專利名稱：使用多頻帶信號處理輸出阻抗匹配的裝置、方法和制造產(chǎn)品的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及信號處理，而且更為具體地涉及對于多頻帶功率放大器的輸出阻抗匹配。
可以優(yōu)化在發(fā)射機中所使用的功率放大器以適用于具體模式和頻帶從而使效率最大化。這樣的優(yōu)化可以需要以某種方式偏置放大器。另外，需要匹配在放大器中組件之間和放大器與鄰接組件之間的阻抗。
然而，伴隨一些通信系統(tǒng)對于放大器所提出的需求，出現(xiàn)一些問題。例如，在W-CDMA或CDMA2000發(fā)射機中，傳統(tǒng)上通過功率放大器來饋送具有非恒定包絡的信號。然而，難于達到放大器效率和線性度的最佳水平經(jīng)常需要兼顧二者的設計。此外，需要寬范圍(典型地為大約80dB)的輸出功率。
更多的問題隨著多頻帶發(fā)射機而出現(xiàn)。例如，阻抗依賴于操作頻率，因此，不會為了操作于不同的頻帶而優(yōu)化在一個頻帶中具有最優(yōu)阻抗匹配的放大器?？梢酝ㄟ^提供單獨的放大鏈來解決在不同頻率下與阻抗匹配相關的問題。然而，單獨的放大鏈可能價格不菲，增加發(fā)射機的尺寸以及增加發(fā)射機所需的功率。
放大器設計與阻抗匹配也是困難的，其原因為在目前的通信系統(tǒng)中，期望放大器操作于多個頻帶。例如，發(fā)射機可以用于GSM900(880-915MHz)和DCS1800(1710-1785MHz)頻帶。作為另一示例，發(fā)射機可以用于CDMA2000(824-849MHz和1850-1910MHz)或PCS1900(1850-1910MHz)頻帶。典型地，雙頻帶移動電話無線電收發(fā)機包括兩個功率放大器，每一個操作于單一的頻率帶寬中，而且每一個需要阻抗匹配。
現(xiàn)有技術試圖為放大器設計和阻抗匹配難題提供解決方案。例如，

圖1示出一項現(xiàn)有技術，其試圖對操作于800MHz或1900MHz頻帶的雙頻帶單級功率放大器進行阻抗匹配。單個的有源器件包括在輸入端的開關阻抗網(wǎng)絡104和106、放大器102、偏置控制103、電壓源107、開關阻抗網(wǎng)絡105和在輸出端的開關阻抗網(wǎng)絡108和110，以提供預期的輸入和輸出阻抗。然而，對于這些開關阻抗網(wǎng)絡的需求提高了器件的成本并降低了效率。
在圖2中示出了另一種在雙頻帶功率放大器中進行匹配阻抗的方法。將放大器214匹配到第一匹配電路202。將包括兩個單獨的阻抗網(wǎng)絡206和208的第二匹配電路204調諧到每一頻率帶寬。這種方法中需要兩個開關210和212。這種方法再次地提高了器件的成本，同時降低了效率。
因此，對于多頻帶功率放大器，需要改進的輸出匹配。
提供用于多頻帶信號處理的裝置、方法和制造產(chǎn)品。在一個示例性實施例中，提供一種輸出阻抗匹配配置，其包括至少一個輸出阻抗匹配部件、多頻帶同向雙工器和開關。
現(xiàn)在將參考附圖通過示例來描述本發(fā)明，附圖中圖1描述現(xiàn)有技術的雙頻帶裝置。
圖2描述現(xiàn)有技術的雙頻帶裝置。
圖3示出輸出匹配配置的實施例。
圖4示出雙頻帶同向雙工器的實施例。
圖5示出雙頻帶同向雙工器的實施例。
圖6示出輸出阻抗匹配電路的實施例。
圖7示出輸出阻抗匹配電路的實施例。
圖8示出輸出阻抗匹配電路的實施例。
圖9示出輸出阻抗匹配電路的實施例。
圖10示出輸出阻抗匹配電路的實施例。
圖11示出輸出匹配配置的實施例。
