TWI785128B - 接收器、低雜訊放大器以及無線通訊裝置 - Google Patents

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Abstract

一種用於經由多個天線接收波束成形信號的接收器、用於支援波束成形功能的低雜訊放大器以及無線通訊裝置。低雜訊放大器可包含第一電晶體和第二電晶體以及連接到第二電晶體的閘極的可變電容電路。可變電容電路可根據波束成形資訊基於施加於電路的電容控制信號選擇性地改變其電容，其中改變的電容相對應地導致低雜訊放大器的輸出信號的相位變化。針對放大器可在發射信號路徑中採用類似方案以操控發射波束。

Description

接收器、低雜訊放大器以及無線通訊裝置
本發明概念涉及一種用於支援波束成形功能的低雜訊放大器、包含低雜訊放大器的接收器和收發器以及接收器/收發器中的相移電路。
由無源元件組成的移相器可改變信號的相位，同時在不消耗直流電（direct current；DC）功率的情況下保持線性。然而，在移相器中，由於無源元件的插入損耗相對較大，且因此，低雜訊放大器可用於補償插入損耗。另外，因為無源元件的尺寸較大，所以在將一般的移相器應用到晶片形式集成的相控陣系統時會產生問題。
由有源元件組成的移相器可具有令人滿意的增益和準確度以及高集成度。此有源類移相器因此適合於晶片內的集成。然而，為滿足典型波束成形系統中的必備的性能，除有源類型移相器之外還使用低雜訊放大器，從而導致功率消耗增加。
本發明概念提供一種低雜訊放大器，所述雜訊放大器支援波束成形功能、具有減少的插入損耗和減小的放大增益變化且與常規放大器相比尺寸較小。因此，嵌入低雜訊放大器的射頻（radio frequency；RF）晶片的尺寸可相對於當前RF晶片減小。
本發明概念還提供一種包含低雜訊放大器的接收器。
根據本發明概念的一方面，提供一種用於經由多個天線接收波束成形信號的接收器。所述接收器可包含具有第一放大器電路和第二放大器電路的至少一個相移低雜訊放大器以及可變電容電路。第一放大器電路可具有用於放大輸入信號以提供第一放大信號的第一電晶體，其中輸入信號來源於由多個天線中的一個所接收的波束成形信號的一部分。第二放大器電路可具有用於放大第一放大信號以產生對應的輸出信號的第二電晶體。可變電容電路可選擇性地改變其電容以導致輸出信號的對應相位變化。
根據本發明概念的另一方面，提供一種用於支援波束成形功能的低雜訊放大器。所述低雜訊放大器可包含第一電晶體和第二電晶體，各自具有閘極、源極以及汲極，其中第二電晶體的源極連接到第一電晶體的汲極。第一電晶體放大在其閘極處所接收的輸入信號且在其汲極處提供對應的第一放大信號。第二電晶體放大第一放大信號以在其汲極處提供對應的輸出信號。連接到第二電晶體的閘極的可變電容電路根據波束成形資訊基於施加於所述電路的電容控制信號選擇性地改變其電容。被改變的電容相對應地導致輸出信號的相位變化。
根據本發明概念的又一方面，提供一種用於支援波束成形功能的無線通訊裝置。所述無線通訊裝置包含低雜訊放大器，所述低雜訊放大器放大來源於從外部源接收的波束成形信號的輸入信號並輸出對應的輸出信號。低雜訊放大器包含用於選擇性地改變輸出信號的相位的可變電容電路。移相器耦接到低雜訊放大器的輸出終端或輸入終端，其中移相器進一步改變輸出信號的相位。控制電路基於波束成形資訊產生用於可變電容電路的電容控制信號和用於移相器的控制信號。
根據本發明概念的又另一方面，提供一種用於支援波束成形功能的收發器。所述收發器包括接收器部分，所述接收器部分包含分別耦接到共同地接收波束成形信號的N個天線的N個接收信號路徑。N個接收信號路徑中的每一個可包含相移低雜訊放大器，所述相移低雜訊放大器包括：第一放大器電路，包括用於放大輸入信號以提供第一放大信號的第一電晶體，所述輸入信號來源於由N個天線中的相應一個所接收的波束成形信號的一部分；第二放大器電路，包括用於放大第一放大信號以產生對應輸出信號的第二電晶體；以及可變電容電路，用於選擇性地改變其電容以導致輸出信號的對應相位變化。收發器可更包含發射器部分，所述發射器部分包括N個相移功率放大器，各自具有與相移低雜訊放大器基本上相同的配置。
在下文中，將參考附圖詳細描述本公開的實施例。
圖1為示出包含執行無線通訊操作的無線通訊裝置10的無線通訊系統1的圖式。無線通訊系統1可以是例如長期演進（Long Term Evolution；LTE）系統、碼分多址接入（code division multiple access；CDMA）系統、全球移動通信系統（global system for mobile communication；GSM）系統、5G系統或無線局域網（wireless local area network；WLAN）系統。又，CDMA系統可以各種CDMA形式實施，例如，寬頻CDMA（wideband CDMA；WCDMA）、時分同步CDMA（time-division synchronized CDMA；TD-SCDMA）、cdma2000等。
無線通訊系統1可包含至少兩個基站11和基站12、系統控制器15，且可包含如衛星13和廣播站14的其它網路實體。無線通訊裝置10可被稱為使用者設備（user equipment；UE）、移動站（mobile station；MS）、移動終端（mobile terminal；MT）、使用者終端（user terminal；UT）、訂戶站（subscriber station；SS）、可攜式裝置等。基站11和基站12可為與無線通訊裝置10和/或其它基站通信以發射和接收包含資料信號和/或控制資訊的射頻（RF）信號的固定站。基站11和基站12各自可被稱為節點B、進化節點B（evolved-Node B；eNB）、基礎收發器系統（base transceiver system；BTS）、接入點（access point；AP）等。（應注意，局域通信系統中僅可採用單一基站。）
無線通訊裝置10可與無線通訊系統1通信，且可從廣播站14接收信號。此外，無線通訊裝置10可從全球導航衛星系統（global navigation satellite system；GNSS）的衛星13接收信號。無線通訊裝置10可支援用於無線通訊的無線電技術（例如，LTE、cdma2000、WCDMA、TD-SCDMA、GSM、802.11等）
無線通訊裝置10可包含多個天線，且可支援波束成形功能。舉例來說，具有波束成形能力的無線通訊裝置10可通過多個天線共同地接收RF信號，其中天線中的每一個採集RF信號的一部分。每個信號部分可從一個天線佈設到包含至少低雜訊放大器的對應的RF信號路徑，其中每個RF信號路徑被指定不同的插入相位。放大且隨後組合RF信號路徑中的信號，以此選擇性地形成在期望方向上指向的接收波束，這是由於對應的信號路徑中的不同相位。在本文中，由天線共同地接收的RF信號（且在一些情況下，由一個天線提供的信號部分中的僅一個）可互換地稱為所接收的波束成形信號、波束成形接收信號或僅僅是輸入信號。另外，在發射時，無線通訊裝置10可將基帶資料信號頻率上變頻轉換成RF發射信號，且可在一個或多個天線連接RF發射信號路徑中執行改變RF發射信號的相位的波束成形操作，從而通過天線在期望的方向上發射波束成形信號。
根據實施例的無線通訊裝置10的低雜訊放大器可放大所接收的波束成形信號（更精確地，由天線中的一個所接收的波束成形信號中一部分），且可輸出放大的波束成形信號以作為輸出信號，且可根據關於波束成形信號的資訊選擇性地改變輸出信號的相位。又，無線通訊裝置10的低雜訊放大器可具有能夠在所選擇的相移範圍內保持相對恒定的放大增益，且可實施為多級電路以提高放大增益。
