接收器、低噪声放大器以及无线通信装置的制作方法

本申请要求在韩国知识产权局于2017年10月13日提交的韩国专利申请第10-2017-0133483号和2018年4月26日提交的韩国专利申请第10-2018-0048473号的优先权，所述申请的公开内容以全文引用的方式并入本文中。

本发明概念涉及一种用于支持波束成形功能的低噪声放大器、包含低噪声放大器的接收器和收发器以及接收器/收发器中的相移电路。

背景技术：

由无源元件组成的移相器可改变信号的相位，同时在不消耗直流电(directcurrent；dc)功率的情况下保持线性。然而，在移相器中，由于无源元件的插入损耗相对较大，且因此，低噪声放大器可用于补偿插入损耗。另外，因为无源元件的尺寸较大，所以在将一般的移相器应用到芯片形式集成的相控阵系统时会产生问题。

由有源元件组成的移相器可具有令人满意的增益和准确度以及高集成度。此有源类移相器因此适合于芯片内的集成。然而，为满足典型波束成形系统中的必备的性能，除有源类型移相器之外还使用低噪声放大器，从而导致功率消耗增加。

技术实现要素：

本发明概念提供一种低噪声放大器，所述噪声放大器支持波束成形功能、具有减少的插入损耗和减小的放大增益变化且与常规放大器相比尺寸较小。因此，嵌入低噪声放大器的射频(radiofrequency；rf)芯片的尺寸可相对于当前rf芯片减小。

本发明概念还提供一种包含低噪声放大器的接收器。

根据本发明概念的一方面，提供一种用于经由多个天线接收波束成形信号的接收器。所述接收器可包含具有第一放大器电路和第二放大器电路的至少一个相移低噪声放大器以及可变电容电路。第一放大器电路可具有用于放大输入信号以提供第一放大信号的第一晶体管，其中输入信号来源于由多个天线中的一个所接收的波束成形信号的一部分。第二放大器电路可具有用于放大第一放大信号以产生对应的输出信号的第二晶体管。可变电容电路可选择性地改变其电容以导致输出信号的对应相位变化。

根据本发明概念的另一方面，提供一种用于支持波束成形功能的低噪声放大器。所述低噪声放大器可包含第一晶体管和第二晶体管，各自具有栅极、源极以及漏极，其中第二晶体管的源极连接到第一晶体管的漏极。第一晶体管放大在其栅极处所接收的输入信号且在其漏极处提供对应的第一放大信号。第二晶体管放大第一放大信号以在其漏极处提供对应的输出信号。连接到第二晶体管的栅极的可变电容电路根据波束成形信息基于施加于所述电路的电容控制信号选择性地改变其电容。被改变的电容相对应地导致输出信号的相位变化。

根据本发明概念的又一方面，提供一种用于支持波束成形功能的无线通信装置。所述无线通信装置包含低噪声放大器，所述低噪声放大器放大来源于从外部源接收的波束成形信号的输入信号并输出对应的输出信号。低噪声放大器包含用于选择性地改变输出信号的相位的可变电容电路。移相器耦接到低噪声放大器的输出终端或输入终端，其中移相器进一步改变输出信号的相位。控制电路基于波束成形信息产生用于可变电容电路的电容控制信号和用于移相器的控制信号。

根据本发明概念的又另一方面，提供一种用于支持波束成形功能的收发器。所述收发器包括接收器部分，所述接收器部分包含分别耦接到共同地接收波束成形信号的n个天线的n个接收信号路径。n个接收信号路径中的每一个可包含相移低噪声放大器，所述相移低噪声放大器包括：第一放大器电路，包括用于放大输入信号以提供第一放大信号的第一晶体管，所述输入信号来源于由n个天线中的相应一个所接收的波束成形信号的一部分；第二放大器电路，包括用于放大第一放大信号以产生对应输出信号的第二晶体管；以及可变电容电路，用于选择性地改变其电容以导致输出信号的对应相位变化。收发器可更包含发射器部分，所述发射器部分包括n个相移功率放大器，各自具有与相移低噪声放大器基本上相同的配置。

