組合的定向耦合器和阻抗匹配電路的制作方法
【專利摘要】本發明公開了帶有集成定向耦合器和阻抗匹配電路的輸出電路。在一示例性設計中，裝置包括開關共用器和輸出電路。該開關共用器耦合到至少一個功率放大器。該輸出電路耦合到該開關共用器和負載(例如，天線)并包括共享至少一個電感器的定向耦合器和阻抗匹配電路。該輸出電路對該負載執行阻抗匹配。該輸出電路還用作定向耦合器并將輸入射頻(RF)信號提供成輸出RF信號，并且還將該輸入RF信號的一部分耦合成經耦合的RF信號。將該至少一個電感器重用于定向耦合器和匹配阻抗電路兩者可減少無線設備的電路系統、尺寸和成本，并且還可改善性能。
【專利說明】組合的定向耦合器和阻抗匹配電路
[0001]背景
[0002]領域
[0003]本公開一般涉及電子器件，尤其涉及無線設備。
[0004]背景
[0005]無線設備(例如，蜂窩電話或智能電話)可包括耦合到天線以支持雙向通信的發射機和接收機。對于數據傳送而言，發射機可用數據來調制射頻(RF)載波信號以獲得經調制RF信號，放大經調制RF信號以獲得具有適當輸出功率電平的輸出RF信號，并將該輸出RF信號經由天線傳送給基站。對于數據接收而言，接收機可經由天線獲得收到RF信號并可調理和處理收到RF信號以恢復由基站發送的數據。
[0006]無線設備可包括耦合到一個或更多個天線的一個或更多個發射機和一個或更多個接收機。期望實現在減少電路系統和成本的同時達成良好性能的發射機和接收機。
[0007]附圖簡要描述
[0008]圖1示出能夠與不同無線通信系統通信的無線設備。
[0009]圖2示出無線設備的框圖。
[0010]圖3示出收發機的框圖。
[0011]圖4A、4B和4C示出帶有包含集成/組合的定向耦合器和阻抗匹配電路的3端口輸出電路的收發機的三種示例性設計。
[0012]圖5A、5B和5C示出帶有4端口輸出電路的收發機的三種示例性設計。
[0013]圖6示出帶有連接在菊花鏈中的多個輸出電路的無線設備。
[0014]圖7示出帶有連接在菊花鏈中的兩個輸出電路的無線設備。
[0015]圖8A和8B不出輸出電路的堆疊和并排電感器。
[0016]圖9示出用于執行阻抗匹配和定向耦合的過程。
[0017]詳細描述
[0018]以下闡述的詳細描述旨在作為本公開的示例性設計的描述，而無意表示可在其中實踐本公開的僅有設計。術語“示例性”在本文中用于表示“用作示例、實例或解說”。本文中描述為“示例性”的任何設計不必被解釋為優于或勝過其他設計。本詳細描述包括具體細節以提供對本公開的示例性設計的透徹理解。對于本領域技術人員將明顯的是，沒有這些具體細節也可實踐本文描述的示例性設計。在一些實例中，公知的結構和器件以框圖形式示出以免湮沒本文中給出的示例性設計的新穎性。
[0019]在本文中描述包括具有集成/組合的定向耦合器和阻抗匹配電路的輸出電路的無線設備。定向耦合器是在第一端口處接收輸入信號、向第二端口傳遞該輸入信號的大部分并將該輸入信號的一部分耦合到第三端口的電路。該定向耦合器還可在該第二端口處接收經反射信號并將經反射信號的一部分耦合到第四端口。阻抗匹配電路是將第一電路(例如，放大器)的輸出阻抗匹配到第二電路(例如，天線)的輸入阻抗的電路。阻抗匹配電路還可稱為匹配電路、調諧電路等。集成/組合的定向耦合器和阻抗匹配電路可減少電路系統、尺寸和成本，并且還可改善無線設備的性能。
[0020]圖1示出能夠與不同無線通信系統120和122通信的無線設備110。無線系統120和122各自可以是碼分多址(CDMA)系統、全球移動通信系統(GSM)系統、長期演進(LTE)系統、無線局域網(WLAN)系統、或某一其他無線系統。CDMA系統可實現寬帶CDMA(WCDMA)、cdma2000、或某一其他版本的CDMA。出于簡化起見，圖1示出了無線系統120包括一個基站130和一個系統控制器140,而無線系統122包括一個基站132和一個系統控制器142。一般而言，每個無線系統可包括任何數目的基站以及任何網絡實體集合。
[0021]無線設備110還可稱為用戶裝備(UE)、移動站、終端、接入終端、訂戶單元、站等。無線設備110可以是蜂窩電話、智能電話、平板計算機、無線調制解調器、個人數字助手(PDA)、手持設備、膝上型計算機、智能本、上網本、無繩電話、無線本地回路(WLL)站、藍牙設備等。無線設備110可能夠與無線系統120和/或122通信。無線設備110還可以能夠從廣播站(例如，廣播站134)接收信號。無線設備110還可以能夠從一個或更多個全球導航衛星系統(GNSS)中的衛星(例如，衛星150)接收信號。無線設備110可支持用于諸如LTE、cdma2000、WCDMA、GSM、802.11等的無線通信的一種或更多種無線電技術。
[0022]圖2示出圖1中的無線設備110的示例性設計的框圖。在該示例性設計中，無線設備I1包括數據處理器/控制器210、耦合到主天線290a的兩個收發機220a和220b、以及稱合到副/分集天線290b的接收機222。收發機220a支持高頻頻帶(或高頻帶)，收發機220b支持低頻頻帶(或低頻帶)，并且接收機222支持接收分集。一般而言，無線設備可包括任何數目的收發機、任何數目的接收機和任何數目的天線。多個收發機可用來支持不同頻帶、不同無線電技術、多輸入多輸出(MIMO)、發射和/或接收分集、載波聚集等。
