具体实施方式

本发明的实施例包括提供一种集成式发送-接收(TRX)开关，该开关可以：(i)将收发器电路的输出和输入阻抗匹配网络与附加的串联和并联电容器组合，以实现高隔离度开关；(ii)被用于差分应用中；(iii)被用于单端应用；(iv)消除在TRX开关中对高击穿器件的需求；(v)适合于在先进的低压亚微米晶体管技术中实现；(vi)被并入到功率放大器和/或低噪声放大器的阻抗匹配元件；(vii)减小芯片面积；(viii)被用于基于变压器的发送器和接收器实现中；(ix)适合于在具有低击穿电压的短信道体或绝缘体上硅(SOI)CMOS技术中实现；(x)在发送(TX)和接收(RX)电路之间提供高隔离度；(xi)独立于TX和RX电路而设计；(xii)在任何开发阶段都能被并入到相应阻抗匹配网络中，而无需进行共同设计或共同优化；和/或(xiii)适用于必须在不同时间以发送和接收模式进行操作、并且在两者之间需要隔离的任何收发器。

参考图1，示出了电路10的框图，该电路图示了示例性上下文，可以在该上下文中实现根据本发明示例实施例的发送-接收(TRX)开关。在示例实施例中，电路10可以实现收发器电路。收发器通常能够发送并接收通信信道的信号。在各种实施例中，电路10可以能够发送和接收射频(RF)、微波和/或毫米波信号。在各种实施例中，电路10可以表示在包括但不限于以下应用中所利用的收发器电路：蜂窝基站(例如，2G、3G、4G、5G等)、无线通信系统、无线局域网(WLAN)、无线回传信道、宽带中继器、社区天线电视(CATV)网络、宏蜂窝、微蜂窝，微微蜂窝、毫微微蜂窝、移动设备(MD)和/或便携式手持设备(UE)。在一些实施例中，电路10可以表示雷达应用，该应用包括但不限于目标检测、测距和/或穿墙成像。

在示例中，收发器电路10通常包括发送链和接收链。发送链和接收链都可以包括射频(RF)放大器。在示例中，发送链可以包括输入放大器12、可变移相器14、可变衰减器16以及一个或多个输出放大器级18。在示例中，输入放大器12可以被实现为低噪声放大器(LMA)。输出放大器级18可以包括驱动器、前置放大器和/或功率放大器。在示例中，接收链可以包括输入放大器20、可变移相器22和可变衰减器24。输入放大器20可以被实现为低噪声放大器(LNA)。在示例中，可以通过根据本发明实施例实现的集成式发送-接收(TRX)开关100，将发送链的输出和接收链的输入耦合至传输线或天线。在各种实施例中，集成式TRX开关100可以将收发器电路的输出和输入阻抗匹配网络与附加的串联和并联电容器相结合，以实现高隔离度开关。集成式TRX开关100的拓扑可以被应用于差分和单端应用。集成式TRX开关100通常消除了在高隔离度TRX开关中对高击穿器件的需求。集成式TRX开关100通常适用于必须在不同时间以发送和接收模式进行操作、并且在两者之间需要隔离的任何收发器。

参考图2，示出了系统80的框图，该框图图示了本发明的另一示例上下文。系统(或模块或电路或装置)80可以实现根据本发明示例实施例的射频(RF)收发器系统。RF收发器系统80可以被配置为以常见的无线射频、毫米波频率和/或微波频率操作。在示例中，RF收发器系统80可以被配置为促进与多个通信设备(或终端)90a-90n进行通信和/或在它们之间进行通信。在示例中，通信设备90a-90n可以包括但不限于：蜂窝电话、移动设备、平板电脑、物联网(IoT)设备等。在各种实施例中，RF收发器系统80和通信设备90a-90n可以使用至少一个相控阵天线面板92来耦合。相控阵天线面板92可以包括多个天线元件和多个波束形成器电路(或芯片)，下面结合图3至图7对其进行描述。根据本发明的示例实施例，波束形成器电路可以包括集成式发送-接收(TRX)开关100。

在示例中，RF收发器系统80可以形成通信链路的一部分。在一些实施例中，通信链路可以是第五代(5G)无线通信系统的一部分(例如，下一代移动网络(NGMM)联盟当前正在为其开发标准)。在其他实施例中，通信链路可以是系统的一部分，该系统包括但不限于：第四代(4G)无线通信系统(例如，由国际电信单位无线电通信部门(ITU-R)发布的国际移动电信高级(IMT-A)标准)、卫星通信(SATCOM)系统和诸如公共数据链路(CDL)的点对点通信系统，。然而，其他通信标准也可以被实现以满足特定应用的设计准则。

