(columnar circuit)の中の増幅器として展開され、キャパシタは、連続するカラム回路の中のトランジスタを一緒に結合して、信号の流れの方向に直交するループを形成する。カラム回路の増幅器を通じた少なくとも1つの交流(AC)信号の伝播の間、容量結合されたループのキャパシタは、AC信号の位相差をカラム回路の複数の増幅器にわたって分散させることができる。たとえば、0°および180°の2つの位相を有する信号(たとえば、1つの差動信号)が信号位相生成器の一方の側に印加される場合、信号位相生成器は、信号位相生成器の他方の側において、0°、90°、180°、および270°という4つの相対的な位相を有する信号(たとえば、2つの差動信号)を生み出すことができる。能動信号位相生成器の一方向と双方向の両方の実装形態が本明細書において説明される。
位相シフタを生み出すために、能動または受動ベクトル変調器は、能動信号位相生成器を用いて実装され得る。位相シフタは、信号の流れの方向に沿ってベクトル変調器が信号位相生成器の前または後に動作するように構成され得る。言い換えると、ベクトル変調器は、信号位相生成器が少なくとも1つの追加の信号位相成分を生成する前または後のいずれかに、1つまたは複数の信号成分の少なくとも1つの振幅を調整することができる。さらに、一部の説明された位相シフタは双方向に動作することができ、これにより、1つの位相シフタが送信動作と受信動作の両方のために使用されることが可能になる。これらの方式では、誘導性-容量性ネットワークを用いて実装されるものより小さく、抵抗性-容量性ネットワークを用いて実装されるものより損失が少ない、完全にまたは部分的に能動的な位相シフタを実現することができる。
ある例示的な態様では、能動的な信号位相生成を用いて信号を位相シフトするための装置が開示される。装置は位相シフタを含む。位相シフタは、第1のポート、第2のポート、第1のポートに結合されるベクトル変調器、および信号位相生成器を含む。信号位相生成器は、ベクトル変調器と第2のポートとの間に結合された複数の増幅器を含む。信号位相生成器はまた、複数の増幅器を一緒に結合してループを形成する、複数のキャパシタを含む。複数のキャパシタの各々のそれぞれのキャパシタは、複数の増幅器の連続する増幅器のそれぞれのペア間に結合されてループを形成する。
ある例示的な態様では、能動的な信号位相生成を用いて信号を位相シフトするための装置が開示される。装置は位相シフタを含む。位相シフタは、第1のポート、第2のポート、第1のポートに結合されるベクトル変調器、および信号位相生成器を含む。信号位相生成器は、位相シフトされている信号を増幅するための増幅手段を含み、増幅手段は、複数の入力端子および複数の出力端子を含み、ベクトル変調器と第2のポートとの間に結合される。信号位相生成器はまた、複数の増幅手段にわたって信号の複数の位相を分散させるための容量性手段を含み、容量性手段は複数の入力端子を複数の出力端子に結合する。
ある例示的な態様では、能動的な信号位相生成を用いた位相シフトのための方法が開示される。方法は、第2のポートを介して第1の量の位相を有する信号を結合するステップを含む。方法はまた、複数の増幅器を使用して信号の複数の成分を増幅するステップを含む。方法は加えて、容量結合されたループを使用して複数の増幅器にわたって信号の複数の成分の複数の位相を分散させるステップを含み、複数の位相は第1の量より大きい第2の量の位相を有する。方法はまた、位相制御信号に基づいて、信号の複数の成分の1つまたは複数の振幅を調整するステップを含む。方法はさらに、信号の複数の成分の複数の位相を合成して、第1の量の位相を有する合成された信号を生み出すステップを含む。方法は加えて、第1のポートを介して第1の量の位相を有する合成された信号を結合するステップを含む。
ある例示的な態様では、能動的な信号位相生成を用いて信号を位相シフトするための装置が開示される。装置は位相シフタを含む。位相シフタは、2つ以上のノードを含む第1のポート、2つ以上のノードを含む第2のポート、および4つ以上のノードを含むインターフェースを含む。位相シフタはまた、第1のポートとインターフェースとの間に結合されるベクトル変調器を含む。位相シフタはさらに、信号位相生成器を含む。信号位相生成器は、インターフェースと第2のポートとの間に結合された4つ以上のカラム回路を含み、各カラム回路は第1のトランジスタおよび第2のトランジスタを含む。各々のそれぞれのカラム回路の第1のトランジスタおよび第2のトランジスタは、インターフェースのノードと第2のポートのノードとの間で直列に一緒に結合される。信号位相生成器はまた、4つ以上のカラム回路を一緒に結合して第1のループを形成する4つ以上のキャパシタの第1のセットを含み、各々のそれぞれのキャパシタは、4つ以上のカラム回路の2つの連続するカラム回路からの第1のトランジスタのそれぞれのペア間に結合されて、第1のループを形成する。信号位相生成器はさらに、4つ以上のカラム回路を結合して第2のループを形成する4つ以上のキャパシタの第2のセットを含み、各々のそれぞれのキャパシタは、4つ以上のカラム回路の2つの連続するカラム回路からの第2のトランジスタのそれぞれのペア間に結合されて、第2のループを形成する。
位相シフタを含む、高周波(RF)フロントエンド(FE)(RFFE)を伴うワイヤレスインターフェースデバイスを有する電子デバイスを含む例示的な環境を示す図である。 通信プロセッサと、少なくとも1つの位相シフタを伴うRFフロントエンドとを含む、例示的なワイヤレスインターフェースデバイスに結合されるアンテナアレイを示す図である。 各々が位相シフタを含む、複数のコンポーネントチェーンを含む例示的なRFフロントエンドに結合されるアンテナアレイを示す図である。 双方向に動作し得る位相シフタを含む、コンポーネントチェーンの一部分に結合されるアンテナ素子を示す図である。 一方向に各々動作し得る2つの位相シフタを含む、コンポーネントチェーンの一部分に結合されるアンテナ素子を示す図である。 信号位相生成器、ベクトル変調器、それらの間のインターフェース、および複数のポートを含む例示的な位相シフタを示す図である。 信号位相生成器およびベクトル変調器を含む例示的な位相シフタを示し、フェーザを使用して信号の複数の成分の複数の位相を示す図である。 信号位相生成器およびベクトル変調器を含む例示的な位相シフタを示し、位相シフタの異なる実装形態にわたる複数の例示的な信号の流れの方向を示す図である。 増幅器当たり少なくとも1つの増幅段を有する、複数のキャパシタおよび複数の増幅器を含む例示的な信号位相生成器の概略図である。 増幅器当たり少なくとも2つの増幅段を有する、複数のキャパシタおよび複数の増幅器を含む例示的な信号位相生成器の概略図である。 少なくとも1つのトランジスタを使用して各々実装され、複数のカラム回路へと並べられる、少なくとも2つの増幅段を有する複数の増幅器を伴う信号位相生成器を含む例示的な位相シフタの概略図である。 増幅器当たり2つの共通ゲート増幅段を有する、複数のキャパシタおよび複数の増幅器を含む例示的な信号位相生成器を含む位相シフタの回路図である。 増幅器ごとに共通ソース増幅段および共通ゲート増幅段を有する、複数のキャパシタおよび複数の増幅器を含む例示的な信号位相生成器を含む位相シフタの回路図である。 抵抗器を使用して実装される信号位相生成器および受動ベクトル変調器を含む例示的な位相シフタを示す図である。 抵抗器を使用して実装される信号位相生成器および受動ベクトル変調器を含む別の例示的な位相シフタを示す図である。 トランジスタのバンクを使用して実装される信号位相生成器および能動ベクトル変調器を含む例示的な位相シフタを示す図である。 トランジスタのバンクを使用して実装される信号位相生成器および能動ベクトル変調器を含む別の例示的な位相シフタを示す図である。 可変利得増幅器(VGA)として構成されるトランジスタのバンクを使用して実装される信号位相生成器および能動ベクトル変調器を含む例示的な位相シフタを示す図である。 図13-1の能動ベクトル変調器において使用され得る例示的な双方向VGAを示す図である。 能動的な信号位相生成を用いた位相シフトのための例示的なプロセスを示す流れ図である。
4Gセルラーネットワークおよび既存のWi-Fiネットワークと比較して、5GセルラーネットワークおよびWi-Fi 6ネットワークなどの次世代ネットワークは、より高い電磁(EM)周波数を利用する。これらのより高いEM周波数は、EMスペクトルの約3ギガヘルツ(GHz)から300GHzにわたり得るミリメートル波(mmW)周波数を含む。より高い周波数はより高い帯域幅および少ないレイテンシを提供できるが、より高い周波数は技術的な課題ももたらす。たとえば、より高い周波数において送信される信号は、大気によってより速く減衰されるので、所与の電力レベルにおける固有の範囲がより短い。自然により短くなる伝播距離を考慮するために、より多くの実効電力を用いて特定の目標に信号を向ける信号ビームにおいて信号を送信することができ、これはアンテナビームフォーミングと呼ばれる。アンテナビームフォーミングを使用すると、所与の電力レベルでの送信は、全方向に送信される信号と比較して、信号ビームとしてより遠くまで伝わることができる。
したがって、5GセルラーおよびWi-Fi 6(たとえば、IEEE 802.11ax)電子デバイスは、信号を受信デバイスに向けるためにビームフォーミングを利用し得る。電子デバイスのワイヤレスインターフェースデバイスは、ビームフォーミングのための信号ビームを生成することを少なくとも一部担う。送信信号ビームを形成するために、ワイヤレスインターフェースデバイスは、アンテナアレイを使用して送信信号の複数のバージョンを発出し、このとき、信号伝播の間に信号の複数のバージョンが強め合うように、および弱め合うように、それらのバージョンが互いに関して修正される。異なる信号バージョンの修正は、異なる量増幅されること、または互いに関して位相シフトされること(たとえば、異なる時間長だけ互いに対して遅延されること)を含み得る。強め合うEM合成のエリアは、アンテナビームフォーミングを使用しない場合と比較して、比較的遠い距離において受信され得る信号ビームを生み出す。ビームフォーミング技法を用いた通信信号の受信は、異なるバージョンを処理して受信された信号ビームを再構築することによって、逆の方式で動作する。
一般に、各信号バージョンは、アンテナアレイのそれぞれのアンテナ素子に受信され、またはそれから受け入れられる。アンテナアレイの異なるアンテナ素子のそれぞれ1つに対応する異なる信号バージョンを修正するために、アンテナアレイに結合されるワイヤレスインターフェースデバイスは、複数のアンテナ素子の各々のそれぞれのアンテナ素子に対する複数のコンポーネントチェーンのそれぞれのコンポーネントチェーンを含み得る。さらに、電子デバイスは、電子デバイスの異なる側からの信号ビームを狙うために、複数のアンテナ素子を各々有する複数のアンテナアレイを含み得る。いくつかのアーキテクチャでは、アンテナアレイの各アンテナ素子と関連付けられ、それと結合されるコンポーネントチェーンがある。したがって、各コンポーネントチェーンの個別の物理的コンポーネントは各アンテナ素子に対して複製され、これは、単一の電子デバイスにおいて6個、8個、12個、16個、またはそれより多くの量を有し得る。たとえば、電子デバイスが、4つのアンテナ素子を各々有する3つのアンテナアレイを含む場合、電子デバイスは、全体で12個のアンテナ素子、したがって12個の対応するコンポーネントチェーンを含み得る。その結果、コンポーネントチェーンの、任意の個別の物理的コンポーネントによって引き起こされる負の効果などの、各々の個別の物理的コンポーネントに起因する影響は、電子デバイスに含まれるアンテナ素子の量により増幅される。負の効果の例には、個々の物理的コンポーネントにより占有されるサイズ、コンポーネントの電力使用量、またはコンポーネントにより処理される信号に加わる信号強度の損失がある。
各コンポーネントチェーンに含まれ得る個別の物理的コンポーネントの例は、位相シフタである。位相シフタは、mmWおよびワイヤレス通信の他の周波数のためのビームフォーミングを可能にするために、ワイヤレス信号のあるバージョンの位相を、ワイヤレス信号の他のバージョンに対して調整することができる。位相シフタは、たとえば、信号位相生成器およびベクトル変調器を使用して構築され得る。いくつかの実装形態では、信号位相生成器は、信号の少なくとも2つの成分に対して少なくとも2つの位相を有する分割された信号へと、1つの位相を有する信号を変換する。いくつかのシナリオでは、分割された信号の2つの位相は、0度(0°)および90°の位相を有することなどにより、90°離れている。90°離れている異なる位相を有する2つの成分を含むこのタイプの分割された信号は、同位相信号成分および直角位相信号成分を有するものとして言及され得る。位相シフタのベクトル変調器は、分割された信号の成分の相対的な振幅を調整する。分割された信号の成分を再合成した後、相対的な振幅調整は、アンテナビームフォーミングを支援して位相シフトを実現するために、対応するコンポーネントチェーンを流れるワイヤレス信号のバージョンの位相を実質的に変更することができる。
位相シフタは、完全にまたは部分的に、受動的にもしくは能動的に実装され得る。受動位相シフタは約3ビットの分解能を達成するために使用されてもよく、分解能のビット数は位相シフトの量の粒度を決定する。受動位相シフタにおけるビットの量は、受動位相シフタを形成する受動コンポーネント(たとえば、抵抗器、キャパシタ、および/またはインダクタ)およびスイッチの大きなサイズにより、ならびにそれらにより引き起こされるかなりの減衰により、限定的である。一方、能動位相シフタは、より精密な位相シフトの粒度のためにより高いビット分解能を可能にできる。3ビットの位相シフタを用いた45°の位相シフトのインクリメントに制限されるのではなく、4ビットおよび5ビットの位相シフタを用いると、それぞれ、22.5°および11.25度の位相シフトのインクリメントを達成することができる。これにより、たとえば5ビットの能動位相シフタを用いると、信号ビームをより精密に狙うことが可能になる。能動位相シフタは通常、分割された信号の振幅調整のために能動ベクトル変調器を使用する。しかしながら、能動位相シフタは通常、位相シフトのためにベクトル変調器によって調整される同位相および直角位相(IQ)信号成分を生成するために、受動回路構造を利用する。IQ信号生成に対する受動的な手法は、通常は約3デシベル(dB)以上の損失をもたらす。インダクタ(L)およびキャパシタ(C)を用いた受動的なIQ信号生成は有損失であり、大きいLC回路をもたらし得る。対照的に、抵抗器(R)およびキャパシタ(C)を用いた受動的なIQ信号生成は、より小さい回路を使用できるが、このRC回路の手法は、LC回路の手法よりもさらに損失が多い。
つまり、より分解能の高い位相シフタは、IQ信号成分を受動的に生成するが、ベクトル変調を能動的に実行する傾向がある。IQ信号を受動的に生成する多くの方法があるが、各々の方法は通常、約3dB以上の損失を招き、RF ICの面積の大部分を占めるコンポーネントを使用する。IQ信号を受動的に生成することにより生じる、信号強度のこの損失を補償するための技法には、補助的な信号増幅があり、これは、追加の回路を伴い、また、ビームフォーミングのためにフェーズドアレイアンテナを使用することをさらに複雑にする。
受動IQ信号生成器を使用する位相シフタとは対照的に、一部の説明される実装形態は、能動信号位相生成器を利用する位相シフタを対象とする。例示的な位相シフタは、能動信号位相生成器と、受動的または能動的であり得るベクトル変調器とを含む。したがって、適用可能なベクトル変調器は、抵抗器を用いて形成され、トランジスタを用いて形成されるものを含み得る。一部の説明される信号位相生成器は、双方向に実装され得る。その結果、一部の位相シフタの実装形態は、能動信号位相生成器と能動ベクトル変調器の両方を伴う完全に能動的な実装形態を含めて、双方向に動作することができる。位相シフタの実装形態に応じて、能動信号位相生成器の動作の順序に対する相対的な、ベクトル変調器の動作の順序は、位相シフタを通る信号の流れの方向に関して変化し得る。たとえば、ベクトル変調器は、信号位相生成器が信号に対して動作する前または後に、位相シフタを通って伝播する信号に対して動作し得る。言い換えると、ベクトル変調器は、信号位相生成器が位相シフタを通って伝播する信号の少なくとも1つの追加の信号位相成分を生成する前または後のいずれかに、1つまたは複数の信号成分の少なくとも1つの振幅を調整することができる。
例示的な実装形態では、位相シフタの能動信号位相生成器は、キャパシタ結合が少なくとも1つのループを形成するように一緒に容量結合された複数の増幅器を含む。複数の増幅器は、電力供給され、動作の間にそれらを流れる直流(DC)電流を有する。キャパシタ結合によって定義されるループに沿った連続する増幅器の間に、少なくとも1つのキャパシタが結合される。増幅器の各々は、少なくとも1つの増幅段を含む。2段の増幅器は、たとえば、第1の増幅段および第2の増幅段を含み、各々のそれぞれの段は、キャパシタのそれぞれのセットを伴うそれぞれのループにおいて一緒に結合される。キャパシタは連続する増幅段の間で交差結合されてもよく、その結果、キャパシタの一方の端子は第1の増幅器における増幅段の第1のインスタンスの入力に結合され、キャパシタの別の端子は第2の増幅器における増幅段の第2のインスタンスの出力に結合され、これは容量性ループによって第1の増幅器に連続的に結合される。
増幅器を一緒に容量結合することによって、キャパシタは、信号の様々な位相をキャパシタのループの周りに、したがって各増幅段にわたって分散させる。このようにして、能動信号位相生成器は、能動信号位相生成器を通過している信号の様々な成分の位相の量を増やすことができる。信号位相生成器の第1の側に存在する第1の量の位相は、信号位相生成器の第2の側に存在する第2の量の位相に対して相対的に増やされ、および逆のことが行われる。たとえば、0°および180°の2つの位相を有する信号(たとえば、差動I信号)が信号位相生成器の一方の側に印加される場合、信号位相生成器は、信号位相生成器の他方の側において、0°、90°、180°、および270°という4つの相対的な位相(たとえば、差動IおよびQ信号成分)を信号が有するようにすることができる。
信号位相生成器においてインダクタおよび抵抗器の使用を減らすことによって、信号位相生成器を含む位相シフタが占有する面積と、位相シフタにより引き起こされる損失の量の両方を減らすことができる。本明細書において説明されるように、能動信号位相生成器の実装形態は、トランジスタおよびキャパシタを含んでもよく、このとき、動作の間にトランジスタの少なくとも一部分を直流(DC)電流が流れる。いくつかの実装形態では、これらのトランジスタは、位相シフタを通る信号の流れの方向と揃った複数のカラム回路の中の増幅器として展開され、キャパシタは、連続するカラム回路の中のトランジスタを一緒に結合して、信号の流れの方向に直交する連続するキャパシタのループを形成する。能動または受動ベクトル変調器は、位相シフタを構築するために能動信号位相生成器とペアにされ得る。ベクトル変調器は複数の部分を含んでもよく、各々のそれぞれの部分は、それらの部分に対応するそれぞれの増幅器に対して、位相シフタを通って伝播する信号の位相を有するそれぞれの成分の少なくとも1つの振幅を調整するために、複数のカラム回路のそれぞれのカラム回路に結合される。
受動ベクトル変調器は、信号のそれぞれの位相成分の振幅を調整するために、ベクトル変調器のそれぞれの部分のためのそれぞれの分圧器として配置される抵抗器を使用して、構築され得る。能動ベクトル変調器は、信号の各々のそれぞれの位相成分の振幅を調整するために、ベクトル変調器の各部分のためのトランジスタのバンク(たとえば、電流誘導のために並列に一緒に結合される複数のトランジスタ、または可変利得増幅器(VGA)を実現する複数のトランジスタ)を使用して構築され得る。これらの方式では、インダクタ-キャパシタネットワークを用いて実装されるものより小さく、抵抗器-キャパシタネットワークを用いて実装されるものより損失が少ない、部分的にまたは完全に能動的な位相シフタを実現することができる。
図1は、位相シフタ130を含む、高周波(RF)フロントエンド(FE)128(RFFE)を伴うワイヤレスインターフェースデバイス120を有する電子デバイス102を含む例示的な環境100を示す。位相シフタ130は、信号位相生成器132およびベクトル変調器134を含む。環境100では、例示的な電子デバイス102は、ワイヤレスリンク106を通じて基地局104と通信する。図1では、電子デバイスはスマートフォンとして示されている。しかしながら、電子デバイス102は、セルラー基地局、ブロードバンドルータ、アクセスポイント、セルラー電話または携帯電話、ゲームデバイス、ナビゲーションデバイス、メディアデバイス、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、サーバコンピュータ、ネットワークアタッチトストレージ(NAS)デバイス、スマートアプライアンス、車両ベースの通信システム、Internet of Things (IoT)デバイス、センサまたはセキュリティデバイス、アセットトラッカー、フィットネス管理デバイス、インテリジェントグラスまたはスマートウォッチなどのウェアラブルデバイス、ワイヤレス電力デバイス(送信機または受信機)、医療デバイスなどの、任意の適切なコンピューティングデバイスまたは他の電子デバイスとして実装され得る。
基地局104は、通信信号を搬送する任意の適切なタイプのワイヤレスリンクとして実装され得るワイヤレスリンク106を介して電子デバイス102と通信する。セルラー無線ネットワークの基地局塔として示されているが、基地局104は、衛星、地上波放送塔、アクセスポイント、ピアツーピアデバイス、メッシュネットワークノード、光ファイバ線、上で全般に説明されたような別の電子デバイスなどの、別のデバイスを表してもよく、または別のデバイスとして実装されてもよい。したがって、電子デバイス102は、有線接続、ワイヤレス接続、またはそれらの組合せを介して、基地局104または別のデバイスと通信してもよい。
ワイヤレスリンク106は、電子デバイス102と基地局104との間に延びる。ワイヤレスリンク106は、基地局104から電子デバイス102に伝達されるデータまたは制御情報のダウンリンクと、電子デバイス102から基地局104に伝達される他のデータまたは制御情報のアップリンクとを含み得る。ワイヤレスリンク106は、任意の適切な通信プロトコルまたは規格を使用して実装され得る。そのようなプロトコルおよび規格の例は、Long-Term Evolution (LTE)、第4世代(4G)、または第5世代(5G)セルラー規格などの第3世代パートナーシッププロジェクト(3GPP(登録商標))規格、Wi-Fi 6を含む、802.11g、ac、ax、ad、aj、またはay規格などのIEEE 802.11規格、IEEE 802.16規格(たとえば、WiMAX(商標))、Bluetooth(商標)規格などを含む。いくつかの実装形態では、ワイヤレスリンク106は電力をワイヤレスに提供してもよく、電子デバイス102または基地局104は電源を備えてもよい。
示されるように、電子デバイス102は、少なくとも1つのアプリケーションプロセッサ108および少なくとも1つのコンピュータ可読記憶媒体110(CRM110)を含む。アプリケーションプロセッサ108は、CRM110によって記憶されるプロセッサ実行可能命令(たとえば、コード)を実行するように構成される、中央処理装置(CPU)またはマルチコアプロセッサなどの任意のタイプのプロセッサを含み得る。CRM110は、揮発性メモリ(たとえば、ランダムアクセスメモリ(RAM))、不揮発性メモリ(たとえば、フラッシュメモリ)、光学媒体、磁気媒体(たとえば、ディスクまたはテープ)などの、任意の適切なタイプのデータ記憶媒体を含み得る。本開示の文脈では、CRM110は、命令112、データ114、および電子デバイス102の他の情報を記憶するように実装され、したがって、CRM110は一時的な伝播信号または搬送波を含まない。
