专利名称：Lr多相滤波器的制作方法
技术领域：
本公开大体涉及电子设备，并且更具体地涉及一种多相滤波器。
背景技术：
多相滤波器是一种接收一个或多个具有不同相位的输入信号并且提供相等数量或更多数量的具有不同相位的输出信号的电路。多相滤波器可以被用于诸如生成正交信号、镜像抑制之类的多种应用。对于生成正交信号，多相滤波器可以生成彼此正交(或相差 90°相位)的输出信号。多相滤波器可以利用电容器和电阻器来实现并且可以被称为RC多相滤波器。RC 多相滤波器可以在集成电路(IC)上实现。然后可以在芯片上制造该电容器和电阻器，而可以受益于高密度、良好的匹配性和高产率。在几千兆赫(GHz)或更低的频率下，该电容器和电阻器可以具有电容性和电阻性的特征，并且该RC多相滤波器可以提供期望的性能。然而，在高频率(例如数十GHz)下，该集成的电容器可能表现电感性的特征，这可能导致非有效的RC多相滤波器。
发明内容
本文描述一种LR多相滤波器，该LR多相滤波器可以利用电感器和电阻器来实现并且能够在高频下工作。在一个设计中，该LR多相滤波器可以包括第一路径和第二路径。 该第一路径可以包括与第一电阻器耦合的第一电感器，并且可以接收第一输入信号及提供第一输出信号。该第二路径可以包括与第二电阻器耦合的第二电感器，并且可以接收该第一输入信号及提供第二输出信号。相对于在所选频率(例如60GHz)处的第一输出信号，该第二输出信号可以具有目标相位偏移(例如，90°偏移)。对于差分的设计，该多相滤波器可以进一步包括第三路径和第四路径。该第三路径可以包括与第三电阻器耦合的第三电感器，并且可以接收第二输入信号及提供第三输出信号。该第四路径可以包括与第四电阻器耦合的第四电感器，并且可以接收该第二输入信号及提供第四输出信号。第四路径中的电感器和电阻器可以如下文所述的方式来耦合。第一输入信号和第二输入信号可以用作差分输入信号。第一输出信号和第三输出信号可以用作第一差分输出信号，并且第二输出信号和第四输出信号可以用作第二差分输出信号。第一输出信号、第二输出信号、第三输出信号和第四输出信号可以相差90°相位。在一个设计中，可以利用传输线来实现每个电感器。可以利用从振荡器到混频器的布线来形成用于所有电感器的传输线。下面将更详细地介绍本公开的各个方面和特征。
图1示出了无线通信设备的框图。图2示出了本地振荡器(LO)信号发生器的框图。
图3A示出了单端RC多相滤波器的示意图。图:3B示出了差分RC多相滤波器的示意图。图4A示出了单端LR多相滤波器的示意图。图4B示出了差分LR多相滤波器的示意图。图4C示出了 N级LR多相滤波器的示意图。图5A、图5B和图5C分别示出了利用传输线实现的单端LR多相滤波器、差分LR多相滤波器和N级LR多相滤波器的示意图。图6A、图6B和图6C示出了三种传输线布局的俯视图。图7A、图7B和图7C示出了三种传输线结构的截面图。图8A和图8B分别示出了利用传输线实现的单级LR多相滤波器和N级LR多相滤波器的示意图。图9示出了用于执行多相滤波的过程。
具体实施例方式本文使用词语“示例性”来表示“用作示例、例子或举例说明”。本文描述的作为 “示例性”的任何设计未必被认为是优选的或比其它设计有利的。本文描述的LR多相滤波器可以用于诸如无线通信、计算、计算机网络设计、家用电子设备之类的多种应用。LR多相滤波器也可以用于诸如无线通信设备、广播接收器、个人数字助理(PDA)、手持设备、无线调制解调器、笔记本电脑、无绳电话、无线本地环路(WLL) 站、蓝牙设备、家用电子设备之类的各种电子设备。为了清楚起见，下面介绍LR多相滤波器在无线通信设备中的使用。图1示出了一种无线通信设备100的示例性设计的框图，该无线通信设备100可以是移动电话、无线局域网(WLAN)站或一些其它设备。在图1所示的示例性设计中，无线设备100包括支持双向通信的接收器120和发射器140。通常，无线设备100可以包括用于任意数量的通信系统、任意数量的射频技术和任意数量的频带的任意数量的接收器和任意数量的发射器。在接收路径中，天线112接收由基站和/或其它发射器站发射的射频(RF)调制信号，并且提供所接收的RF信号，该RF信号通过RF单元114路由并且被提供给接收器120。 RF单元114可以包括RF开关和/或双工器来将RF信号多路复用于发射器140和接收器 120。RF单元114还可以包括RF滤波器和/或其它电路。在接收器120中，低噪音放大器 (LNA) 122放大所接收的RF信号并且提供放大后的RF信号。混频器12 和混频器124b将放大后的RF信号从RF下变频到基带，并且分别提供同相(I)的下变频信号和正交⑴)的下变频信号。LO信号发生器136生成用于下变频的I LO信号和Q LO信号，并且分别将I LO信号和Q LO信号提供给混频器12 和混频器124b。来自混频器12 和混频器124b 的I下变频信号和Q下变频信号由放大器(Amp) 126a和放大器(Amp) 126b进行放大，由低通滤波器128a和低通滤波器12 进行滤波，并且进一步由放大器130a和放大器130b进行放大，以获得I基带输入信号和Q基带输入信号，该I基带输入信号和Q基带输入信号被提供给基带处理器160。I基带输入信号和Q基带输入信号可以由基带处理器160进行数字化和处理(例如解调和解码)以恢复所发射的数据。
