信號處理裝置、放大器及方法
【專利摘要】公開了一種有源電子裝置，其使得能夠在單天線或單路徑上進行雙向通信。該裝置的特征在于，正向路徑(從輸入至天線端口)提供了高增益，而逆向路徑(至接收器端口)可以被配置作為有限沖激響應(yīng)(“FIR”)濾波器。公開了該裝置的放大器，該放大器可以使用無源混頻器來調(diào)諧輸出阻抗。
【專利說明】
信號處理裝置、放大器及方法
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2013年10月11日提交的美國臨時申請61/890,022的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi) 容通過引用并入本申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開設(shè)及射頻信號處理裝置，更具體地設(shè)及用于射頻信號的雙信器 (diplexer)。
【背景技術(shù)】
[0004] 隨著成像和視頻應(yīng)用驅(qū)動不斷增長的無線帶寬的需求，很顯然需要非常有效地利 用頻譜的技術(shù)，從而把可用的空白區(qū)域(whitespace)利用起來?？焖偬l、多入多出技術(shù) ("MIM爐）W及認知無線電網(wǎng)絡(luò)進一步加劇了該問題，運需要覆蓋靈活的頻率范圍內(nèi)的不同 收發(fā)器之間充分的一致協(xié)作和緊密的閉環(huán)控制。新的無線信號傳輸方法和標準的快速發(fā)展 也需要能夠適應(yīng)運些變化的靈活的硬件。
[0005] 射頻（"RF")雙工器(duplexers)和雙信器(diplexers)是運些系統(tǒng)中的重要的部 分，因為它們允許在相同的路徑上W相同的頻帶或者W相鄰的頻帶進行雙向通信，從而使 得發(fā)送器和接收器能夠共用天線，而同時收發(fā)器在通信時具有最小的往返延遲。雙工器和 雙信器較好地隔離了發(fā)送器和接收器，從而使得發(fā)送器和接收器不會對彼此產(chǎn)生負載 (load)，來自發(fā)送器的噪聲不會破壞接收信號，并且接收器不會由于高功率發(fā)送信號而變 得不敏感(或被破壞）。
[0006] W前的雙信器依賴高Q頻率的選擇性濾波器來提供隔離，和/或鐵氧體結(jié)構(gòu)例如環(huán) 形器(circulator),運阻礙了它們在CMOS內(nèi)的集成，并且增加了成本、尺寸和重量。使用"電 平衡"的可替換方法采用了高Q變壓器，試圖克服該限制，但是運嚴重地將可調(diào)諧性限制到 了狹窄的頻率范圍。并且，在接收器輸入端使用諧振的變壓器結(jié)構(gòu)來取消發(fā)送信號會收到 固有損耗的影響，運降低了傳送器的效率和接收器的噪聲性能。最后，所有的運些方法均是 窄帶的并且大部分是不可調(diào)諧的，其在接收器和發(fā)送器之間只能橫跨少于一個八度的頻率 范圍而提供隔離。
[0007] -種有利的RF前端應(yīng)當(dāng)可W被完全集成在具有單一天線端口的忍片上，從而支持 RF信號的同時接收和發(fā)送，并且可W為接收器和發(fā)送器的中屯、頻率和帶寬提供顯著的靈活 性（即，多個八度）。的確存在一種能夠顯著隔離信號和噪聲的有源雙工器電路，然而，其發(fā) 送功率被限制到僅為10多微瓦。真實有效的系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)滿足隔離、集成和靈活性運些相同的 要求，而同時能夠傳輸超過四個數(shù)量級的更大功率。如今不存在運樣的系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引公開了一種能夠通過單天線或者單通路進行雙向通信的有源電子電路。公開的電 路具有的拓撲結(jié)構(gòu)與分布式放大器的拓撲結(jié)構(gòu)相似，但是提供了可調(diào)諧的增益單元。穿過 放大器(從輸入到輸出）的正向路徑提供了高增益。通過對增益單元進行編程W代表濾波器 的權(quán)重，從輸入至接收器端口的反向路徑可W而被配置作為有沖激響應(yīng)（"FIR")濾波器，同 時輸入和輸出線的LC部分對濾波器執(zhí)行延遲或采樣時間。該電路還使用無源混頻器來調(diào)諧 輸出阻值。