圖12示出輸出匹配配置的實施例。
本發(fā)明包括裝置、方法和制造產(chǎn)品，其用于使用多頻帶信號處理進行輸出阻抗匹配，例如，對于用在蜂窩式電話中的多頻帶功率功率放大器進行輸出阻抗匹配。圖3示出包括輸出匹配配置10的示例性實施例。如所示的輸出匹配配置10在其輸入端連接到包括功率放大器100的有源器件，而且在其輸出端連接到諸如天線一樣的負載102。在該實施例中，輸出匹配配置10包括作為其部分的寬帶輸出匹配部件12、包括雙頻帶同向雙工器14的多頻帶同向雙工器、分別的兩個單頻帶匹配部件16和18以及開關20。
寬帶輸出匹配部件12在其輸入端連接到功率放大器100的輸出端并且在其輸出端與雙頻帶同向雙工器14相連。盡管其應該理解為，還可以提供任何其它預期的范圍，在一個示例性實施例中，寬帶匹配部件12提供大約從5Ω到10-15Ω的寬帶匹配。
雙頻帶同向雙工器14在其輸出端分別與單頻帶匹配部件16和18相連。本實施例中的功率放大器100在一個或多個規(guī)定的頻帶中傳送輸入信號，其由雙頻帶同向雙工器14來接收。例如，在諸如操作于GSM/DCS模式的系統(tǒng)一樣的雙頻帶系統(tǒng)中，可以在兩個不同的頻帶之間調整從功率放大器100所傳送的輸入信號，這取決于該系統(tǒng)操作于GSM模式或DCS模式。雙頻帶同向雙工器14根據(jù)信號的特定頻帶處理輸入信號，然后向單頻帶匹配部件16和18產(chǎn)生輸出信號。在本實施例中，雙頻帶同向雙工器14優(yōu)選地在較高的頻帶中，向單頻帶匹配部件16產(chǎn)生第一輸出信號，并且優(yōu)選地在較低的頻帶中，向單頻帶匹配部件18產(chǎn)生第二輸出信號，在下面將對其進行更詳細的描述。根據(jù)系統(tǒng)的指定頻帶，將單頻帶匹配部件16和18中的每一個優(yōu)選地調諧到具體帶寬。例如，在雙頻帶系統(tǒng)中，根據(jù)第一操作頻率，優(yōu)選地將單頻帶匹配部件16調諧到較高的頻帶，而且根據(jù)第二操作頻率，優(yōu)選地將單頻帶匹配部件18調諧到較低的頻帶。在本實施例中，單頻帶匹配部件16和18用以分離地實現(xiàn)低頻帶和高頻帶的高效操作。
在雙頻帶同向雙工器14和單頻帶匹配部件16之間部署諸如PIN-二極管一樣的開關20，其用以抑制來自較低頻帶的不理想的諧波。通常，在功率放大器輸出多個傳送頻率的信號的情況下，當較低傳送頻率的諧波處于低于或等于較高傳送頻率時，會出現(xiàn)不理想的諧波。例如，在包括GSM/DCS模式的雙頻帶結構中，將抑制GSM模式的不理想的諧波，其正好位于DCS帶寬，而且在包括CDMA2000模式的雙頻帶結構中，將抑制825-849MHz模式的不理想諧波，該模式非常接近于1850-1910MHz模式。
在根據(jù)本實施例的第一操作模式中，在從功率放大器100傳送第一較低頻帶([例如，824-849MHz或880-915MHz)的信號的情況下，接通PIN-二極管20，縮短不理想的諧波而對較低頻率傳送的電性能不產(chǎn)生影響。此外，在根據(jù)本實施例的第二操作模式中，在從功率放大器100傳送第二較高頻帶(例如，1710-1795MHz或1850-1910MHz)的信號的情況下，關斷PIN-二極管20，導致在較高頻帶阻抗非常高。
根據(jù)本實施例，可以實現(xiàn)單個多頻帶放大器，其中輸出功率級別(level)對于變化的頻率大約是一樣的，例如，對于CDMA 2000(1850-1910MHz)模式頻帶的29dBm和對于CDMA 2000(824-849MHz)模式的28.5dBm的線性輸出功率，以及對于DCS1800頻帶的33dBm和對于GSM800的35dBm的飽和輸出功率。