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在发射路径中，基带处理器160处理待发射的数据，并且将I基带输出信号和Q基带输出信号提供给发射器140。在发射器140中，I基带输出信号和Q基带输出信号由放大器14 和放大器14 进行放大，由低通滤波器14 和低通滤波器144b进行滤波，并且进一步由放大器146a和放大器146b进行放大，以获得I输入信号和Q输入信号。I输入信号和Q输入信号由混频器148a和混频器14 从基带上变频到RF，由加法器150累加，并且由功率放大器(PA) 152放大，以获得输出RF信号，该输出RF信号通过RF单元114路由并且经由天线112被发射。LO信号发生器156生成用于上变频的I LO信号和Q LO信号，并分别将I LO信号和Q LO信号提供给混频器148a和混频器14 。图1示出了具有直接变换架构的接收器120和发射器140的示例性设计，该直接变换架构在一个级中将RF和基带之间的信号进行变频。也可以利用超外差架构来实现接收器120和发射器140，该超外差架构在多个级中将RF和基带之间的信号进行变频。通常， 可以通过一个或多个级的放大器、滤波器、混频器等来执行对接收器和发射器中的信号的调理。可以将电路模块布置为与图1所示的配置不同。此外，也可以使用图1未示出的其它电路模块来调理发射器和接收器中的信号。也可以省略图1中的一些电路模块。可以在一个或多个模拟IC、RF IC(RFIC)、混合信号IC等上实现接收器120和发射器140的全部或一部分。基带处理器160可以包括用于数据发送和数据接收以及其它功能的各种处理单元。基带处理器160也可以产生对接收器120和发射器140中的各种电路模块的控制。存储器162可以存储用于无线设备100的程序代码和数据，并且可以位于基带处理器160(如图1所示)之内或之外。可以在一个或多个特定用途集成电路(ASIC)和/或其它IC上实现基带处理器160。无线装置100可以在高频下工作。例如，无线装置100可以支持60GHz频带中的用于极高吞吐量(VHT)的IEEE802. 11，该60GHz频带可以覆盖57GHz到66GHz。接收器120 和发射器140中的电路模块可以被设计为支持在高频下工作。在一个方面中，LR多相滤波器可以用于生成用于下变频和/或上变频的LO信号。 LR多相滤波器可以接收来自振荡器的输入信号，并且可以提供彼此正交的输出信号。如下所述，LR多相滤波器可以在高频下工作，并可以具有其它期望的特性。图2示出了用于图1中的接收器120的LO信号发生器136的设计的框图。图2 示出了差分设计，其中每个电路接收一个或多个差分输入信号，并且提供一个或多个差分输出信号。每个差分信号包括非反相信号(由词尾“P”表示)和反相信号(由词尾“η”表示)。通常，电路(如混频器)可以接收单端输入或不同输入，并且可以提供单端输出或不同输出。在LO信号发生器136内，压控振荡器(VCO) 210接收VCO控制并且提供包括VCOp 信号和VCOn信号的差分VCO信号。VCO 210可以在高频下工作，如接近IEEE 802. IlVHT的 60GHz和一些其它频率。LR多相滤波器220接收差分VCO信号并且提供(i)包括ILOp信号和ILOn信号的差分ILO信号以及(ii)包括QLOp信号和QLOn信号的差分QLO信号。QLOp 信号相对于ILOp信号具有90°的相差。混频器12 利用差分I LO信号将包括RFinp信号和RFirm信号的差分输入RF信号进行下变频，并且提供包括Ioutp信号和Ioutn信号的差分I下变频信号。混频器124b利用差分Q LO信号将差分输入RF信号进行下变频，并且提供包括Qoutp信号和Qoutn信号的差分Q下变频信号。图2示出了 LO信号发生器136的示例性设计，也可以以其它方式来实现该LO信号发生器136。例如，可以利用流控振荡器(ICO)、数控振荡器(DCO)等来代替VCO 210。可以以与用于接收器120的LO信号发生器136类似的方式来实现用于发射器140的LO信号发生器156。对于频分双工(FDD)系统，对应下行链路和上行链路使用不同的频道。在该情况下，无线设备100可以同时发射和接收，并且独立的LO信号发生器136和LO信号发生器 156可以用于并发地生成用于接收器120和发射器140的LO信号。对于时分双工(TDD)系统，相同的频道用于下行链路和上行链路两者，可以为下行链路和上行链路分配不同的时间间隔。在该情况下，无线设备100可以在任何给定时刻发射或者接收，并且单个LO信号发生器136或LO信号发生器156可以生成用于接收器120和发射器140两者的LO信号。图3A示出了单端RC多相滤波器310的示意图。多相滤波器310接收单端输入信号Vin，并且提供两个具有90°的相差的单端输出信号Voutl和Vout2。多相滤波器310包括用于该两个输出信号的两个路径312和314。在第一路径312中，电阻器322耦合在输入节点X和输出节点Yl之间，并且电容器3M耦合在输出节点Yl和电路的地之间。在第二路径314中，电容器3 耦合在输入节点X和输出节点Y2之间，并且电阻器3 耦合在输出节点Y2和电路的地之间。Vin信号被施加到输入节点X，并且Voutl信号和Vout2信号分别由输出节点Yl和Y2提供。电阻器322和电阻器3 都具有电阻Rl，并且电容器3 和电容器3 都具有电容Cl。第一路径312中的电阻器322和电容器3 形成了在3dB带宽处提供45°相位滞后的单极低通滤波器，其由Rl和Cl的值决定。第二路径312中的电容器3 和电阻器3 形成了在3dB带宽处提供45°相位超前的单极高通滤波器，其也是由Rl和Cl的值决定。 