电路、相应的倍频器装置、系统、交通工具和方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年12月20日提交的意大利专利申请号102018000020371的优先权，其整体内容在法律允许的最大范围内通过引用合并于此。

本说明书涉及高频信号的生成。一个或多个实施例可以涉及使用固态组件的倍频器，例如在毫米波，简称mmw，的宽带倍频器。一个或多个实施例可以涉及人行横道检测系统和/或集成电路，例如在汽车和/或消费应用中的毫米波收发器。

背景技术：

倍频器通常用于生成高频信号。频率倍增器，称为“倍增器”，是一种常见的倍频器类型，产生输入信号的两倍频率处的输出信号。倍频架构对于生成高频信号是有益的，并且可以用在四倍频的架构设计中，其提供具有频率四倍于输入频率的输出信号，例如，对于rf和毫米波的应用。按照惯例，可以通过级联倍频级来执行四倍频，如图1所示。

如图1所示的常规四倍频系统100可以包括：

-输入节点fi，被配置为在给定的频率处接收来自振荡器的信号；

-一系列放大级110a、110b、110c；

-倍频级的级联120a、120b，被配置为提供倍频信号fd；

-高频滤波器130，例如，毫米波滤波器；

输出节点fq，被配置为提供具有输入信号功率的信号，该输入信号具有四倍于输入信号频率的频率。

在下文中，为了简明起见，可以用相同的附图标记指代节点和/或在上述节点的信号。

该解决方案可以生成大量的杂散的不期望的谐波分量，导致倍频系统100的整体性能下降。此外，设置几个放大器110a、110b、110c以用于恢复信号的功率电平，以及设置高频滤波器130以用于消除(或减少)来自第一倍增器120a的输出的杂散谐波。

通常，扩展倍频级以与高频信号一起工作可能是具有挑战性的，因为它可能涉及用于过滤不期望的谐波分量的复杂电路，例如，具有比输入频率高两倍的频率的信号。

因此，在图1中所示的常规的高阶倍频系统100可以包括倍增器的级联链120a、120b，其具有用于匹配前级阻抗的中间“匹配”级130，因为，在这些中间级130处的不期望的反射可能会对倍增器120a驱动其他倍增器120b的性能造成不利地影响，从而降低效率和带宽。

链100的整体效率可能会被降低，并且可能会增加对前级的功率处理的需求，这是因为通常利用更高电平的功率来驱动整个链100以实现给定的目标输出功率。

本领域中此类研究的示例文献可以是：

-y.wang等人在2012年的ieee国际固态电路研讨会(加利福尼亚州旧金山)上发表文章：“9％的功率效率121至137ghz的0.13微米sigebicmos相控双推四倍频(a9％powerefficiency121-to-137ghzphase-controlledpush-pushfrequencyquadruplerin0.13μmsigebicmos)”(2012年，第262-264页，doi：10.1109/isscc.2012.6177008)(通过引用并入)，其中讨论了使用相控双推(pcpp)技术的增强四倍频器内核，以直接合成第4级谐波。该文章讨论了基于0.13微米sigebicmos工艺的121至137ghzd四倍频器。所讨论的四倍频器内核的直流功率消耗和输入缓冲器的直流功率消耗分别为6.4mw和28.8mw；

-美国专利申请公开号2017/0288607a1(通过引用并入)，其讨论了包括利用复合耦合器同相-正交驱动的平衡倍频对的集成的四倍频器，在不考虑倍增器级的阻抗时，可有效地形成与输入驱动源匹配的“单边”倍增器。该文献讨论了一种架构，该架构使用在薄硅支撑膜上制造的准垂直gaas变容二极管来实现输出频率为160ghz的集成的四倍频器。在该文献中讨论的四倍频器具有平衡的电路架构和独特的准垂直二极管工艺，该平衡的电路架构解决通常由倍增器级之间的阻抗失配引起的降级问题，该独特的准垂直二极管工艺导致集成的嵌入式芯片模块，该嵌入式芯片模块集成了18个变容二极管、匹配网络和梁式引线(beamleads)，该梁式引线用于安装适合倍频器波导壳体的定制芯片，从而实现高再现性以及制造和性能方面的一致性。