在示例中，RF收发器系统80可以包括框(或电路)82、框(或电路)84、框(或电路)86和框(或电路)88。在各种实施例中，框82-88可以利用硬件、硬件和软件的组合来实现、和/或利用软件进行模拟。信号(例如，IF)可以在电路82和电路84之间进行交换。信号IF可以实现中频信号。在示例中，信号IF可以被配置为(例如，使用各种调制方案)以携带将从RF收发器系统80发送和/或由RF收发器系统80接收的信息。在示例中，可以将信号(例如，LO)呈现给电路84。信号LO可以实现本地振荡器信号。信号(例如，RF)可以在电路84和相控阵天线面板92之间进行交换。信号RF可以是射频、毫米波频率或微波频率信号，该信号RF传送同样会在中间频率信号IF中被找到的信息。

在发送模式下，射频信号RF可以将待从相控阵天线面板92广播的信息传送到设备90a-90n。在接收模式下，射频信号RF可以经由相控阵天线面板92传送从设备90a-90n接收的信息。信号(例如，FSW)和一个或多个信号(例如，CTRL)可以在电路86与相控阵天线面板92之间进行交换。信号FSW可以在发送模式和接收模式之间切换相控阵天线面板92。信号CTRL可以传送数据、定时和控制元件。在示例中，信号FSW和CTRL可以是相控阵天线面板92的数字接口的一部分。在示例中，信号CTRL可以被实现为串行链路，该串行链路传送用于配置和/或确定针对相控阵天线面板92的天线元件的相位和/或增益设置的信息。在示例中，(多个)信号CTRL可以符合一个或多个串行通信协议或接口(例如，串行外围接口(SPI)、内置集成电路通信(I2C)、菊花链等)。可以将一个或多个信号(例如，PG)从电路88传输到电路86。在示例中，(多个)信号PG可以使用相控阵天线面板92传送相位信息和增益信息，该相位信息和增益信息由电路86用来实现(控制)波束控制。在示例中，信号PG可以传送多个相位和增益值，该相位和增益值可以经由(多个)信号CTRL被编程到相控阵天线面板92的多个波束形成器电路中。

相控阵天线面板92通常实现硬接线地址方案。硬线地址方案可以被用于唯一地标识旨在被用于相控阵天线面板92的元件(例如，波束形成器电路)的串行通信。在各种实施例中，可以将多个相控阵天线面板92组合以形成更大的天线阵列，从而可以提供更多的传输信道。多个相控阵天线面板92可以共享串行通信信道、链路或总线。组成更大天线阵列的每个相控阵天线板92可以使用相应的硬接线地址进行唯一地寻址。

相控阵天线面板92可以生成一个或多个场(或波束)102a-102n。场102a-102n可以表示由相控阵天线面板92的波束形成器电路，基于经由(多个)信号CTRL接收的相位和增益信息(值)而创建的场图(或射频波束图)。相控阵天线面板92可以被配置为产生用于与通信设备90a-90n进行通信的定向波束102a-102n。在示例中，相控阵天线面板92的波束形成器电路可以被控制为基于经由(多个)信号CTRL接收的相位和增益信息，来控制波束102a-102n，以追踪通信设备90a-90n的移动和/或在通信设备90a-90n之间进行切换。

电路82可以实现基带处理器电路。电路82可以可操作以处理由中频信号IF发送和/或在中频信号IF中接收到的信息。电路82可以处理RF收发器系统80内的信息。该处理可以包括但不包括限于：对包含信息的信号的进行调制/解调，以及管理RF收发器系统80与多个远程终端90a-90n之间的同时通信。

电路84可以实现一个或多个混频器电路。电路84通常可操作以在被用于信号IF的中频与被用于信号RF的射频、毫米波频率或微波频率之间进行频率转换(例如，上变频、下变频等)。频率转换可以基于由信号LO提供的一个或多个本地振荡器频率。在各种实施例中，射频信号RF可以处于大约以28千兆赫兹(GHz)或39GHz(例如24GHz至30GHz或37GHz至44GHz)的中心频率为中心的频率范围内。在实现多个中频的实施例中，每个中频可以覆盖从大约2GHz到大约6GHz的频带(例如，大约4GHz带宽)。在示例中，当信号RF大约以28GHz为中心时，每个本地振荡器频率的范围可以为大约22GHz到26GHz。在另一示例中，当信号RF大约以39GHz为中心时，每个本地振荡器频率的范围可以为大约33GHz到37GHz。然而，其他频率范围也可以被实现以满足特定应用的设计准则。

电路86可以实现控制电路。在各种实施例中，可以使用以下各项中的一个或多个来实现电路86：专用集成电路(ASIC)、控制器、微处理器或相应配置的电路系统。电路86通常可操作以控制相控阵天线面板92的操作。在一些实施例中，电路86可以确定在相控阵天线面板92的波束形成器电路内的每个收发器信道中所使用的设置值。该设置值可以建立(多个)场或(多个)波束102a-102n的几何形状。在各种实施例中，电路86可以被实现为一个或多个集成电路。

