[发明专利]一种电流量化矢量插值阵列和有源矢量调制架构

说明书

本发明提供了一种电流量化矢量插值阵列和有源矢量调制架构。电流量化矢量插值阵列包括共栅开关阵列组和反相驱动电路。共栅开关阵列组具有源极、栅极和漏极，若干个共栅开关阵列组共源连接，至少一个共栅开关阵列组的漏极与电源总线耦接。反相驱动电路具有输入端和输出端，若干个所述反相驱动电路的输入端分别接入控制信号，若干个所述反相驱动电路的输出端分别与若干个共栅开关阵列组中每只共栅管的栅极耦接。有源矢量调制架构采用上述电流量化矢量插值阵列，将幅度调节量化为宽度不同的共栅开关阵列实现。本发明为每只共栅管提供了良好的射频接地和数字驱动能力；共栅管控制通断的高低电位由反相器输出提供而非控制信号远程走线提供。

技术领域

本发明涉及有源相控阵天线技术领域，具体而言，涉及一种电流量化矢量插值阵列和有源矢量调制架构。

背景技术

毫米波低成本有源相控阵天线中，通常采用基于硅基CMOS工艺的芯片集成技术，实现多通道多功能有源子阵的单芯片集成。以应用在毫米波卫通相控阵接收天线中的某K频段硅基8通道接收有源子阵芯片为例，如图6所示，单只硅基芯片集成8路接收通道，单通道包含接收低噪放、六位数字移相和五位数字衰减、8路波束合成网络以及合路驱动放大等功能单元。同时利用硅基CMOS工艺优异的数模混合集成能力，片上同时集成SPI串口驱动、带隙基准、温度增益控制等数模混合功能。SPI串口驱动模块主要是根据SPI串口驱动协议，为芯片各功能单元的数字控制信号提供对外的串行接口和信号驱动功能。SPI模块作为片上公共单元且考虑到对外接口布局需要，通常居中布局，控制总线通过CMOS芯片片上某层金属长走线分发至各通道功能模块，实现对各射频功能模块的数字控制。由于现代先进CMOS工艺制程内层金属厚度在几百纳米量级，典型数字控制线走线长度达到毫米量级，在有限走线宽度条件下整条控制线等效串联电阻达到几百到千欧姆量级。

毫米波硅基射频芯片中的6位数字移相器通常采用有源矢量调制架构（VMPS，Vector-Modulated Phase shifter），输入差分射频信号通过正交电桥分为差分正交信号（即I+/I-，Q+/Q-共四路），每路均采用共源共栅（CS-CG）结构，且共栅管采用电流矢量插值形式，将幅度调节量化为宽度不同共6bit的共栅开关阵列实现。每路信号通路共栅开关阵列分为A/B/C三组，分别实现电流切换补偿（A组）、正向电流量化调节（B组）、反相电流量化调节切换（C组）三种功能。每组共栅管均由不同宽度量化管组成，每bit共栅管的通断控制由连接其栅极的SPI模块的数字控制线来实现。

由于片上长走线带来较为明显的级联电阻，按照有源矢量调制移相器工作原理，每bit共栅管的栅极上都会串联一个阻值在几百到几千欧姆量级的电阻。对选定的管子尺寸和工作频率，随着级联电阻数值的增加，由于串联分压作用，等效降低了共源共栅电路的跨导。为了在每只共栅管栅端提供良好的射频接地，会在共栅管的栅端并联旁路电容到地。但是采用上述方式会存在以下问题：一方面共栅管栅极作为每一路SPI数控线的负载终端，并联到地电容相当于增加了负载的时间常数RC，在高速开关切换状态下将严重影响数字信号的上下沿，并对SPI模块提出了较高的驱动电流要求。另一方面通常旁路电容面积远大于MOS管面积，这对多组共源共栅电路的紧凑电路布局带来很大麻烦。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在片上长走线带来较为明显的级联电阻，随着级联电阻数值的增加，将会等效降低共源共栅电路的跨导；如采用在共栅管的栅端并联旁路电容到地的方式解决共源共栅电路的跨导降低问题，将会增加负载的时间常数，在高速开关切换状态下将严重影响数字信号的上下沿，并对SPI模块提出了较高的驱动电流要求；而且通常旁路电容面积远大于MOS管面积，会影响多组共源共栅电路的布局紧凑性的技术问题之一。

为此，本发明第一方面提供了一种电流量化矢量插值阵列。

本发明第二方面提供了一种有源矢量调制架构。

本发明提供了一种电流量化矢量插值阵列，包括：