本公開大體涉及電子設備，并且更特別地涉及針對用于定向耦合器的無源均衡器的系統(tǒng)和方法。

背景技術：

作為能夠檢測在特定方向被傳輸?shù)墓β实碾娮釉O備的定向耦合器被用在各種各樣的射頻（rf）電路中，例如，定向耦合器可被用在雷達系統(tǒng)中，以通過分離入射波與反射波來檢測反射波，或可被用在測量傳輸線的阻抗失配的電路中。在功能上，定向耦合器具有正向傳輸路徑和耦合傳輸路徑。正向傳輸路徑通常具有低損耗，而耦合傳輸路徑耦合在特定方向上傳播的傳輸功率的一小部分。存在很多不同類型的耦合器架構，可以根據(jù)操作頻率和操作環(huán)境使用不同的拓撲和材料來實施該不同類型的耦合器架構。

針對定向耦合器的一個常見應用是檢測在便攜射頻（rf）設備（諸如，蜂窩電話或便攜計算設備）中的反射和傳輸功率。傳輸功率的測量可以被用在控制回路中以調節(jié)功率放大器的輸出，而與傳輸功率的測量結合的反射功率的測量可以用于調節(jié)可調節(jié)天線匹配網絡。限制這種傳輸功率測量的精度的一個參數(shù)是定向耦合器的耦合因子。已執(zhí)行研究和開發(fā)來改進定向耦合器的性能。

技術實現(xiàn)要素：

根據(jù)實施例，一種設備包括具有輸入端口、傳輸端口、耦合端口和隔離端口的定向耦合器。該設備還包括第一無源均衡器，該第一無源均衡器具有耦合到定向耦合器的耦合端口和隔離端口中的第一個的第一端子。第一無源均衡器包括具有第一電感器和第一電容器的諧振器，該諧振器耦合在第一無源均衡器的第一端子和第二端子之間。第一無源均衡器還包括串聯(lián)連接在第一無源均衡器的第一和第二端子之間的第一電阻器和第二電阻器，第一電阻器在第一節(jié)點處連接到第二電阻器。第一均衡器還包括耦合在參考端子和第一節(jié)點之間的分路網絡。

附圖說明

為了更完整理解本發(fā)明以及其優(yōu)點，現(xiàn)在參考結合附圖進行的以下描述，在附圖中：

圖1圖示在一些實施例中的定向耦合器的耦合因子；

圖2a-2c圖示根據(jù)一些實施例的定向耦合器系統(tǒng)的各種實施例，該定向耦合器系統(tǒng)包括定向耦合器和至少一個無源均衡器；

圖3圖示實施例無源均衡器；

圖4a-4c圖示在一些實施例中的具有頻率凹口的可調諧位置的無源均衡器的各種示例；

圖5圖示另一實施例無源均衡器；

圖6圖示在一些實施例中的具有低通無源均衡器的定向耦合器系統(tǒng)的耦合因子；

圖7圖示在一些實施例中的具有帶通無源均衡器的另一定向耦合器系統(tǒng)的耦合因子；

圖8圖示在一些實施例中的包括定向耦合器系統(tǒng)的射頻（rf）系統(tǒng)；

圖9a和9b圖示在一些實施例中的具有定向耦合器和無源均衡器的集成電路的橫截面視圖；以及

圖10圖示在一些實施例中的操作定向耦合器的方法的流程圖。

在不同圖中的對應數(shù)字和符號通常指代對應部分，除非另外指示。圖被繪制以清楚地圖示優(yōu)選實施例的相關方面，并且不一定按比例繪制。為了更清楚地圖示某些實施例，指示相同結構、材料或工藝步驟的變型的字母可遵循圖號。

具體實施方式

下面詳細討論當前優(yōu)選實施例的作出和使用。然而應當領會到，本發(fā)明提供可以在各種各樣的具體上下文中體現(xiàn)的很多可應用發(fā)明概念。所討論的具體實施例僅僅說明作出和使用本發(fā)明的具體方式，并且不限制本發(fā)明的范圍。

將關于在具體上下文（用于定向耦合系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法，該定向耦合系統(tǒng)具有至少一個無源均衡器）中的各種實施例來描述本發(fā)明。在一些情況中，期望的是定向耦合器具有在感興趣的寬頻帶上的平坦耦合因子；然而，定向耦合器通常不總是提供在寬帶寬上的平坦耦合因子。這的示例可以在“電短”定向耦合器中被觀察到，在該耦合器中耦合器結構比90度電氣長度小得多，而跨寬帶寬的耦合因子可呈現(xiàn)大約20db/decade的一階高通特性。在圖1中圖示示例，圖1示出在大約6ghz的寬帶寬上的典型定向耦合器的耦合因子。如圖1所示，耦合因子呈現(xiàn)高通特性（例如耦合因子隨著頻率增大）。在700mhz和2.7ghz（其對應于用于4g長期演進（lte）標準的頻帶的下和上端），耦合因子分別是大約-28.7db和大約-17.1db。觀察到在lte波段上的耦合因子（例如大約11.6db）的大變化，該變化如果未被補償，則可能不利地影響總體系統(tǒng)性能。