[0009] 本公開的【具體實施方式】使得可W W集成方式利用一個電路來實現(xiàn)寬頻帶RF雙工 工作。該電路有效地將高功率RF的發(fā)送信號與共同集成的接收器相隔離，運使得兩個電路 可W共用相同的天線和相同的頻帶，并且不會相互干擾。接收器可W運用發(fā)送器功率并且 不會被TX噪聲影響，運是因為在接收器所放置的端口上，電路的FIR濾波器行為對來自TX的 信號進行了有效的濾波。運有利地使得無線電能夠利用單個天線持續(xù)并雙向地通信，并且 頻率能夠跨越多個八度(octaves),而運種天線通常在無線電收發(fā)器系統(tǒng)中是昂貴且實體 上龐大。
[0010] 本公開的【具體實施方式】的優(yōu)點：
[0011] (a)用CMOS/BiCMOS工藝可W完全被實現(xiàn)在單個忍片上；
[0012] (b)具有寬頻帶和可調(diào)諧的特性(可W在寬頻率范圍內(nèi)運行）；
[OOK] (C化端口巧日3之間提供非常好的隔離（圖1); W及
[0014] (d)傳輸至端口 2的噪聲非常低。
[0015] 本公開可W被具體實現(xiàn)成分布式的信號處理裝置。該信號處理裝置包括多個增益 單元，每個增益單元均具有輸入和輸出。每個增益單元均被配置成W-重配置的增益A來放 大在輸入處接收的電信號。該裝置具有多個雙向的漏極延遲單元，每個漏極延遲單元均具 有第一端子和第二端子。漏極延遲單元被配置成將第一和第二終端之間的電信號延遲一個 可重配置的延遲。在一些【具體實施方式】中，每個漏極延遲單元均包含電感器。漏極延遲單元 被安排成使得每個漏極延遲單元均位于兩個增益單元的輸出之間，從而形成漏極線。該裝 置具有多個柵極延遲單元，每個柵極延遲單元均具有被配置成接收發(fā)送信號的輸入端子W 及被連接至相應(yīng)增益單元的輸出端子。柵極延遲單元被配置成將輸入和輸出端子之間的電 信號延遲一個可重配置的延遲。該裝置包括控制器，控制器被配置為確定該裝置的傳遞函 數(shù)，并且根據(jù)預(yù)先確定的轉(zhuǎn)移函數(shù)重新配置增益單元的增益和/或漏極和/或柵極延遲單元 的延遲。
【附圖說明】
[0016] 為了更全面地理解本公開的性質(zhì)和目標，所作的參考應(yīng)當(dāng)根據(jù)下文中連同附圖的
【具體實施方式】，在附圖中：
[0017] 圖1是根據(jù)本公開的某一【具體實施方式】的信號處理裝置；
[0018] 圖2是根據(jù)本公開的另一【具體實施方式】的信號處理裝置；
[0019] 圖3A的圖表描繪了所模擬的裝置的傳輸效率，其中該模擬裝置被配置為在接收器 端口上進行調(diào)零；
[0020] 圖3B的圖表描繪了功率放大器輸出（增益單元輸出），W用于假定理想（精度非常 精確)權(quán)重是500MHz至3G化的六級放大器；
[0021] 圖4是信號處理裝置，其示出了示例性的增益單元的詳細視圖；
[0022] 圖5是根據(jù)本公開的另一【具體實施方式】的RF放大器；
[0023] 圖6的一組圖表描繪了對增益單元的【具體實施方式】所進行的操作，其中通過與低 電壓源電容禪合的無源混頻器可W部分地提供源極退化；
[0024] 圖7的圖表描繪了示例性的柵極延遲單元和增益單元；
[0025] 圖8是根據(jù)本公開的示例性裝置的模型；
[0026] 圖9的流程圖描繪了根據(jù)本發(fā)明的【具體實施方式】的方法。
【具體實施方式】
[0027] 本公開提供了信號處理裝置10,該信號處理裝置10能夠通過單天線90或單路徑進 行雙向通信。參考圖1，該電路基于的是分布式放大器的拓撲結(jié)構(gòu)，且具有可調(diào)諧的增益單 元20。通過該放大器(從輸入(端口 1)至輸出（端口 3))的正向路徑可W配置有高增益，并且 在性能上與標準的分布式放大器相似。在【具體實施方式】中，輸入線12被構(gòu)造成傳輸線或者 人造傳輸線。增益單元20之間的部分可W通過提供一些在頻率上與輸入信號可比擬的電磁 路徑長度而作為延遲30。運些信號可W經(jīng)歷在輸出傳輸線上的另一延遲40,并且當(dāng)穿過每 個增益單元20的每個路徑上的延遲30、40的總和相同時，運些信號可W被配置成相位疊加 在一起。匹配的天線可W連接至端口3, W傳輸被放大的信號。
[002引從輸入到反向端口（端口 1至端口 2)的反向路徑會處理與正向路徑(端口 1至端口 3)不同的信號。在輸入線12上可W延遲輸入信號，并且每個延遲抽頭30在其隨后再次通過 不同的延遲40之前，會先通過增益單元20。運些增益和延遲提供的傳輸特性的形式如下：
