用于定向耦合器的系統(tǒng)和方法
【專利說明】用于定向輔合器的系統(tǒng)和方法
[0001] 本申請要求2014年9月15日提交的標題為"用于定向禪合器的系統(tǒng)和方法"的 美國臨時申請序列No. 62/050314的優(yōu)先權(quán)，所述申請的全部內(nèi)容通過引用合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本公開一般設及電子器件，且更具體設及用于定向禪合器的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 作為在特定方向上可W檢測正被傳輸?shù)墓β实碾娮悠骷亩ㄏ蚨U合器被用在各 種各樣的射頻（R巧電路中。例如，定向禪合器可W在雷達系統(tǒng)中通過從反射波中分離入射 波W檢測反射波，或可被用在測量傳輸線的阻抗失配的電路中。在功能上，定向禪合器具有 前向傳輸路徑和禪合傳輸路徑。前向傳輸路徑一般具有低損耗，而禪合傳輸路徑禪合在特 定方向上傳送的傳輸功率的一小部分。存在許多不同類型的禪合器架構(gòu)，包括電磁禪合和 磁禪合器的。運些禪合器類型中的每個禪合器可根據(jù)操作頻率和操作環(huán)境使用不同拓撲結(jié) 構(gòu)和材料而被實施。
[0004] 一個用于定向禪合器的常見的應用是在諸如蜂窩電話或便攜式計算設備的便攜 式射頻（R巧設備中檢測反射和傳輸?shù)墓β?。傳輸功率的測量可被用在控制回路中W調(diào)節(jié) 功率放大器的輸出，而反射功率的測量連同反射功率的測量可被用于調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)天線匹配 網(wǎng)絡。限制運樣的反射功率測量的精度的一個參數(shù)是定向禪合器的方向性，運是設及到定 向禪合器從入射波到反射波分離測量的能力。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽〇化]根據(jù)一個實施例，電路包括定向禪合器，該定向禪合器具有多個端口，該多個端口 包括輸入端口、傳輸端口、隔離端口和禪合端口W及禪合到多個端口中的至少一個端口的 可調(diào)節(jié)端子。
【附圖說明】
[0006] 為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點，現(xiàn)在結(jié)合附圖的W下描述進行參考，其中：
[0007] 圖Ia-化圖示了實施例定向禪合器系統(tǒng)；
[000引圖2a-化圖示了實施例具有方向選擇開關(guān)的定向禪合器系統(tǒng)；
[0009] 圖3a-3b圖示了實施例利用兩個變壓器的定向禪合器系統(tǒng)；
[0010] 圖4圖示了根據(jù)又一實施例定向禪合器； W11]圖5a-5d圖示了實施例可調(diào)節(jié)阻抗電路；
[0012] 圖6a-6d進一步圖示了利用實施例定向禪合器系統(tǒng)的RF系統(tǒng)；W及
[0013] 圖7圖示了實施例方法的方框圖。
[0014] 相應的數(shù)字和符號在不同附圖中通常設及代相應的部件，除非另外給出指示。附 圖被繪制用于W清楚地示例優(yōu)選實施例的相關(guān)方面并且無需按比例繪制。為了更清楚地示 出某些實施例，在圖號之后表示相同結(jié)構(gòu)、材料或工藝步驟的變化的字母。
【具體實施方式】
[0015] W下詳細地論述本優(yōu)選實施例的制造和使用。然而，應當理解的是本發(fā)明提供可 在多種特定情境下體現(xiàn)的許多適用的創(chuàng)新性概念。討論的具體實施例僅僅是制造和使用本 發(fā)明的說明性的具體方式，并非限制本發(fā)明的范圍。