為了實現(xiàn)良好的系統(tǒng)性能，均衡器（也被稱為濾波器網絡或濾波器）可被用于使耦合響應均衡并且減小在期望頻帶上的耦合因子的變化。本發(fā)明的實施例使用無源均衡器（例如由無源部件形成的均衡器）用于使定向耦合器均衡。一些實施例無源均衡器包括具有負帶內滾降（roll-off）的濾波器網絡。作為將具有低通滾降特性的濾波器網絡放在具有高通特性的定向耦合器的結果，在濾波器網絡之后（例如在圖2a中的無源均衡器108的端子112處）的組合響應跨期望頻率范圍更平坦。此外，濾波器網絡提供在操作頻率范圍內與系統(tǒng)的特性阻抗匹配（例如與耦合傳輸線匹配）的恒定輸入和輸出阻抗，使得定向耦合器的方向性未被濾波器網絡損害。下文討論關于包括定向耦合器和（多個）無源均衡器的定向耦合器系統(tǒng)的更多細節(jié)。

圖2a圖示根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有無源均衡器108的定向耦合器系統(tǒng)100。如在圖2a中示出的，定向耦合器系統(tǒng)100包括定向耦合器102、無源均衡器108和終端負載110。在一些實施例中，定向耦合器102具有輸入端口103、傳輸端口104、耦合端口105和隔離端口106。根據(jù)一些實施例，無源均衡器108具有兩個端子，第一端子111耦合到定向耦合器102的耦合端口105，無源均衡器108的第二端子112可用作定向耦合器系統(tǒng)100的均衡耦合端口并且可耦合到系統(tǒng)的后續(xù)電路（未示出）。作為示例，無源均衡器108和終端負載110可以與定向耦合器102集成到一個集成電路（ic）中，并且端子112可以用作ic的均衡耦合端口。在下文參考圖3、4a-4c和5來討論關于無源均衡器108的細節(jié)。根據(jù)一些實施例，定向耦合器102的隔離端口106由終端負載110端接。本領域技術人員將領會到，終端負載110可以匹配到系統(tǒng)的特性阻抗（例如50ω或75ω），并且可耦合在隔離端口106和參考端子114之間。在一些實施例中，參考端子114是地端子。

本領域技術人員將領會到，在一些實施例中，定向耦合器102可以是對稱設備。這意味著輸入端口103和傳輸端口104的作用可以連同隔離端口106和耦合端口105的作用一起被轉換。例如，當耦合端口105被端接并且入射到傳輸端口104的信號被引入時，引入信號被傳輸?shù)捷斎攵丝?03并且耦合到隔離端口106。應當理解的是，對稱定向耦合器可以被用在本文描述的各種實施例中。

圖2b圖示根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有兩個無源均衡器108a/108b的雙向耦合器系統(tǒng)100。在圖2b中，耦合器102是雙向耦合器，第一無源均衡器108a的第一端子111a耦合到耦合/隔離端口105/106的第一個，并且第二無源均衡器108b的第一端子111b耦合到耦合/隔離端口105/106的第二個。根據(jù)一些實施例，第一無源均衡器108a和第二無源均衡器108b具有相同結構。在一些實施例中，第一無源均衡器108a的第二端子112a和第二無源均衡器108b的第二端子112b可均用作定向耦合器系統(tǒng)100的均衡的耦合/隔離端口。

圖2c圖示根據(jù)一些實施例的雙向耦合器系統(tǒng)100，該雙向耦合器系統(tǒng)100具有無源均衡器108和可選擇的耦合端口。如在圖2c中示出的，實施例定向耦合器系統(tǒng)100包括雙向耦合器102、無源均衡器108、終端負載110和兩個開關sa和sb。根據(jù)一些實施例，開關sa具有兩個可選擇的位置t1和t2，并且開關sb具有兩個可選擇的位置t3和t4。開關sa和sb被同步使得在它們的相應第一位置，開關sa在位置t2并且開關sb在位置t4；并且在開關sa和sb的相應第二位置，開關sa在位置t1并且開關sb在位置t3。盡管圖2c示出兩個開關sa和sb，但是開關的其它數(shù)量和/或類型是可能的并且在本公開的范圍內，例如開關sa和sb可由雙刀雙擲開關替代，該雙刀雙擲開關連接到耦合/隔離端口105/106并且執(zhí)行與開關sa和sb相同或相似的功能。