附图说明

根据结合附图进行的以下详细描述将更清楚地理解本发明概念的实施例，其中相同附图标号指示相同元件或特征，其中：

图1为示出包含执行无线通信操作的无线通信装置的无线通信系统的图式。

图2为根据实施例的收发器的框图。

图3为根据实施例的接收器的框图。

图4为根据实施例的接收器电路的框图。

图5为根据实施例的能够选择性地改变信号相位的低噪声放大器的电路图。

图6a和图6b为示出图5中的可变电容电路的对应实施例的电路图。

图7为解释图5中的第二晶体管的相位特征的图5的低噪声放大器的等效电路的电路图。

图8为根据实施例的具有增益固定电路的低噪声放大器的电路图，所述增益固定电路能够减小在相移范围内放大增益的变化。

图9a为在图5的低噪声放大器的实例案例的相移范围内增益相对于频率的图表。

图9b为在具有图8中的增益固定电路的低噪声放大器的实例案例的相同相移范围内增益相对于频率的图表。

图10为根据实施例的包含开关元件的低噪声放大器的电路图。

图11a和图11b为用于解释具有不同对应状态的开关元件的图10的放大器的对应操作模式的图式。

图12为根据实施例以两级实施的低噪声放大器的电路图。

图13为根据实施例的支持包含波束成形功能的通信功能的电子装置的框图。

附图标号说明

1：无线通信系统；

1^stst：第一级电路；

2^ndst：第二级电路；

10：无线通信装置；

11、12：基站；

13：卫星；

14：广播站；

15：系统控制器；

100：收发器；

100'：接收器；

101、101'：合路器；

102：分路器；

103_1、103_2、103_1'、…、103_n'：混频器；

104_1、…、104_i、…、104_n：可变增益放大器；

105_1、…、105_i、…、105_n、105_1'、…、105_n'、210、210a、210b、210c、310：低噪声放大器；

106_1、…、106_i、…、106_n：功率放大器；

107_1'、107_2'、…、107_n'、107_1a、107_2a、…、107_na、107_1b、…、107_nb、220：移相器；

108_1、…、108_n：发射/接收选择开关；

109、109'：rf控制器；

110：调制解调器；

200：接收器电路；

212：放大器电路；

214：相移电路/可变电容电路；

214a、214b：可变电容电路；

215：增益固定电路；

222：第一相移区块；

224：第二相移区块；

226：第三相移区块；

1000：电子装置；

1010：存储器；

1011：程序存储部分；

1012：数据存储部分；

1013：应用程序；

1014：开关与相位管理程序；

1020：处理器单元；

1021：存储器接口；

1022：处理器；

1023：外围装置接口；

1040：输入/输出控制单元；

1050：显示单元；

1060：输入装置；

1090：通信处理单元；

arg(av)：相位特征；

at_1、…、at_i、…、at_n、at_1'、…、at_n'：天线；

av：放大增益；

b：节点；

c、c1、…、cc1、cc2、cc3、…、cl、cl1、cl2、cl3、cl4、…、cm：电容器元件；

cgs：栅极-源极电容器元件；

ck：可变电容器元件；

ckt_eq：等效电路；

cs：电流源；

cscap、cscap1、cscap2、cscapa、cscapb：电容控制信号；

css：开关控制信号；

css1：第一开关控制信号；

css2：第二开关控制信号；

gds：第一负载电导；

gl：第二负载电导；

gm：跨导；

g_mb：栅极终端；

impout：输出阻抗；

in：输入终端；

l、l1、l2、l3、l4、l5、l6、l7、：电感器元件；

lo：本地振荡器；

ma、ma1：第一晶体管；

mb、mb2：第二晶体管；

ma2、mc：第三晶体管；

mb2：第四晶体管；

mc2：第五晶体管；

n1：第一节点；

n2：第二节点；

out：输出终端；

rl：第一电阻器元件；

r2：第二电阻器元件；

r3、r4、r5、r6：电阻器元件；

rf_in：rf输入信号；

rf_out：rf输出信号；

sw1、…、swm：交换元件；

vdd1、vdd2、：电源电压；

vgg1、vgg2、vgg21、vgg22、：偏压电压；

vgs：栅极-源极电压；

vrt：可变电抗器元件；

vx：电压源；

θ1：第一相位；

θ2：第二相位。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本公开的实施例。

图1为示出包含执行无线通信操作的无线通信装置10的无线通信系统1的图式。无线通信系统1可以是例如长期演进(longtermevolution；lte)系统、码分多址接入(codedivisionmultipleaccess；cdma)系统、全球移动通信系统(globalsystemformobilecommunication；gsm)系统、5g系统或无线局域网(wirelesslocalareanetwork；wlan)系统。又，cdma系统可以各种cdma形式实施，例如，宽带cdma(widebandcdma；wcdma)、时分同步cdma(time-divisionsynchronizedcdma；td-scdma)、cdma2000等。

无线通信系统1可包含至少两个基站11和基站12、系统控制器15，且可包含如卫星13和广播站14的其它网络实体。无线通信装置10可被称为用户设备(userequipment；ue)、移动站(mobilestation；ms)、移动终端(mobileterminal；mt)、用户终端(userterminal；ut)、订户站(subscriberstation；ss)、便携式装置等。基站11和基站12可为与无线通信装置10和/或其它基站通信以发射和接收包含数据信号和/或控制信息的射频(rf)信号的固定站。基站11和基站12各自可被称为节点b、进化节点b(evolved-nodeb；enb)、基础收发器系统(basetransceiversystem；bts)、接入点(accesspoint；ap)等。(应注意，局域通信系统中仅可采用单一基站。)

无线通信装置10可与无线通信系统1通信，且可从广播站14接收信号。此外，无线通信装置10可从全球导航卫星系统(globalnavigationsatellitesystem；gnss)的卫星13接收信号。无线通信装置10可支持用于无线通信的无线电技术(例如，lte、cdma2000、wcdma、td-scdma、gsm、802.11等)

无线通信装置10可包含多个天线，且可支持波束成形功能。举例来说，具有波束成形能力的无线通信装置10可通过多个天线共同地接收rf信号，其中天线中的每一个采集rf信号的一部分。每个信号部分可从一个天线布设到包含至少低噪声放大器的对应的rf信号路径，其中每个rf信号路径被指定不同的插入相位。放大且随后组合rf信号路径中的信号，以此选择性地形成在期望方向上指向的接收波束，这是由于对应的信号路径中的不同相位。在本文中，由天线共同地接收的rf信号(且在一些情况下，由一个天线提供的信号部分中的仅一个)可互换地称为所接收的波束成形信号、波束成形接收信号或仅仅是输入信号。另外，在发射时，无线通信装置10可将基带数据信号频率上变频转换成rf发射信号，且可在一个或多个天线连接rf发射信号路径中执行改变rf发射信号的相位的波束成形操作，从而通过天线在期望的方向上发射波束成形信号。

根据实施例的无线通信装置10的低噪声放大器可放大所接收的波束成形信号(更精确地，由天线中的一个所接收的波束成形信号中一部分)，且可输出放大的波束成形信号以作为输出信号，且可根据关于波束成形信号的信息选择性地改变输出信号的相位。又，无线通信装置10的低噪声放大器可具有能够在所选择的相移范围内保持相对恒定的放大增益，且可实施为多级电路以提高放大增益。