可以选择Rl和Cl以提供在Voutl信号和Vout2信号之间在期望的频率处的90°相差。图:3B示出了差分RC多相滤波器330的示意图。多相滤波器330接收包括Vinp 信号和Virm信号的差分输入信号，并且提供(i)包括Voutlp信号和Voutln信号的第一差分输出信号以及(ii)包括Vout2p信号和VoUt2n信号的第二差分输出信号。多相滤波器 330包括用于该四个Vout信号的四个路径。仅有一个路径340标示在图;3B中。第一路径包括耦合在输入节点Xl和输出节点Yl之间的电阻器35 以及耦合在输出节点Yl和输入节点X2之间的电容器35如。第二路径包括耦合在输入节点X2和输出节点Y2之间的电阻器352b以及耦合在输出节点Y2和输入节点X3之间的电容器354b。第三路径包括耦合在输入节点X3和输出节点TO之间的电阻器352c以及耦合在输出节点TO和输入节点X4之间的电容器35如。第四路径包括耦合在输入节点X4和输出节点W之间的电阻器352d以及耦合在输出节点M和输入节点Xl之间的电容器；354(1。每个电阻器352具有电阻R1，并且每个电容器3M具有电容Cl。Vinp信号被提供给输入节点Xl和输入节点X2，并且Virm 信号被提供给输入节点X3和输入节点X4。Voutlp、Vout2p、Voutln和Vout2n信号分别由输出节点Yl、Y2、Y3和W提供。通过叠加两个输入节点处的Vin信号来获得每个输出节点处的Vout信号。例如， 通过将(i)施加在输入节点Xl的Vinp信号(其通过低通路径到达节点Yl)和施加在输入节点X2的(ii)Vinp信号(其通过高通路径到达节点Yl)进行叠加来获得Voutlp信号。节点Yl处的Voutlp信号具有的相位是施加在节点Xl和节点X2处的Vin信号的相位的平均值。类似的，节点Y2处的Vout2p信号的相位是施加在节点X2处的Vinp信号的相位和施加在节点X3处的Virm信号的相位的平均值。节点TO处的Voutln信号的相位是施加在节点X3和节点X4处的Virm信号的相位的平均值。节点W处的Vout2n信号的相位是施加在节点Xl的Vinp信号的相位和施加在节点X4处的Virm信号的相位的平均值。RC多相滤波器330可以用于利用差分的源来生成正交LO信号。可以利用良好匹配的电阻器352和电容器354的组合来实现RC多相滤波器330以获得期望的相移和尽可能好的振幅。为了获得RC多相滤波器330的期望性能，电阻器352和电容器3M应当呈现纯电阻性和纯电容性的特征。可以在IC上实现RC多相滤波器330，并且可以在芯片上制造电阻器352和电容器354。然而，在毫米(mm)波的频率(例如60GHz)下，集成电容器可能与寄生(parasitic)相关联，该寄生可能使它们的特性完全偏离期望的特征。在这样的高频下，集成电容器可能表现出电感性的特征，然后这可能导致非有效的RC多相滤波器330。基于RLC电路理论，RC电路和LR电路是彼此对偶的。这意味着通过(i)将RC电路中的每个电阻器替换为LR电路中的电感器以及(ii)将RC电路中的每个电容器替换为 LR电路中的电阻器可以将RC电路转换成LR电路。然后该RC电路和LR电路将呈现类似的特性。图4A示出了单端LR多相滤波器410的设计的示意图。多相滤波器410接收单端输入信号Vin，并且提供两个具有90°相差的单端输出信号Voutl和Vout2。多相滤波器 410包括用于这两个输出信号的两个路径412和414。在第一路径412中，电感器422耦合在输入节点X和输出节点Yl之间，并且电阻器4M耦合在输出节点Yl和电路的地之间。在第二路径414中，电阻器似6耦合在输入节点X和输出节点Y2之间，并且电感器4 耦合在输出节点Y2和电路的地之间。Vin信号被施加到输入节点X，并且Voutl信号和Vout2 信号分别由输出节点Yl和输出节点Y2提供。电感器422和电感器似8均具有电感L2，并且电阻器似4和电阻器似6都具有电阻R2。第一路径412中的电感器422和电阻器似4形成了在3dB带宽处提供45°相位滞后的单极低通滤波器，其由L2和R2的值决定。第二路径414中的电阻器4 和电感器4 形成了在3dB带宽处提供45°相位超前的单极高通滤波器，其也是由L2和R2的值决定。 可以选择L2和R2以在Voutl和Vout2信号之间在期望的频率处提供90°相位差。如果 RlCl = L2/R2，则LR多相滤波器410与图3A中的RC多相滤波器310具有类似的性能。图4B示出了差分LR多相滤波器430的设计的示意图。多相滤波器430接收包括 Vinp信号和Virm信号的差分输入信号，并且提供(i)包括Voutlp信号和Voutln信号的第一差分输出信号以及(ii)包括Vout2p信号和VoUt2n信号的第二差分输出信号。多相滤波器430包括用于这四个Vout信号的四个路径440。第一路径440a包括耦合在输入节点Xl和输出节点Yl之间的电感器45 以及耦合在输出节点Yl和输入节点X2之间的电阻器454a。第二路径440b包括耦合在输入节点X2和输出节点Y2之间的电感器452b以及耦合在输出节点Y2和输入节点X3之间的电阻器454b。第三路径440c包括耦合在输入节点X3和输出节点TO之间的电感器452c以及耦合在输出节点TO和输入节点X4之间的电阻器45如。第四路径440d包括耦合在输入节点X4和输出节点W之间的电感器452d以及耦合在输出节点W和输入节点Xl之间的电阻器454d。