專利名稱：確定rf電路的片上負載阻抗的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及配置來確定電路負載阻抗(例如片上負載阻抗)的 諸如集成半導體器件之類的裝置和電路，并涉及相應的方法。
背景技術(shù)：
已知的是通過添加與驅(qū)動器輸出端處的負載并聯(lián)的匹配電阻器 來對用于高速數(shù)據(jù)傳輸應用中的驅(qū)動器電路提供片上終端。美國專利 申請20030116810闡述了將期望使用具有可選電阻的片外器件來提 供可調(diào)節(jié)的電阻，其中可以通過根據(jù)如電壓和溫度之類的條件的變化 而周期性更新的數(shù)字信號來選擇所述可選電阻。該文獻提出了一種可 編程阻抗控制電路，該可編程阻抗控制電路與外部電阻器一起使用， 并且具有耦接到外部電阻器的分壓器和產(chǎn)生各種阻抗值的其它部件。
US6429685示出了測量驅(qū)動器電路的輸出阻抗，并使用局部有 源電路來設置輸出阻抗，以實現(xiàn)線性輸出特性。然而這種布置很消耗 直流電流。
還已知的是通過使用(數(shù)字電路的)兩個片上耗散狀態(tài)來確定 電源線的低歐姆電阻器。還已知的是在收發(fā)機芯片上提供發(fā)射機。發(fā) 射機的輸出通常經(jīng)過一個SAW濾波器。SAW濾波器已知只有在端 接了正確的源和負載阻抗時才具有特定的濾波器特性。發(fā)射機需要最 佳負載阻抗來送出最大線性輸出功率。還已知的是，發(fā)射機的最佳負 載阻抗與發(fā)射機輸出阻抗不相同。
SAW濾波器阻抗通常隨著與封裝和焊絲的影響相結(jié)合的一些外 部匹配軌跡、外部部件而變換，以產(chǎn)生新的片上負載阻抗。該負載阻 抗不應當太低，因為發(fā)射機輸出接近于電流源，并且通過將電流輸出 平方然后乘以負載阻抗來得到其功率。通過采用更高負載阻抗來得到 更大輸出功率。但是如果具有太高的負載，則會導致負載上的大電壓擺幅，并且在特定的點處，輸出晶體管(電流源)將會飽和并削波。 這將導致失真。存在最佳負載阻抗，能得到具有良好線性度的最高輸 出功率。應當選擇或調(diào)節(jié)匹配部件來達到從發(fā)射機輸出端看去的最佳 片上負載阻抗。
但是，從SAW濾波器輸入端看去的最佳源阻抗通常受到對匹配 元件的這種選擇或調(diào)節(jié)的影響。源阻抗來自于發(fā)射機，其通常為集電 極開路結(jié)構(gòu)從而為高阻抗，僅由損耗限制。該阻抗變換到輸出端成為
新的集電極開路阻抗。該阻抗將不會是SAW濾波器期望得到的阻抗。 從而SAW性能退化，例如帶內(nèi)波動以及對帶外信號分量的不良抑制。 換句話說，將SAW濾波器負載變換成最佳發(fā)射機負載，意味著 同時將發(fā)射機阻抗變換成非最佳SAW源阻抗。已知的是在發(fā)射機輸 出端(集電極開路)添加電阻損耗，這將降低集電極開路阻抗，這種 方式還會使SAW源阻抗更合適。不過，由于很難測量外部匹配軌跡、 外部部件、封裝以及焊絲等對RF信號的阻抗影響，因此難以確定電 阻應當具有什么值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供比如配置來確定電路負載阻抗(例如 片上負載阻抗)的集成半導體器件的改進的裝置和電路以及對應的方 法。
根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供
一種RF電路，其具有放大器、耦接到放大器輸出端的匹配網(wǎng)絡、
耦接到放大器輸出端的可編程電阻、以及控制器，該控制器被配置來 控制可編程電阻并通過檢測可編程電阻的不同值所對應的放大器輸 出中的變化來確定放大器的匹配輸出阻抗。
通過確定匹配輸出阻抗，可以改進或監(jiān)測放大器或者下游電路 如濾波器的性能?？梢栽诜糯笃鞯妮敵龆酥苯訖z測到放大器輸出，或 者在匹配網(wǎng)絡的下游或者更下游檢測到放大器輸出。
本發(fā)明的另一個方面提供了一種操作電路的方法，該電路具有 放大器、耦接到放大器輸出端的匹配網(wǎng)絡、以及耦接到放大器輸出端的可編程電阻，所述方法包括控制可編程電阻，并通過檢測可編程電阻的不同值所對應的放大器輸出中的改變來確定放大器的匹配輸出阻抗。
