[发明专利]宽带模拟射频元件

说明书

相关申请

本申请要求在2010年6月28日递交的美国临时专利申请第61/359108号和2010年2月12日递交的美国临时专利申请第61/304064号的优先权。上述申请的全部教导通过引用被援引于此。

政府支持

本发明的全部或部分被美国军方的第W911NF-08-C-0085号的合同所支持。政府在本发明中具有某些权利。

背景技术

信号带宽和数据速率的增加促进了新的信号处理技术的发展，以解决关于宽带信号的挑战。信号带宽的增加也使得新的应用成为可能，包括异构环境中的基于超宽带（UWB）技术的有源射频（RF）识别（ID）。此外，增加信号带宽提高了测距精度，使得宽带技术尤其对雷达、成像以及其他应用具有吸引力。

不幸地，在时钟速度、切换、散热以及故障恢复的难度上的基本扩展限制使得数字逻辑不适合宽带信号处理。例如，如今的DSP技术不能处理新兴应用（例如高清晰度电视、软件无线电、认知无线电、4-G手持服务、空白频段、基于UWB的服务以及实时GHz/THz医学成像）所需的宽带信号。除更高速度和带宽处理能力的需求之外，降低电力消耗的方法在许多信号处理应用中也具有极大的需求和效用。例如，极大的费用被用在移动装置的电力消耗上；高速DSP为移动电话和PDA的电池寿命的巨大消耗。

对于宽带应用，奈奎斯特率处于多个Gsps范围内，因而，仅能实现相对简单的信号处理并经常需要高流水线和并行处理结构。根据摩尔定律，由于基于CMOS的数字信号处理结构的范围不再扩大，从而再向前发展，DSP技术也不太可能达到这些应用所需的能力。实际上，深亚微米CMOS栅极具有以分子级别测量的宽度，这表示晶体管尺寸（以及开关速度）接近它们的基本极限。换言之，增加DSP技术的带宽处理能力具有小的发展空间，这是由于晶体管开关速度（与晶体管尺寸负相关）不能变得更快。

反之，模拟逻辑具有其自身的极限。由于模拟电路不是由真正独立模块所形成，从而改变模拟逻辑的一个模块可能会迫使电路中每个其它模块发生变化。此外，处理技术的改进发生的如此之快，使得特定的应用设计经常在它们被制造之前就变得过时了。最终，模拟电路既不可被完全重新配置也不可被完全编程。

发明内容

具有中心频率（可由被耦合到滤波器积分器的输出的可变增益模块进行调谐）的状态可变滤波器可用于创建宽带模拟信号处理所需的建构模块器件。例如，第一和第二阶状态可变滤波器可对信号进行并行操作并且结合它们的输出以产生滤波后的输出。这些增益可调谐状态可变滤波器可级联和/或并行结合，用于包括捷变滤波、频谱分析、干扰检测和抑制、均衡、直接中频传输、以及单侧带调制和解调的应用，而不限于此。

本发明的实施例包括例如积分器、衰减器以及可扩展加法器的宽带装置，该宽带装置可用来建构用于可编程模拟信号处理的增益可调谐状态可变滤波器。实例积分器包括串联连接在第一和第二电压源端子之间的一对p-沟道晶体管、一对可变电阻器以及一对n-沟道晶体管。p-沟道晶体管的漏极通向可变电阻器的漏极，并且该对可变电阻器的源极通向该对n-沟道晶体管的漏极。此外，p-沟道晶体管的栅极被耦合到具有前馈配置的该对可变电阻器中的相对晶体管的漏极。被应用到该对n-沟道晶体管的栅极的互补输入信号驱动积分器，其在p-沟道晶体管与可变电阻器之间的节点产生互补输出。

另一实施例包括一种宽带模拟射频衰减器。实例的衰减器包括多个M衰减器模块。每个模块包括第一开关，连接在信号导轨与输出节点之间；以及第二开关，连接在偏移导轨与所述输出节点之间。每个模块还包括阻性器件，串联连接在所述输出节点与所述第一和第二开关之间。所述衰减器提供N-位精度，其中N小于M。在另一实施例中，所述多个模块中的至少一个具有阻性器件，该阻性器件的阻值对应于相对于所述多个模块中另一个的电阻值为最佳的数目。

再一个实施例包括一种宽带模拟射频可扩展加法器。实例的可扩展加法器包括多个N开关，并联连接在输出节点与接地导轨之间；以及阻性器件，串联连接在源极导轨与所述输出节点之间。所述开关的每一个被各自电压输入所控制。

与其它装置相比，本发明公开的装置制造和操作简单；它们还运行于更广的带宽范围。具体地，本发明的装置将低频设计与状态变量技术所提供的编程能力的优点进行结合。

附图说明

如附图所示，从本发明的示例实施例的如下更特定的描述中，前述内容将是显而易见的，其中类似的附图标记指代不同附图中相同的部分。附图没有必要在本发明的示例实施例中予以标识、强调。