電子デバイス102はまた、1つもしくは複数の入力/出力ポート116(I/Oポート116)または少なくとも1つのディスプレイ118を含み得る。I/Oポート116は、データの交換、または他のデバイス、ネットワークもしくはユーザとの相互作用を可能にする。I/Oポート116は、シリアルポート(たとえば、ユニバーサルシリアルバス(USB)ポート)、パラレルポート、オーディオポート、赤外線(IR)ポート、カメラまたは他のセンサポートなどを含み得る。ディスプレイ118は、オペレーティングシステム、プログラム、またはアプリケーションと関連付けられるユーザインターフェースなどの、電子デバイス102によって提供される1つまたは複数のグラフィカル画像を提示する、表示画面または投影として実現され得る。代替または追加として、ディスプレイ118は、それを通じて電子デバイス102のグラフィカルコンテンツが通信または提示される、ディスプレイポートまたはバーチャルインターフェースとして実装され得る。
電子デバイス102はさらに、少なくとも1つのワイヤレスインターフェースデバイス120および少なくとも1つのアンテナアレイ122を含む。ワイヤレスインターフェースデバイス120は、ワイヤレスリンク106と同様に、またはそれとは異なるように構成され得るワイヤレスリンクを介して、それぞれのネットワークおよびピアデバイスに接続を提供する。代替または追加として、電子デバイス102は、有線ローカルエリアネットワーク(LAN)、イントラネット、またはインターネットを介して通信するためのイーサネットまたは光ファイバトランシーバなどの、有線インターフェースデバイスを含み得る。ワイヤレスインターフェースデバイス120は、ワイヤレスLAN(WLAN)、ワイヤレスパーソナルエリアネットワーク(PAN)(WPAN)、ピアツーピア(P2P)ネットワーク、メッシュネットワーク、セルラーネットワーク、ワイヤレスワイドエリアネットワーク(WAN)(WWAN)、および/またはナビゲーションネットワーク(たとえば、北米の全地球測位システム(GPS)または別の衛星測位システム(SPS)または全地球航法衛星システム(GNSS))などの、任意の適切なタイプのワイヤレスネットワークを介した通信を容易にし得る。例示的な環境100の文脈では、電子デバイス102は、ワイヤレスインターフェースデバイス120を介して、基地局104と双方向に様々なデータおよび制御情報を通信することができる。しかしながら、電子デバイス102は、追加または代替として、他のピアデバイス、代替のワイヤレスネットワークなどと直接通信してもよい。
示されるように、ワイヤレスインターフェースデバイス120は、少なくとも1つの通信プロセッサ124、少なくとも1つのトランシーバ126、および少なくとも1つのRFフロントエンド128(RFFE128)を含む。これらのコンポーネントは、データ情報、制御情報、およびアンテナアレイ122を介して電子デバイス102のための情報を通信することと関連付けられる信号を処理する。通信プロセッサ124は、システムオンチップ(SoC)、モデムベースバンドプロセッサ、または、データ、音声、メッセージング、もしくは電子デバイス102の他の用途のためにデジタル通信インターフェースを有効にするベースバンド無線プロセッサ(BBP)の少なくとも一部として実装され得る。通信プロセッサ124は、送信のためにデータを符号化して変調するための、および受信されたデータを復調して復号するための、デジタルシグナルプロセッサ(DSP)または1つもしくは複数の信号処理ブロック(図示せず)を含む。加えて、通信プロセッサ124はまた、様々な通信プロトコルまたは通信技法を実装するために、トランシーバ126、RFフロントエンド128、およびワイヤレスインターフェースデバイス120の他のコンポーネントの態様または動作を管理する(たとえば、制御または構成する)ことができる。
いくつかの場合、アプリケーションプロセッサ108および通信プロセッサ124は、SoCなどの1つのモジュールまたは集積回路(IC)へと組み合わせられ得る。それでも、アプリケーションプロセッサ108または通信プロセッサ124は、電子デバイス102の他のコンポーネントの制御、またはそれとの他の対話を可能にするために、CRM110またはディスプレイ118などの1つまたは複数の他のコンポーネントに動作可能に結合され得る。したがって、動作可能な結合は、コンポーネントが本明細書において説明されるような機能または動作を実行することを可能にし得る。通信プロセッサ124はまた、データおよびプロセッサ実行可能命令(たとえば、コード)を記憶するために、CRM110などのメモリ(別々に示されていない)を含み得る。別々の概略ブロックを使用して図1に示される様々なコンポーネントは、異なる個別の方式で製造またはパッケージングされ得る。たとえば、ある物理モジュールは、RFフロントエンド128のコンポーネントおよびトランシーバ126のいくつかのコンポーネントを含んでもよく、別の物理モジュールは、トランシーバ126の残りのコンポーネントと通信プロセッサ124を組み合わせてもよい。加えて、少なくとも1つのアンテナアレイ122は、「アンテナモジュール」としてRFフロントエンド128の少なくともいくつかのコンポーネントと一緒にパッケージングされ得る。さらに、電子デバイス102は、複数のそのようなアンテナモジュールを含んでもよく、それにより、電子デバイス102の筐体内に少なくとも1つのRFフロントエンド128の様々な物理的コンポーネントを空間的に分散させる。
トランシーバ126は、フィルタリング、増幅、チャネライゼーション、および周波数変換のための、回路および論理を含み得る。周波数変換は、単一の変換動作において(たとえば、直接変換アーキテクチャ)または複数の変換動作を通じて(たとえば、スーパーヘテロダインアーキテクチャ)実行される、周波数のアップコンバージョンまたはダウンコンバージョンを含み得る。トランシーバ126は、アンテナアレイ122を介して送信または受信される信号をルーティングして整えるための、フィルタ、スイッチ、増幅器、ミキサなどを含み得る。明確には示されていないが、ワイヤレスインターフェースデバイス120はまた、アナログ信号とデジタル信号との間で変換するための、デジタルアナログコンバータ(DAC)またはアナログデジタルコンバータ(ADC)を含み得る。DACまたはADCは、通信プロセッサ124の一部として、トランシーバ126の一部として、またはそれらの両方と別に実装され得る。
トランシーバ126のコンポーネントまたは回路は、合成されたトランシーバ論理などの任意の適切な方式で、または、それぞれの送信機および受信機エンティティとして別々に実装され得る。いくつかの場合、トランシーバ126は、それぞれの送信動作および受信動作(たとえば、それぞれ別々の送信チェーンおよび受信チェーン)を実装するために、複数のまたは異なるセクションを用いて実装され得る。トランシーバ126は、合成、位相補正、変調、復調などの、同位相/直角位相(I/Q)動作を実行するための論理も含み得る。
一般に、RFフロントエンド128は、アンテナアレイ122を介して受信される信号またはアンテナアレイ122を介して送信されることになる信号を整えるための、1つまたは複数のフィルタ、スイッチ、または増幅器を含む。示されるように、RFフロントエンド128は、少なくとも1つの位相シフタ130(PS130)を含む。RFフロントエンド128はまた、ピーク検出器、電力計、利得制御ブロック、アンテナチューニング回路、N-プレクサ、バランなどの、他のRFセンサおよびコンポーネントを含み得る。位相シフタ130などのRFフロントエンド128の構成可能なコンポーネントは、異なる周波数帯域を用いて、またはアンテナビームフォーミングを使用して、様々なモードでの通信を実施するために通信プロセッサ124によって制御され得る。位相シフタ130はRFフロントエンド128の一部として示されているが、位相シフタ130の説明される実装形態は、代替として、ワイヤレスインターフェースデバイス120(たとえば、トランシーバ126)の他の部分において、または一般に電子デバイス102の他の部分において利用され得る。
例示的な実装形態では、位相シフタ130は、少なくとも1つの信号位相生成器132および少なくとも1つのベクトル変調器134を含む。信号位相生成器132は、位相の量を増やすために少なくとも1つの位相を生成することなどによって、信号の位相の量を変更する。たとえば、信号位相生成器132は、I信号成分(たとえば、シングルエンドシグナリングのための1つの位相を伴う)からIおよびQ信号成分(たとえば、シングルエンドシグナリングのための2つの位相を伴う)を生み出すことができる。ベクトル変調器134は、ベクトル変調器134の信号通過回路の1つまたは複数のコンポーネントの少なくとも1つの振幅を調整する。調整は、信号振幅を大きくすること(たとえば、正の増幅、1より大きい利得による増幅、または増幅)または信号振幅を小さくすること(たとえば、負の増幅、0と1の間の利得による増幅、または減衰)を含み得る。信号位相生成器132およびベクトル変調器134の例示的な実装形態が、図4-1で開始して図4-3まで、以下で本明細書において説明される。
いくつかの実装形態では、アンテナアレイ122は、複数のアンテナ素子を含む少なくとも1つのアンテナアレイとして実装される。したがって、本明細書において使用される場合、「アンテナ」は、文脈に応じて、少なくとも1つのアンテナアレイまたは少なくとも1つのアンテナ素子を指し得る。ビームフォーミングを実装するために、それぞれの位相シフタ130は、アンテナアレイ122の各々のそれぞれのアンテナ素子に結合され、これは、図3-1から図3-3を参照して以下で説明される。アンテナビームフォーミングに関するワイヤレスインターフェースデバイス120およびアンテナアレイ122の追加の態様が、図2を参照して次で説明される。
図2は、200において、通信プロセッサ124およびRFフロントエンド128を含む、ワイヤレスインターフェースデバイス120の例示的な実装形態に結合されるアンテナアレイ122を全般に示す。例示的な信号の流れの方向202が双方向に示されている。したがって、信号は、送信信号と受信信号の両方に対応するように、ワイヤレスインターフェースデバイス120にわたって両方の方向に流れることができる。示されるように、通信プロセッサ124はトランシーバ126に結合され、トランシーバ126はRFフロントエンド128に結合され、これは少なくとも1つの位相シフタ130を含む。明確には示されていないが、通信プロセッサ124は、アプリケーションプロセッサ108、CRM110、またはディスプレイ118などの、図1の電子デバイス102の他のコンポーネントに結合され得る。
動作において、アンテナアレイ122は、少なくとも1つのワイヤレス信号206を送信し、またはその受信を感知する。アンテナビームフォーミングにより、ワイヤレス信号206は、少なくとも1つの信号ビーム212を介して送信または受信され得る。したがって、ビームステアリングを使用すると、ワイヤレス通信の指向性をもたらすために、少なくとも1つの角度204に対して、ワイヤレス信号206が送信または受信され得る。これを行うために、RFフロントエンド128の位相シフタ130は、位相シフタ130を通って伝播する信号のバージョンの位相をシフトし、伝播する信号は、ワイヤレス信号206として以前に受信されており、またはワイヤレス信号206として送信されることの標的にされる。
位相シフタ130による位相シフトの量は、少なくとも1つの位相制御信号208を使用して通信プロセッサ124によって制御され得る。通信プロセッサ124は、目標の角度204または目標の位相シフトの角度の数字を示すビームフォーミングパラメータに応答して、位相制御信号208を生成することができる。位相シフトのこの制御が、以下で本明細書においてさらに説明される。通信プロセッサ124はまた、補償値信号210を生成し、位相シフタ130などの別のコンポーネントに補償値信号210を提供することができる。補償値信号210は、非線形性を考慮するために、または異なる位相シフト量に対応する異なる振幅レベルを考慮するために、位相シフトされている信号の処理を調整することができる。補償値信号210の実装形態が、以下で本明細書において説明される。代替として、トランシーバ126は、位相制御信号208または補償値信号210を生成または提供することができる。より一般的には、通信プロセッサ124またはトランシーバ126のうちの少なくとも1つの一部であるコントローラ(図示せず)は、位相制御信号208または補償値信号210を、生成または提供することができる。
図3-1は、300-1において、複数のコンポーネントチェーン304-1、304-2、304-3、...、304-nを含む例示的なRFフロントエンド128にアンテナアレイ122が結合されることを示し、「n」は正の整数(たとえば、ビームフォーミングのために2以上)を表す。ここで、各コンポーネントチェーン304は、少なくとも1つの位相シフタ130(PS130)を含む。アンテナアレイ122は、複数のアンテナ素子302-1、302-2、302-3、...、302-nを含み、「n」は正の整数(たとえば、ビームフォーミングのために2以上)を表す。複数のアンテナ素子302-1、...302-nの各々のそれぞれのアンテナ素子302(AE302)は、複数のコンポーネントチェーン304-1...304-nのそれぞれのコンポーネントチェーン304に結合される。たとえば、第1のコンポーネントチェーン304-1は第1のアンテナ素子302-1に結合され、第2のコンポーネントチェーン304-2は第2のアンテナ素子302-2に結合される。
例示的な実装形態では、複数のコンポーネントチェーン304-1...304-nの各コンポーネントチェーン304は、単一のカプラ306に結合される。信号カプラ306は、合成器/分割器として機能することができる。たとえば、信号カプラ306は、複数のコンポーネントチェーン304-1...304-nから受け入れられた複数の信号バージョンを、受信動作のための合成された信号へと合成することができる。信号カプラ306はまた、信号を複数の信号バージョンへと分割して、それらのバージョンを送信動作のために複数のコンポーネントチェーン304-1...304-nに提供することができる。
示されるように、各々のそれぞれのコンポーネントチェーン304はそれぞれ、位相シフタ130(PS130)、増幅器310、および少なくとも1つの他のコンポーネント308を含む。しかしながら、所与のコンポーネントチェーン304は、より多数の、少数の、または異なるコンポーネントを含み得る。各コンポーネントチェーン304に沿った信号の流れの方向202は、両矢印により示されるように双方向であり得る。示されるように、それぞれのコンポーネントチェーン304のこれらの物理的コンポーネントは、信号カプラ306とアンテナアレイ122のそれぞれの対応するアンテナ素子302との間で直列に結合される。他のコンポーネント308が信号カプラ306に最も近く、増幅器310がアンテナ素子302に最も近い。したがって、他のコンポーネント308と増幅器310との間に、位相シフタ130が結合される。しかしながら、所与のコンポーネントチェーン304のこれらの物理的コンポーネントの順序は異なっていてもよい。
増幅器310は異なる方式で実装され得る。たとえば、増幅器310は、送信動作では電力増幅器(PA)(PA310-1)として、または受信動作では低雑音増幅器(LNA)(LNA310-2)として実装され得る。他のコンポーネント308は、フィルタ、別の増幅器、ミキサなどとして実現され得る。したがって、位相シフタ130は、増幅のために、および対応するアンテナ素子302から出すためにそれらのアンテナ素子への転送のために、位相シフトされた信号をPA310-1に提供することができる。追加または代替として、位相シフタ130は、位相シフト、次いで他のコンポーネント308への転送のために、または、他のコンポーネント308が存在しない場合には信号カプラ306に「直接」転送するために、LNA310-2からの増幅された信号を受け入れることができる。
例示的な動作では、各々のそれぞれのコンポーネントチェーン304は、信号カプラ306とそれぞれのアンテナ素子302との間で伝播する信号を調整し、または整える。したがって、各々のそれぞれのコンポーネントチェーン304は、ビームステアリング動作をサポートするために、それぞれのアンテナ素子302に提供するのに、またはアンテナ素子302から受け入れるのに適した、異なるそれぞれの位相または振幅を有するそれぞれの信号バージョンを生み出すように信号を修正する。位相シフタ130は、位相制御信号208に基づいて位相シフト動作を実行する。位相制御信号208は、位相シフタ130によって提供されることの目標とされる位相シフト量(たとえば、角度単位)を表す。異なる位相シフト量に対して位相シフタ130において生じる増幅レベルの差は、補償値信号210に応答して補償され得る。図3-1に示されるように、増幅器310は、補償値信号210に基づいて補償動作を実行することができる。代替として、位相シフタ130の(たとえば、図1および図4-1から図4-3の)ベクトル変調器134は、補償値信号210に基づいて補償動作を実行することができる。
図3-1において、信号334は、コンポーネントチェーン304-1に関して示される。信号334は、信号カプラ306とアンテナ素子302-1との間のコンポーネントチェーン304-1に沿って伝播することができる。他のそのような信号は、他のコンポーネントチェーンを通って伝播していてもよい。信号334を表す矢印が破線であることにより示されるように、信号334はコンポーネントチェーン304の異なる部分を通過するので、信号334は双方向信号、一方向信号、またはそれらの組合せとして実現され得る。位相シフタ130にわたる信号334の双方向の実装形態が図3-2を参照して説明され、2つの位相シフタにわたる信号334の一方向の実装形態が図3-3を参照して説明される。
図3-2は、回路300-2において、双方向に動作し得る位相シフタ130-2を含む、(たとえば、図3-1の)コンポーネントチェーン304の一部分に結合されるアンテナ素子302を全般的に示す。示されるように、位相シフタ130-2は、第1のポート330-1および第2のポート330-2という複数のポートを含む。位相シフタ130-2は、第1のポート330-1を介して信号カプラ306に、第2のポート330-2を介して増幅器310に結合される。しかしながら、第1のポート330-1がアンテナ素子302により近く配置されるように、かつ第2のポート330-2が信号カプラ306に位相シフタ130-2を結合するように、位相シフタ130-2の向きが逆にされ得る。スイッチ332は、位相シフタ130-2を増幅器310にスイッチング可能に結合する。スイッチ332は、第2のポート330-2に結合される極、ならびに上の投および下の投という2つの投を含む。スイッチ332は、上の投を介してPA310-1の入力に、または下の投を介してLNA310-2の出力に、位相シフタ130-2の第2のポート330-2を選択的に接続することができる。
PA310-1の出力はアンテナ素子302に結合される。LNA310-2の入力は、スイッチ336を介してアンテナ素子302に結合される。スイッチ338は、LNA310-2の入力をグラウンドに結合することができる。図3-2に示されるように、スイッチ336および338は、送信動作を可能にするために、それぞれ開状態および閉状態にある。受信動作を可能にするために、スイッチ336を閉じることができ、スイッチ338を開くことができる。しかしながら、コンポーネントチェーンの様々な物理的コンポーネントを互いに、またはアンテナ素子302に結合するために、異なる量または配置のスイッチを実装することができる。
図3-2および図3-3において、異なる物理的コンポーネントを相互接続する線は、ワイヤまたは他の導体の量を表すことができる。したがって、二重線は2つのワイヤを表すことができ、一重線は1つのワイヤを表すことができる。いくつかの場合、二重線を介して差動信号が伝播され、一重線を介してシングルエンド信号が伝播される。図3-2および図3-3に示されるように、差動信号は、増幅器310の左、またはそのプロセッサ側に伝播され得る。シングルエンド信号は、増幅器310の右、またはそのアンテナ側に伝播され得る。しかしながら、シングルエンドシグナリングおよび差動シグナリングは、異なるように実装され得る。図3-2および図3-3の位相シフタの例示的な動作では、(たとえば、図3-1の)アンテナアレイ122を用いたビームステアリングをサポートするために、入力位相を有する信号334は、位相シフタ130の一方のポートに入り、入力位相に対して相対的に遅延した位相を有した状態で位相シフタ130の別のポートから出る。
いくつかの実装形態では、双方向信号334-2は位相シフタ130-2を通過する。この手法の例が図3-2に示される。双方向信号334-2は、信号カプラ306とスイッチ332との間で、および位相シフタ130-2を通って伝播する。したがって、位相シフタ130-2は、送信動作と受信動作の両方のために使用され得る。双方向位相シフタの例示的な実装形態が、本明細書において以下で説明される。図3-2はまた、スイッチ332とアンテナ素子302との間で伝播する少なくとも1つの一方向信号334-1を示す。具体的には、一方向送信信号334-11は、スイッチ332とアンテナ素子302との間で、およびPA310-1を通って伝播する。一方向受信信号334-12は、アンテナ素子302とスイッチ332との間で、およびLNA310-2を通って伝播する。
図3-3は、回路300-3において、一方向に各々動作し得る2つの位相シフタ130-11および130-12を含む、(たとえば、図3-1の)コンポーネントチェーン304の一部分に結合されるアンテナ素子302を全般的に示す。回路300-2のように1つの双方向位相シフタではなく、回路300-3においては2つの一方向位相シフタが利用されることを除き、回路300-3は回路300-2と同様である。動作において、第1の位相制御信号208-1は、送信経路の一部である1つの一方向位相シフタ130-11のための第1の位相シフト設定を確立する。第2の位相制御信号208-2は、受信経路の一部である別の一方向位相シフタ130-12のための第2の位相シフト設定を確立する。一方向位相シフタの例示的な実装形態が、本明細書において以下で説明される。
コンポーネントチェーンレベルで示されるように、2つの位相シフタ130-11および130-12の各々は、第1のポート330-1および第2のポート330-2という複数のポートを含む。位相シフタ130-11は、その第1のポート330-1を介して信号カプラ306に、第2のポート330-2を介して増幅器310に結合される。位相シフタ130-12は、その第1のポート330-1を介して信号カプラ306に、第2のポート330-2を介して増幅器310に結合される。しかしながら、第1のポート330-1がアンテナ素子302により近く配置されるように、かつ第2のポート330-2が信号カプラ306にそれぞれの位相シフタを結合するように、位相シフタ130-11もしくは130-12のいずれかまたは両方の向きが逆にされ得る。したがって、いくつかの実装形態では、一方向位相シフタは、第1のポート330-1を介して信号を受け入れ、第2のポート330-2を介して位相シフトされた信号を提供する。他の実装形態では、一方向位相シフタは、第2のポート330-2を介して信号を受け入れ、第1のポート330-1を介して位相シフトされた信号を提供する。
