低噪聲放大器匹配的制作方法
【專利說明】低噪聲放大器匹配
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求來自2013年11月07日提交的、共同擁有的美國非臨時專利申請第14/074，612號的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容以整體通過引用顯式地并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明總體上涉及低噪聲放大器匹配設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0004]多模多制式無線通信設(shè)備通常需要一個或多個高性能無線電接收器，其應(yīng)當(dāng)為弱信號提供足夠的信噪比(SNR)性能以實現(xiàn)最大的敏感度性能。此外，多模接收器應(yīng)當(dāng)在寬動態(tài)范圍上以最小失真線性地處理信號和干擾水平。即需要高線性度性能。接收器內(nèi)的失真可能由例如互調(diào)和增益壓縮導(dǎo)致。更高的線性度導(dǎo)致降低的互調(diào)水平和增益壓縮。因此，還需要低噪聲、高增益性能。通常，難以實現(xiàn)同時提供高線性度和低噪聲兩者的接收器設(shè)計技術(shù)并且接收器設(shè)計技術(shù)受到設(shè)計折中的限制。
[0005]高性能接收器的一個重要部分是低噪聲放大器(LNA)13LNA可能是接收器的整體噪聲性能的主要決定因素。換句話說，諸如高線性度和低噪聲的LNA的特性可能主導(dǎo)總的接收器性能。一般地，LNA被放置在靠近接收天線接口的接收器的前端處以最小化天線和LNA之間的射頻(RF)損耗。LNA被設(shè)計成除LNA輸入處出現(xiàn)的噪聲之外貢獻(xiàn)最少量的額外噪聲的同時提供高增益。該性質(zhì)被稱為低噪聲因數(shù)。為實現(xiàn)高線性度特性，LNA也應(yīng)當(dāng)具有高三階輸入互調(diào)截止點(IIP3)，三階輸入互調(diào)截止點是其中三階互調(diào)產(chǎn)物水平與外推的線性期望的輸出水平相等的輸入水平。一般地，IIP3的高的值指示高的線性度性能。
[0006]在加入更多的LNA以覆蓋更多的頻帶和更多的模的同時，收發(fā)器設(shè)備在尺寸上正在縮小。常規(guī)的RF收發(fā)器專用集成電路(ASIC)可能包括至少20個LNA以覆蓋低頻帶(600MHz至lj900MHz)、中頻帶(1400MHz到2100MHz)和高頻帶(2200MHz到2700MHz)。包括至少20個LNA的設(shè)備封裝可以在大約3.8毫米X 3.8毫米，而用于每個LNA的被動匹配部件占三倍于收發(fā)器設(shè)備的尺寸的區(qū)域。而且，為了最佳的噪聲因數(shù)和增益，每個LNA必須被手動地阻抗匹配，因此，消耗了額外的時間。因此，接收器LNA匹配占據(jù)大量的區(qū)域并且需要極大的力氣去改變每個部分。通常的LNA可能具有兩個被動匹配部件并且接收器可能包括大約80個被動匹配部件(假定20個主接收器LNA和20個分集接收器LNA)。
[0007]存在對增強(qiáng)的無線通信設(shè)備的需求。更具體地，存在對涉及包括可編程LNA匹配設(shè)備的無線通信設(shè)備的實施例的需求。
【附圖說明】
[0008]圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的包括收發(fā)器專用集成電路的設(shè)備。
[0009]圖2描繪了無線通信設(shè)備。
[0010]圖2A-圖2C圖示了圖2的無線通信設(shè)備的個體部分。
[0011]圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的電子設(shè)備的框圖。
[0012]圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的包括耦合到多個匹配設(shè)備的收發(fā)器模塊的設(shè)備。
[0013]圖5圖示了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的包括耦合到多個匹配設(shè)備的收發(fā)器模塊的另一設(shè)備。
