带有可选择的相移的延迟线相移器的制作方法与工艺

本发明通常涉及延迟线相移器，更具体地说涉及可选择的相移的方法和装置，其中相移和插入损耗基本上无关。

背景技术：
相移器是众所周知的。各种系统需要给由这样的系统提供的信号相对密切控制的相位。例如，各种收发器系统需要控制两个或多个相当密切的信号之间的相对相位并且相移器是促进该相位控制的一个办法。与可变的或可选择的相移器相关的通常是伴随相移的变化插入损耗发生变化。这是不可取的并且导致使情况复杂化的因素，例如抵消插入损耗的这种变化的可变衰减器。即使衰减器由于其它原因存在于有关系统中，如果服务于多个或附加用途，衰减器将更复杂，并且带有更多个阶。附图说明在附图中类似的参考符号表示贯穿整个独立的视图的相同或功能相似的元素，并且附图与下面的详细描述一起被并入和形成说明书的一部分，根据本发明起到进一步说明各种实施例并且解释各种原则以及所有优点的作用。图1根据一个或多个实施例，以一种简化的并且有代表性的形式描述了带有可选择的相移的相移器的高级图解。图2根据一个或多个实施例，以有代表性的形式显示了另一个带有可选择的相移的相移器；图3描述了图1或图2中延迟线相移器的系统应用的代表图。图4至图7根据一个或多个实施例，显示了延迟线相移器的模型的仿真结果；以及图8-9根据一个或多个实施例，显示了用于选择可用于结合图1或图2延迟线相移器系统的相移的方法的流程图。具体实施方式在一些实施例中，本公开涉及相移器，例如，延迟线相移器，更具体地说涉及被布置和构造以用于在各种相移上均衡插入损耗的可选择的相移的技术和装置。更具体地说，体现在方法和装置中的各种发明构思和原则，例如有选择地应用电阻损耗以用于均衡插入损耗等等将被讨论和公开。特别关心的相移器可能差别很大但包括用在例如收发器系统等等中的可选择的或可变的相移器。由于各种容差和构建变量，这种收发器系统可能会受到各种相位限制并且可能经历相位变化。在使用相移器的系统、设备和器件中，所公开的带有可变的或可选择的相移的相移器以及相应的装置和方法可以被特别有利地利用，如果它们是根据本发明所教导的概念和原则实行的。根据本发明，本公开被提供以充分的形式进一步解释在应用的时候实施和使用各种实施例的最好的模式。公开还被提供以增强对发明原则及其优点的理解和认识，而不是以任何方式限制本发明。本发明只通过所附的权利要求书限定，权利要求书包括在本申请未决期间的各种实施例及提出的等同物。还应了解关系术语的使用，例如第一和第二、顶部和底部等等，如果有的话，只被用于从实体或活动中区分另一个实体或活动，而不一定需要或暗含这种实体或活动之间的任何实际的这种关系或顺序。很多发明功能和很多发明原则在全部或部分离散元素中或在集成电路(IC)和微带线或相似结构中被最好的实施。所述相似结构包括可能专用结构和IC或带有被嵌入式软件或固件控制的集成处理的IC。可以预料本领域技术人员，尽管可能重要努力以及很多通过例如有效时间、当前技术以及经济利益被激发的设计选择，当受到本发明公开的构思或原则指导的时候，能够很容易生成这种结构和IC以及带有最小的实验的任何软件指令和程序。因此，为了简洁以及使任何模糊本发明的原则和构思的风险最小化，这种IC和结构以及软件的进一步讨论，如果有的话，将被限制为相对于各种实施例的原则和构思来说属于要素性的讨论。参照图1，根据一个或多个实施例的相移器或带有可选择的相移的延迟线相移器的简化的且有代表性的高级图示将被简要讨论和描述。在图1中，相移器101或带有可选择的或可变的相移的延迟线相移器以有代表性的方式显示。所述相移器101有输入端103或用于输入信号（例如射频（RF）信号）的信号输入端，和一个输出端105或用于所述输入信号的相移版本（例如所述RF信号的相移版本）的信号输出端。