可以將關(guān)于本發(fā)明所公開的任何附加特征添加到這些方面中，下文中描述了一些這類附加特征。任何附加特征都可以結(jié)合在一起并且可以與任何方面相結(jié)合。另外的優(yōu)點尤其是相對于其它現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點對于所屬領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是很明顯的?？梢栽诓幻撾x本發(fā)明權(quán)利要求范圍的情況下作出多種變型和修改。因此，應當清楚地理解本發(fā)明的形式僅僅是說明性的，而不意在限制本發(fā)明的范圍。


現(xiàn)在將參照附圖通過示例的方式來描述本發(fā)明如何實施，其中圖1示出本發(fā)明實施例的示意圖，圖2示出實施例的操作的步驟，
圖3示出用于對SAW濾波器仿真的電路的示意圖，
圖4、圖5和圖6的每一個示出針對多個不同的源阻抗的在通帶之上、通帶中以及通帶之下的濾波器性能，
圖7和圖8示出沒有SAW濾波器和其它并聯(lián)電阻時以及具有SAW濾波器和其它并聯(lián)電阻時的放大器輸出，
圖9a和圖9b示出可編程電阻網(wǎng)絡的示例，
圖10和圖11示出測量輸出負載終端的結(jié)果，
圖12示出根據(jù)實施例的發(fā)射機的總體示圖，
圖13示出在一個頻率范圍之內(nèi)S21的結(jié)果，和
圖14示出S22的對應結(jié)果。
具體實施例方式
將針對具體實施例和特定附圖來描述本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于這些實施例，而僅由權(quán)利要求限定。所描述的附圖僅為示意性的而不是限制。在附圖中，為了說明， 一些部件的尺寸可能被放大了而沒有按照比例繪制。在本說明書和權(quán)利要求書中使用的詞語"包括"不排除其它部件或步驟。在提及單數(shù)名詞而使用了不定冠詞或定冠詞例如"一"、"一個"或"這個"時，除非特別說明，還包括這種名詞
的復數(shù)情況。
在權(quán)利要求書中使用的詞"包括"不應被解釋為限制于其后所列出措施；該詞不排除其它部件或步驟。因此，"包括裝置A和B的設備"這種表達的范圍不應限于僅由部件A和B所組成的設備。這僅表示對于本發(fā)明該裝置相關(guān)的部件是A和B。
另外，在說明書和權(quán)利要求書中的詞語第一、第二和第三之類用于在相似部件之間進行區(qū)分，而不是用于描述順序或時間先后次序。要理解的是，這樣使用的詞語在適當情況下可以互相交換，并且這里描述的本發(fā)明的實施例能夠以這里所述或所示的順序之外的其它順序來操作。
此外，在說明書和權(quán)利要求書中的詞語頂部、底部、之上、之下是為了描述方便，而不是描述相對位置。要理解的是這樣使用的詞語在適當情況下可以互相交換，并且這里描述的本發(fā)明的實施例能夠以這里所述或所示的方位之外的其它方位來操作。
所描述的實施例示出了用于RF前端中的電阻開關(guān)。該開關(guān)可以集成到IC (Qubic或RFCMOS)或其它類型的裝置中。在RF頻率下，寄生效應使得很難預測在芯片上得到了什么樣的負載阻抗，因此測量負載阻抗變得更加重要。這里認為RF的含義是在大約500MHz以上。
如所知的那樣，在功率放大器(PA)與天線(在天線開關(guān)之前或之后)之間需要阻抗匹配，以提供將阻抗變換成有用的值(例如標準50歐姆的接口)的變換。這通常在帶通濾波器之前實現(xiàn)。
實施例涉及這樣的問題阻抗變換為功率放大器(PA)提供了適當?shù)淖儞Q但沒有為帶通濾波器提供適當?shù)闹?。如果PA的負載(或輸出)阻抗等于濾波器的源(或輸入)阻抗，就會實現(xiàn)針對帶通濾波器的最好的值。然而，這種幾率非常小，尤其對于通常用在功率放大器中的集電極開路(或漏極開路)結(jié)構(gòu)。
接下來并且實際的問題在于，在對于功率放大器而言阻抗變換為最好的情況下，損失了輸出功率的絕大部分。實施例使用了例如具有電阻開關(guān)形式的可編程電阻或者可編程電阻開關(guān)網(wǎng)絡，或者布置來提供可編程電阻的有源電路。至少對于功率和線性度為主要關(guān)注點的應用來說，到目前為止電阻器比較易于實現(xiàn)而不會損失線性度或功率，因為在關(guān)斷后沒有功率損失。可以將開關(guān)(或開關(guān)網(wǎng)絡)布置來在開關(guān)閉合的情況下將放大器與濾波器之間的線耦接到地。可以通過期望與應用相配的任何類型的控制電路來執(zhí)行開關(guān)或開關(guān)網(wǎng)絡的驅(qū)動。控制電路能夠?qū)﹂_關(guān)或開關(guān)網(wǎng)絡的電阻進行編程。在所描述的僅作為示例的實施例中，通過經(jīng)由數(shù)字寄存器編程的數(shù)字逆變器或緩沖