圖2為根據實施例的收發器100的框圖。圖2中示出的收發器100可包含於圖1的無線通訊裝置10中，且可支援波束成形功能。圖2的收發器100可執行RF頻帶中的波束成形。
如圖2中所繪示，收發器100可包含天線AT_1到天線AT_n、合路器101、分路器102、混頻器103_1和混頻器103_2、可變增益放大器104_1到可變增益放大器104_n、低雜訊放大器（可互換地被稱作“相移低雜訊放大器”（PS_LNA））105_1到低雜訊放大器105_n、功率放大器（或“相移功率放大器”（PS_PA））106_1到功率放大器106_n、移相器107_1a到移相器107_na和移相器107_1b到移相器107_nb以及發射/接收（transmit/receive；T/R）選擇開關108_1到發射/接收選擇開關108_n。收發器100可更包含分別連接到天線AT_1到天線AT_n的多個帶通濾波器（未繪示），例如，帶通濾波器中的每一個耦接於天線AT_1到天線AT_n中的一個與T/R選擇開關108_1到T/R選擇開關108_n中的一個之間。在實施例中，收發器100可採用直接轉換結構，所述直接轉換結構使用在接收時將RF信號直接地轉換成基帶信號且/或在發射時將基帶信號直接地轉換成RF信號的單一頻率轉換器。在本公開中，直接轉換可由混頻器103_1和混頻器103_2執行。可將具有用於頻帶轉換的基準頻率的信號（例如，本地振盪器（local oscillator；LO）信號，未繪示）施加於混頻器103_1和混頻器103_2。另外，收發器100可為通過使用合路器101和分路器102合併RF信號（在接收時）或分隔RF信號（在發射時）的波束成形收發器，且使用低雜訊放大器105_1到低雜訊放大器105_n、功率放大器106_1到功率放大器106_n以及移相器107_1a到移相器107_na以及移相器107_1b到移相器107_nb。
在下文，圖例的附屬物“i”將用以指以“1到n”的附屬物指示的一組元件中的任何元件。因此，舉例來說，功率放大器106_i應理解成意味著功率放大器106_1到功率放大器106_n中的任一個；低雜訊放大器105_i應理解成意味著低雜訊放大器105_1到低雜訊放大器105_n中的任一個；等等。
根據本實施例的收發器100可作為接收器執行如下接收操作。在收發器100中，天線AT_1到天線AT_n中的每一個採集RF接收信號中的一部分，以使得天線AT_1到天線AT_n可被稱為共同地採集波束成形信號。通過天線AT_1到天線AT_n所接收的RF接收信號中的N個部分可分別穿過T/R選擇開關108_1到T/R選擇開關108_n、低雜訊放大器105_1到低雜訊放大器105_n、移相器107_1a到移相器107_na以及可變增益放大器104_1到可變增益放大器104_n，且隨後通過合路器101合路成一個信號。每個低雜訊放大器105_i可以是耦接到天線AT_1到天線AT_n的對應天線AT_i的一個接收信號路徑的一部分。“第i”接收信號路徑可為從天線AT_i到可變增益放大器104_i的輸出埠的路徑。為了在除了垂直於天線的陣列平面的方向外的期望方向上形成接收波束，接收信號路徑中的至少兩個被配置為具有不同的相對插入相位（不同相移）。在實施例中，n個信號路徑中的每一個被指定為不同相移。
合路信號可通過混頻器103_1來與具有基準頻率的信號（例如LO信號，未繪示）混頻，且由此下變頻轉換成基帶信號。可將基帶信號輸入到數據機110。在實施例中，低雜訊放大器中的任一個，例如，低雜訊放大器105_1（下文為“第一低雜訊放大器”的實例），可通過某一放大增益放大波束成形信號且輸出被放大的波束成形信號以作為輸出信號。同時，低雜訊放大器105_1可根據關於波束成形信號的資訊來選擇性地改變輸出信號的相位，所述資訊在下文可互換地稱為“波束成形資訊”或僅僅是“資訊”。此資訊可從如基站的外部源接收。或者，在其它應用中，資訊可由電子裝置10本身產生，如在形成/操控波束來改進接收信號品質和/或最小化多路徑干擾時。
舉例來說，數據機110可從基站通過物理下行鏈路控制通道（physical downlink control channel；PDCCH）接收波束成形資訊、處理資訊且將其提供到RF控制器109。波束成形資訊可包含指示波束成形方法的資訊以及關於通過波束成形來相移的資訊，且可在用於下行鏈路安排的下行鏈路控制資訊（downlink control information；DCI）形式中被定義。RF控制器109可基於關於波束成形信號的處理後的資訊將輸出信號的選擇性相位變化的第一控制信號提供到低雜訊放大器105_1。儘管圖2中繪示RF控制器109包含於收發器100中的實例，但本實施例不限於此。舉例來說，RF控制器109可包含於數據機110中。
移相器107_1a（其為第一移相器）可從低雜訊放大器105_1接收輸出信號，且可改變輸出信號的相位。RF控制器109可將第二控制信號提供到移相器107_1a，且可控制移相器107_1a的輸出信號的相位變化程度。移相器107_1a可基於第二控制信號以各種方式改變移相器107_1a的輸出的相位，以符合波束成形。低雜訊放大器105_1（其為第一低雜訊放大器）以及移相器107_1a（其為第一移相器）的相同實施方案和操作可應用於低雜訊放大器105_2到低雜訊放大器105_n（其為第二低雜訊放大器到第n低雜訊放大器）和移相器107_2a到移相器107_na（其為第二移相器到第n移相器）。
根據本實施例的收發器100可作為發射器執行如下發射操作。從數據機110輸出的基帶信號可在混頻器103_2中與具有基準頻率的本地振盪器信號混頻，且由此可上變頻轉換成RF信號。RF信號可通過分路器102分成n個RF信號。隨後，RF信號可通過移相器107_1b到移相器107_nb和功率放大器106_1到功率放大器106_n來相位改變及放大，且隨後通過T/R選擇開關108_1到T/R選擇開關108_n及天線AT_1到天線AT_n發射為發射波束形成信號進入可用空間。功率放大器106_1到功率放大器106_n可以與低雜訊放大器105_1到低雜訊放大器105_n相同的方式對信號執行放大操作和選擇性相位變化操作，且功率放大器106_1到功率放大器106_n的配置可與低雜訊放大器105_1到低雜訊放大器105_n的配置相同或類似。因此，每個功率放大器106_i可以是耦接到天線AT_1到天線AT_n的對應天線AT_i的發射信號路徑的一部分。為了在除了垂直於天線的陣列平面的方向外的期望方向上形成發射波束，發射信號路徑中的至少兩個被配置為具有不同的相對插入相位（不同相移）。由於發射信號路徑和接收信號路徑中的獨立相移，可將發射時的波束指向方向控制為與在接收時的波束指向方向相同或不同。