位于输入103和输出105之间的是一个或多个可切换的相移元件或电路，具体包括相移元件107、109、111，并且可能包括附加相移元件或如所显示的串联耦合的电路113。一般而言，在很多实施例中以及正如下面将要被进一步讨论和描述的，显示的开关为每个相移元件107、109、111、113提供一对单掷开关a、b。每个相移元件可以被设计、布置以及配置以提供一些预定量的相移。如果实践者需要覆盖特定范围的相移以及需要相移的特定分辨率，可以有利地设计相移元件中的第一个或一个以提供标称为0或最小的相移与需要的最小的相移步长（例如分辨率）之间进行的选择，下一个或另一个相移元件则被配置为提供所需的最小或2×的最小步长。因此以两个相移元件，通过激活a、b开关的不同组合，就可以在相移上提供接近0、1×、2×和3×的小步长。添加另一个具有4×相移的相移元件，从而允许具有相应的0到7×的小步长的8个状态，如此类推。相移元件的数量将由所需的分辨率（步长大小）以及需要被覆盖的相移范围（步长数量）决定。例如，如果想要以7度的分辨率覆盖49度，那么则需要包括0的8个状态，并且这可以通过3个相移元件完成，等等。更详细地，可切换的相移元件或电路107(以及其它相似的相移元件)还包括耦合于输入103和输出117之间的第一信号路径115。当被激活时，第一信号路径将为通过第一信号路径耦合的信号提供第一相移，其中该相移在很多实施例中是接近0或最小的相移。还包括的是耦合于输入103和输出117之间的第二信号路径119。第二路径被配置以用于为通过第二信号路径耦合的信号提供第二相移。此外，可切换的相移元件包括用于在第一信号路径和第二信号路径之间选择的开关电路121。第一信号路径和第二信号路径以及开关电路被配置以均衡第一信号路径的第一插入损耗和第二信号路径的第二插入损耗。开关电路121通过控制电路123被控制。控制电路可以是处理器或其它控制器，并且控制电路可以是或被看作带有可选择的相移的相移器的一部分。在一些实施例中，开关电路还包括与第一信号路径115串联配置的开关S1a125，并且在一些实施例中，例如，如图2所显示的，该开关可以是集成电路开关225。集成电路开关225可以是或可被设计为包括伪形态高电子迁移率晶体管(pHEMT)。在一些实施例中，第一信号路径还包括电阻损耗电路129，并且开关电路121还包括开关125，例如，与第一信号路径串联配置的集成电路开关225。在这些实施例或其它实施例中，当开关125或集成电路开关225被激活时(闭合或导通ON)，则选择第一信号路径115。电阻损耗电路129或电阻被配置或设定值以便当第二信号被选择时(即，开关125是打开的)均衡期望的第一插入损耗和第二插入损耗。正如上面简要提到的，相移器100或延时线相移器或更具体地说可切换的相移元件107(或类似的元件)(以下称相移器)的各种实施例具有被配置用于最小的相移或接近0相移的第一信号路径115，并且第二信号路径119被配置为向通过从输入103至输出117的第二信号路径耦合的信号提供第二相移。各种实施例中的相移器还包括电抗电路127，其布置在第二信号路径中并且被配置以提供第二相移，以及电阻损耗电路129，其中开关电路121还包括开关S1b131，其在一些实施例中（见图2）可以是集成电路开关231。当第二信号路径被选择时，开关S1b131被配置和布置为旁路（当开关被激活或导通时短路）电阻损耗电路129。电抗电路127的各种实施例还包括在共同节点135处与第二电抗137串联耦合的第一电抗133，以及从共同节点135与参考141或参考节点（例如接地电位）耦合的分流电路139。