在示例中，电路88可以实现值表(例如，包含在存储器电路中)。在示例中，电路88中所包含的值表可以被配置为存储多个增益(G)值和多个相位(P)值。相位值和增益值可以由相控阵天线面板92的波束形成器电路中的收发器信道使用以建立场102a-102b。相位值和增益值可以经由信号PG从电路88而获取，并通过电路86被编程到与相控阵天线面板92的波束形成器电路相关联的缓冲区中。在各种实施例中，电路86和88可以被实现在相同的集成电路上或在不同的(分离的)集成电路上。

在示例中，相控阵天线面板92可以被实现为包括单极化(或单极)天线元件或双极化(或双极或偶极)天线元件。相控阵天线面板92可以可操作以向设备(或终端)90a-90n发送无线信号和从设备(或终端)接收无线信号。设备(或终端)90a-90n可以位于远离RF收发器系统80的位置。对无线信号的灵敏度可以通过由相控阵天线面板92创建的场102a-102n而确定。相控阵天线面板92可以包括多个天线元件和多个波束形成器电路。每个波束形成器电路可以实现多个收发器信道。每个收发器信道通常包括发送信道(或链)和接收信道(或链)。根据本发明的实施例，收发器信道可以通过相应匹配网络和集成式TRX开关耦合到天线元件，以便交换对应的双向射频信号。收发器信道和天线元件通常形成二维天线网络。

参考图3，示出了图示根据本发明实施例的相控阵天线面板92的单极化版本的示例实现的图。在示例中，相控阵天线面板92可以包括多个天线元件110、多个波束形成器电路112a-112m，以及多个框(或电路)114a-114k。在实现单极化相控阵天线面板的实施例中，天线元件110通常被实现为单极化(或单极)天线元件。电路112a-112m中的每一个电路可以实现单极化波束形成器电路。电路114a-114k中的每一个可以实现组合器/分离器电路。电路112a-112m和114a-114k可以利用硬件、硬件和软件的组合来实现和/或利用软件进行模拟。在示例中，信号RF可以与电路114a-114k中的一个电路进行交换。信号FSW和CTRL可以与电路112a-112m进行交换。

相控阵天线面板92中的天线元件110可以被用于发送和接收两者。天线元件110的物理定位通常提供对场102a-102n的二维(例如，水平和垂直)控制。在示例中，天线元件110可以以二维(例如，N×M)网格图案布置，其中N是可被2整除的整数值。然而，网格图案的其他尺寸也可以相应地被实现以满足特定实现的设计准则。电路112a-112m通常可操作以将信号RF与多个天线元件110复用/解复用。在各种实施例中，电路112a-112m中的每个电路可以安装在与多个(或一组)天线元件110相邻(例如居中)的相控阵天线面板92的基板上。在示例中，每个电路112a-112m通常包括耦合到相应天线元件110的多个收发器信道。在示例中，每个电路112a-112m可以耦合到四个相邻的天线元件110(例如，围绕每个电路112a-112m以2×2网格布置)。然而，相邻天线元件110的其他数量(例如1、2、4、18等)也可以被实现以满足特定实现的设计准则。

电路112a-112m可以被配置为响应于信号FSW在发送模式和接收模式之间进行切换。在发送模式下，电路112a-112m可以可操作以快速改变收发器信道所使用的设置值(例如，相位值、增益值等)，以便控制由相控阵天线面板92形成的波束(或场)102a-102n和/或104a-104n。在各种实施例中，电路112a-112m中的每个电路可以包括存储器、寄存器存储和/或查找表(LUT)，它们可以被用于存储针对电路112a-112m的每个信道的多个相位和增益值，多个相位和增益值对应于预定波束空间中的多个波束。在示例中，针对每个信道的多个相位和增益值可以与对应于波束空间的每个波束的索引相关联。在各种实施例中，电路112a-112m中的每个电路可以被实现为一个或多个集成电路(例如，在封装或多芯片模块(MCM)中)。

在各种实施例中，电路114a-114k中的每个电路可以被实现为组合器/分离器电路。在示例中，电路114a-114k可以被实现为威尔金森(Wilkinson)组合器/分离器。在各种实施例中，电路114a-114k可以耦合在一起以形成网络，该网络将电路112a-112m耦合到相控阵天线面板92的输入/输出，该相控阵天线面板92被配置为呈现/接收信号RF。在发送模式下，电路114a-114k通常可操作以在电路112a-112m之间分配信号RF中的功率。在接收模式下，电路114a-114k可以可操作以将在来自电路112a-112m的信号中所接收到的功率组合到信号RF中。电路112a-112n和114a-114k通常被配置为在相控阵天线面板92的RF输入/输出与电路112a-112m中的每个电路之间提供基本相等的路径长度。