[0023]在圖2中示出的示例性設計中，收發機220a包括兩個發射機230a和230b以及兩個接收機260a和260b。收發機220b包括兩個發射機230c和230d以及兩個接收機260c和260d。接收機222包括兩個接收機260e和260f。一般而言，收發機可包括任何數目的發射機和任何數目的接收機以支持任何數目的頻帶上的無線通信、任何數目的無線電技術等。任何數目的接收機還可用來支持不同頻帶、不同無線電技術等。
[0024]在圖2中示出的示例性設計中，在收發機220a之內，發射機230a包括發射電路232a和功率放大器(PA) 234a。接收機260a包括低噪聲放大器(LNA) 264a和接收電路266a。發射機230b包括發射電路232b、PA 234b和雙工器236a。接收機260b包括雙工器236a、LNA 264b和接收電路266b。開關共用器240a耦合到PA 234a、LNA 264a和雙工器236a并且還耦合到天線290a。開關共用器還可稱為天線開關模塊(ASM)、開關模塊、開關等。
[0025]在收發機220b之內，發射機230c包括發射電路232c和PA 234c，接收機260c包括LNA 264c和接收電路266c，發射機230d包括發射電路232d、PA 234d和雙工器236b，并且接收機260d包括雙工器236b、LNA 264d和接收電路266d。開關共用器240b耦合到PA234c、LNA 264c和雙工器236b并且還耦合到天線290b。
[0026]在接收機222之內，接收機260e包括LNA 264e和接收電路266e，并且接收機260f包括LNA 264f和接收電路266f。開關共用器240c耦合到LNA 264c和264d并且還耦合到天線290b。
[0027]對于數據傳送而言，數據處理器210處理(例如，編碼和調制)要傳送的數據并向所選擇的發射機提供模擬輸出信號。以下描述假設發射機230b是所選擇的發射機。在發射機230b之內，發射電路232b對模擬輸出信號進行放大、濾波并使模擬輸出信號從基帶上變頻到RF，并提供經調制RF信號。發射電路232b可包括放大器、濾波器、混頻器、振蕩器、本地振蕩(LO)發生器、鎖相環(PLL)等。PA 234b接收和放大經調制RF信號并提供具有適當輸出功率電平的經放大RF信號。經放大RF信號被傳遞通過雙工器236a，進一步路由通過開關共用器240a并經由天線290a傳送。雙工器236a包括發射濾波器和接收濾波器。發射濾波器可對來自PA 234b的經放大RF信號進行濾波以使發射頻帶中的期望信號分量通過并使接收頻帶中的不期望信號分量衰減。
[0028]對于數據接收而言，天線290a接收來自基站和/或其他發射機站的信號并提供收到RF信號，該收到RF信號被路由通過開關共用器240a并提供給所選擇的接收機。以下描述假設接收機260b是所選擇的接收機。在接收機260b之內，雙工器236a內的接收濾波器對收到RF信號進行濾波以使接收頻帶中的期望信號分量通過并使發射頻帶中的不期望信號分量衰減。LNA 264b放大來自雙工器240a的經濾波RF信號并提供接收機輸入RF信號。接收電路266b對接收機RF輸入信號進行放大、濾波并使接收機RF輸入信號從RF下變頻到基帶，并向數據處理器210提供模擬輸入信號。接收電路266b可包括放大器、濾波器、混頻器、振蕩器、LO發生器、PLL等。
[0029]圖2示出發射機230和接收機260的示例性設計。發射機和接收機還可包括圖2中未示出的其他電路，諸如濾波器、阻抗匹配電路等。收發機220a和220b和接收機222中的全部或一部分可在一個或更多個模擬集成電路(1C)、射頻集成電路(RFIC)、混合信號集成電路等上實現。例如，發射電路232、PA 234,LNA 264和接收電路266可在RFIC上實現。PA 234和可能的其他電路還可在分開的IC或模塊上實現。
[0030]數據處理器/控制器210可執行無線設備110的各種功能。例如，數據處理器210可對正經由發射機230傳送和經由接收機260接收的數據執行處理。控制器210可控制發射電路232、接收電路266、開關共用器240等的操作。存儲器212可存儲用于數據處理器/控制器210的代碼和數據。數據處理器/控制器210可實現在一個或更多個專用集成電路(ASIC)和/或其他IC上。
[0031]如圖2所示，開關共用器可耦合在天線和諸如PA、雙工器等的其他電路之間。開關共用器可包括可用半導體晶體管(諸如金屬氧化物半導體(MOS)晶體管)實現的開關。例如，由于用來實現開關的MOS晶體管的寄生電容，開關共用器可表現出電容性。電容性開關共用器可使性能降級。
[0032]圖3示出具有用于減緩電容性開關共用器的效應的阻抗匹配的收發機320的一部分的示例性設計。收發機320包括耦合到開關共用器340的PA334和雙工器336。開關共用器340包括耦合在PA 334和節點X之間的開關342a、耦合在雙工器336和節點X之間的開關342k和可能的附加開關。收發機320還可包括為簡單起見未在圖3中示出的耦合到開關共用器340的附加PA、雙工器、LNA等。
[0033]節點X是開關共用器340的輸出。阻抗匹配電路350耦合到開關共用器340的輸出并包括電感器360。電感器360 I禹合在匹配電路350的輸入和輸出之間并與開關共用器340串聯。電容器可耦合在匹配電路350的輸出和電路接地之間(未在圖3中示出)。定向耦合器370耦合在匹配電路350和天線390之間。
