具有加权位的高分辨率衰减器或移相器

相关申请的交叉引用

本申请要求以下专利申请的优先权，以下专利申请被转让给本发明的受让人，以下专利申请的内容通过引用整体并入本文：于2018年6月20日提交的题为“HighResolution Attenuator or Phase Shifter with Weighted Bits”的美国专利申请序列号16/013,844。

背景技术

(1)技术领域

本发明总体上涉及电子电路，并且更特别地，本发明涉及电子衰减器和/或移相电路。

(2)背景技术

数字步进衰减器

数字步进衰减器(digital step attenuator,DSA)是以离散步长降低信号功率而不使其波形明显失真的电子装置。DSA经常与诸如用于广播无线电的收发器、蜂窝电话和基于RF的数字网络(例如，蓝牙、Wi-Fi)的射频(RF)系统一起使用。

典型的DSA包括串联级联的可切换双态衰减器级。例如，图1是现有技术的二进制加权DSA100的示意图。示出了四个串联连接的衰减器级102a至衰减器级102d。在将所提供的控制字解码成各个控制线106的选择器104的控制下，每个衰减器级102a至衰减器级102d可以被切换到有效的“衰减”状态或“旁路”状态(也称为“参考状态”)。可以认为每个衰减器级102a至衰减器级102d具有与一个单独的控制线106相关联的“位(bit)位置”。在该示例中，应用于选择器104的4位控制字可以以最小步长大小1dB设置从没有添加衰减(即，旁路状态中的所有级)到15dB衰减(即，衰减状态中的所有级)的16种衰减组合。

可以用包括桥接T型衰减器、T型衰减器、pi型衰减器和L-pad(L垫)型衰减器的各种电路来实现各个衰减器级102a至衰减器级102d。例如，图2A是现有技术桥接T型衰减器200的示意图。当旁路开关SwB被设置成传导信号并且分路开关SwSh被设置成阻断信号时，施加在输入(In)端口处的信号被传导至输出(Out)端口，并且桥接T型衰减器200处于参考状态。当旁路开关SwB被设置成阻断信号并且分路开关SwSh被设置成传导信号时，施加在输入端口处的信号由于串联Rs与分路Rsh电阻器彼此的相互作用以及与阻抗Z

作为衰减器级的另一示例，图2B是现有技术pi型衰减器210的示意图。如图2A所示，当旁路开关SwB被设置成传导信号并且成对的分路开关SwSh被设置成阻断信号时，施加在输入端口处的信号被传导至输出端口，并且pi型衰减器210处于参考状态。当旁路开关SwB被设置成阻断信号并且分路开关SwSh被设置成传导信号时，施加在输入端口处的信号由于串联Rs与分路Rsh电阻器的相互作用而在输出端口处以已知方式衰减，并且pi型衰减器210处于衰减状态。同样，衰减程度由Rs和Rsh电阻器的值确定。

DSA还可以包括具有多个分路衰减器级的传输线。例如，图2C是现有技术可分路传输线数字步进衰减器220的示意图。传输线222(例如，微带、共面波导或者等效结构或电路)耦合至一个或更多个分路衰减器级224，每个分路衰减器级224包括至少分路电阻器Rsh和分路开关SwSh。虽然分路衰减器级224在信号传导方面并非确实地彼此串联连接，但是每个分路衰减器级224连接到传输线222的有限部分，并且然后，该组合结构与其他类似结构串联连接以形成整个传输线222，从而实现类似于图1的串联构造的衰减行为。通过将一个或更多个分路开关SwSh切换至导通状态，施加在输入端口处的信号在输出端口处被衰减，从而将信号能量的一部分分路到接地并且因此使所施加的信号衰减。对于传输线衰减器220的一个约束是每级的衰减通常被限制为约1dB或2dB。

作为另一示例，可以以已知方式使用混合耦合器和耦合至混合耦合器的直接端口和耦合端口的一个或更多个电阻性反射端接电路来制造DSA。在2016年7月15日提交的题为“Hybrid Coupler with Phase and Attenuation Control”的美国专利申请第15/212,046号中描述了这样的DSA的示例(还描述了基于混合耦合器的数字移相器)，该专利申请被转让给本发明的受让人并且据此通过引用并入本文。

应当理解，图2A至图2C中示出的衰减器级的特定电路可以针对具体应用而变化。此外，DSA的衰减器级不必是统一类型的。例如，一些衰减器级可以是pi型衰减器，而其他衰减器级可以是桥接T型衰减器。在2016年1月14日提交的题为“Digital Step Attenuator”的美国专利申请序列号14/996,078中描述了这样的DSA构造的示例，该美国专利申请被转让给本发明的受让人并且据此通过引用并入本文。此外，DSA的一些级或所有级可以提供多于一个衰减水平，在这样的情况下，对应数量的位位置将被分配给这样的级。在2016年12月27日公布的题为“Improved Multi-State Attenuator”的美国专利第9,531,359号中描述了多态衰减器级的示例，该专利被转让给本发明的受让人并且据此通过引用并入本文。

数字步进移相器

电子移相器电路用于改变信号的传输相位角，并且通常用于使RF信号移相。RF移相器电路可以用于诸如同相鉴别器、波束形成网络、功率分配器、功率放大器的线性化以及相控阵天线等的应用。

数字移相器(digital phase shifter,DPS)电路是串联连接的多个移相器级的数字受控集合，该串联连接的多个移相器级提供类似于DSA 100通过控制字直接地或在解码之后选择的相位状态离散集合。例如，图3是现有技术的二进制加权DPS 300的示意图。示出了四个串联的移相器级302a至移相器级302d。在将所提供的控制字解码成各个控制线306的选择器304的控制下，每个移相器级302a至移相器级302d可以被切换到有效的“相移”状态或“旁路”状态(也称为“参考状态”)。因此，可以认为每个移相器级302a至302d具有与一个单独的控制线306相关联的“位位置”。在该示例中，应用于选择器304的4位控制字可以以最小步长1°设置从没有添加的相移(即，旁路状态下的所有级)到15°相移(即，相移状态的所有级)的16种相移组合。