器來驅(qū)動開關(guān)或開關(guān)網(wǎng)絡?？梢酝ㄟ^具有板上ROM的數(shù)字基帶處理器集成電路來控制寄存器?？梢允褂美缤ㄓ么锌偩€USB之類的標準接口。
可以使用同一個或另外的控制電路來接收表示在匹配網(wǎng)絡之后的功率放大器的輸出的信號，并用來控制開關(guān)或開關(guān)網(wǎng)絡，改變電阻
并記錄功率放大器的輸出中的后續(xù)變化。如將在下文更詳細地說明的那樣，該控制電路或遠離PA的其它處理器電路可以隨后使用電阻值和對應的匹配輸出測量值來確定PA的等效匹配輸出阻抗的值。在進行該電阻的切換以確定匹配輸出阻抗值之后，可以以各種方式來使用該值，其中一個方式是調(diào)節(jié)匹配來得到最佳阻抗變換以實現(xiàn)期望的特性，比如最佳增益或最佳效率，或期望的其它特性。功率檢測器可以測量功率值。
換句話說，至少一些實施例涉及以現(xiàn)在濾波器阻抗(例如SAW源阻抗)也為正確的方式來在發(fā)射機輸出端(例如集電極開路)處增加電阻損耗，這將會降低輸出阻抗，例如集電極開路阻抗。缺點是在額外的電阻器中損失了輸出功率。因此，該電阻器不是被實現(xiàn)為固定值的電阻器，而是實現(xiàn)為可編程的電阻，例如取決于SAW的R源(根據(jù)品牌和型號的不同可以是100歐姆或150歐姆，或其它的值)具有比如50歐姆的值。可以通過適當數(shù)量的數(shù)字位例如由3個數(shù)字位控制的8個電阻值來控制該可編程的電阻。可以將電阻值調(diào)節(jié)來獲得可接受的SAW濾波器源阻抗，并在輸出端具有與使用固定電阻器相比而言減小的額外損耗。為了使用該可編程電阻器來檢査可用于集電極上的負載阻抗，可以針對多個不同的電阻器的值(例如兩個不同的電阻值)來測量輸出功率。可以將電阻值的范圍編程在由數(shù)字位限定的兩個極值之間。當數(shù)字值為一個極值(例如位值7)時完全接通額外電阻器，而當數(shù)字值為另一個極值(例如位值0)時完全關(guān)斷額外電阻器。輸出功率
的差稱為"損耗"。并聯(lián)地添加到負載阻抗上的電阻極值例如是380
歐姆，并被稱作"RextM"。可以使用下面的等式來計算芯片上開路
的集電極處的負載阻抗，即等效匹配輸出阻抗。7 = "R + "R * 1 nLossZ10
厶load 隱Aextra 丁 ivextra 丄^
Re力a-額外電阻值，其并聯(lián)地添加到負載阻抗上，例如為380歐
姆
Los^在沒有并聯(lián)Rextra (值=0)與并聯(lián)了 Rextra (值=7)之間的差值(△)輸出功率。
圖1中示出了本發(fā)明的第一實施例。該圖示出具有放大器的發(fā)射機20，該放大器具有功率放大器PA 30的形式。該放大器的輸出端經(jīng)由匹配網(wǎng)絡40耦接到如SAW濾波器50的濾波器和天線開關(guān)。天線開關(guān)使該電路能夠用作收發(fā)機，將發(fā)射機或接收機70耦接到該天線。具有可編程電阻網(wǎng)絡35之類的形式的可編程電阻也耦接到放大器的輸出端。該可編程電阻由控制器60來控制。控制器可以是發(fā)射機的一部分，或者如圖所示在發(fā)射機的外部，并且可以作為發(fā)射機或接收機或者收發(fā)機的一部分而位于本地，也可以是遠程的?？刂破骶哂衼碜苑糯笃鞯钠ヅ渲蟮妮敵龅妮斎耄源_定放大器的輸出功率。虛線箭頭示出可以在芯片上添加檢測器(峰值或功率檢測器)來同時測量輸出功率。可以在集電極開路輸出端直接添加它。
按照應用，可以布置控制器來使用上述等式確定匹配輸出阻抗。在圖2中更詳細地示出了該操作。其結(jié)果可以例如用于測試以檢査該結(jié)果處于可接受的范圍內(nèi)，或者用于在制造或使用期間正確地設置匹配。或者可以在其它場合進行這種計算。在一些情況中控制器可以用來根據(jù)發(fā)射條件僅在制造期間或者在該電路的使用期間控制可編程電阻。在一些情況下，控制器可以用來進行自動測試以檢査阻抗處在