[0034]開關共用器340可包括耦合到其輸入的用于每個PA和每個雙工器的開關，并可表現出電容性。串聯電感器360耦合在開關共用器340和天線390之間并用來匹配開關共用器340的阻抗。經改善的阻抗匹配可減少開關共用器340的插入損耗。匹配電路350還可充當用于來自PA 334的經放大RF信號的低通濾波器。定向耦合器370置于開關共用器340和天線390之間并用來檢測端口 I處的輸入RF信號的入射功率，該輸入RF信號可包括(i)在PA 334被啟用并且所有其他PA被禁用時由PA 334提供給天線390的經放大RF信號和/或(ii)來自連接到開關共用器340的其他源的其他信號。如圖3所示，某些優點可通過將定向耦合器370放置得更靠近天線390來獲得。例如，將定向耦合器370放置得更靠近天線390可啟用自校準，改善總輻射功率控制，和/或提供其他優點。
[0035]匹配電路350和定向耦合器370可增加從PA 334到天線390的發射路徑的總插入損耗。具體而言，該總插入損耗可等于開關共用器340的損耗、匹配電路350的損耗(例如，電感器360的損耗)、定向耦合器370的損耗和這些電路之間的路由軌跡的損耗之和。匹配電路350和定向耦合器370還可增加收發機320的電路系統、尺寸和成本。
[0036]圖4A示出帶有包括集成/組合的定向耦合器452a和阻抗匹配電路454a的3端口輸出電路450a的收發機420a的示例性設計。收發機420a包括耦合到開關共用器440的PA 434和雙工器436。開關共用器440包括耦合在PA 434和節點X之間的開關442a、耦合在雙工器436和節點X之間的開關442k和可能的附加開關。一般而言，開關共用器440可耦合到任何數目的PA、雙工器和/或其他電路并可包括任何數目的開關。例如，開關共用器440可包括耦合到K個PA或K個PK、LNA、雙工器等的組合的K個開關，其中K可以是大于I的任何整數值。
[0037]輸出電路450a具有標示為端口 I的第一 /輸入端口、標示為端口 2的第二 /輸出端口和標示為端口 3的第三/耦合端口。輸出電路450a (i)使其端口 I耦合到開關共用器440的節點X并接收輸入RF信號，該輸入RF信號可包括來自PA 434的經放大RF信號，(ii)使其端口 2耦合到天線490并提供輸出RF信號，并(iii)使其端口 3提供經耦合的RF信號。輸出電路450a包括定向耦合器452a，該定向耦合器452a(i)將來自端口 I的輸入RF信號的大部分耦合到端口 2，(ii)將來自端口 I的輸入RF信號的小部分(例如，近似1/10的振幅比)耦合到端口 3，(iii)將輸入RF信號的更小部分(例如，近似1/100或更少的振幅比)耦合到內部電阻器，(iv)將由負載490反射的RF信號的小部分(例如，近似1/10的振幅比)耦合到內部電阻器，以及(V)將由負載490反射的RF信號的更小部分(例如，近似1/100或更少的振幅比)耦合到端口 3。例如，定向耦合器452a可具有近似-0.1dB的3(2，1)、近似-20(^ 的 3(3，1)、近似-40(^ 的 S (4，I)、近似-40dB 的 S (3，2)和近似 _20dB的S (4，2)，其中端口 4是內部電阻器。輸出電路450a還包括可減緩開關共用器440的電容性本質的阻抗匹配電路454a。輸出電路450a可表現出向端口 I看進去呈電感性以對抗電容性開關共用器440。
[0038]輸出電路450a內的定向耦合器452a在端口 I處具有S (1，I)的反射系數。該反射系數是經反射信號的振幅與入射信號的振幅之比。該反射系數是在端口 I處測量的，其中其余端口 2和3用可以是50歐姆、75歐姆或某個其他阻抗的參考阻抗來終接。例如，參考阻抗可以是天線490的阻抗。定向耦合器452a的端口 I處的反射系數通常不接近于0，而是具有正虛部，從而輸出電路450a表現出向端口 I看進去呈電感性并可執行開關共用器440的阻抗匹配。在示例性設計中，輸出電路450a被設計成在開關共用器440連接在端口I處的情況下，向端口 2看進去的阻抗(其在圖4A中標示為Z2)接近于目標工作頻率處的參考阻抗。由此，輸出電路450a可設計成使其端口 2在工作頻率處被良好地匹配。
[0039]如圖4A所示，定向耦合器452a和阻抗匹配電路454a可集成/組合在輸出電路450a中。阻抗匹配電路454a可包括電感器以改善開關共用器440的阻抗匹配。集成將使定向耦合器452a能夠重用阻抗匹配電路454a中的電感器，從而這兩個電路可共享同一電感器。集成可減少無線設備的電路系統、尺寸和成本，并還可改善性能。輸出電路450a可位于開關共用器440和天線490之間，并可執行開關共用器440的阻抗匹配和用于檢測入射功率的定向耦合兩者。
[0040]一般而言，定向耦合器452a和阻抗匹配電路454a可共享一個或更多個電感器。(諸)共享的電感器通過圖4A中的定向耦合器452a的矩形框與阻抗匹配電路454a的矩形框部分交疊來表示。在一個示例性設計中，定向耦合器452a可包括不是阻抗匹配電路454a的一部分的一個或更多個電路組件，其由圖4A中的定向耦合器452a的矩形框的在阻抗匹配電路454a的矩形框外部的部分表示。類似地，阻抗匹配電路454a可包括不是定向耦合器452a的一部分的一個或更多個電路組件，其由圖4A中的阻抗匹配電路454a的矩形框的在定向耦合器452a的矩形框外部的部分表示。在另一設計中，定向耦合器452a包括阻抗匹配電路454a的所有電路組件，其可通過阻抗匹配電路的矩形框完全在定向耦合器的矩形框之內來表示(未在圖4A中示出)。
