[发明专利]精密高频相位加法器

说明书

本发明提供了一种电子电路，其包括：差分乘法器电路，其具有第一差分输入和第二差分输入以及差分输出；以及锁相环(PLL)电路，其包括：(1)平衡差分混合器电路，其具有电气连接至所述差分乘法器电路的差分输出的第一差分输入、第二差分输入和输出；(2)环路滤波器，其具有输出和电气连接至所述平衡差分混合器电路的输出的输入；以及(3)电压控制振荡器(VCO)电路，其具有电气连接至所述环路滤波器的输出的输入和电气反馈至所述平衡差分混合器电路的第二差分输入的输出。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年3月20日提交的美国临时申请62/473,683的权益，其通过引用而全部并入于此。

技术领域

实施例一般涉及用于对信号相位进行操作的电路，诸如模拟乘法器和锁相环等。

背景技术

在2013年10月8日发布的Mihai Banu和Vladimir Prodanov的美国专利8,553,826，即专利“Method and System for Multi-point Signal Generation with PhaseSynchronized Local Carriers”中描述了用于相位相干信号在长电气距离上的分布的一般方法，其公开内容通过引用而整体并入于此。该方法的一个应用是如2013年12月17日发布的Mihai Banu、Yiping Feng和Vladimir Prodanov的美国专利8,611,959专利“LowCost,Active Antenna Arrays”中所描述的有源阵列中的本地振荡器(LO)信号的分布，其公开内容通过引用而整体并入于此。另一应用是超大型硅芯片中的高速时钟分布。

美国专利8,553,826的方法使用两个树分布网络以及称为“S-Client”的多个电路，其中这多个电路检测称为“同步飞行时间”的固定全局网络参数。基于该参数，S-Client生成基本上是相位相干的(实际上是同相的)信号。这些S-Client的质量对整个系统的精度是关键的。换句话说，为了在S-Client所生成的信号之间具有小的相位误差，S-Client必须接近于理想S-Client进行工作。在使用正弦信号(单音调)的情况下，相位相干信号的生成简化为使在双树分布网络的分支上传播的两个信号的相位相加的简单操作。因此，相位加法器形成一类简单的S-Client电路。

概念上，在相位处理方面，相位相加电路等效于理想的单边带模拟乘法器。单边带模拟乘法器在其两个输入处接受两个音调，并在其输出处生成单个音调。输出音调的相位是输入音调的相位之和。这是简单三角学的结果：两个正弦信号的相乘等于如下两项之和：具有相加相位的项和具有相减相位的项。各项代表单边带模拟乘法器，并且这两项之和代表双边带模拟乘法器。

实际上，难以实现具有理想或近理想特性的单边带模拟乘法器，尤其是在输入信号处于高频的情况下。首先，实际中通常存在的非线性效应(在高频处增强)生成不期望的杂散信号，从而产生输出相位误差。其次，所有实际的模拟乘法器都是双边带模拟乘法器，并且去除一个边带易于引入附加的输出相位误差。因此，美国专利8,553,826中的利用正弦信号的技术的应用受到实际可以实现的相位加法器的质量的限制。

发明内容

相控阵列包含分布在表面区域上的多个天线。多个天线用作用以发送或接收至空间的不同特定区域的多个通信信道的结合单元。每个天线贡献这些通信信道的一小部分。在相控阵列的表面区域上发送或接收信号的协调需要统一的定时基准。需要在具有通信信道的载波频率的典型多个波长的X和Y维度的表面区域上提供统一的定时基准。连接到美国专利8,553,826的树分布信号的网络的相位加法器电路通过针对多个天线中的各天线生成基准乘积分量来提供这种统一的定时基准。描述了用于构建能够在高频下工作的高质量相位加法器的两种一般技术。第一种技术产生一类新的单边带模拟乘法器，并且第二种技术产生一类新的锁相环。