可以用各种电路实现各个移相器302a至移相器302d。例如，图4A是现有技术基于电感器的移相器400的示意图。当开关Sw1、Sw2被设置成连接至旁路路径时，施加在输入端口处的信号被传导至输出端口，并且移相器400处于参考状态。当开关Sw1、Sw2被设置成连接至电感器L时，施加在输入端口处的信号通过电感器L传导至输出端口，并且移相器400处于相移状态。移相的程度由电感器L的值确定。

作为另一个示例，图4B是现有技术基于电容器的移相器410的示意图。当开关Sw1、Sw2被设置成连接至旁路路径时，施加在输入端口处的信号被传导至输出端口，并且移相器410处于参考状态。当开关Sw1、Sw2被设置成连接至电容器C时，施加在输入端口处的信号通过电容器传导至输出端口，并且移相器400处于相移状态。移相的程度由电容器C的值确定。

DPS还可以包括具有多个分路移相元件的传输线。例如，图4C是现有技术可分路传输线移相器420的示意图。传输线422(例如，微带、共面波导或者等效结构或电路)耦合至一个或更多个分路移相器级424，在该示例中，每个分路移相器级424包括至少分路电容器Csh和分路开关SwSh。虽然分路移相器级424在信号传导方面并非确实地彼此串联连接，但是每个分路移相器级424连接到传输线422的有限部分，并且然后，该组合结构与其他类似结构串联连接以形成整个传输线422，从而实现类似于图3的串联构造的移相器行为。通过将一个或更多个分路开关SwSh切换至导通状态，施加在输入端口处的信号在输出端口处被移相，从而使所施加的信号被移相。

作为另一示例，可以以已知方式使用混合耦合器和耦合至混合耦合器的直接端口和耦合端口的多个电容性或电感性反射端接电路来制造DPS。在2016年1月5日提交的题为“Reflection-Based RF Phase Shifter”的美国专利申请第14/988/463号中描述了这样的DPS的示例(基于混合耦合器的DSA是类似的，除了所示的电容性反射端接电路将用电阻性反射端接电路代替之外)，该专利申请被转让给本发明的受让人并且据此通过引用并入本文。

如应当理解的，图4A至图4C中示出的移相器级的特定电路可以针对具体应用而变化。此外，DPS的移相器级不必是统一类型的。此外，DPS的一些级或所有级可以提供多于一个移相水平，在这样的情况下，对应数目的位位置将被分配给这样的级。在2016年2月5日提交的题为“Low Loss Multi-State Phase Shifter”的美国专利申请第15/017,433号中描述了多状态移相器级的示例，该申请被转让给本发明的受让人并且据此通过引用并入本文。

级的位位置加权

在诸如上述示例的DSA和DPS中，通常将每个衰减器级或移相器级描述为被分配与来自相关联的选择器104、304与各个控制线106、306中的一个控制线相对应的位位置。例如，在图1中，衰减器级102d可以被认为与4位二进制加权控制字的最高有效位(mostsignificant bit,MSB)相关联，而衰减器级102a可以被认为与4位二进制加权控制字的最低有效位(least significant bit,LSB)相关联。二进制加权控制字“1001”将衰减器级102d和衰减器级102a设置成有效衰减状态(在所示的示例中总计为9dB)，而将衰减器级102b、衰减器级102c设置成旁路(参考)状态。

虽然DSA和DPS的上述示例使用二进制加权控制字，但是通常使用的其他位位置加权方案是温度计加权(即，随着状态的每个单位改变，衰减或相移值的递增或递减改变)和混合温度计/二进制加权。可以在2016年7月19日公布的题为“Segmented Attenuator withGlitch Reduction”的美国专利第9,397,635号中找到这样的常规加权的进一步描述，该专利被让给本发明的受让人并且据此通过引用并入本文。

这样的常规加权的问题是分辨率受限于LSB值(即，最小衰减器级值或最小移相器级值)。因此，例如，图1的二进制加权DSA 100具有的分辨率为1dB；类似地，图3的二进制加权DPS 300具有的分辨率为1°。作为另一示例，在诸如图2C所示的传输线DSA 220中，通常期望具有以四分之一波长(λ/4)间隔沿传输线222重复的衰减器级224，该衰减器级224具有类似定值的分路电阻器Rsh。为了避免传输线加载，温度计编码必须用于类似定值的分路电阻器。因此，为了获得合理的最大衰减范围，所需的衰减器级和因此的控制线的数量以及相关的IC面积将非常大。例如，用于需要衰减范围为21dB和分辨率为1dB的应用的传输线DSA220将需要21个以λ/4间隔的分路衰减器级224和21个控制线，因此增加了成本。类似的问题适用于DPS。但是尤其对于RF应用，通常优选具有更高的分辨率以提高精度。

因此，需要以相对低的成本提供高分辨率的DSA和DPS电路架构。本发明满足这种需求并且提供附加益处。

发明内容

本发明的实施方式使用抖动方法来对位进行加权以在数字步进衰减器(DSA)和数字移相器(DPS)中，特别是在传输线DSA和传输线DPS中，提供更高的分辨率。公开了若干抖动方法，但是每个方法与现有技术方法相比均提供了更高的分辨率，并且在许多情况下，提供了明显更高的分辨率，而无需额外的成本。因此，本发明的实施方式提供了将范围与分辨率分开的手段以允许更大的设计灵活性。利用这样的灵活性来实现传输线架构并且使得能够实现每个位位置具有小于约2dB衰减的实施方式。