[0041]圖4B示出3端口輸出電路450b的示意圖，其是圖4A中的輸出電路450a的示例性設計。輸出電路450b包括共享電感器460的定向耦合器452b和阻抗匹配電路454b。在輸出電路450b之內，電感器460耦合在端口 I和端口 2之間，并且電感器462耦合在端口 3和節點Y之間。電容器464耦合在端口 I和端口 3之間，并且電容器466耦合在端口 2和節點Y之間。電阻器468耦合在節點Y和電路接地之間。
[0042]在圖4B中示出的示例性設計中，定向耦合器452b用兩個電感器460和462、兩個電容器464和466以及一個電阻器468來實現。阻抗匹配電路454b用與圖3中的匹配電感器360相對應的電感器460來實現。電感器460被重用以實現定向耦合器452b和阻抗匹配電路454b兩者。電感器462與電感器460磁稱合。如下所述，電感器460和462可在IC或電路板上的兩層上實現或并排地實現以減小空間。
[0043]圖4C示出3端口輸出電路450c的示意圖，其是圖4A中的輸出電路450a的另一示例性設計。輸出電路450c包括共享電感器460的定向耦合器452c和阻抗匹配電路454c。輸出電路450c包括如以上圖4B所述地耦合的電感器460和462，電容器464和466以及電阻器468。輸出電路450c還包括耦合在端口 I和電路接地之間的電容器470、耦合在端口2和電路接地之間的電容器472、耦合在端口 3和電路接地之間的電容器474以及耦合在節點Y和電路接地之間的電容器476。
[0044]在圖4C中示出的示例性設計中，定向耦合器452c用兩個電感器460和462、6個電容器464、466、470、472、474和476以及一個電阻器468來實現。阻抗匹配電路454c用電感器460和兩個電容器470和472來實現。電感器460被重用以實現定向耦合器452c和阻抗匹配電路454c兩者。
[0045]在圖4C中示出的示例性設計中，一分流電容器耦合在輸出電路450c的每個端口和電路接地之間，并且一分流電容器耦合在節點Y和電路接地之間。一般而言，一個或更多個分流電容器可連接到輸出電路450c的一個或更多個端口和/或節點Y。分流電容器與電感器460 —起可改善開關共用器440的阻抗匹配。電容器470和472和電感器460可減少阻抗匹配的帶寬，例如，在于高頻處僅用電感器460和電容器472達成不充分的衰減的情形中。電容器470可增加開關共用器440的電容，這可使匹配電路看上去像具有低截止頻率的低通濾波器。在諧波頻率處期望更多衰減時可以期望該低通濾波器。電容器474和476可改善端口 3的S(3，3)傳遞函數和阻抗。電容器474和476可以在良好的電路接地在芯片上不可用并且電路接地具有某個大寄生電感時尤其有用。尤其在多個定向耦合器連接在菊花鏈中時，例如，在第一定向I禹合器的端口 4連接到第二定向f禹合器的端口 3的情況下，較好的S(3，3)可改善性能。分流電容器可提供其他優點。
[0046]在圖4B和4C中示出的示例性設計中，定向耦合器包括阻抗匹配電路的所有電路組件。在另一示例性設計中，阻抗匹配電路可包括不是定向耦合器的一部分的一個或更多個電路組件。
[0047]圖5A示出帶有包括集成/組合的定向耦合器452d和阻抗匹配電路454d的4端口輸出電路450d的收發機420d的示例性設計。輸出電路450d具有標示為端口 I的第一/輸入端口、標示為端口 2的第二 /輸出端口、標示為端口 3的第三/耦合端口和標示為端口 4的第四/隔離端口。輸出電路450d使(i)其端口 I耦合到開關共用器440的節點X并接收輸入RF信號，該輸入RF信號可包括來自PA 434的經放大RF信號，(ii)使其端口 2耦合到天線490并提供輸出RF信號，(iii)使其端口 3提供經耦合的RF信號并(iv)使其端口 4提供經反射RF信號。輸出電路450d包括定向耦合器452d，該定向耦合器452d將來自端口 I的輸入RF信號的大部分耦合到端口 2、將來自端口 I的輸入RF信號的小部分(例如，近似1/10的振幅比)耦合到端口 3、以及將來自端口 I的輸入RF信號的更小部分(例如，近似1/100或更少的振幅比)耦合到端口 4。定向耦合器452d還將來自端口 2的因天線490引起的經反射信號的小部分(例如，近似1/10的振幅比)耦合到端口 4，并且還將來自端口 2的經反射信號的更小部分(例如，近似1/100或更少的振幅比)耦合到端口 3。輸出電路450d還包括可減緩開關共用器440的電容性本質的阻抗匹配電路454d。輸出電路450d可表現出向端口 I看進去呈電感性以對抗電容性開關共用器440。
[0048]在一示例性設計中，輸出電路450d被設計成在開關共用器440連接在端口 I處的情況下，在目標工作頻率處測量時，端口 2處的阻抗接近于參考阻抗。由此，輸出電路450d可設計成使其端口 2在工作頻率處被良好地匹配。輸出電路450d還可設計成表現出向端口 I看進去呈電感性。