图2为根据实施例的收发器100的框图。图2中示出的收发器100可包含于图1的无线通信装置10中，且可支持波束成形功能。图2的收发器100可执行rf频带中的波束成形。

如图2中所绘示，收发器100可包含天线at_1到天线at_n、合路器101、分路器102、混频器103_1和混频器103_2、可变增益放大器104_1到可变增益放大器104_n、低噪声放大器(可互换地被称作“相移低噪声放大器”(ps_lna))105_1到低噪声放大器105_n、功率放大器(或“相移功率放大器”(ps_pa))106_1到功率放大器106_n、移相器107_1a到移相器107_na和移相器107_1b到移相器107_nb以及发射/接收(transmit/receive；t/r)选择开关108_1到发射/接收选择开关108_n。收发器100可更包含分别连接到天线at_1到天线at_n的多个带通滤波器(未绘示)，例如，带通滤波器中的每一个耦接于天线at_1到天线at_n中的一个与t/r选择开关108_1到t/r选择开关108_n中的一个之间。在实施例中，收发器100可采用直接转换结构，所述直接转换结构使用在接收时将rf信号直接地转换成基带信号且/或在发射时将基带信号直接地转换成rf信号的单一频率转换器。在本公开中，直接转换可由混频器103_1和混频器103_2执行。可将具有用于频带转换的基准频率的信号(例如，本地振荡器(localoscillator；lo)信号，未绘示)施加于混频器103_1和混频器103_2。另外，收发器100可为通过使用合路器101和分路器102合并rf信号(在接收时)或分隔rf信号(在发射时)的波束成形收发器，且使用低噪声放大器105_1到低噪声放大器105_n、功率放大器106_1到功率放大器106_n以及移相器107_1a到移相器107_na以及移相器107_1b到移相器107_nb。

在下文，图例的附属物“i”将用以指以“1到n”的附属物指示的一组元件中的任何元件。因此，举例来说，功率放大器106_i应理解成意味着功率放大器106_1到功率放大器106_n中的任一个；低噪声放大器105_i应理解成意味着低噪声放大器105_1到低噪声放大器105_n中的任一个；等等。

根据本实施例的收发器100可作为接收器执行如下接收操作。在收发器100中，天线at_1到天线at_n中的每一个采集rf接收信号中的一部分，以使得天线at_1到天线at_n可被称为共同地采集波束成形信号。通过天线at_1到天线at_n所接收的rf接收信号中的n个部分可分别穿过t/r选择开关108_1到t/r选择开关108_n、低噪声放大器105_1到低噪声放大器105_n、移相器107_1a到移相器107_na以及可变增益放大器104_1到可变增益放大器104_n，且随后通过合路器101合路成一个信号。每个低噪声放大器105_i可以是耦接到天线at_1到天线at_n的对应天线at_i的一个接收信号路径的一部分。“第i”接收信号路径可为从天线at_i到可变增益放大器104_i的输出端口的路径。为了在除了垂直于天线的阵列平面的方向外的期望方向上形成接收波束，接收信号路径中的至少两个被配置为具有不同的相对插入相位(不同相移)。在实施例中，n个信号路径中的每一个被指定为不同相移。

合路信号可通过混频器103_1来与具有基准频率的信号(例如lo信号，未绘示)混频，且由此下变频转换成基带信号。可将基带信号输入到调制解调器110。在实施例中，低噪声放大器中的任一个，例如，低噪声放大器105_1(下文为“第一低噪声放大器”的实例)，可通过某一放大增益放大波束成形信号且输出被放大的波束成形信号以作为输出信号。同时，低噪声放大器105_1可根据关于波束成形信号的信息来选择性地改变输出信号的相位，所述信息在下文可互换地称为“波束成形信息”或仅仅是“信息”。此信息可从如基站的外部源接收。或者，在其它应用中，信息可由电子装置10本身产生，如在形成/操控波束来改进接收信号质量和/或最小化多路径干扰时。

举例来说，调制解调器110可从基站通过物理下行链路控制信道(physicaldownlinkcontrolchannel；pdcch)接收波束成形信息、处理信息且将其提供到rf控制器109。波束成形信息可包含指示波束成形方法的信息以及关于通过波束成形来相移的信息，且可在用于下行链路安排的下行链路控制信息(downlinkcontrolinformation；dci)形式中被定义。rf控制器109可基于关于波束成形信号的处理后的信息将输出信号的选择性相位变化的第一控制信号提供到低噪声放大器105_1。尽管图2中绘示rf控制器109包含于收发器100中的实例，但本实施例不限于此。举例来说，rf控制器109可包含于调制解调器110中。

移相器107_1a(其为第一移相器)可从低噪声放大器105_1接收输出信号，且可改变输出信号的相位。rf控制器109可将第二控制信号提供到移相器107_1a，且可控制移相器107_1a的输出信号的相位变化程度。移相器107_1a可基于第二控制信号以各种方式改变移相器107_1a的输出的相位，以符合波束成形。低噪声放大器105_1(其为第一低噪声放大器)以及移相器107_1a(其为第一移相器)的相同实施方案和操作可应用于低噪声放大器105_2到低噪声放大器105_n(其为第二低噪声放大器到第n低噪声放大器)和移相器107_2a到移相器107_na(其为第二移相器到第n移相器)。

