用于放大器的可变增益控制系统和方法与流程

1.本公开总体上涉及电子器件，并且更具体地涉及通信设备中的放大器。


背景技术：

2.无线通信设备和技术正变得越来越普遍。无线通信设备通常发射和接收通信信号。通信信号通常由各种不同组件和电路来处理。处理通信信号的电路中的一个电路是收发器。收发器可以包括发射器和接收器。一些无线通信设备可以被配置为在各种不同通信频带上操作。例如，现代无线通信设备可以被配置为在覆盖5g和4g lte频率两者的无线电频谱上操作。在一些情况下，现代无线通信设备可以被配置为在可以称为载波聚合(ca)的5g和4g lte频率上同时操作，在ca中，无线通信设备可以通过多个载波同时通信。
3.通常用于5g或新无线电(nr)通信系统中的毫米波(mmw)发射器使用一定数目的发射链，每个发射链具有一个或多个放大器，并且每个发射链被耦合到相控阵天线系统的一个或多个天线元件，该相控阵天线系统可以被配置为执行波束成形。波束成形是指改变提供给相控阵天线系统的不同天线元件的发射和/或接收信号的相位以影响所得到的通信波束的方向性。
4.希望有一种方法能够为使用相控阵天线系统的mmw通信系统提供精细增益控制。


技术实现要素：

5.在所附权利要求的范围内的系统、方法和设备的各种实现每个具有若干方面，其中没有一个方面单独负责本文中描述的期望属性。在不限制所附权利要求的范围的情况下，本文中描述了一些突出特征。
6.本说明书中描述的主题的一个或多个实现的细节在附图和以下描述中阐述。根据说明书、附图和权利要求书，其他特征、方面和优点将变得很清楚。注意，下图的相对尺寸可能未按比例绘制。
7.本公开的一个方面提供了一种用于毫米波(mmw)通信系统的放大器电路，该放大器电路包括被耦合到匹配网络的放大器和匹配网络中的可变增益控制电路，可变增益控制电路具有可调增益控制电阻，可调增益控制电阻具有可调段和在其间的中心节点，中心节点被耦合到交流(ac)接地。
8.本公开的另一方面提供了一种用于提供放大器增益控制的方法，该方法包括利用放大器电路放大射频(rf)信号，将共模电流耦合到接地，以及独立地改变可调增益控制电阻的可调段的电阻。
9.本公开的另一方面提供了一种器件，该器件包括用于放大射频(rf)信号的部件、用于将共模电流耦合到接地的部件、以及用于独立地改变可调增益控制电阻的可调段的电阻的部件。
10.本公开的另一方面提供了一种用于放大器电路的增益控制系统，该增益控制系统包括被耦合到匹配网络的跨导放大器，跨导放大器包括n型金属氧化物半导体(nmos)晶体
管器件；以及匹配网络中的可变增益控制电路，可变增益控制电路具有可调增益控制电阻，可调增益控制电阻包括p型金属氧化物半导体(pmos)晶体管器件，可调增益控制电阻具有可调段和被耦合到每个可调段的至少一部分的中心节点，中心节点还被耦合到交流(ac)接地。
附图说明
11.在图中，除非另有说明，否则在各个视图中，相同的附图标记表示相同的部件。对于具有字母字符名称(诸如“102a”或“102b”)的附图标记，字母字符名称可以区分同一图中存在的两个相似部件或元件。当附图标记意图涵盖所有图中具有相同附图标记的所有部件时，附图标记的字母字符名称可以省略。
12.图1是示出与无线通信系统通信的无线设备的图。
13.图2是示出可以在其中实现本公开的示例性技术的无线设备的框图。
14.图3a是可以在其中实现可变增益控制系统和方法的示例性实施例的示例性发射链的至少一部分的框图。
15.图3b是可以在其中实现可变增益控制系统和方法的示例性实施例的示例性发射链的至少一部分的框图。
16.图4是示出根据示例性实施例的包括放大器和具有可变增益控制系统的匹配网络的放大器电路的实现的示例性实施例的示意图。
17.图5是示出根据示例性实施例的包括放大器和具有可变增益控制系统的匹配网络的放大器电路的实现的示例性实施例的示意图。
18.图6是示出根据示例性实施例的包括放大器和具有可变增益控制系统的匹配网络的放大器电路的实现的示例性实施例的示意图。
19.图7是示出根据示例性实施例的包括放大器和具有可变增益控制系统的匹配网络的放大器电路的实现的示例性实施例的示意图。
20.图8是示出根据示例性实施例的包括放大器和具有可变增益控制系统的匹配网络的放大器电路的实现的示例性实施例的示意图。
21.图9是描述可变增益控制方法的示例的流程图。
22.图10是用于可变增益控制的装置的功能框图。
具体实施方式
23.本文中的“示例性”一词是指“用作示例、实例或说明”。本文中描述为“示例性”的任何方面不一定被解释为优选于或优于其他方面。
24.在使用被耦合到相控阵天线系统的放大器来生成波束成形通信波束的通信系统中，以精细增益控制来操作放大器可以是有利的。例如，当以最大功率操作被耦合到相控阵天线系统的发射器中的放大器时，也就是说，在相控阵的每个元件处于最大功率的情况下，需要精细增益控制来提供相控阵的元件之间的增益对准，并且可以进一步允许在全功率条件下维持放大器线性。
25.mmw通信系统中使用的放大器可以用跨导器(跨导放大器)、输入负载和输出负载来实现。增益控制可以通过修改跨导器(修改通过跨导放大器的电流)和/或通过修改负载
的阻抗或通过修改跨导放大器的输入处的阻抗来实现。
26.一种提供增益控制的常规方式降低了差分模式(dm)下负载的阻抗，而不会显著影响共模(cm)阻抗。结果，输出电压波形的二次谐波含量v
out,2fo
不改变，而一次谐波含量v
out,fo
通过增益控制电路被减小。也就是说，当增益控制电路被启用时，输出电压波形更加失真。
27.本公开的示例性实施例涉及一种为放大器提供精细增益控制的可变增益控制系统和方法。在一些配置中，放大器可以在高功率或全功率条件下操作。
28.本公开的示例性实施例涉及一种为可以被耦合到相控阵天线系统的放大器提供线性精细增益控制的可变增益控制系统和方法。
29.本公开的示例性实施例涉及一种为可以用于波束成形应用的放大器提供线性精细增益控制的可变增益控制系统和方法。
30.本公开的示例性实施例涉及一种可以根据本公开的示例性实施例在匹配网络中实现的放大器的可变增益控制系统和方法。
31.图1是示出与无线通信系统120通信的无线设备110的图。无线通信系统120可以是5g nr(新无线电)系统、长期演进(lte)系统、码分多址(cdma)系统、全球移动通信系统(gsm)系统、无线局域网(wlan)系统或某种其他无线系统。cdma系统可以实现宽带cdma(wcdma)、cdma 1x、演进数据优化(evdo)、时分同步cdma(td-scdma)或cdma的某种其他版本。为了简单起见，图1示出了包括两个基站130和132以及一个系统控制器140的无线通信系统120。通常，无线通信系统可以包括任何数目的基站和任何一组网络实体。
32.无线设备110也可以称为用户设备(ue)、移动站、终端、接入终端、订户单元、站等。无线设备110可以是蜂窝电话、智能手机、平板电脑、无线调制解调器、个人数字助理(pda)、手持设备、膝上型计算机、智能本、上网本、平板、无绳电话、医疗设备、被配置为连接到一个或多个其他设备(例如，通过物联网)的设备、无线本地环路(wll)站、bluetooth设备等。无线设备110可以与无线通信系统120通信。无线设备110还可以接收来自广播站(例如，广播站134)的信号、来自一个或多个全球导航卫星系统(gnss)中的卫星(例如，卫星150)的信号等。无线设备110可以支持用于无线通信的一种或多种无线电技术，诸如5g nr、lte、wcdma、cdma 1x、evdo、td-scdma、gsm、802.11等。
33.无线设备110可以支持载波聚合，例如，如一个或多个lte或5g标准中描述的。在一些实施例中，单个数据流使用载波聚合通过多个载波来发射，例如，这与针对相应数据流使用单独载波相反。
34.无线设备110可以能够在覆盖低于1000兆赫(mhz)的频率的低频带(lb)、覆盖从1000mhz到2300mhz的频率的中频带(mb)、和/或覆盖高于2300mhz的频率的高频带(hb)中操作。例如，低频带可以覆盖698至960mhz，中频带可以覆盖1475至2170mhz，并且高频带可以覆盖2300至2690mhz和3400至5000mhz。低频带、中频带和高频带是指三组频带(或频带组)，其中每个频带组包括一定数目的频带(frequency band)(或简称“频带(band)”)。在一些配置中，每个频带可以覆盖高达200mhz，并且可以包括一个或多个载波。在lte中，每个载波可以覆盖高达20mhz的频率。lte版本11支持35个频带，这些频带称为lte/umts频带并且在3gpp ts 36.101中列出。在lte版本11中，无线设备110可以被配置为在一个或两个频带中具有多达五个载波。无线设备110还可以能够以高于5000mhz的频率操作，例如以高达6或