不同電路配置和技術可以用作輸出匹配配置10的組件。下面描述一些示例。
作為示例，PIN-二極管20可以由任何可轉換的帶阻濾波器來替換。同時還可以利用其它合適的開關。
在圖4中示出了適用于雙頻帶同向雙工器14的同向雙工器的示例性實施例，其包括高通濾波器和低通濾波器。高通濾波器1100包括電感器1102和電容器1104和1106。低通濾波器1111包括電感器1108和1110和電容器1112。在另外一個實施例中，電感器可以由具有高特性阻抗的短傳輸線來替代而且電容器可以由開路線抽頭(stub)來替代。
可替換地，在另外一個實施例中，可以使用在圖5中所示的四分之一波長或半波長傳輸線來形成雙頻帶同向雙工器14。在本實施例中，傳輸線長度l1和l2為800MHz時四分之一波長以保護較高的頻率路徑免受較低頻率信號影響，然而長度l4和l5為1900MHz時四分之一波長以保護較低頻率路徑免受較高信號影響。為了減少或消除任何附加的所需匹配，選擇長度l3來實現(xiàn)具有開路線抽頭的并聯(lián)等效電路，即全長l2+l3應該是在1900MHz時的半波長，同時全長l5+l6應該是在800MHz時的半波長。該串行傳輸線優(yōu)選地具有50Ω的特性阻抗。
圖6示出輸出阻抗匹配電路的一個示例性實施例，其可以用作一個或多個寬帶輸出匹配部件12以及兩個單頻帶匹配部件16和18。偏置電壓Vbias1和Vbias2向變?nèi)荻O管350和351提供電容值。電容器355、356和357均為直流分量阻塞電容器；而且電阻器360和361足夠大以防止射頻(R-F)泄漏。
圖7示出輸出阻抗匹配電路的另一個示例性實施例，其可以用作一個或多個寬帶輸出匹配部件12以及兩個單頻帶匹配部件16和18。這里，四個單向開關380-383和四個電容器390-393匹配阻抗值。傳輸線395少于四分之一波長線，從而提供電感性阻抗。注意在本實施例和其它實施例中的輸入的數(shù)量可以確定組件的組成。例如，如果將該實施例用于具有7個晶體管的實施例中，則可以期望使用較少的組件，例如，三個電容器，由于其將提供對于7個可能的輸出進行匹配的必需條件。電容器390-393是匹配電容器。
現(xiàn)在轉向圖8，示出了輸出阻抗匹配電路的另一個實施例，其可以用作一個或多個寬帶輸出匹配部件12以及兩個單頻帶匹配部件16和18。本實施例中的阻抗匹配使用諸如在第6,554,610美國專利中所公開的類型一樣的并聯(lián)電路E級負載網(wǎng)絡以提高效率。根據(jù)系統(tǒng)的合適的值，將該并聯(lián)電路負載網(wǎng)絡調諧到對于阻抗、電容和電阻的具體值。該負載網(wǎng)絡包括諧振電路501，其包括電容器501C、電阻器501R(具有電阻R)和負載501R2(具有電阻RL)、并聯(lián)短路傳輸線502和四分之一波長傳輸線503。并聯(lián)短路傳輸線502和并聯(lián)電容501C在中心頻率f0＝√f1f2提供電感性阻抗，其中f1是低頻帶而f2是高頻帶。
當然，負載網(wǎng)絡的電感性阻抗可以與不同的頻率不一致，通常，其可以通過下式來確定在基頻時，Zin1＝R/(1-j tan 34.244°)。
其中R是所需的輸出電阻而且RL=Z012/R.]]>在高階諧波處的任何阻抗應該是電容性的。