10可接受的限制之內(nèi)，并輸出測試通過信號或失敗信號。
圖2示出在使用圖1所示電路時在本發(fā)明的一個實施例或者其它實施例的操作中的步驟。在步驟80，將可編程阻抗設置為初始值。
在步驟90，對匹配之后的放大器輸出進行檢測并記錄。在步驟100進行循環(huán)，以在步驟105改變可編程電阻，并重復步驟90?？蛇x的是，可以結(jié)束循環(huán)并在步驟110計算阻抗，在步驟120可以使用所確定的值。如果期望，則可以對更多對的可編程電阻值重復該循環(huán)，并可以計算匹配輸出阻抗的更多值，這可用于形成匹配輸出阻抗的平均值或不同值的曲線圖。
換句話說，提供電路來確定在與比如片上等效負載之類的等效負載進行匹配之后的等效阻抗是否為恰當?shù)囊粋€。等效阻抗是虛擬阻抗，例如載入放大器的開路的集電極(或開路的漏極)的電阻。等效阻抗是外部負載阻抗和匹配阻抗相結(jié)合的產(chǎn)物，匹配阻抗例如由無源匹配網(wǎng)絡提供，無源匹配網(wǎng)絡比如可以由外部L、 R、 C部件以及如傳輸線、焊絲、引線框架(封裝)耦接等其它電子部件來形成。匹配阻抗例如大多數(shù)情況下的匹配網(wǎng)絡的影響并未被確切得知。對于RF的情況下尤其是這樣。尤其是應當調(diào)節(jié)該匹配阻抗(例如匹配網(wǎng)絡)以得到恰當?shù)钠系刃ж撦d阻抗。為了確定如何調(diào)節(jié)匹配阻抗(例如匹配網(wǎng)絡)，直接在集電極開路的放大器的輸出端處直接添加一個已知電阻。添加與已有等效電阻并聯(lián)的已知電阻器或電阻器網(wǎng)絡將給出特定的額外衰減。只要能消耗一些功率，該電阻器就可以具有一些電容性或電感性。純電容將僅僅改變虛部(在功率上反應為延遲)。在芯片上可以有可編程電容調(diào)節(jié)器(C-tune)，它可以用來例如覆蓋2.3GHz到2.7GHz。用于對電阻器仿真的有源電路可能在不破壞線性度和功率效率的情況下能夠?qū)嵭?，但卻較為困難?？梢酝ㄟ^例如測量電流或電壓或功率來在外部測量測量這個衰減。換句話說，以已知的片上額外電阻器或電阻器網(wǎng)絡測量的衰減表示可以計算未知的等效阻抗。未知電阻主要取決于匹配阻抗，例如匹配網(wǎng)絡，這可以在計算機上進行仿真。但實際上，不可能對促成等效阻抗的封裝和焊絲等的影響進行準確測量。根據(jù)本發(fā)明的方法提供了一種根據(jù)額外電阻改變時輸出的變化的測量值來確定等效阻抗的方式。這使得能夠包括封裝和焊絲之類的影響。所確定的值可以在用于各種用途，尤其是用于控制電路輸出端(例如集電極開路的放大器)上的負載以得到給定特性的最大值或者在比如增益、功率或線性度性能之類的特性之間的最佳折衷。
圖3到圖6: SAW濾波器在輸入端處不匹配
簡要討論了 SAW濾波器的匹配以及在不匹配時它的性能將會怎樣，現(xiàn)在以下是本發(fā)明的一個示例。可以使用一個具有理想的源以
及負載終端的簡單測試臺來驗證通帶內(nèi)SAW濾波器的性能(例如示
出波動量)和恰在通帶外的衰減。
圖3示出用于對SAW濾波器仿真的電路的示意圖。它示出了在S A W左側(cè)的驅(qū)動電路的阻抗和在右側(cè)的負載阻抗。以Q為4 0的10 nH的電感調(diào)出對稱側(cè)的電容性輸入。在圖4、圖5和圖6中示出了覆蓋一個頻率范圍的結(jié)果。這些曲線每條均示出針對不同的源阻抗的通帶
附近的濾波器性能。圖4和圖6示出恰在通帶之上的衰減以及恰在通帶之下的衰減，并且圖5示出通帶中的波動量。
在低側(cè)，對于較高阻抗衰減有改善8dB。在高側(cè)，衰減劣化2dB。在帶中，很明顯的是當源為1500歐姆時所匹配的0.9dB的波動降低超過2dB。
圖7和圖8:連接了放大器的SAW濾波器性能
針對該實驗使用S21。 S21是傳遞給端口 1的功率與端口 2處的功率輸出的比值，并對應于增益或放大倍數(shù)。首先，針對三個不同的增益來確定沒有SAW濾波器時的帶內(nèi)性能，并如圖7所示繪圖，覆蓋了一個頻率范圍。在最大增益處，S21是9.2dB。
圖8示出在放大器輸出端上有SAW濾波器以及額外損耗電阻時
的覆蓋了一個頻率范圍的針對輸出端損耗的輸出。這示出了在額外損耗電阻與集電極輸出端并聯(lián)的情況下最大增益的性能。試驗了以下電