每个电感器452具有电感L2，并且每个电阻器妨4具有电阻R2。向输入节点Xl和输入节点X2提供Vinp信号，并且向输入节点X3和输入节点X4提供Vinn信号。Voutlp, Vout2p、Voutln和Vout2n信号分别由输出节点Yl、Y2、Y3和W提供。图4B示出了 Vinp信号和Virm信号的相位以及Voutlp信号、 Vout2p信号、Voutln信号和Vout2n信号的相位。图4C示出了 N级差分LR多相滤波器432的设计的示意图，其中通常N > 1。多相滤波器432包括串联耦合的N个级43 到43如。每个级434包括四个路径，并且每个路径包括如图4B所示那样进行耦合的电感器452和电容器454。每个级的四个输出节点耦合到随后的级的四个输入节点。第一级43 接收包括Vinp信号和Virm信号的差分输入信号， 并且向输入节点Xl和输入节点X2提供Vinp信号，向输入节点X3和输入节点X4提供Virm 信号。最后的级43 分别通过输出节点Y1、Y2J3* W提供具有90°相位差的Voutlp、 Vout2p、Voutln 和 Vout2n 信号。通常，LR多相滤波器可以包括任意数量的级。更多的级可以进一步校正在前面的级或Vin信号中的任何相位失配，但也可能具有更大的插入损耗。可以基于对LR多相滤波器的要求来选择级的数量。可以在IC上实现LR多相滤波器410、430或432，并且可以在芯片上制造电感器和电阻器。在毫米波的频率下，集成电感器仍然保持它们的电感性特性。此外，电感器在毫米波频率下可以具有相对小的电感值，并且可以占用小的面积。更小的电感器尺寸可以允许 LR多相滤波器在芯片上的有效实现。在示例性设计中，可以利用适当长度的传输线LR来实现多相滤波器中的电感器。 特别地，在高频下，可以使用四分之一波长(或λ/4)长度的传输线来实现电感器。例如， 由于60GHz处的四分之一波长大约是1.25mm，所以在芯片上实现该传输线是可以实施的。图5A示出了利用传输线实现的单端LR多相滤波器510的设计的示意图。多相滤波器510包括两个路径512和514。在第一路径512中，传输线522连接在输入节点X和输出节点Yl之间，并且电阻器5M耦合在输出节点Yl和电路的地之间。在第二路径514中， 电阻器5 耦合在输入节点X和输出节点Y2之间，并且传输线5 连接在输出节点Y2和电路的地之间。Vin信号被施加到输入节点X，并且Voutl信号和Vout2信号分别由输出节点Yl和输出节点Y2提供。电阻器5M和5 都具有电阻R2。传输线522和传输线5 可以被设计为具有期望的特性阻抗和延迟。如下所述， 每个传输线的阻抗可以取决于各种因素。每个传输线的阻抗可以与R2匹配以减小反射，或由于其它考虑可以不与R2匹配。每个传输线可以具有大约λ/4的长度，以获得期望的延迟。图5Β示出了利用传输线实现的差分LR多相滤波器530的设计的示意图。多相滤波器530包括四个路径M0a、540b、M0c和MOd。每个路径540包括(i)连接在该路径的输入节点和输出节点之间的传输线阳2，以及(ii)耦合在该路径的输出节点和下个路径的输入节点之间的电阻器554。每个传输线552具有大约λ/4的长度和适当的阻抗。每个电阻器5 具有电阻R2。向输入节点Xl和输入节点X2提供Vinp信号，并且向输入节点X3 和输入节点X4提供Virm信号。分别由输出节点Y1、Y2 J3和W提供Voutlp信号、Vout2p 信号、Voutln信号和Vout2n信号。图5C示出了利用传输线实现的N级差分LR多相滤波器532的设计的示意图。多相滤波器532包括串联耦合的N个级53 到53如。每个级534包括四个路径，并且每个路径包括如图5所示那样耦合的传输线552和电阻器554。Vinp信号被提供给第一级53 中的输入节点Xl和输入节点X2，Vinn信号被提供给第一区域53 中的输入节点X3和输入节点X4。由最后的级53 中的输出节点Y1、Y2 J3和W分别提供Voutlp信号、Vout2p 信号、Voutln信号和Vout2n信号。可以利用各种布局和结构来实现用于LR多相滤波器中的电感器的传输线。下面描述一些示例性的传输线布局和结构。图6A示出了传输线610的设计的俯视图。在该设计中，利用输入节点X和输出节点Y之间以直线形成的导体来实现传输线610。该导体可以具有大约λ/4的长度和适当的宽度以获得期望的阻抗。图6Β示出了具有曲折图案(zigzag pattern)的传输线620的设计的俯视图。在该设计中，利用以三部分在输入节点X和输出节点Y之间来回曲折的导体来实现传输线620。 该导体可以具有大约λ/4的总长度和适当的宽度以获得期望的阻抗。弯曲的数量可以取决于期望的总体尺寸，并且更多的弯曲可能带来更紧凑的布局但是更大的插入损耗。图6C示出了具有另一曲折图案的传输线630的设计的俯视图。在该设计中，利用在输入节点X和输出节点Y之间从一侧曲折到另一侧的导体来实现传输线630。该导体可以具有大约λ/4的总长度和适当的宽度以获得期望的阻抗。也可以利用其它布局来实现传输线。图7Α示出了利用微带(microstrip)结构来实现的传输线710的设计的截面图。 在该设计中，利用在接地层714之上形成的信号导体712来实现传输线710。传输线710的阻抗由导体712的宽度、导体712到接地层714的距离、导体712与接地层714之间的绝缘层的介电常数等来决定。使用微带结构可以易于实现传输线710。图7B示出了利用带线(strip line)结构来实现的传输线720的设计的截面图。 