参考图4，示出了图示根据本发明的另一示例实施例的双极化相控阵天线面板94的示例实施方式的图。在实现双极化收发器信道的实施例中，相控阵天线面板94可以被用于代替图1中的相控阵天线面板92。在示例中，相控阵天线面板94可以包括多个框(或电路)200a-200m、多个框(或电路)210、多个框(或电路)212a-212k、以及多个框(或电路)214a-214k。在实现双极化相控阵天线面板的实施例中，框210通常被实现为双极化(或双极或偶极)天线元件。电路200a-200m中的每个电路可以实现双极化波束形成器电路。电路212a-212k和214a-214k中的每个电路可以实现组合器/分离器电路。电路200a-200m、212a-212k和214a-214k可以利用硬件、硬件和软件的组合来实现和/或利用软件进行模拟。在实现双极化相控阵天线面板94的实施例中，信号RF可以包括垂直极化分量(例如，RFV)和水平极化分量(例如，RFH)。在示例中，信号RFV可以与电路212a-212k中的一个电路进行交换，并且信号RFH可以与电路214a-214k中的一个电路进行交换。信号FSW和CTRL可以与电路200a-200m进行交换。

相控阵天线面板94中的天线元件210可以被用于发送和接收两者。天线元件210的物理定位通常提供对场102a-102n的二维(例如，水平和垂直)控制。在示例中，天线元件210可以以二维(例如，N×M)网格图案布置，其中N是可以被2整除的整数值。然而，网格图案的其他尺寸也可以相应地被实现以满足特定实现的设计准则。

电路200a-200m通常可操作以将信号RFV和RFH与多个天线元件210复用/解复用。在各种实施例中，电路200a-200m中的每个电路可以安装在与多个(或一组)天线元件210相邻的相控阵天线面板94的基板上。电路200a-200m中的每个电路可以具有相应的水平(H)和垂直(V)输入/输出，它们可以耦合到相邻天线元件210的对应的水平(H)和垂直(V)输入/输出(或馈源)。在示例中，每个电路200a-200m通常包括耦合到相应水平和垂直输入/输出的多个收发器信道。在示例中，每个电路200a-200m可以耦合到四个相邻的天线元件210(例如，围绕每个电路200a-200m以2×2网格布置)。

电路200a-200m可以被配置为响应于信号FSW在发送模式和接收模式之间进行切换。在发送模式下，电路200a-200m可以可操作以快速改变收发器信道所使用的设置值(例如，相位值、增益值等)，以便控制由相控阵天线面板94形成的场102a-102n。在各种实施例中，电路200a-200m中的每个电路可以包括存储器、寄存器存储和/或查找表(LUT)，它们可以被用于存储针对电路200a-200m的每个信道的多个相位和增益值，多个相位和增益值与预定波束空间中的多个波束相对应。在示例中，针对每个信道的多个相位和增益值可以与对应于波束空间的每个波束的索引相关联。在各种实施例中，电路200a-200m中的每个电路可以被实现为一个或多个集成电路(例如，在封装或多芯片模块(MCM)中)。在示例中，电路200a-200m中的每个电路可以安装在与相应的天线元件210相邻(例如居中)的相控阵天线面板94的基板。

在各种实施例中，电路212a-212k和214a-214k中的每个电路可以实现组合器/分离器电路。在示例中，电路212a-212k和214a-214k中的每个电路可以被实现为威尔金森组合器/分离器电路。电路212a-212k可以耦合在一起以形成网络，该网络将电路200a-200m耦合到相控阵天线面板94的输入/输出，相控阵天线面板94被配置为呈现/接收信号RFV。电路214a-214k可以耦合在一起以形成网络，该网络将电路200a-200m耦合到相控阵天线面板94的输入/输出，相控阵天线面板94被配置为呈现/接收信号RFH。在发送模式下，电路212a-212k和214a-214k通常可操作以分别在电路200a-200m之间分配信号RFV和RFH中的功率。在接收模式下，电路212a-212k和214a-214k可以可操作以将在来自电路200a-200m的信号中所接收到的功率分别组合到信号RFV和RFH中。电路212a-212n、212a-212k和214a-214k通常被配置为在相控阵天线面板94的RFV输入/输出和RFH输入/输出、与电路200a-200m中的每个电路之间提供基本相等的路径长度。

参考图5，示出了图示根据本发明示例实施例的单极化波束形成器电路112i的示例实现的图。在示例中，单极化波束形成器电路112i可以表示图2中的单极化波束形成器电路112a-112m。在示例中，单极化波束形成器电路112i可以具有被配置为接收信号FSW和(多个)信号CTRL的数字接口、公共RF输入/输出端口(RFC)以及多个天线输入/输出端口(RF1-RFN)。通常，任何数量的(例如，N个)天线输入/输出端口(或信道)也可以相应地被实现以满足特定实现的设计准则。