スイッチ332は、2つの位相シフタ130-11および130-12を信号カプラ306にスイッチング可能に結合する。スイッチ332は、信号カプラ306に結合される極、ならびに上の投および下の投という2つの投を含む。スイッチ332は、上の投を介して位相シフタ130-11の第1のポート330-1に信号カプラ306を選択的に接続し、または、下の投を介して位相シフタ130-12の第1のポート330-1に信号カプラ306を接続することができる。位相シフタ130-11の第2のポート330-2は、PA310-1の入力に結合される。PA310-1の出力はアンテナ素子302に結合される。アンテナ素子302は、スイッチ336を介してLNA310-2の入力に結合される。LNA310-2の出力は、位相シフタ130-12の第2のポート330-2に結合される。スイッチ332、336、および338は、図3-2を参照して上で説明されたような送信動作および受信動作に関して動作することができる。しかしながら、示されるコンポーネントチェーンの様々な物理的コンポーネントを互いに、またはアンテナ素子302に結合するために、異なる量または配置のスイッチを実装することができる。
いくつかの実装形態では、少なくとも1つの一方向信号334-1はコンポーネントを通って伝播する。示されるように、2つの一方向信号334-11および334-12は、それぞれ2つの位相シフタ130-11および130-12を通過する。一方向送信信号334-11は、スイッチ332とPA310-1との間で、位相シフタ130-11を通って伝播する。したがって、位相シフタ130-11は、送信動作のために使用され得る。一方向送信信号334-11はまた、位相シフタ130-11とアンテナ素子302との間で、PA310-1を通って伝播する。一方向受信信号334-12は、アンテナ素子302と位相シフタ130-12との間で、LNA310-2を通って伝播する。一方向送信信号334-12はまた、LNA310-2とスイッチ332との間で、位相シフタ130-12を通って伝播する。したがって、位相シフタ130-12は、受信動作のために使用され得る。
図4-1は、信号位相生成器132、ベクトル変調器134、インターフェース402、ならびに複数のポート330-1および330-2を含む例示的な位相シフタ130を示す。図3-1から図3-3を参照して上で説明されたように、位相シフタ130は、位相シフタ130がコンポーネントチェーン304の他のコンポーネントに結合することを可能にする、第1のポート330-1(P1)および第2のポート330-2(P2)を含む。示されるように、第1のポート330-1はベクトル変調器134に結合され、第2のポート330-2は信号位相生成器132に結合される。信号位相生成器132は、ベクトル変調器134に結合される。いくつかの実装形態では、信号位相生成器132は、インターフェース402を介してベクトル変調器134に結合される。したがって、インターフェース402は、信号位相生成器132とベクトル変調器134との間に電気的に配設される。位相シフタ130は、複数のノード404-1、404-2、...、404-7、404-8を含む。8つのノード404-1から404-8が図4-1に明確に示され、本明細書において説明されるが、位相シフタ130はより多数または少数のそのようなノードを含み得る。
例示的な実装形態では、第1のポート330-1は1つまたは複数のノードを含み、第2のポート330-2は1つまたは複数のノードを含み、インターフェース402は2つ以上のノードを含む。シングルエンドシグナリング環境では、第1のポート330-1および第2のポート330-2は各々1つのノードを含んでもよく、インターフェース402は2つのノードを含んでもよい。差動シグナリング環境では、第1のポート330-1および第2のポート330-2は各々2つのノードを含んでもよく、インターフェース402は4つのノードを含んでもよい。例として、図4-1の位相シフタ130は、第1のポート330-1と第2のポート330-2との間で伝播する差動信号の位相をシフトすることができる。
したがって、第1のポート330-1は、2つのノードN1およびN2、すなわち、それぞれ第1のノード404-1および第2のノード404-2を含む。第2のポート330-2はまた、2つのノードN1およびN2、すなわち、それぞれ第3のノード404-3および第4のノード404-4を含む。インターフェース402は、4つのノードN1、N2、N3、およびN4、すなわち、それぞれ第5のノード404-5、第7のノード404-7、第6のノード404-6、および第8のノード404-8を含む。様々な図(たとえば、図4-1および図6から図8)に示されるように、インターフェース402は、通信線などの線として示される複数の接続を含み得る。線は、ワイヤ、トレース、金属配線経路、または他の導体を使用して実現され得る。したがって、インターフェース402の4つのノードN1、N2、N3、およびN4の各々のそれぞれのノード(たとえば、それぞれ、第5のノード404-5、第7のノード404-7、第6のノード404-6、および第8のノード404-8)が、少なくとも、信号位相生成器132とベクトル変調器134との間に延びる対応する導体に沿った点、またはその長さとして実現され得る。図5-1および図5-2を参照して以下で説明されるように、第1のポート330-1および第2のポート330-2の2つのノードN1およびN2は、0度と180度という位相を有する差動信号に対応し得る。インターフェース402の4つのノードN1、N2、N3、およびN4は、0度、180度、90度、および270度の位相を有する2つの差動信号に対応し得る。
図4-1の位相シフタ130は、一方向信号334-1を用いて説明される。ここで、位相シフタ130は、第1のポート330-1において一方向信号334-1を受け入れ、第2のポート330-2において一方向信号334-1の位相シフトされたバージョンを提供する。しかしながら、説明された原理は、双方向に実装される位相シフタ130に、および、第2のポート330-2から第1のポート330-1に伝播する一方向信号334-1を処理する位相シフタ130にも適用可能である。さらに、図4-1では、一方向信号334-1の2つおよび4つのコンポーネント406が2つのポートおよび1つのインターフェースにおいてそれぞれ示されるが、異なる量の信号成分406が代替として実装され得る。差動シグナリングの実装形態では、各ノード404はプラスノードまたはマイナスノードを備え得る。たとえば、第1のノード404-1および第3のノード404-3は各々プラスノードを備えてもよく、第2のノード404-2および第4のノード404-4は各々マイナスノードを備えてもよい。
図4-1の例示的なシナリオでは、ベクトル変調器134は、第1のポート330-1から第2のポート330-2への信号の流れの方向202に沿って、信号位相生成器132の前に一方向信号334-1に対して動作する。最初に、位相シフタ130は、第1のポート330-1において一方向信号334-1を受け入れる。一方向信号334-1は、第1の成分406-1および第2の成分406-2という2つの成分を含む。したがって、一方向信号334-1の第1の成分406-1は第1のノード404-1(ノード「N1」)を通って伝播し、第2の成分406-2は第2のノード404-2(ノード「N2」)を通って伝播する。第1のノード404-1および第2のノード404-2において、一方向信号334-1の第1の成分406-1および第2の成分406-2は、0°および180°などの異なる位相を有する。
ベクトル変調器134は、位相制御信号208に応答して、一方向信号334-1の第1の成分406-1および第2の成分406-2の少なくとも1つの振幅を調整する。ベクトル変調器134は、第5の成分406-5、第6の成分406-6、第7の成分406-7、および第8の成分406-8という、一方向信号334-1の4つの成分を出力する。これらの4つの成分は、ベクトル変調器134の動作に基づいて振幅を調整した。しかしながら、追加の位相はまだ生成されていない。したがって、第5の成分406-5から第8の成分406-8は、ベクトル変調器134の出力における2つの位相に対応し得る。たとえば、第5の成分406-5および第6の成分406-6は、0°などの第1の位相に対応してもよく、第7の成分406-7および第8の成分406-8は、180°などの第2の位相に対応してもよい。
第5の成分406-5は、ベクトル変調器134から、第5のノード404-5(ノード「N1」)を通じて、信号位相生成器132に伝播する。第7の成分406-7は、ベクトル変調器134から、第7のノード404-7(ノード「N2」)を通じて、信号位相生成器132に伝播する。第6の成分406-6は、ベクトル変調器134から、第6のノード404-6(ノード「N3」)を通じて、信号位相生成器132に伝播する。第8の成分406-8は、ベクトル変調器134から、第8のノード404-8(ノード「N4」)を通じて、信号位相生成器132に伝播する。したがって、信号位相生成器132は、インターフェース402のノードN1、N2、N3、およびN4を介して、ベクトル変調器134から第5の成分406-5から第8の成分406-8を受け入れる。
信号位相生成器132は、一方向信号334-1の少なくとも1つの成分406のために少なくとも1つの追加の位相を生成する。たとえば、信号位相生成器132は、0°および180°の位相から90°および270°の位相を生成することができる。複数の成分406-5から406-8の少なくともいくつかはインターフェース402においてベクトル変調器134によってすでに調整されている振幅を有するので、信号位相生成器132は、異なる相対的な振幅を有する異なる位相を生み出す。したがって、信号位相生成器132の内部に少なくとも存在する4つの位相を「再合成」して、一方向信号334-1のための位相シフトを実現しながら2つの位相を生み出すことができる。インターフェース402におけるそのような成分と比較して、信号位相生成器132内に少なくとも1つの異なる位相を有する第5の成分406-5および第6の成分406-6は、第3のノード404-3(ノード「N1」)において合成されて、単一の位相を伴う第3の成分406-3を生み出す。インターフェース402におけるそのような成分と比較して、信号位相生成器132内に少なくとも1つの異なる位相を有する第7の成分406-7および第8の成分406-8は、第4のノード404-4(ノード「N2」)において合成されて、単一の位相を伴う第4の成分406-4を生み出す。第3の成分406-3および第4の成分406-4は、0°および180°などの、180°離れた位相を有し得る。
第1のポート330-1における第1の成分406-1および第2の成分406-2の0°と180°の位相は、第2のポート330-2における第3の成分406-3および第4の成分406-4の位相の0°と180°の位相に対して異なり得る。しかしながら、一方向信号334-1は、ビームフォーミング動作をサポートするために、第1のポート330-1における差動信号に対してシフトした位相を伴う、第2のポート330-2における差動信号として残り得る。位相シフタ130における、および特に、位相シフタ130の信号位相生成器132内の異なる位相が、図4-2、図5-1、および図5-2を参照して以下でさらに説明される。これらの位相は、図4-2において例示的なフェーザを使用してグラフィカルに、ならびに図5-1および図5-2において例示的な数字を使用して文字で示される。
図4-2は、信号位相生成器132およびベクトル変調器134を含む例示的な位相シフタ130を示す。図4-2は、複数のフェーザ452-1...452-12を介して信号の複数の成分の複数の位相を示す。信号334の複数の成分406-1...406-8が図4-1において明確に示されているが、明確にするためにこれらの成分は図4-2から省略される。図4-2の位相シフタ130は、一方向信号334-1を用いて説明される。ここで、位相シフタ130は、第2のポート330-2において一方向信号334-1を受け入れ、第1のポート330-1において一方向信号334-1の位相シフトされたバージョンを提供する。しかしながら、説明された原理は、双方向に実装される位相シフタ130に、および、第1のポート330-1から第2のポート330-2に伝播する一方向信号334-1を処理する位相シフタ130にも適用可能である。
図4-2の例示的なシナリオでは、信号位相生成器132は、第2のポート330-2から第1のポート330-1への信号の流れの方向202に沿って、ベクトル変調器134の前に一方向信号334-1に対して動作する。様々なノードにおける異なる信号成分の相対的な位相と振幅を視覚的に表現するために、信号成分の各位相はフェーザ図452を用いて示される。最初に、位相シフタ130は、第2のポート330-2において一方向信号334-1を受け入れる。第3のノード404-3において、一方向信号334-1の対応する信号成分は、フェーザ452-1によって表される45°の位相を有する。この例では、位相角がフェーザ図の軸により不明瞭にならないように、45°の位相が使用される。差動シグナリングにより、第4のノード404-4における対応する信号成分は、フェーザ452-2によって表されるように225°の位相を有する。
信号位相生成器132は、45°および225°の位相を伴う2つの信号成分を受け入れる。信号位相生成器132は、2つの追加の位相を生成し、4つの位相を4つの信号成分に広げる。位相のこの分散は、図5-1および図5-2を参照して以下でさらに説明される。4つの位相を伴う信号成分は、90°のインクリメントだけ離れており、インターフェース402において信号位相生成器132によって出力される。示されるように、第5のノード404-5における信号成分は、フェーザ452-3によって表されるように45°の位相を有し、第6のノード404-6における信号成分は、フェーザ452-4によって表されるように135°の位相を有する。したがって、第5のノード404-5および第6のノード404-6における信号成分間の位相差は90°である。第7のノード404-7における信号成分は、フェーザ452-5によって表されるように225°の位相を有し、第8のノード404-8における信号成分は、フェーザ452-6によって表されるように315°の位相を有する。4つのフェーザ452-3から452-6によって示されるように、インターフェース402を通って伝播している一方向信号334-1の信号成分の振幅は、ベクトル変調器134が一方向信号334-1に対して動作する前に実質的に等しい大きさを有する。
ベクトル変調器134は、位相制御信号208に応答して、一方向信号334-1の少なくとも1つの成分の振幅を調整する。この例では、ベクトル変調器134は、第5のノード404-5および第7のノード404-7を通って伝播する2つの信号成分の振幅を減らす。これは、それぞれフェーザ452-7およびフェーザ452-9における比較的短いフェーザの矢印を用いて、グラフィカルに表現されている。対照的に、ベクトル変調器134は、第6のノード404-6および第8のノード404-8を通って伝播する2つの信号成分の振幅を増やす。これは、それぞれフェーザ452-8およびフェーザ452-10における比較的長いフェーザの矢印を用いて、グラフィカルに表現されている。
ベクトル変調器134は、4つのフェーザ452-7から452-10における示される振幅および位相角を有する4つの成分を伴う、一方向信号334-1の4つの成分を出力する。信号成分は、差動信号として第1のポート330-1において出力するために「再合成」される。第1のノード404-1において、ベクトル変調器134による振幅調整の後で、第5のノード404-5および第6のノード404-6からの信号成分が合成されて、フェーザ452-11によって表されるような110°の位相を有する信号成分を生み出す。第2のノード404-2において、ベクトル変調器134による振幅調整の後で、第7のノード404-7および第8のノード404-8からの信号成分が合成されて、フェーザ452-12によって表されるような290°の位相を有する信号成分を生み出す。このようにして、位相シフタ130は、65°だけ(たとえば、45°から110°に、および225°から290°に)一方向信号334-1の位相をシフトすることができる。したがって、アンテナ素子を介して送信されることになる、または受信された、ワイヤレス信号のバージョンの位相は、ビームフォーミング動作をサポートするためにシフトされ得る。
図4-3は、400-3において、信号位相生成器132およびベクトル変調器134を含む例示的な位相シフタ130を全般的に示す。図4-3の上側部分に示されるように、位相シフタ130は、第1のポート330-1(P1)および第2のポート330-2(P2)という複数のポートを含む。示されるように、第1のポート330-1はベクトル変調器134に結合され、第2のポート330-2は信号位相生成器132に結合される。しかしながら、ポートへのこれらの結合は入れ替えられ得る。図4-1および図4-2に示される信号位相生成器132とベクトル変調器134との間のインターフェース402は、図4-3では省略される。
例示的な動作において、信号位相生成器132は、信号の第1の量の位相(たとえば、1つまたは2つ)を信号の第2の量の位相(たとえば、それぞれ2つまたは4つ)に変換する。特に信号位相生成器132、特にベクトル変調器134、または位相シフタ130は一般に、信号成分を再合成して、位相シフトされた信号をコンポーネントチェーンに沿って別の物理的コンポーネントに転送する前に、第2の量の位相から第1の量の位相に「戻す」ように変換し得る。したがって、信号位相生成器132は、信号のための1つまたは複数の位相を生成する。ベクトル変調器134は、位相制御信号208に基づいて、信号の少なくとも1つの位相の振幅を調整する。たとえば、ベクトル変調器134を使用して、同位相信号(I信号成分)または直角位相信号(Q信号成分)のうちの少なくとも1つの振幅を増やし、または減らすことによって、位相シフタ130は、第1のポート330-1と第2のポート330-2との間で位相シフタを通って伝播する信号の位相をシフトすることができる。
図4-3の下側部分に示されるように、信号は、異なる実装形態では、位相シフタ130にわたって異なる方向に流れ得る。これらの信号の流れの方向202は、破線の矢印により示される。位相シフタ130-2に示されるように、位相シフタにわたる信号の流れは、第1のポート330-1と第2のポート330-2との間で双方向であってもよく、これは、信号の流れの方向202の双方向の矢印により示される。位相シフタ130-13に示されるように、位相シフタにわたる信号の流れは、第1のポート330-1から第2のポート330-2への一方向であってもよく、これは、信号の流れの方向202の一方向の右を指す矢印によって示される。その結果、示されるアーキテクチャでは、位相シフタ130-13の信号の流れの方向202によって表されるように、信号位相生成器132が伝播する信号に対して動作する前に、ベクトル変調器134が伝播する信号に対して動作し得る。位相シフタ130-14に示されるように、位相シフタにわたる信号の流れは、第2のポート330-2から第1のポート330-1への一方向であってもよく、これは、信号の流れの方向202の一方向の左を指す矢印によって示される。その結果、位相シフタ130-14の信号の流れの方向202によって表されるように、信号位相生成器132が伝播する信号に対して動作した後に、ベクトル変調器134が伝播する信号に対して動作し得る。位相シフタ130-2の双方向の信号の流れの方向202に関して、信号位相生成器132とベクトル変調器134との間の信号処理の時間的な順序は、送信動作が行われているのか、または受信動作が行われているのか、および、どのポート330がアンテナ素子のより近くに結合されるかに依存する。
そのようには示されていないが、信号位相生成器132は、2つの「別々の」一方向信号位相生成器として実装され得る。(たとえば、図3-1の)RFフロントエンド128に関して、第1のポート330-1は、他のコンポーネント308に結合され、したがって信号カプラ306および(たとえば、図2の)トランシーバ126のより近くにあってもよく、第2のポート330-2は、増幅器310に結合され、したがってアンテナアレイ122のより近くにあってもよい。代替として、第2のポート330-2は、他のコンポーネント308に結合され、したがって信号カプラ306およびトランシーバ126のより近くにあってもよく、第1のポート330-1は、増幅器310に結合され、したがってアンテナアレイ122のより近くにあってもよい。信号位相生成器132およびベクトル変調器134の様々な配置およびアーキテクチャが、図6から図13-2を参照して以下で説明される。しかしながら、信号位相生成器132の例示的な実装形態が、図5-1および図5-2を参照して次に説明される。
図5-1は、増幅器当たり少なくとも1つの増幅段を有する、複数のキャパシタおよび複数の増幅器を含む例示的な信号位相生成器132の概略図を示す。したがって、信号位相生成器132は、複数の増幅器502-1、502-2、502-3、...、502-nを含み、「n」は1より大きい整数を表す。各増幅器502は、少なくとも1つの増幅段504(Amp Stage 504)を含む。信号位相生成器132はまた、複数のキャパシタ506-1、506-2、506-3、...、506-nを含み、「n」は1より大きい整数を表す。示されるように、(たとえば、n=4である例では)第1のキャパシタ506-1は「C1」とも表記され、第2のキャパシタ506-2は「C2」とも表記され、第3のキャパシタ506-3は「C3」とも表記され、第4のキャパシタ506-nは「C4」とも表記される。増幅器の「n」およびキャパシタの「n」は、同じまたは異なる整数に対応し得る。したがって、4つの増幅器および4つのキャパシタが明確に示されているが、代替として、より多数または少数の、そのようなコンポーネントのいずれかまたは両方が、所与の信号位相生成器132に含まれ得る。
いくつかの実装形態では、各ノード404は、信号位相生成器132を通って伝播する信号334の異なる位相に対応する。したがって、伝播信号334のための少なくとも1つの位相の生成を可能にするために、信号位相生成器132の1つの側におけるノードの量は、信号位相生成器132の別の側におけるノードの量と異なり得る。たとえば、信号位相生成器132の1つの側におけるノードの第1の量は1であり得るが、別の側における第2の量は2または3であり得る。図5-1に示される例では、伝播信号334は、2つのノード404-3および404-4を通過するので、それぞれ「P2+」および「P2-」によって表される、最大で2つの異なる位相を第2のポート330-2(P2)において有し得る。伝播信号334は、4つのノード404-5、404-6、404-7、および404-8を通過するので、それぞれ「I1」、「I3」、「I2」、および「I4」によって表される、最大で4つの異なる位相をインターフェース402において有し得る。