[00 巧]Vpor" (t ) = AlVportl (t-T 1) +AsVPortl ( t-T2 ) + ... +AnVPortl (t-Tn) (I)
[0030] 其中Tn是通過第n個路徑的延遲，而An(可能是復(fù)數(shù)，并且包括其自身的相移）是該 路徑的增益。通過對每個增益單元20的增益進行編程W表示濾波器的權(quán)重，可W將其配置 作為有限沖激響應(yīng)（"FIR")濾波器。輸入和輸出線的LC部分表示濾波器的延遲或采樣時間。 在反向端口上構(gòu)建該濾波器的能力，使得該電路能夠隔離端口 2和端口3,因此運使得能夠 將發(fā)送信號（"Tx")從端口 1傳送至端口 3的同時，沒有干擾地將接收信號（"Rx")從端口 3傳 送至端口 2。通過構(gòu)建具有復(fù)數(shù)權(quán)重的可調(diào)諧的增益單元20,每一級均可W定義A和T，從而 對從端口 1至端口 2的傳輸特性進行調(diào)諧，W對橫跨一定頻率范圍的發(fā)送信號進行陷波 (notch out)。當(dāng)使用兩級或多級(權(quán)重)時，輸出功率的累加與陷波(notching)均可W被同 時維持，從而端口 2也會與端口 3上的輸出相隔離。如圖3A和3B所示，與僅聚焦在輸出功率相 比，為陷波和累加均配置權(quán)重可能會略微降低效率?？烧{(diào)諧、抗干擾的接收器于是可W被用 來實現(xiàn)對Tx和Rx的充分調(diào)諧，W滿足認知無線電和軟件無線電（"SDR")應(yīng)用。
[0031] 通過利用基于無源混頻器來調(diào)諧輸出電阻的技術(shù)，可W進一步增強該電路(標題 "源極退化"項下會進行進一步描述）。運種增益單元20的實現(xiàn)可W有利地降低來自Tx的噪 聲傳送至Rx。此外，運使得端口 3和端口 2之間的電路的分流阻抗(shunt impedance)在Rx有 用頻率上較高，從而降低損耗。
[0032] 本公開可W具體實施成分布式的信號處理裝置10。該信號處理裝置10可W被用作 雙工收發(fā)器。信號處理裝置10包括多個增益單元20。每個增益單元20具有輸入22和輸出24， 并且增益單元20W增益A放大在輸入22接收的電信號。根據(jù)有用頻率可W選擇（即，重新配 置)增益。用運種方法，如果有用頻率發(fā)生了變化（即，發(fā)送頻率和/或接收頻率），增益單元 20的增益會被重新配置。增益單元20可W具有相同的增益，或者一個或多個增益單元20所 具有的增益與其它增益單元20的增益不同。
[0033] 裝置10具有多個雙向漏極延遲單元40。每個漏極延遲單元40均具有第一端子42和 第二端子44。漏極延遲單元40被配置成延遲第一端子42和第二端子44之間的電信號。應(yīng)當(dāng) 注意，漏極延遲單元40是雙向的，從而使得在第一端子42接收的電信號可W被延遲至第二 端子44,并且在第二端子44接收的電信號可W被延遲至第一端子42?？蒞固定延遲。在其它
【具體實施方式】中，根據(jù)有用頻率可W選擇（即，重新配置)延遲。用運種方法，如果有用頻率 發(fā)生了變化，那么漏極延遲單元40的延遲會被重新配置。漏極延遲單元40彼此之間可W具 有相同的延遲。在一些【具體實施方式】中，一個或多個漏極延遲單元40所具有的延遲與其它 漏極延遲單元40的延遲不同。在一些【具體實施方式】中，漏極延遲單元40具有電感和電容。例 如，每個漏極延遲單元40可W包含電感器46。在一些【具體實施方式】中，每個漏極延遲單元40 可W被配置作為具有一級或多級的電感器-電容器n網(wǎng)絡(luò)。
[0034] 漏極延遲單元40被安排成使得每個漏極延遲單元40均位于兩個增益單元20的輸 出24之間。換句話說，每個漏極延遲單元40的第一端子42均被連接至增益單元20的輸出24， 并且每個漏極延遲單元40的第二端子44均被連接至相鄰增益單元20的輸出24。用運種方 法，漏極延遲單元40可W形成一串，其可W被認為是具有天線端15(即，端口3)和接收器端 13(即，端口2)的漏極線14。
