[发明专利]一种可编程的幅相可调功率分配单元及可调功率分配网络

说明书

一种可编程的幅相可调功率分配单元及可调功率分配网络，包括有2^N－1个结构相同的可编程的幅相可调功率分配单元，每个可编程的幅相可调功率分配单元均有一个输入端两个输出端，以及用于分别调节两个输出端的幅度和相位的两个可调电阻，其特征在于，第一个可编程的幅相可调功率分配单元的输入端连接外部射频信号输入IN，每个可编程的幅相可调功率分配单元的两个输出端都分别连接一个可编程的幅相可调功率分配单元的输入端，形成N级级联的具有2^N个相同输出的可调功率分配网络，每个可编程的幅相可调功率分配单元中的一个可调电阻的调节端通过第一可编程控制输入端口IN1连接外部。本发明能够实现高幅值、相位一致性的功率分配网络，且满足低成本的条件。

技术领域

本发明涉及一种可编程功率分配电路。特别是涉及一种可编程的幅相可调功率分配单元及可调功率分配网络。

背景技术

毫米波通信系统中需要大规模功率分配网络来实现阵元之间的协同工作，多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)天线阵列技术也需要大规模功率分配网络支持。

功率分配电路的幅值和相位一致性是其关键指标，当多路输出信号的幅值和相位不一致时，两路输出的信号将无法保持同步，严重影响系统工作状态，因此保持功率分配网络高度的幅相一致性是亟须克服的难题。以威尔金森功率分配器为代表的传统功率分配结构依赖于版图对称性和工艺稳定性，如果出现失配将难以继续使用，研究可编程校准的功率分配网络可以缓解这一难题，在最大程度上保证功率分配网络的正常工作。

此外，功率分配网络存在一定的损耗，在无源实现方案中，这种损耗逐级叠加，随着阵列规模的扩大，功率分配网络产生的损耗开始难以接受，需要进行额外的补偿电路，这又消耗了大量的能量，增加了系统成本，同时无源方案带来的巨大芯片面积成本也开始成为主要制约因素。因此采用低损耗且低功耗的有源紧凑型方案可以在一定程度上缓解这一问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种通过编程校准的方式来实现高幅值、相位一致性的可编程的幅相可调功率分配单元及可调功率分配网络。

本发明所采用的技术方案是：一种可编程的幅相可调功率分配单元，包括有结构相同的第一NMOS晶体管、第二NMOS晶体管和第三NMOS晶体管，所述第一NMOS晶体管、第二NMOS晶体管和第三NMOS晶体管的源极分别通过一个源级电阻接地，漏极分别通过一个漏级电阻连接外部电源，其中，所述第一NMOS晶体管的漏极连接第二NMOS晶体管的栅极，所述第一NMOS晶体管的源极连接第三NMOS晶体管的栅极，所述第二NMOS晶体管的源极构成可编程的幅相可调功率分配单元的第一输出端OUT1，所述第三NMOS晶体管的漏极构成可编程的幅相可调功率分配单元的第二输出端OUT2，所述第二NMOS晶体管的漏极还通过第一可调电阻接地，所述第三NMOS晶体管的源极还通过第二可调电阻接地，通过调节第一可调电阻和第二可调电阻的阻值，达到调节第一输出端OUT1和第二输出端OUT2的幅度和相位。

所述源级电阻和漏级电阻阻值相同。

一种由可编程的幅相可调功率分配单元构成的可调功率分配网络，包括有2^N－1个结构相同的可编程的幅相可调功率分配单元，每个可编程的幅相可调功率分配单元均有一个输入端两个输出端，以及用于分别调节两个输出端的幅度和相位的两个可调电阻，其特征在于，第一个可编程的幅相可调功率分配单元的输入端连接外部射频信号输入IN，每个可编程的幅相可调功率分配单元的两个输出端都分别连接一个可编程的幅相可调功率分配单元的输入端，形成N级级联的具有2^N个相同输出OUT的可调功率分配网络，每个可编程的幅相可调功率分配单元中的一个可调电阻的调节端通过第一可编程控制输入端口IN1连接外部控制单元，另一个可调电阻的调节端通过第二可编程控制输入端口IN2连接外部控制单元。