用于變壓器和相移網絡的系統及方法
【專利摘要】根據一個實施例,一種電路包括具有耦合在第一信號節點與第二信號節點之間的第一繞組、以及耦合在第一參考節點與電流測量節點之間的第二繞組的磁性變壓器。相移網絡耦合在第二節點與電壓測量節點之間,該電路配置成基于電壓測量節點與電流測量節點之間的幅度差值和相位差值來表示阻抗匹配條件。
【專利說明】用于變壓器和相移網絡的系統及方法
【技術領域】
[0001] 本發明大體涉及電子設備,并且更具體地涉及用于變壓器和相移網絡的系統及方 法。
【背景技術】
[0002] 定向耦合器是能夠檢測到在特定方向上傳輸的功率的電子設備,用于種類繁多的 射頻(RF)電路中。例如,定向耦合器可以用于雷達系統中,以通過從反射波分離入射波來 檢測到反射波,或者可以用于測量傳輸線的阻抗失配的電路中。在功能上,定向耦合器具有 正向傳輸路徑和f禹合傳輸路徑。正向傳輸路徑通常具有低損耗,而f禹合傳輸路徑f禹合傳輸 功率的在特定方向上傳播的一小部分。存在許多不同類型的耦合器架構,包括電磁耦合器 和磁性耦合器。這些耦合器類型中的每一個都可以使用取決于操作的頻率和操作環境的不 同的拓撲結構和材料來實現。
[0003] 例如,定向耦合器可以使用布置在印刷電路板(PCB)或變壓器上的帶狀線結構來 實現。在一些帶狀線的實現方式中,各種電路元件可以與被測量的特定信號的1/4波長一 樣長。對于在500MHz至3GHz之間(其覆蓋了許多蜂窩電話操作的頻率范圍)的頻率下操 作的應用,由于這些頻率下的波長遠比集成電路的特征尺寸更長,因而在集成電路上構造 帶狀線定向耦合器變得有挑戰性。由于變壓器損耗和寄生效應,因而在該范圍的頻率下構 造低損耗磁基定向耦合器進行也是有挑戰性的。
【發明內容】
[0004] 根據一個實施例,一種電路包括磁性變壓器,該磁性變壓器具有耦合在第一信號 節點與第二信號節點之間的第一繞組、以及耦合在第一參考節點與電流測量節點之間的第 二繞組。相移網絡,耦合在第二節點與電壓測量節點之間。并且該電路配置成基于電壓測 量節點與電流測量節點之間的幅度差值和相位差值,來表示阻抗匹配條件。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0005] 為了更透徹地理解本發明及其優點,現在對接合附圖的以下說明做出引用,在附 圖中:
[0006] 圖la-圖lc圖示了實施例耦合器電路;
[0007] 圖2a-圖2b圖示了對應于實施例耦合電路的波形圖;
[0008] 圖3a-圖3b圖示了實施例入射波測量電路和反射波測量電路;
[0009] 圖4a_圖4d圖示了另外的實施例入射波測量電路和反射波測量電路;
[0010] 圖5圖示了實施例耦合器在金屬化層上的實現方式;
[0011] 圖6a_圖6c圖示了各種實施例RF系統;
[0012] 圖7a_圖7b圖示了實施例方法的框圖;以及
[0013] 圖8a_圖8b圖示了另外的實施例入射波測量電路和反射波測量電路。
[0014] 不同附圖中的對應的標記和符號大體指代對應的部分,除非另有聲明。附圖被繪 制以清楚地圖示優選實施例的相關方面并且不必被按比例繪制。為了更清楚地圖示某些實 施例,圖號后可以有指示相同結構、材料、或處理步驟的變形的字母。
【具體實施方式】
[0015] 下面詳細地討論本文的各個優選實施例的制造和使用。然而,應該理解,本發明提 供了可以在種類繁多的特定背景中實現的許多可應用的發明概念。所論述的具體實施例僅 僅是例示制造和使用本發明的具體方法,并非限制本發明的范圍。