[0035] 裝置10具有多個柵極延遲單元30。每個柵極延遲單元30均具有輸入端子32和輸出 端子34。每個柵極延遲單元30的輸入端子32均被配置用于接收發(fā)送信號。柵極延遲單元30 被安排成使得每個柵極延遲單元30的輸出端子34均被連接至對應(yīng)的增益單元20的輸入22。 柵極延遲單元30被配置成對輸入端子32和輸出端子34之間的電信號延遲一個延遲。根據(jù)有 用頻率可W選擇（即，重新配置)延遲。用運種方法，如果有用頻率發(fā)生了變化，那么柵極延 遲單元30的延遲會被重新配置。柵極延遲單元30彼此之間可W具有相同的延遲。在一些具 體實施方式中，一個或多個柵極延遲單元30所具有的延遲與其它柵極延遲單元30的延遲不 同。每個柵極延遲單元30與對應(yīng)的漏極延遲單元40可W具有相同的延遲。在其它具體實施 方式中，柵極延遲單元30的延遲可W與漏極延遲單元40的延遲不同。應(yīng)當(dāng)注意，裝置10可W 包括位于端11(端口 1)的第一柵極延遲單元31。在該【具體實施方式】中，第一漏極延遲單元41 可W被用于在漏極線14上提供對應(yīng)的延遲。
[0036] 在一些【具體實施方式】中，柵極延遲單元30被安排成使得每個柵極延遲單元30均位 于兩個增益單元20的輸入22之間。換句話說，每個柵極延遲單元30的輸入端子32均被連接 至增益單元20的輸入22,并且每個柵極延遲單元30的輸出端子34均被連接至相鄰增益單元 20的輸入22。用運種方法，柵極延遲單元30可W形成一串，其可W被認為是具有發(fā)送器端11 (即，端口 1)的柵極線12。
[0037] 在其它【具體實施方式】中，例如圖2中描繪的器件70,柵極延遲單元80包括上變頻混 頻器82。每個上變頻混頻器82均被配置用于接收本機振蕩器（"Tx L爐）信號。每個上變頻混 頻器82均在輸入端子84上接收基帶Tx信號（"TxBB")，并且可W被配置成使用Tx LO信號來 對基帶信號進行上變頻。在對應(yīng)的輸出端子86上提供了得到的上變頻信號。Tx信號被移相， W影響柵極延遲單元80的延遲。用運種方法，從第二柵極延遲單元20輸出的上變頻的Tx信 號，相對于從第一柵極延遲單元20輸出的上變頻的Tx信號發(fā)生了相位的延遲，諸如此類。運 種方法可W有利地避免使用實體結(jié)構(gòu)上較大的無源延遲線元件。應(yīng)當(dāng)理解，術(shù)語"延遲"應(yīng) 當(dāng)廣義地被解釋成包括時間延遲和/或相位延遲。
[0038] 示例性的柵極延遲單元被配置用于在輸入的發(fā)送信號上提供相位延遲(例如參考 圖7)。該柵極延遲單元可W包括正交(qua化ature)相位旋轉(zhuǎn)器，其跟隨有正交混頻器，W用 于對發(fā)送信號進行上變頻。發(fā)送混頻器(transmit mixer)可W是被配置成抑制S次和五次 諧波上變頻化armonic upconversion)的8相混頻器?；鶐Оl(fā)送信號包括兩個獨立的信號， 即同相（in-地ase)和正交（I和Q)信號，其代表期望的發(fā)送信號的實部和虛部。它們通過正 交上變頻而被變換成單一的高頻信號，其中I被變換成高頻信號的余弦部分，而Q被上變換 成上變頻信號的正弦部分。通過在上變頻之前在基帶內(nèi)適當(dāng)?shù)貙信號的加權(quán)版本疊加到I 信號并且將I信號的加權(quán)版本(與前面的加權(quán)大小相同、符號相反)疊加到Q信號，可W實現(xiàn) 有效的相位旋轉(zhuǎn)。
[0039] 根據(jù)本公開的內(nèi)容，柵極延遲單元的其它【具體實施方式】對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而 言是明顯的，并且本公開意圖包括那些其它的【具體實施方式】。
[0040] 裝置10包括控制器18,控制器18被配置用于確定裝置10的傳遞函數(shù)?？刂破?8基 于裝置10的傳遞函數(shù)并且基于施加在端口 1處的發(fā)送信號，而被配置用于自動設(shè)定每個增 益單元20的增益和/或柵極延遲單元30和漏極延遲單元40的延遲。控制器18可W被配置成 選擇增益和/或延遲，從而使得來自每個增益單元20的放大信號均在漏極線14的接收器端 13的位置上大體上被調(diào)零(nulled)。在一些【具體實施方式】中，控制器18被配置用于優(yōu)化在 天線端15處的放大、在接收器端13的調(diào)零、和/或由裝置10/70消耗的功率。W下會在標題為 "示例性的控制器優(yōu)化"的部分進行進一步的描述。