如上述，已知的技术方案可能会有以下缺陷中的一个或多个：

高架构复杂性；

例如，c类和ab类驱动的高复杂性的组件的采用；

足够的，例如，高电源电压的水平；以及

杂散谐波的生成。

技术实现要素：

一个或多个实施例的目的是有助于提供对上述传统技术的改进和增强。

根据一个或多个实施例，该目的能够通过具有所附权利要求中阐述的特征的方法来实现。

频率倍增方法可以是这种方法的示例。

一个或多个实施例可以涉及相应的电路(例如，集成电路，以用于实现根据实施例的方法)。

一个或多个实施例可以涉及相应的电路(例如，雷达传感器)。

一个或多个实施例可以涉及相应的交通工具(例如，配备有根据实施例的电路的汽车)。

权利要求是参考实施例在此提供的技术教导的不可分割的整体。

可以通过关注提供毫米波波长信号，简称mmw信号的可能用途来开发一个或多个实施例。

然而，一个或多个实施例实际上可应用于操作频率的任何可能的范围。

可以通过关注提供四倍于输入信号的倍增系数的倍频器的可能用途来开发一个或多个实施例。

然而，一个或多个实施例实际上可应用于任何可能的倍增系数。

一个或多个实施例可以使用正交驱动的一对双平衡的频率倍增器，例如，通过90°移相器将相同的输入信号分成两个。

一个或多个实施例可以采用单个平衡的倍增器。

一个或多个实施例可以有利地：

-涉及低电源电压；

-提供具有宽频带特性的信号，例如，由于单平衡的倍增器；

-提供紧凑的架构，有利于抑制输出中不期望的基频和倍频谐波分量，仅提供期望的四倍频率的信号；

-生成正弦信号；

-避免在系统中生成更多的杂散谐波的级联倍增器，该级联倍增器反过来可使用专用滤波器来抑制这些杂散谐波。

一个或多个实施例可以有利地提供紧凑的设备。

一个或多个实施例可有利于改善射频分量的性能，例如，用于宽带应用。

附图说明

现在将仅通过非限制性示例的方式，参考附图来描述一个或多个实施例，其中：

图1是常规的四倍频工艺的框图；

图2是根据本公开的电路的一个或多个实施例的示例图；

图2a是图2的电路中的一部分的信号的一个或多个实施例的示例图；

图3是图2的电路的一部分的一个或多个实施例的示例图；

图3a和图4是图2和图3的电路中的信号的示例图；

图5是根据本公开的方法的实例图；

图6是根据本公开的频率配置的示例图；以及

图7是根据本公开的交通工具的示例图。

具体实施方式

随后的说明书示出了一个或多个具体细节，旨在提供对本说明书的实施例示例的深入理解。可以在缺少一个或多个特定细节，或者采用其他方法，部件，材料的情况下获得实施例。在其他情况下，未示出或详细描述结构，材料或操作，因此实施例的某些方面将不会被模糊。

在本说明书的框架中，提到“实施例”或“一个实施例”，其旨在说明包含在至少一个实施例中的相关实施例描述的特定配置、结构或特性。因此，诸如“在实施例中”或“在一个实施例中”的短语可以出现在本说明书的一个或多个地方，不一定指代同一个实施例。

此外，在一个或多个实施例中，可以以任何适当的方式组合特定的构造，结构或特性。

本文使用的参考仅为了方便起见，因此不限定保护范围或实施例的适用范围。

在整个本说明书中，出于便于识别组件的目的将使用序数(例如，第一，第二，第三，…)。另外将理解，这样的序数仅用于上述目的，并且不应以限制或间接限制实施例的意义来解释。

首先可以参考图2对示例性的实施例进行详细描述。

为了简洁起见，在下文中相同的附图标记可以指代端口、节点和在该端口和节点处的信号。

应注意的是，出于简单起见，以下关于提供具有倍增因子n＝4的输出信号(具有四倍于输入信号频率的频率的输出信号)的电路布置讨论涉及原理性的基础实施例，另外应理解的是，这样的图号是纯示例性的，并且不应被限制解释。