阻值，并示出帶內(nèi)波動如下160歐姆波動二0.6dB 284歐姆波動0.3dB 506歐姆波動1.0dB 900歐姆波動4.4dB 1600歐姆波動-1.8dB
在圖8中依次示出這些線，最低電阻的線在底部，最高電阻的 線在頂部。284歐姆的線示出0.3dB的最低波動。如可從這些示例中 看出的那樣，放大器饋入SAW濾波器的終端電阻的良好的值很重要， 否則濾波器性能會降低，如圖8中的帶內(nèi)波動增加到大約1.8dB所示。
圖9a和圖9b:具有可編程電阻器網(wǎng)絡形式的輸出負載
SAW濾波器如果端接了正確的源和負載阻抗，則僅表現(xiàn)為平坦 的帶內(nèi)波動。從放大器(RF)看去的阻抗應當為在所使用的示例中 的150歐姆+ 10nH。 lOnH是輸出匹配網(wǎng)絡的一部分。150歐姆部分地 由片上線圈、有源級的有限輸出阻抗等組成。然而，在通常的電路實 現(xiàn)中，這些損耗不是接近于150歐姆的值，而通常更接近lk歐姆的 值。該輸出負載終端塊是改善SAW濾波器終端的一個選擇。
圖9a是具有可編程電阻器網(wǎng)絡形式的適合的輸出負載終端的簡 化示意圖。"A"和"B"是連接到對稱的集電極開路放大器的RF節(jié) 點。數(shù)字信號SW[O]到SW[2]控制這三對開關(guān)。在圖9a中，三個并 聯(lián)支路的每一個都具有一對在它們中間串聯(lián)了一個電阻的開關(guān)。每一 對由不同的一個數(shù)字信號來開關(guān)。圖9b具有類似的三個并聯(lián)支路的 布置，但每一個具有一對這樣的開關(guān)，在一對開關(guān)的每一側(cè)都串聯(lián)了 一個電阻。第三種實現(xiàn)方式(未示出)可以是中間一個開關(guān)帶兩個電 阻。兩個開關(guān)帶兩個電阻通常較容易實現(xiàn)?？梢允褂肗MOS晶體管 作為開關(guān)。
圖9a和圖9b中所示的電阻的值是示例性的，還可以使用其它 值例如可以具有320、 640以及1280歐姆的值。
所示的示例具有三對晶體管，給出了 8中可能的狀態(tài)組合。每 對晶體管串聯(lián)了一些被串聯(lián)的電阻。每對晶體管對它們各自的電阻切
13換來與放大器輸出并聯(lián)，或從該并聯(lián)中斷開，該情況下是集電極開路 的輸出電路。
在一些應用中有用的是電阻器網(wǎng)絡具有低寄生電容以實現(xiàn)最高 的斷開狀態(tài)阻抗。晶體管可以是NMOS的，并且(例如為了建模)
可以表示為RF-NMOS模型，而且同樣應當具有如lfF或更低的低寄 生電容。為了直流解耦，有一個2pF的mim電容(mim-capacitance)。
圖10和圖11:仿真結(jié)果
圖10和圖11示出測量輸出負載終端的結(jié)果。圖IO示出針對終 端所有組合的整個電感電容槽(LC-tank)共振。具有最高峰值的線 代表最高的總終端電阻值。最高電阻值與所有開關(guān)斷開相對應。最低 電阻值與所有開關(guān)都閉合相對應。在圖11中繪出了在2.35GHz處的 值。最高電阻值(斷開狀態(tài))是2.2k歐姆。最低電阻值是380歐姆。 最低電阻值不是150歐姆，然而，在片上150歐姆被變換為225歐姆。 焊絲+傳輸線(在PCB上的連線)加上外部部件改變了阻抗。因此在 SAW處的150歐姆在開路的集電極處成為片上的225歐姆。
芯片上會有一些損耗并且380歐姆與這些損耗(主要是晶體管， 因為片上使用的線圈已經(jīng)在該仿真中了)并聯(lián)將會使電阻值非常接近 225歐姆。
圖12到圖15:將輸出負載添加到放大器
圖12示出具有放大器PA30和負載終端的電路示意圖。負載已 經(jīng)以電阻開關(guān)235 ( 150歐姆)的形式加到放大器上。示出了電感電 容槽200，但它并不是必要的。該電感電容槽可以通過電容來調(diào)節(jié)以 將該電感電容槽的共振設置到正確頻率。該附圖還示出了直接耦合到 集電極開路的放大器上的片上檢測器260，用于檢測匹配輸出功率。 放大器的輸出通過焊盤210、焊絲270被饋送到片外，并通過引線框 架和PCB軌跡280以及具有SMD 290 (表面安裝器件)形式的端接 電容和電感到達片外SAW 300。這些端接器件可以具有公知的多種 不同形式，而圖示的僅為示意性表示。電阻開關(guān)、焊盤、焊絲、引線框架、PCB軌跡和SMD形成了非 公知的匹配網(wǎng)絡?？梢酝ㄟ^EM仿真器對該網(wǎng)絡的特征進行一定程度 的仿真，但在實際中需要通過實際的測量來進行精確調(diào)節(jié)。