更具体地，确定DSA或DPS中的级的位位置权重以使得能够选择提供期望的总衰减或相移范围的N个位位置的各种组合，同时还允许利用可用的大量状态(2

实施方式包括具有分配给位位置的级权重的DSA和DPS，该级权重是通过应用位位置加权函数确定的，该位位置加权函数产生信号改变(即，衰减或相移)的分数中间步长。信号改变的分数中间步长具有比最低定值级(lowest-valued stage)的信号改变值更精细的分辨率。位位置加权函数可以是线性级数函数、交替线性级数函数、几何级数函数、交替几何级数函数、调和级数函数或交替调和级数函数中之一。此外，至少一个级的信号改变值可以被设置成并非通过位位置加权函数确定的固定值。

在附图和以下描述中阐述了本发明的一个或更多个实施方式的细节。根据说明书和附图以及根据权利要求书，本发明的其他特征、目的和优点将是明显的。

附图说明

图1是现有技术二进制加权DSA的示意图。

图2A是现有技术桥接T型衰减器的示意图。

图2B是现有技术pi型衰减器的示意图。

图2C是现有技术可分路传输线数字步进衰减器的示意图。

图3是现有技术二进制加权DPS的示意图。

图4A是现有技术基于电感器的移相器的示意图。

图4B是现有技术基于电容器的移相器的示意图。

图4C是现有技术可分路传输线移相器的示意图。

图5A是使用均匀位位置加权的9位DSA的按位位置的衰减权重的曲线图。

图5B是示出可以针对图5A所示的位位置加权根据位位置状态的各种组合设置的可能衰减水平的曲线图。

图6A是使用线性级数位位置加权的9位DSA的按位位置的衰减权重的曲线图。

图6B是示出可以针对图6A所示的位位置加权根据位位置状态的各种组合设置的可能衰减水平的曲线图。

图6C是使用线性级数位位置加权的9位DSA的针对A0和K的不同值的按位位置的衰减权重的曲线图。

图6D是示出可以针对图6C所示的位位置加权根据位位置状态的各种组合设置的可能衰减水平的曲线图。

图7A是使用交替线性级数位位置加权的9位DSA的针对A0和K的不同值的按位位置的衰减权重的曲线图。

图7B是示出可以针对图7A所示的位位置加权根据位位置状态的各种组合设置的可能衰减水平的曲线图。

图8A是使用几何级数位位置加权的9位DSA的针对A0和K的不同值的按位位置的衰减权重的曲线图。

图8B是示出可以针对图8A所示的位位置加权根据位位置状态的各种组合设置的可能衰减水平的曲线图。

图9A是使用交替几何级数位位置加权的9位DSA的针对A0和K的不同值的按位位置的衰减权重的曲线图。

图9B是示出可以针对图9A所示的位位置加权根据位位置状态的各种组合设置的可能衰减水平的曲线图。

图10A是使用调和级数位位置加权的9位DSA的针对A0和K的不同值的按位位置的衰减权重的曲线图。

图10B是示出可以针对图10A所示的位位置加权根据位位置状态的各种组合设置的可能衰减水平的曲线图。

图11A是使用交替调和级数位位置加权的9位DSA的针对A0和K的不同值的按位位置的衰减权重的曲线图。

图11B是示出可以针对图11A所示的位位置加权根据位位置状态的各种组合设置的可能衰减水平的曲线图。

图12A是9位DSA的按位位置的衰减权重的曲线图，该9位DSA对位位置1至8针对A0和K的选定值使用交替调和级数位位置加权，其中，位位置9被分配固定值(在该示例中为0.25dB)。

图12B是示出可以针对图12A所示的位位置加权根据位位置状态的各种组合设置的可能衰减水平的曲线图。

图13是使用调和级数位位置加权和交替调和级数位位置加权的9位DSA的按位位置的排序衰减权重的曲线图。

图14是为多个信号改变级设置位位置权重的第一方法的过程流程图。

在各个附图中，相似的附图标记和名称指示相似的元件。

具体实施方式

本发明涵盖以相对低的成本提供高分辨率以及提供附加益处的DSA和DPS电路架构。通常，本发明的实施方式使用抖动(dithering)方法来对位进行加权以在数字步进衰减器(DSA)和数字移相器(DPS)中——特别是在传输线DSA和传输线DPS中——提供更高的分辨率。这样的实施方式的重要方面是它们比最低定值的单独衰减级或移相器级实现更精细的分辨率。

均匀位位置加权

为了更好地理解本发明的各个方面，考虑常规均匀(温度计)加权是有用的。出于说明的目的，将使用DSA示例，但是构思适用于DSA和DPS两者。

图5A是使用均匀位位置加权的9位DSA的按位位置的衰减权重的曲线图500。均匀位位置加权通常与传输线DSA一起使用。在示出的示例中，当切换到衰减状态时，九个位位置中的每一个具有1dB的衰减值(即，每个位位置可以将输入信号衰减-1dB)。数学地表示，第n位值＝A0，其中A0是常数(在该示例中是-1dB)，并且n＝位位置≥1。

在正常使用中，将通过递增地激活附加衰减器级来实现更高衰减水平，直到达到-9dB的最大衰减水平。然而，因为衰减器级可以在非衰减参考状态和有源衰减状态之间单独切换，所以实际上存在控制状态的512(2

图5B是示出可以针对图5A所示的位位置加权根据位位置状态的各种组合设置的可能衰减水平的曲线图。如曲线图曲线522所示，因为在不同衰减水平之间可用的最小分辨率是1dB，因此从0dB至-9dB的衰减水平是粗略步长函数。