在一个或多个实施例中，如在图2中所示的倍频器200，可以包括：

-振荡器180，被配置为生成周期性的输入信号sf0；

-输入端口sf0，被配置为接收具有已知频率和相位的输入信号sf0。例如，这样的输入信号sf0可以是具有输入频率值f0和输入相位值的正弦信号，并且其可被表达为，例如，

-移相器网络210，例如，三端口网络，被耦合到该输入端口sf0并且被配置为接收输入信号sf0，并且被配置为在各个输出端口处提供一组信号该不同相位的信号具有同样的频率f0(例如，输入信号频率)和相差90°或π/2弧度的相位(例如φ1＝φ0+π/2)；

-一组频率倍增器组220a，220b，被耦合到移相器网络210的各自的输出端口，该一组频率倍增器组220a，220b可以被配置为接收和整流一组不同相位的信号并且被配置为提供一组经整流的信号

-公共节点s，例如叠加节点s，公共节点s被配置为接收和组合一组经整流的信号以提供经组合的信号s，该经组合的信号s具有在倍增因子n乘以输入信号频率的频率处的谐波分量sf4，例如，n＝4，例如作为组合s的结果，例如，是整流信号的总和或叠加；和

-处理电路240，例如，电容性dc-解耦电路，被耦合到该公共节点s，被配置为从组合信号s移除dc分量，例如，使其平均值中心为0。

可以发现这种架构200适合于生成毫米波信号，例如，有利于提高振荡器(例如，电压控制振荡器，简称为vco)的生产裕度。

在一个或多个实施例中，由移相器网络210提供的一组不同相位的信号可以包括：

-第一信号实质上为输入信号的副本其可以表示为：和

-第二信号具有不同于第一相位的第二相位该第二信号可以正交于输入信号sf0，例如，与输入信号的相位相差90°相位和/或与第一信号的相位相差其可以表示为：

在一个或多个实施例中，移相器网络210可以被配置为接收经由传输线提供的输入信号sf0，并且被配置为经由耦合在各个网络输出端口处(例如，在三端口的网络210中)的传输线将不同相位的信号提供给倍增器级220a，220b。

例如，移相器网络210可以包括无源组件，例如，电阻器和电容器的rc，或者通过专门用于高频的传输线。

图2a示出了一组不同相位的信号的示例性的时序图，该一组不同相位的信号具有周期t0＝1/f0并且彼此正交，例如，第二信号与第一信号正交。

在一个或多个实施例中，在电路装置200中的频率倍增器组220a，220b可以包括：

-第一倍增器220a，被配置为接收第一信号并被配置为提供在经整流的信号组中的第一整流信号作为输出，和

-第二倍增器220b，被配置为接收第二信号并被配置为提供在经整流的信号组中的第二整流信号作为输出。

在一个或多个实施例中，第一倍增器220a和第二倍增器220b可以包括类似的频率倍增器架构220，如以上参照图3所讨论的。

一个或多个实施例，频率倍增器组220a，220b可以包括双平衡的频率倍增器架构200，例如，基于如下面讨论的第一平衡的倍增器。

图3是频率倍增器装置220的实施例的示例图，该频率倍增器装置220可以被应用在电路200中的一组倍增器220a，220b中。

在一个或多个实施例中，频率倍增器装置220可以用于将输入信号频率值f0加倍。

在图2和图3所示的一个或多个实施例中，频率倍增器装置220可以包括：

-第一输入节点b1，被配置为接收第一波形信号例如，第一波形信号可以表达为：和

-第二输入节点b2，被配置为接收与第一波形信号反相的第二波形信号非例如第二波形信号非可以表达为非

-输出节点l，被配置为提供整流的倍频信号作为输出，和

-接地节点gnd和电压供应节点v。

在一个或多个实施例中，可以接收来自将移相器网络210与倍增器组220a，220b耦合的传输线中的相应平行线的第一波形信号和第二波形信号。

在一个或多个实施例中，倍增器装置220可以包括耦合在第二输入节点处的反相器(未示出)，该反相器被配置为生成与第一波形信号反相的第二波形信号非

在一个或多个实施例中，移相器网络210包括差分网络，该差分网络被配置为将第一信号和第二信号提供给相应的第一倍增器和第二倍增器220a，220b，作为一对彼此反相的信号副本非