根据本实施例的收发器100可作为发射器执行如下发射操作。从调制解调器110输出的基带信号可在混频器103_2中与具有基准频率的本地振荡器信号混频，且由此可上变频转换成rf信号。rf信号可通过分路器102分成n个rf信号。随后，rf信号可通过移相器107_1b到移相器107_nb和功率放大器106_1到功率放大器106_n来相位改变及放大，且随后通过t/r选择开关108_1到t/r选择开关108_n及天线at_1到天线at_n发射为发射波束形成信号进入可用空间。功率放大器106_1到功率放大器106_n可以与低噪声放大器105_1到低噪声放大器105_n相同的方式对信号执行放大操作和选择性相位变化操作，且功率放大器106_1到功率放大器106_n的配置可与低噪声放大器105_1到低噪声放大器105_n的配置相同或类似。因此，每个功率放大器106_i可以是耦接到天线at_1到天线at_n的对应天线at_i的发射信号路径的一部分。为了在除了垂直于天线的阵列平面的方向外的期望方向上形成发射波束，发射信号路径中的至少两个被配置为具有不同的相对插入相位(不同相移)。由于发射信号路径和接收信号路径中的独立相移，可将发射时的波束指向方向控制为与在接收时的波束指向方向相同或不同。

图2中绘示的收发器100的配置已作为一实例实施例呈现，但各种替代配置可基于包含可执行放大操作和选择性相位变化操作的低噪声放大器105_1到低噪声放大器105_n和功率放大器106_1到功率放大器106_n而实施。此外，可使收发器100省略移相器107_1a到移相器107_na及移相器107_1b到移相器107_nb以实施收发器100。在这种情况下，低噪声放大器105_1到低噪声放大器105_n及功率放大器106_1到功率放大器106_n可覆盖移相器107_1a到移相器107_na及移相器107_1b到移相器107_nb的相位变化操作。另外，当在收发器100中的rf路径的数目较小且包含收发器100的芯片的尺寸可使得保持相对较大时，可以使得收发器100不包含t/r选择开关108_1到t/r选择开关108_n以实施收发器100，而是包含n个发射天线及n个接收天线。在下文中，将主要描述收发器100的接收器部分的操作。然而，下文所描述的操作和配置也可应用于收发器100的发射器部分(例如，功率放大器106_1到功率放大器106_n、移相器107_1b到移相器107_nb，等)。

本文中，在放大器电路的上下文中，“输出信号”可指代由特定组件输出的信号或最后由放大器电路输出的信号。因此，“输出信号”可为放大器级之间或晶体管之间的电路节点处的中间信号，或可为放大器电路的最终输出信号，视提供输出信号的电路节点而定。

本文中，术语栅极、源极以及漏极可用于分别指代场效应晶体管(fieldeffecttransistor；fet)的栅级终端、源极终端以及漏极终端。本文中，“增益”指代放大增益。

图3为根据实施例的接收器100'的框图。图3的接收器100'可借助于本地振荡器信号的选择性相移来执行波束成形。

如图3中所绘示，接收器100'可包含天线at_1'到天线at_n'、合路器101'、混频器103_1'到混频器103_n'、相移低噪声放大器(下文为仅“lna”)105_1'到相移低噪声放大器105_n'、移相器107_1'到移相器107_n'、rf控制器109'以及本地振荡器lo。

在根据本实施例的接收器100'中，通过天线at_1'到天线at_n'所接收的波束成形信号(rf信号)可作为放大信号以经由lna105_1'到lna105_n'来被提供到混频器103_1'到混频器103_n'。由本地振荡器lo产生的具有某一频率的信号可作为参考信号以经由移相器107_1'到移相器107_n'来被提供到混频器103_1'到混频器103_n'。放大信号可在混频器103_1'到103_n'中与参考信号混频，且由此可下变频转换成基带信号，且可将基带信号输入到调制解调器110。

在实施例中，lna105_1'(其为第一lna)可实施为可变增益放大器，且可通过某一增益来放大波束成形信号并输出被放大的波束成形信号以作为输出信号。同时，lna105_1'可根据波束成形信息来选择性地改变输出信号的相位。

移相器107_1'(其为第一移相器)可接收由本地振荡器lo产生的本地振荡(localoscillation；lo)信号且改变lo信号的相位。rf控制器109'可将第一控制信号提供到lna105_1'且控制lna105_1'的输出信号的选择性相位变化，并且可将第二控制信号提供到移相器107_1'并控制lo信号的相位变化的程度。

lna105_1'可将输出信号输出到混频器103_1'，且移相器107_1'可将相位改变的lo信号输出到混频器103_1'作为参考信号。输出信号可在混频器103_1'中与参考信号混频，且由此下变频转换成基带信号，并且可将基带信号提供到合路器101'。lna105_1'(其为第一lna)和移相器107_1'(其为第一移相器)的实施方案和操作可与lna105_2'到lna105_n'(其为第二lna到第nlna)和移相器107_2'到移相器107_n'(其为第二移相器到第n移相器)的实施方案和操作相同。

图4为根据实施例的接收器电路200的框图。接收器电路200可包含串联连接的低噪声放大器(lna)210和移相器220。因此，接收器电路200可用于图2的ps_lna105_i与移相器107_i的任何组合。低噪声放大器210可包含放大器电路212和相移电路214。放大器电路212可放大所接收的波束成形信号，且相移电路214可连接到放大器电路212并选择性地改变来自放大器电路212所放大的波束成形信号的相位。举例来说，相移电路214可改变放大的波束成形信号的相位0度或22.5度(π/8个弧度)，其中0度相移应理解成意味着参考相移，其可为最小相移。举例来说，可实施相移电路214，以使得内部电容值发生变化，从而改变放大的波束成形信号的相位。

移相器220可包含多个相移区块，例如，第一相移区块222到第三相移区块226。尽管图4中绘示移相器220包含三个相移区块的实例，但本实施例不限于此，且移相器220可包含各种数量的相移区块。另外，第一相移区块222到第三相移区块226可具有不同相移范围。举例来说，第一相移区块222可改变信号的相位到0度或45度，第二相移区块224可改变信号的相位到0度或90度，且第三相移区块226可改变信号的相位到0度或180度。接收器200可通过经由低噪声放大器210和移相器220以22.5度为单位将信号的相位从0度改变为337.5度来支持波束成形功能。因而，因为低噪声放大器210可置换移相器220的一部分且对信号执行相位变化操作，所以移相器220可被设计成相对较小，由此减小集成接收器200的rf芯片的尺寸。