如圖2c所示，當開關sa和sb在它們的相應第一位置（例如t2和t4）時，雙向耦合器102的耦合/隔離端口105耦合到無源均衡器108的第一端子111，并且雙向耦合器102的耦合/隔離端口106由終端負載110端接；當開關sa和sb在它們的相應第二位置（例如t1和t3）時，雙向耦合器102的耦合/隔離端口105由終端負載110端接，并且雙向耦合器102的耦合/隔離端口106耦合到無源均衡器108的第一端子111。根據(jù)一些實施例，無源均衡器108的第二端子112可以用作定向耦合器系統(tǒng)100的均衡耦合端口。

在圖2c中，通過將開關（例如開關sa和sb）附著在耦合/隔離端口105/106與無源均衡器108和終端負載110之間來實施雙向耦合器系統(tǒng)100。開關選擇用于感測（例如正向感測或反向感測）的方向。作為圖2c中所示的靈活架構的結果，僅一個無源均衡器108和一個終端負載110被用在雙向耦合器系統(tǒng)100中（例如與其中使用兩個均衡器的圖2b相比），這降低了系統(tǒng)的部件成本。此外，在隔離端口處的良好控制的終端負載阻抗允許在寬頻率范圍上的高方向性。無源均衡器108、開關sa和sb以及終端負載110可以與雙向耦合器102單片集成在半導體襯底上作為集成電路（ic），在該情況下，使用一個無源均衡器和一個終端負載的圖2c中示出的設計也可以導致硅面積的顯著節(jié)約。無源均衡器108具有（多個）電感器（參見圖3中的電感器l、和圖5中的電感器l1和l2），并且因為大硅面積通常被要求來實施片上導體，所以無源均衡器的數(shù)量的減少可以顯著降低要求的管芯面積。

圖2c中示出的設計具有以下另一優(yōu)點：耦合器的方向性僅取決于終端負載110的精度并且不取決于無源均衡器108的部件的精度。作為結果，可以在批量生產中實現(xiàn)耦合器系統(tǒng)100的高方向性。

現(xiàn)在參考圖3、4a-4c和5來詳細討論無源均衡器108的結構。參考圖3，示出針對無源均衡器108的結構，該結構具有低通拓撲并且此后可被稱為低通設計。如在圖3中圖示的，無源均衡器108包括耦合在無源均衡器108的第一端子111和第二端子112之間的諧振電路，該諧振電路包括與電感器l并聯(lián)耦合的第一電容器cn。由于在第一電容器cn和電感器l之間的并聯(lián)耦合，圖3中示出的諧振器電路此后也可被稱為并聯(lián)諧振電路。本領域技術人員將領會到，諧振電路也可被稱為諧振器、lc電路或振蕩電路。還應當領會到，可以使用任何適當電氣部件（諸如陶瓷電容器、表面聲波（saw）濾波器和傳輸線）來構建諧振電路。

在一些實施例中，第一電阻器r1和第二電阻器r2被串聯(lián)耦合在無源均衡器108的第一端子111和第二端子112之間。如圖3所示，第一電阻器r1在第一節(jié)點122處連接到第二電阻器r2。在一些實施例中，無源均衡器還可包括耦合在參考端子114和第一節(jié)點122之間的第二電容器c。第二電容器c也可被稱為分路電容器c或本文的分路網絡。根據(jù)一些實施例，參考端子114是地端子。

如上文討論的，無源均衡器108是非反射均衡器，該非反射均衡器提供針對耦合信號的譜拉平同時呈現(xiàn)該非反射均衡器所附著到的路徑中的小失配或無失配。此外，對于圖3中示出的低通設計，并聯(lián)諧振電路創(chuàng)建在無源均衡器108的均衡輸出的頻率響應中的頻率選擇凹口（參見圖6中的以大約5.5ghz為中心的頻率選擇凹口），該頻率選擇凹口可被引入到感興趣的波段外或感興趣的波段內以分別抑制不希望的頻率或進一步使均衡輸出的頻率響應成形。由諧振器電路提供的頻率選擇凹口是本公開相對于現(xiàn)有設計的另一優(yōu)點。