在一个或多个实施例中，第一输入节点b1和第二输入节点b2可以被耦合到在一组频率倍增器220a，220b的频率倍增器装置220中的平衡的一对晶体管q1，q2的相应控制端子。

在一个或多个实施例中，平衡的晶体管对q1，q2可以包括双极型晶体管或mosfet晶体管。

例如，平衡的晶体管对q1，q2可以包括：

-第一晶体管q1，具有第一输入节点b1(例如，基极端子)，被耦合到倍增器装置220的输入节点，并且

-第二晶体管q2，具有第二输入节点b2(例如，基极端子)，被耦合到倍增器装置220的输入节点。

在一个或多个实施例中，第一晶体管q1和第二晶体管q2可具有耦合到电压供应节点v的第一共用端子c，例如，共用的集电极，以及在相应的晶体管q1，q2中形成电流路径的第二共用端子，例如，共用的发射极。

在一个或多个实施例中，负载rfl，例如，阻抗负载，可以被耦合在第二公共节点e和接地端gnd之间。

在一个或多个实施例中，倍增器装置220的输出节点l可被配置为感测负载rfl上的，例如，在第二共用控制端子e和负载rfl的端子之间的，经整流的信号。

在一个或多个实施例中，倍增器装置220可以在输出节点l处提供经整流的信号该输出节点l被耦合到相应的第一倍增器和第二倍增器220a，220b的公共节点s；当接收彼此反相的第一输入信号和第二输入信号非和/或将上述彼此反相的第一输入信号和第二输入信号非分别施加在第一晶体管q1和第二晶体管q2的第一节点b1和第二节点b2的控制端子上时，该经整流的信号例如为，在负载rfl感测到的全波整流，作为两个晶体管q1和q2的整流结果。

在示例性的晶体管整流操作中，例如：

-当第一晶体管q1接收第一输入信号中的正半波时，第二晶体管q2接收第二输入信号的负半波非因此，第一晶体管导通，将输入信号半波提供给负载，并在第二晶体管截止时对其进行感测。

-当第一晶体管q1接收第一输入信号中的负半波时，第二晶体管q2接收第二输入信号的正半波非因此第二晶体管导通，将输入信号的正半波提供给负载，并在第一晶体管截止时对其进行感测。

例如，全波整流器220可以在耦合到电路装置200中的公共节点s的节点l处，将输入波形非转换为全波整流的信号并且信号可以具有恒定的极性，例如，正极或负极。

倍增器装置220的一个或多个实施例可具有宽带宽和高转换效率。

例如，在相应的晶体管的控制端子q1，q2处接收的输入信号非是具有角频率ω的正弦信号的示例情况下，在输出节点l处感测到的全波整流的信号可以具有多个谐波的贡献，如可见于傅立叶级数x(t)，其可以被表示为：

在一个或多个实施例中：

-第一倍增器220a可以提供第一全波经整流的信号例如具有与第一信号的相位值相等的相位值和

-第二倍增器220b可以提供第二全波经整流的信号例如具有两倍于第二信号的相位值的相位值例如，相对于第一全波经整流的信号偏移180°或π弧度。

图3a是第一全波经整流的信号(例如，由第一倍增器220a提供)和具有周期t2＝1/f2的第二全波整流的信号sf2φ2(例如，由第二倍增器220b提供)的时序图的示例。

在一个或多个实施例中，如在图2中所示，公共节点s可以接收第一全波经整流的信号和第二全波经整流的信号例如，该第二全波经整流的信号相对于第一全波整流的信号移位(例如，延迟或提前)半周期t2/2的时间(换句话说，第二全波整流的信号相对于第一全波整流的信号相移180°)。

在一个或多个实施例中，该公共节点s可以被配置为在不同相位的一组经整流的信号中组合第一整流的信号和第二整流的信号例如通过叠加。

在一个或多个实施例中，公共节点s可以被配置为生成组合信号s，其包括经整流的谐波分量，例如，整流总和信号中具有频率值f4的谐波贡献sf4，频率值f4四倍于输入信号sf0的输入频率值f0。