在该设计中，利用在两个接地层7M和7 之间形成的信号导体722来实现传输线720。传输线720的阻抗由导体722的宽度、导体722到接地层7M和接地层726的距离、绝缘层的介电常数等来决定。具有带线结构的导体722可以具有更小的宽度。图7C示出了利用共面波导(CPW)结构来实现的传输线730的设计的截面图。在该设计中，利用在两个接地线734和736之间形成的信号导体732来实现传输线730，该两个接地线734和736与导体732形成在同一层上。传输线720的阻抗由导体732的宽度、 导体732到接地线734和接地线736的距离等来决定。因为两个接地线734和736位于导体732的两侧，所以CPW结构可以为信号导体732提供良好的隔离。也可以利用其它结构来实现传输线。图8A示出了利用传输线实现的LR多相滤波器830的设计。在该设计中，四个四分之一波长的传输线85h、852b、852c和852d分别实现图4B中的四个电感器45h、452b、 452c和452d。四个电阻器85 、邪4b、85k和854d分别对应于图4B中的四个电阻器45乜、 454b、45k和454d。四个传输线852和四个电阻器854以与图4B中的四个电感器452和四个电阻器4M类似的方式耦合在输入节点XI、X2、X3和X4与输出节点Yl、Y2、Y3和W 之间。图8B示出了利用传输线实现的N级LR多相滤波器860的设计。在该设计中，多相滤波器860包括N个级。四个传输线86加、862b、862c和862d实现所有N个级中的电感器，并且分别连接在输入节点X1、X2、X3和X4与输出节点Y1、Y2 J3和W之间。对于第一传输线86 ，第一四分之一波长段实现第一级的电感器，下一个四分之一波长段实现第二级(图8B中未示出)的电感器，依次类推，并且最后的四分之一波长段实现最后的级的电感器。每个其余的传输线862类似地实现用于N个级的一个路径中的N个电感器。每个级还包括以与图8A中的四个电阻器85 、邪4b、85k和854d类似的方式耦合的四个电阻器 864a,864b,864c 和 864d。如图8B所示，可以通过重复传输线的四分之一波长段来合成更高阶的LR多相滤波器。此外，用于VCO和混频器之间的I LO信号和Q LO信号的布线可以被用作传输线来实现LR多相滤波器。因此LR多相滤波器可以被高效地实现在芯片上。本文描述的LR多相滤波器可以允许在例如60GHz的高频率处的I LO信号和Q LO 信号的生成。可以利用可以对高频处的寄生较不敏感的电感器或传输线来实现LR多相滤波器。用于I LO信号和Q LO信号的布线可以用作该传输线，并且可以通过在每个四分之一波长处插入十字交叉的电阻器来简单地实现该LR多相滤波器。LR多相滤波器可以提供在高频下的期望性能。相反，由于电容器的依赖频率的寄生，RC多相滤波器通常不能在高频下表现出期望的性能。在示例性设计中，一种装置可以包括多相滤波器，该多相滤波器可以包括第一和第二路径。第一路径(例如图4A中的路径412或图4B中的路径440a)可以包括与第一电阻器耦合的第一电感器，并且可以接收第一输入信号和提供第一输出信号。第二路径(例如图4A中的路径414或图4B中的路径440b)可以包括与第二电阻器耦合的第二电感器， 并且可以接收第一输入信号和提供第二输出信号。相对于在所选的频率(例如60GHz或一些其它频率)处的第一输出信号，第二输出信号可以具有目标相位偏移(例如90°偏移)。在图4A所示的一个设计中，第一电感器(如电感器422)可以耦合在输入节点X 和第一输出节点Yl之间，第一电阻器(如电阻器424)可以耦合在该第一输出节点和电路的地之间，第二电阻器(如电阻器426)可以耦合在输入节点和第二输出节点之间，第二电感器(如电感器428)可以耦合在该第二输出节点和电路的地之间。可以将第一输入信号 (如Vin)施加到该输入节点。第一输出信号和第二输出信号(如Voutl和VouU)可以分别由第一输出节点和第二输出节点提供。在图4B所示的另一设计中，多相滤波器可以进一步包括第三路径和第四路径。第三路径(如路径440c)可以包括与第三电阻器耦合的第三电感器，并且可以接收第二输入信号及提供第三输出信号。第四路径(如路径440d)可以包括与第四电阻器耦合的第四电感器，并且可以接收第二输入信号及提供第四输出信号。在一个设计中，第一电感器、第二电感器、第三电感器和第四电感器可以分别耦合到第一输入节点、第二输入节点、第三输入节点和第四输入节点，并可以进一步分别耦合到第一输出节点、第二输出节点、第三输出节点和第四输出节点。第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器和第四电阻器可以分别耦合到第一输出节点、第二输出节点、第三输出节点和第四输出节点，并且可以进一步分别耦合到第二输入节点、第三输入节点、第四输入节点和第一输入节点。可以将第一输入信号施加到第一输入节点和第二输入节点，并且可以将第二输入信号施加到第三输入节点和第四输入节点。第一输出信号、第二输出信号、第三输出信号和第四输出信号可以分别由第一输出节点、第二输出节点、第三输出节点和第四输出节点提供。第一输入信号和第二输入信号可以用作差分输入信号。第一输出信号和第三输出信号可以用作第一差分输出信号，并且第二输出信号和第四输出信号可以用作第二差分输出信号。第一输出信号、第二输出信号、第三输出信号和第四输出信号可以具有90°的相差。在一个设计中，例如图5A和图5B所示，可以利用传输线实现每个电感器。