7ghz的频率和/或以mmw频率操作。大约20ghz或更高的频率(例如，大约24ghz或更高的频率)可以被认为是mmw频率。
35.无线设备110也可以与无线设备160通信。在示例性实施例中，无线设备160可以是无线接入点，或者是包括无线局域网(wlan)或包括无线局域网(wlan)的一部分的另一无线通信设备。wlan信号的示例性实施例可以包括wifi或使用在例如5ghz至6ghz的范围内或mmw频率中的免许可通信频谱的其他通信信号。无线设备110还可以能够实现endc(e-utran新无线电双连接)，其中无线设备110可以同时与第一基站(例如，enodeb)和第二基站(例如，gnodeb)通信。
36.通常，载波聚合(ca)可以分为两种类型——带内ca和带间ca。带内ca是指在同一频带内的多个载波上的操作。带间ca是指在不同频带中的多个载波上的操作。
37.图2是示出可以在其中实现本公开的示例性技术的无线设备200的框图。在一些实施例中，无线设备200可以是无线设备110的示例。在其他实施例中，无线设备200可以是基站130、132、无线设备160、图1中未示出的设备(诸如客户驻地设备(cpe))等中的一者的示例。图2示出了收发器220的示例。通常，发射器230和接收器250中的信号的调节可以由一级或多级放大器、滤波器、上变频器、下变频器等来执行。这些电路块可以与图2所示的配置不同地布置。此外，图2中未示出的其他电路块也可以用于调节发射器230和接收器250中的信号。除非另有说明，否则图2或图中的任何其他图中的任何信号可以是单端或差分的。图2中的一些电路块也可以省略。
38.在图2所示的示例中，无线设备200通常包括收发器220和数据处理器210。数据处理器210可以包括可操作地耦合到存储器298的处理器296。存储器298可以被配置为存储数据和程序代码，作为示例性软件或固件299，并且通常可以包括模拟和/或数字处理元件。处理器296和存储器298可以协作以控制、配置、编程或以其他方式完全或部分地控制本文中描述的放大器电路和可变增益控制系统和方法的实施例的操作中的一些或全部操作。
39.收发器220包括支持双向通信的发射器230和接收器250。通常，无线设备200可以包括用于任何数目的通信系统和频带的任何数目的发射器和/或接收器。在一些实施例中，可以仅实现发射器或仅实现接收器。收发器220的全部或一部分可以在一个或多个模拟集成电路(ic)、rf ic(rfic)、混合信号ic等上实现。
40.发射器或接收器可以采用超外差架构或直接转换架构来实现。在超外差架构中，信号分多个级在射频(rf)与基带之间进行频率转换，例如，对于接收器，在一个级中从rf转换为中频(if)，然后在另一级中从if转换为基带。在直接转换架构中，信号在一个级中在rf与基带或近基带之间进行频率转换。超外差和直接转换架构可以使用不同电路块和/或具有不同要求。在图2所示的示例中，发射器230和接收器250用直接转换架构来实现。在其他示例中，诸如关于图3讨论的示例，可以使用超外差架构。
41.在所示发射路径中，数据处理器210处理要发射的数据，并且向发射器230提供同相(i)和正交(q)模拟输出信号。在示例性实施例中，数据处理器210包括数模转换器(dac)214a和214b，以将由数据处理器210生成的数字信号转换为i和q模拟输出信号，例如i和q输出电流，以用于进一步处理。在其他实施例中，dac 214a和214b被包括在收发器220中，并且数据处理器210以数字方式向收发器220提供数据(例如，用于i和q)。
42.在发射器230内，低通滤波器232a和232b分别对i和q模拟发射信号进行滤波，以去
除由先前的数模转换引起的不期望的图像。放大器(amp)234a和234b分别放大来自低通滤波器232a和232b的信号，并且提供i和q基带信号。上变频器240利用来自tx lo信号发生器290的i和q发射(tx)本地振荡器(lo)信号对i和q基带信号进行上变频，并且提供上变频信号。滤波器242对上变频信号进行滤波，以去除由上变频引起的不期望的图像、以及接收频带中的噪声。功率放大器(pa)244放大来自滤波器242的信号以获取期望的输出功率电平并且提供发射rf信号。发射rf信号可以通过双工器或开关246被路由并且经由天线248进行发射。
43.功率放大器244可以包括一个或多个级，包括例如驱动器级、功率放大器级或其他组件，该一个或多个级可以被配置为在一个或多个频率上、在一个或多个频带中、以及以一个或多个功率电平放大通信信号。根据各种因素，功率放大器244可以被配置为使用一个或多个偏置信号进行操作，并且可以被配置为各种拓扑或架构。
44.本文中描述的可变增益控制系统和方法的示例性实施例可以在功率放大器244内实现，或者在功率放大器244的各个放大器级内实现。
45.在接收路径中，天线248接收通信信号并且提供所接收的rf信号，该rf信号可以通过双工器或开关246被路由并且提供给低噪声放大器(lna)252。双工器246可以被设计为以特定的rx到tx双工器频率间隔进行操作，使得rx信号与tx信号隔离。所接收的rf信号由lna 252放大并且由滤波器254滤波，以获取期望的rf输入信号。下变频混频器261a和261b将滤波器254的输出与来自rx lo信号发生器280的i和q接收(rx)lo信号(即，lo_i和lo_q)混频，以生成i和q基带信号。i和q基带信号由放大器262a和262b放大，并且由低通滤波器264a和264b进一步滤波，以获取i和q模拟输入信号，这些信号被提供给数据处理器210。在所示的示例性实施例中，数据处理器210包括模数转换器(adc)216a和216b，以将模拟输入信号转换为数字信号，以由数据处理器210进一步处理。在一些实施例中，adc 216a和216b被包括在收发器220中，并且以数字方式向数据处理器210提供数据。无电感器干扰抵消滤波器的一个或多个示例性实施例可以在图2的滤波器254中实现。在一些实施例中，本文中描述的可变增益控制系统和方法可以在lna 252内实现。
46.在图2中，tx lo信号发生器290生成用于上变频的i和q tx lo信号，而rx lo信号发生器280生成用于下变频的i和q rx lo信号。每个lo信号是具有特定基频的周期性信号。锁相环(pll)292从数据处理器210接收定时信息，并且生成用于调节来自lo信号发生器290的tx lo信号的频率和/或相位的控制信号。类似地，pll 282从数据处理器210接收定时信息，并且生成用于调节来自lo信号发生器280的rx lo信号的频率和/或相位的控制信号。
47.无线设备200可以支持ca，并且可以(i)以不同频率在多个下行链路载波上接收多个下行链路信号，和/或(ii)在多个上行链路载波上发射多个上行链路信号。然而，本领域技术人员将理解，本文中描述的各方面可以在不支持载波聚合的系统、设备和/或架构中实现。
48.图2中功能性地示出了收发器220的某些元件，并且其中所示的配置可以表示或不表示某些实现中的物理设备配置。例如，如上所述，收发器220可以在各种集成电路(ic)、rf ic(rfic)、混合信号ic等中实现。在一些实施例中，收发器220在诸如具有各种模块的印刷电路板(pcb)等基板或板上实现。例如，pa 244、滤波器242、lna 252和/或双工器246可以在单独的模块中或者作为分立组件来实现，而收发器220中所示的其余元件可以在单个收发
器芯片中实现。此外，虽然图2示出了i和q信号，但本领域技术人员将理解，收发器220可以替代地使用极性架构来实现，或者除了正交架构之外还可以包括用于实现极性架构的元件。