[0016] 將關于在特定背景中的優選實施例來對本發明進行描述,該實施例為可以用于RF 電路中以測量入射或反射功率的定向耦合器的系統和方法。本發明也可以應用于包括進 行RF測量的其他電路的其他系統和應用,包括但不限于測量并且/或者調諧阻抗失配的設 備、時域反射儀(TDR)、與可調諧天線匹配電路一起使用的感測設備、以及可調諧濾波器。
[0017] 在本發明的一個實施例中,阻抗測量設備包括耦合至具有初級繞組和次級繞組的 變壓器的相移網絡。變壓器的初級繞組與阻抗測量設備的傳輸路徑串聯地耦合。變壓器的 次級繞組以及移相器負載有高阻抗測量設備,該高阻抗測量設備確定在傳輸路徑的端口之 間,阻抗匹配的質量、以及/或者入射和/或反射信號的絕對或相對的大小和/或相位。
[0018] 在一個實施例中,有關RF信號的電流和電壓的幅度和相位的信息被提取,并且被 與預定值(諸如但不限于,50Ω阻抗)進行對比。所提取的RF電流和電壓的幅度和相位之 間的關系表示RF信號路徑中的反射量,因而表示負載阻抗。例如,反射越小,負載阻抗越接 近特征阻抗Z Q :
[0019]
【權利要求】
1. 一種電路,包括: 磁性變壓器,包括耦合在第一信號節點與第二信號節點之間的第一繞組、以及耦合在 第一參考節點與電流測量節點之間的第二繞組;以及 相移網絡,耦合在所述第二節點與電壓測量節點之間,其中所述電路配置成基于在所 述電壓測量節點與所述電流測量節點之間的幅度差值和相位差值來指示阻抗匹配條件。
2. 根據權利要求1所述的電路,其中: 所述第一信號節點配置成耦合至RF信號源;以及 所述第二信號節點配置成耦合至RF負載。
3. 根據權利要求2所述的電路,還包括所述RF信號源和所述RF負載。
4. 根據權利要求1所述的電路,其中所述相移網絡經由在所述第一繞組上的分接連接 件而耦合至所述第二信號節點。
5. 根據權利要求1所述的電路,其中所述相移網絡配置成提供90°相移。
6. 根據權利要求1所述的電路,其中所述相移網絡包括: 電容器,耦合在所述第二信號節點與所述電壓測量節點之間;以及 電阻器,耦合在所述電壓測量節點與第二參考節點之間。
7. 根據權利要求6所述的電路,其中所述第一參考節點和所述第二參考節點是接地節 點。
8. 根據權利要求1所述的電路,還包括檢測電路,所述檢測電路耦合至所述電壓測量 節點和所述電流測量節點。
9. 根據權利要求8所述的電路,其中所述檢測電路包括RF功率檢測器,所述RF功率檢 測器具有耦合至所述電壓測量節點和所述電流測量節點的輸入。
10. 根據權利要求8所述的電路,其中所述檢測電路包括: 第一阻抗,耦合在所述電流測量節點與感測節點之間;以及 第二阻抗,耦合在所述電壓測量節點與所述感測節點之間。
11. 根據權利要求10所述的電路,還包括RF功率檢測器,所述RF功率檢測器具有耦合 至所述感測節點的輸入。
12. 根據權利要求10所述的電路,其中所述第一阻抗包括第一電阻器,而所述第二阻 抗包括第二電阻器。
13. 根據權利要求10所述的電路,其中所述第一阻抗包括第一電容器,而所述第二阻 抗包括第二電容器。
14. 根據權利要求9所述的電路,其中,所述檢測電路配置成,當所述RF功率檢測器的 輸出指示最小功率水平時,指示在耦合至所述第一節點的參考阻抗與耦合至所述第二節點 的負載阻抗之間的阻抗匹配。
15. 根據權利要求8所述的電路,其中,所述檢測電路包括: 第一 RF功率檢測器,耦合至所述電流測量節點; 第二RF功率檢測器,耦合至所述電壓測量節點;以及 混頻器,具有耦合至所述電流測量節點的第一輸入、以及耦合至所述電壓測量節點的 第二輸入。
16. 根據權利要求1所述的電路,還包括: 電容分壓器,具有耦合至所述第一信號節點的輸入; 第一 RF功率檢測器,耦合至所述電流測量節點; 第二RF功率檢測器,耦合至所述電壓測量節點;以及 混頻器,具有耦合至所述電容分壓器網絡的輸出的第一輸入、以及耦合至所述電流測 量節點的第二輸入。