低噪声放大器210和移相器220的相位变化的程度可受图2的rf控制器109控制。举例来说，在期望根据波束成形信息改变所接收的信号的相位约22.5度(π/8个弧度)时，rf控制器109可将控制信号提供到低噪声放大器210和移相器220且控制低噪声放大器210和移相器220，以使得仅执行相移电路214的22.5度相移操作。在所接收的信号的相位根据波束成形信息需要改变45度(π/4个弧度)时，rf控制器109可将控制信号提供到低噪声放大器210和移相器220且控制低噪声放大器210和移相器220，以使得仅执行第一相移区块222的45度相移操作。

图4中所绘示的接收器200的配置仅为实例实施例，且可被实施来以各种替代相位变化单位改变信号的相位，以支持波束成形功能。此外，可实施相移电路214，以使得信号的相位可改变为各种替代度数。举例来说，相移电路214可被实施以将信号的相位改变为0度、22.5度以及45度中的任一个或大致任一个，且移相器220可具有可与相移电路214的实施方案相容的各种配置。

图5为根据实施例的能够选择性地改变信号相位的低噪声放大器(lna)210a的电路图。lna210a为可用于上文所论述的ps_lna210、ps_lna105_1到ps_lna105_n或ps_lna105_1'到ps_lna105_n'中的任一个的实例放大器。

如图5中所绘示，低噪声放大器210a可包含放大器电路212和相移电路214。在下文中，相移电路214被称为可变电容电路214。放大器电路212可包含第一晶体管ma、第二晶体管mb、第一电阻器元件rl和第二电阻器元件r2以及电感器元件l。第一晶体管ma的栅极可连接到第一电阻器元件rl，且第一晶体管ma可通过其栅极接收输入信号。输入信号来源于由图1的天线中的一个所接收的波束成形信号的一部分。第一晶体管ma的源极终端可连接到电感器元件l。电感器元件l可为连接于第一晶体管ma的源极终端与接地(即，参考电势点)之间的源极退化电感器。源极退化电感器可用于改进噪声指数和阻抗匹配。晶体管ma和晶体管mb被例示为nfet，但可替代地实施为pfet。

第二晶体管mb的源极可连接到第一晶体管ma的漏极以及节点，第二晶体管mb的源极和第一晶体管ma的漏极连接到所述节点，所述节点可被称为‘x’节点。第二晶体管mb的栅极可连接到可变电容电路214的一端和第二电阻器元件r2，且第二晶体管mb可通过其栅极接收偏压电压vgg1。可变电容电路214的另一端可连接到接地。具有可充当低噪声放大器210a的输入终端的栅极的第一晶体管ma可操作为共源极放大器，且具有可充当低噪声放大器210a的输出终端的漏极的第二晶体管mb可操作为共栅极放大器。第一晶体管ma和第二晶体管mb可实施为级联放大器。

可变电容电路214可包含可变电容器元件ck。(将在下文参考图6a和图6b描述可变电容电路214的具体实施例。)可变电容电路214可从图2的rf控制器109接收电容控制信号cscap，且可变电容电路214的电容可基于电容控制信号cscap而被改变。因为可变电容电路214的一端连接到第二晶体管mb的栅极终端，所以可变电容电路214的电容可影响共栅极放大器(即，第二晶体管mb)的相位特征，且通过使用此结构，可改变从第二晶体管mb输出的信号的相位。这将参考图7来详细描述。在下文中，将描述低噪声放大器210a的操作。

第一晶体管ma可通过其栅极接收输入信号。输入信号可为已经通过如图2中所绘示的t/r选择开关108_1到t/r选择开关108_n中的一个以及带通滤波器的rf信号(其为由天线中的一个所接收的波束成形信号的一部分)。第一晶体管ma可放大输入信号且通过其漏极输出第一输出信号。第二晶体管mb可放大第一输出信号且通过其漏极输出第二输出信号，并且可变电容电路214可选择性地改变第二输出信号的相位。举例来说，如图4中所绘示，在将第二输出信号中的22.5度相位变化定为目标时，可变电容电路214可具有第一电容值。另外，在将第二输出信号中的0度相位变化(或锁相)定为目标时，可变电容电路214可具有第二电容值。

由于低噪声放大器210a被配置成根据波束成形执行选择性地改变信号的相位的操作以及信号的放大操作，所以可减少插入损耗且可减小包含低噪声放大器210a并支持波束成形功能的rf芯片的尺寸。

图5中所绘示的低噪声放大器210a已作为一实例实施例呈现，但各种替代设计可为可能的。具体来说，低噪声放大器210a可实施为具有可执行选择性相位变化操作以及放大操作的各种其它结构。

图6a和图6b为示出图5中的可变电容电路214的对应的实施例的电路图。

参考图6a，可变电容电路214a可包含多个开关元件sw1到开关元件swm以及多个电容器元件c1到电容器元件cm。开关元件sw1到开关元件swm可基于对应于m位数据的电容控制信号cscapa分别选择性地连接到电容器元件c1到电容器元件cm。通过此结构，可改变可变电容电路214a的电容。

参考图6b，可变电容电路214b可包含电容器元件c、电阻器元件r3以及可变电抗器元件vrt。可变电抗器元件vrt为能够根据其阳极和阴极上的电压改变电容值的可变电容二极管。可变电抗器元件vrt的阴极可连接到电容器元件c，且可变电抗器的阳极可连接到电阻器元件r3。