例如，在所考虑的示例中，为了使组合信号具有在频率值f4处的谐波分量，该频率值f4对应于毫米波长范围内的波长λ4(例如λ4＝250微米)，则例如由振荡器180提供的输入信号sf0可以因此具有第一频率值f0和对应地设计的相应波长λ0，例如λ0＝1毫米(其中波长和频率为已知公式λ＝c/f中相关的λ和f，其中c是在光传播介质中的光速)。

在一个或多个实施例中，可以对组合信号s中的谐波分量进行滤波240，例如，可以通过电容性处理电路240移除dc分量。

图4是作为信号组合s的结果的谐波分量sf4的一个或多个实施例的示例时序图，该谐波分量sf4正比于具有四倍于输入信号频率f0的频率f4的主要的谐波贡献，例如f4＝4*f0。例如，组合信号s可以具有周期t4＝1/f4。

图5是一种信号处理方法的示例图，包括：

-提供500具有输入频率值f0的输入信号sf0，例如，通过振荡器180提供，例如，电压控制振荡器(简称为vco)；

-生成510一组不同相位的信号由彼此正交的信号组成，例如，相移90°，例如由相移网络210提供。

-处理520一组不同相位的信号并且生成彼此相移的一组经整流的信号期具有两倍于输入频率值f0的第二频率值f2；例如，生成经整流的信号可以包括采用组成倍增器装置220一组的倍增器装置220a,220b。

-在公共节点s处组合540一组经整流的信号并生成组合信号s，其具有在第三频率值f4处的谐波信号sf4，例如四倍于输入频率值f0。

在一个或多个实施例中，处理540经整流的一组不同相位的信号可以包括将这些信号相加，并且可选地，例如，通过电路240从总和信号sf4滤除dc分量。

在一个或多个实施例中，生成540信号sf4可以使用运算电路240而被执行，例如，经由电容性元件从谐波信号sf4滤除dc偏移。

一个或多个实施例可以包括“堆叠”或“级联”的一组电路装置200，以提供非常高的倍增因子，例如，以定制的方式(经由图5底部的连续点所表示的)。

在一个或多个实施例中，倍频可以包括倍频器装置，该倍频器装置包括倍频器200、200’，200”的堆叠或级联600，如图6所示。例如，对于具有多个级的级联600：

-振荡器180，例如，电压控制振荡器vco，被配置为生成振荡输入信号sf0，

-第一倍频器200，接收输入信号sf0和提供第一谐波信号sf4，其具有n＝4倍于输入信号的频率；

-第二倍频器200’，被耦合到第一倍频器200和第三倍频器200”，其接收第一倍增的信号sf4和提供第二倍增的信号sf16，其具有n’＝4²倍于输入信号sf0的频率；

-第三倍频器200”，耦合到第二倍频器200’，接收第二频率倍增的信号sf16，并且提供第三频率倍增的信号sf64作为输出，其具有n”＝4³倍于输入信号的频率，……依此类推，直到

堆叠中的最后一个倍频器，接收第(m-1)个倍频信号，并提供第m倍增的信号作为输出，其具有频率为n”＝4^m。

图7是交通工具v的一个或更多个实施例的示例图，例如汽车，包括驾驶员辅助系统，包括电路200和/或装置600；天线tx，例如，；毫米波收发器的传输天线。

如图7所示的电路200或频率装置600，可以有利于驾驶员或在交通工具v中的驾驶员辅助系统检测沿道路，例如街道十字路口的行人p，以提高道路的安全性。

一个或多个实施例可以包括电路(例如200)，该电路包括：

-输入端口，被配置为接收具有输入频率的输入信号(例如，sf0)，该输入频率具有第一频率值(例如，f0)；

-移相器网络(例如，210)，被耦合到输入端口，移相器网络被配置为接收该输入信号并且从中产生第一信号(例如，)和第二信号(例如，)，第一信号和第二信号彼此正交；

-具有公共节点(例如，s)的倍频器电路(例如220a，220b；220)，倍频器电路包括：

a)耦合到移相器网络的第一整流器(例如220a)，该第一整流器被配置为对来自移相器网络的第一信号进行整流并将具有第二频率值(例如，f2)，两倍于第一频率值的第一整流的信号(例如，)施加在公共节点上；并且

b)耦合到移相器网络的第二整流器(例如220b)，该第二整流器被配置为对来自移相器网络的第二信号进行整流并且将具有所述第二频率值，两倍于第一频率值的第二整流的信号(例如，sf2)施加到公共节点上。