無負載的結(jié)果示出了 14.0dB的S21。添加具有可編程電阻器網(wǎng) 絡形式的這種負載電路并覆蓋3位，在圖13和圖14中示出具有負載 終端產(chǎn)生的結(jié)果的放大器(RF-VGA2)小信號仿真。
最大S21仍然是針對值0的14.0dB。最小增益是針對值7的 10.6dB。圖13示出覆蓋一個頻率范圍的S21的結(jié)果。電感電容槽產(chǎn) 生了圖13的良好形狀。圖14示出S22的相應結(jié)果。S22是從端口2 反射的功率與端口 2輸出的功率之比。S22反映了匹配良好的程度。 沒有反射表示最佳的匹配。
使用Rload來確定匹配負載的阻抗
在芯片上，可以提供添加了與集電極輸出端并聯(lián)的電阻器的電 路?？梢砸远鄠€步驟(例如7步)來將該電阻器從一個極值改變到另 一個極值，例如對于一般處理和溫度從無限大改變到380歐姆?？梢?使用無限大和380歐姆之間的差來計算芯片上的負載阻抗。計算出的 負載還包括片上儲能槽(tank)的受限的Q以及晶體管中如早期效應 (early effect)之類的損耗?？蛇x地，這些損耗可以忽略不計。通過 切換可編程電阻器網(wǎng)絡來使用不同的Rload值進行測量。如上面所說 明的那樣，涉及的數(shù)學運算很簡單Z^d-R^-R^d* 10L。SS/10
F=2.30GHz F二2.35GHz F=2.40GHz
Pout，未校正，RloacN無限大 Pout，未校正，RloacN380Q 差值(△) Rload0.93 1.01 Ul -1.31 -1.44 -1.51 -2.24 -2.45 -2.62
衰減 如果Rload為380 Q 計算出的集電極處負載2,24 2.45 3.4 38038 0 380 256.5 288.0 451.3
15表1
表1示出了針對多個不同Wibro(WiMax)信道和頻帶的條件和 計算出的在放大器的集電極開路輸出端的匹配負載。
對于每個頻帶，在該表中示出了兩個行， 一個針對"無限大" 的Rload， 一個針對"380歐姆"的Rload。兩行之間輸出功率的差 值是由"Rload"電路引入的損耗。額外的電阻器耗掉了一部分集電 極電流。額外的電阻與在集電極看去的負載阻抗之間的比值給出了一 定的損耗。由于額外電阻是已知的，因此可以確定片上的額外電阻， 從而計算集電極處的負載阻抗。
實際上，片上電阻的值通常是不準確的。該電阻由于制造上的 差異可以偏差20%。對于-20%的情況，負載阻抗從210歐姆移到255 歐姆。這非常接近于最佳仿真負載。對于0%的情況，負載阻抗從255 歐姆移到290歐姆參見上面的計算。對于+20%的情況，負載阻抗 從300歐姆移到372歐姆。
從2.3GHz到2.4GHz示出了負載阻抗增加20%。 255歐姆已經(jīng) 在高側(cè)了。這對于增益很好，但對于線性度是不好的。從這些結(jié)果中 可以得出，最佳匹配是負載阻抗(Zload)在整個帶上都恒定的情況。
結(jié)論
上面已經(jīng)描述了使用可編程電阻(例如可編程電阻網(wǎng)絡)來確 定等效匹配輸出阻抗值并從而能有更好終端來提高放大器和/或濾波 器性能的裝置和方法。一些實施例的附加特征是可編程電阻與匹配阻 抗(比如匹配網(wǎng)絡)并聯(lián)耦接。原則上可以串聯(lián)耦接，但這通常會對 輸出增加更多的損耗。
另一個這種附加特征是放大器具有集電極開路輸出端。這通常 用于RF放大器，而原則上其它配置也是可行的，盡管其它已知配置 往往功率效率更低。另一個這種附加特征是包括了通過開關(guān)耦接的無 源電阻的可編程電阻。另一個這種特征是在與放大器相同的集成電路 上實現(xiàn)可編程電阻。原則上可以替代地在片外，但將它放在片上可以更節(jié)省成本。另一個這種特征是在與放大器相同的集成電路上實現(xiàn)控 制器。另一個這種附加特征是匹配阻抗比如匹配網(wǎng)絡是可調(diào)節(jié)的，并 且將控制器布置成使用所確定的匹配輸出阻抗值來調(diào)節(jié)匹配阻抗比 如匹配網(wǎng)絡。