圖2中繪示的收發器100的配置已作為一實例實施例呈現，但各種替代配置可基於包含可執行放大操作和選擇性相位變化操作的低雜訊放大器105_1到低雜訊放大器105_n和功率放大器106_1到功率放大器106_n而實施。此外，可使收發器100省略移相器107_1a到移相器107_na及移相器107_1b到移相器107_nb以實施收發器100。在這種情況下，低雜訊放大器105_1到低雜訊放大器105_n及功率放大器106_1到功率放大器106_n可覆蓋移相器107_1a到移相器107_na及移相器107_1b到移相器107_nb的相位變化操作。另外，當在收發器100中的RF路徑的數目較小且包含收發器100的晶片的尺寸可使得保持相對較大時，可以使得收發器100不包含T/R選擇開關108_1到T/R選擇開關108_n以實施收發器100，而是包含n個發射天線及n個接收天線。在下文中，將主要描述收發器100的接收器部分的操作。然而，下文所描述的操作和配置也可應用於收發器100的發射器部分（例如，功率放大器106_1到功率放大器106_n、移相器107_1b到移相器107_nb，等）。
本文中，在放大器電路的上下文中，“輸出信號”可指代由特定元件輸出的信號或最後由放大器電路輸出的信號。因此，“輸出信號”可為放大器級之間或電晶體之間的電路節點處的中間信號，或可為放大器電路的最終輸出信號，視提供輸出信號的電路節點而定。
本文中，術語閘極、源極以及汲極可用於分別指代場效應電晶體（field effect transistor；FET）的閘極終端、源極終端以及汲極終端。本文中，“增益”指代放大增益。
圖3為根據實施例的接收器100'的框圖。圖3的接收器100'可借助於本地振盪器信號的選擇性相移來執行波束成形。
如圖3中所繪示，接收器100'可包含天線AT_1'到天線AT_n'、合路器101'、混頻器103_1'到混頻器103_n'、相移低雜訊放大器（下文為僅“LNA”）105_1'到相移低雜訊放大器105_n'、移相器107_1'到移相器107_n'、RF控制器109'以及本地振盪器LO。
在根據本實施例的接收器100'中，通過天線AT_1'到天線AT_n'所接收的波束成形信號（RF信號）可作為放大信號以經由LNA 105_1'到LNA 105_n'來被提供到混頻器103_1'到混頻器103_n'。由本地振盪器LO產生的具有某一頻率的信號可作為參考信號以經由移相器107_1'到移相器107_n'來被提供到混頻器103_1'到混頻器103_n'。放大信號可在混頻器103_1'到103_n'中與參考信號混頻，且由此可下變頻轉換成基帶信號，且可將基帶信號輸入到數據機110。
在實施例中，LNA 105_1'（其為第一LNA）可實施為可變增益放大器，且可通過某一增益來放大波束成形信號並輸出被放大的波束成形信號以作為輸出信號。同時，LNA 105_1'可根據波束成形資訊來選擇性地改變輸出信號的相位。
移相器107_1'（其為第一移相器）可接收由本地振盪器Lo產生的本地振盪（local oscillation；LO）信號且改變LO信號的相位。RF控制器109'可將第一控制信號提供到LNA 105_1'且控制LNA 105_1'的輸出信號的選擇性相位變化，並且可將第二控制信號提供到移相器107_1'並控制LO信號的相位變化的程度。
LNA 105_1'可將輸出信號輸出到混頻器103_1'，且移相器107_1'可將相位改變的LO信號輸出到混頻器103_1'作為參考信號。輸出信號可在混頻器103_1'中與參考信號混頻，且由此下變頻轉換成基帶信號，並且可將基帶信號提供到合路器101'。LNA 105_1'（其為第一LNA）和移相器107_1'（其為第一移相器）的實施方案和操作可與LNA 105_2'到LNA 105_n'（其為第二LNA到第n LNA）和移相器107_2'到移相器107_n'（其為第二移相器到第n移相器）的實施方案和操作相同。
圖4為根據實施例的接收器電路200的框圖。接收器電路200可包含串聯連接的低雜訊放大器（LNA）210和移相器220。因此，接收器電路200可用於圖2的PS_LNA 105_i與移相器107_i的任何組合。低雜訊放大器210可包含放大器電路212和相移電路214。放大器電路212可放大所接收的波束成形信號，且相移電路214可連接到放大器電路212並選擇性地改變來自放大器電路212所放大的波束成形信號的相位。舉例來說，相移電路214可改變放大的波束成形信號的相位0度或22.5度（π/8個弧度），其中0度相移應理解成意味著參考相移，其可為最小相移。舉例來說，可實施相移電路214，以使得內部電容值發生變化，從而改變放大的波束成形信號的相位。
移相器220可包含多個相移區塊，例如，第一相移區塊222到第三相移區塊226。儘管圖4中繪示移相器220包含三個相移區塊的實例，但本實施例不限於此，且移相器220可包含各種數量的相移區塊。另外，第一相移區塊222到第三相移區塊226可具有不同相移範圍。舉例來說，第一相移區塊222可改變信號的相位到0度或45度，第二相移區塊224可改變信號的相位到0度或90度，且第三相移區塊226可改變信號的相位到0度或180度。接收器200可通過經由低雜訊放大器210和移相器220以22.5度為單位將信號的相位從0度改變為337.5度來支援波束成形功能。因而，因為低雜訊放大器210可置換移相器220的一部分且對信號執行相位變化操作，所以移相器220可被設計成相對較小，由此減小集成接收器200的RF晶片的尺寸。
低雜訊放大器210和移相器220的相位變化的程度可受圖2的RF控制器109控制。舉例來說，在期望根據波束成形資訊改變所接收的信號的相位約22.5度（π/8個弧度）時，RF控制器109可將控制信號提供到低雜訊放大器210和移相器220且控制低雜訊放大器210和移相器220，以使得僅執行相移電路214的22.5度相移操作。在所接收的信號的相位根據波束成形資訊需要改變45度（π/4個弧度）時，RF控制器109可將控制信號提供到低雜訊放大器210和移相器220且控制低雜訊放大器210和移相器220，以使得僅執行第一相移區塊222的45度相移操作。
圖4中所繪示的接收器200的配置僅為實例實施例，且可被實施來以各種替代相位變化單位改變信號的相位，以支援波束成形功能。此外，可實施相移電路214，以使得信號的相位可改變為各種替代度數。舉例來說，相移電路214可被實施以將信號的相位改變為0度、22.5度以及45度中的任一個或大致任一個，且移相器220可具有可與相移電路214的實施方案相容的各種配置。
圖5為根據實施例的能夠選擇性地改變信號相位的低雜訊放大器（LNA）210a的電路圖。LNA 210a為可用于上文所論述的PS_LNA 210、PS_LNA 105_1到PS_LNA 105_n或PS_LNA 105_1'到PS_LNA 105_n'中的任一個的實例放大器。
如圖5中所繪示，低雜訊放大器210a可包含放大器電路212和相移電路214。在下文中，相移電路214被稱為可變電容電路214。放大器電路212可包含第一電晶體MA 、第二電晶體MB 、第一電阻器元件Rl 和第二電阻器元件R2 以及電感器元件L。第一電晶體MA 的閘極可連接到第一電阻器元件Rl ，且第一電晶體MA 可通過其閘極接收輸入信號。輸入信號來源於由圖1的天線中的一個所接收的波束成形信號的一部分。第一電晶體MA 的源極終端可連接到電感器元件L。電感器元件L可為連接於第一電晶體MA 的源極終端與接地（即，參考電勢點）之間的源極退化電感器。源極退化電感器可用於改進雜訊指數和阻抗匹配。電晶體MA 和電晶體MB 被例示為NFET，但可替代地實施為PFET。
第二電晶體MB 的源極可連接到第一電晶體MA 的汲極以及節點，第二電晶體MB 的源極和第一電晶體MA 的汲極連接到所述節點，所述節點可被稱為‘X’節點。第二電晶體MB 的閘極可連接到可變電容電路214的一端和第二電阻器元件R2 ，且第二電晶體MB 可通過其閘極接收偏壓電壓VGG1 。可變電容電路214的另一端可連接到接地。具有可充當低雜訊放大器210a的輸入終端的閘極的第一電晶體MA 可操作為共源極放大器，且具有可充當低雜訊放大器210a的輸出終端的汲極的第二電晶體MB 可操作為共閘極放大器。第一電晶體MA 和第二電晶體MB 可實施為級聯放大器。