圖4a-4c圖示具有針對頻率選擇凹口的可調諧位置的幾個實施例無源均衡器108。在圖4a中，該實施例無源均衡器108類似于圖3中的低通設計，但是具有附加開關s，該附加開關s耦合在第一電容器cn和無源均衡器108的第一和第二端子111/112之一之間，例如在第一電容器cn和第一端子111之間。根據(jù)一些實施例，當開關s閉合時，第一電容器cn與電感器l形成并聯(lián)諧振電路，并且提供頻率選擇凹口；當開關s打開時，第一電容器cn在無源均衡器108中被旁通并且沒有形成諧振電路。

圖4b圖示無源均衡器108，該無源均衡器108類似于圖4a中示出的無源均衡器，但是具有可調節(jié)第一電容器cn。圖4b中的設計提供與圖4a中示出的設計相同的選項來旁通諧振電路。此外，圖4b中的設計提供使電容cn變化以控制頻率選擇凹口的位置到不同位置處抑制的頻率的添加靈活性，或者在使均衡輸出的頻率響應成形方面提供更高靈活性。

圖4c圖示無源均衡器108，該無源均衡器108使用可編程電容器陣列。在一些實施例中，電容器陣列包括并聯(lián)耦合到第一電感器l的多個電容器cn1、cn2、……、cnn，其中多個開關s1、s2、……、sn耦合在多個電容器cn1、cn2、……、cnn中的相應一個與無源均衡器108的第一和第二端子111/112之一之間。通過閉合或打開多個開關s1、s2、……、sn，諧振器電路的總電容（例如在相應閉合開關的情況下的cn1、cn2、……、cnn中的電容器的電容和）可被改變，這提供了與圖4b中的可調節(jié)電容器cn類似的功能。

對于在圖3和4a-4c中示出的低通設計，等式（1）-（3）描述了在無源濾波器108中的部件（例如，第一電感器的電感l(wèi)、第一電容器的電容cn、和分路電容器的電容c）與無源濾波器108的特性阻抗z0之間的關系。在等式（1）-（3）中，z1是包括l和cn的lc電路的阻抗，z2是分路電容器c的阻抗，r是無源濾波器108的輸入/輸出阻抗，并且ω是在可用頻帶的下邊沿處的角頻率。當cn的值遠小于c時，等式（3）可以被簡化為等式（4）。

對于匹配電路，電阻器r1和r2兩者具有匹配電阻器值r，在一些實施例中，該匹配電阻器值r在值上均基本上等于z0。根據(jù)一些實施例，耦合器的操作頻率范圍低于并聯(lián)諧振器回路的諧振頻率，例如。當ω遠小于（例如）時，可以通過等式（4）逼近等式（3）。因為等式（4）與ω無關，所以可以在耦合器的期望操作頻率范圍中通過均衡器108提供基本上恒定的匹配阻抗。根據(jù)一些實施例，第一電感器的電感l(wèi)具有在大約1nh到大約10nh之間的值，電阻r具有在大約30ω到大約100ω之間的值，電容cn具有在大約0.5pf到大約10pf之間的值。替代地，可以使用在上述范圍之外的其它值。

在一些實施例中，對于低通設計，選擇針對電抗部件的參數(shù)（例如電感l(wèi)和電容c）來控制無源均衡器108的截止頻率和滾降特性，這進而控制跨感興趣的頻帶的定向耦合器系統(tǒng)100的耦合輸出的平坦性。此外，電容器cn與電感器l形成并聯(lián)諧振器，并且該電容器的電容cn可以被改變以提供可調諧、頻率選擇凹口以抑制在預定位置處的非希望頻率，如上文參考圖3和4a-4c所討論的那樣。

圖5圖示無源均衡器108，該無源均衡器108具有帶通拓撲并且此后可以被稱為帶通設計。在一些實施例中，與圖3和4a-4c中示出的低通設計的頻率響應相比，圖5的帶通設計可以實現(xiàn)針對定向耦合器系統(tǒng)100的耦合輸出的更平坦的頻率響應。然而，在一些實施例中，圖5中示出的帶通設計不提供針對帶外信號的附加頻率抑制。

如圖5中示出的，無源均衡器108包括諧振電路，該諧振電路具有與第一電容器c1串聯(lián)耦合的第一電感器l1，其中該諧振電路耦合在無源均衡器108的第一端子111和第二端子112之間。由于第一電感器l1和第一電容器c1的串聯(lián)耦合，圖5中示出的諧振電路此后可以被稱為串聯(lián)諧振器電路。在一些實施例中，第一電阻器r1和第二電阻器r2串聯(lián)耦合在無源均衡器108的第一端子111和第二端子112之間。如圖5中示出的，第一電阻器r1在第一節(jié)點122處耦合到第二電阻器r2。在一些實施例中，無源均衡器108可以進一步包括并聯(lián)耦合在參考端子114和第一節(jié)點122之間的第二電容器c2和第二電感器l2。第二電容器c2和第二電感器l2形成以并聯(lián)諧振電路的形式的分路網絡，該分路網絡還可被稱為分路諧振器。根據(jù)一些實施例，參考端子114是地端子。