17. -種操作反射測量電路的方法,所述反射測量電路包括具有耦合在第一信號節點 與第二信號節點之間的第一繞組以及耦合在第一參考節點與電流測量節點之間的第二繞 組的磁性變壓器、以及耦合在負載節點與電壓測量節點之間的相移網絡,其中,所述方法包 括: 監測所述電壓測量節點的幅度以及所述電流測量節點的幅度;以及 基于所述監測,而測量在耦合至所述第一信號節點的第一阻抗與耦合至所述第二信號 節點的第二阻抗之間的反射。
18. 根據權利要求17所述的方法,還包括基于所測量的反射而確定阻抗失配。
19. 根據權利要求17所述的方法,其中,測量所述反射包括將所述電壓測量節點的信 號加上所述電流測量節點的信號以形成求和信號,其中所述求和信號的幅度與描述從負載 阻抗到源阻抗的反射的反射系數成比例。
20. 根據權利要求19所述的方法,還包括使用功率檢測器測量所述求和信號的幅度。
21. 根據權利要求19所述的方法,還包括: 使用第一功率檢測器來測量所述電流測量節點的幅度;以及 使用第二功率檢測器來測量所述電壓測量節點的幅度。
22. 根據權利要求21所述的方法,還包括確定在所述電流測量節點與所述電壓測量節 點之間的相位差值。
23. 根據權利要求22所述的方法,其中,確定所述相位差值包括使用相位檢測器,所述 相位檢測器具有耦合至所述電流測量節點和所述電壓測量節點的輸入。
24. 根據權利要求17所述的方法,還包括: 測量在第一方向上的波,包括將所述電壓測量節點的信號加上所述電流測量節點的信 號以形成求和信號;以及 測量在第二方向上的波,包括從所述電壓測量節點的信號減去所述電流測量節點的信 號以形成求差信號。
25. -種半導體電路,包括: 半導體基板; 磁性變壓器,包括: 初級金屬化跡線,布置在所述半導體基板上,其中所述初級金屬化跡線的第一端配置 成耦合至參考阻抗,而所述初級金屬化跡線的第二端配置成耦合至負載阻抗;以及 次級金屬化跡線,布置成鄰接所述初級金屬化跡線,其中所述次級金屬化跡線的第一 端配置成耦合至第一參考電壓節點,而第二端配置成耦合至電流測量節點;以及 相移網絡,具有耦合至所述第一金屬化跡線的所述第二端以及電壓測量節點的第一節 點。
26. 根據權利要求25所述的半導體電路,其中所述相移網絡包括: 電容器,耦合在所述初級金屬化跡線的所述第二端與所述電壓測量節點之間;以及 電阻器,耦合在所述電壓感測節點與第二參考電壓節點之間。
27. 根據權利要求26所述的半導體電路,其中, 所述電容器包括電容性地耦合至所述初級金屬化跡線的金屬化區域;以及 所述電阻器包括金屬電阻器。
28. 根據權利要求25所述的半導體電路,還包括RF功率檢測器,所述RF功率檢測器具 有耦合至所述電壓測量節點和所述電流測量節點的輸入。
29. 根據權利要求25所述的半導體電路,還包括: 第一阻抗,耦合在所述電流測量節點與感測節點之間;以及 第二阻抗,耦合在所述電壓測量節點與所述感測節點之間。
30. 根據權利要求29所述的半導體電路,還包括RF功率檢測器,所述RF功率檢測器具 有耦合至所述感測節點的輸入。
31. 根據權利要求29所述的半導體電路,其中所述第一阻抗包括第一電阻器,而所述 第二阻抗包括第二電阻器。
32. 根據權利要求29所述的半導體電路,其中所述第一阻抗包括第一電容器,而所述 第二阻抗包括第二電容器。
【文檔編號】G01R27/28GK104251939SQ201410302990
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年6月27日 優先權日:2013年6月28日
【發明者】V·索羅姆克, W·巴卡爾斯基 申請人:英飛凌科技股份有限公司