可以利用微带(例如图7A所示)或带线(例如图7B所示)或共面波导(例如图7C所示)或一些其它传输线结构来实现用于所有电感器的传输线。每个传输线可以具有在所选频率处的一个四分之一波长的长度。可以通过从振荡器到一个或多个混频器的布线来形成该传输线。在一个设计中，例如图4C、图5C或图8B所示，多相滤波器可以包括多个串联耦合的级。每个级可以包括第一路径、第二路径、第三路径和第四路径。第一级可以接收第一输入信号和第二输入信号，最后的级可以提供第一输出信号、第二输出信号、第三输出信号和第四输出信号。可以利用第一传输线(如图8B中的传输线862a)来实现所有级中的第一路径的电感器。可以利用对应的传输线实现所有级中的每个其余路径中的电感器。可以利用如图8B所示的一个传输线的四分之一波长段来实现每个电感器。在图2所示的一个设计中，VCO可以生成包括第一输入信号和第二输入信号的差分振荡器信号。第一混频器可以利用包括第一输出信号和第三输出信号的差分I LO信号将差分输入RF信号进行下变频，并且可以提供差分I下变频信号。第二混频器可以利用包括第二输出信号和第四输出信号的差分Q LO信号将差分输入RF信号进行下变频，并且可以提供差分Q下变频信号。在图1所示的另一个设计中，第一混频器利用包括第一输出信号和第三输出信号的差分I LO信号将差分I基带信号进行上变频。第二混频器可以利用包括第二输出信号和第四输出信号的差分Q LO信号将差分Q基带信号进行上变频。加法器可以将第一混频器和第二混频器的输出进行求和，并且提供差分上变频信号。在示例性的设计中，无线通信设备可以包括VC0、多相滤波器以及第一混频器和第二混频器。VCO可以生成包括第一输入信号和第二输入信号的差分振荡器信号。多相滤波器可以接收该差分振荡器信号，并且提供(i)包括第一输出信号和第三输出信号的差分I LO信号以及(ii)包括第二输出信号和第四输出信号的差分Q LO信号。如图4B所示，多相滤波器可以包括第一路径、第二路径、第三路径和第四路径，并且每个路径可以包括耦合到电阻器的电感器。可以向第一和第二路径施加第一输入信号，并且可以向第三和第四路径施加第二输入信号。可以分别由第一路径、第二路径、第三路径和第四路径提供第一输出信号、第二输出信号、第三输出信号和第四输出信号。如上所述，可利用传输线来实现多相滤波器。第一混频器可以利用差分I LO信号来执行RF和基带之间的变频。第二混频器可以利用差分Q LO信号来执行RF和基带之间的变频。图9示出了用于执行多相滤波的过程900的设计。可以例如利用VCO生成包括第一输入信号和第二输入信号的差分振荡器信号(方框91 。可以经由包括与第一电阻器耦合的第一电感器的第一路径传送第一输入信号以获得第一输出信号(方框914)。也可以经由包括与第二电阻器耦合的第二电感器的第二路径传送该第一输入信号以获得第二输出信号(方框916)。可以经由包括与第三电阻器耦合的第三电感器的第三路径传送第二输入信号以获得第三输出信号(方框918)。也可以经由包括与第四电阻器耦合的第四电感器的第四路径传送该第二输入信号以获得第四输出信号(方框920)。这四个路径可以是LR 多相滤波器的一部分。第一输入信号和第二输入信号可以具有180度的相差。第一输出信号、第二输出信号、第三输出信号和第四输出信号可以具有90°的相差。在一个设计中，可以利用包括第一输出信号和第三输出信号的差分ILO信号来执行用于I信号路径的在RF和基带之间的变频(方框92 。可以利用包括第二输出信号和第四输出信号的差分Q LO信号来执行用于Q信号路径的在RF和基带之间的变频(方框 924)。本文描述的LR多相滤波器可以被实现在IC、模拟IC、RFIC、混合信号IC、ASIC、印刷电路板(PCB)、电子设备等上。也可以利用各种IC处理技术来制造该LR多相滤波器，该各种IC处理技术例如是互补金属氧化物半导体(CMOS)、N通道MOS (NMOS)、P通道MOS (PMOS)、 双极结型晶体管(BJT)、双级CMOS(BiCMOS)、锗化硅(SiGe)、砷化镓(GaAs)等。实现本文描述的LR多相滤波器的装置可以是独立的设备，或者可以是更大型的设备的一部分。设备可以是(i)独立的IC、(ii) 一个或多个IC的组(其可以包括用于存储数据和/或指令的存储器ic)、(iii)诸如RF接收器(RFR)或RF收发器(RTR)之类的 RFIC、(iv)诸如移动站调制解调器(MSM)之类的ASIC、(ν)可以嵌入其它设备内的模块、 (vi)接收器、移动电话、无线设备、手机或移动单元、(vii)等等。在一个或多个示例性设计中，可以在硬件、软件、固件或其任意组合中实现所描述的功能。如果在软件中实现，则可以将这些功能作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上或通过计算机可读介质传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质二者，通信介质包括有助于计算机程序从一个位置转移到另一个位置的任意介质。存储介质可以是能够由计算机存取的任意可用介质。通过示例而非限制的方式，该计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储器、磁盘存储器或其它磁存储设备、 或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望程序代码并且能够由计算机进行存取的任何其它介质。