49.图3a是可以在其中实现可变增益控制系统和方法的示例性实施例的示例性发射链300的至少一部分的框图。在示例性实施例中，发射链300可以在mmw通信设备中实现，该mmw通信设备实现超外差(超外差)架构，在超外差(超外差)架构中，要发射的通信信号可以从基带信息信号转换为中频信号，然后从中频上变频为射频信号。类似地，所接收的通信信号可以从rf信号下变频为if信号，然后从if信号进一步下变频为基带信息信号。例如，在一些实施例中，在滤波器242与pa 244之间实现有附加混频器(例如，下面描述的混频器302)。在一些实施例中，在lna 252与滤波器254之间还包括有另一附加混频器。在一些这样的实施例中，这些附加混频器、pa 244和lna 252在rfic中实现，该rfic与其上实现有收发器220的其他元件的ic分离。在一些实施例中，分离的rfic可以集成到包括天线248的模块中。在包括附加混频器的一些实施例中，实现了用于20s或30s的ghz中的通信的lo，并且lo可以被包括在rfic中。虽然以下描述包括超集架构，但本领域技术人员将理解，实施例不限于这种架构中的放大器。此外，本领域技术人员将理解，本文中描述的实施例可以在接收链中的放大器中实现。示例性发射链300仅出于说明目的而示出，并且可以包括mmw通信设备中的发射链的一部分。
50.在示例性实施例中，发射链300可以包括混频器302，混频器302被配置为通过差分连接304接收中频(if)通信信号，并且通过差分连接306接收本地振荡器(lo)信号。使用lo信号的混频器302可以被配置为将if通信信号上变频为mmw频率的通信信号(在图3中称为rf信号)。
51.在示例性实施例中，发射链300可以包括一个或多个放大器级，其中图3中仅示出了三个示例性放大器级320、322和324作为示例。三个放大器级320、322和324可以被配置为提供相同或不同的信号放大水平。在示例性实施例中，第一放大器级320和第二放大器级322可以称为驱动器级，并且第三放大器级324可以称为功率放大器。取决于应用，发射链中可以包括更多或更少的放大器级。
52.在示例性实施例中，发射链300可以包括一个或多个匹配网络310、312、314和316。匹配网络310、312、314和316可以被配置为将rf信号从一个组件传递到另一组件，诸如从混频器302传递到放大器级320，从放大器级传递到放大器级，以及从放大器级传递到负载，诸如天线、移相器等。匹配网络310、312、314和316中的各自可以包括一个或多个无源和/或有源组件，诸如晶体管、电阻、电容、电感(图3中未示出)。在一些实施例中，匹配网络310、312、314和316也可以包括变压器(未示出)。尽管在图3中示出为差分架构，但是发射链300也可以被配置为单端架构。此外，尽管图3中示出了三个放大器级和四个匹配网络，但是实施例可以包括更多或更少数目的放大器级和匹配网络。
53.在示例性实施例中，匹配网络310、312、314和316、以及放大器级320、322和324可以包括发射路径330，其中一个或多个发射路径330可以在相控阵架构中实现。在其他实施例中，发射路径330可以包括更少或更多数目的放大器级和/或更少或更多数目的匹配网络。
54.在示例性实施例中，放大器级324的输出被示出为通过匹配网络316连接到天线
342。然而，在其他实施例中，功率放大器316的输出可以被耦合到其他元件，诸如被耦合到移相器、另一放大器等。
55.本文中描述的可变增益控制系统和方法的示例性实施例可以在放大器、匹配电路中的一个或多个中实现，或者在放大器电路中实现，该放大器电路可以包括放大器和具有可变增益控制系统的匹配电路。
56.图3b是可以在其中实现可变增益控制系统和方法的示例性实施例的示例性发射链350的至少一部分的框图。发射链350是相控阵天线架构的示例，其中多个发射路径330-1、330-2至330-n可以被耦合到混频器302。在示例性实施例中，发射路径330的数目取决于实现，为了简化说明，示出了三个发射路径330-1、330-2和330-n。
57.在示例性实施例中，每个发射路径330的输入被耦合到相应移相器332，其中发射路径330-1被耦合到移相器332-1，发射路径330-2被耦合到相移器332-2，并且发射路径330-n被耦合到相移器332-n。在示例性实施例中，每个移相器332被耦合在混频器302与相应发射路径330之间。在这样的实施例中，发射路径330中的每个发射路径的输出被耦合到天线元件阵列336中的相应天线元件334。例如，发射路径330-1被耦合到天线元件334-1，发射路径330-2被耦合到天线元件334-2，并且发射路径330-n被耦合到天线元件334-n。
58.图4是示出根据示例性实施例的包括放大器和具有可变增益控制系统的匹配网络的放大器电路400的实现的示例性实施例的示意图。放大器电路400可以是图3所示的放大器(320、322、324)和匹配网络(312、314、316)中的一个或多个的示例。在示例性实施例中，放大器电路400可以包括可以提供精细增益控制的可变增益控制电路。
59.放大器电路400包括放大器410，在示例性实施例中，放大器410可以是跨导放大器。放大器410可以被配置为在节点412a和412b处接收差分输入信号，并且可以被配置为在节点414a和414b处提供差分输出信号。dc偏置电压vbias可以被提供给节点412a和412b。差分输入信号可以以输入电压vin的形式提供，例如，使得它也被提供给节点412a(vin_p或vin+)和412b(vin_m或vin-)作为ac射频(rf)输入信号。
60.在示例性实施例中，放大器410可以使用n型金属氧化物半导体(nmos)晶体管422和424来实现。在示例性实施例中，每个晶体管422和424的源极可以被耦合到系统接地，并且每个晶体管422和424的漏极可以被耦合到输出节点414a和414b。电容426和428是可选的，并且可以在一些mmw频率系统中实现以提高差模稳定性和增益，并且有时称为中和电容器。在示例性实施例中，电容426和428可以被实现以抵消晶体管422和晶体管424的栅极源极电容(cgs)的影响。在示例性实施例中，电容426将晶体管422的栅极(vin_p)连接到晶体管424的漏极(vout_p)，并且电容428将晶体管424的栅极(vin_m)连接到晶体管422的漏极(vout_m)。电容426和428可以使用分立的电容器或晶体管器件来实现。尽管在图4中示出为使用nmos晶体管器件来实现，但是放大器410也可以使用pmos晶体管器件来实现，如将在本文中描述的。
61.放大器电路400还包括匹配网络450。在示例性实施例中，匹配网络450可以称为负载匹配网络，其被配置为用作放大器410的输出匹配网络。在示例性实施例中，匹配网络450还可以配置有可变增益控制系统，以为放大器410提供线性增益控制。在示例性实施例中，匹配网络450包括负载电感452、差模(dm)负载电阻(r
dm
)454和差模负载电容(c
dm
)456。尽管示出为分立元件，但是差模负载电阻(r
dm
)454和差模负载电容(c
dm
)456可以由放大器电路
400中的组件生成的寄生电阻和寄生电容来创建。匹配网络450也可以使用其他组件来实现，例如变压器、或者可以改变呈现给放大器410的差分输出414a和414b的阻抗的其他组件。
62.在示例性实施例中，匹配网络450还包括可调增益控制电阻470。在示例性实施例中，可调增益控制电阻470可以称为r
gc
，并且可以包括一个或多个可调段。在示例性实施例中，可调增益控制电阻470可以包括两个可调段472和474和在其间的中心节点475，每个可调段具有值r
gc
/2，中心节点475被耦合到段472和474中的每一者的至少一部分。在一些实施例中，可调段472和474可以是单独可调的和/或能够被调节为具有不同值。在示例性实施例中，由可调段472和474中的每一者提供的电阻可以通过由图2的数据处理器210提供的相应控制信号或者通过设置在无线设备200中的其他地方的另一控制单元(未示出)独立地并且选择性地调节。
63.在示例性实施例中，可调增益控制电阻470的中心节点475可以耦合到交流(ac)接地。在一个示例中，ac接地可以被解释为包括系统电压vdd。在其他示例性实施例中，系统接地和ac接地可以被短路。电容478可以出现在节点475与系统接地415之间。在其他示例中，ac接地可以被提供在vdd之外的其他位置处。在图4所示的示例中，中心节点475也被耦合到电感452的中心抽头。在示例性实施例中，可调段472和474被控制以提供基本上相同的电阻。
64.在示例性实施例中，可调增益控制电阻470可以通过差分模式(dm)下来自数据处理器210(图2)的一个或多个控制信号来调节，也就是说，可调增益控制电阻470的可调段472和474两者可以在电阻值范围内被选择性地调节，例如，以降低差模负载阻抗z
dm,fo
，同时允许基波电流i
fo
保持基本上不受影响并且同时差模输出电压v
out,fo