二进制位位置加权也将表现出1dB的最小分辨率(但是如果使用9个级，衰减的范围将更大；然而，为了覆盖9个衰减水平，仅需要4个二进制加权级)。为了指出二进制位位置加权的限制，在衰减器的上下文中考虑最低有效位(LSB)和最高有效位(MSB)的数学定义会是有帮助的：

LSB＝Total_Attenuation_Range/(2

因此，可以通过增加位数N来使LSB相当小。然而，

MSB＝LSB*2

对于二进制位位置加权，如果假设2

表1示出了对于衰减器的位位置的数量变化的若干特定实施方式与二进制位位置加权有关的MSB问题。随着位数N的增加，MSB接近围绕4.5dB的近似恒定值(但是该值将受到上文提及的传输线DSA架构上的实际约束的进一步约束)。

表1

位位置权重的抖动(Dithering)

本发明的实施方式使用抖动方法来对位进行加权以在DSA和DPS中，特别是在传输线DSA和传输线DPS中提供更高的分辨率。下文公开了若干抖动方法，但是每个方法均在无需额外成本的情况下提供了比现有技术方法更高的分辨率，并且在许多情况下提供了明显更高的分辨率。抖动方法可以与类似于图1、图2C、图3和/或图4C所示类型但是具有下文描述的新颖位加权的DSA和DPS电路结合使用。

更特别地，确定DSA或DPS中的级的位位置权重以使得能够选择提供期望的总衰减或相移范围的N个位位置的各种组合，同时还允许利用可用的大量状态(2

线性级数位位置加权：在第一实施方式中，通过应用线性级数位位置加权来确定分配给DSA或DPS中的位位置的权重。数学地表示，第n位值＝A0+((n-1)×K)，其中A0是常数，n＝位位置≥1，并且K是非零比例常数。提供稍微不同的结果的替选形式是：第n位值＝A0-((n-1)×K)。

出于说明的目的，再次使用DSA示例(但是该构思同样适用于DPS)。图6A是使用线性级数位位置加权的9位DSA的按位位置的衰减权重的图600。如曲线图600所示，每个位位置(表示衰减器级)被设置为在从约0.6dB到约1.5dB的范围中的衰减水平。在所示的示例中，每个位位置的平均衰减水平约为1dB，但是相邻位位置之间的衰减水平的差约为0.11dB。因为与所有位位置的平均的方差不是特别大，并且最大位衰减水平保持在通常适合于传输线上的分路值的1dB至2dB范围内，这样的位位置加权对于传输线DSA(和传输线DPS)将是特别有用的。

在所示的示例中，可以选择性地激活位位置的组合以提供从0dB到约-9dB范围的总衰减。然而，通过利用大量可用的状态(在该示例中为512)，位位置的各种组合可以产生比图5A和图5B的现有技术示例精细得多的衰减分辨率的中间步长。例如，图6B是示出可以针对图6A所示的位位置加权根据位位置状态的各种组合设置的可能衰减水平的曲线图620。曲线图曲线522示出了由不同衰减水平之间可用的1dB最小分辨率产生的来自图5B的粗略步长函数。相比之下，曲线图曲线622示出了来自图6A中所示的位位置加权的、由不同衰减水平之间可用的更精细的最小分辨率(约0.11dB)产生的、达到近似相同的衰减总范围的精细得多的步长函数。

作为特定示例，如果位位置8具有的加权为1.5dB，并且位位置1具有的加权为0.6dB，则激活两个位提供的衰减为2.1dB——利用图5A所示的均匀位位置加权无法获得的值。

应当理解，上述数学表达式中的A0和K可以针对特定的应用变化。例如，图6C是使用线性级数位位置加权的9位DSA的针对A0和K的不同值的按位位置的衰减权重的曲线图640，并且图6D是示出可以针对图6C所示的位位置加权根据位位置状态的各种组合来设置的可能衰减水平的曲线图660。为了比较，曲线图曲线642a表示图5A的均匀位位置加权，并且曲线图曲线642b表示对应的可能衰减水平。

曲线图曲线644a表示其中A0约为1.1dB并且K约为0.1的位位置加权；曲线图曲线644b表示对应的可能衰减水平。曲线图曲线646a表示其中A0约为1.2dB并且K约为0.18的位位置加权；曲线图曲线644b表示对应的可能衰减水平。曲线648a表示其中A0约为1.3dB并且K约为0.3位位置加权；曲线图曲线644b表示对应的可能衰减水平。注意，作为一个示例，曲线图曲线644a和644b指示，与曲线图曲线642a和642b(分别取自图5A和图5B)相比，保持了每位的最大衰减，增大了范围并且显著地提高了分辨率。如图6D所示，较大的K值产生较大的总衰减范围，但分辨率略低。

应当理解，可以以不同的方式对位位置加权向物理DSA或DPS级的实际分配进行排序而不会改变结果——仅状态到物理级的映射将会改变。因此，例如，可以反转分配给位位置1和2的权重，并且可以将位位置加权值的任何其他物理排序分配给级。因此，应当理解，图6A至图6D中所示的非均匀加权的曲线图是计算可以被分配给DSA或DPS级的按顺序排序的集合的位位置权重的方便方式，而不是与要求将计算出的位位置权重严格分配给物理顺序级有关的限制。

交替线性级数位位置加权：在第二实施方式中，通过应用交替线性级数位位置加权来确定分配给DSA或DPS中的位位置的权重。数学地表示，第n位值＝A0+(-1)

图7A是使用交替线性级数位位置加权的9位DSA的针对A0和K的不同值的按位位置的衰减权重的曲线图700，并且图7B是示出可以针对图7A所示的位位置加权根据位位置状态的各种组合来设置的可能衰减水平的曲线图720。为了比较，曲线图曲线642a表示图5A的均匀位位置加权，并且曲线图曲线642b表示对应的可能衰减水平。