[0041] 應(yīng)當(dāng)注意，在接收器端13的位置處"大體上"調(diào)零應(yīng)當(dāng)被寬泛地解釋成覆蓋Rx信號 在接收器端13可W由接收器使用。例如，Tx信號應(yīng)當(dāng)足夠小，從而使得在接收器端13上的接 收器不會被Tx信號退化。在示例性的【具體實施方式】中，Tx信號被調(diào)零減少20地、30地、40地 或者更多。除了 Tx信號，在接收器端13處的Rx信號中的噪聲也可W被考慮到。在一些具體實 施方式中，Rx-頻帶的噪聲抑制可W是20地、30地、40地或者更多。因此，考慮到來自增益單 元20的放大的Tx信號W及裝置的Rx頻帶噪聲，信號可W被調(diào)零至某一水平，從而在接收器 端13處可W提供可用的Rx信號。
[0042] 雖然控制器18被描述成與接收器端13電禪接，但是應(yīng)當(dāng)理解，還可W(或者可選擇 地)在裝置10、70的一個或多個其它位置上連接控制器18。例如，當(dāng)在天線端15處的放大被 最大化時，控制器18可W與天線端15電禪接。在其它實施例中，當(dāng)要降低功率的利用時，控 制器18可W被配置用于測量一個或多個組件(例如，增益單元20)所消耗的功率。
[0043] 示例性的增益單元一一共源共柵
[0044] 在一些【具體實施方式】中，例如，圖4和圖5的【具體實施方式】，每個增益單元100均包 括共源共柵(cascode)lOl。照此，每個增益單元100均包括共源放大器110,共源放大器110 包含共源共柵器件120。每個級聯(lián)的共源放大器110均具有輸入柵極、源極、和漏極線輸出。 例如，放大器可W是晶體管，例如n-溝道M0SFET。共源放大器110的柵極112與增益單元100 的輸入端子102電禪接。共源放大器110的源極114與低電源低壓(例如，地）電禪接。共源放 大器110的漏極116與共源共柵器件120的源極124電禪接。共源共柵放大器120的漏極126組 成了增益單元100的輸出端子104。共源共柵120的柵極122被連接至偏置電壓一一共源共柵 電壓(Vcasc)。
[0045] 在具有多個共源共柵器件120的【具體實施方式】中，共源共柵120可W串聯(lián)排列，從 而使得第一個器件120的漏極可W被連接至相鄰的器件120的源極。每級的共源共柵電壓均 可W被選擇為跨過共源共柵放大器的共源放大器110和共源共柵器件120來分配漏極電壓 擺動。每個堆疊的級的共源共柵電壓均可W被選擇為跨過每個放大器來分配電壓，從而防 止晶體管超過擊穿電壓。
[0046] 源極退化
[0047] 在一些【具體實施方式】中，共源放大器110的源極112通過電感器130而被連接至低 電源電壓，從而提供電感源極退化（inductive source degeneration)。
[004引在一些【具體實施方式】中，共源放大器110的源極112被進一步禪接至無源混頻器 140,無源混頻器140具有多個被電容地禪接至低電源電壓的基帶混頻器端口 142。例如，每 個基帶混頻器端口 142均通過對應(yīng)的電容器144而被禪接至低電源電壓。照此，無源混頻器 140被配置成對從共源放大器110接收的信號進行下變頻，并且向多個基帶混頻器端口 142 的對應(yīng)端口提供多個基帶信號。每個基帶信號均具有多個預(yù)先設(shè)定的相位中的一個預(yù)先設(shè) 定的相位。因為在基帶端口上是電容禪合，所W只有與混頻器140的開關(guān)頻率(或者其諧波） 相近的信號才能生成顯著的基帶電壓?；鶐щ妷汗逃械卦俅伪簧献冾l至混頻器140的RF端 口，運呈現(xiàn)出與開關(guān)頻率相近的固有的高阻抗。因為遠離開關(guān)頻率的頻率上的信號不會生 成顯著的基帶電壓，因此運些信號在混頻器的RF端口會經(jīng)受低阻抗。
[0049] 運種退化的方法提供了根據(jù)Rx信號來對退化進行調(diào)諧的能力。每個無源混頻器 140均可W被配置成具有開關(guān)頻率，該開關(guān)頻率與接收器頻率相同和/或與發(fā)送器頻率不 同。運種【具體實施方式】有效地利用了 Rx信號的脈沖位置調(diào)制（"PPM" )，W用于增益單元100 的退化。用運種方法，每個增益單元100中均提供了可調(diào)諧的退化峰，其中該峰被調(diào)諧至接 收頻帶的中屯、。雖然運種安排可W防止接收頻率和發(fā)送頻率的間隔過于緊密，但是運也會 降低由來自發(fā)送器放大器級的噪聲和荷載產(chǎn)生的接收器路徑的退化。