此外，任何连接可以适当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤光缆、双绞线、数字用户线(DSL)或者诸如红外线、无线电和微波之类的无线技术从网站、服务器或其它远程源发送的，则同轴电缆、光纤光缆、双绞线、DSL或者诸如红外线、无线电和微波之类的无线技术被包括在介质的定义中。本文使用的盘和碟包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多功能碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中，盘通常以磁性方式再现数据，而碟用激光以光学方式再现数据。上述各项的组合也应当包括在计算机可读介质的范围内。提供了本公开的上述描述以使任何本领域技术人员能够实现或使用本公开。对本公开的各种修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的，并且本文定义的总体原理可以应用于其它变型而不背离本公开的精神或范围。因此，本公开并非限于本文所描述的示例和设计，而是旨在与本文所公开的原理和新颖特征最广泛范围地相一致。
权利要求
1.一种装置，包括多相滤波器，其包括第一路径，其包括与第一电阻器耦合的第一电感器，所述第一路径接收第一输入信号并且提供第一输出信号，以及第二路径，其包括与第二电阻器耦合的第二电感器，所述第二路径接收所述第一输入信号并且提供第二输出信号，相对于在所选频率处的所述第一输出信号，所述第二输出信号具有目标相位偏移。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一电感器耦合在输入节点和第一输出节点之间，所述第一电阻器耦合在所述第一输出节点和电路的地之间，所述第二电阻器耦合在所述输入节点和第二输出节点之间，并且所述第二电感器耦合在所述第二输出节点和电路的地之间，其中所述第一输入信号被施加到所述输入节点，并且其中所述第一输出信号和所述第二输出信号分别由所述第一输出节点和所述第二输出节点提供。
3.如权利要求1所述的装置，所述多相滤波器还包括第三路径，其包括与第三电阻器耦合的第三电感器，所述第三路径接收第二输入信号并且提供第三输出信号，以及第四路径，其包括与第四电阻器耦合的第四电感器，所述第四路径接收所述第二输入信号并且提供第四输出信号。
4.如权利要求3所述的装置，其中，所述第一输入信号和所述第二输入信号用作差分输入信号，所述第一输出信号和所述第三输出信号用作第一差分输出信号，并且所述第二输出信号和所述第四输出信号用作第二差分输出信号，并且其中所述第一输出信号、所述第二输出信号、所述第三输出信号和所述第四输出信号相差90度相位。
5.如权利要求3所述的装置，其中，所述第一电感器、所述第二电感器、所述第三电感器和所述第四电感器分别耦合到第一输入节点、第二输入节点、第三输入节点和第四输入节点，并且分别进一步耦合到第一输出节点、第二输出节点、第三输出节点和第四输出节点，其中，所述第一电阻器、所述第二电阻器、所述第三电阻器和所述第四电阻器分别耦合到所述第一输出节点、所述第二输出节点、所述第三输出节点和所述第四输出节点，并且进一步分别耦合到所述第二输入节点、所述第三输入节点、所述第四输入节点和所述第一输入节点，其中，所述第一输入信号被施加到所述第一输入节点和所述第二输入节点，所述第二输入信号被施加到所述第三输入节点和所述第四输入节点，并且其中所述第一输出信号、所述第二输出信号、所述第三输出信号和所述第四输出信号分别由所述第一输出节点、 所述第二输出节点、所述第三输出节点和所述第四输出节点提供。
6.如权利要求3所述的装置，所述多相滤波器包括串联耦合的多个级，每个级包括所述第一路径、所述第二路径、所述第三路径和所述第四路径，其中第一级接收所述第一输入信号和所述第二输入信号，并且最后的级提供所述第一输出信号、所述第二输出信号、所述第三输出信号和所述第四输出信号。
7.如权利要求1所述的装置，其中，利用第一传输线实现所述第一电感器，并且利用第二传输线实现所述第二电感器。
8.如权利要求7所述的装置，其中，利用微带实现所述第一传输线和所述第二传输线。
9.如权利要求7所述的装置，其中，利用带线实现所述第一传输线和所述第二传输线。
10.如权利要求7所述的装置，其中，利用共面波导实现所述第一传输线和所述第二传输线。
11.如权利要求7所述的装置，其中，每个传输线具有一个在所选频率处的四分之一波长的长度。
12.如权利要求3所述的装置，其中，分别利用第一传输线、第二传输线、第三传输线和第四传输线实现所述第一电感器、所述第二电感器、所述第三电感器和所述第四电感器。
13.如权利要求12所述的装置，其中，利用从振荡器到至少一个混频器的布线来实现所述第一传输线、所述第二传输线、所述第三传输线和所述第四传输线。
14.如权利要求6所述的装置，其中利用第一传输线实现在所述多个级中的所述第一路径中的电感器，其中利用第二传输线实现在所述多个级中的所述第二路径中的电感器， 其中利用第三传输线实现在所述多个级中的所述第三路径中的电感器，其中利用第四传输线实现在所述多个级中的所述第四路径中的电感器，并且其中利用一条传输线的四分之一波长段来实现每个电感器。
15.如权利要求3所述的装置，还包括压控振荡器(VCO)，其生成包括所述第一输入信号和所述第二输入信号的差分振荡器信号。