在各种实施例中，信号RF可以由公共RF输入/输出RFC来呈现/接收，并且天线输入/输出端口RF1-RFN可以耦合到相应的天线元件110。单极化波束形成器电路112i通常实现与天线输入/输出端口RF1-RFN的数量相对应数量的收发器信道。在各种实施例中，每个收发器信道可以包括相应的发送信道和相应的接收信道。收发器信道通常被配置为基于信号FSW在发送或接收之间进行切换。

单极化波束形成器电路112i通常实现发送模式和接收模式。在示例中，信号FSW的状态可以确定发送模式是活动的还是接收模式是活动的。在发送模式下，单极化波束形成器电路112i通常被配置为在公共输入/输出端口RFC处接收射频信号RF，并且在天线输入/输出端口RF1-RFN处呈现射频信号。由单极化波束形成器电路112i响应于在公共输入/输出端口RFC处接收到的射频信号RF以及针对每个收发器信道的相应数量的设置值(例如，增益、相位等)，生成在天线输入/输出端口RF1-RFN中的每个端口处呈现的信号，相应数量的设置值与天线输入/输出端口RF1-RFN中的每个端口相对应。在接收模式下，单极化波束形成器电路112i通常被配置为组合在天线输入/输出端口RF1-RFM处接收的射频信号，以在公共输入/输出端口RFC处呈现为信号RF。

单极化波束形成器电路112i可以包括框(或电路)302、框(或电路)304、多个框(或电路)306a-306n以及框(或电路)308。电路302可以实现接口电路。在各种实施例中，电路302可以实现数字接口。电路304可以为波束形成器电路112i实现硬接线地址(例如，芯片ID)。电路306a-306n可以实现收发器(TRX)信道。电路308可以实现1对N组合器/分离器网络。

在示例中，信号FSW和CTRL与电路302进行交换。在示例中，电路302可以包括串行接口。电路302可以被配置为符合一个或多个串行接口标准，该标准包括但不限于：串行外围接口(SPI)、内置集成电路(I2C)，菊花链等。在示例中，电路302可以被配置为允许使用串行通信链路(或总线)进行对单极化波束形成器电路112i的编程和控制。在示例中，电路302可以被配置为响应于信号CTRL和FSW对电路306a-306n进行编程和控制。在示例中，电路302可以响应于信号FSW来控制电路306a-306n是在发送模式还是在接收模式下操作。

在示例中，电路302可以实现4线嵌入式SPI核。在示例中，电路302可以具有可以接收第一信号(例如，MOSI)的第一引脚、可以呈现第二信号(例如，MISO)的第二引脚、可以接收时钟信号(例如，SCLK)的时钟输入引脚和可以接收信号(例如，SS/CS)的芯片使能(或芯片选择)引脚。在示例中，信号MOSI、MISO、SCLK和SS/CS可以是(多个)信号CTRL的分量。在示例中，电路302可以包括发送/接收功能切换引脚，该发送/接收功能切换引脚可以接收信号FSW。在示例中，信号MOSI、MISO、SCLK和SS/CS可以被配置为实现4线SPI协议接口，如下表1所示：

表1

在示例中，电路304可以基于硬件编码的地址位(或引脚)来设置波束形成器电路112i的物理地址。在各种实施例中，可以实现具有多个(例如，X个)输入位(例如，ADD1、ADD2、...、ADD(X))的硬接线地址。在示例中，该地址可以被实现为具有六个位(或引脚)。在一些实施例中，可以通过将多个地址引脚联接到预定电源电压(例如，GND、VSS或VDD)，来将硬接线地址设置为预定逻辑电平(例如，0或1)。在一些实施例中，可以在实现波束形成器112i的芯片内对硬接线地址位进行硬编码。在一些实施例中，在实现波束形成器112i的芯片内，在制造期间硬接线地址位是可编程。在示例中，可以使用熔丝、反熔丝或其他常规技术来对硬接线地址位进行编程。

参考图6，示出了图示根据本发明示例实施例的双极化波束形成器电路200i的示例实现的图。在示例中，双极化波束形成器电路200i可以表示图3中的双极化波束形成器电路200a-200m。在示例中，双极化波束形成器电路200i可以具有被配置为接收信号FSW和(多个)信号CTRL的数字接口、第一公共RF输入/输出端口(RFVC)、第二公共RF输入/输出端口(RFHC)、多个垂直天线输入/输出端口(RFV1-RFV(N))和多个水平天线输入/输出端口(RFH1-RFH(N))。通常，任何数量的(例如，N个)垂直和水平天线输入/输出端口(或信道)都可以相应地被实现以满足特定实现的设计准则。