[0016] 本發(fā)明將在特定的情境內(nèi)結(jié)合優(yōu)選的實施例被描述，用于定向禪合器的系統(tǒng)和方 法可W例如使用在測量入射功率或反射功率的RF電路中。本發(fā)明的實施例也可W應用于 包括具有定向禪合器的其它電路和具有可選信號路徑的RF系統(tǒng)的其他系統(tǒng)和應用中。此 夕F，用于執(zhí)行RF測量的系統(tǒng)的實施例可W包括，但不限于測量和/或調(diào)諧阻抗失配、時域反 射計（TDR)、用于和可調(diào)諧天線匹配電路和可調(diào)諧濾波器的傳感器的設備。
[0017] 在本發(fā)明的實施例中，定向禪合器電路包括具有輸入端口和傳輸端口的定向禪合 器。定向禪合器還包括隔離端口和禪合端口，在隔離端口上，從傳輸端口傳送到輸入端口的 信號被禪合W及在禪合端口上，從輸入端口傳送到傳輸端口的信號被禪合。可調(diào)節(jié)端子阻 抗被禪合到隔離端口和/或禪合端口，W提高定向禪合器的方向性。
[0018] 例如，實施例的定向禪合器系統(tǒng)可W被用在蜂窩手持機的RF前端系統(tǒng)和前端多 忍片模塊中。例如，運種定向禪合器系統(tǒng)可W具體地用在蜂窩手持機的可重構(gòu)RF前端。由 于在系統(tǒng)中的各個端口的阻抗失配，實施例的定向禪合器系統(tǒng)可W用在RF前端系統(tǒng)中W 感應從PA傳輸?shù)教炀€的功率W及從天線反回到PA的功率。在運樣的系統(tǒng)中，實施例的定 向禪合器提供了高方向性，例如大于25分貝，在大約0. 5GHz至大約3. 8GHz的頻率范圍內(nèi)。 在常規(guī)系統(tǒng)中，運通常在包括高Q值無源組件的技術(shù)中通過使用無源定向禪合器實現(xiàn)。實 施例的可調(diào)諧禪合器可被單片集成在娃或其他半導體基片上W實現(xiàn)高方向性。在一些實施 例中，在手持移動設備的0. 5GHz到3. 8GHz的頻率范圍內(nèi)的至少25地的高方向性通過調(diào)諧 在定向禪合器的禪合和/或隔離端口的負載阻抗實現(xiàn)。
[0019] 在傳統(tǒng)的定向禪合器中，高方向性可W通過在IPD(集成無源器件）技術(shù)或其他 包括厚金屬和提供高Q值的無源技術(shù)中實施寬帶禪合器而實現(xiàn)。運樣，當使用方向選擇開 關(guān)時，IPD禪合器通常集成在具有RF開關(guān)的模塊。雙禪合器也在寬頻率范圍內(nèi)提供高方向 性，并能夠同時提供在禪合端口和隔離端口處的信息，但可具有比單一禪合器更高的插入 損耗。
[0020] 根據(jù)各種實施例，禪合器是基于可被單片地集成在一起的磁變壓器和可調(diào)諧無源 電容器和電阻器。高方向性通過調(diào)諧禪合在定向禪合器的隔離端口或禪合端口的端子電阻 和/或電容器而實現(xiàn)，W實現(xiàn)在每個頻帶的高方向性。所提出方法的優(yōu)點包括在RF開關(guān)過 程中的禪合器的單片集成，該RF開關(guān)過程提供在約0. 5GHz和約3. 8GHz之間的頻率范圍中 提供高方向性，具有低插入損耗。
[0021] 定向禪合器的方向性很大程度地取決于在隔離端口的端子的質(zhì)量。具有高方向性 的現(xiàn)有技術(shù)的禪合器通?；诰哂袉蝹€禪合器的雙禪合器結(jié)構(gòu)分別與具有良好控制的阻 抗端接。運種禪合器能夠同時在禪合端口和隔離端口提供信號。在現(xiàn)代用于移動手持設備 的RF前端系統(tǒng)的單個輸出（或禪合或隔離）在同一時間被監(jiān)控。運意味著隔離端口可W 與良好控制的阻抗或可調(diào)諧的阻抗端接，而不必具有與外部組件的任何接口，同時禪合端 口可W由收發(fā)器系統(tǒng)監(jiān)控。在運樣的配置中，雙向操作和高方向性可W在同一時間通過定 向禪合器的禪合和隔離端口之間切換W及通過調(diào)諧端子阻抗實現(xiàn)最佳方向性。