[0049]圖5B示出4端口輸出電路450e的示意圖，其是圖5A中的輸出電路450d的示例性設計。輸出電路450e包括共享電感器460的定向耦合器452e和阻抗匹配電路454e。在輸出電路450e之內，電感器460耦合在端口 I和端口 2之間，并且電感器462耦合在端口 3和端口 4之間。電容器464耦合在端口 I和端口 3之間，并且電容器466耦合在端口 2和端口 4之間。
[0050]在圖5B中示出的示例性設計中，定向耦合器452e用兩個電感器460和462以及兩個電容器464和466來實現。阻抗匹配電路454e用與圖3中的匹配電感器360相對應的電感器460來實現。電感器460被重用以實現定向耦合器452e和阻抗匹配電路454e兩者。電感器462與電感器460磁耦合。
[0051 ] 圖5C示出4端口輸出電路450f的示意圖，其是圖5A中的輸出電路450d的另一示例性設計。輸出電路450f包括共享電感器460的定向耦合器452f和阻抗匹配電路454f。輸出電路450f包括如以上圖5B所述地耦合的電感器460和462以及電容器464和464。輸出電路450f還包括耦合在端口 I和電路接地之間的電容器470、耦合在端口 2和電路接地之間的電容器472、耦合在端口 3和電路接地之間的電容器474以及耦合在端口 4和電路接地之間的電容器476。
[0052]在圖5C中示出的示例性設計中，定向耦合器452f用兩個電感器460和462以及6個電容器464、466、470、472、474和476來實現。阻抗匹配電路454f用電感器460和兩個電容器470和472來實現。電感器460被重用以實現定向耦合器452f和阻抗匹配電路454f兩者。
[0053]在圖5C中示出的示例性設計中，分流電感器耦合在輸出電路450f的每個端口和電路接地之間。一般而言，一個或更多個分流電容器可連接到輸出電路450f的一個或更多個端口。分流電容器可改善開關共用器440的阻抗匹配和/或提供其他優點。
[0054]在圖5B和5C中示出的示例性設計中，定向耦合器包括阻抗匹配電路的所有電路組件。在另一示例性設計中，阻抗匹配電路可包括不是定向耦合器的一部分的一個或更多個電路組件。
[0055]在一示例性設計中，如圖4B、4C、5B和5C所示，輸出電路可包括固定電容器。這些電容器的電容值可選擇成提供目標工作頻率處的良好性能。
[0056]在另一示例性設計中，輸出電路可包括一個或更多個可調節電容器。例如，圖4B、4C、5B和5C中的電容器464到476中的一個或更多個電容器可以是可調節的。可調節電容器可用具有可基于模擬控制電壓來調節的電容的可變電容器(變容器)實現。可調節電容器還可用可被選擇或不被選擇成改變電容的一排電容器來實現。在任何情形中，輸出電路中的(諸)可調節電容器可被改變以改善阻抗匹配并獲得良好性能。例如，可針對不同頻率和/或不同發射功率電平處的(諸)可調節電容器的不同設置表征輸出電路的性能。提供每個感興趣的頻率和/或每個感興趣的發射功率電平處的最佳性能的設置可存儲在查找表中。表征可由計算機模擬、實驗室測量、工廠測量、現場測量等執行。其后，可提供目標工作頻率和/或目標發射功率電平處的良好性能的設置可從查找表獲得并應用于輸出電路。
[0057]圖6示出帶有連接在菊花鏈中的多個輸出電路的無線設備600的示例性設計。在該示例性設計中，無線設備600包括N個收發機620a到620η，其中N可以是大于I的任何整數值。每個收發機620包括耦合到輸出電路650的端口 I的開關共用器640。每個輸出電路650可基于以上描述或以其他方式描述的示例性設計中的任何一者來實現。在圖6中不出的不例性設計中，收發機620a到620η以順序布置，并且一個收發機620中的輸出電路650的端口 2耦合到順序的下一收發機620中的輸出電路650中的端口 I。例如，收發機620a中的輸出電路650a的端口 2耦合到下一收發機620b中的輸出電路650b的端口 I。最后的收發機620η中的輸出電路650η的端口 2耦合到天線690。
[0058]如圖6所示，多個收發機620a到620η的多個輸出電路650a到650η可串聯地耦合在菊花鏈中。菊花鏈連接可使一個或更多個輸出電路650能夠被重用于一個或更多個收發機620。給定收發機(例如，收發機620a)可經由一個以上的輸出電路(例如，經由輸出電路650a到650η)耦合到天線690。菊花鏈連接可允許功率放大器和雙工器按頻帶或粗略頻率范圍(例如，低頻帶和高頻帶)來編組。輸出電路的匹配電路可隨后獨立地設計用于每個頻帶或每組頻帶。例如，用于較高頻率的電感器可比用于較低頻率的電感器小。此外，定向耦合器可獨立地設計用于每個頻帶或每組頻帶。例如，電感器460和462與較大電容器464和466之間較大的互電感可用來在低頻帶中獲得與在高頻帶中的耦合因數相同的耦合因數(例如，20dB)。
[0059]圖7示出帶有兩個收發機720a和720b以及連接在菊花鏈中的兩個輸出電路750a和750b的無線設備700的示例性設計。在該示例性設計中，收發機720a設計成用于低頻帶，而收發機720b設計成用于高頻帶。每個收發機720包括開關共用器740和輸出電路750。每個開關共用器740可耦合到PA 734和/或其他電路。在圖7中示出的示例性設計中，每個輸出電路750用圖4B中示出的3端口輸出電路設計來實現并包括如以上圖4B所述地耦合的兩個電感器760和762、兩個電容器764和766以及電阻器768。低頻帶收發機720a中的輸出電路750a使其端口 I耦合到開關共用器740a，使其端口 2耦合到高頻帶收發機720b中的輸出電路750b的端口 1，并使其端口 3提供低頻帶處的經耦合的RF信號。高頻帶收發機720b中的輸出電路750b使其端口 I耦合到開關共用器740b，使其端口 2耦合到天線790，并使其端口 3提供高頻帶處的經耦合的RF信號。