いくつかの態様では、信号334は差動信号を備える。そのような場合、2つのノード404-3から404-4における2つの位相は、差動同位相信号成分(差動同位相(I)信号成分)に対する0°および180°に対応し得る。信号334は、複数の増幅器502-1から502-nを通って第2のポート330-2からインターフェース402に伝播するので、2つの追加の位相が生成される。4つのノード404-5、404-6、404-7、および404-8における4つの位相はそれぞれ、差動I信号成分および差動直角位相信号成分(差動直角位相(Q)信号成分)に対する0°、90°、180°、および270°に対応し得る。いくつかの文脈では、0°の位相信号は「I+」信号と呼ばれ、90°位相信号は「Q+」信号と呼ばれ、180°位相信号は「I-」信号と呼ばれ、270°位相信号は「Q-」信号と呼ばれる。これらの位相は、複数の増幅器502-1から502-nの1つの側で、互いに対して相対的に示される。したがって、第3のノード404-3および第4のノード404-4における位相は、互いに180°離れている。同様に、第5のノード404-5から第8のノード404-8における位相は、互いに90°離れている。しかしながら、第3のノード404-3における「0°の位相」は、第5のノード404-5における「0°の位相」とは異なり得る。所与の増幅段504において、複数の増幅器502-1から502-4にわたって分散される信号334の4つの信号成分は、0度、90度、180度、および270度という相対的な位相を有する。
例示的な実装形態では、複数の増幅器502-1から502-nは、第2のポート330-2とインターフェース402との間の並列配置においてカラム回路へと結合される。複数のキャパシタ506-1から506-nは、複数の増幅器502-1から502-nを一緒に結合して、ループ512を形成する。複数のキャパシタ506-1から506-nの各々のそれぞれのキャパシタ506は、連続する増幅器のそれぞれのペア間で結合され、ループ512を形成する。たとえば、第1のキャパシタ506-1は第1の増幅器502-1と第2の増幅器502-2との間で結合され、これらは、ループ512に関する連続する増幅器のそれぞれのペアを備える。第2のキャパシタ506-2は第2の増幅器502-2と第3の増幅器502-3との間で結合され、これらは、連続する増幅器の別のそれぞれのペアを備える。第3のキャパシタ506-3は第3の増幅器502-3と第4の増幅器502-4との間で結合され、「n」は4に等しい。また、第4のキャパシタ506-4は第4の増幅器502-4と第1の増幅器502-1との間で結合され、これらは、ループ512に関する連続する増幅器のさらに別のペアを備える。所与の増幅器(たとえば、第1の増幅器502-1)で開始し、所与の増幅器に戻ることによって、キャパシタ結合は、複数の増幅器502-1から502-nを通るループ512を形成する。
例示的な動作において、第2のポート330-2からインターフェース402に、信号334が信号位相生成器132を通って伝播し、信号334のための少なくとも1つの追加の位相を生成する。ループ512を形成する複数のキャパシタ506-1から506-nにより、伝播信号334の位相は、複数の増幅器502-1から502-nにわたって分散される。より具体的には、信号位相成分の相対的な位相は、複数の増幅器502-1から502-nにわたって分散され、または補間され得る。括弧の中に示されるように、同位相と直角位相の両方の差動信号成分のための4つの位相(たとえば、0°、90°、180°、および270°)は、第2のポート330-2における同位相差動信号成分の2つの位相(たとえば、0°および180°)からインターフェース402において生成される。したがって、4つの信号成分が2つの信号成分から生み出される。以下で説明されるように、各キャパシタ506は、2つの連続する増幅器(たとえば、第2の増幅器502-2および第3の増幅器502-3)のそれぞれの増幅段504間に結合され得る。キャパシタ506は、たとえば、1つの増幅段504の入力端子と、2つの連続する増幅器の別の増幅段504の出力端子との間に結合され得る。増幅段504の例示的な実装形態が、図6以降を参照して、以下で説明される。
さらなる例示的な動作では、インターフェース402から第2のポート330-2への「反対の」方向に、逆の位相生成動作が行われる。したがって、この反対の方向に、同じ位相の2つの差動信号が、インターフェース402において入力信号として受け入れられてもよく、入力信号のうちの1つの位相を90度シフトし、かつ第2のポート330-2の合成された差動信号を生み出すような方式で、複数の増幅器502-1から502-nによって増幅されてもよい。この逆の動作は、たとえば、信号の流れの方向202について両矢印により示されるように、双方向の信号の流れを可能にする実装形態のために利用され得る。以下で示されるように、信号位相生成器132の一部の説明される実装形態は双方向であり、一部は一方向である。
動作の間、配電網508(PDN508)が、能動信号位相生成器132を実現するために、各増幅器502を流れる直流(DC)電流510(DC電流510)を提供する。配電網508は、少なくとも第1の配電ノードおよび第2の配電ノードを含み得る。より具体的には、DC電流510を提供するために、各増幅器502は、電源電圧ノード508-1とグラウンドノード508-2との間に結合され得る。電力供給される複数の増幅器502-1から502-nによって提供される増幅に基づいて、具体的には信号位相生成器132によって、もしくは一般的には(たとえば、図2および図4-1から図4-3の)位相シフタ130によって引き起こされる減衰を防ぎ、または少なくとも減らすために、第2のポート330-2とインターフェース402との間で、ある利得を実装することができ、または信号強度の増大を達成することができる。
図5-1に明確に示される実装形態は、4つの示される増幅器502-1から502-nの各々において1つの増幅段504を含む。しかしながら、代替の手法が実施されてもよい。たとえば、異なる量の増幅器が利用されてもよい。たとえば、8つの増幅器が利用される場合、信号334の位相は8つの増幅器にわたって分散され、その結果、各々の連続する位相は、90度ではなく45度離れている。追加または代替として、複数の段が利用されてもよい。一般に、単一の増幅段は、いくらかの所与の帯域幅において信号位相生成を提供することができる。使用可能な帯域幅を増やすために、1つまたは複数の増幅段が、各増幅器において単一の増幅段に追加され得る。2つより多くの増幅段が使用され得るが、わかりやすくするために、例示的な2つの増幅段の実装形態が図5-2を参照して説明される。
図5-2は、増幅器502当たり少なくとも2つの増幅段を利用する、複数のキャパシタおよび複数の増幅器を含む別の例示的な信号位相生成器132の概略図を示す。増幅器およびキャパシタの量が4より多くてもよく、または少なくてもよいが、説明を簡単にするために、本明細書において説明される多くの例では、両方の量が4である。示される例では、各増幅器502は2つ以上の増幅段を含む。一般に、増幅段の量が増えるにつれて、使用可能なシグナリング帯域幅は、信号位相生成器132について増大する。示されるように、各増幅器502は、第1の増幅段504-1(1st Amp Stage 504-1)および第2の増幅段504-2(2nd Amp Stage 504-2)という2つの段を含む。いくつかの態様では、第1の増幅段504-1は主要な増幅段として実装されてもよく、第2の増幅段504-2はカスコード増幅段またはカスケード増幅段として実装される。
例示的な実装形態では、各増幅段504のための複数のキャパシタを伴う、ループ512が作成される。したがって、図5-2では、信号位相生成器132は、第1のループ512-1および第2のループ512-2を含む。第1の増幅段504-1は、第1のループ512-1およびキャパシタの第1のセット516-1に対応する。キャパシタの第1のセット516-1は、複数のキャパシタ506-11、506-12、506-13、および506-14を含む。第1の増幅段504-1のキャパシタの第1のセット516-1について示されるように、第1のキャパシタ506-11は「C11」とも表記され、第2のキャパシタ506-12は「C12」とも表記され、第3のキャパシタ506-13は「C13」とも表記され、第4のキャパシタ506-14は「C14」とも表記される。キャパシタの第2のセット516-2は、複数のキャパシタ506-21、506-22、506-23、および506-24を含む。第2の増幅段504-2のキャパシタの第2のセット516-2について示されるように、第1のキャパシタ506-21は「C21」とも表記され、第2のキャパシタ506-22は「C22」とも表記され、第3のキャパシタ506-23は「C23」とも表記され、第4のキャパシタ506-24は「C24」とも表記される。
複数の増幅段があると、複数の増幅器502-1から502-4は、第2のポート330-2とインターフェース402との間の並列のカラム回路へと結合される。増幅器を実現するためのカラム回路の例示的な実装形態が、図6を参照して以下で説明される。第1の増幅段504-1は第2のポート330-2に結合され、第2の増幅段504-2はインターフェース402に結合される。キャパシタの第1のセット516-1の複数のキャパシタ506-11から506-14は、第1の増幅段504-1において複数の増幅器502-1から502-4を一緒に結合して、第1のループ512-1を形成する。複数のキャパシタ506-11から506-14の各々のそれぞれのキャパシタ506は、第1の増幅段504-1における連続する増幅器のそれぞれのペア間で結合され、第1のループ512-1を形成する。たとえば、第1のキャパシタ506-11は第1の増幅器502-1の第1の増幅段504-1と第2の増幅器502-2の第1の増幅段504-1との間で結合され、これらの増幅器は、第1のループ512-1に関する連続する増幅器のそれぞれのペアを備える。第2のキャパシタ506-12は、第2の増幅器502-2の第1の増幅段504-1と第3の増幅器502-3の第1の増幅段504-1との間に結合される。第3のキャパシタ506-13は、第3の増幅器502-3の第1の増幅段504-1と第4の増幅器502-4の第1の増幅段504-1との間に結合される。また、第4のキャパシタ506-14は第4の増幅器502-4の第1の増幅段504-1と第1の増幅器502-1の第1の増幅段504-1との間で結合され、これらの増幅器は、第1のループ512-1に関する連続する増幅器の別のペアを備える。
所与の増幅器(たとえば、第1の増幅器502-1)の第1の増幅段504-1において開始し、所与の増幅器の第1の増幅段504-1に戻ることによって、容量結合は、複数の増幅器502-1から502-4の第1の増幅段504-1を通じて第1のループ512-1を形成する。同様に、キャパシタの第2のセット516-2の複数のキャパシタ506-21から506-24は、第2の増幅段504-2において複数の増幅器502-1から502-4を一緒に結合して、第2のループ512-2を形成する。複数のキャパシタ506-21から506-24の各々のそれぞれのキャパシタ506は、第2の増幅段504-2における連続する増幅器のそれぞれのペア間で結合され、第2のループ512-2を形成する。
増幅器502ごとにより多くの増幅段504を追加することで、さらに、目標の周波数帯域幅にわたって信号位相生成器132の応答を広げ、または平らにすることができる。図5-1のように、位相は、複数の増幅器502-1から502-4の所与の側で、または増幅の所与の段において、互いに対して示される。したがって、所与の増幅段504に沿った位相は、示されるように互いに90°離れている。しかしながら、第1の増幅段504-1における「0°の位相」は、第2の増幅段504-2における「0°の位相」とは異なり得る。複数の増幅器502-1から502-4の第1の増幅段504-1および第2の増幅段504-2を実装するために使用され得る例示的な回路コンポーネントが、図6を参照して次に説明される。
図6は、少なくとも1つのトランジスタを使用して各々実装される、少なくとも2つの増幅段を有する複数の増幅器を伴う信号位相生成器132を含む例示的な位相シフタ130-60の概略図を示す。位相シフタ130-60は、ベクトル変調器134ならびに信号位相生成器132を含む。位相シフタ130-60は、第1のポート330-1、第2のポート330-2、およびインターフェース402を含む。示されるように、第1のポート330-1は、第1のノード404-1および第2のノード404-2という2つのノードを含む。インターフェース402は、第5のノード404-5、第6のノード404-6、第7のノード404-7、および第8のノード404-8という4つのノードを含む。第2のポート330-2は、第3のノード404-3および第4のノード404-4という2つのノードを含む。
例示的な実装形態では、信号位相生成器132の複数の増幅器502-1から502-4は、第2のポート330-2とインターフェース402との間に延びる複数のカラム回路602-1から602-4として実現され、各カラム回路602は1つまたは複数のトランジスタを含む。4つのカラム回路602-1、602-2、602-3、および602-4は、第2のポート330-2とインターフェース402との間の並列配置において結合される。具体的には、第1の増幅器502-1を含む第1のカラム回路602-1は、第2のポート330-2の第3のノード404-3とインターフェース402の第5のノード404-5との間に結合される。第2の増幅器502-2を含む第2のカラム回路602-2は、第3のノード404-3と第6のノード404-6との間に結合される。また、第3の増幅器502-3を含む第3のカラム回路602-3は、第4のノード404-4と第7のノード404-7との間に結合される。さらに、第4の増幅器502-4を含む第4のカラム回路602-4は、第4のノード404-4と第8のノード404-8との間に結合される。
各増幅器502の各増幅段504は、少なくとも1つのトランジスタ(「T##」)を用いて実装され得る。示されるように、第1の増幅器502-1、第2の増幅器502-2、第3の増幅器502-3、および第4の増幅器502-4の第1の増幅段504-1はそれぞれ、それぞれのカラム回路602-1、602-2、602-3、および602-4の各々の中のトランジスタT11、T12、T13、およびT14を用いて実装される。したがって、第1のループ512-1を形成するために、キャパシタC11はトランジスタT11とT12との間に結合され、キャパシタC12はトランジスタT12とT13との間に結合され、キャパシタC13はトランジスタT13とT14との間に結合され、キャパシタC14はトランジスタT14とT11との間に結合される。
第1の増幅器502-1、第2の増幅器502-2、第3の増幅器502-3、および第4の増幅器502-4の第2の増幅段504-2はそれぞれ、それぞれのカラム回路602-1、602-2、602-3、および602-4の各々の中のトランジスタT21、T22、T23、およびT24を用いて実装される。したがって、第2のループ512-2を形成するために、キャパシタC21はトランジスタT21とT22との間に結合され、キャパシタC22はトランジスタT22とT23との間に結合され、キャパシタC23はトランジスタT23とT24との間に結合され、キャパシタC24はトランジスタT24とT21との間に結合される。第1の増幅段504-1または第2の増幅段504-2において、各キャパシタは、あるトランジスタの入力端子と別のトランジスタの出力端子との間に結合されてもよく、その別のトランジスタは、それぞれの第1のループ512-1または第2のループ512-2に沿ったトランジスタのペアの連続するトランジスタである。
配電網508、電源電圧ノード508-1、およびグラウンドノード508-2は、反対方向を指すDC電流510の矢印を用いて、図6において2回示されている。いくつかの実装形態では、カラム回路602が結合される配電ノードは、信号位相生成器132のトランジスタにわたる双方向の信号の流れを可能にするために、選択的にスイッチングされる。各トランジスタ(T##)は、金属酸化物半導体(MOS)電界効果トランジスタ(FET)(MOSFET)として図6に示されている。しかしながら、各増幅段504は、ジャンクションFET(JFET)、バイポーラジャンクショントランジスタ(BJT)などの、別のタイプのトランジスタで実装され得る。MOSFETのための例示的な端子の接続、例示的なトランジスタの極性のタイプ、および例示的な増幅器の構成は、図7および図8を参照して説明される。
例示的な実装形態では、1つまたは複数の回路素子の値は、位相シフタ130の動作の目標周波数(たとえば、中心周波数または周波数範囲)に基づいて選択され得る。少なくとも1つのトランジスタ(T##)は、トランジスタの相互コンダクタンスを表す相互コンダクタンス(Gm)値と関連付けられる。少なくとも1つのキャパシタ(C##)は、キャパシタの容量を表す容量値と関連付けられる。いくつかの場合、トランジスタの相互コンダクタンス(Gm)値またはキャパシタの容量値のうちの少なくとも1つは、位相シフタの動作の目標周波数に基づく。たとえば、相互コンダクタンス(Gm)値と容量値の積は、位相シフタの動作の目標周波数に比例し得る。図7および図8を参照して説明されるように、信号位相生成器132の信号増幅は、信号334-2または334-1の1つまたは複数の信号位相成分を、複数のトランジスタT11からT14またはT21からT24に、それらのゲート端子またはチャネル端子を介して入力することによって達成され得る。
図7は、増幅器当たり2つの共通ゲート(CG)増幅段を有する、複数のキャパシタおよび複数の増幅器を含む例示的な信号位相生成器132を含む位相シフタ130-70の回路図を示す。したがって、各増幅段の各トランジスタは、共通ゲート増幅器として構成される。各キャパシタは、あるトランジスタの入力端子と別のトランジスタの出力端子との間に結合され、その別のトランジスタは、第1のループ512-1または第2のループ512-2に沿った連続するトランジスタである。各FETは、ゲート端子および少なくとも1つのチャネル端子という複数の端子を有する。たとえば、各FETは、ソース端子およびドレイン端子という2つのチャネル端子を含み得る。したがって、回路素子は、複数の端子タイプのうちの少なくとも1つの端子を介して所与のFETに結合されてもよく、各端子タイプは、ゲート端子、ソース端子、またはドレイン端子を含むグループから選択される。
例示的な実装形態では、トランジスタT11、T12、T13、およびT14は、第1の増幅段として、第2のポート330-2とインターフェース402との間に並列「配置」で一緒に結合される。トランジスタT21、T22、T23、およびT24は、第2の増幅段として、第2のポート330-2とインターフェース402との間に並列「配置」で一緒に結合される。トランジスタT11およびT21、トランジスタT12およびT22、トランジスタT13およびT23、ならびにトランジスタT14およびT24は、2つの配電ノード(図7に示されない)間に並列に整列された4つのそれぞれのカラム回路(たとえば、図6の4つのカラム回路602-1～602-4)へと一緒に結合される。バイアス電圧「Vb」を使用して、各トランジスタのゲート端子を介して、各トランジスタにバイアスをかけることができる。バイアス電圧Vbは、トランジスタのチャネルを通って伝播する信号の増幅を可能にするアナログ範囲へと、トランジスタにバイアスをかけることができる。各ゲート端子はまた、キャパシタ(図示せず)を使用してグラウンドにAC結合され得る。本明細書において説明される回路は、例としてnチャネルFETを利用するが、pチャネルFETが代替として利用されてもよい。
位相シフタ130-70において、両方の増幅段のトランジスタは、共通ゲート(CG)増幅器として構成される。したがって、トランジスタの入力端子および出力端子は、それらのチャネル端子、たとえばソース端子およびドレイン端子に対応する。各キャパシタは、連続するトランジスタのペアの一方トランジスタの入力端子および他方のトランジスタの出力端子を介して、連続するトランジスタのペア間に結合される。図7の左から右に、両方の増幅段の各キャパシタは、左の入力端子から右の出力端子に結合される。たとえば、インターフェース402から第2のポート330-2に伝播する信号のために、キャパシタC11は、トランジスタT11の入力端子とトランジスタT12の出力端子との間に結合される。この例では、トランジスタT11の入力端子はそのソース端子に対応し、トランジスタT12の出力端子はそのドレイン端子に対応する。CGプラスCGの実装形態の双方向の性質により、トランジスタの端子は、少なくとも1つの動作モードでは双方向信号334-2のための入力端子として、別の動作モードでは双方向信号334-2のための出力端子として機能し得る。ここで、動作モードは、受信動作モードおよび送信動作モードを含み得る。
したがって、キャパシタC11は、トランジスタT11のソース端子とトランジスタT12のドレイン端子との間に結合される。キャパシタC12は、トランジスタT12のソース端子とトランジスタT13のドレイン端子との間に結合される。キャパシタC13は、トランジスタT13のソース端子とトランジスタT14のドレイン端子との間に結合される。さらに、キャパシタC14は、トランジスタT14のソース端子とトランジスタT11のドレイン端子との間に結合されて、第1のループ512-1を形成する。同様に、キャパシタC21は、トランジスタT21のソース端子とトランジスタT22のドレイン端子との間に結合される。キャパシタC22は、トランジスタT22のソース端子とトランジスタT23のドレイン端子との間に結合される。また、キャパシタC23は、トランジスタT23のソース端子とトランジスタT24のドレイン端子との間に結合される。さらに、第2のループ512-2を形成するために、キャパシタC24は、トランジスタT24のソース端子とトランジスタT21のドレイン端子との間に結合される。
図7に示されるように2つの増幅段のためにCGプラスCGの構成を使用することで、双方向信号334-2のための両矢印により表されるように、位相シフタ130-7の少なくとも信号位相生成器132部分について双方向の信号の流れが可能になる。上で説明されたように、少なくともトランジスタカラムの両側の電源電圧ノード508-1またはグラウンドノード508-2への接続は、双方向の信号の流れを選択的に可能にするようにスイッチング可能に制御され得る。例示的な動作では、信号334-2は、インターフェース402から第2のポート330-2に流れ得る。たとえば、信号334-2の少なくとも1つの位相は、第5のノード404-5からトランジスタT11のソース端子に、そのチャネルを通って、そのドレイン端子に伝播し得る。この伝播の間に、4つのキャパシタC11、C12、C13、およびC14のキャパシタ結合に基づいて、信号334-2の位相は、4つのトランジスタT11、T12、T13、およびT14にわたって分散される。トランジスタT11のドレイン端子から、信号334-2の少なくとも1つの位相は、トランジスタT21のソース端子に、そのチャネルを通って、そのドレイン端子に伝播し続ける。この伝播の間に、4つのキャパシタC21、C22、C23、およびC24のキャパシタ結合に基づいて、信号334-2の位相は、4つのトランジスタT21、T22、T23、およびT24にわたって分散される。トランジスタT21のドレイン端子における信号334-2の少なくとも1つの位相は、第2のポート330-2からの転送のために、第3のノード404-3におけるトランジスタT22のドレイン端子からの信号334-2の別の位相と合成される。
図8は、増幅器ごとに共通ソース(CS)増幅段および共通ゲート(CG)増幅段を有する、複数のキャパシタおよび複数の増幅器を含む例示的な信号位相生成器132を含む位相シフタ130-80の回路図を示す。位相シフタ130-80の信号位相生成器132は、図7の位相シフタ130-70の信号位相生成器132と同様である。しかしながら、第1の増幅段のトランジスタT11、T12、T13、およびT14は、図8の共通ソース(CS)増幅器として構成される。したがって、これらのCSで構成されるトランジスタの各々に対して、入力端子はトランジスタのゲート端子に対応し、出力端子はトランジスタのドレイン端子に対応する。示されるように、第1の増幅段の各トランジスタのソース端子は、グラウンドノード508-2に結合される。