曲线图曲线702a示出了基于对A0和K的特定选择将每个位位置设置为在高于或低于1dB达至多约0.4dB的范围内的衰减水平；曲线图曲线702b表示对应的可能衰减水平。曲线图曲线704a示出了基于对K的另一特定选择(A0与曲线图曲线702a相同)，将每个位位置设置为在高于或低于1dB达至多约0.9dB的范围内的衰减水平；曲线图曲线704b表示对应的可能衰减水平。在这两种情况下，根据交替线性级数位位置加权的分辨率比传统均匀加权的分辨率精细得多。如上所述，可以以不同的方式对位位置加权向物理DSA或DPS级的实际分配进行排序而不会改变结果——仅权重到级的映射将会改变。

几何级数位位置加权：在第三实施方式中，通过应用几何级数位位置加权来确定分配给DSA或DPS中的位位置的权重。数学地表示，第n位值＝A0+K/2

图8A是使用几何级数位位置加权的9位DSA的针对A0和K的不同值的按位位置的衰减权重的曲线图800，并且图8B是示出可以针对图8A所示的位位置加权根据位位置状态的各种组合来设置的可能衰减水平的曲线图820。为了比较，曲线图曲线642a表示图5A的均匀位位置加权，并且曲线图曲线642b表示对应的可能衰减水平。

曲线图曲线802a示出了基于对A0和K的特定选择将每个位位置设置为在约1.25dB处开始并且下降从而渐进地接近约1dB的衰减水平；曲线图曲线802b表示对应的可能衰减水平。曲线图曲线804a示出了基于对A0和K的另一特定选择将每个位位置设置为在约1.75dB处开始并且下降从而渐进地接近约1dB的衰减水平；曲线图曲线804b表示对应的可能衰减水平。曲线图曲线806a示出了基于对A0和K的又一特定选择将每个位位置设置为在约3dB处开始并且下降从而渐进地接近约1dB的衰减水平；曲线图曲线862b表示对应的可能衰减水平。

在所有情况下，与常规均匀加权的分辨率相比，根据几何级数位位置加权的分辨率都更精细，并且在一些情况下精细得多。如上所述，可以以不同的方式对位位置加权向物理DSA或DPS级的实际分配进行排序而不会改变结果——仅权重到级的映射将会改变。

交替几何级数位位置加权：在第四实施方式中，通过应用交替几何级数位位置加权来确定分配给DSA或DPS中的位位置的权重。数学地表示，第n位值＝A0+(-1)

图9A是使用交替几何级数位位置加权的9位DSA的针对A0和K的不同值的按位位置的衰减权重的曲线图900，并且图9B是示出可以针对图9A所示的位位置加权根据位位置状态的各种组合来设置的可能衰减水平的曲线图920。为了比较，曲线图曲线642a表示图5A的均匀位位置加权，并且曲线图曲线642b表示对应的可能衰减水平。

曲线图曲线902a示出基于对A0和K的特定选择，将每个位位置设置为在约1.25dB处开始并且使值在1dB以下和以上交替下降从而渐近地接近约1dB的衰减水平；曲线图曲线902b表示对应的可能衰减水平。曲线图曲线904a示出基于对A0和K的另一特定选择，将每个位位置设置为在约1.75dB处开始并且使值在1dB以下和以上交替下降从而渐近地接近约1dB的衰减水平；曲线904b表示对应的可能衰减水平。曲线图曲线906a示出基于对A0和K的又一特定选择，将每个位位置设置为在约2.75dB处开始并且使值在1dB以下和以上交替下降从而渐近地接近约1dB的衰减水平；曲线图曲线902b表示对应的可能衰减水平。

在所有情况下，与常规的均匀加权的分辨率相比，根据交替几何级数位位置加权的分辨率都更精细，并且在一些情况下，精细得多。如上所述，可以以不同的方式对位位置加权向物理DSA或DPS级的实际分配进行排序而不会改变结果——仅权重到级的映射将会改变。

调和级数位位置加权：在第五实施方式中，通过应用调和级数位位置加权来确定分配给DSA或DPS中的位位置的权重。数学地表示，第n位值＝A0+K/n，其中，A0为常数，n＝位位置≥1，并且K为非零比例常数。利用该表达式，第一位位置将相对于A0为正，并且第二位位置将相对于第一位位置具有更负性的值。替选的形式提供了相对于A0为负的第一位位置，以及针对第二位位置提供相对于第一位位置更正性的值，并且因此给出了稍微不同的结果：第n位值＝A0-K/n。

图10A是使用调和级数位位置加权的9位DSA的针对A0和K的不同值的按位位置的衰减权重的曲线图1000，并且图10B是示出可以针对图10A所示的位位置加权根据位位置状态的各种组合来设置的可能衰减水平的曲线图1020。为了比较，曲线图曲线642a表示图5的均匀位位置加权，并且曲线图曲线642b表示对应的可能衰减水平。

曲线图曲线1002a示出基于对A0和K的特定选择将每个位位置设置为在约1.95dB处开始并且以偏移量下降至接近1dB的值的衰减水平；曲线图曲线1002b表示对应的可能衰减水平。曲线图曲线1004a示出基于对A0和K的另一特定选择将每个位位置设置为在约1.65dB处开始并且以偏移量下降至接近1dB的值的衰减水平；曲线图曲线1004b表示对应的可能衰减水平。曲线图曲线1006a示出基于对A0和K的另一特定选择将每个位位置设置为在约1dB处开始并且以偏移量增加到接近约1.65dB的值的衰减水平；曲线图曲线1006b表示对应的可能衰减水平。曲线图曲线1008a示出基于对A0和K的另一特定选择将每个位位置设置为在约0.7dB处开始并且以偏移量增加至接近约1.6dB的值的衰减水平；曲线图曲线1008b表示对应的可能衰减水平。在所有情况下，第一位位置相对于A0为正。