可變電容電路214可包含可變電容器元件CK 。（將在下文參考圖6A和圖6B描述可變電容電路214的具體實施例。）可變電容電路214可從圖2的RF控制器109接收電容控制信號CSCAP ，且可變電容電路214的電容可基於電容控制信號CSCAP 而被改變。因為可變電容電路214的一端連接到第二電晶體MB 的閘極終端，所以可變電容電路214的電容可影響共閘極放大器（即，第二電晶體MB ）的相位特徵，且通過使用此結構，可改變從第二電晶體MB 輸出的信號的相位。這將參考圖7來詳細描述。在下文中，將描述低雜訊放大器210a的操作。
第一電晶體MA 可通過其閘極接收輸入信號。輸入信號可為已經通過如圖2中所繪示的T/R選擇開關108_1到T/R選擇開關108_n中的一個以及帶通濾波器的RF信號（其為由天線中的一個所接收的波束成形信號的一部分）。第一電晶體MA 可放大輸入信號且通過其汲極輸出第一輸出信號。第二電晶體MB 可放大第一輸出信號且通過其汲極輸出第二輸出信號，並且可變電容電路214可選擇性地改變第二輸出信號的相位。舉例來說，如圖4中所繪示，在將第二輸出信號中的22.5度相位變化定為目標時，可變電容電路214可具有第一電容值。另外，在將第二輸出信號中的0度相位變化（或鎖相）定為目標時，可變電容電路214可具有第二電容值。
由於低雜訊放大器210a被配置成根據波束成形執行選擇性地改變信號的相位的操作以及信號的放大操作，所以可減少插入損耗且可減小包含低雜訊放大器210a並支援波束成形功能的RF晶片的尺寸。
圖5中所繪示的低雜訊放大器210a已作為一實例實施例呈現，但各種替代設計可為可能的。具體來說，低雜訊放大器210a可實施為具有可執行選擇性相位變化操作以及放大操作的各種其它結構。
圖6A和圖6B為示出圖5中的可變電容電路214的對應的實施例的電路圖。
參考圖6A，可變電容電路214a可包含多個開關元件SW1 到開關元件SWm 以及多個電容器元件C1 到電容器元件Cm 。開關元件SW1 到開關元件SWm 可基於對應於m位元資料的電容控制信號CSCAPa 分別選擇性地連接到電容器元件C1 到電容器元件Cm 。通過此結構，可改變可變電容電路214a的電容。
參考圖6B，可變電容電路214b可包含電容器元件C、電阻器元件R3 以及可變電抗器元件VRT。可變電抗器元件VRT為能夠根據其陽極和陰極上的電壓改變電容值的可變電容二極體。可變電抗器元件VRT的陰極可連接到電容器元件C，且可變電抗器的陽極可連接到電阻器元件R3 。
具有用於控制可變電抗器元件VRT的電容值的某一電壓電平的電容控制信號CSCAPb 可施加於可變電抗器元件VRT的陰極與電容器元件C之間的第一節點N1 。可變電抗器元件VRT可視電容控制信號CSCAPb 的電壓電平而具有各種電容值。可變電抗器元件VRT的陽極與電阻器元件R3 之間的第二節點N2 可連接到圖5中的第二電晶體MB 的閘極終端G_MB 。
因而，可變電容電路214a和可變電容電路214b可基於電容控制信號CSCAPa 和電容控制信號CSCAPb 分別改變對應的電容值，且可將改變的電容值提供到圖5中的第二電晶體MB 並改變圖5中的第二電晶體MB 的相位特徵。因此，可對從低雜訊放大器210a輸出的信號執行波束成形的相位變化目標。
圖6A和圖6B僅示出可變電容電路214a和可變電容電路214b的實例實施例。然而，本公開不限於此，且可變電容電路214a和可變電容電路214b可以由各種其它電路配置來實施，其中電容值可通過控制信號來被改變。
圖7為解釋圖5中的第二電晶體MB 的輸出信號的相位特徵的圖5的低雜訊放大器210a的等效電路CKT_eq的電路圖。圖7示出低雜訊放大器210a的等效電路，其聚焦於第二電晶體MB 。
參考圖5和圖7，低雜訊放大器210a的等效電路CKT_eq可包含可變電容器元件CK 、閘極-源極電容器元件Cgs 、電流源CS、第一負載電導gds 以及電壓源VX 。可變電容器元件CK 可對應於第一可變電容電路214，閘極-源極電容器元件Cgs 可對應於第二電晶體MB 的閘極終端與源極終端之間的電容元件，且電流源CS可具有通過將第二電晶體MB 的跨導gm 乘以第二電晶體MB 的閘極-源極電壓Vgs 所獲得的值。閘極-源極電壓Vgs 可為閘極-源極電容器元件Cgs 上的電壓。電壓源VX 可對應於‘X’節點處的電壓值。第一負載電導gds 可包含第二電晶體MB 的汲極終端與源極終端之間的電阻元件和電容元件。第二負載電導gL 可包含用於與低雜訊放大器210a的等效電路CKT_eq的輸出阻抗Impout 阻抗匹配的元件。
低雜訊放大器210a的放大增益AV 和低雜訊放大器210a的相位特徵arg（AV ）可通過使用等效電路CKT_eq獲得且通過等式（1）和等式（2）概述。
Figure 02_image002
Figure 02_image004
可變‘K’可定義為可變電容器元件CK 的電容器值與閘極-源極電容器元件Cgs 的電容器值之間的關係。也就是說，因為可變‘K’根據可變電容器元件CK 的電容器值的變化而改變，所以可變‘K’可影響低雜訊放大器210a的增益AV 的變化。等式（3）為通過將增加AV 與可變‘K’分化以檢查可變‘K’對低雜訊放大器210a的增益AV 的變化的影響所獲得的等式。
Figure 02_image006
因為等效電路CKT_eq的輸出阻抗Impout 由於低雜訊放大器210a的結構的特徵而具有較大值，所以用於阻抗匹配的第二負載電導gL 可具有對應於輸出阻抗Impout 的倒數的較小電導。參考等式（3），因為第二電晶體MB 的跨導gm 和第一負載電導gds 為根據第二電晶體MB 的特徵所確定的固有值，所以第二負載電導gL 的電導值必須大於第二電晶體MB 的跨導gm 的電導值和第一負載電導gds 的電導值，以減小第二電晶體MB 的增益AV 的變化。低雜訊放大器210a可更包含用於降低輸出阻抗Impout 以增加第二負載電導gL 的電導值的電路。
圖8為根據實施例的能夠減小相移範圍內放大增益的變化的低雜訊放大器210b的電路圖。
將主要參考圖8描述圖5的低雜訊放大器210a的額外元件，且將省略已描述的元件的冗餘描述。
如圖8中所繪示，低雜訊放大器210b可更包含用於減小與圖5中的低雜訊放大器210a相比的增益的變化的增益固定電路215。增益固定電路215可包含第三電晶體MC 、第三電阻器元件R3 以及電容器元件CL 。增益固定電路215也可被稱為增益變化減小電路。
第三電晶體MC 的源極可連接到第二電晶體MB 的汲極以及節點，第三電晶體MC 的源極和第二電晶體MB 的汲極連接到所述節點，所述節點可被稱為‘Y’節點。第三電晶體MC 的閘極可連接到電容器元件CL 的一端和第三電阻器元件R3 ，且第三電晶體MC 可通過其閘極接收偏壓電壓VGG2 。電容器元件CL 的另一端可連接到接地，且電容器元件CL 可具有固定電容值。
第三電晶體MC （其可具有充當低雜訊放大器210b的輸出終端）可操作為共閘極放大器，且第一電晶體MA 到第三電晶體MC 可實施為級聯放大器。第三電晶體MC 可放大從第二電晶體MB 輸出的第二輸出信號且輸出被放大的第二輸出信號以作為第三輸出信號。