[0050] 因為在共源放大器上增大的退化阻抗降低了其增益，無源混頻器在接收頻率上的 高阻抗會傾向于抑制在共源放大器的柵極上的接收-頻帶噪聲，從而防止噪聲到達其輸出 (漏極）。相似地，由于由放大器自身生成的輸出噪聲被降低，并且增加了退化阻抗，因此放 大器自身的接收-頻帶噪聲會被抑制。最后，因為共源共柵放大器的輸出阻抗與其退化阻抗 大致成比例，所W無源混頻器140會使得放大器在輸出頻帶上具有更高的輸出阻抗。然而， 如圖6所示，歸因于由發(fā)送器信號生成的本機振蕩器相位噪聲的相互混頻（reciprocal mixing),無源混頻器140也可W注入噪聲。然而，運種噪聲多數(shù)情況下與放大器相關(guān)聯(lián)，所 W其可W在接收器端被抑制，抑制的方法與被發(fā)送的信號本身相似。
[0051] 示例性的控制器優(yōu)化
[0052] 通過W下的分析示出了用于控制器的示例性的優(yōu)化方案。參考圖8,裝置被建模成 具有N+1個節(jié)點，每個節(jié)點均具有功率放大器電流（I)、分流電阻（shun t resisto;r)(Rsh)W 及分流電容器(C)(參考圖8)。運些節(jié)點通過有限Q值的電感器化）（建模為串聯(lián)R)禪接。使用 K(X: 陶]從 鎖
[0化6] 巧日V而!;1獻親.示成長度化1的向量；
[0054] 節(jié)點 I: (4)
[0055] 節(jié)點 N-
[0057] 巧)
[0化引 從）
[0化9]通過KCL，表達式(5)和(6)可W通過矩形矩陣Y相關(guān)聯(lián)，從而使
，其 中Y內(nèi)的巧是0,除下：
[0060] . (7)
[0061]
[0062] 微
[0063] 在本實施例中，控制器的目的在于優(yōu)化裝置：（1)使在接收器端的信號最小化(Vn+1 = 0); (2)獲得在天線端口處的信號的設(shè)計值
^從及(3)使放大器功率 最小化(T今最小)。
[0064]
(9)
[0065] 通過將X定義成巧(化1)的阻抗矩陣，：t巧W是偽逆矩陣：
[0066]
(輯
[0067] 運滿足了控制器的=個目標。
[0068] 考慮到調(diào)零Rx-頻帶噪聲，由于矩陣Z是頻率的函數(shù)（即，Z(j CO ))，所W會出現(xiàn)一個 問題。就運點而言，設(shè)定
是Z( j OTX)的第i行。
[0069] 然后，Rx-頻帶相位噪聲的調(diào)零可W通過定文
并且解出
[0070] 在進一步的實施例中，共同優(yōu)化也可W被構(gòu)造成凸優(yōu)化問題，其中控制器可W確 定參數(shù)，從而使=個平方差和平方電流最小化：
[0071] 差1
[0072] 差 2
[0073] 差 3
[0074] 當(dāng)肯
[0075] 可W通巧常數(shù)化i-k4)給毎一巧加權(quán)，并目.問顆可W被寫成：
[0076]
[0077]
[007引
[0079]
[0080]
[0081]
[0082] 控制器的其它控制技術(shù)根據(jù)本公開也是顯而易見的，并且也在本公開的范圍內(nèi)。
[0083] 本公開可W被具體實施成方法200,方法200可W用于信號處理裝置的自動配置 (例如參考圖9)。方法200包括步驟203:提供具有發(fā)送器端口、接收器端口、天線端口和控制 器的裝置。步驟206:在發(fā)送器端口接收的信號被分成相移信號。使用如上所述的正交相位 旋轉(zhuǎn)器可W分離該信號。根據(jù)本公開，分離該信號的其它方法是顯而易見的。步驟209:放大 每個被分離的信號。通過初始增益放大信號。步驟212:延遲放大信號，從而使得放大信號在 天線端口被累加?？蒞預(yù)先設(shè)定初始增益和/或初始相移。
[0084] 步驟215:控制器確定裝置的轉(zhuǎn)移函數(shù)。例如，控制器可W確定從發(fā)送器端口至接 收器端口的轉(zhuǎn)移函數(shù)。在其它【具體實施方式】中，控制器可W確定從發(fā)送器端口至天線端口 的轉(zhuǎn)移函數(shù)。根據(jù)具體裝置的設(shè)計參數(shù)可W確定其它轉(zhuǎn)移函數(shù)?？蒞確定多于一個的傳遞 函數(shù)?？刂破骺蒞通過測量在裝置的一個或多個點處的信號來確定轉(zhuǎn)移函數(shù)。例如，控制器 可W測量在接收器端口處的信號和在天線端口處的信號。步驟218:根據(jù)確定的轉(zhuǎn)移函數(shù)， 控制器可W自動改變信號的初始增益和/或初始相移。在一些【具體實施方式】中，控制器可W 改變增益和/或相移，從而使得信號在接收器端口大體調(diào)零。在一些【具體實施方式】中，控制 器可W改變增益和/或相移，從而使得運些信號可W在天線端口提供期望的放大。