在各种实施例中，信号RFV可以由公共RF输入/输出RFVC呈现/接收，信号RFH可以由公共RF输入/输出RFHC呈现/接收，垂直天线输入/输出端口RFV1-RFV(N)可以耦合到相应天线元件210的对应垂直输入/输出，并且水平天线输入/输出端口RFH1-RFH(N)可以耦合到相应天线元件210的对应水平输入/输出。双极化波束形成器电路200i通常实现与成对的垂直和水平天线输入/输出端口(RFV1，RFH1)、(RFV2，RFH2)、…(RFV(N),RFH(N))的数量对应数量的(例如，N个)收发器信道。在各种实施例中，每个收发器信道可以包括相应的发送信道和相应的接收信道。收发器信道通常被配置为基于信号FSW在发送或接收之间进行切换。

双极化波束形成器电路200ii通常实现发送模式和接收模式。在示例中，信号FSW的状态可以确定发送模式是活动的还是接收模式是活动的。在发送模式下，双极化波束形成器电路200i通常被配置为在公共输入/输出端口RFVC和RFHC处接收射频信号，并在天线输入/输出端口RFV1-RFV(N)和RFH1-RFH(N)处呈现射频信号。由双极化波束形成器电路200i响应于在公共输入/输出端口RFVC和RFHC处接收到的射频信号、以及相应数量的设置值(例如，增益、相位等)，生成在天线输入/输出端口RFV1-RFV(M)和RFH1-RFH(N)中的每个端口处呈现的信号，相应数量的设置值与每个天线输入/输出端口RFV1-RFV(M)和RFH1-RFH(N)相对应。

在示例中，双极化波束形成器电路200i可以包括框(或电路)402、框(或电路)404、多个框(电路)406a-406n以及框(或电路)408。电路402可以实现接口电路。在各种实施例中，电路402可以实现数字接口。电路404可以为波束形成器电路200i实现硬接线地址(例如，芯片ID)。电路406a-406n可以实现收发器(TRX)信道。电路408可以实现1-N双信道组合器/分离器网络。

在示例中，信号FSW和CTRL与电路402进行交换。在示例中，电路402可以包括串行接口。电路402可以被配置为符合一个或多个串行接口标准，包括但不限于：串行外围接口(SPI)、内置集成电路(I2C)、菊花链等。在示例中，电路402可以被配置为允许使用串行通信链路(或总线)进行对双极化波束形成器电路200i的编程和控制。在示例中，电路402可以被配置为响应于信号CTRL和FSW对电路406a-406n进行编程和控制。在示例中，电路402可以响应于信号FSW来控制电路406a-406n是在发送模式还是在接收模式下操作。

在示例中，电路402可以实现4线嵌入式SPI核。在示例中，电路402可以具有可以接收第一信号(例如，MOSI)的第一引脚、可以呈现第二信号(例如，MISO)的第二引脚、可以接收时钟信号(例如，SCLK)的时钟输入引脚和可以接收信号(例如，SS/CS)的芯片使能(或芯片选择)引脚。在示例中，信号MOSI、MISO、SCLK和SS/CS可以是(多个)信号CTRL的分量。在示例中，电路402可以包括发送/接收功能切换引脚，该发送/接收功能切换引脚可以接收信号FSW。在示例中，信号MOSI、MISO、SCLK和SS/CS可以被配置为实现4线SPI协议接口，如上面在表1中所示。

在示例中，电路404可以基于硬件编码的地址位(或引脚)来设置双极化波束形成器电路200i的物理地址。在各种实施例中，可以实现具有多个(例如，X个)输入位(例如，ADD1、ADD2、...、ADD(X))的硬接线地址。在示例中，该地址可以被实现为具有六个位(或引脚)。在一些实施例中，可以通过将多个地址引脚联接到预定电源电压(例如，GND、VSS或VDD)，来将硬接线地址设置为预定逻辑电平(例如，0或1)。在一些实施例中，在实现波束形成器200i的芯片内，可以在制造期间对硬接线地址位进行硬编码。在一些实施例中，可以在实现波束形成器200i的芯片内对硬接线地址位进行编程。在示例中，可以使用熔丝、反熔丝或其他常规技术来对硬接线位进行编程。

参考图7，示出了收发器电路306i的框图，该框图图示了图5和图6中的收发器电路的示例实现。在示例中，收发器电路306i可以表示单极化波束形成器收发器电路(或信道)306a-306d。在另一示例中，收发器电路306i可以表示图6中的水平或垂直波束形成器收发器电路(或信道)。在示例实施例中，电路306i可以包括框(或电路)310和框(或电路)312。在示例实施例中，电路310可以实现收发器电路。框312可以实现发送-接收(T/R)RF开关。收发器电路通常能够发送并接收通信信道的信号。在各种实施例中，电路310可以能够发送和接收射频(RF)、微波和/或毫米波信号。