根據(jù)一些實施例，當串聯(lián)諧振器和分路諧振器兩者被調諧到感興趣的波段的下端處的諧振頻率時，圖5中示出的帶通設計呈現(xiàn)了與低通設計的滾降相比更陡的滾降。在其他實施例中，串聯(lián)諧振器和分路諧振器可以分別被調諧到在感興趣的波段的下端處的第一諧振頻率和第二諧振頻率，其中第一和第二諧振頻率彼此靠近。例如，對于用于lte（例如從700mhz到2.7ghz）的定向耦合器，串聯(lián)諧振器和分路諧振器可以均被調諧到在例如大約700mhz下的波段的下端。通過調諧串聯(lián)和分路諧振器兩者，圖5的帶通設計提供優(yōu)化帶內平坦性的能力并且提供針對耦合信號的優(yōu)越增益平坦性。然而，帶通設計不提供如由圖3和4a-4c中圖示的低通設計中的包括l和cn的并聯(lián)諧振器所規(guī)定的附加頻率選擇性（例如針對700mhz到2.7ghz的工作頻率范圍的wlan波段中的大約5.5ghz處的帶外頻率的抑制）。根據(jù)一些實施例，諧振器的電抗部件的q因子（例如串聯(lián)和分路諧振器的電容器c1/c2和電感器l1/l2）是10或更高。在一些實施例中，高q因子（例如10或以上）降低在無源均衡器108的總響應上的諧振器（例如串聯(lián)和分路諧振器）的帶寬的效應。由于高q因子，諧振器電路的帶寬可不顯著影響無源均衡器108的響應。

如同低通設計，在圖5的帶通設計中的兩個電阻器r1和r2應當匹配到等式（7）中的特性阻抗z0，以用于優(yōu)化耦合器性能。分別在等式（5）和（6）中給出在圖5的無源均衡器108中的串聯(lián)諧振器和分路諧振器的阻抗zs和zp。等式（7）給出均衡器108的輸入和輸出阻抗r。

參考圖5，在一些實施例中，根據(jù)等式（7）來選擇針對無源均衡器108的電抗部件的參數(shù)（諸如，串聯(lián)諧振器的電感l(wèi)1和電容c1、分路諧振器的電感l(wèi)2和電容c2）。根據(jù)一些實施例，電感l(wèi)1具有在大約1nh到大約20nh之間的值，電容c1具有在大約0.5pf到大約20pf之間的值，電阻r具有在大約30ω到大約70ω之間的值，電容c2具有在大約0.5pf到大約20pf之間的值，并且電感l(wèi)2具有在大約1nh到大約20nh之間的值。替代地，可以使用在上述范圍之外的其它值。

對于帶通設計，當?shù)谝浑姼衅鱨1和第二電感器l2具有相等的電感l(wèi)時，并且當?shù)谝浑娙萜鱟1和c2具有相等的電容c時，等式（7）中的特性阻抗z0減小到下面的等式（8），

（8）

該特性阻抗z0具有與針對圖3和4a-4c中示出的低通設計的等式（4）相同的表達。l1、l2、c1和c2的值確定圖5中示出的帶通設計的頻率滾降和操作的帶寬。在一些實施例中，串聯(lián)諧振器被調諧到第一諧振頻率，其中，并且并聯(lián)諧振電路（例如分路諧振器）被調諧到第二諧振頻率，其中。在上述等式中，ω1和ω2可以是相同的諧振頻率（例如ω1=ω2）或在感興趣的波段的下端處（例如在感興趣的波段的最低頻率處或附近）的兩個近間隔的諧振頻率（例如ω1≈ω2）。

對于低通設計和帶通設計兩者，有可能調諧無源均衡器以獲得比當使用等式（1）-（4）和（5）-（8）時獲得的滾降更陡的滾降。通常，這涉及將電路的阻抗匹配的質量折中到該電路的相應z0，并且可能降低均衡器連接到的耦合器的方向性。然而，這可允許均衡器被用在更寬的帶寬上并且實現(xiàn)比匹配電路的耦合更平坦的耦合。