另一個這種附加特征是由基帶處理器來實現(xiàn)控制器。另 一個這種特征是將控制器布置成在制造期間控制可編程電阻，并在使 用發(fā)射機期間將可編程電阻固定到特定的值。另一個這種附加特征是 將控制器布置成在使用發(fā)射機期間根據(jù)發(fā)送條件來控制可編程電阻， 即在使用期間對電阻進行動態(tài)調(diào)節(jié)和最優(yōu)化。另一個這種附加特征是 將控制器布置成通過驗證針對可編程電阻的不同值的放大器輸出的 差值處在預定范圍內(nèi)來測試發(fā)射機。另一個這種附加特征是比如 SAW濾波器之類的濾波器耦接到放大器的輸出端。原則上，具有濾 波器的這樣的選擇是直接耦接到變壓器或外部功率放大器。
確定該匹配輸出阻抗的顯著好處是，可以有助于在開發(fā)、制造、 測試、維護、現(xiàn)場測試等期間調(diào)試和評測電路板?？梢杂脕硎挂{(diào)節(jié) 的匹配更加準確，或者用來例如在制造或在現(xiàn)場運行期間滿足不同的 需要或條件?？梢砸远鄠€電阻值(例如7個不同的電阻值)來實現(xiàn)該
電路，以針對上述的SAW濾波器源阻抗問題。為了確定是否實施了 正確的匹配，僅需要2個值，通常為最高值和最低值，即在示例中的 無限大和380歐姆。為了將輸出阻抗設置來匹配SAW，可以使用或 實施任何數(shù)量的值。根據(jù)本發(fā)明的方法和設備可以解決或緩解涉及不 知道輸出級處的片上阻抗是多少的問題。還可以通過確定該阻抗是過 高或是過低或是正確來提供對有助于診斷出能影響所見的片上匹配 輸出阻抗的廣泛的各種問題的領(lǐng)會。
可以使用分立器件或以任何類型的集成(比如與放大器集成或 與濾波器集成，或者與它們二者集成)來實現(xiàn)可編程電阻網(wǎng)絡。例如 可以是RF集成電路或SiP (單列直插式封裝)的形式。該器件可以 用在這樣的方法中對包括PA和濾波器以及將二者耦接的負載線的 RF裝置是否具有最佳/正確負載阻抗和源阻抗進行測試。它還可以用 在對功率水平進行自動測試和隨后的更改的方法中(即用作功率檢測
器的一部分)。它還可以用來這樣的方法中根據(jù)特定輸入信號(例如在移動電話和基站之間的通信)來對包括PA、濾波器以及負載線
的RF裝置的輸出功率進行更改。
如上面己經(jīng)描述的，可以通過進行兩個或更多測量并具有第三 個可用的值來在芯片上或其它地方計算匹配輸出阻抗(被切換的額外 的片上電阻器)?？梢栽跊]有焊接、沒有專用的板、沒有開放式芯片 或?qū)Ｓ眯酒那闆r下實現(xiàn)上述計算，并且?guī)缀蹩梢粤⒓创_定出來。即 使是近似的測量和計算也可以用來確定是否施加了正確的負載，該負 載是否過高或過低，并進行校正。如果采用了更高精確度來進行測量 和計算，那么可以計算出更準確的匹配輸出阻抗值。在一個實施例中， 可編程電阻器網(wǎng)絡可以是提供8個值(例如在380歐姆和無限大之間) 的3位的網(wǎng)絡。
應用
可以在具有RF前端的IC或單列直插式(SiP)的任何期望位置 處來實現(xiàn)電阻開關(guān)(網(wǎng)絡)
-作為單個IC (包括例如收發(fā)機、功率放大器和LNA)的一部
分
-作為功率檢測及控制IC (在PA模塊中使用的獨立的IC)的
一部分
-作為功率放大器裝置的一部分
-作為如SiP中使用的PASSI/PICS之類的"平臺器件"的一部
分
可以將電阻開關(guān)用于以下目的中的一個或多個
-用于一次測試(即用戶可以根據(jù)應用(例如PCB的阻抗之類) 進行編程來選擇最佳阻抗)。
-用于測試是否以恰當?shù)姆绞绞褂昧搜b置(對于2*負載,放大器 =2*源,濾波器的LNA而言需要，而對于PA則不需要)。
-作為反饋；這允許在特定情況下接通和斷開(期望供給最大 功率時斷開，例如當移動電話與基站之間很遠時；并在應當供給較少 功率時接通)。
18-啟用自動測試 一次測試提供了當電阻開關(guān)斷開時電路具有 dB值Al并且當電阻開關(guān)接通時電路具有另一 dB值A2的信息。當
Al與A2之間的差在指定范圍內(nèi)時，濾波器具有期望的平坦性，并
且/或者放大器具有期望的輸出阻抗。
可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)設想出其它變型和應用。
權(quán)利要求