不同实施例中的分流电路139还包括与电阻损耗电路129串联的第三电抗143，其中开关131或集成电路开关231与电阻损耗电路129并联。相移器101或更具体地说电抗电路127可以被配置为其中第一电抗133和第二电抗137分别是包括集总电感器（正如所显示的）或高阻抗传输线（未具体显示，但已知）中的至少一个（正如所显示的）的感抗，第三电抗143是包括金属绝缘体金属电容器（未具体显示，但通常已知）的容抗（正如所显示的），并且开关131或在一些实施例中的集成电路开关231是pHEMT。因此，相移器或更具体地说可切换的相移元件可以被配置为使得开关电路包括与第一信号路径115串联布置并且被配置以在第一信号路径和第二信号路径之间选择的第一集成电路开关225，和与第二信号路径相关联并且被配置以均衡第一插入损耗和第二插入损耗（例如，通过在电阻损耗电路129中切换）的第二集成电路开关231。正如上面提到的，电抗电路可以是在共同节点处串联耦合的第一和第二电抗，其中第一和第二电抗布置在第二信号路径中，并且进一步包括从共同节点耦合至参考节点的分流电路，其中所述分流电路包括与第二集成电路开关和电阻损耗电路的并联组合串联耦合的电抗。当第一开关125或第一集成电路开关225被闭合、导通（ON）或激活时，它选择第一信号路径（提供围绕第二信号路径的短路），而当第一开关125、225被打开、关断（OFF）或去激活时，它取消选择（打开）第一信号路径并且信号路由通过第二信号路径119和电抗相移或改变电路127。当第一开关被闭合时，第二开关将被打开从而将电阻损耗电路129增加至电抗电路127。当第一信号路径被选择时的这种附加损耗可以通过实验处理被选择（即选择的电阻值）以便用当第二信号路径被选择时的插入损耗来均衡当第一信号路径被选择时的插入损耗，从而移除相移和插入损耗之间的任何关系。通常，电阻损耗电路或电阻器会比集成电路开关的导通（ON）电阻大几个数量级。因此图1和图2分别示出了相移器或带有可选择的相移的延迟线相移器的不同实施例。综述，所述相移器包括：第一可切换的相移元件107，在一些实施例中以并联的方式包括具有最小相移的第一信号路径115和具有预定的第一相移的第二信号路径119，以及用于在第一和第二信号路径之间进行选择的第一开关电路121，所述第一信号路径和所述第二信号路径以及所述第一开关电路121被配置为当所述第一信号路径被选择时通过接入（打开开关131）第一电阻损耗电路129均衡所述第一信号路径的第一插入损耗和所述第二信号路径的第二插入损耗；以及第二可切换的相移元件109，与所述第一可切换的相移元件串联耦合（正如图绘的来自元件107的输出117是至元件109的输入）。所述第二可切换的相移元件（类似于第一）在一些实施例中以并联的方式包括具有最小相移的第三信号路径145和具有预定的第二相移的第四信号路径147，以及用于在所述第三和第四信号路径之间进行选择的第二开关电路149。所述第三信号路径和所述第四信号路径以及所述第二开关电路被配置为当所述第三信号路径被选择时通过接入（打开开关155）第二电阻损耗电路151均衡所述第三信号路径的第三插入损耗和所述第四信号路径的第四插入损耗。在一些实施例中，所述第一和第三相移是最小的并且所述第二和第四相移是不同的预定的相移，例如，第四相移是第二相移的2倍等等。在另外的实施例中，第三可切换的相移元件111与第二相移元件串联耦合并且以并联的方式包括具有第五相移的第五信号路径和具有第六相移的第六信号路径，以及用于在所述第五和第六信号路径之间选择的第三开关电路。所述第五信号路径和所述第六信号路径以及所述第三开关电路被配置为当所述第五信号路径被选择时通过接入第三电阻损耗电路均衡所述第五信号路径的第五插入损耗和所述第六信号路径的第六插入损耗。