在一些實施例中，圖2a-2c中圖示的定向耦合器系統(tǒng)100被實施為分立解決方案。例如，可以使用分立部件（諸如，分立電感器和分立電容器）來實施無源均衡器108。分立無源均衡器108、定向耦合器102、終端負載110和一個或多個開關可以被安裝在諸如印刷電路板（pcb）的適當襯底上。在其它實施例中，無源均衡器108被集成到定向耦合器102的設計中作為輔助電路，并且圖2a-2c中示出的定向耦合器系統(tǒng)100被實施為集成解決方案，例如作為集成電路（ic），在單片半導體襯底諸如硅、砷化鎵、氮化鎵、磷化銦、絕緣體上硅（soi）或其他適當半導體襯底上制造該集成電路（ic）。與分立解決方案相比，集成解決方案可提供附加優(yōu)點，諸如減小的尺寸、成本和功耗。

圖6示出針對定向耦合器系統(tǒng)的耦合因子的仿真結果，該定向耦合器系統(tǒng)使用針對無源均衡器的低通設計。特別地，在圖6中，具有低通設計的無源均衡器（諸如圖2a-2c和3中示出的無源均衡器）被插入到定向耦合器的耦合路徑中并且被仿真。為了比較目的，在仿真使用的定向耦合器與在產生圖1的仿真結果中使用的定向耦合器相同。

參考圖6，在700mhz和2.7ghz下，耦合因子分別是大約-30.5db和-28.3db。在lte波段的下和上端之間的耦合因子的變化被減小到大約2.2db，其遠小于對于不具有無源均衡器的相同定向耦合器的在圖1中觀察到的11.6db變化。此外，包括電容器cn和電感器l的并聯(lián)諧振電路產生在大約5.5ghz下的頻率凹口。與圖1比較，針對在約5.5ghz處的帶外頻率，提供30db的抑制。雖然未畫出，但是并聯(lián)諧振電路的電容器cn也可以被調諧以改變頻率凹口的位置到例如2.4ghz來抑制wlan802.11bg信號，同時利用在700mhz和900mhz之間的低頻lte信道。

圖7圖示針對定向耦合器系統(tǒng)的耦合因子的仿真結果，該定向耦合器系統(tǒng)使用針對無源均衡器的帶通設計。如圖5中示出的具有帶通設計的無源均衡器被插入到在圖1中使用的相同的定向耦合器的耦合路徑中并且被仿真。在寬帶寬上觀察到基本上平坦的耦合因子。例如，在700mhz和2.7ghz處的耦合因子分別是大約-29.3db和-29.1db。在lte波段的上和下端之間觀察到大約0.2db的小變化。帶通設計的優(yōu)越耦合平坦性（例如大約0.2db變化）表明本公開相對于現(xiàn)有設計的另一優(yōu)點。

圖8圖示根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的實施例射頻（rf）系統(tǒng)550。系統(tǒng)550包括經由實施例定向耦合器系統(tǒng)504耦合到天線512的rf收發(fā)器552。定向耦合器系統(tǒng)504的輸出經由功率檢測器508耦合到控制器510。系統(tǒng)550可以被使用例如以通過選擇在定向耦合器系統(tǒng)504內的開關的位置來測量在正向和反向方向上的傳輸和反射功率?？梢岳缡褂帽疚墓_的實施例定向耦合器系統(tǒng)100來實施定向耦合器系統(tǒng)504。

圖9a和9b圖示實施例半導體器件（例如集成電路（ic）900和960）的橫截面視圖。在一些實施例中，半導體器件900（或960）包括集成在半導體襯底910上的定向耦合器920和無源網絡930。半導體襯底910可包括晶體硅、晶體鍺、硅鍺、和/或iii-v族化合物半導體，諸如gaasp、alinas、algaas、gainas、gainp、gainasp等。半導體襯底910還可以是體硅襯底或絕緣體上硅（soi）襯底?？梢栽诎雽w襯底910中形成淺溝槽隔離（sti）區(qū)（未示出）來隔離在半導體襯底910中的有源區(qū)。

如圖9a中所圖示的，半導體器件900具有形成在襯底910中/上的晶體管905。根據(jù)一些實施例，定向耦合器920和無源網絡930形成在襯底910中/上。定向耦合器920可以是任何適當?shù)亩ㄏ蝰詈掀?，諸如圖2a-2c中圖示的定向耦合器102。無源網絡930可包括在本公開中的無源均衡器108，并且還可包括附加無源部件，諸如針對定向耦合器920的終端負載。雖然未示出，但是導電特征（例如導電線和通孔）將定向耦合器920和無源網絡930與半導體器件900中的其它電路連接。