1.一種RF電路，其具有放大器(30)、耦接到所述放大器的輸出端的匹配網(wǎng)絡(40)、耦接到放大器輸出端的可編程電阻(35)、以及控制器(60)，該控制器被布置來控制可編程電阻并通過檢測可編程電阻的不同值所對應的放大器輸出中的變化來確定放大器的匹配輸出阻抗。
2. 如權(quán)利要求l所述的電路，所述可編程電阻與所述匹配網(wǎng)絡 并聯(lián)地耦接。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的電路，所述放大器具有集電極開路 的輸出端。
4. 如前述任一項權(quán)利要求所述的電路，其具有耦接到所述放大 器的輸出端的濾波器(50)。
5. 如權(quán)利要求4所述的電路，所述濾波器包括SAW濾波器 (50)。
6. 如前述任一項權(quán)利要求所述的電路，所述可編程電阻包括通 過晶體管耦接的無源電阻。
7. 如前述任一項權(quán)利要求所述的電路，在同一個集成電路上實 現(xiàn)所述可編程電阻和所述放大器。
8. 如前述任一項權(quán)利要求所述的電路，在同一個集成電路上實 現(xiàn)所述控制器和所述放大器。
9. 如前述任一項權(quán)利要求所述的電路，所述匹配網(wǎng)絡是可調(diào)節(jié)的，并且所述控制器被布置來使用所確定的匹配輸出阻抗的值對匹配 網(wǎng)絡進行調(diào)節(jié)。
10. 如前述任一項權(quán)利要求所述的電路，通過基帶處理器來實現(xiàn) 所述控制器。
11. 如前述任一項權(quán)利要求所述的電路，所述控制器被布置來在 制造期間控制可編程電阻，并且在使用所述電路期間不改變可編程電 阻。
12. —種具有前述任一項權(quán)利要求所述電路的RF發(fā)射機(20)， 其中控制器被布置來在使用發(fā)射機期間根據(jù)發(fā)射條件控制可編程電 阻。
13. —種具有如權(quán)利要求1到11中任一項所述的電路的RF發(fā) 射機，其中控制器被布置來通過驗證可編程電阻的不同值所對應的放 大器輸出中的差值處在預定范圍內(nèi)從而測試該發(fā)射機。
14. 一種操作電路的方法，所述電路具有放大器(30)、耦接到 所述放大器輸出端的匹配網(wǎng)絡(40)、以及耦接到放大器輸出端的可 編程電阻(35)，所述方法具有步驟控制可編程電阻，并通過檢測 可編程電阻的不同值所對應的放大器輸出中的改變來確定放大器的 匹配輸出阻抗。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其具有步驟將可編程電阻切 換到兩個或更多不同值，并使用以下等式來確定匹配輸出阻抗<formula>formula see original document page 3</formula>其中Rewf可編程電阻的不同值之間的差值，并且L0S『由可編 程電阻的改變導致的輸出功率的差值。
16.如權(quán)利要求14或15所述的方法，所述匹配網(wǎng)絡是可調(diào)節(jié)的，并且所述方法具有步驟使用所確定的匹配輸出阻抗的值來調(diào)節(jié)所述 匹配網(wǎng)絡。
17.如權(quán)利要求14或15所述的方法，具有步驟在制造期間控制可編程電阻，并在現(xiàn)場使用電路期間不控制可編程電阻。
18.如權(quán)利要求14或15所述的方法，所述電路是RF發(fā)射機的一部分，并且所述方法具有步驟在使用發(fā)射機期間根據(jù)發(fā)射條件來控制可編程電阻。
全文摘要
一種RF電路，其具有放大器(30)、耦接到放大器輸出端的匹配網(wǎng)絡(40)、耦接到放大器輸出端的可編程電阻(35)、以及控制器(60)，該控制器被布置來控制可編程電阻，并通過檢測可編程電阻的不同值所對應的放大器輸出中的變化來確定放大器的匹配輸出阻抗。該輸出阻抗可以用來在制造、測試或使用過程中調(diào)節(jié)匹配以實現(xiàn)最佳增益或最佳效率或其它的特性。
文檔編號H04B1/04GK101636915SQ200780039689
公開日2010年1月27日 申請日期2007年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月25日
發(fā)明者亨德里克·A·菲瑟 申請人:Nxp股份有限公司