降低，从而向放大器410提供可变增益控制功能并且在一些实施例中提供线性增益控制功能。输出电流(即，基波电流i
fo
和二次谐波电流i
2fo
)由放大器410的跨导生成。因此，输出电流仅取决于输入电压vin和放大器410的跨导(即，输出电流不取决于输出负载)。因此，当负载的电阻(包括r
dm
和r
gc
的rload)变化时，输出电流iout保持不受影响，但输出电压vout根据vout＝iout*rload随负载的变化而变化。也就是说，输出电压vout随可调增益控制电阻470的变化的电阻而变化。在示例性实施例中，中心节点475为二次谐波电流i
2fo
提供到接地的共模ac路径，从而为二次谐波电流i
2fo
实现到接地的低阻抗路径，同时允许共模输出电压v
out,2fo
对于共模以及差模而线性或非线性地减小。
65.以这种方式，通过选择性地改变可调增益控制电阻470，可以同时降低差模负载阻抗(z
dm,fo
)和共模负载阻抗(z
cm,2fo
)两者。可调增益控制电阻470的示例电阻值的范围可以是从大约20欧姆的低阻抗值到大约2k欧姆的高阻抗值。这些值仅为示例，并且可以基于实现而异。在示例性实施例中，可调增益控制电阻470的可调段472和474的电阻可以被选择性地调节为相同的电阻值。
66.在一些实施例中，负载电感452可以是变压器482的初级侧。变压器482可以是输出电路480的一部分，其中放大器电路400的输出可以取自节点484a和484b。变压器482和输出电路480以虚线示出，以指示它们是可选的。然而，匹配网络450的线性增益控制方面并不取决于负载电感452是否被实现为变压器482的一部分。此外，虽然变压器482和输出电路480在随后的图中未示出，但是应当理解，变压器482或输出电路480可以被包括在本文中的任
何其他实施例(例如，图5-图8所示的实施例)中。
67.虽然描述了发射应用中具有匹配网络450的放大器电路400，但本文中描述的线性增益控制系统和方法适用于用于以mmw频率的高度线性增益控制的任何差分负载。
68.图5是示出根据示例性实施例的包括放大器和具有可变增益控制系统的匹配网络的放大器电路500的实现的示例性实施例的示意图。放大器电路500可以是图3所示的放大器(320、322、324)和匹配网络(312、314、316)中的一个或多个的示例。在示例性实施例中，放大器电路500可以包括可以提供精细增益控制的可变增益控制电路。
69.放大器电路500包括放大器510，放大器510可以是跨导放大器。放大器510可以被配置为在节点512a和512b处接收差分输入信号，并且可以被配置为在节点514a和514b处提供差分输出信号。在示例性实施例中，放大器510可以使用nmos晶体管522和524来实现。在示例性实施例中，每个晶体管522和524的源极可以被耦合到系统接地，并且每个晶体管522和524的漏极可以被耦合到输出节点514a和514b。电容526和528是可选的，并且可以在一些mmw频率系统中实现以提高差模稳定性和增益，并且有时称为中和电容器。在示例性实施例中，电容526和528可以被实现以抵消晶体管522和晶体管524的栅极源极电容(cgs)的影响。在示例性实施例中，电容526将晶体管522的栅极(vin_p)连接到晶体管524的漏极(vout_p)，并且电容528将晶体管524的栅极(vin_m)连接到晶体管522的漏极(vout_m)。电容526和528可以使用分立的电容器或晶体管器件来实现。
70.放大器电路500还包括匹配网络550的示例性实施例。在示例性实施例中，匹配网络550可以称为负载匹配网络，其被配置为用作放大器510的输出匹配网络。在示例性实施例中，匹配网络550还可以被配置为为放大器510提供线性增益控制。在示例性实施例中，匹配网络550包括负载电感552、差模(dm)负载电阻(r
dm
)554和差模负载电容(c
dm
)556。尽管示出为分立元件，但是差模负载电阻(r
dm
)554和差模负载电容(c
dm
)556可以由放大器电路500中的组件生成的寄生电阻和寄生电容来创建。匹配网络550也可以使用其他组件来实现，例如变压器、或者可以改变呈现给放大器510的差分输出514a和514b的阻抗的其他组件。
71.在示例性实施例中，匹配网络550还包括可调增益控制电阻570。在示例性实施例中，可调增益控制电阻570可以使用pmos晶体管器件来实现以实现可调段572和574。在示例性实施例中，可调段572可以包括一定数目(在图5所示的实施例中等于n+1)的pmos晶体管571至573。在示例性实施例中，可调段574可以包括与pmos晶体管577至579相同数目的pmos晶体管，如图5所示。当提供给相应pmos晶体管571至573和577至579的栅极的栅极电压(在图5中示出为vctrl《n:0》)处于逻辑低或零伏或更低时，即，当相应pmos晶体管571至573和577至579的栅极被耦合到诸如系统接地等逻辑低信号时，pmos晶体管571至573和577至579中的每个导通。虽然图5示出了接收相同的控制信号vctrl的段572和574，但是段572、574(或其部分)可以接收彼此分离和/或不同的控制信号，或者可以以其他方式单独地可调节。
72.在示例性实施例中，晶体管571的漏极被耦合到晶体管577的源极，并且还在中心节点575处被耦合到系统电压vdd，该中心节点575也可以被耦合到电感552的中心抽头。类似地，晶体管573的漏极被耦合到晶体管579的源极，并且还在中心节点575处被耦合到系统电压vdd。以这种方式，可调增益控制电阻570中的任何两对pmos晶体管之间的中心节点可以被耦合到vdd。晶体管571的源极被耦合到输出节点514a，并且晶体管573的源极被耦合到输出节点514a；并且晶体管577的漏极被耦合到输出节点514b，并且晶体管579的漏极被耦
合到输出节点514b。类似地，段572中的任何其他晶体管的源极可以被耦合到输出节点514a，并且段574中的任何其他晶体管的漏极可以被耦合到输出节点514b。
73.pmos晶体管571至573和577至579的状态可以由来自图2的数据处理器210的控制信号或由设置在无线设备200中其他地方的另一控制器(未示出)来控制。在示例性实施例中，由晶体管571和577提供的电阻可以由其尺寸来确定；并且由晶体管573和579提供的电阻也可以由其尺寸来确定，也就是说，由其宽度“w”除以其长度“l”(w/l)来确定。晶体管571、573、577和579(以及可调增益控制电阻570中的任何其他晶体管)的导通电阻与w/l成反比。在示例性实施例中，晶体管571和577中的每一者的尺寸和因此电阻可以与一个或多个其他晶体管相同或不同，并且类似地，晶体管573和579中的每一者的尺寸可以与本文中的一个或多个其他晶体管相同或不同。晶体管571至573的尺寸和晶体管577至579的尺寸可以相同，并且在晶体管571与577之间以及在晶体管573与579之间的节点575处可以存在显式共模点。因此，由单独可调段572和574提供的电阻量可以由晶体管器件的尺寸和由控制信号vctrl《n:0》启用以提供可调电阻的晶体管器件的数目来确定。
74.在示例性实施例中，可调增益控制电阻570的中心节点575可以被耦合到交流(ac)接地。在一个示例中，ac接地可以被解释为包括系统电压vdd。电容578可以出现在节点575与系统接地515之间。在其他示例中，ac接地可以被提供在vdd之外的其他位置处。
75.在示例性实施例中，可调增益控制电阻570可以通过差分模式(dm)下来自数据处理器210(图2)的一个或多个控制信号来调节。例如，可调增益控制电阻570的段572和574可以被调节以降低差模负载阻抗z
dm,fo
，同时允许基波电流i
fo
保持基本上不受影响并且同时差模输出电压v
out,fo
降低，从而向放大器510提供可变增益控制功能并且在一些实施例中提供线性增益控制功能。输出电流(即，基波电流i
fo
和二次谐波电流i
2fo
)由放大器510的跨导生成。因此，输出电流仅取决于输入电压vin和放大器510的跨导(即，输出电流不取决于输出负载)。因此，当负载的电阻(包括r
dm
和r
gc
的rload)变化时，输出电流iout保持不受影响，但是输出电压vout根据vout＝iout*rload随负载的变化而变化。也就是说，输出电压vout随可调增益控制电阻570的变化的电阻而变化。在示例性实施例中，中心节点575为二次谐波电流i
2fo
提供到接地的共模ac路径，从而为二次谐波电流i