圖9b圖示另一實施例半導體器件960，其中圖9b中的相同數(shù)字指示圖9a中的相同部分。如圖9b中圖示的，夾層電介質（ild）層907形成在襯底910上。結構909形成在ild層907上方，該結構909可以是金屬間電介質（imd）層或重分布層（rdl）。結構909可以包括一個或多個電介質層，具有形成在電介質層中的互連結構的導電特征諸如金屬線和通孔（未示出）。在一些實施例中，結構909的電介質層包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、低k電介質材料、或任何其他適當電介質材料。定向耦合器920和無源網絡930形成在結構909中，并且可以延伸穿過結構909的一個或多個電介質層，如圖9b中圖示的那樣。雖然圖9b示出定向耦合器920和無源網絡930被布置在（多個）相同層中，但是定向耦合器920和無源網絡930可以被布置在半導體器件900的不同層中。雖然未示出，但是導電特征（例如導電線和通孔）將定向耦合器920和無源網絡930與半導體器件960中的其它電路連接。

圖10圖示根據(jù)一些實施例的針對操作定向耦合器的方法的流程圖。圖10中示出的流程圖僅僅是示例，該示例應當不過度地限制權利要求的范圍。本領域普通技術人員將認識到很多變化、替代和修改。如圖10中圖示的各種步驟可以被添加、移除、替換、重布置和重復。

參考圖10，在步驟1010處，提供rf信號給定向耦合器的輸入端口和輸出端口之一。在步驟1020處，使用無源均衡器來均衡定向耦合器的耦合端口和隔離端口中的一個處的輸出信號。無源均衡器具有耦合到定向耦合器的耦合端口和隔離端口中的那個的第一端子，和具有第一電感器和第一電容器的第一諧振器，該第一諧振器耦合在無源均衡器的第一端子和第二端子之間。無源均衡器還具有串聯(lián)連接在無源均衡器的第一和第二端子之間的第一電阻器和第二電阻器，以及耦合在參考端子和節(jié)點之間的第二電容器，該節(jié)點連接到第一和第二電阻器。

在此概述本發(fā)明的實施例。其他實施例還可被理解為形成本文提交的說明書和權利要求的整體。一個一般的方面包括一種設備，該設備包括定向耦合器，該定向耦合器具有輸入端口、傳輸端口、耦合端口和隔離端口。該設備還包括第一無源均衡器，該第一無源均衡器具有耦合到定向耦合器的耦合端口和隔離端口中的第一個的第一端子，該第一無源均衡器包括包含第一電感器和第一電容器的諧振器，該諧振器耦合在第一無源均衡器的第一端子和第二端子之間。第一無源均衡器還包括串聯(lián)連接在第一無源均衡器的第一和第二端子之間的第一電阻器和第二電阻器，第一電阻器在第一節(jié)點處連接到第二電阻器。第一無源均衡器還包括耦合在參考端子和第一節(jié)點之間的分路網絡。

實施方式可包括以下特征中的一個或多個。該設備還可包括終端負載，該終端負載耦合到定向耦合器的耦合端口和隔離端口中的第二個。該設備還可包括第二無源均衡器，該第二無源均衡器耦合到定向耦合器的耦合端口和隔離端口中的第二個。該設備還可包括耦合在定向耦合器和第一無源均衡器之間的開關，該開關具有第一位置和第二位置。在開關的第一位置處，第一無源均衡器的第一端子耦合到定向耦合器的耦合端口，并且定向耦合器的隔離端口被端接；并且在開關的第二位置處，第一無源均衡器的第一端子耦合到定向耦合器的隔離端口，并且定向耦合器的耦合端口被端接。

設備的諧振器可包括并聯(lián)耦合在第一無源均衡器的第一和第二端子之間的第一電感器和第一電容器。該設備的分路網絡可包括耦合在參考端子和第一節(jié)點之間的第二電容器。第一電容器的電容可以是可調節(jié)的。在一些實施例中，第一和第二電阻器具有相同的電阻r，其中，l是第一電感器的電感，并且c是第二電容器的電容。第一無源均衡器可被配置為提供在預定頻率范圍之外的頻率選擇凹口。諧振器可包括串聯(lián)耦合在第一無源均衡器的第一和第二端子之間的第一電感器和第一電容器。分路網絡可包括并聯(lián)耦合在參考端子和第一節(jié)點之間的第二電感器和第二電容器。在一些實施例中，第一和第二電阻器具有相同電阻r，其中，c1是第一電容器的電容，l1是第一電感器的電感，l2是第二電感器的電感，c2是第二電容器的電容，并且ω是角頻率。定向耦合器和第一無源均衡器可被單片集成在半導體襯底上。