[0060]輸出電路750a和750b內的電感器、電容器和電阻器可選擇成分別提供用于低頻帶和高頻帶的良好性能。例如，電感器、電容器和電阻器可選擇成在插入損耗、回波損耗、從端口 I到端口 2的方向性、從端口 I到端口 3的耦合、端口 2處的目標阻抗(Z2)等方面獲得良好性能。計算機模擬指示可容易地為每個電路750達成20分貝(dB)以上的良好方向性。
[0061]如上所述，輸出電路可包括兩個耦合電感器以實現定向耦合器和阻抗匹配電路。這兩個電感器可以各種方式實現以獲得期望電感和耦合。這兩個電感器還可在1C、電路板等的一個或更多個導電層上制造。
[0062]圖8A示出可在輸出電路中使用的兩個堆疊電感器812和814的示例性設計的俯視圖。在該示例性設計中，電感器812和814制造在(例如，RFIC或電路模塊的)兩個導電層上。電感器812是用以螺旋模式布置在第一導電層上的第一導體來實現的。電感器814是用以螺旋模式布置在第二導電層上的第二導體來實現的。電感器814的導體與電感器812的導體交疊。在圖8A中，電感器812是用交叉陰影線表示的，而電感器814是用黑色輪廓線表示的。
[0063]圖8B示出也可在輸出電路中使用的兩個并排電感器822和824的示例性設計的俯視圖。在該示例性設計中，電感器822和824制造在(例如，RFIC或電路模塊的)單個導電層上。電感器822是用以螺旋模式布置在導電層上的第一導體來實現的。電感器824是用以螺旋模式布置在同一導電層上的第二導體來實現的。如圖8B所示，電感器824的第二導體與電感器822的第一導體交織或交錯。
[0064]圖8A和8B不出輸出電路的兩個電感器的兩種不例性設計。一般而言，輸出電路中的兩個電感器各自可用任何數目的匝數來實現。這兩個電感器可具有相同或不同匝數。匝數、匝的直徑、每個導體的寬度和高度、兩個電感器的兩個導體之間的間隔、和/或兩個導體的其他屬性可選擇成獲得每個電感器的期望電感和品質因數(Q)以及兩個電感器之間的期望耦合系數。耦合系數可通過控制兩個導體的放置和/或導體之間的距離來改變。
[0065]圖8A和SB示出其中用螺旋模式來實現兩個電感器的示例性設計。這兩個電感器還可以其他方式(諸如用雙螺線、鋸齒形或某種其他模式)來實現。這兩個電感器還可用各種導電材料來制造，諸如低損耗金屬(例如，銅)、較大損耗金屬(例如，鋁)或某種其他材料。可為制造在低損耗金屬層上的電感器達成較高的Q。較小尺寸的電感器可在有損耗的金屬層上制造，因為可應用不同的IC設計規則。
[0066]圖8A中的堆疊拓撲可允許兩個電感器被制造在較小面積中，并還可導致每個電感器的兩端之間的較好匹配。圖8B中的并排拓撲可在存在有限數目的金屬層時使用。實際的電感器實現可產生匝之間的寄生電容。該寄生電容可被吸收在電容器464和/或466中，這可隨后減小電容器464和/或466的值或者可甚至允許電容器464和/或466被省略。
[0067]定向耦合器和阻抗匹配電路在單個輸出電路中的集成可提供各種優點。首先，該集成使電感器能夠被定向耦合器和阻抗匹配電路兩者重用，這可減少電路系統、尺寸和成本并還可改善性能。其次，該集成允許定向耦合器與天線更靠近地放置，這可啟用自校準，改善總輻射功率控制并提供其他優點。
[0068]在一示例性設計中，裝置(例如，無線設備、1C、電路模塊等)可包括輸出電路，例如，如圖4A到5C所示。在一示例性設計中，輸出電路可耦合到可進一步耦合到至少一個PA的開關共用器。該輸出電路可包括共享至少一個電感器的定向耦合器和阻抗匹配電路。例如，開關共用器可以是圖4A中的開關共用器440，輸出電路可以是輸出電路450a，并且該至少一個PA可包括PA 434。定向耦合器可以是圖4A中的定向耦合器452a，并且阻抗匹配電路可以是阻抗匹配電路454a。由定向耦合器和阻抗匹配電路共享的該至少一個電感器可包括圖4B中的電感器460。輸出電路可耦合在開關共用器和天線之間。
[0069]在一示例性設計中，輸出電路可包括第一、第二和第三端口。第一端口可耦合到開關共用器并可接收輸入RF信號。第二端口可耦合到負載并可提供輸出RF信號。第三端口可提供包含輸入RF信號的一部分的經耦合的RF信號。輸出電路可還包括可提供經由第二端口接收到的經反射RF信號的第四端口。在一示例性設計中，負載可包括天線，并且輸出電路可對開關共用器和天線進行阻抗匹配。
[0070]在一不例性設計中，輸出電路可包括第一和第二電感器。第一電感器(例如，圖4B中的電感器460)可I禹合在輸出電路的第一和第二端口之間，并可以是由定向I禹合器和阻抗匹配電路共享的至少一個電感器之一。第二電感器(例如，圖4B中的電感器462)可耦合到輸出電路的第三端口，并可磁耦合到第一電感器。第一和第二電感器可在IC或電路板的兩層上堆疊(例如，如圖8A所示)或者在單層上并排地形成(例如，如圖SB所示)。