增益固定電路215可將減小的輸出阻抗提供到低雜訊放大器210b。因此，可減小由於低雜訊放大器210b的選擇性相位變化操作的增益變化，且因此，穩定放大操作可與信號的選擇性相位變化操作同時執行。
圖8中所繪示的低雜訊放大器210b的配置的各種替代配置可為可能的。具體來說，增益固定電路215可被實施為具有能夠降低低雜訊放大器210b的輸出阻抗的各種替代結構。
圖9A和圖9B為用於通過圖8中的增益固定電路215來解釋放大增益的效果的圖表。
圖9A為示出在執行圖5的低雜訊放大器（LNA）210a的信號放大操作時實例放大增益相對於頻率的圖表。圖9B為示出在執行圖8的LNA 210b的信號放大操作時實例增益相對於頻率的圖表。
參考圖9A，在選擇性地改變可變電容電路214的電容值時，這導致LNA 210a的增益變化。在LNA 210a根據波束成形執行信號的相位變化操作以及信號放大操作時，電容變化可導致增益在由LNA 210a實現的輸出信號中相移範圍內變化約
Figure 02_image008
。參考圖9B，儘管可變電容電路214的電容值在LNA 210b根據波束成形在與圖9A中相同的狀況下執行信號的相位變化操作以及信號放大操作時，增益由於增益固定電路215的操作可在相同的相移範圍內變化約
Figure 02_image010
的更小範圍。
換句話說，如圖9B中所繪示，包含增益固定電路215的圖8的低雜訊放大器210b可減小增益變化並執行更穩定的放大操作。
圖10為根據實施例的包含開關元件的低雜訊放大器（LNA）210c的電路圖。圖11A和圖11B為用於解釋開關元件的操作的圖式。
將主要參考圖10描述圖8的低雜訊放大器210b的額外元件，且將省略已描述的元件的冗餘描述。
參考圖10，與圖8的LNA 210b相比，低雜訊放大器210c可更包含用於有效使用功率的開關元件SW。開關元件SW可連接於‘Y’節點與第三電晶體MC 的汲極之間，其中後者也充當LNA 210c的提供LNA輸出信號的輸出終端OUT。Y節點為連接第二電晶體MB 的汲極和第三電晶體MC 的源極的節點。開關元件SW可接收開關控制信號CSS 且基於開關控制信號CSS 接通/關閉（閉合/斷開）。在實施例中，圖2的RF控制器109可基於波束成形資訊產生開關控制信號CSS ，並將開關控制信號CSS 提供到開關元件SW。LNA輸出信號的相位可視開關元件SW的開關狀態而選擇性地被改變。在圖11A和圖11B的以下論述中，在LNA 210c提供具有參考相位θ1的LNA輸出信號RF_OUT時，這將被描述為LNA 210c基於波束成形資訊不改變信號路徑的相位的狀況。
圖11A示出當開關元件SW處於斷開狀態的放大操作。這可導致LNA 210c具有與圖8的LNA 210b相同或類似的操作特徵。（應注意，可存在由從Y節點和OUT終端中的每一個到開關元件SW的發射線導致的電抗，甚至在開關元件SW處於斷開狀態時，此與LNA 210b相比可造成阻抗變化或相位變化等等。）舉例來說，根據波束成形資訊，開關元件SW可回應於第一開關控制信號CSS1 而被關閉。可變電容電路214可回應於第一電容控制信號CSCAP1 而改變電容值以具有用於將RF輸出信號RF_OUT的相位改變為第二相位θ2的目標值。第二相位θ2可對應于波束成形確定的相位變化的程度。因此，低雜訊放大器210c可經由級聯放大器結構來放大RF輸入信號RF_IN，所述級聯放大器結構是由第一電晶體MA 到第三電晶體MC 組成，且可經由可變電容電路214和第二電晶體MB 以第二相位θ2改變RF輸出信號RF_OUT的相位。從而LNA輸出信號RF_OUT可具有（θ1 + θ2）的相位。舉例來說，RF_OUT的相位可以（θ1 + θ2）不同於LNA輸入信號RF_IN的相位。另外，低雜訊放大器210c由於相位變化操作的放大增益的變化可通過增益固定電路215抑制。低雜訊放大器210c可將具有以第二相位θ2改變的相位的RF輸出信號RF_OUT輸出到如圖2中的移相器107_1a的移相器（phase shifter；PS）。
圖11B示出當低雜訊放大器210c不在RF輸出信號RF_OUT中導致θ2的額外相位變化時的放大操作。在這種情況下，LNA輸出信號RF_OUT具備θ1的參考相位，其可為相對於LNA輸入信號RF_IN的相位的相位差。如圖11B中所繪示，當根據波束成形資訊而不需要LNA 210c的相位變化操作時，開關元件SW可回應於第二開關控制信號CSS2 而被接通（閉合）。可變電容電路214可改變電容值以具有用於回應於第二電容控制信號CSCAP2 固定RF輸出信號RF_OUT的相位的目標值。因此，低雜訊放大器210c可經由級聯放大器結構放大RF輸入信號RF_IN，所述級聯放大器結構是由第一電晶體MA 和第二電晶體MB 組成，且在不改變RF輸出信號RF_OUT的相位的情況下將RF輸出信號RF_OUT輸出到移相器。如果當開關元件SW保持于閉合狀態時，電容控制信號CSCAP2 保持恒定，那麼LNA 210c不執行相位變化操作。在此情境下，低雜訊放大器210c的增益可為相對恒定的，且用於根據相位變化操作減小LNA 210c的增益變化的增益固定電路215的角色可為不必要的。因此，通過使用開關元件SW來撤銷增益固定電路215，可減少由增益固定電路215所消耗的功率。
在另一操作模式中，在開關元件SW處於閉合狀態的情況下，可根據波束成形相關資訊使電容控制信號CSCAP2 在至少兩個電容值之間變化，每個電容值對應於LNA輸出信號RF_OUT的目標相位。另外，在開關元件SW如圖11A中控制成斷開時，可允許電容控制信號CSCAP2 根據波束成形相關資訊而在至少兩個電容值之間變化，所述電容值可與開關元件SW閉合時使用的電容值相同或不同。通過在開關元件SW的兩種開關狀態中允許不同的電容控制信號，LNA輸出信號RF_OUT可以選擇性地提供至少四個目標相位中的一個：閉合開關狀態的兩個和斷開開關狀態的兩個。
圖12為根據實施例以兩級實施的低雜訊放大器310的電路圖。低雜訊放大器310可包含第一級電路1st ST和第二級電路2nd ST。第一級電路1st ST和第二級電路2nd ST可被稱為放大區塊或放大器電路。第一級電路1st ST可被稱為低雜訊放大緩衝電路，且第二級電路2nd ST可被稱為低雜訊相移電路。第一級電路1st ST可主要放大所接收的信號，且第二級電路2nd ST可次要地放大主要放大信號並根據波束成形選擇性地改變最終輸出信號的相位。第一級電路1st ST的增益可高於第二級電路2nd ST的增益。
第一級電路1st ST可包含第一電晶體MA1 和第二電晶體MB1 、電阻器元件R1 和電阻器元件R2 、 電容器元件CC1 、電容器元件CL1 以及電容器元件CL2 、以及電感器元件L1 、電感器元件L2 以及電感器元件L3 。第一電晶體MA1 （其可通過包括電容器CC1 和電感器L1 的輸入濾波器耦接到第一級電路1st ST的輸入終端IN）可操作為共源極放大器。第二電晶體MB1 （其可具有連接到第一級電路1st ST的輸出終端的汲極）可操作為共閘極放大器。第一電晶體MA1 和第二電晶體MB1 可實施為級聯放大器。第一級電路1st ST可通過第一電晶體MA1 的閘極接收信號，通過第二電晶體MB1 的閘極接收偏壓電壓VGG1 ，且通過電容器元件CL2 與電感器元件L3 之間的節點接收電源電壓VDD1 。