另一一般方面包括集成電路（ic），該集成電路包括：布置在半導體襯底上的定向耦合器；分別耦合到定向耦合器的耦合端口和隔離端口的第一開關和第二開關，第一和第二開關中的每個具有第一位置和第二位置；以及無源均衡器，具有耦合到第一和第二開關中的一個的第一端子。無源均衡器包括：諧振器電路，耦合在無源均衡器的第一端子和第二端子之間；第一電阻器，在節(jié)點處串聯(lián)連接到第二電阻器，第一和第二電阻器耦合在無源均衡器的第一端子和第二端子之間；以及分路網絡，耦合在該節(jié)點和參考端子之間。在第一和第二開關的相應第一位置處，無源均衡器的第一端子耦合到定向耦合器的耦合端口，并且定向耦合器的隔離端口被端接。在第一和第二開關的相應第二位置處，無源均衡器的第一端子耦合到定向耦合器的隔離端口，并且定向耦合器的耦合端口被端接。

在一些實施例中，諧振器電路包括并聯(lián)耦合在無源均衡器的第一和第二端子之間的第一電感器和第一電容器。在一些實施例中，分路網絡包括耦合在節(jié)點和參考端子之間的第二電容器。諧振器電路的第一電容器的電容可以是可調節(jié)的。無源均衡器還可包括耦合在第一電容器和無源均衡器的第一和第二端子之一之間的第三開關。

根據(jù)一些實施例，該ic還包括并聯(lián)耦合到第一電容器的第三電容器，和耦合在第三電容器和無源均衡器的第一和第二端子之一之間的第四開關。在各種實施例中，無源均衡器減小在預定帶寬上的定向耦合器的耦合因子的變化，提供在預定帶寬上的基本上恒定的阻抗，并且提供在預定帶寬之外的頻率選擇凹口以抑制一組預定頻率。在其他實施例中，諧振器電路包括串聯(lián)連接在無源均衡器的第一和第二端子之間的第一電感器和第一電容器。在又一實施例中，分路網絡包括并聯(lián)耦合在節(jié)點和參考端子之間的第二電感器和第二電容器。根據(jù)一些實施例，定向耦合器被布置在半導體襯底上方的一個或多個層中。

另外的一般方面包括操作定向耦合器的方法，該方法包括：提供輸入rf信號給定向耦合器的輸入端口和輸出端口之一；以及使用無源均衡器均衡在定向耦合器的耦合端口和隔離端口之一處的輸出信號。無源均衡器包括：第一端子，耦合到定向耦合器的耦合端口和隔離端口之一；諧振器，耦合在無源均衡器的第一端子和第二端子之間；第一和第二電阻器，串聯(lián)連接在無源均衡器的第一和第二端子之間；以及耦合在參考端子和節(jié)點之間的第二電容器，該節(jié)點連接到第一和第二電阻器。

在一些實施例中，該方法還包括使用功率檢測器測量在無源均衡器的第二端子處的耦合rf輸出信號的功率。在其他實施例中，諧振器包括并聯(lián)連接的第一電感器和第一電容器，并且該方法還包括使第一電容器的電容變化來改變頻率選擇凹口的位置以抑制預定組頻率。在又一實施例中，諧振器包括串聯(lián)連接的第一電感器和第一電容器，并且無源均衡器還包括并聯(lián)耦合到第二電容器以形成分路諧振器的第二電感器，并且該方法還包括調諧第一諧振器和分路諧振器到在預定帶寬的下端處的諧振頻率。在各種實施例中，諧振器包括串聯(lián)連接的第一電感器和第一電容器，并且無源均衡器還包括并聯(lián)耦合到第二電容器以形成分路諧振器的第二電感器，并且該方法還包括分別調諧第一諧振器和分路諧振器到在預定帶寬的下端處的第一諧振頻率和第二諧振頻率。

一些實施例無源均衡器的優(yōu)點包括同時提供在寬帶寬上的平坦耦合和在寬帶寬上的恒定電阻匹配的能力。此外，無源均衡器的低通設計還提供調諧頻率選擇凹口的位置來抑制帶外頻率的能力，并且?guī)ㄔO計還提供優(yōu)化帶內平坦性的能力以及提供優(yōu)越耦合平坦性。無源均衡器可與定向耦合器集成到ic中，以提供高集成度以及尺寸、成本和功耗的減小。使用公開的無源均衡器的定向耦合器系統(tǒng)的方向性僅僅依賴于端接電阻器的精度，并且不依賴于無源均衡器的部件的精度，這導致在批量生產中的較高方向性。

盡管參考說明性實施例描述了本發(fā)明，但是該描述不旨在以限制意義進行解釋。說明性實施例以及本發(fā)明的其它實施例的各種修改和組合將對于本領域技術人員在參考描述時是顯而易見的。