[0014]圖6圖示了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的匹配設(shè)備。
[0015]圖7圖示了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的另一匹配設(shè)備。
[0016]圖8圖示了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的又一匹配設(shè)備。
[0017]圖9是圖示電感器值的示例選擇的史密斯圖。
[0018]圖10描繪了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的包括耦合到收發(fā)器模塊的多個匹配設(shè)備的設(shè)備。
[0019]圖11描繪了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的包括匹配設(shè)備和低噪聲放大器的系統(tǒng)。
[0020]圖12是圖示噪聲因數(shù)測量單元的輸出的繪圖。
[0021]圖13是描繪了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖闡述的詳細(xì)描述旨在作為對本發(fā)明的示例性方面的描述，而非旨在代表可在其中實踐本發(fā)明的僅有的示例性方面。貫穿本描述使用的術(shù)語“示例性”意指“用作示例、實例或解釋”，并且不應(yīng)當(dāng)一定被解釋成優(yōu)于或勝過其他示例性方面。本詳細(xì)描述包括具體細(xì)節(jié)以用于提供對本發(fā)明的示例性方面的透徹理解的目的。沒有這些具體細(xì)節(jié)也可以實踐本發(fā)明的示例性方面對本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。在一些實例中，公知的結(jié)構(gòu)和器件以框圖形式示出以免模糊本文中給出的示例性方面的新穎性。
[0023]無線通信設(shè)備的常規(guī)的收發(fā)器是針對全球頻帶覆蓋和模覆蓋而設(shè)計并且在單個移動手持設(shè)備中可以有超過20個頻帶。進(jìn)一步地，如下文在圖1和圖2中所圖示的，常規(guī)的收發(fā)器可能需要針對每個接收信號路徑的大量的LNA與頻帶選擇濾波器。收發(fā)器可以包括選擇每個接收信號路徑與合適的濾波器、LNA匹配和針對所選擇的接收器路徑的伴隨的LNA的開關(guān)。進(jìn)一步地，收發(fā)器可以使用跟隨有一個或多個濾波器以及在許多情況下取決于LNA的數(shù)量或載波聚合的另一開關(guān)的天線開關(guān)模塊(ASM)。收發(fā)器內(nèi)的每個LNA可以包括兩個或三個被動匹配部件，并且被動匹配部件面積可以超過收發(fā)器ASIC面積幾個數(shù)量級。盡管接收器和LNA仿真預(yù)測了開始的LNA匹配值，然而由于印刷電路板(PCB)寄生和非理想的被動部件，仍然需要手動的經(jīng)驗性的匹配。進(jìn)一步地，更多的LNA被動部件等同于投入到匹配的顯著更多的時間。
[0024]圖1圖示了包括具有LNA103的收發(fā)器ASIC 102的設(shè)備100。設(shè)備100進(jìn)一步包括主接收器LNA匹配電路裝置104和分集接收器LNA匹配電路裝置106。如在圖1中所圖示的，每個LNA 103被耦合到專用的匹配部件，這導(dǎo)致了增加的匹配部件面積。
[0025]圖2圖示了包括在圖2A中詳細(xì)圖示的部分202、在圖2B中詳細(xì)圖示的部分204和在圖2C中詳細(xì)圖示的部分206的無線通信設(shè)備200。參考圖2A，通信設(shè)備200包括耦合到第一天線模塊210的主天線208和耦合到第二天線模塊214的分集天線212。第一天線模塊210包括耦合到雙工器220A-雙工器220C的開關(guān)216。進(jìn)一步地，第二天線模塊214包括耦合到多個LNA路徑的開關(guān)222，該多個LNA路徑包括與第二天線模塊214和分集天線212關(guān)聯(lián)的LNA匹配電路224A-匹配電路224D。注意，設(shè)備200可以包括與第二天線模塊214和分集天線212關(guān)聯(lián)的附加的LNA接收路徑(例如，20-30個LNA接收路徑)。