[0085] 在一些【具體實施方式】中，步驟221:控制器可W測量裝置的一個或多個組件的功率 消耗。在該【具體實施方式】中，控制器可W改變增益和/或相移，W降低器件的功率消耗（例 如，提高效率）。用運種方法，對于具體的裝置和信號，可W優(yōu)化轉(zhuǎn)移函數(shù)和功率消耗。
[0086]雖然參照一個或多個【具體實施方式】描述了本公開，但是可W理解，在不偏離本公 開的精神和范圍的情況下，可W得到本公開的其它【具體實施方式】。因此，本公開被視為僅由 附上的權(quán)利要求書及其合理解釋所限定。
【主權(quán)項】
1. 一種可重配置的分布式信號處理裝置，其特征在于，包括： 多個增益單元，每個增益單元均具有輸入和輸出，并且其中每個增益單元被配置成以 一增益來放大在所述輸入處接收的電信號； 多個漏極延遲單元，每個漏極延遲單元均具有第一端子和第二端子，其中每個漏極延 遲單元均被配置成將所述第一和第二端子之間的電信號延遲一個延遲，并且其中每個漏極 延遲單元均被設(shè)置在兩個增益單元的輸出之間，從而使得所述漏極延遲單元形成具有接收 器端和天線端的漏極線； 多個柵極延遲單元，每個柵極延遲單元均具有用于發(fā)送信號的輸入端子以及與相應(yīng)的 增益單元的輸入電耦接的輸出端子，其中每個柵極延遲單元均被配置成將所述輸入和輸出 端子之間的電信號延遲一個延遲；以及 控制器，所述控制器被配置為確定所述裝置的傳遞函數(shù)，以用于自動選擇所述增益單 元的增益和/或所述漏極或柵極延遲單元的延遲，從而使得來自每個增益單元的放大信號 在所述漏極線的所述接收器端上被大體調(diào)零，并且在所述漏極線的所述天線端上被放大。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，每個柵極延遲單元的延遲與相應(yīng)的漏極延 遲單元的延遲相同。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，每個柵極延遲單元的延遲與相應(yīng)的漏極延 遲單元的延遲不同。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，每個柵極延遲單元均包括發(fā)送混頻器，所 述發(fā)送混頻器被配置成對所述發(fā)送信號進行上變頻。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述發(fā)送混頻器是八相混頻器，所述八級 混頻器被配置用于抑制三次和五次諧波上變頻。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，每個柵極延遲單元均包括正交相位旋轉(zhuǎn) 器，并且所述發(fā)送混頻器被配置用于正交上變頻。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，每個柵極延遲單元均被設(shè)置在兩個增益單 元的輸入之間，從而使得所述柵極延遲單元形成具有發(fā)送端的柵極線。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，每個漏極延遲單元均具有電感和電容。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，每個漏極延遲單元均包括電感器。10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，每個漏極延遲單元均包括具有一級或多 級的電感器-電容器π網(wǎng)絡(luò)。11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，每個增益單元均包括共源共柵，所述共源 共柵具有共源放大器，所述共源放大器與一個或多個共柵放大器電耦接。12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述一個或多個共柵放大器被配置成橫 跨所述共源共柵的共源放大器和共柵放大器來分配漏極電壓擺動。13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，每個共源放大器的源極端子均經(jīng)由相應(yīng) 的電感器而被連接至低電源電壓。