図7の信号位相生成器132と同様に、各キャパシタは、あるトランジスタの入力端子と別のトランジスタの出力端子との間に結合され、その別のトランジスタは、第1のループ512-1または第2のループ512-2に沿った連続するトランジスタである。しかしながら、容量結合の方向は、CGで構成されるトランジスタT21からT24と比較して、CSで構成されるトランジスタT11からT14では異なる。たとえば、第1の増幅器カラム回路と第2の増幅器カラム回路との間で左から右に、キャパシタC21が、トランジスタT21の入力端子(たとえば、ソース端子)からトランジスタT22の出力端子(たとえば、ドレイン端子)に結合される。対照的に、第1の増幅器カラム回路と第2の増幅器カラム回路との間でさらに左から右に、キャパシタC12が、トランジスタT11の出力端子(たとえば、ドレイン端子)からトランジスタT12の入力端子(たとえば、ゲート端子)に結合される。したがって、共通ソース(CS)増幅器構成の効果を考慮するために、容量結合の方向は、トランジスタT11からT14では、トランジスタT21からT24の容量結合の方向とは「逆にされる」。共通ソース増幅器では、トランジスタは伝播信号の符号または極性を180度反転させ、これは、それぞれのトランジスタに対して負の相互コンダクタンス(Gm)と同等である。この負の相互コンダクタンス(Gm)を打ち消すために、第1のループ512-1の容量結合の方向も同様に反転させられる。
逆にされた容量結合の方向により、次のようにキャパシタC11からC14が結合され、第1のループ512-1を形成する。キャパシタC12は、トランジスタT11のドレイン端子とトランジスタT12のゲート端子との間に結合される。キャパシタC13は、トランジスタT12のドレイン端子とトランジスタT13のゲート端子との間に結合される。キャパシタC14は、トランジスタT13のドレイン端子とトランジスタT14のゲート端子との間に結合される。さらに、キャパシタC11は、トランジスタT14のドレイン端子とトランジスタT11のゲート端子との間に結合されて、第1のループ512-1を形成する。
2つの増幅段のためにCSプラスCGの構成を使用すると、一方向信号334-1のための片矢印により表されるように、位相シフタ130-80の少なくとも信号位相生成器132部分について一方向の信号の流れが生じる。例示的な動作では、信号334-1は、インターフェース402から第2のポート330-2に流れ得る。たとえば、信号334-1の少なくとも1つの位相は、第5のノード404-5からトランジスタT11のゲート端子に伝播し、そのチャネルに渡され、次いでそのドレイン端子に伝播され得る。この信号の流れの間に、4つのキャパシタC11、C12、C13、およびC14の容量結合に基づいて、信号334-1の位相は、4つのトランジスタT11、T12、T13、およびT14にわたって分散され、それにより、信号334-1のための少なくとも1つの追加の位相を生成する。トランジスタT11のドレイン端子から、信号334-1の少なくとも1つの位相は、トランジスタT21のソース端子に、そのチャネルを通って、そのドレイン端子に伝播し続ける。この伝播の間に、4つのキャパシタC21、C22、C23、およびC24の容量結合に基づいて、信号334-1の位相は、4つのトランジスタT21、T22、T23、およびT24にわたって分散される。トランジスタT21のドレイン端子における信号334-1の少なくとも1つの位相は、第2のポート330-2からの転送のために、第3のノード404-3におけるトランジスタT22のドレイン端子からの信号334-1の別の位相と合成される。
位相シフタ130の信号位相生成器132部分の2つの例示的な実装形態が、図7および図8を参照して上で説明された。ベクトル変調器134の異なる例示的な実装形態、および位相シフタ130を実現するための信号位相生成器132との関連する関係が、図9から図13-2を参照して説明される。
図9は、抵抗器(R)を使用して実装される信号位相生成器132および受動ベクトル変調器134を含む例示的な位相シフタ130-90を示す。位相シフタ130-90は(図7の)位相シフタ130-70と同等であり、それは、これらの両方が、各増幅器の分岐の2つの増幅段に対してCG-CG構成を利用するからである。しかしながら、複数の分圧器を含むベクトル変調器134の例示的な実装形態が、図9に示される。
一般に、位相シフタ130-90は、スイッチ904を介して電源ノード508-1とグラウンドノード508-2との間に結合されることによって電力を受け取る。第2のポート330-2は、少なくとも1つのインダクタ902-1およびスイッチ904-1を介して、電源ノード508-1またはグラウンドノード508-2にスイッチング可能に結合される。インターフェース402が、信号位相生成器132とベクトル変調器134の1つの側との間に結合される。ベクトル変調器134の別の側は第1のポート330-1に結合される。第1のポート330-1は、少なくとも1つのインダクタ902-2およびスイッチ904-2を介して、グラウンドノード508-2または電源ノード508-1にスイッチング可能に結合される。1つのシグナリング方向に対する動作の間に、DC電流510は、スイッチ904-1を通って、位相シフタ130-90を通って、スイッチ904-2を通って、グラウンド508-2に、電源ノード508-1から「下流に」流れ得る。双方向機能のための反対のシグナリング方向に対する動作の間に、DC電流510は、2つのスイッチ904-1および904-2の場所を変更することによって、インダクタ902-2からインダクタ902-1に「上流に」流れ得る。図9の例では、DC電流510は、位相シフタ130-90の信号位相生成器132とベクトル変調器134の両方の増幅器分岐を流れる。
例示的な実装形態では、ベクトル変調器134は、第5のノード404-5から第8のノード404-8を介して、インターフェース402において信号位相生成器132に結合される。ベクトル変調器134は、信号位相生成器132の複数の増幅器カラム回路にそれぞれ対応する複数の部分を含む。ベクトル変調器134は、抵抗器Rから形成される複数の分圧器を含み、各抵抗器Rは、複数の調整可能な抵抗器の調整可能な抵抗器として実装され得る。ベクトル変調器134の各々のそれぞれの部分は、それぞれの分圧器を含む。各分圧器は、複数の調整可能な抵抗器の調整可能な抵抗器のペアを含む。示されるように、信号位相生成器132の各増幅器分岐に対して1つの、4つの分圧器がある。各分圧器は、それぞれの分圧器を通って伝播する信号334-2の信号成分の振幅、およびしたがって信号334-2のそれぞれの位相を調整することができる。たとえば、分圧器906は、抵抗器R1および抵抗器R2という2つの抵抗器を含む。抵抗器R1は、第1のポート330-1の第1のノード404-1とインターフェース402の第5のノード404-5との間に結合される。抵抗器R2は、第5のノード404-5とグラウンドノード508-2との間に結合される。
したがって、動作において、ベクトル変調器134は、信号334-2の信号成分の振幅、および、したがって信号334-2の少なくとも1つの位相を調整するために、少なくとも1つの電圧を分けている。分圧器906は、第1のノード404-1と第5のノード404-5との間を流れる信号の成分の振幅を減衰することができる。減衰のレベルは、調整可能な抵抗器を利用することによって調整可能である。示されるように、各抵抗器Rは、(たとえば、図2、図3-1から図3-3、および図4-1から図4-3の)位相制御信号208に基づいて調整され得る抵抗値を有する調整可能な抵抗器を備える。各々の調整可能な抵抗器Rは、1つまたは複数のトランジスタ、1つまたは複数の「静的な」抵抗素子、少なくとも1つのスイッチ、それらの組合せなどを使用して実装され得る。たとえば、複数のトランジスタまたは抵抗素子の各々の個別の1つは、各々のそれぞれのトランジスタまたは抵抗素子を接続または解放することができるそれぞれのスイッチと結合され得る。複数のトランジスタまたは抵抗素子は、各々の個別のトランジスタまたは抵抗素子と直列に結合されるそれぞれのスイッチを開き、または閉じることによって、各々の調整可能な抵抗器Rのために異なる抵抗値が確立され得るように、互いに関して並列に一緒に結合され得る。代替として、複数のトランジスタまたは抵抗素子が互いに関して直列に一緒に結合されてもよく、それらの各々がまた、調整可能な抵抗器Rの抵抗値を確立するために個々のコンポーネントを接続または解放するためにスイッチと並列に個別に結合される。しかしながら、調整可能な抵抗器は他の手法を使用して構築され得る。
ベクトル変調器134はまた、ある極性のポートノードを別の極性の分圧器にスイッチング可能に結合できる、2つの抵抗器R3を含む。たとえば、左の抵抗器R3は、第1のノード404-1と第7のノード404-7との間のスイッチ908と直列に結合される。したがって、抵抗器R3は、差動信号の一方の極性(たとえば、プラス部分またはマイナス部分)を有する第1のノード404-1を、他方の極性(たとえば、それぞれマイナス部分またはプラス部分)を有する第2のノード404-2に対応する第7のノード404-7に結合することができる。これらの2つの抵抗器R3は、2つのスイッチ908のそれぞれ1つを使用して回路に接続され、または回路から切断され得る。2つの抵抗器R3が接続される場合、ベクトル変調器134が0～90度から90～180度へと位相シフト範囲をシフトすることを可能にする、180度の迂回経路が生み出される。一般に、調整可能な抵抗器のペア(たとえば、抵抗器R1およびR2)の調整可能な抵抗器(たとえば、抵抗器R1)は、位相シフタ130の第1のプラスノード(たとえば、第1のノード404-1)と第2のプラスノード(たとえば、第5のノード404-5)との間に結合され得る。さらに、複数の調整可能な抵抗器のうちの少なくとも1つの調整可能な抵抗器(たとえば、抵抗器R3)は、位相シフタ130の第1のプラスノード(たとえば、第1のノード404-1)とマイナスノード(たとえば、第7のノード404-7)との間に結合される。
双方向信号334-2のための両矢印によって表されるように、位相シフタ130-90の信号位相生成器132とベクトル変調器134の両方が双方向である。したがって、位相シフタ130-90は、図3-2の例示的なコンポーネントチェーンのように、双方向に動作し得る。しかしながら、DC電流510は、ベクトル変調器134の抵抗器R、ならびに信号位相生成器132のトランジスタを流れる。その結果、ベクトル変調器134の抵抗器Rは、トランジスタの相互コンダクタンス(Gm)値に影響し、何らかの非線形性をもたらす。対照的に、共通ソース(CS)増幅器構成により、図10に示されるベクトル変調器134を流れるDC電流510は、信号位相生成器132を流れるDC電流と同じではない。
図10は、抵抗器を使用して実装される信号位相生成器132および受動ベクトル変調器134を含む別の例示的な位相シフタ130-100を示す。位相シフタ130-100は(図8の)位相シフタ130-80と同等であり、それは、これらの両方が、各々の増幅器分岐またはカラム回路602の2つの増幅段に対してCS-CG構成を利用するからである。位相シフタ130-100は(図9の)位相シフタ130-90とも類似しており、それは、ベクトル変調器134が複数の分圧器を使用して実装されるからである。しかしながら、トランジスタT11からT14のCS増幅器構成により、位相シフタ130-100のDC電流510の流れは、位相シフタ130-90のDC電流の流れと異なる。
トランジスタT11からT14のCS増幅器構成により、DC電流510は、電源ノード508-1から、トランジスタT21からT24を通り、トランジスタT11からT14を通り、次いでグラウンドノード508-2に流れる。その結果、DC電流510は、ベクトル変調器134の抵抗器Rを流れない。これは、プロセス-電圧-温度(PVT)のバリエーションにわたってより安定したまたは予測可能な性能を実現し、利得向上の機会を提供する。しかしながら、信号はゲート端子からトランジスタT11からT14のチャネルに渡されるので、このアーキテクチャは、信号位相生成器132にわたって一方向の信号の流れを、したがって、図3-3のように位相シフタ130にわたって一方向の信号の流れをもたらし、これは、一方向信号334-1の片矢印によって表される。したがって、この場合、ベクトル変調器134は、信号位相生成器132が伝播信号334-1に対して動作するより前に、伝播信号334-1に対して動作する。
図11は、トランジスタのバンクを使用して実装される信号位相生成器132および能動ベクトル変調器134を含む例示的な位相シフタ130-110を示す。位相シフタ130-110は(図7の)位相シフタ130-70と同等であり、それは、これらの両方が、各々の増幅器分岐またはカラム回路602の2つの増幅段に対してCG-CG構成を利用するからである。しかしながら、複数のトランジスタを含むベクトル変調器134の例示的な実装形態が、図11に示される。
例示的な実装形態では、複数のトランジスタは、トランジスタの複数のバンク1102-1、1102-2、1102-3、および1102-4へと編成される。トランジスタの各々のそれぞれのバンク1102は、ベクトル変調器134の複数の部分のそれぞれの部分に対応する。したがって、トランジスタの各々のそれぞれのバンク1102は、インターフェース402を介して信号位相生成器132の複数の増幅器のそれぞれの増幅器と、位相シフタ130-110の第1のポート330-1の少なくとも1つのノードとの間に結合される。トランジスタの各バンク1102は、複数のトランジスタT11からT14のそれぞれのトランジスタと第1のポート330-1のノードとの間に互いに関して並列に結合される複数のトランジスタを含む。たとえば、トランジスタの第1のバンク1102-1の複数のトランジスタは、それらのチャネル端子を介して、インターフェース402の第5のノード404-5とグラウンドノード508-2との間に、並列に一緒に結合される。トランジスタの第2のバンク1102-2は、そのチャネル端子を介して、第6のノード404-6とグラウンドノード508-2との間に結合される。さらに、トランジスタの第3のバンク1102-3は、第7のノード404-7とグラウンドノード508-2との間に結合され、トランジスタの第4のバンク1102-4は、第8のノード404-8とグラウンドノード508-2との間に結合される。トランジスタの第1のバンク1102-1およびトランジスタの第2のバンク1102-2のトランジスタのゲート端子は、第1のポート330-1の第1のノード404-1に結合される。トランジスタの第3のバンク1102-3およびトランジスタの第4のバンク1102-4のトランジスタのゲート端子は、第1のポート330-1の第2のノード404-2に結合される。図11において、例として、第1のポート330-1の第1のノード404-1および第2のノード404-2は、直接、1つまたは複数のキャパシタを介して、などで、別の物理的コンポーネントに結合され得る。
例示的な動作において、第1の位相を有し得る一方向信号334-1の少なくとも1つの成分は、トランジスタの第1のバンク1102-1とトランジスタの第2のバンク1102-2の両方の複数のトランジスタのゲート端子に適用される。第2の位相を有し得る、信号334-1の少なくとも1つの他の成分は、トランジスタの第3のバンク1102-3とトランジスタの第4のバンク1102-4の両方の複数のトランジスタのゲート端子に適用される。トランジスタの各バンク1102は、トランジスタの対応するそれぞれのバンク1102を介してベクトル変調器134を通って伝播している信号334-1のそれぞれの成分の振幅を調整するように電流を導く。トランジスタの所与のバンク1102のトランジスタの量は、トランジスタの所与のバンク1102を流れる電流の量を調整するために、(たとえば、図2、図3-1から図3-3、および図4-1から図4-3の)位相制御信号208に応答してオンまたはオフされ得る。したがって、動作において、ベクトル変調器134は、信号334-1の信号成分の振幅、および、したがって信号334-1の少なくとも1つの位相を調整するために、電流を導く。図11には示されていないが、90度より大きい位相シフトを達成するために、差動信号の一方の極性と他方の極性との間で切り替え可能な接続を伴う経路が、(たとえば、図9と図10の抵抗器R3およびスイッチ908と同様の方式で)ベクトル変調器134の一部として含まれ得る。また、この場合、ベクトル変調器134は、信号位相生成器132が伝播信号334-1に対して動作するより前に、伝播信号334-1に対して動作する。
位相シフトの分解能、または位相シフトのインクリメントの粒度は、トランジスタの各バンク1102の中のトランジスタの量に一部依存する。位相シフトの分解能はまた、トランジスタの各バンク1102の中のトランジスタの1つまたは複数のサイズに少なくとも一部依存し得る。たとえば、分解能は、異なるサイズのトランジスタを含むことにより向上し得る。異なるサイズは、バイナリ加重またはサーモメータコーディングなどの、複数の手法のいずれかを使用して決定され得る。したがって、トランジスタの所与のバンク1102内のトランジスタのサイズは、互いに関して変化し得る。位相シフタ130-110を通って伝播する信号の位相をシフトするために、ベクトル変調器134またはトランジスタのバンク1102の各部分が、位相制御信号208に応答して別々に制御されて、トランジスタのそれぞれのバンク1102を通って伝播する対応する信号成分のそれぞれの振幅を別々に調整することができる。代替として、トランジスタのバンクはペアで制御され得る。これらの方式では、トランジスタの1つのバンク1102の中の位相制御信号208によってオンもしくはオフされるトランジスタの量またはトランジスタのサイズは、トランジスタの異なるバンクの中の位相制御信号208によってオンまたはオフされるトランジスタの量またはサイズとは少なくとも部分的に無関係であり得る。
図12は、トランジスタのバンクを使用して実装される信号位相生成器132および能動ベクトル変調器134を含む別の例示的な位相シフタ130-120を示す。位相シフタ130-120は(図8の)位相シフタ130-80と同等であり、それは、これらの両方が、各々の増幅器分岐またはカラム回路602の2つの増幅段に対してCS-CG構成を利用するからである。位相シフタ130-120は(図11の)位相シフタ130-110とも同様であり、それは、ベクトル変調器134が複数のトランジスタを使用して実装されるからである。しかしながら、第1の増幅段のためのCS増幅器構成に加えて、位相シフタ130-120の動作の順序は、位相シフタ130-110の動作の順序と比較して異なる。より具体的には、この場合、信号位相生成器132は、ベクトル変調器134が伝播信号334-1に対して動作するより前に、伝播信号334-1に対して動作する。
例示的な実装形態では、一方向信号334-1は、第2のポート330-2を介して信号位相生成器132に提供され得る。ここで、第2のポート330-2の第3のノード404-3は、トランジスタT11およびT12の入力端子に結合され、この入力端子は、このCS増幅器構成のためのゲート端子を備える。第2のポート330-2の第4のノード404-4は、トランジスタT13およびT14の入力端子に結合され、この入力端子は、このCS増幅器構成のためのゲート端子を備える。インターフェース402の第4のノード404-5から404-8は、信号位相生成器132をベクトル変調器134に結合する。
ベクトル変調器134の複数のトランジスタは、トランジスタの複数のバンク1202-1、1202-2、1202-3、および1202-4へと編成される。トランジスタの各々のそれぞれのバンク1202は、インターフェース402のそれぞれのノードおよび第1のポート330-1の少なくとも1つのノードを介して、信号位相生成器132の複数の増幅器のそれぞれの増幅器間に結合される。トランジスタの各バンク1202は、複数のトランジスタT21からT24のそれぞれのトランジスタと第1のポート330-1のノードとの間に互いに関して並列に結合される複数のトランジスタを含む。たとえば、トランジスタの第1のバンク1202-1の複数のトランジスタは、それらのチャネル端子を介して、第5のノード404-5と第1のノード404-1との間に、並列に一緒に結合される。第1のノード404-1および第2のノード404-2は、少なくとも1つのインダクタ902-1を介して電源ノード508-1に結合される。したがって、伝播信号334は、(たとえば、変圧器として)インダクタ902-1に誘導的に結合される、別のインダクタ(図示せず)を介して別の物理的コンポーネントに電磁気的に結合され得る。
例示的な動作において、信号位相生成器132は、第2のポート330-2を通って伝播する信号成分と比較して、インターフェース402を通って伝播する一方向信号334-1の信号成分のための少なくとも1つの追加の位相を生成する。インターフェース402から、少なくとも1つの位相を含む、信号334-1のそれぞれの成分は、トランジスタの第1のバンク1202-1、第2のバンク1202-2、第3のバンク1202-3、および第4のバンク1202-4の複数のトランジスタのソース端子に提供される。トランジスタの各バンク1202は、トランジスタの対応するそれぞれのバンク1202を通ってベクトル変調器134にわたり伝播している信号334-1のそれぞれの成分の振幅を調整するように電流を導く。トランジスタの所与のバンク1202のトランジスタの量は、トランジスタの所与のバンク1202を流れる電流の量を調整するために、(たとえば、図2、図3-1から図3-3、および図4-1から図4-3の)位相制御信号208に応答してオンまたはオフされ得る。このようにして、ベクトル変調器134は、信号334-1の成分の振幅を調整するために電流の誘導を使用する。第1のポート330-1において第1のノード404-1と第2のノード404-2による成分の再合成の後で、一方向信号334-1の位相は、アンテナビームフォーミングをサポートするために、図4-1および図4-2を参照して上で説明されたようにシフトされている。
位相シフトの分解能、または位相シフトのインクリメントの粒度は、トランジスタの各バンク1202の中のトランジスタの量に一部依存する。位相シフトの分解能はまた、トランジスタの各バンク1202の中のトランジスタの1つまたは複数のサイズに少なくとも一部依存し得る。たとえば、分解能は、異なるサイズのトランジスタを含むことにより向上し得る。異なるサイズは、バイナリ加重またはサーモメータコーディングなどの、複数の手法のいずれかを使用して決定され得る。したがって、トランジスタの所与のバンク1202内のトランジスタのサイズは、互いに関して変化し得る。位相シフタ130-120を通って伝播する信号の位相をシフトするために、ベクトル変調器134またはトランジスタのバンク1202の各部分が、位相制御信号208に応答して別々に制御されて、トランジスタのそれぞれのバンク1202を通って伝播する対応する信号成分のそれぞれの振幅を別々に調整することができる。代替として、トランジスタのバンクはペアで制御され得る。これらの方式では、トランジスタの1つのバンク1202の中の位相制御信号208によってオンもしくはオフされるトランジスタの量またはトランジスタのサイズは、トランジスタの異なるバンクの中の位相制御信号208によってオンまたはオフされるトランジスタの量またはサイズとは少なくとも部分的に無関係であり得る。