第二級電路2nd ST可包含第三電晶體MA2 、第四電晶體MB2 以及第五電晶體MC2 、電阻器元件R4 、電阻器元件R5 以及電阻器元件R6 、可變電容器元件CK 、電容器元件CC2 、電容器元件CC3 、電容器元件CL3 以及電容器元件CL4 、以及電感器元件L4 、電感器元件L5 、電感器元件L6 以及電感器元件L7 。第三電晶體MA2 （其可通過包括電容器CC2 和電感器L4 的輸入濾波器耦接到第二級電路2nd ST的輸入終端）可操作為共源極放大器，且第四電晶體MB2 可操作為共閘極放大器。第五電晶體MC2 （其可經由包括電感器L7 和電容器CC3 的輸出濾波器耦接到第二級電路2nd ST的輸出終端）可操作為共閘極放大器。第三電晶體MA2 到第五電晶體MC2 可實施為級聯放大器。第二級電路2nd ST可通過第三電晶體MA2 的閘極終端接收信號，通過第四電晶體MB2 的閘極終端和第五電晶體MC2 的閘極終端接收偏壓電壓VGG21 和偏壓電壓VGG22 ，且通過電感器元件L6 與電容器元件CL4 之間的節點接收電源電壓VDD2 。在第二級電路2nd ST中，可改變可變電容器元件CK 的電容以根據波束成形選擇性地改變輸出信號的相位，如上文所描述。上文已參考圖5和圖8描述第二級電路2nd ST的配置和操作，且因此將省略其詳細描述。
以兩級實施的低雜訊放大器310僅為實例實施例，且可獲得各種替代配置。具體來說，第二級電路2nd ST可實施為具有可執行選擇性相位變化操作以及放大操作的各種替代結構。
如先前所提及，在發射信號路徑中，如同低雜訊放大器107_1到低雜訊放大器107_n，功率放大器PS_PA 106_1到功率放大器106_n可各自具有配置，所述配置具有選擇性相位變化能力以使得能夠靈活設計供用於波束操控發射波束。低雜訊放大器105_i的上述配置中的任一種，如LNA 210、LNA 210a、LNA 210b、LNA 210c或LNA 310的配置，可用於任何功率放大器106_i。
圖13為根據實施例的支援包含波束成形功能的通信功能的電子裝置1000的框圖。電子裝置1000可包含記憶體1010、處理器單元1020、輸入/輸出控制單元1040、顯示單元1050、輸入裝置1060、數據機110以及包含收發器100的通信處理單元1090。記憶體1010可由相同或不同類型的多個記憶體組成。
記憶體1010可包含：程式儲存部分1011，用於儲存用於控制電子裝置1000的操作的程式；以及資料儲存部分1012，用於儲存在程式執行期間產生的資料。資料儲存部分1012可儲存用於操作應用程式1013和開關與相位管理程式1014的資料。程式儲存部分1011可包含應用程式1013和開關與相位管理程式1014。程式儲存部分1011中的程式可表達為指令集（一組指令）。
應用程式1013可借助於讀取和執行其指令的處理器1022在電子裝置1000上運行。開關與相位管理程式1014可控制根據本公開如上文所描述的低雜訊放大器和移相器的操作。換句話說，開關與相位管理程式1014可確定接收信號路徑中的至少一個中的波束成形的相位變化程度，並將關於相位程度的資訊傳送到數據機的主控制器（或RF控制器）。（在本文中，控制器可互換地稱為控制電路。）在實施例中，程式1014通過控制每個PS_LNA 105-1到PS_LNA 105_n和每個移相器107_1到移相器107_n（如果包含移相器）的相移來控制接收信號路徑中的每一個中的相位。
另外，開關與相位管理程式1014確定電子裝置1000是以發射模式還是接收模式操作，且發射關於數據機的主控制器的確定的資訊。記憶體介面1021可控制對如處理器1022或週邊裝置介面1023的元件的記憶體1010的訪問。開關與相位管理程式1014還可被配置成通過以與至少一個接收信號路徑類似的方式控制發射信號路徑中的至少一個中的相位來控制發射側上的波束成形。
週邊裝置介面1023可控制將處理器1022和記憶體介面1021連接到基站的輸入/輸出週邊裝置。處理器1022通過使用至少一個軟體程式來控制基站以提供服務。在這種情況下，處理器1022可執行儲存於記憶體1010中的至少一個程式，以提供對應於至少一個程式的服務。
輸入/輸出控制單元1040可在如顯示單元1050和輸入裝置1060的輸入/輸出裝置與週邊裝置介面1023之間提供介面。顯示單元1050顯示狀態資訊、輸入字元、移動圖像（視頻）、靜態圖像等等。舉例來說，顯示單元1050可顯示關於由處理器1022驅動的應用程式的資訊。
輸入裝置1060可經由輸入/輸出控制單元1040將由選擇電子裝置1000產生的輸入資料提供到處理器單元1020。在這種情況下，輸入裝置1060可包含小鍵盤，所述小鍵盤包含至少一個硬體按鈕和用於感測觸摸資訊的觸控板。舉例來說，輸入裝置1060可經由輸入/輸出控制單元1040將觸摸資訊（如觸摸、觸摸移動以及通過觸控板感測的觸摸釋放）提供到處理器1022。
電子裝置1000可包含執行話音通信和資料通信的通信功能的通信處理單元1090。通信處理單元1090可包含能夠支援上文參考圖2等等所描述的波束成形功能的低雜訊放大器，且還可包含能夠控制低雜訊放大器的選擇性相位變化的RF控制器或數據機。
雖然已經參考本發明概念的實施例具體地繪示及描述本發明概念，但應理解，可以在不脫離所附權利要求書的精神和範圍的情況下在其中進行形式和細節的各種變化。
1‧‧‧無線通訊系統1stST‧‧‧第一級電路2ndST‧‧‧第二級電路10‧‧‧無線通訊裝置11、12‧‧‧基站13‧‧‧衛星14‧‧‧廣播站15‧‧‧系統控制器100‧‧‧收發器100'‧‧‧接收器101、101'‧‧‧合路器102‧‧‧分路器103_1、103_2、103_1'、…、103_n'‧‧‧混頻器104_1、…、104_i、…、104_n‧‧‧可變增益放大器105_1、…、105_i、…、105_n、105_1'、…、105_n'、210、210a、210b、210c、310‧‧‧低雜訊放大器106_1、…、106_i、…、106_n‧‧‧功率放大器107_1'、107_2'、…、107_n'、107_1a、107_2a、…、107_na、107_1b、…、107_nb、220‧‧‧移相器108_1、…、108_n‧‧‧發射/接收選擇開關109、109'‧‧‧RF控制器110‧‧‧數據機200‧‧‧接收器電路212‧‧‧放大器電路214‧‧‧相移電路/可變電容電路214a、214b‧‧‧可變電容電路215‧‧‧增益固定電路222‧‧‧第一相移區塊224‧‧‧第二相移區塊226‧‧‧第三相移區塊1000‧‧‧電子裝置1010‧‧‧記憶體1011‧‧‧程式儲存部分1012‧‧‧資料儲存部分1013‧‧‧應用程式1014‧‧‧開關與相位管理程式1020‧‧‧處理器單元1021‧‧‧記憶體介面1022‧‧‧處理器1023‧‧‧週邊裝置介面1040‧‧‧輸入/輸出控制單元1050‧‧‧顯示單元1060‧‧‧輸入裝置1090‧‧‧通信處理單元arg（AV）‧‧‧相位特徵AT_1、…、AT_i、…、AT_n、AT_1'、…、AT_n'‧‧‧天線AV‧‧‧放大增益B‧‧‧節點C、C1、…、CC1、CC2、CC3、…、CL、CL1、CL2、CL3、CL4、…、Cm‧‧‧電容器元件Cgs‧‧‧閘極-源極電容器元件CK‧‧‧可變電容器元件CKT_eq‧‧‧等效電路CS‧‧‧電流源CSCAP、CSCAP1、CSCAP2、CSCAPa、CSCAPb‧‧‧電容控制信號CSS‧‧‧開關控制信號CSS1‧‧‧第一開關控制信號CSS2‧‧‧第二開關控制信號gds‧‧‧第一負載電導gL‧‧‧第二負載電導gm‧‧‧跨導G_MB‧‧‧閘極終端Impout‧‧‧輸出阻抗IN‧‧‧輸入終端L、L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7‧‧‧電感器元件LO‧‧‧本地振盪器MA、MA1‧‧‧第一電晶體MB、MB2‧‧‧第二電晶體MA2、MC‧‧‧第三電晶體MB2‧‧‧第四電晶體MC2‧‧‧第五電晶體N1‧‧‧第一節點N2‧‧‧第二節點OUT‧‧‧輸出終端Rl‧‧‧第一電阻器元件R2‧‧‧第二電阻器元件R3、R4、R5、R6 ‧‧‧電阻器元件RF_IN‧‧‧RF輸入信號RF_OUT‧‧‧RF輸出信號SW1、…、SWm‧‧‧交換元件VDD1、VDD2、‧‧‧電源電壓VGG1、VGG2、VGG21、VGG22、‧‧‧偏壓電壓Vgs‧‧‧閘極-源極電壓VRT‧‧‧可變電抗器元件VX‧‧‧電壓源θ1‧‧‧第一相位θ2‧‧‧第二相位