[0071]輸出電路還可包括第一和第二電容器。第一電容器(例如，圖4B中的電容器464)可耦合在第一電感器的第一端子和第二電感器的第一端子之間。第二電容器(例如，圖4B中的電容器466)可I禹合在第一電感器的第二端子和第二電感器的第二端子之間。輸出電路還可包括耦合在第一電感器的至少一個端子和/或第二電感器的至少一個端子與電路接地之間的至少一個電容器(例如，圖4C中的電容器470、472、474和/或476)。在一示例性設計中，輸出電路可包括固定電容器。在另一示例性設計中，輸出電路可包括至少一個可調節電容器以例如基于無線設備的工作頻率和/或發射功率電平來調節阻抗匹配。輸出電路還可包括耦合在第二電感器的第二端子和電路接地之間的電阻器(例如，圖4B中的電阻器 468)ο
[0072]在一示例性設計中，該裝置還可包括第二輸出電路。在一示例性設計中，第二輸出電路可耦合到可進一步耦合到至少一個附加功率放大器的第二開關共用器。第二輸出電路還可耦合到輸出電路并可包括共享至少一個附加電感器的第二定向耦合器和第二阻抗匹配電路。例如，開關共用器可以是圖7中的開關共用器740b，輸出電路可以是輸出電路750b,第二開關共用器可以是開關共用器740a，并且第二輸出電路可以是輸出電路750a。輸出電路可包括耦合到開關共用器的第一端口和耦合到天線的第二端口。第二輸出電路可包括耦合到第二開關共用器的第一端口和耦合到輸出電路的第一端口的第二端口。該至少一個附加功率放大器(例如，圖7中的PA734a)可經由第二開關共用器(例如，開關共用器740a)、第二輸出電路(例如，輸出電路750a)和輸出電路(例如，輸出電路750b)耦合到天線。
[0073]在一示例性設計中，該至少一個功率放大器、開關共用器和輸出電路可以是用于高頻帶的，如圖7所示。在一示例性設計中，該至少一個附加功率放大器、第二開關共用器和第二輸出電路可以是用于低頻帶的，仍如圖7所示。
[0074]圖9示出由無線設備執行的過程900的示例性設計。負載(例如，天線)的阻抗可與包括用于阻抗匹配和定向耦合兩者的至少一個電感器的輸出電路相匹配(框912)。定向耦合可用該輸出電路來執行以將輸入RF信號提供為輸出RF信號并將該輸入RF信號的一部分耦合成經耦合的RF信號(框914)。從該負載接收到的經反射的RF信號可由該輸出電路提供(框916)。
[0075]在一示例性設計中，框912中的阻抗匹配和框914中的定向耦合可用該輸出電路在高頻帶處執行。該負載的阻抗可在低頻帶處與包括用于低頻帶處的阻抗匹配和定向耦合兩者的至少一個附加電感器的第二輸出電路相匹配。低頻帶處的定向耦合可用該第二輸出電路來執行。在一示例性設計中，負載在低頻帶處的阻抗匹配可用串聯耦合的輸出電路和第二輸出電路來執行，例如，如圖7所示。
[0076]如本文中所述的帶有集成/組合的定向耦合器和阻抗匹配電路的輸出電路可在1C、模擬1C、RFIC、混合信號1C、ASIC、印刷電路板(PCB)、電子器件等上實現。輸出電路還可用各種IC工藝技術來制造，諸如互補金屬氧化物半導體(CMOS)、N溝道MOS (NMOS)、P溝道MOS (PMOS)、雙極結型晶體管(BJT)、雙極CMOS (BiCMOS)、硅鍺(SiGe)、砷化鎵(GaAs)、異質結雙極晶體管(HBT)、高電子遷移率晶體管(HEMT)、絕緣體上硅(SOI)等。
[0077]本文中描述的實現輸出電路的裝置可以是自立設備或可以是較大設備的一部分。設備可以是(i)自立1C、(ii)可包括用于存儲數據和/或指令的存儲器IC的一個或更多個IC的集合、(iii)諸如RF接收機(RFR)或RF發射機/接收機(RTR)之類的RFIC、(iv)諸如移動站調制解調器(MSM)之類的ASIC、(V)可嵌入在其他設備之內的模塊、(vi)接收機、蜂窩電話、無線設備、手持機或移動單元、(vii)等。
[0078]在一個或多個示例性設計中，所描述的功能可以在硬件、軟件、固件、或其任何組合中實現。如果在軟件中實現，則各功能可以作為一條或多條指令或代碼存儲在計算機可讀介質上或藉其進行傳送。計算機可讀介質包括計算機存儲介質和通信介質兩者，包括促成計算機程序從一地向另一地轉移的任何介質。存儲介質可以是能被計算機訪問的任何可用介質。作為示例而非限定，這樣的計算機可讀介質可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盤存儲、磁盤存儲或其它磁存儲設備、或能被用來攜帶或存儲指令或數據結構形式的期望程序代碼且能被計算機訪問的任何其它介質。任何連接也被正當地稱為計算機可讀介質。例如，如果軟件是使用同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、數字訂戶線(DSL)、或諸如紅外、無線電、以及微波之類的無線技術從web網站、服務器、或其它遠程源傳送而來，則該同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、DSL、或諸如紅外、無線電、以及微波之類的無線技術就被包括在介質的定義之中。如本文中所使用的，盤(disk)和碟(disc)包括壓縮碟(CD)、激光碟、光碟、數字多用碟(DVD)、軟盤和藍光碟，其中盤(disk)往往以磁的方式再現數據，而碟(disc)用激光以光學方式再現數據。上述組合應當也被包括在計算機可讀介質的范圍內。