在各种实施例中，电路310可以表示在包括但不限于以下应用中使用的收发器电路：蜂窝基站(例如，2G、3G、4G、5G等)、无线通信系统、无线局域网(WLAN)、无线回传信道、宽带中继器、社区天线电视(CATV)网络、宏蜂窝、微蜂窝，微微蜂窝、毫微微蜂窝、移动设备(MD)和/或便携式手持设备(UE)。在一些实施例中，电路310可以表示雷达应用，该雷达应用包括但不限于目标检测、测距和/或穿墙成像。在示例中，收发器电路310通常包括发送链和接收链两者。发送链和接收链都可以包括射频(RF)放大器。

在示例中，发送链可以包括输入放大器320、可变(可编程)移相器322、可变(可编程)衰减器324，以及一个或多个输出放大器级326。发送链的输出可以耦合至根据本发明实施例的匹配网络和集成式发送-接收(TRX)开关电路100的输入。在示例中，输入放大器320可以被实现为低噪声放大器(LMA)。输出放大器级326可以包括驱动器、前置放大器和/或功率放大器(PA)。在示例中，接收链可以包括低噪声放大器(LNA)330、可变(可编程)移相器332和可变(可编程)衰减器334。电路100的输出可以耦合至低噪声放大器(LNA)330的输入。在各种实施例中，可以使用常规技术来实现RF开关312、可变移相器322、可变衰减器324、可变移相器332和可变衰减器334。

在一个示例中，发送链的输入和接收链的输出可以通过RF开关312耦合到传输线或RF收发器系统。在示例中，发送链的输出和接收链的输入可以通过电路100耦合到传输线或天线(ANT)。在各种实施例中，电路100可以实现针对发送链的输出匹配网络、针对接收链的输入匹配网络，以及根据本发明实施例的集成式TRX开关。电路100的集成式TRX开关通常具有可以被并入到功率放大器级326和低噪声放大器330的阻抗匹配元件中的拓扑。根据本发明实施例的TRX开关拓扑、与功率放大器(PA)级326和低噪声放大器330的阻抗匹配元件的集成，通常导致最小的信号损耗(例如，在发送链中的输出功率和PAE的降低或在接收链中的噪声因子(MF)的降低)。根据本发明实施例的TRX开关拓扑、与功率放大器级326和低噪声放大器330的阻抗匹配元件的集成，通常也减小了芯片面积(与常规的高隔离度TRX开关相比)。

在各种实施例中，根据本发明实施例的TRX开关拓扑特别适用于但不限于基于差分或变压器的发送器和接收器实现。TRX开关拓扑通常在发送链的输出(例如，PA 326的输出)与收发器电路的输入/输出之间不包括任何组件。因此，TRX开关拓扑可以在无需特定的开关组件的情况下实现，这些特殊的开关组件需要承受高电压摆幅。因为不需要高击穿电压开关组件，所以根据本发明实施例的TRX开关拓扑特别适合于在具有低击穿电压(例如，低于1伏)的先进的短信道主体或绝缘体上硅(SOI)互补金属氧化物半导体(CMOS)技术中实现。

尽管根据本发明实施例的TRX开关拓扑结构可以使用最少的表观数量的元件来实现，但是TRX开关拓扑结构通常在发送链与接收链电路之间提供高隔离度。尽管根据本发明实施例的TRX开关拓扑可以与发送链和接收链电路高度集成，但是TRX开关拓扑可以独立于发送链和接收链电路而设计，并在任何开发阶段都可以被并入到相应的阻抗匹配网络中。通常，不需要共同设计和/或共同优化。

现在参考图8，示出了图示根据差分实施例的TRX开关电路100的示例实现的图。在示例中，发送链的差分功率放大器326和接收链的差分低噪声放大器330的输出变压器500和输入变压器502，可以分别被配置为并入并实现根据本发明实施例的TRX开关拓扑。在示例中，输出变压器500的输出可以直接连接至收发器电路的输入/输出(例如10或310)。

串联电容器504可以连接在输入变压器502的输入与输出变压器500的输出之间。并联开关506可以与输入变压器502的输入绕组并联连接。在示例中，在发送器的输出匹配网络和接收器的输入匹配网络处的每个变压器500和502，可以分别利用芯片上或印刷电路板上的平面耦合螺旋传输线来实现。在示例中，电容器504可以被实现为芯片上的金属-绝缘体-金属(MIM)电容器或指状电容器，或者被实现为印刷电路板上的陶瓷电容器。电容器504也可以利用一个或多个MOS器件来实现。