2fo
实现到接地的低阻抗路径，同时允许共模输出电压v
out,2fo
对于共模以及差模而线性或非线性地减小。
76.以这种方式，通过改变可调增益控制电阻570，可以同时降低差模负载阻抗(z
dm,fo
)和共模负载阻抗(z
cm,2fo
)两者。可调增益控制电阻570的示例电阻值的范围可以是从大约20欧姆的低阻抗值到大约2k欧姆的高阻抗值。这些值仅为示例，并且可以基于实现而异。在示例性实施例中，可调增益控制电阻570的单独可调段572和574的电阻可以被选择性地调节为相同的电阻值。
77.在图5所示的示例性实施例中，为了便于说明，图5中省略了图4所示的输出电路480；然而，输出电路480也可以在图5的放大器电路500中实现。
78.图6是示出根据示例性实施例的包括放大器和具有可变增益控制系统的匹配网络的放大器电路600的实现的示例性实施例的示意图。放大器电路600可以是图3所示的放大器(320、322、324)和匹配网络(312、314、316)中的一个或多个的示例。在示例性实施例中，放大器电路600可以包括可以提供精细增益控制的可变增益控制电路。
79.放大器电路600包括放大器610，放大器610可以是跨导放大器。放大器600可以使
用pmos晶体管器件来实现，而不是图5的放大器510中使用的nmos晶体管器件。放大器610可以被配置为在节点612a和612b处接收差分输入信号，并且可以被配置为在节点614a和614b处提供差分输出信号。在示例性实施例中，放大器610可以使用pmos晶体管622和624来实现。在示例性实施例中，每个晶体管622和624的源极可以被耦合到系统电压vdd，并且每个晶体管622和624的漏极可以被耦合到输出节点614a和614b。电容626和628是可选的，并且可以在一些mmw频率系统中实现以提高差模稳定性和增益，并且有时称为中和电容器。在示例性实施例中，电容626和628可以被实现以抵消晶体管622和晶体管624的栅极源极电容(cgs)的影响。在示例性实施例中，电容626将晶体管622的栅极(vin_p)连接到晶体管624的漏极(vout_p)，并且电容628将晶体管624的栅极(vin_m)连接到晶体管622的漏极(vout_m)。电容626和628可以使用分立的电容器或晶体管器件来实现。
80.放大器电路600还包括匹配网络650的示例性实施例。在示例性实施例中，匹配网络650可以称为负载匹配网络，其被配置为用作放大器610的输出匹配网络。在示例性实施例中，匹配网络650还可以被配置为为放大器610提供增益控制。在示例性实施例中，匹配网络650包括负载电感652、差模(dm)负载电阻(r
dm
)654和差模负载电容(c
dm
)656，其中中心节点被耦合到系统接地。尽管示出为分立元件，但是差模负载电阻(r
dm
)654和差模负载电容(c
dm
)656可以由放大器电路600中的组件生成的寄生电阻和寄生电容来创建。匹配网络650也可以使用其他组件来实现，例如变压器、或者可以改变呈现给放大器610的差分输出614a和614b的阻抗的其他组件。
81.在示例性实施例中，匹配网络650还包括可调增益控制电阻670。在示例性实施例中，可调增益控制电阻670可以使用nmos晶体管器件来实现以实现单独可调段672和674。在示例性实施例中，单独可调段672可以包括一定数目(在图6所示的实施例中等于n+1)nmos晶体管671至673。在示例性实施例中，单独可调段674可以包括与nmos晶体管677至679相同数目的nmos晶体管，如图6所示。当提供给相应nmos晶体管671至673和677至679的栅极的栅极电压(在图6中示出为vctrl《n:0》)处于系统电压vdd时，即，当相应nmos晶体管671至673和677至679的栅极被耦合到诸如系统电压vdd等逻辑高信号时，nmos晶体管671至673和677至679中的每一者导通。虽然图6示出了接收相同的控制信号vctrl的段672和674，但是段672、674(或其部分)可以接收彼此分离和/或不同的控制信号，或者可以以其他方式单独地可调节。
82.在示例性实施例中，晶体管671的漏极被耦合到晶体管677的源极，并且还在中心节点675处被耦合到系统接地。类似地，晶体管673的漏极被耦合到晶体管679的源极，并且还在中心节点675处被耦合到系统接地。以这种方式，可调增益控制电阻670中的任何两对nmos晶体管之间的中心节点可以被耦合到系统接地。晶体管671的源极被耦合到输出节点614a，并且晶体管673的源极被耦合到输出节点614a。晶体管677的漏极被耦合到输出节点614b，并且晶体管679的漏极被耦合到输出节点614b。类似地，段672中的任何其他晶体管的源极可以被耦合到输出节点614a，并且段674中的任何其他晶体管的漏极可以被耦合到输出节点614b。
83.nmos晶体管671至673和677至679的状态可以由来自图2的数据处理器210的控制信号或由设置在无线设备200中其他地方的另一控制单元(未示出)来控制。在示例性实施例中，由晶体管671和677提供的电阻可以由其尺寸来确定；并且由晶体管673和679提供的
电阻也可以由其尺寸来确定，也就是说，由其宽度“w”除以其长度“l”(w/l)来确定。晶体管671、673、677和679(以及可调增益控制电阻670中的任何其他晶体管)的导通电阻与w/l成反比。在示例性实施例中，晶体管671和677中的每一者的尺寸和因此电阻可以与一个或多个其他晶体管相同或不同，并且类似地，晶体管673和679中的每一者的尺寸可以与一个或多个其他晶体管相同或不同。晶体管671至673的尺寸和晶体管677至679的尺寸可以相同，并且在晶体管671与677之间以及在晶体管673与679之间的节点675处可以存在显式共模点。因此，由可调段672和674提供的电阻量可以由晶体管器件的尺寸和由控制信号vctrl《n:0》启用以提供可调电阻的晶体管器件的数目来确定。
84.在示例性实施例中，可调增益控制电阻670的中心节点675可以被耦合到交流(ac)接地。在一个示例中，ac接地可以被解释为包括系统接地。
85.在示例性实施例中，可调增益控制电阻670可以通过差分模式(dm)下来自数据处理器210(图2)的一个或多个控制信号来调节。例如，可调增益控制电阻670的段672和674可以被调节以降低差模负载阻抗z
dm,fo
，同时允许基波电流i
fo
保持基本上不受影响并且同时差模输出电压v
out,fo
降低，从而向放大器610提供可变增益控制功能并且在一些实施例中提供线性增益控制功能。输出电流(即，基波电流i
fo
和二次谐波电流i
2fo
)由放大器610的跨导生成。因此，输出电流仅取决于输入电压vin和放大器610的跨导(即，输出电流不取决于输出负载)。因此，当负载的电阻(包括r
dm
和r
gc
的rload)变化时，输出电流iout保持不受影响，但是输出电压vout根据vout＝iout*rload随负载的变化而变化。也就是说，输出电压vout随可调增益控制电阻670的变化的电阻而变化。在示例性实施例中，中心节点675为二次谐波电流i
2fo
提供到接地的共模ac路径，从而为二次谐波电流i
2fo
实现到接地的低阻抗路径，同时允许共模输出电压v
out,2fo
对于共模以及差模而线性或非线性地减小。
86.以这种方式，通过调节可调增益控制电阻670，可以同时降低差模负载阻抗(z
dm,fo
)和共模负载阻抗(z
cm,2fo
)两者。可调增益控制电阻670的示例电阻值的范围可以是从大约20欧姆的低阻抗值到大约2k欧姆的高阻抗值。这些值仅为示例，并且可以基于实现而异。在示例性实施例中，可调增益控制电阻670的单独可调段672和674的电阻可以被选择性地调节为相同的电阻值。
87.在图6所示的示例性实施例中，为了便于说明，图6中省略了图4所示的输出电路480；然而，输出电路480也可以在图6的放大器电路600中实现。
88.图7是示出根据示例性实施例的包括放大器和具有可变增益控制系统的匹配网络的放大器电路700的实现的示例性实施例的示意图。放大器电路700可以是图3所示的放大器(320、322、324)和匹配网络(312、314、316)中的一个或多个的示例。在示例性实施例中，放大器电路700可以包括可以提供精细增益控制的可变增益控制电路。