[0079]提供對本公開的先前描述是為了使得本領域任何技術人員皆能夠制作或使用本公開。對本公開的各種修改對于本領域技術人員將是顯而易見的，并且本文中定義的普適原理可被應用于其他變形而不會脫離本公開的范圍。由此，本公開并非旨在被限定于本文中所描述的示例和設計，而是應被授予與本文中所公開的原理和新穎性特征相一致的最廣范圍。
【權利要求】
1.一種裝置，包括: 輸出電路，其包括共享至少一個電感器的定向耦合器和阻抗匹配電路。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括: 耦合到至少一個功率放大器和所述輸出電路的開關共用器。
3.如權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述輸出電路耦合在所述開關共用器和天線之間。
4.如權利要 求1所述的裝置，其特征在于，所述輸出電路包括: 接收輸入射頻(RF)信號的第一端口 ； 提供輸出RF信號的第二端口 ；以及 提供包括所述輸入RF信號的一部分的經耦合的RF信號的第三端口。
5.如權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述輸出電路還包括: 提供經由所述第二端口接收到的經反射的RF信號的第四端口。
6.如權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述輸出電路表現出向所述第一端口看進去呈電感性。
7.如權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述輸出電路對耦合到所述輸出電路的所述第二端口的天線進行阻抗匹配。
8.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述輸出電路包括: 率禹合在所述輸出電路的第一端口和第二端口之間的第一電感器，所述第一電感器是由所述定向耦合器和所述阻抗匹配電路共享的所述至少一個電感器之一；以及耦合到所述輸出電路的第三端口并磁耦合到所述第一電感器的第二電感器。
9.如權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述輸出電路還包括: 耦合在所述第一電感器的第一端子和所述第二電感器的第一端子之間的第一電容器；以及 耦合在所述第一電感器的第二端子和所述第二電感器的第二端子之間的第二電容器。
10.如權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述輸出電路還包括: 耦合在所述第一電感器的至少一個端子或所述第二電感器的至少一個端子與電路接地之間的至少一個電容器。
11.如權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述輸出電路還包括: 耦合在所述第二電感器的端子和電路接地之間的電阻器。
12.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述輸出電路包括: 用于調節阻抗匹配的至少一個可調節電容器。
13.如權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二電感器堆疊在集成電路或電路板的兩層上或者在所述集成電路或所述電路板的單個層上并排地形成。
14.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括: 第二輸出電路，其耦合到所述輸出電路并可包括共享至少一個附加電感器的第二定向耦合器和第二阻抗匹配電路。
15.如權利要求14所述的裝置，其特征在于，所述輸出電路包括耦合到開關共用器的第一端口和耦合到天線的第二端口，并且所述第二輸出電路包括耦合到第二開關共用器的第一端口和耦合到所述輸出電路的所述第一端口的第二端口。
16.如權利要求15所述的裝置，其特征在于，所述開關共用器和所述輸出電路是用于高頻帶的，并且其中所述第二開關共用器和所述第二輸出電路是用于低頻帶的。
17.—種方法,包括: 將負載的阻抗與包括用于阻抗匹配和定向耦合兩者的至少一個電感器的輸出電路相匹配；以及 用所述輸出電路對輸入射頻(RF)信號進行定向耦合以將所述輸入RF信號提供為輸出RF信號并將所述輸入RF信號的一部分耦合成經耦合的RF信號。
18.如權利要求17所述的方法，其特征在于，還包括: 提供從耦合到所述輸出電路的負載接收到的經反射的RF信號。
19.如權利要求17所述的方法，其特征在于，匹配所述阻抗包括將所述負載的所述阻抗與串聯耦合的所述輸出電路和第二輸出電路兩者相匹配。
20.—種設備,包括: 用于匹配負載的阻 抗的裝置；以及 用于定向耦合輸入射頻(RF)信號以將所述輸入RF信號提供為輸出RF信號并將所述輸入RF信號的一部分耦合成經耦合的RF信號的裝置，所述用于匹配阻抗的裝置和所述用于定向耦合的裝置共享至少一個電感器。
【文檔編號】H04B1/04GK104081672SQ201380006975
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2013年1月30日 優先權日:2012年1月30日
【發明者】C·D·普萊斯蒂 申請人:高通股份有限公司