図13-1は、複数の可変利得増幅器(VGA)として構成されるトランジスタのバンクを使用して実装される信号位相生成器132および能動ベクトル変調器134を含む例示的な位相シフタ130-130を示す。位相シフタ130-130は(図7の)位相シフタ130-70と同等であり、それは、これらの両方が、各々の増幅器分岐またはカラム回路602の2つの増幅段に対してCG-CG構成を利用するからである。しかしながら、各VGAの中の複数のトランジスタを含むベクトル変調器134の例示的な実装形態が、図13-1に示される。ベクトル変調器134の各VGAのこれらの複数のトランジスタは、図13-1から省略されているが、図13-2では明確に示されている。図13-2を参照してさらに説明されるように、位相シフタ130-130は、双方向信号334-2によって示されるように、能動信号位相生成器132および能動ベクトル変調器134を用いて双方向に動作し得る。
例示的な実装形態では、ベクトル変調器134の複数のトランジスタは、複数の可変利得増幅器1302-1、1302-2、1302-3、および1302-4へと編成される。各可変利得増幅器(VGA)は、双方向VGAとして実現され得る。各々のそれぞれの可変利得増幅器1302(VGA1302)は、インターフェース402および第1のポート330-1を介して、信号位相生成器132の複数の増幅器のそれぞれの増幅器間に結合される。位相シフタ130-130は、他のコンポーネント308(図3の他のコンポーネント、または図13-1の上部に示されるような信号カプラ306)と少なくとも1つの増幅器310との間に結合される。増幅器310は、コンポーネントチェーンのLNA310-2またはPA310-1(図13-1の下部に示されるように)を含んでもよく、これは図3-1および図3-2に示されるようにアンテナ素子に結合される。VGA1302-1および1302-3について示されるように、各VGA1302は、ノード1350、ノード1352、およびノード1354という3つのノード間に結合され得る。
VGA1302-1を用いて、ノード1350はインターフェース402の第5のノード404-5に結合される。ノード1352は第1のポート330-1の第1のノード404-1を介してLNA310-2に結合され、ノード1354は第1のポート330-1の別の第1のノード404-1を介してPA310-1に結合される。VGA1302-2はPA310-1およびLNA310-2に同様に結合されるが、代わりにインターフェース402の第6のノード404-6に結合される。しかしながら、2つのVGA1302-3および1302-4は異なるように結合される。VGA1302-3を用いて、ノード1350はインターフェース402の第7のノード404-7に結合される。ノード1352は第1のポート330-1の第2のノード404-2を介してLNA310-2に結合され、ノード1354は第1のポート330-1の別の第2のノード404-2を介してPA310-1に結合される。VGA1302-4はPA310-1およびLNA310-2に同様に結合されるが、代わりにインターフェース402の第8のノード404-8に結合される。動作において、ベクトル変調器134は、信号334-2の信号成分の振幅、および、したがって信号334-2の少なくとも1つの位相を調整するために、可変の利得を適用している。VGA1302の例示的な実装形態が、図13-2を参照して以下で説明される。
図13-2は、図13-1の能動ベクトル変調器134において使用され得る例示的な双方向VGA1302を示す。図13-2に示されるノード1350、1352、および1354は、図13-1に示されるものに対応する。図13-2のVGA1302は、少なくとも1つのインダクタもしくは変圧器を介して、図13-1の位相シフタ130-130の残りに、またはコンポーネントチェーンに沿って別のコンポーネントに結合され得る。代替または追加として、VGA1302のトランジスタは、p型MOS(PMOS)構成を使用して実現され得る。示される構成では、3つの分岐回路1304-1、1304-2、および1304-3はそれぞれ、トランジスタの3つのセット1308-1、1308-2、および1308-3、3つのスイッチ1310-1、1310-2、および1310-3、3つのインダクタ1318-1、1318-2、および1318-3、ならびに3つのキャパシタ1320-1、1320-2、および1320-3を含む。第1の分岐回路1304-1、第2の分岐回路1304-2、および第3の分岐回路1304-3は、共通ノード1306とノード1350、1352、および1354のそれぞれ1つとの間に結合される。
スイッチ1310-1から1310-3は各々、極および2つの投を含む。3つの極がそれぞれインダクタ1318-1から1318-3に結合され、2つの投の各々がそれぞれ電源電圧ノード508-1またはグラウンドノード508-2に結合される。スイッチ1310-1から1310-3は各々、電源電圧ノード508-1またはグラウンドノード508-2にトランジスタの対応するそれぞれのセット1308-1から1308-3を選択的に接続するように構成される。示されるように、個々のスイッチ1310-1から1310-3は、ポート1350、1352、または1354のうちの2つの間に直列に結合されないので、スイッチ1310-1から1310-3は、(図3-1および図3-2の)低雑音増幅器310-2を介した受信動作または電力増幅器310-1を介した送信動作のための信号伝播経路内にない。このようにして、この例示的なVGA1302では、伝播経路に配設されるスイッチと関連付けられる損失を避けることができる。
インダクタ1318-1から1318-3はそれぞれ、スイッチ1310-1から1310-3のそれぞれの極と、トランジスタのセット1308-1から1308-3との間に結合される。インダクタ1318-1から1318-3は、バンドパス応答を提供するために所望の周波数で共振するように構成される。具体的には、インダクタ1318-1から1318-3は、VGA1302の出力により高い周波数を通し、より低い周波数を減衰するように構成される。トランジスタの対応するセット1308-1から1308-3が、(たとえば、図13-1の)ベクトル変調器134のためのVGA1302の電流を誘導するトランジスタのセットとして動作する場合、各インダクタ1318-1から1318-3はダミー負荷としても動作する。キャパシタ1320-1から1320-3は、スイッチ1310-1から1310-3のそれぞれの極とグラウンドノード508-2との間に結合される。このようにして、キャパシタ1320-1から1320-3は、高周波信号がスイッチ1310-1から1310-3において小さいインピーダンスを「見る」ようにする、バイパスキャパシタを備える。いくつかの実装形態では、キャパシタ1320-1から1320-3は省略され得る。
トランジスタのセット1308-1から1308-3の各々は、それぞれのゲート端子1326-1、1326-2、および1326-3、それぞれのチャネル端子1328-1、1328-2、および1328-3、ならびにそれぞれの他のチャネル端子1330-1、1330-2、および1330-3を含む。加えて、トランジスタのセット1308-1から1308-3の各々は、少なくとも1つの共通ゲート増幅器1332を含む。トランジスタのセット1308-1から1308-3のうちの1つまたは複数が複数の共通ゲート増幅器1332を含む場合、複数の共通ゲート増幅器1332は並列に一緒に接続される。一般に、共通ゲート増幅器1332は対称であるので、DC電流は、スイッチ1310を介して提供されるバイアス電圧に基づいて、チャネル端子1328から他のチャネル端子1330に、または他のチャネル端子1330からチャネル端子1328に流れることができる。これは、双方向VGA1302の総方向動作を可能にする。
ゲート端子1326-1から1326-3は電圧生成器(図示せず)に結合され、これは、ワイヤレスインターフェースデバイス120内で実装されてもよく、個々のゲート電圧を生成してもよい。トランジスタのセット1308-1から1308-3が各々複数のトランジスタを含む場合、ゲート端子1326-1から1326-3の各々が、トランジスタのセット1308-1から1308-3内の個々のトランジスタに結合される複数のゲート端子を備え得る。このようにして、電圧生成器は、トランジスタのセット1308-1から1308-3内の異なる量のトランジスタが、有効状態で動作する(たとえば、飽和領域または線形領域のいずれかで動作する)ように、または無効状態で動作する(たとえば、カットオフ領域において動作する)ように、異なるゲート電圧を生成することができる。有効状態では、電流はトランジスタを流れる。無効状態では、電流は実質的にトランジスタを流れない。ゲート電圧に基づいて、トランジスタのセット1308-1から1308-3内のトランジスタは、増幅器またはスイッチとして動作することができる。ゲート電圧は、電圧生成器によって生成されるアナログ信号またはデジタル信号と関連付けられ得る。一般に、電圧生成器は、送信動作が実施されているか、または受信動作が実施されているかに応じて、3つの分岐回路1304-1から1304-3の各々のためのゲート電圧のセットを生成する。動作タイプに応じて、トランジスタの各セット1308-1から1308-3は、入力トランジスタとして、出力トランジスタとして、または電流を導くトランジスタとして機能することができる。能動構成では、ゲート電圧は、トランジスタを増幅器として動作させるバイアス電圧である。受動構成では、ゲート電圧は、トランジスタをスイッチとして動作させるグラウンド電圧、電源電圧、またはそれらの組合せである。
それぞれのチャネル端子1328-1から1328-3および1330-1から1330-3は、同じドープ型を有するトランジスタのセット1308-1から1308-3内のトランジスタの端子に接続される。スイッチ1310-1から1310-3はチャネル端子1330-1から1330-3においてバイアス電圧を提供し、このバイアス電圧により、チャネル端子1330-1から1330-3はソース端子またはドレイン端子になる。たとえば、トランジスタがnチャネルMOSFETであり、スイッチ1310-1から1310-3がチャネル端子1330-1から1330-3をグラウンドノード508-2に接続する場合、チャネル端子1330-1から1330-3がソース端子になり、チャネル端子1328-1から1328-3がドレイン端子になる。代替として、スイッチ1310-1から1310-3がチャネル端子1330-1から1330-3を電源電圧ノード508-1に接続する場合、チャネル端子1330-1から1330-3がドレイン端子になり、チャネル端子1328-1から1328-3がソース端子になる。
図14は、能動的な信号位相生成を用いた位相シフトのための例示的なプロセス1400を示す流れ図である。プロセス1400は、実行され得る動作を指定するブロック1402～1412のセットの形態で説明される。しかしながら、動作は、必ずしも図14に示されるかまたは本明細書において説明される順序に限定されるとは限らず、それは、動作が、代替の順序で、または完全にもしくは部分的に重複して実施されてもよいからである。また、より多数、少数、および/または異なる動作が、プロセス1400または代替のプロセスを実行するために実施され得る。プロセス1400の示されるブロックによって表される動作は、(たとえば、図1および図2の)通信プロセッサ124と連携して、トランシーバ126もしくはRFフロントエンド128、またはそれらの一部分によって実行され得る。より具体的には、プロセス1400の動作は、位相シフタ130によって実行され得る。
ブロック1402において、第1の量の位相を備える信号が、第2のポートを介して結合される。たとえば、位相シフタ130は、第2のポート330-2を介して第1の量の位相を有する信号334を結合することができる。いくつかの場合、信号334は、0度および180度(0°および180°)などの2つの位相を有し得る。
ブロック1404において、信号の複数の成分が、複数の増幅器を使用して増幅される。たとえば、位相シフタ130は、複数の増幅器502-1...502-nを使用して信号334の複数の成分(たとえば、成分406-1から406-8の2つ以上の信号成分)を増幅することができる。各増幅器502は少なくとも1つの増幅段504を含んでもよく、それらの各々は少なくとも1つのトランジスタを使用して動作してもよい。
ブロック1406において、信号の複数の成分の複数の位相は、容量結合されたループを使用して複数の増幅器にわたって分散され、複数の位相は第1の量より大きい第2の量の位相を有する。たとえば、位相シフタ130は、容量結合されたループ512を使用して複数の増幅器502-1...502-nにわたって信号334の複数の成分の複数の位相を分散させることができ、複数の位相は第1の量より大きい第2の量の位相を有する。この位相分散は、信号位相生成器132によって実行され得る。容量結合されたループ512は、第2の増幅器502-2および第3の増幅器502-3などの増幅器の隣接するペア間にそれぞれ結合される、複数のキャパシタ506-1...506-nを含み得る。ここで、第1の量が2である場合、第2の量は4であり得る。
ブロック1408において、信号の複数の成分の1つまたは複数の振幅が、位相制御信号に基づいて調整される。たとえば、位相シフタ130は、位相制御信号208に基づいて、信号334の複数の成分の1つまたは複数の振幅を調整することができる。それを行うために、能動または受動ベクトル変調器134は、信号成分の量が所与の信号の流れの方向202に沿って信号位相生成器132により変更される前に、またはその後に、複数の信号成分(たとえば、第1の成分406-1および第2の成分406-2または第5の成分406-5から第8の成分406-8)を増幅し得る。
ブロック1410において、信号の複数の成分の複数の位相が、第1の量の位相を備える合成された信号を生み出すために合成される。たとえば、位相シフタ130は、信号334の複数の成分の複数の位相を合成して、第1の量の位相を有する合成された信号を生み出すことができる。それを行うために、信号成分の同位相および直角位相のペアが、電流加算ノードなどの少なくとも1つのノードに送られ得る。
ブロック1412において、第1の量の位相を備える合成された信号が、第1のポートを介して結合される。たとえば、位相シフタ130は、第1のポート330-1を介して第1の量の位相を有する合成された信号を結合することができる。したがって、位相シフタ130は、コンポーネントチェーン304に沿って、位相シフトされた信号を別のコンポーネントに提供し得る。
「第1の」、「第2の」、「第3の」という用語、および他の数字に関連するインジケータは、特定の実装形態、所与の回路、単一の図面、または請求項などの、所与の文脈において同様のもしくは類似する項目を特定しまたは互いに区別するために本明細書において使用される。したがって、ある文脈における第1の項目は、別の文脈における第1の項目と異なり得る。たとえば、ある文脈において「第1の増幅器」として識別される項目は、別の文脈では「第2の増幅器」として識別されることがある。同様に、ある実装形態における「第1のポート」は、別の実装形態では「第2のポート」として識別されてもよく、または、位相シフタのある位置において所与の相対的な位相を有する「第1の信号成分」は、位相シフタの別の位置において所与の相対位相を有する「第3の信号成分」として識別されてもよい。さらに、数字で識別される増幅器は、様々な文脈において、他の数字で識別される増幅器とは異なるように配置されてもよい(たとえば、異なる順序で一緒に結合されてもよい)。
いくつかの態様が以下で説明される。
態様1: 位相シフト信号のための装置であって、装置が、
位相シフタを備え、位相シフタが、
第1のポートと、
第2のポートと、
第1のポートに結合されたベクトル変調器と、
信号位相生成器とを備え、信号位相生成器が、
ベクトル変調器と第2のポートとの間に結合された複数の増幅器と、
複数の増幅器を一緒に結合してループを形成する複数のキャパシタとを備え、複数のキャパシタの各々のそれぞれのキャパシタが、複数の増幅器の連続する増幅器のそれぞれのペア間に結合されて、ループを形成する、装置。
態様2: 位相シフタが、位相シフト動作の間に直流電流(DC)電流を信号位相生成器の複数の増幅器に流すように構成される、態様1の装置。
態様3:
第1の配電ノードと、
第2の配電ノードとをさらに備え、
信号位相生成器が第1の配電ノードと第2の配電ノードとの間に結合され、
信号位相生成器が、直流電流(DC)電流を第1の配電ノードと第2の配電ノードとの間の複数の増幅器に流すように構成される、態様1または2の装置。
態様4: 信号位相生成器が、インダクタを介して第1の配電ノードに結合される、態様3の装置。
態様5:
第1のポートが1つまたは複数のノードを備え、
第2のポートが別の1つまたは複数のノードを備え、
信号位相生成器が、2つ以上のノードを備えるインターフェースを介してベクトル変調器に結合される、任意の先行する態様の装置。
態様6:
第1のポートの1つまたは複数のノードが第1の量に対応し、
第2のポートの他の1つまたは複数のノードが第1の量に対応し、
インターフェースの2つ以上のノードが第2の量に対応し、
第1の量が第2の量未満である、態様5の装置。
態様7:
インターフェースの2つ以上のノードの各々のそれぞれのノードが、信号位相生成器とベクトル変調器との間に延びる2つ以上の導体のそれぞれの導体の少なくともある点を備え、
第1の量が2を備え、
第2の量が4を備える、態様6の装置。
態様8: 信号位相生成器が、第2のポートとインターフェースとの間で伝播する信号と関連付けられる位相の量を増やすように構成される、態様6の装置。
態様9: 複数のキャパシタの各々のそれぞれのキャパシタが、複数の増幅器の連続する増幅器のそれぞれのペア間で、連続する増幅器の各々のそれぞれのペアの連続する増幅器間で異なる端子タイプを介して結合される、任意の先行する態様の装置。
態様10: 端子タイプの各端子タイプが、トランジスタのゲート端子、ソース端子、またはドレイン端子を備えるグループから選択される、態様9の装置。
態様11:
複数の増幅器のうちのある増幅器がトランジスタを備え、
トランジスタが、トランジスタの相互コンダクタンスを表す相互コンダクタンス(Gm)値と関連付けられ、
複数のキャパシタのうちのあるキャパシタが、キャパシタの容量を表す容量値と関連付けられ、
相互コンダクタンス(Gm)値または容量値のうちの少なくとも1つが、位相シフタの動作の目標周波数に基づく、任意の先行する態様の装置。
態様12: 相互コンダクタンス(Gm)値と容量値の積が、位相シフタの動作の目標周波数に比例する、態様11の装置。
態様13:
複数の増幅器の連続する増幅器のそれぞれのペアが、
入力端子を有する第1の増幅器と、
出力端子を有する第2の増幅器とを備え、
複数のキャパシタが、第1の増幅器の入力端子と第2の増幅器の出力端子との間に結合される第1のキャパシタを備える、任意の先行する態様の装置。
態様14:
入力端子が、位相シフタの少なくとも1つの動作モードのためのコンポーネントから伝播信号を受け入れるように構成されるノードに対応し、
出力端子が、位相シフタの少なくとも1つの動作モードのための別のコンポーネントに伝播信号を提供するように構成される別のノードに対応する、態様13の装置。
態様15:
第1の増幅器が第1のトランジスタを備え、第1の増幅器の入力端子が第1のトランジスタのソース端子を備え、
第2の増幅器が第2のトランジスタを備え、第2の増幅器の出力端子が第2のトランジスタのドレイン端子を備える、態様13の装置。
態様16:
第1の増幅器が第1のトランジスタを備え、第1の増幅器の入力端子が第1のトランジスタのドレイン端子を備え、
第2の増幅器が第2のトランジスタを備え、第2の増幅器の出力端子が第2のトランジスタのソース端子を備える、態様13の装置。
態様17:
第1の増幅器が第1のトランジスタを備え、第1の増幅器の入力端子が第1のトランジスタのゲート端子を備え、
第2の増幅器が第2のトランジスタを備え、第2の増幅器の出力端子が第2のトランジスタのドレイン端子を備える、態様13の装置。
態様18:
複数の増幅器が4つの増幅器を備え、
複数のキャパシタが4つのキャパシタを備える、任意の先行する態様の装置。
態様19: 4つの増幅器が、
差動同位相(I)信号成分および差動直角位相(Q)信号成分、または、
0度、90度、180度、および270度という相対位相を有する4つの信号成分のうちの少なくとも1つに対応する、態様18の装置。
態様20:
ループが第1のループおよび第2のループを備え、
複数の増幅器の各増幅器が、
第1の増幅段と、
第1の増幅段に結合される第2の増幅段とを備え、
複数のキャパシタが、
複数の増幅器の第1の増幅段を一緒に結合して第1のループを形成する、キャパシタの第1のセットと、
複数の増幅器の第2の増幅段を一緒に結合して第2のループを形成する、キャパシタの第2のセットとを備える、任意の先行する態様の装置。
態様21: 複数の増幅器の各増幅器に対して、
第1の増幅段が共通ゲート増幅器として構成され、
第2の増幅段が共通ゲート増幅器として構成される、態様20の装置。
態様22: 複数の増幅器の各増幅器に対して、
第1の増幅段が共通ソース増幅器として構成され、
第2の増幅段が共通ゲート増幅器として構成される、態様20の装置。
態様23: ベクトル変調器が、ベクトル変調器を通って伝播する信号の少なくとも1つの成分の振幅を調整するように構成される、任意の先行する態様の装置。
態様24: 位相シフタの少なくとも1つの動作モードに対して、
ベクトル変調器が、第1のポートを介して、信号の流れの方向に沿って伝播する信号を受け入れるように構成され、
ベクトル変調器が、信号の流れの方向に沿って伝播する信号を信号位相生成器に提供するように構成され、
信号位相生成器が、信号の流れの方向に沿って伝播する信号をベクトル変調器から受け入れるように構成され、
信号位相生成器が、第2のポートを介して、信号の流れの方向に沿って伝播する信号を提供するように構成される、任意の先行する態様の装置。
態様25: 位相シフタの少なくとも1つの動作モードに対して、
信号位相生成器が、第2のポートを介して、信号の流れの方向に沿って伝播する信号を受け入れるように構成され、
信号位相生成器が、信号の流れの方向に沿って伝播する信号をベクトル変調器に提供するように構成され、
ベクトル変調器が、信号の流れの方向に沿って伝播する信号を信号位相生成器から受け入れるように構成され、
ベクトル変調器が、第1のポートを介して、信号の流れの方向に沿って伝播する信号を提供するように構成される、態様1から23のいずれか1つの装置。
態様26: ベクトル変調器が、
調整可能な抵抗器の複数のペアを備える複数の調整可能な抵抗器を備え、調整可能な抵抗器の各々のそれぞれのペアが、それぞれの分圧器として構成され、複数の増幅器のそれぞれの増幅器に結合される、任意の先行する態様の装置。
態様27:
調整可能な抵抗器の複数のペアのうちの調整可能な抵抗器のあるペアの調整可能な抵抗器が、位相シフタの第1のプラスノードと第2のプラスノードとの間に結合され、
複数の調整可能な抵抗器の少なくとも1つの調整可能な抵抗器が、位相シフタの第1のプラスノードとマイナスノードとの間に結合される、態様26の装置。
態様28: 複数の調整可能な抵抗器の少なくとも一部分の各々の調整可能な抵抗器が、
少なくとも1つの抵抗素子、または
少なくとも1つのトランジスタを備える、態様26の装置。
態様29: ベクトル変調器が、
トランジスタの複数のバンクを備える複数のトランジスタを備え、トランジスタのそれぞれのバンクが、信号位相生成器の複数の増幅器のそれぞれの増幅器と第1のポートとの間に結合される、任意の先行する態様の装置。
態様30:
トランジスタの複数のバンクのトランジスタの各々のそれぞれのバンクが、複数の増幅器のそれぞれの増幅器と第1のポートとの間に並列に一緒に結合された複数のトランジスタを備え、
トランジスタの複数のバンクのトランジスタの各バンクが、ベクトル変調器を通って伝播する信号の少なくとも1つの成分の1つまたは複数の振幅を調整するために電流を導くように構成される、態様29の装置。
態様31:
トランジスタの複数のバンクのトランジスタの各々のそれぞれのバンクが、
第1の複数のトランジスタを備える第1の分岐回路と、
第2の複数のトランジスタを備える第2の分岐回路と、
第3の複数のトランジスタを備える第3の分岐回路とを備え、第3の分岐回路が、それぞれの共通ノードにおいて第1の分岐回路および第2の分岐回路に結合され、
トランジスタの各々のそれぞれのバンクの第1の分岐回路が、複数の増幅器のそれぞれの増幅器に結合される、態様29の装置。
態様32:
トランジスタの各々のそれぞれのバンクの第2の分岐回路が、それぞれの共通ノードと低雑音増幅器との間に結合され、
トランジスタの各々のそれぞれのバンクの第3の分岐回路が、それぞれの共通ノードと電力増幅器との間に結合される、態様31の装置。
態様33:
トランジスタの各々のそれぞれのバンクの第1の分岐回路が、それぞれの共通ノードとトランジスタのそれぞれのバンクの第1のスイッチとの間に結合され、第1のスイッチが電源電圧ノードまたはグラウンドノードにスイッチング可能に結合され、
トランジスタの各々のそれぞれのバンクの第2の分岐回路が、それぞれの共通ノードとトランジスタのそれぞれのバンクの第2のスイッチとの間に結合され、第2のスイッチが電源電圧ノードまたはグラウンドノードにスイッチング可能に結合される、態様31の装置。
態様34: トランジスタの複数のバンクのトランジスタの各々のそれぞれのバンクが、複数の双方向可変利得増幅器のそれぞれの双方向可変利得増幅器を備える、態様31の装置。
態様35: 信号位相生成器が、第2のポートとベクトル変調器との間に延びる複数のカラム回路を備え、複数のカラム回路の各々のそれぞれのカラム回路が、複数の増幅器のそれぞれの増幅器を備える、任意の先行する態様の装置。
態様36:
ベクトル変調器が複数の部分を備え、複数の部分の各々のそれぞれの部分が、信号位相生成器の複数のカラム回路のそれぞれのカラム回路に結合され、
ベクトル変調器の複数の部分の各々のそれぞれの部分が、それに対応するそれぞれの増幅器に対して、位相シフタを通って伝播する信号のそれぞれの成分の振幅を調整するように構成される、態様35の装置。
態様37:
複数のアンテナ素子を備えるアンテナアレイであって、複数のアンテナ素子の少なくとも1つのアンテナ素子が位相シフタに結合される、アンテナアレイと、
アンテナアレイに結合されるワイヤレスインターフェースデバイスであって、ワイヤレスインターフェースデバイスが、位相シフタを備え、位相シフタを使用して、アンテナアレイを介して通信されるワイヤレス信号を導くように構成される、ワイヤレスインターフェースデバイスとをさらに備える、任意の先行する態様の装置。
態様38:
表示画面と、
表示画面およびワイヤレスインターフェースデバイスの少なくとも一部分に動作可能に結合されるプロセッサとをさらに備え、プロセッサが、位相シフタを使用してワイヤレスインターフェースデバイスによって通信されるワイヤレス信号に基づいて、表示画面に1つまたは複数のグラフィカル画像を提示するように構成される、態様37の装置。
態様39: 位相シフト信号のための装置であって、装置が、
位相シフタを備え、位相シフタが、
第1のポートと、
第2のポートと、
第1のポートに結合されたベクトル変調器と、
信号位相生成器とを備え、信号位相生成器が、
位相シフトされている信号を増幅するための増幅手段であって、増幅手段が、複数の入力端子および複数の出力端子を備え、ベクトル変調器と第2のポートとの間に結合される、増幅手段と、
増幅手段にわたって信号の複数の位相を分散させるための容量性手段であって、容量性手段が複数の入力端子を複数の出力端子に結合する、容量性手段とを備える、装置。
態様40:
増幅手段が複数の増幅段を備え、
複数の増幅段の少なくとも1つの増幅段が、信号を複数のトランジスタに複数のトランジスタのチャネル端子を介して入力するための手段を備え、複数のトランジスタのチャネル端子が複数の入力端子を備える、態様39の装置。
態様41:
増幅手段が複数の増幅段を備え、
複数の増幅段の少なくとも1つの増幅段が、信号を複数のトランジスタに複数のトランジスタのゲート端子を介して入力するための手段を備え、複数のトランジスタのゲート端子が複数の入力端子を備える、態様39の装置。
態様42: ベクトル変調器が、信号の1つまたは複数の成分の少なくとも1つの振幅を調整するように構成される、態様39から41のいずれか1つの装置。
態様43: ベクトル変調器が、信号の1つまたは複数の成分の少なくとも1つの振幅を調整するための受動手段を備える、態様42の装置。
態様44: ベクトル変調器が、信号の1つまたは複数の成分の少なくとも1つの振幅を調整するための能動手段を備える、態様42の装置。
態様45: 少なくとも1つの振幅を調整するための能動手段が、第1のポートと信号位相生成器との間に並列に一緒に結合される少なくとも1つの複数のトランジスタを備える、態様44の装置。
態様46: 少なくとも1つの振幅を調整するための能動手段が、第1のポートと信号位相生成器との間に結合される複数の可変利得増幅器(VGA)を備える、態様44の装置。
態様47:
位相制御信号を提供するための制御手段をさらに備え、
ベクトル変調器が、位相制御信号に応答して信号の1つまたは複数の成分の少なくとも1つの振幅を調整するように構成される、態様42から46のいずれか1つの装置。
態様48: 能動的な信号位相生成を用いた位相シフトのための方法であって、
第2のポートを介して第1の量の位相を備える信号を結合するステップと、
複数の増幅器を使用して信号の複数の成分を増幅するステップと、
容量結合されたループを使用して複数の増幅器にわたって信号の複数の成分の複数の位相を分散させるステップであって、複数の位相が第1の量より大きい第2の量の位相を有する、ステップと、
位相制御信号に基づいて、信号の複数の成分の1つまたは複数の振幅を調整するステップと、
信号の複数の成分の複数の位相を合成して、第1の量の位相を備える合成された信号を生み出すステップと、
第1のポートを介して第1の量の位相を備える合成された信号を結合するステップとを備える、方法。
態様49: 位相制御信号が、第1のポートおよび第2のポートを備える位相シフタのための位相シフト量を表す、態様48の方法。
態様50:
位相シフタのための信号の信号位相成分を生成するステップであって、
信号の複数の成分を増幅するステップ、および
容量結合されたループを使用して複数の増幅器にわたって信号の複数の成分の複数の位相を分散させるステップ
を備える、ステップと、
位相シフタのための信号の信号位相成分をベクトル変調するステップであって、信号の複数の成分の1つまたは複数の振幅を調整するステップを備える、ステップとをさらに備える、態様49の方法。
態様51:
容量結合されたループが、第1の容量結合されたループおよび第2の容量結合されたループを備え、
増幅するステップが、複数の増幅器の第1の増幅段および第2の増幅段を使用して信号の複数の成分を増幅するステップを備え、
分散させるステップが、
第1の容量結合されたループを使用して、複数の増幅器の第1の増幅段にわたり信号の複数の成分の複数の位相を分散させるステップと、
第2の容量結合されたループを使用して、複数の増幅器の第2の増幅段にわたり信号の複数の成分の複数の位相を分散させるステップとを備える、態様48から50のいずれか1つの方法。
態様52:
複数の増幅器の各増幅器がそれぞれ、複数のトランジスタのうちのあるトランジスタを備え、
増幅するステップが、複数のトランジスタの複数のソース端子へと信号の複数の成分を入力するステップを備える、態様48から51のいずれか1つの方法。
態様53:
複数の増幅器の各増幅器がそれぞれ、複数のトランジスタのうちのあるトランジスタを備え、
増幅するステップが、複数のトランジスタの複数のゲート端子へと信号の複数の成分を入力するステップを備える、態様48から51のいずれか1つの方法。
態様54:
信号の複数の成分の複数の位相を分散させるステップが、第2のポートとベクトル変調器との間に結合される信号位相生成器によって実行され、
信号の複数の成分の1つまたは複数の振幅を調整するステップがベクトル変調器によって実行され、ベクトル変調器が信号位相生成器と第1のポートとの間に結合され、
信号の複数の成分の1つまたは複数の振幅を調整するステップが、信号の複数の成分の複数の位相を分散させるステップの前に実行される、態様48から53のいずれか1つの方法。
態様55: 調整するステップが、
位相制御信号に基づいて1つまたは複数の振幅を調整するために、信号の複数の成分の各成分のために少なくとも1つの電圧を分けるステップ、
位相制御信号に基づいて1つまたは複数の振幅を調整するために、信号の複数の成分の各成分に関して電流を導くステップ、または
位相制御信号に基づいて1つまたは複数の振幅を調整するために、可変利得を適用して信号の複数の成分の各成分を増幅するステップのうちの少なくとも1つを備える、態様48から54のいずれか1つの方法。
態様56:
信号もしくは合成された信号のうちの少なくとも1つを低雑音増幅するステップ、または
信号もしくは合成された信号のうちの少なくとも1つを電力増幅するステップのうちの少なくとも1つをさらに備える、態様48から55のいずれか1つの方法。
態様57:
第2のポートを介して結合するステップが、ビームステアリング動作のために、入力位相を備える信号を受け入れるステップを備え、
第1のポートを介して結合するステップが、ビームステアリング動作のために、入力位相に対して遅延した位相を備える合成された信号を提供するステップを備える、態様56の方法。
態様58:
第1のポートを介して結合するステップが、ビームステアリング動作のために、入力位相を備える合成された信号を受け入れるステップを備え、
第2のポートを介して結合するステップが、ビームステアリング動作のために、入力位相に対して遅延した位相を備える信号を提供するステップを備える、態様56の方法。
態様59: 位相シフト信号のための装置であって、装置が、
位相シフタを備え、位相シフタが、
2つ以上のノードを備える第1のポートと、
2つ以上のノードを備える第2のポートと、
4つ以上のノードを備えるインターフェースと、
第1のポートとインターフェースとの間に結合されるベクトル変調器と、
信号位相生成器とを備え、信号位相生成器が、
インターフェースと第2のポートとの間に結合される4つ以上のカラム回路であって、各カラム回路が第1のトランジスタおよび第2のトランジスタを備え、各々のそれぞれのカラム回路の第1のトランジスタおよび第2のトランジスタが、インターフェースのノードと第2のポートのノードとの間に直列に一緒に結合される、4つ以上のカラム回路と、
4つ以上のカラム回路を一緒に結合して第1のループを形成する4つ以上のキャパシタの第1のセットであって、各々のそれぞれのキャパシタが、4つ以上のカラム回路の2つの連続するカラム回路からの第1のトランジスタのそれぞれのペア間に結合されて、第1のループを形成する、4つ以上のキャパシタの第1のセットと、
4つ以上のカラム回路を一緒に結合して第2のループを形成する4つ以上のキャパシタの第2のセットであって、各々のそれぞれのキャパシタが、4つ以上のカラム回路の2つの連続するカラム回路からの第2のトランジスタのそれぞれのペア間に結合されて、第2のループを形成する、4つ以上のキャパシタの第2のセットとを備える、装置。
態様60: ベクトル変調器が、
4つ以上の部分を備え、各部分が、第1のポートの2つ以上のノードのうちのあるノードとインターフェースの4つ以上のノードのそれぞれのノードとの間に結合される、態様59の装置。
態様61: ベクトル変調器の4つ以上の部分の各部分が、位相シフタを通って伝播する信号の4つ以上の成分のそれぞれの成分のそれぞれの振幅を調整するように構成される、態様60の装置。
態様62:
位相シフタが、2つの位相を用いて第1のポートを通って信号を伝播させるように構成され、
位相シフタが、4つの位相を用いて第1のトランジスタおよび第2のトランジスタを通って信号を伝播させるように構成され、
位相シフタが、2つの位相を用いて第2のポートを介して信号を伝播させるように構成される、態様61の装置。
文脈が別段に規定しない限り、本明細書における単語「または」の使用は、「包含的なまたは」の使用、または単語「または」により結び付けられる1つまたは複数の項目の包含もしくは適用を容認する用語と見なされてもよい(たとえば、句「AまたはB」は、「A」だけを容認する、「B」だけを容認する、または「A」と「B」の両方を容認するものとして解釈されてもよい)。さらに、添付の図面に示される項目および本明細書において説明される用語は、1つまたは複数の項目または用語を示してもよく、したがって、本明細書における項目および用語の単一のまたは複数の形態への言及が交換可能に行われてもよい。最後に、主題は、構造的特徴または方法論的動作に固有の言語で上で説明されているが、添付の特許請求の範囲において定義される主題は、必ずしも特徴が配置される機構または動作が実行される順序に限定されるとは限らないことを含めて、必ずしも上で説明された特定の特徴または動作に限定されるとは限らないことを理解されたい。代わりに、本発明の範囲は、以下に記載されるような特許請求の範囲により与えられる。

Claims (62)

  1. 位相シフト信号のための装置であって、前記装置が、
    位相シフタを備え、前記位相シフタが、
    第1のポートと、
    第2のポートと、
    前記第1のポートに結合されたベクトル変調器と、
    信号位相生成器と
    を備え、前記信号位相生成器が、
    前記ベクトル変調器と前記第2のポートとの間に結合された複数の増幅器と、
    前記複数の増幅器を一緒に結合してループを形成する複数のキャパシタと
    を備え、前記複数のキャパシタの各々のそれぞれのキャパシタが、前記複数の増幅器の連続する増幅器のそれぞれのペア間に結合されて、前記ループを形成する、装置。
  2. 前記位相シフタが、位相シフト動作の間に直流電流(DC)電流を前記信号位相生成器の前記複数の増幅器に流すように構成される、請求項1に記載の装置。
  3. 第1の配電ノードと、
    第2の配電ノードと
    をさらに備え、
    前記信号位相生成器が前記第1の配電ノードと前記第2の配電ノードとの間に結合され、
    前記信号位相生成器が、直流電流(DC)電流を前記第1の配電ノードと前記第2の配電ノードとの間の前記複数の増幅器に流すように構成される、請求項1に記載の装置。
  4. 前記信号位相生成器が、インダクタを介して前記第1の配電ノードに結合される、請求項3に記載の装置。
  5. 前記第1のポートが1つまたは複数のノードを備え、
    前記第2のポートが別の1つまたは複数のノードを備え、
    前記信号位相生成器が、2つ以上のノードを備えるインターフェースを介して前記ベクトル変調器に結合される、請求項1に記載の装置。
  6. 前記第1のポートの前記1つまたは複数のノードが第1の量に対応し、
    前記第2のポートの前記別の1つまたは複数のノードが前記第1の量に対応し、
    前記インターフェースの前記2つ以上のノードが第2の量に対応し、
    前記第1の量が前記第2の量未満である、請求項5に記載の装置。
  7. 前記インターフェースの前記2つ以上のノードの各々のそれぞれのノードが、前記信号位相生成器と前記ベクトル変調器との間に延びる2つ以上の導体のそれぞれの導体の少なくともある点を備え、
    前記第1の量が2を備え、
    前記第2の量が4を備える、請求項6に記載の装置。
  8. 前記信号位相生成器が、前記第2のポートと前記インターフェースとの間で伝播する信号と関連付けられる位相の量を増やすように構成される、請求項6に記載の装置。
  9. 前記複数のキャパシタの各々のそれぞれのキャパシタが、前記複数の増幅器の連続する増幅器のそれぞれのペア間で、連続する増幅器の各々のそれぞれのペアの前記連続する増幅器間で異なる端子タイプを介して結合される、請求項1に記載の装置。
  10. 前記端子タイプの各端子タイプが、トランジスタのゲート端子、ソース端子、またはドレイン端子を備えるグループから選択される、請求項9に記載の装置。
  11. 前記複数の増幅器のうちのある増幅器がトランジスタを備え、
    前記トランジスタが、前記トランジスタの相互コンダクタンスを表す相互コンダクタンス(Gm)値と関連付けられ、
    前記複数のキャパシタのうちのあるキャパシタが、前記キャパシタの容量を表す容量値と関連付けられ、
    前記相互コンダクタンス(Gm)値または前記容量値のうちの少なくとも1つが、前記位相シフタの動作の目標周波数に基づく、請求項1に記載の装置。
  12. 前記相互コンダクタンス(Gm)値と前記容量値の積が、前記位相シフタの動作の前記目標周波数に比例する、請求項11に記載の装置。
  13. 前記複数の増幅器の連続する増幅器の前記それぞれのペアが、
    入力端子を有する第1の増幅器と、
    出力端子を有する第2の増幅器と
    を備え、
    前記複数のキャパシタが、前記第1の増幅器の前記入力端子と前記第2の増幅器の前記出力端子との間に結合される第1のキャパシタを備える、請求項1に記載の装置。
  14. 前記入力端子が、前記位相シフタの少なくとも1つの動作モードのためのコンポーネントから伝播信号を受け入れるように構成されるノードに対応し、
    前記出力端子が、前記位相シフタの前記少なくとも1つの動作モードのための別のコンポーネントに前記伝播信号を提供するように構成される別のノードに対応する、請求項13に記載の装置。
  15. 前記第1の増幅器が第1のトランジスタを備え、前記第1の増幅器の前記入力端子が前記第1のトランジスタのソース端子を備え、
    前記第2の増幅器が第2のトランジスタを備え、前記第2の増幅器の前記出力端子が前記第2のトランジスタのドレイン端子を備える、請求項13に記載の装置。
  16. 前記第1の増幅器が第1のトランジスタを備え、前記第1の増幅器の前記入力端子が前記第1のトランジスタのドレイン端子を備え、
    前記第2の増幅器が第2のトランジスタを備え、前記第2の増幅器の前記出力端子が前記第2のトランジスタのソース端子を備える、請求項13に記載の装置。
  17. 前記第1の増幅器が第1のトランジスタを備え、前記第1の増幅器の前記入力端子が前記第1のトランジスタのゲート端子を備え、
    前記第2の増幅器が第2のトランジスタを備え、前記第2の増幅器の前記出力端子が前記第2のトランジスタのドレイン端子を備える、請求項13に記載の装置。
  18. 前記複数の増幅器が4つの増幅器を備え、
    前記複数のキャパシタが4つのキャパシタを備える、請求項1に記載の装置。
  19. 前記4つの増幅器が、
    差動同位相(I)信号成分および差動直角位相(Q)信号成分、または、
    0度、90度、180度、および270度という相対位相を有する4つの信号成分
    のうちの少なくとも1つに対応する、請求項18に記載の装置。
  20. 前記ループが第1のループおよび第2のループを備え、
    前記複数の増幅器の各増幅器が、
    第1の増幅段と、
    前記第1の増幅段に結合される第2の増幅段と
    を備え、
    前記複数のキャパシタが、
    前記複数の増幅器の前記第1の増幅段を一緒に結合して前記第1のループを形成する、キャパシタの第1のセットと、
    前記複数の増幅器の前記第2の増幅段を一緒に結合して前記第2のループを形成する、キャパシタの第2のセットと
    を備える、請求項1に記載の装置。
  21. 前記複数の増幅器の各増幅器に対して、
    前記第1の増幅段が共通ゲート増幅器として構成され、
    前記第2の増幅段が共通ゲート増幅器として構成される、請求項20に記載の装置。
  22. 前記複数の増幅器の各増幅器に対して、
    前記第1の増幅段が共通ソース増幅器として構成され、
    前記第2の増幅段が共通ゲート増幅器として構成される、請求項20に記載の装置。
  23. 前記ベクトル変調器が、前記ベクトル変調器を通って伝播する信号の少なくとも1つの成分の振幅を調整するように構成される、請求項1に記載の装置。
  24. 前記位相シフタの少なくとも1つの動作モードに対して、
    前記ベクトル変調器が、前記第1のポートを介して、信号の流れの方向に沿って伝播する信号を受け入れるように構成され、
    前記ベクトル変調器が、前記信号の流れの方向に沿って伝播する前記信号を前記信号位相生成器に提供するように構成され、
    前記信号位相生成器が、前記信号の流れの方向に沿って伝播する前記信号を前記ベクトル変調器から受け入れるように構成され、
    前記信号位相生成器が、前記第2のポートを介して、前記信号の流れの方向に沿って伝播する前記信号を提供するように構成される、請求項1に記載の装置。
  25. 前記位相シフタの少なくとも1つの動作モードに対して、
    前記信号位相生成器が、前記第2のポートを介して、信号の流れの方向に沿って伝播する信号を受け入れるように構成され、
    前記信号位相生成器が、前記信号の流れの方向に沿って伝播する前記信号を前記ベクトル変調器に提供するように構成され、
    前記ベクトル変調器が、前記信号の流れの方向に沿って伝播する前記信号を前記信号位相生成器から受け入れるように構成され、
    前記ベクトル変調器が、前記第1のポートを介して、前記信号の流れの方向に沿って伝播する前記信号を提供するように構成される、請求項1に記載の装置。
  26. 前記ベクトル変調器が、
    調整可能な抵抗器の複数のペアを備える複数の調整可能な抵抗器を備え、調整可能な抵抗器の各々のそれぞれのペアが、それぞれの分圧器として構成され、前記複数の増幅器のそれぞれの増幅器に結合される、請求項1に記載の装置。
  27. 調整可能な抵抗器の前記複数のペアのうちの調整可能な抵抗器のあるペアの調整可能な抵抗器が、前記位相シフタの第1のプラスノードと第2のプラスノードとの間に結合され、
    前記複数の調整可能な抵抗器の少なくとも1つの調整可能な抵抗器が、前記位相シフタの前記第1のプラスノードとマイナスノードとの間に結合される、請求項26に記載の装置。
  28. 前記複数の調整可能な抵抗器の少なくとも一部分の各々の調整可能な抵抗器が、
    少なくとも1つの抵抗素子、または
    少なくとも1つのトランジスタ
    を備える、請求項26に記載の装置。
  29. 前記ベクトル変調器が、
    トランジスタの複数のバンクを備える複数のトランジスタを備え、トランジスタのそれぞれのバンクが、前記信号位相生成器の前記複数の増幅器のそれぞれの増幅器と前記第1のポートとの間に結合される、請求項1に記載の装置。
  30. トランジスタの前記複数のバンクのトランジスタの各々のそれぞれのバンクが、前記複数の増幅器のそれぞれの増幅器と前記第1のポートとの間に並列に一緒に結合された複数のトランジスタを備え、
    トランジスタの前記複数のバンクのトランジスタの各バンクが、前記ベクトル変調器を通って伝播する信号の少なくとも1つの成分の1つまたは複数の振幅を調整するために電流を導くように構成される、請求項29に記載の装置。
  31. トランジスタの前記複数のバンクのトランジスタの各々のそれぞれのバンクが、
    第1の複数のトランジスタを備える第1の分岐回路と、
    第2の複数のトランジスタを備える第2の分岐回路と、