在所有情况下，与常规的均匀加权的分辨率相比，根据调和级数位位置加权的分辨率都更精细，并且在一些情况下，精细得多。如上所述，可以以不同的方式对位位置加权向物理DSA或DPS级的实际分配进行排序而不会改变结果——仅权重到级的映射将会改变。

交替调和级数位位置加权：在第六实施方式中，通过应用交替调和级数位位置加权来确定分配给DSA或DPS中的位位置的权重。数学地表示，第n位值＝A0+(-1)

图11A是使用交替调和级数位位置加权的9位DSA的针对A0和K的不同值的按位位置的衰减权重的曲线图1100，并且图11B是示出可以针对图11A所示的位位置加权根据位位置状态的各种组合来设置的可能衰减水平的曲线图1120。为了比较，曲线图曲线642a表示图5的均匀位位置加权，并且曲线图曲线642b表示对应的可能衰减水平。

曲线图曲线1102a示出基于对A0和K的特定选择将每个位位置设置为在约1.75dB处开始并且交替处在1dB以下和以上从而以偏移量接近约1dB以下和以上的水平的衰减水平；曲线图曲线1102b表示对应的可能衰减水平。类似地，曲线图曲线1104a示出了基于对A0和K的另一特定选择将每个位位置设置为在约1.5dB处开始并且交替处在1dB以下和以上从而以偏移量接近约1dB以下和以上的水平的衰减水平；曲线图曲线1104b表示对应的可能衰减水平。在这两种情况下，第一位位置相对于A0为正。

曲线图曲线1102a和1104a以1dB以上的加权值开始。相反，曲线图曲线1106a示出基于对A0和K的特定选择将每个位位置设置为在约0.25dB处开始并且交替处在1dB以上和以下从而以偏移量接近在约1dB以上和以下的水平的衰减水平；曲线1106b表示对应的可能衰减水平。类似地，曲线图曲线1108a示出基于对A0和K的另一特定选择将每个位位置设置为在约0.5dB处开始并且交替处在1dB以上和以下从而以偏移量接近约1dB以上和以下的水平的衰减水平；曲线图曲线1108b表示对应的可能衰减水平。在这两种情况下，第一位位置相对于A0为负。

在所有情况下，与常规的均匀加权的分辨率相比，根据交变调和级数位位置加权的分辨率都更精细，并且在一些情况下，精细得多。如上所述，可以以不同的方式对位位置加权向物理DSA或DPS级的实际分配进行排序而不会改变结果——仅权重到级的映射将会改变。

具有添加固定位的一般数学级数：在第七实施方式中，通过以下操作来确定分配给DSA或DPS中的位位置的权重：应用上述类型之一(例如，交替调和级数位位置权重)的一般数学级数，但是限制一个或更多个位位置以使其具有并非由一般数学级数确定的“附加”(“add-on”)衰减的相对小的固定值(例如，0.1dB和/或0.25dB)。

因此，仅作为一个示例，n个位位置可以具有由交替调和级数(例如，A0+(-1)

图12A是9位DSA的按位位置的衰减权重的曲线图1200，9位DSA对位位置1至8针对A0和K的选定值使用交替调和级数位位置加权，其中位位置9被分配固定值(在本例中为0.25dB)。图12B是示出可以针对图12A所示的位位置加权根据位位置状态的各种组合来设置的可能衰减水平的曲线图1220。为了比较，曲线图曲线642a表示图5的均匀位位置加权，并且曲线图曲线642b表示对应的可能衰减水平。

曲线图曲线1202a示出基于对A0和K的特定选择，将每个位位置设置为在约0.5dB处开始并且使值在1dB以上和以下交替下降从而以偏移量接近约1dB以上和以下的水平的衰减水平；曲线1202b表示对应的可能衰减水平。在所示的实施方式中，曲线图曲线1202a被示出外推至第九位位置。然而，由于位位置9被改为分配固定值，所以曲线图曲线1202a的实际“尾部”将看起来像曲线图曲线1204a，基本上是曲线图曲线1202a与下至约0.25dB的延伸“尾部”的混合。曲线图曲线1204b表示曲线图曲线1204a的对应的可能衰减水平。通常，将一个或更多个位位置设置为小的固定值使得曲线图曲线1202b向上移位；通过为A0、K和固定值选择合适的值，则向下移位也是可能的。

应当清楚，可以将一个或更多个添加的固定值位位置用于上述其他基于级数的位位置加权。在所有情况下，与常规的均匀加权的分辨率相比，这样的混合位位置加权的分辨率更精细，并且在一些情况下，精细得多。如上所述，可以以不同的方式对位位置加权向物理DSA或DPS级的实际分配进行排序而不会改变结果——仅权重到级的映射将会改变。

位位置加权的品质因数

从以上结合本发明的实施方式公开的那些位位置加权中对特定位位置加权的选择将取决于特定的应用。然而，将品质因数(FOM)分配给候选位位置加权以对选择进行辅助可能是有用的。例如，可以将一个FOM定义为总范围(衰减或相移的总范围，视情况而定)除以特定位位置加权的分辨率(即，最大步长大小)：FOM＝范围/分辨率。将该定义应用于上述示例中的衰减值对状态曲线图曲线(例如关于若干曲线图曲线选择最佳FOM)给出了下表2中列出的值。通常，对于固定范围，较小的最大步长大小(即，较低的分辨率)将产生较高的FOM，因此较高的FOM更好。

表2

如表2所指示的，由交替调和级数得出的位位置权重提供了异常高的FOM(～208)，尤其是相比于传统均匀加权设计的FOM(～9)，原因在于与利用本发明的交替调和级数实施方式可实现的非常精细的步长大小相比，均匀位位置加权的最大步长非常粗糙。