在一些这样的实施例的中，所述第一、第三和第五相移是最小的，并且所述第二、第四和第六相移是彼此不同的，例如，第四相移是第二相移的2倍，并且第六相移是第四相移的2倍。还包括的是用于控制所述第一开关电路和所述第二开关电路的控制电路123。正如上面提到的，所述第一开关电路121可以包括与第一信号路径串联的第一开关125或集成开关225以及用于接入第一电阻损耗电路129的第二开关131或集成电路开关231，其中所述第一和第二开关或集成电路开关交替地被激活（当开关125导通（ON）或闭合（CLOSED），开关131关断（OFF）或打开（OPEN））。类似地，第二开关电路149可以包括与第三信号路径串联的第三开关S2a153或集成开关253和用于接入第二电阻损耗电路151的第四开关S2b155或集成电路开关255，其中所述第三和第四开关或集成电路开关交替地被激活（当一个闭合另一个打开）。在一些实施例中，所述第一（以及第二）电阻损耗电路是与所述第二（以及第四）集成电路开关并联的电阻，并且所述第一（以及第二）电阻损耗电路通过打开所述第二（以及第四）集成电路开关被接入，从而均衡所述第一和第二（以及第三和第四）插入损耗。所述控制电路被布置以控制第一、第二、第三和第四开关以及任何其它开关。由上所述，在一些实施例中，控制电路被配置以通过激活一个或多个第一、因此第二，和第三、因此第四集成电路开关而从最小相移、第一相移、第二相移以及第一加第二相移的可获得状态中选择至少一个状态。为有序选择状态（接近0相移直到第一加第二相移），开关125、153针对接近0而导通（ON），开关131、153针对第一移动而导通（ON），开关125、155针对第二相移而导通（ON），以及开关131、155针对第一加第二相移而导通（ON）。在上述中，应了解未指定的或未指明的开关是关断（OFF）的。由上所述，每次增加另一个可切换的相移元件或电路，可能状态的数量可以加倍并且给定步长大小的相移范围可以因此加倍，或者，对于给定范围，分辨率可以加倍，例如步长大小可以被截半。所述控制电路除了可能地选择激活开关的定时以及解码输入157之外，对于很多实施例，可以被看做具有输出端159的用于存储开关状态（ON或OFF）信息寄存器或缓冲器，其中一个输出耦合于开关中的每个。控制电路可以经由输入159被编程或加载。这些输入可以简单地为相移器指定状态，然后所述状态通过控制电路被解码为开关状态，或输入可以是每个开关的状态或指定控制电路需要多少相移然后确定适当的状态。所述输入可以通过串行外围接口（SPI）被发送到所述控制电路。这是通常已知的串行接口，所述串行接口包括时钟、数据输入和输出信号、以及芯片选择信号。参照图2，根据一个或多个实施例的另一个相移器或带有可选择的相移的延时线相移器将被简要讨论和描述。图2示出了使用集成电路开关的相移器。图2在上面已经部分地讨论过。图2可以在结构和功能或操作上与图1的相移器相似。在图2中，正如图1中的，当开关闭合，从而经由接近0相移路径来路由信号时，通过打开第二开关，损耗被添加到其它路径。该损耗被选择为使得当所述信号经由直接路径路由时插入损耗几乎等于当所述信号通过相移路径路由时的损耗。均衡或几乎相等意味着各插入损耗在彼此的1dB内。参照图3，图1或图2的延迟线相移器的系统应用的代表图示将被讨论和描述。图3显示了发射器队列，例如可以在发射器中使用的Doherty放大器。带有可选择的相移的相移器301被用于两个信号路径中的每一个。每个路径中还包括的是可变或可调节的衰减器303。通常，信号被施加在输入305并且放大后被提供在输出307。输入处的信号被拆分或分割然后每个拆分的信号通过衰减器303在振幅上进行调整并且通过相移器301在相位上进行调整，然后输入到第一放大级309，之后放大的信号被施加到双路最终放大级311。