16.如权利要求3所述的装置，还包括第一混频器，其利用包括所述第一输出信号和所述第三输出信号的差分同相(I)本地振荡器(LO)信号将差分输入射频(RF)信号进行下变频，并且提供差分I下变频信号；以及第二混频器，其利用包括所述第二输出信号和所述第四输出信号的差分正交(Q)LO信号将所述差分输入RF信号进行下变频，并且提供差分Q下变频信号。
17.如权利要求3所述的装置，进一步包括第一混频器，其利用包括所述第一输出信号和所述第三输出信号的差分I本地振荡器 (LO)信号将差分同相(I)基带信号进行上变频；第二混频器，其利用包括所述第二输出信号和所述第四输出信号的差分Q LO信号将差分正交(Q)基带信号进行上变频；以及加法器，其将所述第一混频器和所述第二混频器的输出进行求和，并且提供差分上变频信号。
18.如权利要求1所述的装置，其中所选的频率在60千兆赫兹(GHz)频带中。
19.一种集成电路，包括多相滤波器，其包括第一路径，其包括与第一电阻器耦合的第一电感器，所述第一路径接收第一输入信号并且提供第一输出信号，以及第二路径，其包括与第二电阻器耦合的第二电感器，所述第二路径接收所述第一输入信号并且提供第二输出信号，相对于在所选频率处的所述第一输出信号，所述第二输出信号具有目标相位偏移。
20.如权利要求19所述的集成电路，所述多相滤波器还包括第三路径，其包括与第三电阻器耦合的第三电感器，所述第三路径接收第二输入信号并且提供第三输出信号，以及第四路径，其包括与第四电阻器耦合的第四电感器，所述第四路径接收所述第二输入信号并且提供第四输出信号。
21.如权利要求19所述的集成电路，其中，利用第一传输线实现所述第一电感器，并且利用第二传输线实现所述第二电感器。
22.如权利要求20所述的集成电路，其中，分别利用第一传输线、第二传输线、第三传输线和第四传输线实现所述第一电感器、所述第二电感器、所述第三电感器和所述第四电感器。
23.一种无线通信设备，包括压控振荡器(VCO)，其生成包括第一输入信号和第二输入信号的差分振荡器信号；多相滤波器，其接收所述差分振荡器信号并且提供包括第一输出信号和第三输出信号的差分同相(I)本地振荡器(LO)信号以及包括第二输出信号和第四输出信号的差分正交 (Q)LO信号，所述多相滤波器包括第一路径、第二路径、第三路径和第四路径，每个路径均包括与电阻器耦合的电感器，其中所述第一输入信号被施加到所述第一路径和所述第二路径，并且所述第二输入信号被施加到所述第三路径和所述第四路径，并且其中所述第一输出信号、所述第二输出信号、所述第三输出信号和所述第四输出信号分别由所述第一路径、 所述第二路径、所述第三路径和所述第四路径提供；第一混频器，其利用所述差分I LO信号来执行射频(RF)和基带之间的变频；以及第二混频器，其利用所述差分Q LO信号来执行RF和基带之间的变频。
24.如权利要求23所述的无线通信设备，其中，分别利用第一传输线、第二传输线、第三传输线和第四传输线来实现所述第一电感器、所述第二电感器、所述第三电感器和所述第四电感器。
25.如权利要求23所述的无线通信设备，其中，所述第一混频器和所述第二混频器用作在所述无线设备内的接收器中的下变频器。
26.如权利要求23所述的无线通信设备，其中，所述第一混频器和第二混频器用作在所述无线设备内的发射器中的上变频器。
27.一种执行多相滤波的方法，包括经由包括与第一电阻器耦合的第一电感器的第一路径来传送第一输入信号以获得第一输出信号；以及经由包括与第二电阻器耦合的第二电感器的第二路径来传送所述第一输入信号以获得第二输出信号，相对于在所选的频率处的所述第一输出信号，所述第二输出信号具有目标相位偏移。
28.如权利要求27所述的方法，还包括经由包括与第三电阻器耦合的第三电感器的第三路径来传送第二输入信号以获得第三输出信号；以及经由包括与第四电阻器耦合的第四电感器的第四路径来传送所述第二输入信号以获得第四输出信号，其中所述第一输入信号和所述第二输入信号具有180度的相差，并且其中所述第一输出信号、所述第二输出信号、所述第三输出信号和所述第四输出信号具有90 度的相差。
29.如权利要求28所述的方法，还包括生成包括所述第一输入信号和所述第二输入信号的差分振荡器信号。
30.如权利要求观所述的方法，进一步包括利用包括所述第一输出信号和所述第三输出信号的差分I本地振荡器(LO)信号来执行用于同相(I)信号路径的在射频(RF)和基带之间的变频；以及利用包括所述第二输出信号和所述第四输出信号的差分Q LO信号来执行用于正交 (Q)信号路径的在RF和基带之间的变频。
全文摘要
描述了一种利用电感器和电阻器实现的并且能够在高频下工作的LR多相滤波器。在一个设计中，LR多相滤波器包括第一路径和第二路径，每个路径包括与电阻器耦合的电感器。第一路径和第二路径接收第一输入信号并且分别提供第一输出信号和第二输出信号，该第一输出信号和第二输出信号可以是正交的。对于差分设计，多相滤波器还包括第三路径和第四路径，该第三路径和第四路径接收第二输入信号并且分别提供第三输出信号和第四输出信号。这四个输出信号可以相差90°相位。第一输入信号和第二输入信号用作差分输入信号。第一输出信号和第三输出信号用作第一差分输出信号，并且第二输出信号和第四输出信号用作第二差分输出信号。可以利用传输线来实现每个电感器。
文档编号H03H7/21GK102577117SQ201080047170
公开日2012年7月11日 申请日期2010年10月19日 优先权日2009年10月19日
发明者J·萨沃 申请人:高通股份有限公司