在以不同方式看待本发明的实施方式时，以其最简单的形式，可以认为DSA或DPS的“范围”由平均位权重A0乘以位数N来控制(基本上，温度计编码的位串各自具有A0值)。然后，“分辨率”数学上叠加在该组位之上，例如通过应用上述的数学级数。上面的FOM定义仅考虑范围和分辨率(即，最大步长大小)。可以使用的替选FOM定义是：(范围/分辨率)*(LSB/MSB)。该度量可以被相等地表达为：

(范围*LSB)/(分辨率*MSB) [式3]

该第二FOM2度量将清楚地示出与甚至纯二进制加权架构(对于常规实现可能的最佳分辨率)相比本发明架构的益处。例如，表3将常规的二进制加权实施方式与本发明的两个不同实施方式进行比较，这两个不同实施方式基于使用表4中列出的式以及用于A0和K的值的交替调和级数位位置加权。表3中的所有情况使用9个位(即，N＝9)并且以9dB的总衰减范围为目标；FOM 2度量的值越高越好。

表3

表4

交替调和级数实现方式中的位偏移的交替特性通过显著降低MSB与LSB比率而引起增大的FOM2结果。这种改进的主要原因在于，位与位的相对衰减步长总是以A0值为中心。MSB与LSB比率的减小通过提高的制造成品率带来益处，其中用于产生每位衰减或相移的各个电路元件(无论是电阻还是阻抗)的范围将处于更严格约束的范围中，并且因此更容易维持元件之间的均匀性。

表3和表4中的示例帮助示出使用交替级数(特别是交替调和级数)相对于非交替级数的一些优点。通常，本发明的实施方式的上述数学表达式中的A0的值可以被认为是偏移，而每个数学表达式中的第二项可以被认为是作为n的函数的加权因子：Aw(n)。因此，例如，交替调和级数的加权因子Aw(n)可以是(-1)

例如，图13是使用调和级数位位置加权1302和交替调和级数位位置加权1304的9位DSA的从最大衰减至最小衰减的排序衰减权重的曲线图1300(针对交替调和级数对位位置权重进行排序使得易于将这些权重与调和级数位位置权重进行比较)。如曲线图曲线1302、曲线1304所示，调和级数位位置加权1302的位水平衰减的范围约为0.44dB，而交替调和级数位位置加权1304的位水平衰减的范围约为0.75dB。该差异是加权因子Aw(n)的符号作为n的函数关于偏移A0交替的结果。

通常，在遇到以下约束中的一个或两个时，包括交替加权因子Aw(n)的位位置加权级数的使用提供了更优化的分辨率：(1)最大位位置衰减水平受约束(“MSB”约束)，和/或(2)最小位位置衰减受约束(“LSB”约束)。特别地，使用交替几何级数位位置加权或交替调和级数位位置加权在衰减范围的中心提供非常精细的分辨率，这是因为几乎每一状态都提供了唯一的衰减值。在应用加权因子Aw(n)时衰减偏移A0给出了增加的自由度，使得在上述MSB和LSB约束中的一个或两个存在时，可以使关于A0的相对位衰减水平与传统加权相比较小和较大。即，通过标称衰减偏移A0，可以利用该偏移的两侧来实现更大的相对衰减水平。

广义实施方式

应当理解，尽管已公开了产生位位置加权的特定数学表达式，所述位位置加权提供与最低定值级的信号改变值相比具有更精细的分辨率的衰减或相移的分数中间步长，但是其他数学函数可以提供同样展示与最低定值级的信号改变值相比具有更精细的分辨率的衰减或相移的分数中间步长的替选位位置加权。此外，本文中使用的术语“函数”包括以下加权方法：该加权方法在技术上可能不是纯数学术语中的“函数”，但是其类似地生成表现出衰减或相移的分数中间步长并且与最低定值级的信号改变值相比具有更精细的分辨率的位位置权重。

最一般地，本发明的实施方式包括电子电路，该电子电路包括多个级，每个级被配置成选择性地改变所施加的信号的衰减或相位，每个级被分配了位位置并且能够由相关联的控制线数字地选择为处于参考状态或处于有效信号改变状态，其中，每个级被配置成提供相关联的信号改变(即，衰减或相移，视情况而定)值，并且其中，每个级的相关联的信号改变值是通过应用产生信号改变的分数中间步长的位位置加权函数而确定的对应的位位置权重的函数。信号改变的分数中间步长与最低定值级的信号改变值相比具有更精细的分辨率。位位置加权函数可以是以下中之一：线性级数函数、交替线性级数函数、几何级数函数、交替几何级数函数、调和级数函数或交替调和级数函数。此外，可以将至少一个级的信号改变值设置为并非由位位置加权函数确定的固定值。

应用

本发明的实施方式可以用在各种应用中，例如在广播无线电、蜂窝电话和基于RF的数字网络(例如，WiFi、蓝牙)，以及在同相鉴别器、波束形成网络、功率分配器、功率放大器的线性化和相控阵天线等中使用的DSA和DPS。在一些应用中，一个或更多个DSA和一个或更多个DPS可以被并联或串联耦合，以改变所施加的输入信号的衰减和/或相位。如上所述，上述抖动方法可以与类似于图1、图2C、图3和/或图4C所示类型但是具有上述新颖的位加权的DSA和DPS电路结合使用。

应当注意，可以将以上针对本发明的实施方式描述的两个或更多个不同类型的位位置加权组合。例如，在12位DSA中，可以将线性位位置加权用于DSA的前8个LSB，同时可以将几何级数位位置加权或调和级数位位置加权用于DSA的4个MSB。