这些路径中的其中一个是所有时间都工作的通用放大器，而第二级通常被称为峰值级并且主要对有大的峰值的信号操作。来自两个放大器路径的输出然后通过网络313结合。网络313利用1/4波传输线及其阻抗变换特性以适当地结合放大器的输出。为使这个放大器有效地工作，振幅和相位都必须被仔细地选择或对准。使相位对准或具有相移器可以例如提供显著的高产出率和工作效率。参照图4至图7，来自根据一个或多个实施例的延迟线相移器的模型的各种仿真结果将简要地被讨论和描述。图4和图5是一个实施例的结果，其中图4和图5分别根据状态显示了相移和插入损耗。在图4中，水平轴401显示从1到8的相移器状态，并且垂直轴403显示相应的相移。线405被绘制以连接8个相移点。可以看出，超过50度的总体范围已在7个步长中涵盖，其中每个步长分辨率是7+度。在图5中，水平轴501同样显示状态，而垂直轴503显示S21或以dB显示的插入损耗。可以看出505：在8个状态或7个步长上的插入损耗的变化小于0.1dB。图6和图7是另一个实施例的结果，其中图6和图7根据状态分别显示相移和插入损耗。在图6中，水平轴601显示从1到8的相移器状态，并且垂直轴603显示相应的相移。线605被绘制以连接8个相移点。可以看出，大约45度的总体范围已在7个步长中涵盖，其中每个步长分辨率仅小于6.5度。在图7中，水平轴701同样显示状态，而垂直轴703显示S21或以dB显示的插入损耗。可以看出705：在8个状态或7个步长上的插入损耗的变化小于0.1dB。参照图8，根据一个或多个实施例的可结合图1或图2的相移器系统使用的选择相移的一种方法的流程图将简要地被讨论和描述。应了解该方法使用了很多上面详细讨论的发明构思和原则，因此本描述将稍微具有一个总结的性质，其中各种详细说明通常在前面的描述中可获得。该方法可以在前面的描述的一种或多种结构或装置中或其它类似地构型或配置的结构中实现。所述方法可以根据需要执行或根据需要多次地执行。正如提到的，图8示出了选择相移的相移器中的各种方法。所述方法是、始于提供801相移元件或包括从输入端至输出端的第一和第二信号路径的电路，所述第一和第二信号路径对通过各自第一和第二信号路径耦合的信号具有相应的第一和第二相移。在一些实施例中，所述提供包括配置802所述第一信号路径用于最小的相移和配置所述第二信号路径为通过所述第二信号路径耦合的信号提供第二相移。应了解，可以提供多个串联耦合的相移元件，其中每个相似地执行以为选择相移提供更大范围。所述方法进行到通过开关电路在所述第一信号路径和所述第二信号路径之间选择803。在不同的实施例中，通过所述开关电路的所述选择可以包括通过与所述第一信号路径串联布置的第一集成电路开关在所述第一信号路径和所述第二信号路径之间选择804。接下来，所述方法包括均衡805所述第一信号路径的第一插入损耗和所述第二信号路径的第二插入损耗。这是通过使用所述第一信号路径、所述第二信号路径、以及所述开关电路的配置和布置完成的。在一些实施例中，这包括通过与所述第二信号路径相关联的第二集成电路开关231选择806。，电阻损耗电路129被配置为每当第一信号路径已被选择时均衡所述第一插入损耗和所述第二插入损耗。在另一个实施例中，所述均衡可以包括：在所述第二信号路径中布置807电抗电路和相关联的电阻损耗电路，其中所述电抗电路被配置以提供所述第二相移；并且控制所述开关电路或集成电路开关以便当所述第二信号路径被选择时旁路所述电阻损耗电路。正如之前提到的，布置电抗电路可以包括布置在共同节点处串联耦合的第一电抗和一个第二电抗以及布置从共同节点耦合至参考点或参考节点的分流电路。