根據結合附圖進行的以下詳細描述將更清楚地理解本發明概念的實施例，其中相同附圖標號指示相同元件或特徵，其中： 圖1為示出包含執行無線通訊操作的無線通訊裝置的無線通訊系統的圖式。 圖2為根據實施例的收發器的框圖。 圖3為根據實施例的接收器的框圖。 圖4為根據實施例的接收器電路的框圖。 圖5為根據實施例的能夠選擇性地改變信號相位的低雜訊放大器的電路圖。 圖6A和圖6B為示出圖5中的可變電容電路的對應實施例的電路圖。 圖7為解釋圖5中的第二電晶體的相位特徵的圖5的低雜訊放大器的等效電路的電路圖。 圖8為根據實施例的具有增益固定電路的低雜訊放大器的電路圖，所述增益固定電路能夠減小在相移範圍內放大增益的變化。 圖9A為在圖5的低雜訊放大器的實例案例的相移範圍內增益相對於頻率的圖表。 圖9B為在具有圖8中的增益固定電路的低雜訊放大器的實例案例的相同相移範圍內增益相對於頻率的圖表。 圖10為根據實施例的包含開關元件的低雜訊放大器的電路圖。 圖11A和圖11B為用於解釋具有不同對應狀態的開關元件的圖10的放大器的對應操作模式的圖式。 圖12為根據實施例以兩級實施的低雜訊放大器的電路圖。 圖13為根據實施例的支援包含波束成形功能的通信功能的電子裝置的框圖。
AT_1~AT_n‧‧‧天線
100‧‧‧收發器
101‧‧‧合路器
102‧‧‧分路器
103_1、103_2‧‧‧混頻器
104_1~104_n‧‧‧可變增益放大器
105_1~105_n‧‧‧低雜訊放大器
106_1~106_n‧‧‧功率放大器
107_1a~107_na、107_1b~107_nb‧‧‧移相器
108_1~108_n‧‧‧發射/接收選擇開關
109‧‧‧RF控制器
110‧‧‧數據機

Claims (24)

  1. 一種用於經由多個天線接收波束成形信號的接收器，所述接收器包括：第一放大器電路，包括用於放大輸入信號以提供第一放大信號的第一電晶體，所述輸入信號來源於由所述多個天線中的一個所接收的所述波束成形信號的部分；第二放大器電路，包括用於放大所述第一放大信號以產生對應的輸出信號的第二電晶體；以及可變電容電路，用於選擇性地改變其電容以導致所述輸出信號的對應相位變化，其中所述可變電容電路接收基於關於所述波束成形信號的資訊產生的電容控制信號，以及基於所述電容控制信號改變所述可變電容電路的所述電容。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的接收器，其中所述第一電晶體以及所述第二電晶體各自具有閘極、汲極以及源極，其中：所述第一電晶體通過其閘極接收所述輸入信號以及通過其汲極輸出所述第一放大信號；所述第二電晶體通過其閘極連接到所述可變電容電路；通過其源極連接到所述第一電晶體的所述汲極；以及通過其汲極輸出所述輸出信號。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的接收器，其中所述第一電晶體以及所述第二電晶體作為級聯放大器操作。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的接收器，其中所述可變電容電路的一端連接到所述第二電晶體的所述閘極，且所述可變電容電路的另一端連接到接地。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的接收器，其中所述可變電容電路包括多個電容器元件以及分別連接到所述多個電容器元件的多個開關元件。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的接收器，其中所述可變電容電路包括可變電抗器元件，所述可變電抗器元件具有連接到所述第二電晶體的閘極的一端以及接收電容控制電壓的相對端。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的接收器，更包括移相器，其耦接到所述第二電晶體，用於另外改變所述輸出信號的所述相位。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的接收器，更包括第三放大器電路，所述第三放大器電路包括用於接收所述輸出信號、放大所述輸出信號以及輸出被放大的所述輸出信號的第三電晶體。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的接收器，其中：所述第一電晶體、所述第二電晶體以及所述第三電晶體各自具有閘極、源極以及汲極；所述第一電晶體通過其閘極接收所述輸入信號以及通過其汲極輸出所述第一放大信號； 所述第二電晶體通過其閘極連接到所述可變電容電路，通過其源極連接到所述第一電晶體的所述汲極，且通過其汲極輸出所述輸出信號；以及所述第三電晶體通過其源極連接到所述第二電晶體的所述汲極，且通過其汲極輸出被放大的所述輸出信號。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的接收器，其中所述第一電晶體、所述第二電晶體以及所述第三電晶體被連接為級聯放大器。
  11. 如申請專利範圍第9項所述的接收器，其中所述第三放大器電路更包括連接於所述第三電晶體的所述汲極與節點之間的開關元件，所述第二電晶體的所述汲極以及所述第三電晶體的所述源極連接到所述節點。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的接收器，其中：在第一操作模式中，實際上在所述開關元件斷開時，所述可變電容電路的所述電容選擇性地可變以改變所述輸出信號的所述相位；以及在第二操作模式中，實際上在所述開關元件閉合時，所述可變電容電路的所述電容保持在恆定值，由此保持所述輸出信號的所述相位固定。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的接收器，更包括緩衝電路，所述緩衝電路耦接於所述第一電晶體與所述多個天線中的一個之間，其中所述緩衝電路放大所述輸入信號來源的所述波束成 形信號的所述部分，以此獲得所述輸入信號，以及將所述輸入信號輸出到所述第一電晶體。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的接收器，其中所述緩衝電路包括級聯放大器，所述級聯放大器包含第四電晶體以及第五電晶體。
  15. 如申請專利範圍第1項所述的接收器，其中所述輸入信號為穿過帶通濾波器的信號，所述帶通濾波器耦接於所述第一電晶體與所述多個天線中的一個之間，所述帶通濾波器提供所述輸入信號來源的所述波束成形信號的所述部分。