为了与传输线DSA一起使用，选择保持分路电阻大于约2*Z

可以根据由以上针对本发明的实施方式的描述的表达式指示的相对位位置加权来确定DSA或DPS的每个级的部件的特定值。例如，如果将A0设置为1dB，将K设置为0.1dB，并且使用线性位位置加权，则DSA的第一级可以被配置成提供1dB的衰减，第二级可以被配置成提供1.1dB的衰减，第三级可以被配置成提供1.2dB的衰减等，达到特定应用所需的尽可能多的级。一旦为衰减器或移相器级选择了特定权重(即，值)，则选择部件和部件值来实现该权重是常规设计问题。

方法

本发明的另一方面包括用于为DSA或DSP的多个级设置位位置权重的方法。例如，图14是用于为多个信号改变级设置位位置权重的第一方法的过程流程图1400。该方法包括：提供包括多个级的电子电路，每个级被配置成选择性地改变所施加的信号的衰减或相位，每个级被分配位位置并且能够由相关联的控制线数字地选择为处于参考状态或处于有效信号改变状态(步骤1402)；将每个级配置成提供相关联的信号改变值(步骤1404)；以及将每个级的相关联的信号改变值设置为通过应用产生信号改变的分数中间步长的位位置加权函数而确定的对应位位置权重的函数(步骤1406)。

上述方法的其他方面包括：信号改变的分数中间步长与最低定值级的信号改变值相比具有更精细的分辨率；位位置加权函数可以是以下中之一：线性级数函数、交替线性级数函数、几何级数函数、交替几何级数函数、调和级数函数或交替调和级数函数；以及方法还包括提供具有被设置为固定值的信号改变值的至少一个级，该固定值并非通过位位置加权函数来确定的。

用于设置位位置权重的另一方法包括：提供包括多个串联连接的衰减器级的电子数字步进衰减器电路，每个级被分配位位置并且能够由相关联的控制线数字地选择为处于参考状态或处于衰减状态；利用部件配置每个级以提供相关联的信号衰减值；以及将每个级的相关联的信号衰减值设置为通过应用交替调和级数位位置加权函数而确定的对应位位置权重的函数。该方法的另一方面包括提供具有被设置为固定值的信号衰减值的至少一个级，该固定值并非通过交替调和级数位位置加权函数来确定的。

用于设置位位置权重的又一方法包括：提供包括多个分路衰减器级的电子传输线数字步进衰减器电路，每个级被分配位位置并且能够由相关联的控制线数字地选择为处于参考状态或处于衰减状态；利用部件配置每个级以提供相关联的信号衰减值；以及将每个级的相关联的信号衰减值设置为通过应用交替调和级数位位置加权函数而确定的对应位位置权重的函数。

用于设置位位置权重的又一方法包括：提供包括多个分路移相器级的电子传输线数字移相器电路，每个级被分配位位置并且能够由相关联的控制线数字地选择为处于参考状态或处于相移状态；利用部件配置每个级以提供相关联的信号相移值；以及将每个级的相关联的信号相移值设置为通过应用交替调和级数位位置加权函数而确定的对应位位置权重的函数。

制造技术和选项

本公开内容中使用的术语“MOSFET”意指具有绝缘栅极并且包括金属或类金属、绝缘体和半导体结构的任何场效应晶体管(FET)。术语“金属”或“类金属”包括至少一种导电材料(例如铝、铜或其他金属，或高掺杂多晶硅、石墨烯或其他电导体)，“绝缘体”包括至少一种绝缘材料(例如氧化硅或其他介电材料)，并且“半导体”包括至少一种半导体材料。

如对本领域的普通技术人员应当显而易见的，可以实现本发明的各种实施方式以满足各种规范。除非上文另外指出，否则对合适部件值的选择是设计选择的问题，并且本发明的各种实施方式可以以任何合适的IC技术(包含但不限于MOSFET结构)或以混合或分立电路形式实现。可以使用任何合适的基板及过程来制造集成电路实施方式，包含(但不限于)标准体硅、绝缘体上硅(SOI)和蓝宝石上硅(SOS)。除非上文另外指出，否则本发明可以以其他晶体管技术(例如双极、GaAs HBT、GaN HEMT、GaAs pHEMT和MESFET技术)实现。然而，上述发明构思对于使用基于SOI的制造过程(包括SOS)制作的DSA和DPS特别有用，以及对于具有类似特性的制造过程特别有用。以SOI或SOS上CMOS过程进行的制造使得电路能够具有低功耗，由于FET堆叠而在操作期间承受高功率信号的能力，良好的线性度以及高频操作(即，高达和超过50GHz的无线电频率)。由于通常可以通过仔细的设计使寄生电容保持低(或处于最小值，在所有单元上保持均匀，从而允许对它们进行补偿)，所以单片IC实现方式是特别有用的。

可以根据特定的规范和/或实现技术(例如，NMOS、PMOS或CMOS，以及增强型或耗尽型晶体管器件)，调整电压电平以及/或者使电压和/或逻辑信号极性反转。可以根据需要调整部件电压、电流和功率处理能力，例如，通过调整期间尺寸，串联地“堆叠”部件(特别是FET)以承受更大的电压，以及/或使用并联的多个部件以处理更大的电流。可以添加附加的电路部件以增强所公开的电路的能力以及/或在不显著改变所公开的电路的功能的情况下提供附加的功能。

结论

已经描述了本发明的多个实施方式。应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种修改。例如，上述步骤中的一些可以与顺序无关，并且因此可以以不同于所描述的顺序的顺序来执行。此外，上述步骤中的一些可以是可选的。关于以上所述的方法描述的各种活动可以以重复、串行或并行方式执行。

应当理解，前面的描述旨在说明而非限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求的范围限定，并且其他实施方式也在权利要求的范围内。(注意，用于权利要求要素的括号标记是为了易于引用这些要素，而其本身并不指示要素的特定所需顺序或列举；此外，这样的标记可以在从属权利要求中重复使用作为对附加元素的引用，而不应被认为是开始冲突的标记序列)。