所述分流电路可以包括与所述电阻损耗电路串联的第三电抗，其中所述集成电路开关与所述电阻损耗电路并联。更具体地说在一些实施例中，所述第一电抗和所述第二电抗分别是包括例如集总电感器和高阻抗传输线中的至少一个的感抗。所述第三电抗可以是包括例如金属绝缘体金属电容器的容抗，并且所述集成电路开关可以是例如伪形态高电子迁移率晶体管（pHEMT）。参照图9，根据一个或多个实施例的可结合图1、2的相移器系统使用的用于选择相移的一种方法的另一个流程图将简要地被讨论和描述。应了解该方法使用了很多上面详细讨论的发明构思和原则，因此本描述将稍微具有一个总结的性质，其中各种详细说明通常在前面的描述中可获得。该方法可以在前面的描述的一种或多种结构或装置中或其它类似地构型或配置的结构中实现。所述方法可以根据需要执行或根据需要多次地执行。该方法始于通过开关电路在第一信号路径和第二信号路径之间进行选择901；其中所述第一和所述第二信号路径从输入端耦合至输出端，所述第一和第二信号路径对通过各自第一和第二信号路径耦合的信号具有相应的第一和第二相移；其中所述第一信号路径的插入损耗和第二信号路径的插入损耗被均衡。在一些实施例中，所述第一信号路径被配置用于最小的相移，以及所述第二信号路径被配置为对通过所述第二信号路径耦合的信号提供第二相移。在某些情况下，通过所述开关电路的选择901可以包括通过与所述第一信号路径串联布置的第一集成电路开关在所述第一信号路径和所述第二信号路径之间进行选择903以及通过与所述第二信号路径相关联的第二集成电路开关选择电阻损耗电路配置为均衡所述第一插入损耗和所述第二插入损耗。因此，在一些实施例中，所述开关电路还包括集成电路开关并且所述选择还包括控制905所述集成电路开关以便当所述第二信号路径被选择时旁路电阻损耗电路，其中所述第二信号路径包括电抗电路和电阻损耗电路并且所述电抗电路被配置以所述提供第二相移。所述电抗电路可以如上所讨论地布置和构建。在另一个实施例中，正如所显示的，所述方法可以包括通过第二开关电路在第三信号路径和第四个信号路径之间进行第二选择907，其中所述第三和第四信号路径从所述输出端耦合至另一个输出端，所述第三和第四信号路径对通过各自第三和第四信号路径耦合的信号具有相应的第三和第四相移，其中所述第三信号路径的第三插入损耗和第四信号路径的第四插入损耗被均衡。在另一个实施例中，所述第一和第三相移可以是最小的或零，并且所述第二和第四相移是彼此不同的预定的相移。可以有三个以及根据需要的更多选择步骤。一旦所述选择过程发生，所述方法显示了在输入处提供909信号。应了解，选择步骤在信号已被施加之后可以被重复，等等。应了解，上述描述的功能和结构或可部分或全部在一个或多个集成电路或带有集成电路、微带线及可能的离散集总元件的金属砷化镓衬底中被实施。其中实际的实施将很可能取决于工作频率。上述讨论的方法、装置和系统以及其发明原则旨在并且可以减轻先前技术系统的问题。所述问题包括过量的插入损耗或信号路径、额外的及更复杂的切换（在一些先前技术系统中使用单极单掷开关而不是单极双掷开关）之间的插入损耗不均衡（每个可切换的相移器元件或子电路消除一个开关）。根据本发明，本公开是旨在解释如何实施和使用各种实施例，而不是限制本发明真正的、预期的以及公正的范围和精神。前述描述不旨在穷举或限制本发明为所公开的精确形式。基于上述本专利所教导内容可做出修改和变化。实施例被选择并且被描述以提供本发明原则的最好的说明及其实践应用，以及使本领域所属的普通技术人员能够在各种实施例中使用本发明并且使各种修改适合于所考虑的特定使用。当被公平地、合法地以及合理授权地解释范围时，所有这些修改和变化被附加权利要求书及其所有等同物限定为本发明的范围，它们可能在本专利申请未决期间被修改。