具有用于控制可变电抗器元件vrt的电容值的某一电压电平的电容控制信号cscapb可施加于可变电抗器元件vrt的阴极与电容器元件c之间的第一节点n1。可变电抗器元件vrt可视电容控制信号cscapb的电压电平而具有各种电容值。可变电抗器元件vrt的阳极与电阻器元件r3之间的第二节点n2可连接到图5中的第二晶体管mb的栅极终端g_mb。

因而，可变电容电路214a和可变电容电路214b可基于电容控制信号cscapa和电容控制信号cscapb分别改变对应的电容值，且可将改变的电容值提供到图5中的第二晶体管mb并改变图5中的第二晶体管mb的相位特征。因此，可对从低噪声放大器210a输出的信号执行波束成形的相位变化目标。

图6a和图6b仅示出可变电容电路214a和可变电容电路214b的实例实施例。然而，本公开不限于此，且可变电容电路214a和可变电容电路214b可以由各种其它电路配置来实施，其中电容值可通过控制信号来被改变。

图7为解释图5中的第二晶体管mb的输出信号的相位特征的图5的低噪声放大器210a的等效电路ckt_eq的电路图。图7示出低噪声放大器210a的等效电路，其聚焦于第二晶体管mb。

参考图5和图7，低噪声放大器210a的等效电路ckt_eq可包含可变电容器元件ck、栅极-源极电容器元件cgs、电流源cs、第一负载电导gds以及电压源vx。可变电容器元件ck可对应于第一可变电容电路214，栅极-源极电容器元件cgs可对应于第二晶体管mb的栅极终端与源极终端之间的电容组件，且电流源cs可具有通过将第二晶体管mb的跨导gm乘以第二晶体管mb的栅极-源极电压vgs所获得的值。栅极-源极电压vgs可为栅极-源极电容器元件cgs上的电压。电压源vx可对应于‘x’节点处的电压值。第一负载电导gds可包含第二晶体管mb的漏极终端与源极终端之间的电阻组件和电容组件。第二负载电导gl可包含用于与低噪声放大器210a的等效电路ckt_eq的输出阻抗impout阻抗匹配的组件。

低噪声放大器210a的放大增益av和低噪声放大器210a的相位特征arg(av)可通过使用等效电路ckt_eq获得且通过等式(1)和等式(2)概述。

可变‘k’可定义为可变电容器元件ck的电容器值与栅极-源极电容器元件cgs的电容器值之间的关系。也就是说，因为可变‘k’根据可变电容器元件ck的电容器值的变化而改变，所以可变‘k’可影响低噪声放大器210a的增益av的变化。等式(3)为通过将增加av与可变‘k’分化以检查可变‘k’对低噪声放大器210a的增益av的变化的影响所获得的等式。

因为等效电路ckt_eq的输出阻抗impout由于低噪声放大器210a的结构的特征而具有较大值，所以用于阻抗匹配的第二负载电导gl可具有对应于输出阻抗impout的倒数的较小电导。参考等式(3)，因为第二晶体管mb的跨导gm和第一负载电导gds为根据第二晶体管mb的特征所确定的固有值，所以第二负载电导gl的电导值必须大于第二晶体管mb的跨导gm的电导值和第一负载电导gds的电导值，以减小第二晶体管mb的增益av的变化。低噪声放大器210a可更包含用于降低输出阻抗impout以增加第二负载电导gl的电导值的电路。

图8为根据实施例的能够减小相移范围内放大增益的变化的低噪声放大器210b的电路图。

将主要参考图8描述图5的低噪声放大器210a的额外元件，且将省略已描述的元件的冗余描述。

如图8中所绘示，低噪声放大器210b可更包含用于减小与图5中的低噪声放大器210a相比的增益的变化的增益固定电路215。增益固定电路215可包含第三晶体管mc、第三电阻器元件r3以及电容器元件cl。增益固定电路215也可被称为增益变化减小电路。

第三晶体管mc的源极可连接到第二晶体管mb的漏极以及节点，第三晶体管mc的源极和第二晶体管mb的漏极连接到所述节点，所述节点可被称为‘y’节点。第三晶体管mc的栅极可连接到电容器元件cl的一端和第三电阻器元件r3，且第三晶体管mc可通过其栅极接收偏压电压vgg2。电容器元件cl的另一端可连接到接地，且电容器元件cl可具有固定电容值。

第三晶体管mc(其可具有充当低噪声放大器210b的输出终端)可操作为共栅极放大器，且第一晶体管ma到第三晶体管mc可实施为级联放大器。第三晶体管mc可放大从第二晶体管mb输出的第二输出信号且输出被放大的第二输出信号以作为第三输出信号。

增益固定电路215可将减小的输出阻抗提供到低噪声放大器210b。因此，可减小由于低噪声放大器210b的选择性相位变化操作的增益变化，且因此，稳定放大操作可与信号的选择性相位变化操作同时执行。

图8中所绘示的低噪声放大器210b的配置的各种替代配置可为可能的。具体来说，增益固定电路215可被实施为具有能够降低低噪声放大器210b的输出阻抗的各种替代结构。

图9a和图9b为用于通过图8中的增益固定电路215来解释放大增益的效果的图表。

图9a为示出在执行图5的低噪声放大器(lna)210a的信号放大操作时实例放大增益相对于频率的图表。图9b为示出在执行图8的lna210b的信号放大操作时实例增益相对于频率的图表。

参考图9a，在选择性地改变可变电容电路214的电容值时，这导致lna210a的增益变化。在lna210a根据波束成形执行信号的相位变化操作以及信号放大操作时，电容变化可导致增益在由lna210a实现的输出信号中相移范围内变化约±2.3db。参考图9b，尽管可变电容电路214的电容值在lna210b根据波束成形在与图9a中相同的状况下执行信号的相位变化操作以及信号放大操作时，增益由于增益固定电路215的操作可在相同的相移范围内变化约±1db的更小范围。