[0026]參考在圖2B中圖示的部分204，設(shè)備200進(jìn)一步包括與第一天線模塊210和主天線208關(guān)聯(lián)的LNA接收路徑內(nèi)的附加的LNA匹配電路224E-匹配電路224G。注意，設(shè)備200可以包括與第一天線模塊210和主天線208關(guān)聯(lián)的附加的LNA接收路徑(例如，20個LNA接收路徑)。繼續(xù)參考部分204，設(shè)備200還包括具有多個LNA的收發(fā)器集成電路(IC) 226，其中每個LNA與專用的LNA路徑相關(guān)聯(lián)。參考在圖2C中圖示的部分206，設(shè)備200還可以包括耦合到收發(fā)器IC226(參見圖2B)的移動站調(diào)制解調(diào)器ID 230。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，包括常規(guī)的收發(fā)器的設(shè)備200需要針對每個接收信號路徑的大量的LNA與頻帶選擇濾波器。
[0027]如在本文描述的示例性實施例是指向與可編程的LNA匹配相關(guān)的設(shè)備和方法。根據(jù)本發(fā)明的各種示例性實施例，允許針對最小接收器噪聲因數(shù)的自動的接收器噪聲匹配的可編程的匹配設(shè)備可以極大地減少無線通信設(shè)備內(nèi)的大量的LNA匹配部件?？删幊痰腖NA匹配設(shè)備可以包括一個或多個內(nèi)建的寬帶開關(guān)，以復(fù)用來自包括雙工器的許多頻帶選擇濾波器的LNA輸入。相應(yīng)地，一個寬帶LNA或少量的LNA可以服務(wù)大量的頻帶，使得使用設(shè)置查找表的處理器可以為每個頻帶設(shè)置最優(yōu)的LNA匹配設(shè)置。對于各種實施例，可編程的LNA可能需要一個或多個外部電感器以便實現(xiàn)更高的Q值。包括玻璃或藍(lán)寶石襯底的其他實施例可以為了完全集成解決方案在封裝內(nèi)采用高Q值電感器。進(jìn)一步地，實施例可以包括與設(shè)備裸片一起在玻璃上的集成的被動器件，以用于高度緊湊的軟件控制的可調(diào)整的設(shè)備。此外，實施例可以將可編程的LNA匹配集成到收發(fā)器ASIC中，消除大部分的LNA匹配。
[0028]更具體地，根據(jù)一個示例性實施例，設(shè)備可以包括至少一個LNA和耦合到該至少一個LNA并且被配置成接收一個或多個控制信號以針對多個頻帶中的所選擇的頻帶提供最優(yōu)的LNA匹配設(shè)置的LNA匹配設(shè)備。本發(fā)明的另一示例性實施例包括用于操作LNA匹配設(shè)備的方法。這種方法的各種實施例可以包括在LNA匹配設(shè)備處接收無線信號以及將來自LNA匹配設(shè)備的該無線信號傳送到LNA。方法還可以包括測量該無線信號的噪聲因數(shù)以及調(diào)整LNA匹配設(shè)備以針對多個頻帶中的所選擇的頻帶最小化噪聲因數(shù)。
[0029]通過對后續(xù)的描述、附圖和所附的權(quán)利要求的考慮，本發(fā)明的其他方面以及本發(fā)明的各個方面的特征和優(yōu)點對本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得顯而易見。
[0030]圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的電子設(shè)備300的方框圖。根據(jù)一個示例，設(shè)備300可以包括諸如移動電話的便攜式電子設(shè)備。設(shè)備300可以包括各種模塊，諸如數(shù)字模塊302、RF模塊304和電源管理模塊306。數(shù)字模塊302可以包括存儲器和一個或多個處理器。可以包括RF電路裝置的RF模塊304可以包括收發(fā)器305，收發(fā)器305具有發(fā)射器307和接收器309并且被配置用于經(jīng)由天線308的雙向無線通信。一般來說，無線通信設(shè)備300可以針對任意數(shù)量的通信系統(tǒng)、任意數(shù)量的頻帶和任意數(shù)量的天線而