89.放大器电路700包括放大器710，放大器710可以是跨导放大器。放大器710可以被配置为在节点712a和712b处接收差分输入信号，并且可以被配置为在节点714a和714b处提供差分输出信号。在示例性实施例中，放大器710可以使用nmos晶体管722和724来实现。在示例性实施例中，每个晶体管722和724的源极可以被耦合到系统接地，并且每个晶体管722和724的漏极可以被耦合到输出节点714a和714b。电容726和728是可选的，并且可以在一些mmw频率系统中实现以提高差模稳定性和增益，并且有时称为中和电容器。在示例性实施例中，电容726和728可以被实现以抵消晶体管722和晶体管724的栅极源极电容(cgs)的影响。
在示例性实施例中，电容726将晶体管722的栅极(vin_p)连接到晶体管724的漏极(vout_p)，并且电容728将晶体管724的栅极(vin_m)连接到晶体管722的漏极(vout_m)。电容726和728可以使用分立的电容器或晶体管器件来实现。
90.放大器电路700还包括匹配网络750的示例性实施例。在示例性实施例中，匹配网络750可以称为负载匹配网络，其被配置为用作放大器710的输出匹配网络。在示例性实施例中，匹配网络750还可以被配置为为放大器710提供增益控制。在示例性实施例中，匹配网络750包括负载电感752、差模(dm)负载电阻(r
dm
)754和差模负载电容(c
dm
)756。尽管示出为分立元件，但是差模负载电阻(r
dm
)754和差模负载电容(c
dm
)756可以由放大器电路700中的组件生成的寄生电阻和寄生电容来创建。匹配网络750也可以使用其他组件来实现，例如变压器、或者可以改变呈现给放大器710的差分输出714a和714b的阻抗的其他组件。
91.在示例性实施例中，匹配网络750还包括可调增益控制电阻770。在示例性实施例中，可调增益控制电阻770可以使用pmos晶体管器件来实现以实现可调段772和774。在示例性实施例中，可调段772可以包括一定数目(在图7所示的实施例中等于n+1)的pmos晶体管771至773。在示例性实施例中，单独可调段774可以包括与pmos晶体管777至779相同数目的pmos晶体管，如图7所示。当提供给相应pmos晶体管771至773和777至779的栅极的栅极电压(在图7中示出为vctrl《n:0》)处于零伏或更低时，即，当相应pmos晶体管771至773和777至779的栅极被耦合到诸如系统接地等逻辑低信号时，pmos晶体管771至773和777至779中的每一者导通。虽然图7示出了接收相同的控制信号vctrl的段772和774，但是段772、774(或其部分)可以接收彼此分离和/或不同的控制信号，或者可以以其他方式单独地可调节。
92.在示例性实施例中，晶体管771的漏极被耦合到晶体管777的源极，并且还被耦合到中心节点775。类似地，晶体管773的漏极被耦合到晶体管779的源极，并且还被耦合到中心节点775。以这种方式，可调增益控制电阻670中的所有pmos晶体管对之间的中心节点可以被耦合在一起。
93.在图7所示的实施例中，提供了对一次谐波终止和二次谐波终止的单独控制。例如，节点775通过电容785被耦合到ac接地，并且节点775通过电阻787被耦合到系统电压vdd。电容785可以称为偏置电容cb，并且电阻787可以称为偏置电阻rb。在该示例性实施例中，对于ac rf输入信号，vdd和系统接地被认为是短路的。在该示例性实施例中，中心节点通过电阻器787被dc偏置到vdd。以这种方式，没有dc电流流过晶体管771至773或晶体管777至779，并且晶体管771至773和晶体管777至779作为开关来操作。
94.取决于实际布局实现，可以更容易实现到系统接地或系统电压vdd的低阻抗连接。图4的放大器电路400中从节点475到系统电压vdd的连接可以以2fo的频率表现出低阻抗。取决于电路布局，当电路连接在实际布局中的顶部金属中被布线时，这可能具有挑战性和/或导致耦合问题。图7所示的放大器电路700的示例性实施例消除了这样的低阻抗连接。在图7所示的示例性实施例中，系统电压vdd通过电阻787(rb)仅向节点775提供dc电压，以偏置晶体管771至773和777至779。节点775与vdd之间的耦合实际上可以用呈现高阻抗的低电平金属来实现，从而消除了耦合问题。在示例性实施例中，电容785(cb)被提供以将节点775耦合到系统接地，以闭合二次谐波电流i
2fo
的环路并且在共模中提供到系统接地的低阻抗路径。
95.晶体管771的源极被耦合到输出节点714a，并且晶体管773的源极被耦合到输出节
点714a；并且晶体管777的漏极被耦合到输出节点714b，并且晶体管779的漏极被耦合到输出节点714b。类似地，段772中的任何其他晶体管的源极可以被耦合到输出节点714a，并且段774中的任何其他晶体管的漏极可以被耦合到输出节点714b。
96.pmos晶体管771至773和777至779的状态可以由来自图2的数据处理器210的控制信号或由设置在无线设备200中其他地方的另一控制单元(未示出)来控制。在示例性实施例中，由晶体管771和777提供的电阻可以由其尺寸来确定；并且由晶体管773和779提供的电阻也可以由其尺寸来确定，也就是说，由其宽度“w”除以其长度“l”(w/l)来确定。晶体管771、773、777和779(以及可调增益控制电阻770中的任何其他晶体管)的导通电阻与w/l成反比。在示例性实施例中，晶体管771和777中的每一者的尺寸和因此电阻可以与一个或多个其他晶体管相同或不同，并且类似地，晶体管773和779中的每一者的尺寸可以与一个或多个其他晶体管相同或不同。晶体管771至773的尺寸和晶体管777至779的尺寸可以相同，并且在晶体管771与777之间以及在晶体管773与779之间的节点775处可以存在显式共模点。因此，由单独可调段772和774提供的电阻量可以由晶体管器件的尺寸和被启用以提供可调电阻的晶体管器件的数目来确定。
97.在示例性实施例中，可调增益控制电阻770可以通过差分模式(dm)下来自数据处理器210(图2)的一个或多个控制信号来调节。例如，可调增益控制电阻(r
gc
/2)770的段772和774可以被调节以降低差模负载阻抗z
dm,fo
，同时允许基波电流i
fo
保持基本上不受影响并且同时差模输出电压v
out,fo
降低，从而向放大器710提供可变增益控制功能并且在一些实施例中提供线性增益控制功能。输出电流(即，基波电流i
fo
和二次谐波电流i
2fo
)由放大器710的跨导生成。因此，输出电流仅取决于输入电压vin和放大器710的跨导(即，输出电流不取决于输出负载)。因此，当负载的电阻(包括r
dm
和r
gc
的rload)变化时，输出电流iout保持不受影响，但是输出电压vout根据vout＝iout*rload随负载的变化而变化。也就是说，输出电压vout随可调增益控制电阻770的变化的电阻而变化。在示例性实施例中，中心节点775为二次谐波电流i
2fo
提供通过电容785(cb)到接地的共模ac路径，从而为二次谐波电流i
2fo
实现到接地的低阻抗路径，同时允许共模输出电压v
out,2fo
对于共模以及差模而线性或非线性地减小。
98.以这种方式，通过调节可调增益控制电阻770，可以同时降低差模负载阻抗(z
dm,fo
)和共模负载阻抗(z
cm,2fo
)两者。可调增益控制电阻770的示例电阻值的范围可以是从大约20欧姆的低阻抗值到大约2k欧姆的高阻抗值。这些值仅为示例，并且可以基于实现而异。在示例性实施例中，可调增益控制电阻770的单独可调段772和774的电阻可以被选择性地调节为相同的电阻值。
99.在图7所示的示例性实施例中，为了便于说明，从图7中省略了图4所示的输出电路480；然而，输出电路480也可以在图7的放大器电路700中实现。
100.图8是示出根据示例性实施例的包括放大器和具有可变增益控制系统的匹配网络的放大器电路800的实现的示例性实施例的示意图。放大器电路800可以是图3所示的放大器(320、322、324)和匹配网络(312、314、316)中的一个或多个的示例。在示例性实施例中，放大器电路800可以包括可以提供精细增益控制的可变增益控制电路。
101.放大器电路800包括放大器810，放大器810可以是跨导放大器。放大器810可以被配置为在节点812a和812b处接收差分输入信号，并且可以被配置为在节点814a和814b处提