14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述低電源電壓是地。15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，每個共源放大器的所述源極端子均還被 耦接至相應(yīng)的無源混頻器，每個無源混頻器均具有被電容耦接至地的多個基帶混頻器端 口，其中每個無源混頻器均被配置成對從所述共源放大器接收的信號進行下變頻，并且向 所述多個基帶混頻器端口的相應(yīng)端口提供多個基帶信號，每個基帶信號均具有多個預(yù)先設(shè) 定的相位中的一個預(yù)先設(shè)定的相位。16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，每個無源混頻器的開關(guān)頻率均與發(fā)送頻 率的頻率不同。17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括接收器，所述接收器與 所述漏極線的所述接收器端電耦接，并且其中每個無源混頻器的開關(guān)頻率均與接收器頻率 相同。18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，對于一個被施加的發(fā)送，所述控制器被配 置為優(yōu)化在所述天線端的放大、在所述接收器端的調(diào)零、以及由所述裝置消耗的功率。19. 一種射頻放大器，包括： 共源放大器，所述共源放大器具有信號輸入、放大器輸出和公共端子； 電感器，所述電感器被連接至所述公共端子，所述電感器將所述公共端子耦接至低電 源電壓； 無源混頻器，所述無源混頻器被連接至所述公共端子，所述無源混頻器具有被電容耦 接至地的多個基帶混頻器端口，并且被配置為將從所述公共端子接收的信號進行下變頻， 并且向所述多個基帶混頻器端口的相應(yīng)端口提供多個基帶信號，每個基帶信號均具有多個 預(yù)先設(shè)定的相位中的一個預(yù)先設(shè)定的相位。20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的放大器，其特征在于，所述無源混頻器被配置為以其開關(guān)周 期提供高RF阻抗，并且在遠離該頻率的頻率上提供低阻抗。21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的放大器，其特征在于，所述無源混頻器和電感器的組合被配 置為在遠離所述混頻器的開關(guān)頻率的頻率上提供期望的功率增益，而在所述混頻器的開關(guān) 頻率或者開關(guān)頻率附近提供低很多的增益。22. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的放大器，其特征在于，所述無源混頻器和電感器的組合被配 置為在遠離所述混頻器的開關(guān)頻率的頻率上提供期望的功率增益，而在所述混頻器的開關(guān) 頻率或者開關(guān)頻率附近提供較低的噪聲和/或較高的輸出阻抗。23. -種用于對信號處理裝置進行自動重配置的方法，包括： 提供具有發(fā)送器端口、接收器端口、天線端口和控制器的裝置； 將在所述發(fā)送器端口接收的信號分離成多個相移信號，其中每個相移信號均具有初始 相移； 以初始增益放大每個分離信號； 延遲每個所述分離信號，從而使得被放大的分離信號在所述天線端口被累加； 通過測量在所述天線端口、所述接收器端口的信號和/或測量所述裝置的功耗，使用所 述控制器確定所述裝置的轉(zhuǎn)移函數(shù);以及 根據(jù)預(yù)先設(shè)定的傳遞函數(shù)，使用所述控制器自動改變所述初始增益和/或所述初始相 移，從而使得:放大的分離信號在所述接收器端口大體調(diào)零，所述信號在所述天線端口累 加，和/或所述裝置的功耗降低。24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述方法還包括： 測量所述裝置的一個或多個組件的功耗；以及 改變所述初始增益和/或所述初始相移，從而降低被測量的功耗。
【文檔編號】H04L5/06GK105830385SQ201480067365
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2014年10月14日
【發(fā)明人】A·阿普塞爾, A·莫爾納
【申請人】康奈爾大學(xué)