  16. 如申請專利範圍第1項所述的接收器，其中所述輸出信號被施加到混頻器以進行下變頻。
  17. 一種用於支援波束成形功能的低雜訊放大器，所述低雜訊放大器包括：第一電晶體，放大通過其閘極所接收的輸入信號且在其汲極處提供對應的第一放大信號；第二電晶體，具有連接到所述第一電晶體的所述汲極的源極，所述第二電晶體放大所述第一放大信號以在其汲極處提供對應的輸出信號；以及可變電容電路，連接到所述第二電晶體的閘極，所述可變電容電路根據波束成形資訊基於施加於所述可變電容電路的電容控制信號以選擇性地改變其電容，被改變的所述電容相對應地導致所述輸出信號的相位變化。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的低雜訊放大器，更包括第三電晶體，所述第三電晶體通過所述第三電晶體的源極連接到所述第二電晶體的所述汲極，所述第三電晶體放大所述輸出信號並通過所述第三電晶體的汲極輸出被放大的所述輸出信號。
  19. 如申請專利範圍第17項所述的低雜訊放大器，更包括緩衝電路，所述緩衝電路耦接到所述第一電晶體的所述閘極，所述緩衝電路放大由天線所接收的接收信號並將被放大的所述接收信號作為所述輸入信號以輸出到所述第一電晶體的所述閘極，其中所述緩衝電路包括：第四電晶體，通過其閘極接收所述接收信號；以及第五電晶體，通過所述第五電晶體的源極連接到所述第四電晶體的汲極，所述第五電晶體通過所述第五電晶體的汲極輸出被放大的所述接收信號。
  20. 一種用於支援波束成形功能的無線通訊裝置，所述無線通訊裝置包括：低雜訊放大器，放大來源於從外部源接收的波束成形信號的輸入信號並輸出對應的輸出信號，所述低雜訊放大器包括用於選擇性地改變所述輸出信號的相位的可變電容電路；移相器，耦接到所述低雜訊放大器的輸出終端或輸入終端，所述移相器可操作以改變所述輸出信號的所述相位；以及控制電路，基於波束成形資訊以產生用於所述可變電容電路的電容控制信號以及用於所述移相器的控制信號。
  21. 如申請專利範圍第20項所述的無線通訊裝置，其中所述低雜訊放大器更包括：第一電晶體，具有源極、汲極以及閘極，所述源極連接到接地且所述閘極接收所述輸入信號；以及第二電晶體，具有連接到所述第一電晶體的所述汲極的源極，所述第二電晶體通過其汲極輸出所述輸出信號。
  22. 如申請專利範圍第21項所述的無線通訊裝置，其中所述可變電容電路連接到所述第二電晶體的閘極。
  23. 如申請專利範圍第20項所述的無線通訊裝置，其中所述低雜訊放大器為N個低雜訊放大器的第一低雜訊放大器，以及所述移相器為包含於所述無線通訊裝置中的N個移相器的第一移相器，其中第二低雜訊放大器到所述第N低雜訊放大器中的每一個包含與所述第一低雜訊放大器相同的用於選擇性地改變其輸出信號的相位的可變電容電路。
  24. 如申請專利範圍第23項所述的無線通訊裝置，更包括N個功率放大器，所述N個功率放大器中的每一個提供於對應的發射信號路徑中，其中所述N個功率放大器中的每一個包含用於選擇性地改變其輸出信號的相位的可變電容電路。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI711262B (zh) * 2019-12-13 2020-11-21 東元電機股份有限公司 變頻器裝置以及依據輸出電壓值而選擇性輸出電流之方法
EP4152514A4 (en) * 2020-05-29 2023-07-26 Huawei Technologies Co., Ltd. HIGH FREQUENCY CHIP
CN116569481A (zh) * 2020-11-09 2023-08-08 华为技术有限公司 放大电路、芯片及电子设备

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070117523A1 (en) * 2002-08-13 2007-05-24 David Weber Method And Apparatus For Signal Power Loss Reduction In RF Communication Systems
US20090009250A1 (en) * 2006-03-10 2009-01-08 Fujitsu Limited Low Noise Amplifier
US20120182067A1 (en) * 2011-01-18 2012-07-19 Prasad Ammisetti V Switched-capacitor programmable-gain amplifier
US20130257545A1 (en) * 2012-03-29 2013-10-03 Avago Technologies Wireless Ip (Singapore) Pte. Ltd. Power amplifier including variable capacitor circuit
CN106716850A (zh) * 2014-09-19 2017-05-24 高通股份有限公司 用于多频带接收器的双级低噪声放大器

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007026572A1 (ja) * 2005-08-30 2007-03-08 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 低雑音増幅回路、および受信システム

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070117523A1 (en) * 2002-08-13 2007-05-24 David Weber Method And Apparatus For Signal Power Loss Reduction In RF Communication Systems
US20090009250A1 (en) * 2006-03-10 2009-01-08 Fujitsu Limited Low Noise Amplifier
US20120182067A1 (en) * 2011-01-18 2012-07-19 Prasad Ammisetti V Switched-capacitor programmable-gain amplifier
US20130257545A1 (en) * 2012-03-29 2013-10-03 Avago Technologies Wireless Ip (Singapore) Pte. Ltd. Power amplifier including variable capacitor circuit
US8680928B2 (en) * 2012-03-29 2014-03-25 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Power amplifier including variable capacitor circuit
CN106716850A (zh) * 2014-09-19 2017-05-24 高通股份有限公司 用于多频带接收器的双级低噪声放大器

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