供差分输出信号。在示例性实施例中，放大器810可以使用nmos晶体管822和824来实现。在示例性实施例中，每个晶体管822和824的源极可以被耦合到系统接地，并且每个晶体管822和824的漏极可以被耦合到输出节点814a和814b。电容826和828是可选的，并且可以在一些mmw频率系统中实现以提高差模稳定性和增益，并且有时称为中和电容器。在示例性实施例中，电容826和828可以被实现以抵消晶体管822和晶体管824的栅极源极电容(cgs)的影响。在示例性实施例中，电容826将晶体管822的栅极(vin_p)连接到晶体管824的漏极(vout_p)，并且电容828将晶体管824的栅极(vin_m)连接到晶体管822的漏极(vout_m)。电容826和828可以使用分立的电容器或晶体管器件来实现。
102.放大器电路800还包括匹配网络850的示例性实施例。在示例性实施例中，匹配网络850可以称为负载匹配网络，其被配置为用作放大器810的输出匹配网络。在示例性实施例中，匹配网络850还可以被配置为为放大器810提供增益控制。在示例性实施例中，匹配网络850包括负载电感852、差模(dm)负载电阻(r
dm
)854和差模负载电容(c
dm
)856。尽管示出为分立元件，但是差模负载电阻(r
dm
)854和差模负载电容(c
dm
)856可以由放大器电路800中的组件生成的寄生电阻和寄生电容来创建。匹配网络850也可以使用其他组件来实现，例如变压器、或者可以改变呈现给放大器810的差分输出814a和814b的阻抗的其他组件。
103.在示例性实施例中，匹配网络850还包括可调增益控制电阻870。在示例性实施例中，可调增益控制电阻870可以使用pmos晶体管器件来实现以实现单独可调段872和874。在示例性实施例中，单独可调段872可以包括一定数目(在图8所示的实施例中等于n+1)的pmos晶体管871至873。在示例性实施例中，单独可调段874可以包括与pmos晶体管877至879相同数目的pmos晶体管，如图8所示。当提供给相应pmos晶体管871至873和877至879的栅极的栅极电压(在图8中示出为vctrl《n:0》)处于零伏或更低时，即，当相应pmos三极管871至873和877至879的栅极被耦合到诸如系统接地等逻辑低信号时，pmos晶体管871至873和877至879中的每一者导通。虽然图8示出了接收相同的控制信号vctrl的段872和874，但是段872、874(或其部分)可以接收彼此分离和/或不同的控制信号，或者可以以其他方式单独地可调节。
104.在示例性实施例中，晶体管871的漏极被耦合到晶体管877的源极，并且还被耦合到节点875。类似地，晶体管873的漏极被耦合到晶体管879的源极，并且还被耦合到节点876。
105.在图8所示的实施例中，提供了对一次谐波终止和二次谐波终止的单独控制。例如，节点875通过电容885被耦合到ac接地，并且节点875通过电阻887被耦合到系统电压vdd。电容885可以称为偏置电容cb，并且电阻887可以称为偏置电阻rb。类似地，节点876通过电容895被耦合到ac接地，并且节点876通过电阻897被耦合到系统电压vdd。电容895可以称为第n偏置电容ncb，并且电阻897可以称为第n偏置电阻nrb。可以理解，可调增益控制电阻870中的每对pmos晶体管之间的中心节点可以通过相应电容器被耦合到系统接地并且通过相应电阻器被耦合到系统电压vdd。
106.类似于图7的放大器电路700，取决于实际布局实现，可以更容易实现到系统接地或到系统电压vdd的低阻抗连接。图4的放大器电路400中从节点475到系统电压vdd的连接可以以2fo的频率表现出低阻抗。取决于电路布局，当电路连接在实际布局中的顶部金属中被布线时，这可能具有挑战性和/或导致耦合问题。类似于图7，图8所示的放大器电路800的
示例性实施例消除了这样的低阻抗连接。在图8所示的示例性实施例中，系统电压vdd通过电阻887(rb)单独地向节点875仅提供dc电压，并且通过电阻897(nrb)单独地向节点876提供dc电压(以与对晶体管873和879的偏置分开地偏置晶体管871和877)。节点875与vdd之间的耦合以及节点876与vdd之间的耦合实际上可以用呈现高阻抗的低电平金属来实现，从而消除了耦合问题。为了闭合二次谐波电流i
2fo
的环路并且在共模中提供到系统接地的低阻抗路径，电容885(cb)被提供以将节点875耦合到系统接地，并且电容895(ncb)被提供以将节点876耦合到系统接地。以这种方式，共模阻抗可以由可调增益控制电阻870中的晶体管对的单独控制实例来单独控制。
107.图8的放大器电路800类似于图7的放大器电路700。然而，在图7的放大器电路700中，呈现给放大器700的共模阻抗仅取决于可调增益控制电阻770中的晶体管(771至773和777至779)。在图8所示的放大器电路800的示例性实施例中，呈现给放大器800的共模阻抗还取决于各种cb至ncb以及rb至nrb电路，这些电路与可调段872和可调段874中的晶体管分开被启用。
108.晶体管871的源极被耦合到输出节点814a，并且晶体管873的源极被耦接到输出节点814；并且晶体管877的漏极被耦合到输出节点814b，并且晶体管879的漏极被耦合到输出节点814b。类似地，段872中的任何其他晶体管的源极可以被耦合到输出节点814a，并且段874中的任何其他晶体管的漏极可以被耦合到输出节点814b。
109.pmos晶体管871至873和877至879的状态可以由来自图2的数据处理器210的控制信号或由设置在无线设备200中其他地方的另一控制电路(未示出)来控制。在示例性实施例中，由晶体管871和877提供的电阻可以由其尺寸来确定；并且由晶体管873和879提供的电阻也可以由其尺寸来确定，也就是说，由其宽度“w”除以其长度“l”(w/l)来确定。晶体管871、873、877和879(以及可调增益控制电阻770中的任何其他晶体管)的导通电阻与w/l成反比。在示例性实施例中，晶体管871和877中的每一者的尺寸和因此电阻可以与一个或多个其他晶体管相同或不同，并且类似地，晶体管873和879中的每一者的尺寸可以与一个或多个其他晶体管相同或不同。晶体管871至873的尺寸和晶体管877至879的尺寸可以相同，并且在晶体管871与877之间的节点875处可以存在显式共模点并且在晶体管873与879之间的节点876处可以存在显式共模点。因此，由可调段872和874提供的电阻量可以由晶体管器件的尺寸和由控制信号(例如，vctrl《n:0》)启用以提供可调电阻的晶体管器件的数目来确定。
110.在示例性实施例中，可调增益控制电阻870可以通过差分模式(dm)下来自数据处理器210(图2)的一个或多个控制信号来调节。例如，可调增益控制电阻870的段872和874可以被调节以降低差模负载阻抗z
dm,fo
，同时允许基波电流i
fo
保持基本上不受影响并且同时差模输出电压v
out,fo
降低，从而向放大器810提供可变增益控制功能并且在一些实施例中提供线性增益控制功能。输出电流(即，基波电流i
fo
和二次谐波电流i
2fo
)由放大器810的跨导生成。因此，输出电流仅取决于输入电压vin和放大器810的跨导(即，输出电流不取决于输出负载)。因此，当负载的电阻(包括r
dm
和r
cg
/2的rload)变化时，输出电流iout保持不受影响，但是输出电压vout根据vout＝iout*rload随负载的变化而变化。也就是说，输出电压vout随可调增益控制电阻870的变化的电阻而变化。在示例性实施例中，中心节点875和中心节点876分别通过电容885(cb)和电容895(ncb)为二次谐波电流i
2fo
提供到接地的共模ac
路径，从而为二次谐波电流i
2fo
实现到接地的低阻抗路径，同时允许共模输出电压v
out,2fo
对于共模以及差模而线性或非线性地减小。
111.以这种方式，通过调节可调增益控制电阻870，可以同时降低差模负载阻抗(z
dm,fo
)和共模负载阻抗(z
cm,2fo
)两者。可调增益控制电阻870的示例电阻值的范围可以是从大约20欧姆的低阻抗值到大约2k欧姆的高阻抗值。这些值仅为示例，并且可以基于实现而异。在示例性实施例中，可调增益控制电阻(r
gc
/2)870的单独可调段872和874的电阻可以被选择性地调节为相同的电阻值。
112.在图8所示的示例性实施例中，为了便于说明，图8中省略了图4所示的输出电路480；然而，输出电路480也可以在图8的放大器电路800中实现。
113.图9是描述可变增益控制方法900的示例的流程图900。方法900中的框可以按所示顺序执行或不按所示顺序执行，并且在一些实施例中，可以至少部分并行地执行。