换句话说，如图9b中所绘示，包含增益固定电路215的图8的低噪声放大器210b可减小增益变化并执行更稳定的放大操作。

图10为根据实施例的包含开关元件的低噪声放大器(lna)210c的电路图。图11a和图11b为用于解释开关元件的操作的图式。

将主要参考图10描述图8的低噪声放大器210b的额外元件，且将省略已描述的元件的冗余描述。

参考图10，与图8的lna210b相比，低噪声放大器210c可更包含用于有效使用功率的开关元件sw。开关元件sw可连接于‘y’节点与第三晶体管mc的漏极之间，其中后者也充当lna210c的提供lna输出信号的输出终端out。y节点为连接第二晶体管mb的漏极和第三晶体管mc的源极的节点。开关元件sw可接收开关控制信号css且基于开关控制信号css接通/关闭(闭合/断开)。在实施例中，图2的rf控制器109可基于波束成形信息产生开关控制信号css，并将开关控制信号css提供到开关元件sw。lna输出信号的相位可视开关元件sw的开关状态而选择性地被改变。在图11a和图11b的以下论述中，在lna210c提供具有参考相位θ1的lna输出信号rf_out时，这将被描述为lna210c基于波束成形信息不改变信号路径的相位的状况。

图11a示出当开关元件sw处于断开状态的放大操作。这可导致lna210c具有与图8的lna210b相同或类似的操作特征。(应注意，可存在由从y节点和out终端中的每一个到开关元件sw的发射线导致的电抗，甚至在开关元件sw处于断开状态时，此与lna210b相比可造成阻抗变化或相位变化等等。)举例来说，根据波束成形信息，开关元件sw可响应于第一开关控制信号css1而被关闭。可变电容电路214可响应于第一电容控制信号cscap1而改变电容值以具有用于将rf输出信号rf_out的相位改变为第二相位θ2的目标值。第二相位θ2可对应于波束成形确定的相位变化的程度。因此，低噪声放大器210c可经由级联放大器结构来放大rf输入信号rf_in，所述级联放大器结构是由第一晶体管ma到第三晶体管mc组成，且可经由可变电容电路214和第二晶体管mb以第二相位θ2改变rf输出信号rf_out的相位。从而lna输出信号rf_out可具有(θ1+θ2)的相位。举例来说，rf_out的相位可以(θ1+θ2)不同于lna输入信号rf_in的相位。另外，低噪声放大器210c由于相位变化操作的放大增益的变化可通过增益固定电路215抑制。低噪声放大器210c可将具有以第二相位θ2改变的相位的rf输出信号rf_out输出到如图2中的移相器107_1a的移相器(phaseshifter；ps)。

图11b示出当低噪声放大器210c不在rf输出信号rf_out中导致θ2的额外相位变化时的放大操作。在这种情况下，lna输出信号rf_out具备θ1的参考相位，其可为相对于lna输入信号rf_in的相位的相位差。如图11b中所绘示，当根据波束成形信息而不需要lna210c的相位变化操作时，开关元件sw可响应于第二开关控制信号css2而被接通(闭合)。可变电容电路214可改变电容值以具有用于响应于第二电容控制信号cscap2固定rf输出信号rf_out的相位的目标值。因此，低噪声放大器210c可经由级联放大器结构放大rf输入信号rf_in，所述级联放大器结构是由第一晶体管ma和第二晶体管mb组成，且在不改变rf输出信号rf_out的相位的情况下将rf输出信号rf_out输出到移相器。如果当开关元件sw保持于闭合状态时，电容控制信号cscap2保持恒定，那么lna210c不执行相位变化操作。在此情境下，低噪声放大器210c的增益可为相对恒定的，且用于根据相位变化操作减小lna210c的增益变化的增益固定电路215的角色可为不必要的。因此，通过使用开关元件sw来撤消增益固定电路215，可减少由增益固定电路215所消耗的功率。

在另一操作模式中，在开关元件sw处于闭合状态的情况下，可根据波束成形相关信息使电容控制信号cscap2在至少两个电容值之间变化，每个电容值对应于lna输出信号rf_out的目标相位。另外，在开关元件sw如图11a中控制成断开时，可允许电容控制信号cscap2根据波束成形相关信息而在至少两个电容值之间变化，所述电容值可与开关元件sw闭合时使用的电容值相同或不同。通过在开关组件sw的两种开关状态中允许不同的电容控制信号，lna输出信号rf_out可以选择性地提供至少四个目标相位中的一个：闭合开关状态的两个和断开开关状态的两个。

图12为根据实施例以两级实施的低噪声放大器310的电路图。低噪声放大器310可包含第一级电路1^stst和第二级电路2^ndst。第一级电路1^stst和第二级电路2^ndst可被称为放大区块或放大器电路。第一级电路1^stst可被称为低噪声放大缓冲电路，且第二级电路2^ndst可被称为低噪声相移电路。第一级电路1^stst可主要放大所接收的信号，且第二级电路2^ndst可次要地放大主要放大信号并根据波束成形选择性地改变最终输出信号的相位。第一级电路1^stst的增益可高于第二级电路2^ndst的增益。

第一级电路1^stst可包含第一晶体管ma1和第二晶体管mb1、电阻器元件r1和电阻器元件r2、电容器元件cc1、电容器元件cl1以及电容器元件cl2、以及电感器元件l1、电感器元件l2以及电感器元件l3。第一晶体管ma1(其可通过包括电容器cc1和电感器l1的输入滤波器耦接到第一级电路1^stst的输入终端in)可操作为共源极放大器。第二晶体管mb1(其可具有连接到第一级电路1^stst的输出终端的漏极)可操作为共栅极放大器。第一晶体管ma1和第二晶体管mb1可实施为级联放大器。第一级电路1^stst可通过第一晶体管ma1的栅极接收信号，通过第二晶体管mb1的栅极接收偏压电压vgg1，且通过电容器元件cl2与电感器元件l3之间的节点接收电源电压vdd1。