    第3の複数のトランジスタを備える第3の分岐回路と
    を備え、前記第3の分岐回路が、それぞれの共通ノードにおいて前記第1の分岐回路および前記第2の分岐回路に結合され、
    トランジスタの各々のそれぞれのバンクの前記第1の分岐回路が、前記複数の増幅器のそれぞれの増幅器に結合される、請求項29に記載の装置。
  32. トランジスタの各々のそれぞれのバンクの前記第2の分岐回路が、前記それぞれの共通ノードと低雑音増幅器との間に結合され、
    トランジスタの各々のそれぞれのバンクの前記第3の分岐回路が、前記それぞれの共通ノードと電力増幅器との間に結合される、請求項31に記載の装置。
  33. トランジスタの各々のそれぞれのバンクの前記第1の分岐回路が、前記それぞれの共通ノードとトランジスタの前記それぞれのバンクの第1のスイッチとの間に結合され、前記第1のスイッチが電源電圧ノードまたはグラウンドノードにスイッチング可能に結合され、
    トランジスタの各々のそれぞれのバンクの前記第2の分岐回路が、前記それぞれの共通ノードとトランジスタの前記それぞれのバンクの第2のスイッチとの間に結合され、前記第2のスイッチが前記電源電圧ノードまたは前記グラウンドノードにスイッチング可能に結合される、請求項31に記載の装置。
  34. トランジスタの前記複数のバンクのトランジスタの各々のそれぞれのバンクが、複数の双方向可変利得増幅器のそれぞれの双方向可変利得増幅器を備える、請求項31に記載の装置。
  35. 前記信号位相生成器が、前記第2のポートと前記ベクトル変調器との間に延びる複数のカラム回路を備え、前記複数のカラム回路の各々のそれぞれのカラム回路が、前記複数の増幅器のそれぞれの増幅器を備える、請求項1に記載の装置。
  36. 前記ベクトル変調器が複数の部分を備え、前記複数の部分の各々のそれぞれの部分が、前記信号位相生成器の前記複数のカラム回路のそれぞれのカラム回路に結合され、
    前記ベクトル変調器の前記複数の部分の各々のそれぞれの部分が、前記部分に対応する前記それぞれの増幅器に対して、前記位相シフタを通って伝播する信号のそれぞれの成分の振幅を調整するように構成される、請求項35に記載の装置。
  37. 複数のアンテナ素子を備えるアンテナアレイであって、前記複数のアンテナ素子の少なくとも1つのアンテナ素子が前記位相シフタに結合される、アンテナアレイと、
    前記アンテナアレイに結合されるワイヤレスインターフェースデバイスであって、前記ワイヤレスインターフェースデバイスが、前記位相シフタを備え、前記位相シフタを使用して、前記アンテナアレイを介して通信されるワイヤレス信号を導くように構成される、ワイヤレスインターフェースデバイスと
    をさらに備える、請求項1に記載の装置。
  38. 表示画面と、
    前記表示画面および前記ワイヤレスインターフェースデバイスの少なくとも一部分に動作可能に結合されるプロセッサと
    をさらに備え、前記プロセッサが、前記位相シフタを使用して前記ワイヤレスインターフェースデバイスによって通信される前記ワイヤレス信号に基づいて、前記表示画面に1つまたは複数のグラフィカル画像を提示するように構成される、請求項37に記載の装置。
  39. 位相シフト信号のための装置であって、前記装置が、
    位相シフタを備え、前記位相シフタが、
    第1のポートと、
    第2のポートと、
    前記第1のポートに結合されたベクトル変調器と、
    信号位相生成器と
    を備え、前記信号位相生成器が、
    位相シフトされている信号を増幅するための増幅手段であって、前記増幅手段が、複数の入力端子および複数の出力端子を備え、前記ベクトル変調器と前記第2のポートとの間に結合される、増幅手段と、
    前記増幅手段にわたって前記信号の複数の位相を分散させるための容量性手段であって、前記容量性手段が前記複数の入力端子を前記複数の出力端子に結合する、容量性手段
    とを備える、装置。
  40. 前記増幅手段が複数の増幅段を備え、
    前記複数の増幅段の少なくとも1つの増幅段が、前記信号を複数のトランジスタに前記複数のトランジスタのチャネル端子を介して入力するための手段を備え、前記複数のトランジスタの前記チャネル端子が前記複数の入力端子を備える、請求項39に記載の装置。
  41. 前記増幅手段が複数の増幅段を備え、
    前記複数の増幅段の少なくとも1つの増幅段が、前記信号を複数のトランジスタに前記複数のトランジスタのゲート端子を介して入力するための手段を備え、前記複数のトランジスタの前記ゲート端子が前記複数の入力端子を備える、請求項39に記載の装置。
  42. 前記ベクトル変調器が、前記信号の1つまたは複数の成分の少なくとも1つの振幅を調整するように構成される、請求項39に記載の装置。
  43. 前記ベクトル変調器が、前記信号の前記1つまたは複数の成分の前記少なくとも1つの振幅を調整するための受動手段を備える、請求項42に記載の装置。
  44. 前記ベクトル変調器が、前記信号の前記1つまたは複数の成分の前記少なくとも1つの振幅を調整するための能動手段を備える、請求項42に記載の装置。
  45. 前記少なくとも1つの振幅を調整するための前記能動手段が、前記第1のポートと前記信号位相生成器との間に並列に一緒に結合される少なくとも1つの複数のトランジスタを備える、請求項44に記載の装置。
  46. 前記少なくとも1つの振幅を調整するための前記能動手段が、前記第1のポートと前記信号位相生成器との間に結合される複数の可変利得増幅器(VGA)を備える、請求項44に記載の装置。
  47. 位相制御信号を提供するための制御手段をさらに備え、
    前記ベクトル変調器が、前記位相制御信号に応答して前記信号の前記1つまたは複数の成分の前記少なくとも1つの振幅を調整するように構成される、請求項42に記載の装置。
  48. 能動的な信号位相生成を用いた位相シフトのための方法であって、
    第2のポートを介して第1の量の位相を備える信号を結合するステップと、
    複数の増幅器を使用して前記信号の複数の成分を増幅するステップと、
    容量結合されたループを使用して前記複数の増幅器にわたって前記信号の前記複数の成分の複数の位相を分散させるステップであって、前記複数の位相が前記第1の量より大きい第2の量の位相を有する、ステップと、
    位相制御信号に基づいて、前記信号の前記複数の成分の1つまたは複数の振幅を調整するステップと、
    前記信号の前記複数の成分の前記複数の位相を合成して、前記第1の量の位相を備える合成された信号を生み出すステップと、
    第1のポートを介して前記第1の量の位相を備える前記合成された信号を結合するステップと
    を備える、方法。
  49. 前記位相制御信号が、前記第1のポートおよび前記第2のポートを備える位相シフタのための位相シフト量を表す、請求項48に記載の方法。
  50. 前記位相シフタのための前記信号の信号位相成分を生成するステップであって、
    前記信号の前記複数の成分を増幅する前記ステップ、および
    前記容量結合されたループを使用して前記複数の増幅器にわたって前記信号の前記複数の成分の前記複数の位相を分散させる前記ステップ
    を備える、ステップと、
    前記位相シフタのための前記信号の前記信号位相成分をベクトル変調するステップであって、前記信号の前記複数の成分の前記1つまたは複数の振幅を調整する前記ステップを備える、ステップと
    をさらに備える、請求項49に記載の方法。
  51. 前記容量結合されたループが、第1の容量結合されたループおよび第2の容量結合されたループを備え、
    増幅する前記ステップが、前記複数の増幅器の第1の増幅段および第2の増幅段を使用して前記信号の前記複数の成分を増幅するステップを備え、
    分散させる前記ステップが、
    前記第1の容量結合されたループを使用して、前記複数の増幅器の前記第1の増幅段にわたり前記信号の前記複数の成分の前記複数の位相を分散させるステップと、
    前記第2の容量結合されたループを使用して、前記複数の増幅器の前記第2の増幅段にわたり前記信号の前記複数の成分の前記複数の位相を分散させるステップと
    を備える、請求項48に記載の方法。
  52. 前記複数の増幅器の各増幅器がそれぞれ、複数のトランジスタのうちのあるトランジスタを備え、
    増幅する前記ステップが、前記複数のトランジスタの複数のソース端子へと前記信号の前記複数の成分を入力するステップを備える、請求項48に記載の方法。
  53. 前記複数の増幅器の各増幅器がそれぞれ、複数のトランジスタのうちのあるトランジスタを備え、
    増幅する前記ステップが、前記複数のトランジスタの複数のゲート端子へと前記信号の前記複数の成分を入力するステップを備える、請求項48に記載の方法。
  54. 前記信号の前記複数の成分の前記複数の位相を分散させる前記ステップが、前記第2のポートとベクトル変調器との間に結合される信号位相生成器によって実行され、
    前記信号の前記複数の成分の前記1つまたは複数の振幅を調整する前記ステップが前記ベクトル変調器によって実行され、前記ベクトル変調器が前記信号位相生成器と前記第1のポートとの間に結合され、
    前記信号の前記複数の成分の前記1つまたは複数の振幅を調整する前記ステップが、前記信号の前記複数の成分の前記複数の位相を分散させる前記ステップの前に実行される、請求項48に記載の方法。
  55. 調整する前記ステップが、
    前記位相制御信号に基づいて前記1つまたは複数の振幅を調整するために、前記信号の前記複数の成分の各成分のために少なくとも1つの電圧を分けるステップ、
    前記位相制御信号に基づいて前記1つまたは複数の振幅を調整するために、前記信号の前記複数の成分の各成分に関して電流を導くステップ、または
    前記位相制御信号に基づいて前記1つまたは複数の振幅を調整するために、可変利得を適用して前記信号の前記複数の成分の各成分を増幅するステップ
    のうちの少なくとも1つを備える、請求項48に記載の方法。
  56. 前記信号もしくは前記合成された信号のうちの少なくとも1つを低雑音増幅するステップ、または
    前記信号もしくは前記合成された信号のうちの少なくとも1つを電力増幅するステップ
    のうちの少なくとも1つをさらに備える、請求項48に記載の方法。
  57. 前記第2のポートを介して結合する前記ステップが、ビームステアリング動作のために、入力位相を備える前記信号を受け入れるステップを備え、
    前記第1のポートを介して結合する前記ステップが、前記ビームステアリング動作のために、前記入力位相に対して遅延した位相を備える前記合成された信号を提供するステップを備える、請求項56に記載の方法。
  58. 前記第1のポートを介して結合する前記ステップが、ビームステアリング動作のために、入力位相を備える前記合成された信号を受け入れるステップを備え、
    前記第2のポートを介して結合する前記ステップが、前記ビームステアリング動作のために、前記入力位相に対して遅延した位相を備える前記信号を提供するステップを備える、請求項56に記載の方法。
  59. 位相シフト信号のための装置であって、前記装置が、
    位相シフタを備え、前記位相シフタが、
    2つ以上のノードを備える第1のポートと、
    2つ以上のノードを備える第2のポートと、
    4つ以上のノードを備えるインターフェースと、
    前記第1のポートと前記インターフェースとの間に結合されるベクトル変調器と、
    信号位相生成器と
    を備え、前記信号位相生成器が、
    前記インターフェースと前記第2のポートとの間に結合される4つ以上のカラム回路であって、各カラム回路が第1のトランジスタおよび第2のトランジスタを備え、各々のそれぞれのカラム回路の前記第1のトランジスタおよび前記第2のトランジスタが、前記インターフェースのノードと前記第2のポートのノードとの間に直列に一緒に結合される、4つ以上のカラム回路と、
    前記4つ以上のカラム回路を一緒に結合して第1のループを形成する4つ以上のキャパシタの第1のセットであって、各々のそれぞれのキャパシタが、前記4つ以上のカラム回路の2つの連続するカラム回路からの第1のトランジスタのそれぞれのペア間に結合されて、前記第1のループを形成する、4つ以上のキャパシタの第1のセットと、
    前記4つ以上のカラム回路を一緒に結合して第2のループを形成する4つ以上のキャパシタの第2のセットであって、各々のそれぞれのキャパシタが、前記4つ以上のカラム回路の2つの連続するカラム回路からの第2のトランジスタのそれぞれのペア間に結合されて、前記第2のループを形成する、4つ以上のキャパシタの第2のセットと
    を備える、装置。
  60. 前記ベクトル変調器が、
    4つ以上の部分を備え、各部分が、前記第1のポートの前記2つ以上のノードのうちのあるノードと前記インターフェースの前記4つ以上のノードのそれぞれのノードとの間に結合される、請求項59に記載の装置。
  61. 前記ベクトル変調器の前記4つ以上の部分の各部分が、前記位相シフタを通って伝播する信号の4つ以上の成分のそれぞれの成分のそれぞれの振幅を調整するように構成される、請求項60に記載の装置。
  62. 前記位相シフタが、2つの位相を用いて前記第1のポートを通って前記信号を伝播させるように構成され、
    前記位相シフタが、4つの位相を用いて前記第1のトランジスタおよび前記第2のトランジスタを通って前記信号を伝播させるように構成され、
    前記位相シフタが、前記2つの位相を用いて前記第2のポートを介して前記信号を伝播させるように構成される、請求項61に記載の装置。
JP2022527245A 2019-12-06 2020-11-05 能動的な信号位相生成を伴う位相シフタ Pending JP2023504356A (ja)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962945043P 2019-12-06 2019-12-06
US62/945,043 2019-12-06
US16/785,440 US11569555B2 (en) 2019-12-06 2020-02-07 Phase shifter with active signal phase generation
US16/785,440 2020-02-07
PCT/US2020/059209 WO2021113011A1 (en) 2019-12-06 2020-11-05 Phase shifter with active signal phase generation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2023504356A true JP2023504356A (ja) 2023-02-03
JPWO2021113011A5 JPWO2021113011A5 (ja) 2023-10-30

Family

ID=76209250

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022527245A Pending JP2023504356A (ja) 2019-12-06 2020-11-05 能動的な信号位相生成を伴う位相シフタ

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11569555B2 (ja)
EP (1) EP4070465A1 (ja)
JP (1) JP2023504356A (ja)
KR (1) KR20220112752A (ja)
CN (1) CN114641929A (ja)
BR (1) BR112022010330A2 (ja)
WO (1) WO2021113011A1 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020206800B4 (de) * 2020-05-29 2022-12-15 Infineon Technologies Ag Phasenschieberkonzept und Radartransmitterkonzept
US11349503B2 (en) * 2020-08-24 2022-05-31 Qualcomm Incorporated Phase shifter with compensation circuit
US20220294404A1 (en) * 2021-03-09 2022-09-15 Skyworks Solutions, Inc. Bidirectional variable gain amplifiers for radio frequency communication systems
US20220321201A1 (en) * 2021-04-06 2022-10-06 At&T Intellectual Property I, L.P. Radiofrequency communications system having an amplifier used bidirectionally

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4977382A (en) 1988-08-23 1990-12-11 Pacific Monolithics Vector modulator phase shifter
US5168250A (en) 1991-06-17 1992-12-01 E-Systems, Inc. Broadband phase shifter and vector modulator
US5168242A (en) 1991-11-20 1992-12-01 Itt Corporation Active-type broadband power divider
JP3497023B2 (ja) 1995-09-19 2004-02-16 セイコーインスツルメンツ株式会社 フィルタ回路
US7271647B2 (en) 2005-08-22 2007-09-18 Mediatek, Inc. Active polyphase filter
WO2007073150A1 (en) 2005-12-23 2007-06-28 Stichting Astron Phase shifter circuit and method for generating a phase shifted signal
KR101075013B1 (ko) 2009-12-11 2011-10-19 전자부품연구원 빔 성형 ｒｆ 벡터모듈레이터
WO2014065825A1 (en) * 2012-10-26 2014-05-01 Shastry Prasad Narasimha Electronically tunable active duplexer system and method
CN103986439A (zh) 2014-05-13 2014-08-13 西安电子科技大学 一种基于正交矢量调制的超宽带五位有源移相器
US9685931B2 (en) 2014-08-28 2017-06-20 Qualcomm Incorporated High accuracy millimeter wave/radio frequency wideband in-phase and quadrature generation
GB2529903A (en) 2014-09-08 2016-03-09 Univ College Cork Nat Univ Ie IQ signal generator system and method
EP3203640A1 (en) 2016-02-08 2017-08-09 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft A filter and a method for filtering an analog radio-frequency input signal

Also Published As

Publication number Publication date
CN114641929A (zh) 2022-06-17
EP4070465A1 (en) 2022-10-12
US11569555B2 (en) 2023-01-31
BR112022010330A2 (pt) 2022-08-16
KR20220112752A (ko) 2022-08-11
US20210175589A1 (en) 2021-06-10
WO2021113011A1 (en) 2021-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2023504356A (ja) 能動的な信号位相生成を伴う位相シフタ
US11581644B2 (en) Phase shifter with bidirectional amplification
US10256865B2 (en) Bidirectional transceiver circuits
US10476157B1 (en) Turnable passive phase shifter
US10784636B1 (en) Asymmetrical quadrature hybrid coupler
US11349503B2 (en) Phase shifter with compensation circuit
US10574287B1 (en) Wireless transceiver with reconfigurable transformers
US10886612B2 (en) Bi-directional active phase shifting
US11228290B2 (en) Mixer having phase shift function and communications device including the same
WO2019113244A1 (en) Phase shift unit
US20210067115A1 (en) Divided Amplifier
US20210351517A1 (en) Power Amplifier Control with an Antenna Array
US11616517B2 (en) Multiband transmitter
KR20240058862A (ko) 트랜시버에 대한 인터페이스
US11632098B2 (en) Polyphase filter with interphase coupling
CN116455355B (zh) 一种双向矢量调制有源移相器及电子设备
US10659021B2 (en) Vector sum circuit and phase controller using the same
US10903823B2 (en) Oscillation signal production
CN105247781B (zh) 相位校正装置和方法
Afroz Power efficient Transmit/Receive (T/R) Elements for Integrated mm-Wave Phased Arrays
WO2014025714A1 (en) Method and apparatus for a class-e load tuned beamforming 60 ghz transmitter

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20231018

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20231018