114.在框902中，利用放大器电路放大射频(rf)信号。例如，图4的放大器410可以放大rf信号。
115.在框904中，将共模电流耦合到接地。例如，中心节点475可以将放大器410的共模电流耦合到系统接地或ac接地。
116.在框906中，可以独立地改变两个可调段中的每个可调段的电阻以提供线性增益控制。例如，可调增益控制电阻470的两个可调段472和474可以分别改变。
117.图10是用于可变增益控制的装置1000的功能框图。装置1000包括用于放大射频(rf)信号的部件1002。在某些实施例中，用于放大射频(rf)信号的部件1002可以被配置为执行在方法900(图9)的操作框902中描述的功能中的一个或多个。在示例性实施例中，用于放大射频(rf)信号的部件1002可以包括例如被配置为放大rf信号的图4的放大器410。
118.装置1000还包括用于将共模电流耦合到接地的部件1004。用于将共模电流耦合到接地的部件1004可以被配置为执行在方法900(图9)的操作框904中描述的功能中的一个或多个。在示例性实施例中，用于将共模电流耦合到接地的部件1004可以包括例如被配置为将放大器410的共模电流耦合到系统接地或ac接地的中心节点475。
119.装置1000还包括用于独立地改变两个可调段中每个可调段的电阻以提供线性增益控制的部件1006。用于独立地改变两个可调段中的每个可调段的电阻以提供线性增益控制的部件1006可以被配置为执行在方法900(图9)的操作框906中描述的功能中的一个或多个。在示例性实施例中，用于独立地改变两个可调段中的每个可调段的电阻以提供线性增益控制的部件1006可以包括被分别改变的可调增益控制电阻470的两个可调段472和474。
120.本文中描述的电路架构可以在一个或多个ic、模拟ic、rfic、混合信号ic、asic、印刷电路板(pcb)、电子器件等上实。本文中描述的电路架构也可以用各种ic工艺技术来制造，诸如互补金属氧化物半导体(cmos)、n沟道mos(nmos)、p沟道mos(pmos)、双极结晶体管(bjt)、双极cmos(bicmos)、硅锗(sige)、砷化镓(gaas)、异质结双极晶体管(hbt)、高电子迁移率晶体管(hemt)、绝缘体上硅(soi)等。
121.实现本文中描述的电路的装置可以是独立设备，也可以是更大设备的一部分。设备可以是(i)独立ic，(ii)一组一个或多个ic，该ic可以包括用于存储数据和/或指令的存储器ic，(iii)rfic，诸如rf接收器(rfr)或rf发射器/接收器(rtr)，(iv)asic，诸如移动站调制解调器(msm)，(v)可以嵌入其他设备内的模块，(vi)接收器、蜂窝电话、无线设备、手机
或移动单元，(vii)等。
122.虽然已详细说明和描述了所选择的方面，但应当理解，在不脱离如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行各种替换和更改。

技术特征：
1.一种用于毫米波(mmw)通信系统的放大器电路，包括：放大器，被耦合到匹配网络；以及所述匹配网络中的可变增益控制电路，所述可变增益控制电路具有可调增益控制电阻，所述可调增益控制电阻具有可调段和在所述可调段之间的中心节点，所述中心节点被耦合到接地。2.根据权利要求1所述的放大器电路，其中所述中心节点被耦合到系统电压vdd。3.根据权利要求1所述的放大器电路，其中所述中心节点被直接耦合到系统接地。4.根据权利要求1所述的放大器电路，其中所述中心节点通过电容被耦合到系统接地。5.根据权利要求1所述的放大器电路，其中所述放大器使用n型金属氧化物半导体(nmos)晶体管器件来实现，并且所述可调增益控制电阻使用p型金属氧化物半导体(pmos)晶体管器件来实现。6.根据权利要求1所述的放大器电路，其中所述放大器使用p型金属氧化物半导体(pmos)晶体管器件来实现，并且所述可调增益控制电阻使用n型金属氧化物半导体(nmos)晶体管器件来实现。7.根据权利要求1所述的放大器电路，其中所述可调增益控制电阻的所述可调段包括多个单独可调器件。8.根据权利要求1所述的放大器电路，其中多个差分增益控制电阻中的每个差分增益控制电阻具有独立地被耦合到ac接地的中心节点。9.根据权利要求1所述的放大器电路，其中所述可调增益控制电阻的所述可调段中的每个可调段具有相同的电阻值。10.根据权利要求1所述的放大器电路，其中所述中心节点被配置为为在所述放大器中流动的共模二次谐波电流提供到接地的低阻抗路径。11.根据权利要求1所述的放大器电路，还包括混频器，所述混频器被配置为将输入到所述放大器的射频(rf)转换为毫米波(mmw)。12.根据权利要求1所述的放大器电路，还包括所述匹配网络中的负载电感，所述负载电感被耦合到所述可调增益控制电阻。13.根据权利要求12所述的放大器电路，其中所述负载电感被配置为变压器的初级侧，所述变压器被耦合到另一放大器电路。14.根据权利要求1所述的放大器电路，其中所述放大器电路位于相控阵天线系统的发射路径中。15.一种用于提供放大器增益控制的方法，包括：利用放大器电路放大射频(rf)信号；将共模电流耦合到接地；以及独立地改变可调增益控制电阻的可调段的电阻。16.根据权利要求15所述的方法，还包括将所述可调增益控制电阻的中心节点耦合到系统电压vdd。17.根据权利要求15所述的方法，还包括将所述可调增益控制电阻的中心节点直接耦合到系统接地或通过电容耦合到系统接地。18.根据权利要求15所述的方法，还包括：使用n型金属氧化物半导体(nmos)晶体管器
件来实现所述放大器，并且使用p型金属氧化物半导体(pmos)晶体管器件来实现所述可调增益控制电阻。19.根据权利要求15所述的方法，还包括：使用p型金属氧化物半导体(pmos)晶体管器件来实现所述放大器，并且使用n型金属氧化物半导体(nmos)晶体管器件来实现所述可调增益控制电阻。20.根据权利要求15所述的方法，还包括使用多个单独可调器件来实现所述可调增益控制电阻的每个可调段。21.根据权利要求15所述的方法，还包括将多个可调增益控制电阻的中心节点单独耦合到ac接地。22.根据权利要求15所述的方法，还包括将所述可调增益控制电阻的每个可调段的电阻调节为具有相同的电阻值。23.一种器件，包括：用于放大射频(rf)信号的部件；用于将共模电流耦合到接地的部件；以及用于独立地改变可调增益控制电阻的可调段的电阻的部件。24.根据权利要求23所述的器件，还包括用于将所述可调增益控制电阻的中心节点耦合到系统电压vdd的部件。25.根据权利要求23所述的器件，还包括用于将所述可调增益控制电阻的中心节点直接耦合到系统接地或通过电容耦合到系统接地的部件。26.根据权利要求23所述的器件，其中所述用于放大的部件包括n型金属氧化物半导体(nmos)晶体管器件，并且所述用于独立地改变可调增益控制电阻的单独可调段的电阻的部件包括使用p型金属氧化物半导体(pmos)晶体管器件。27.根据权利要求23所述的器件，其中所述放大部件包括p型金属氧化物半导体(pmos)晶体管器件，并且所述用于独立地改变可调增益控制电阻的单独可调段的电阻的部件包括n型金属氧化物半导体(nmos)晶体管器件。28.根据权利要求23所述的器件，还包括用于将多个可调增益控制电阻的相应中心节点单独耦合到ac接地的部件。29.根据权利要求23所述的器件，还包括用于将所述单独可调段中的每个可调段的电阻调节到相同的电阻值的部件。30.一种用于放大器电路的增益控制系统，包括：被耦合到匹配网络的跨导放大器，所述跨导放大器包括n型金属氧化物半导体(nmos)晶体管器件；以及所述匹配网络中的可变增益控制电路，所述可变增益控制电路具有可调增益控制电阻，所述可调增益控制电阻包括p型金属氧化物半导体(pmos)晶体管器件，所述可调增益控制电阻具有可调段和被耦合到所述可调段中的每个可调段的至少一部分的中心节点，所述中心节点还被耦合到交流(ac)接地。

技术总结
一种用于毫米波(mmW)通信系统的放大器电路(400)包括被耦合到匹配网络(450)的放大器(410)和匹配网络(450)中的可变增益控制电路，可变增益控制电路具有可调增益控制电阻(470)，可调增益控制电阻(470)具有可调段(472，474)和在其间的中心节点，中心节点被耦合到交流(AC)接地。合到交流(AC)接地。合到交流(AC)接地。


技术研发人员：M
受保护的技术使用者：高通股份有限公司
技术研发日：2021.11.22
技术公布日：2023/8/4