参考图9，示出了图示利用根据本发明单端实施例的拓扑的TRX开关100的另一示例实现的图。在示例中，发送链的功率放大器326的阻抗匹配网络和偏置扼流圈(或电感器)510和接收链的低噪声放大器330的阻抗匹配网络和偏置扼流圈(或电感器)512可以被配置为并入并实现根据本发明实施例的TRX开关拓扑。在示例中，功率放大器326的输出可以直接连接至收发器电路10或310的输入/输出。串联电容器504可以连接在低噪声放大器330的输入与功率放大器326的输出之间。并联开关506可以连接在低噪声放大器330的输入与收发器电路310的电路接地电势之间。每个偏置扼流圈(或电感器)510和512可以利用芯片上或印刷电路板上的平面螺旋传输线来实现。电容器504可以被实现为芯片上的MIM电容器、或指状电容器，或被实现为印刷电路板上的陶瓷电容器。电容器504也可以利用一个或多个MOS器件来实现。

参考图10，示出了图示利用根据本发明单端实施例的拓扑的TRX开关100的另一示例实现的图。在示例中，可以将并联电容器508添加到图9的实现中。在示例中，发送链的功率放大器326的阻抗匹配网络和偏置扼流圈510，以及接收链的低噪声放大器330的阻抗匹配网络和偏置扼流圈512可以被配置为：并入并实现根据本发明实施例的TRX开关拓扑。在示例中，功率放大器326的输出可以直接连接至收发器电路10或310的输入/输出。

在各种实施例中，串联电容器504可以连接在低噪声放大器330的输入与功率放大器326的输出之间。并联开关506可以连接在低噪声放大器330的输入与收发器电路310的电路接地电位之间。并联电容器508可以连接在低噪声放大器330的输入与收发器电路310的电路接地电势之间。每个偏置扼流圈(或电感器)510和512可以利用芯片或印刷电路板上的平面螺旋传输线来实现。电容器504和508可以被实现为芯片上的MIM电容器、或指状电容器，或印刷电路板上的陶瓷电容器。电容器504和508也可以利用一个或多个MOS器件来实现。在一些实施例中，开关506的寄生电容可以被用于实现全部或部分并联电容器508。

参考图11，示出了图示利用根据本发明差分实施例的拓扑的TRX开关100的又一示例实现的图。在示例中，可以将并联电容器508添加到图8中所示的实现。并联电容器508可以被用于调节呈现给接收链的输入的最佳阻抗，以改善噪声行为。电容器508通常不影响发送链的性能(例如，开关506闭合)。在示例中，发送链的差分功率放大器326的输出变压器500，和接收链的差分低噪声放大器330的输入变压器502，可以分别被配置为并入并实现根据本发明实施例的TRX开关拓扑。

在示例中，输出变压器500的输出可以直接连接至收发器电路10或310的输入/输出。串联电容器504可以连接在输入变压器502的输入和输出变压器500的输出之间。并联开关506和并联电容器508可以与输入变压器502的输入绕组并联连接，并且可以利用在芯片上或在印刷电路板上的平面耦合螺旋传输线来实现。电容器504和508可以被实现为芯片上的MIM电容器、或指状电容器，或被实现为印刷电路板上的陶瓷电容器。电容器504和508也可以利用一个或多个MOS器件来实现。开关506的寄生电容可以被用于实现并联电容器508的全部或部分。

参考图12，示出了曲线图800的图，该曲线图图示了图11中的TRX开关的模拟电压波形。波形802图示了在由变压器500的输出与收发器10或310的输入/输出的连接所形成的节点上的电压电平。波形804图示了在由变压器502的输入、串联电容器504、并联开关506和并联电容器508的连接所形成的节点上的电压电平。通常，根据本发明实施例的TRX开关拓扑不会将失真引入收发器信道10或310的输出信号中。此外，并联开关506不会受到发送器信道操作的高电压摆幅的影响，因此其可以利用低电压亚微米晶体管技术(例如，击穿电压低于1伏的绝缘体上硅CMOS晶体管)来实现。

尽管已经在RF应用的上下文中描述了本发明的实施例，但是本发明不限于RF应用，而是还可以被应用在其他高数据速率无线和有线通信应用中，在这些应用中可能存在不同的快速切换、多信道和多用户的问题。本发明解决了与高速无线通信、移动和固定收发器以及点对点链路有关的问题。可以预期使用射频(RF)、微波和毫米波链路的下一代无线通信应用，以提供越来越快、越来越灵活以及越来越多的互连数和层数。本发明还可以可适用于根据现有的(旧有的、2G、3G、4G、5G)规范或将来的规范而实现的无线通信系统。

当术语“可以”和“通常”与“系动词”和动词结合使用时，意在传达以下意图：本说明书是示例性的，并且被认为足够广泛以涵盖本公开中提出的两个具体示例以及可以基于本公开内容得出的备选示例。如本文中所使用的术语“可以”和“通常”不应被解释为必然暗示省略对应元件的期望或可能性。

尽管已经参考本发明的实施例具体地示出和描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行形式和细节上的各种改变。