[发明专利]基于瓦片的相控阵架构和通信方法

说明书

提供了一种基于瓦片的相控阵架构和通信方法，具体地，提供了一种射频集成电路(RFIC)和通信方法。RFIC包括锁相环(PLL)和数据流电路以及与PLL和数据流电路通信的多个瓦片。多个瓦片包括用于RFIC的每个频带的至少一个瓦片。多个瓦片被配置为在级联序列中的瓦片之间进行数据流信号通信。多个瓦片中的每个瓦片包括用于在中频(IF)和射频(RF)之间对数据流信号进行变频的多个上/下变频混频器。每个瓦片还包括多个前端(FE)元件，每个FE元件与对应的天线和多个上/下变频混频器中的一个上/下变频混频器通信。

本申请基于并要求于2021年2月1日在美国专利商标局提交的序列号为63/144,222的美国临时专利申请和于2021年4月20日在美国专利商标局提交的序列号为17/235,415的美国专利申请的优先权，上述申请的内容通过引用合并于此。

技术领域

本公开总体上涉及多频带相控阵，并且更具体地，涉及基于瓦片的多频带相控阵。

背景技术

移动通信装置之间的高速数据发送需要高带宽通信信道。第五代(5G)蜂窝技术已经扩展到毫米(mm)波频带以利用可用的宽频带。相控阵技术是指采用以与载波波长成比例的距离间隔开的多个发送器/接收器天线。这些技术在支持毫米波数据链路中起关键作用。随着高n260频带(37-40GHz)和低n257频带(26.5-29.5GHz)朝向更大的商业化发展，更高的频带(例如，47.2-48.2GHz、40-43GHz和60GHz)也正在被开发。

通常地，采用射频(RF)相移架构的相控阵在单芯片阵列或在多芯片模块化相控阵中被实现。

图1是示出单芯片互补金属氧化物半导体(CMOS)相控阵的图。单个相控阵芯片102从超外差架构中的中心芯片以中频(IF)接收信号。单个相控阵芯片102将信号从IF变频为射频(RF)，并以RF通过一个或更多个天线发送信号。因此，IF是单个相控阵芯片102的输入频率，并且RF是在单个相控阵芯片102的一个或更多个天线处发送和接收信号的频率。

单个相控阵芯片102集成了驱动相应天线所需的所有前端(FE)元件104-1至104-n。FE元件包括为每个天线重复的电路。具体地，每个FE元件包括低噪声放大器(LNA)106、功率放大器(PA)108、移相器(PS)110和发送/接收(T/R)开关112。在数据流信号A和B的发送期间，具有上/下变频混频器的片上分配网络(或数据流电路)114将数据流信号A和B从中频(IF)变频为射频(RF)，并将变频后的信号提供给相应的FE 104-1至104-n。该架构适合于小型设备解决方案，这是因为所有无线电元件(诸如例如时钟生成电路、校准电路和微处理器)被集成到同一裸片上。

常规的多芯片相控阵也可被组合在印刷电路板(PCB)上。PCB上的单元元件是小波束形成器芯片(例如，2×2或四元件芯)。每个波束形成器芯片仅包括PA、LNA和PS。分配网络(数据流电路)和锁相环(PLL)不被包括在波束形成器芯片中。

虽然PCB上的架构比图1的架构更容易扩展，但是由于多芯片方法，它占据更大的面积。因此，PCB上的架构不适合于针对组件具有有限面积的移动装置。此外，由于多个芯片之间的切换以及PCB，该架构固有地消耗更多功率。

发明内容

根据一个实施例，提供了一种射频集成电路(RFIC)。RFIC包括PLL和数据流电路以及与PLL和数据流电路通信的多个瓦片。所述多个瓦片包括用于RFIC的每个频带的至少一个瓦片。所述多个瓦片被配置为在在级联序列中的瓦片之间进行数据流信号通信。所述多个瓦片中的每个瓦片包括用于在IF与RF之间对数据流信号进行变频的多个上/下变频混频器。每个瓦片还包括多个FE元件，每个FE元件与对应的天线和所述多个上/下变频混频器中的一个上/下变频混频器通信。