[0022] 圖Ia圖示了可被用于在各個實施例中實施定向禪合器的定向禪合器100。如圖 所示，定向禪合器100通過使用具有禪合在輸入端口和傳輸端口之間的一組繞組102aW及 禪合在隔離端口和禪合端口之間禪合并且磁禪合到繞組102a的另一組繞組10化的變壓器 104來實施。變壓器104可W使用本領(lǐng)域中公知的電路和系統(tǒng)來實施。例如，在一個實施例 中，變壓器104可W利用布置在集成電路上堆疊或相鄰的螺旋電感器來實現(xiàn)。在進一步的 實施例中，變壓器104可W使用布置在基片上的帶狀的變壓器來實現(xiàn)?？商娲?，除了在圖 Ia示出禪合的變壓器底座W外，可W使用其他定向禪合電路和結(jié)構(gòu)。在實施例中，電容器 106、108、110、112、114 和 116 被禪合到變壓器 104。
[0023] 定向禪合器100還包括可被用于調(diào)諧定向禪合器100的方向性的可調(diào)節(jié)端子阻抗 118。該可調(diào)節(jié)端子阻抗118可W使用本領(lǐng)域中已知的可切換電阻結(jié)構(gòu)實施。例如，在一個 實施例中，包括與開關(guān)串聯(lián)禪合的電阻的可切換電阻電路可W被串聯(lián)連接W執(zhí)行可調(diào)節(jié)電 阻端子。可替代地，可W使用本領(lǐng)域中已知的其它可調(diào)節(jié)的和/或可切換的阻抗電路。在 實施例中，可調(diào)節(jié)端子阻抗118可W被調(diào)節(jié)W具有在約20歐姆和約100歐姆之間且與在約 1歐姆和2歐姆之間的粒度可編程的電阻值。在一個實施例中，可調(diào)節(jié)端子阻抗118使用6 比特數(shù)字字表示總計64階進行編程。在可替代的實施例中，根據(jù)特定的實施例及其規(guī)格， 端子阻抗可具有不同的可編程阻抗的范圍和不同的粒度。
[0024] 在實施例中，參考如圖化所示的定向禪合器120,可切換電容電路可用于替代或 附加到可切換的電阻電路。運里，禪合到定向禪合器120的隔離端口的電容器110被示為 可調(diào)節(jié)電容器。在實施例中，可調(diào)節(jié)電容器110可被調(diào)節(jié)為具有約0巧和IpF之間的電容 值；然而，高于IpF的電容值也可W根據(jù)具體應用及其要求使用。當可調(diào)節(jié)端子阻抗118使 用可調(diào)節(jié)電阻實施時，可調(diào)節(jié)電阻和可調(diào)節(jié)電容110的組合可用于實施復雜的阻抗。在示 例的實施例中，可調(diào)節(jié)電阻提供導納的實部W及可調(diào)節(jié)電容110提供導納的虛部。在可選 的實施例中，除了可調(diào)節(jié)電阻和電容之外的其他組件可W被用于實施可調(diào)節(jié)阻抗。例如，可 切換電感可被用于某些實施例中。此外，也可W使用不同的可調(diào)節(jié)阻抗拓撲。例如，也可W 使用可調(diào)節(jié)電阻器和可調(diào)節(jié)電容器的可調(diào)串聯(lián)組合。在一些實施方案中，定向禪合器120 包括變壓器104、可調(diào)節(jié)端子阻抗118、可調(diào)節(jié)電容110W及可被集成在單個集成電路上的 電容器106、108、112、114和116。可替代地，使用帶狀線組件、無源組件，有源組件及其組合 的各種組件可集成在印刷電路板（PCB)。
[00巧]圖2a根據(jù)本發(fā)明包括方向選擇開關(guān)202W及變壓器104的定向禪合器結(jié)構(gòu)的實 施例圖示了可調(diào)定向禪合器。如圖所示，方向選擇開關(guān)包括兩個開關(guān)。一個開關(guān)選擇性地 將方向選擇開關(guān)的隔離端口和輸出端口禪合到第一端子端口，該第一端子端口禪合到可調(diào) 節(jié)電阻204和可調(diào)節(jié)電容206。另一