其中，第一经整流的信号和第二经整流的信号的组合信号(例如，s)在公共节点处可获得，该组合信号包括在频率值(例如，f4)四倍于上述第一频率值处的谐波分量(例如，sf4)。

在一个或多个实施例中：

-移相器网络可以被配置为产生上述第一信号和上述第二信号中的每个信号，作为彼此反相的一对信号副本(例如，非)；

-在倍频器电路中的第一整流器和第二整流器，可以包括具有控制端子(例如，b1，b2)的第一晶体管(例如，q1)和第二晶体管(例如，q2)，控制端子被配置为接收在彼此反相的上述一对信号副本中的上述信号副本的相应的一个，第一晶体管和第二晶体管具有通过第一晶体管和第二晶体管的、并联地布置在从电压供应节点(例如，v)到被参考至接地(例如，gnd)的负载(例如，rfl)之间的电流线中的相应的电流路径，其中公共节点耦合在上述负载与第一晶体管和第二晶体管的并联装置之间。

在一个或多个实施例中，电路可以包括耦合到输入端口的电压控制振荡器(例如，180)，并且该电压控制振荡器被配置为生成具有该第一频率值的上述输入信号。

在一个或多个实施例中，电路可以包括电压控制振荡器(例如，180)，该电压控制振荡器被配置为生成具有频率四倍于在毫米波范围内的第一频率值的输入信号。

在一个或多个实施例中，电路可以包括解耦电路(例如240)，该解耦电路耦合到公共节点并且被配置为从所述组合信号移除dc分量。

一个或多个实施例可以包括倍频器装置(例如600)，其包括根据一个或多个实施例的多个电路的级联装置(例如200、200’，200”)，其中至少一个级联装置(例如200、200’，200”)中的电路(例如200’)的输入节点(例如sf16)耦合到该级联装置中的另一个电路(例如200)的公共节点(例如sf4)。

一个或多个实施例可以包括一种系统，该系统包括：

-根据一个或多个实施例的电路或根据一个或多个实施例的倍频器装置；

-耦合到上述电路的公共节点或耦合到级联装置中的另一个电路的公共节点(例如，sf4、sf16、sf64)的发射端天线(例如，tx)。

在一个或多个实施例中，系统可以包括车载雷达传感器系统。

一个或多个实施例可以包括配备有根据一个或多个实施例的车载雷达传感器系统的交通工具(例如，v)。

一个或多个实施例可以包括一种方法，该方法可以包括：

-接收(例如，500)具有输入频率的输入信号(例如，sf0)，该输入频率具有第一频率值；

-对输入信号采取(例如，510)相移处理并从中产生第一信号(例如，)和第二信号(例如，)，第一信号和第二信号(例如，)彼此正交。

-a)对第一信号整流(例如，520)，以从中产生第一整流的信号(例如，)，其具有两倍于第一频率值的第二频率值；

-b)对第二信号整流(例如，520)，以从中产生第二整流的信号(例如，)，其具有两倍于第一频率值的第二频率值。

将上述第一整流的信号和上述第二整流的信号施加(例如540)到公共节点，其中在该公共节点处，可获得所述第一整流信号和所述第二整流信号的组合信号(例如，s)，该组合信号(例如，s)包括在频率值(例如，f4)四倍于所述第一频率值处的谐波分量。

在一个或多个实施例中，该方法可以包括从所述组合信号移除dc分量。

另外将理解，在整个说明书以及说明书附图中示例的各种独立的实施选项不一定旨在采用附图中示例的相同组合。因而，一个或多个实施例可以相对于附图中示例的组合独立地和/或以不同的组合来采用这些(另外是非强制性的)实施选项。

在不损害本发明的基本原理的情况下，细节和实施例可以在不偏离本发明的范围的情况下参考已经仅仅通过示例方式描述的内容而变化，甚至是明显的变化。本发明的保护范围由所附权利要求来限定。