第二级电路2^ndst可包含第三晶体管ma2、第四晶体管mb2以及第五晶体管mc2、电阻器元件r4、电阻器元件r5以及电阻器元件r6、可变电容器元件ck、电容器元件cc2、电容器元件cc3、电容器元件cl3以及电容器元件cl4、以及电感器元件l4、电感器元件l5、电感器元件l6以及电感器元件l7。第三晶体管ma2(其可通过包括电容器cc2和电感器l4的输入滤波器耦接到第二级电路2^ndst的输入终端)可操作为共源极放大器，且第四晶体管mb2可操作为共栅极放大器。第五晶体管mc2(其可经由包括电感器l7和电容器cc3的输出滤波器耦接到第二级电路2^ndst的输出终端)可操作为共栅极放大器。第三晶体管ma2到第五晶体管mc2可实施为级联放大器。第二级电路2^ndst可通过第三晶体管ma2的栅极终端接收信号，通过第四晶体管mb2的栅极终端和第五晶体管mc2的栅极终端接收偏压电压vgg21和偏压电压vgg22，且通过电感器元件l6与电容器元件cl4之间的节点接收电源电压vdd2。在第二级电路2^ndst中，可改变可变电容器元件ck的电容以根据波束成形选择性地改变输出信号的相位，如上文所描述。上文已参考图5和图8描述第二级电路2^ndst的配置和操作，且因此将省略其详细描述。

以两级实施的低噪声放大器310仅为实例实施例，且可获得各种替代配置。具体来说，第二级电路2^ndst可实施为具有可执行选择性相位变化操作以及放大操作的各种替代结构。

如先前所提及，在发射信号路径中，如同低噪声放大器107_1到低噪声放大器107_n，功率放大器ps_pa106_1到功率放大器106_n可各自具有配置，所述配置具有选择性相位变化能力以使得能够灵活设计供用于波束操控发射波束。低噪声放大器105_i的上述配置中的任一种，如lna210、lna210a、lna210b、lna210c或lna310的配置，可用于任何功率放大器106_i。

图13为根据实施例的支持包含波束成形功能的通信功能的电子装置1000的框图。电子装置1000可包含存储器1010、处理器单元1020、输入/输出控制单元1040、显示单元1050、输入装置1060、调制解调器110以及包含收发器100的通信处理单元1090。存储器1010可由相同或不同类型的多个存储器组成。

存储器1010可包含：程序存储部分1011，用于存储用于控制电子装置1000的操作的程序；以及数据存储部分1012，用于存储在程序执行期间产生的数据。数据存储部分1012可存储用于操作应用程序1013和开关与相位管理程序1014的数据。程序存储部分1011可包含应用程序1013和开关与相位管理程序1014。程序存储部分1011中的程序可表达为指令集(一组指令)。

应用程序1013可借助于读取和执行其指令的处理器1022在电子装置1000上运行。开关与相位管理程序1014可控制根据本公开如上文所描述的低噪声放大器和移相器的操作。换句话说，开关与相位管理程序1014可确定接收信号路径中的至少一个中的波束成形的相位变化程度，并将关于相位程度的信息传送到调制解调器的主控制器(或rf控制器)。(在本文中，控制器可互换地称为控制电路。)在实施例中，程序1014通过控制每个ps_lna105-1到ps_lna105_n和每个移相器107_1到移相器107_n(如果包含移相器)的相移来控制接收信号路径中的每一个中的相位。

另外，开关与相位管理程序1014确定电子装置1000是以发射模式还是接收模式操作，且发射关于调制解调器的主控制器的确定的信息。存储器接口1021可控制对如处理器1022或外围装置接口1023的组件的存储器1010的访问。开关与相位管理程序1014还可被配置成通过以与至少一个接收信号路径类似的方式控制发射信号路径中的至少一个中的相位来控制发射侧上的波束成形。

外围装置接口1023可控制将处理器1022和存储器接口1021连接到基站的输入/输出外围装置。处理器1022通过使用至少一个软件程序来控制基站以提供服务。在这种情况下，处理器1022可执行存储于存储器1010中的至少一个程序，以提供对应于至少一个程序的服务。

输入/输出控制单元1040可在如显示单元1050和输入装置1060的输入/输出装置与外围装置接口1023之间提供接口。显示单元1050显示状态信息、输入字符、移动图像(视频)、静态图像等等。举例来说，显示单元1050可显示关于由处理器1022驱动的应用程序的信息。

输入装置1060可经由输入/输出控制单元1040将由选择电子装置1000产生的输入数据提供到处理器单元1020。在这种情况下，输入装置1060可包含小键盘，所述小键盘包含至少一个硬件按钮和用于感测触摸信息的触控板。举例来说，输入装置1060可经由输入/输出控制单元1040将触摸信息(如触摸、触摸移动以及通过触控板感测的触摸释放)提供到处理器1022。

电子装置1000可包含执行话音通信和数据通信的通信功能的通信处理单元1090。通信处理单元1090可包含能够支持上文参考图2等等所描述的波束成形功能的低噪声放大器，且还可包含能够控制低噪声放大器的选择性相位变化的rf控制器或调制解调器。

虽然已经参考本发明概念的实施例具体地绘示及描述本发明概念，但应理解，可以在不脱离所附权利要求书的精神和范围的情况下在其中进行形式和细节的各种变化。