在示例性實施例中，可以由下列式子來確定最佳的負載網(wǎng)絡的參數(shù)tanθ=0.732RZ0,C=0.685ωR,R=1.365Vcc2Pout]]>其中Vcc是電源電壓，Pout是輸出功率，而Z0和θ分別是并聯(lián)短路傳輸線502的特性阻抗和電長度。
電容C是內(nèi)部器件電容(盡管也可以使用一些外部輸出電容，而且相應地應當將其考慮)，這是對于適當?shù)念l率的公知技術，將其選用。例如，如果輸出阻抗匹配電路計劃用于雙極性器件，則將利用集電極電容。作為另一示例，如果輸出阻抗匹配電路計劃用于FET器件，則將利用漏電容。
四分之一波長傳輸線503具有θ1＝90°的電長度(electrical length)和阻抗Z01?？梢詫⑺姆种徊ㄩL傳輸線503作為高頻串聯(lián)諧振電路，從而有效地拓寬了整個頻率范圍。當然，在其它實施例中，也可以使用其它公知方法，或者不使用。
在圖9示出了可以用作一個或多個寬帶輸出匹配部件12以及兩個單頻帶匹配部件16和18的輸出阻抗匹配電路的另一可替換實施例。此處，用兩個電容器602和604以及較短傳輸線606替換了在圖8中的四分之一波長傳輸線503?？梢匀缦聛泶_定該組件的參數(shù)Z02=Z01sinθ2,C=cosθ2ωZ01]]>
在圖10中示出了可以用作一個或多個寬帶輸出匹配部件12以及兩個單頻帶匹配部件16和18的輸出阻抗匹配電路的另一可替換實施例。當輸出阻抗較小約為5Ω時，本實施例優(yōu)選用于寬帶實施例中。將兩個具有串行傳輸線的L-部分(L-section)變壓器701和702以及并聯(lián)電容增加到諸如在圖9中所示一樣的實施例中。
當然，其它實施例可以使用其它輸出阻抗匹配電路，例如低通梯式濾波器。
在其它實施例中，在任何輸出阻抗匹配電路或頻帶同向雙工器的實施例中可以使用一個或多個陷波濾波器，因此，還衰減任何不理想的頻率。例如，在CDMA2000實施例中，在840MHz期望抑制信號的第二諧波(1.68GHz)。該諧波處于功率放大器頻率帶寬中，因此將被衰減掉。所以，可以使用陷波濾波器。
在圖11中說明根據(jù)本發(fā)明的輸出匹配配置的另一個實施例。在本實施例中，示出輸出匹配配置110，其包括作為其部分的寬帶輸出匹配電路112、同向雙工器114和PIN-二極管開關120。不同于在圖3中所示的實施例，寬帶輸出匹配電路112在有源器件和負載之間提供整個頻率范圍的完整的輸出阻抗匹配，因此沒有提供單頻帶匹配部件。在本實施例中，同向雙工器114和PIN-二極管開關120和上述同向雙工器14和PIN-二極管20相同。在本實施例中，寬帶輸出匹配電路112、同向雙工器114和PIN-二極管開關120可以采取諸如上述實施例中的任何一個的多種適合的組件或技術的形式。
在圖12中說明根據(jù)本發(fā)明的輸出匹配配置的另一實施例。在本實施例中，示出輸出匹配配置210，其包括直接連接到有源器件200的同向雙工器214。例如，在有源器件200包括功率放大器的情況下，可以將同向雙工器214連接到功率放大器的晶體管，例如，在集電極處。本實施例中的輸出匹配配置210還包括兩個單頻帶開關部件216和218以及PIN-二極管開關220，其分別類似于圖3中所示的單頻帶匹配部件16和18以及PIN-二極管開關20。相似地，在本實施例中，輸出匹配配置210的組件可以采取諸如上述實施例中的任何一個的多種適合的組件或技術的形式。
本發(fā)明的實施例可以用于諸如蜂窩式電話一樣的雙頻帶和其它多頻帶結構中。雙頻帶結構的示例包括GSM900/DCS1800或CDMA2000。三頻帶結構的示例GSM900/DCS1800/PCS1900或CDMA2000/PCS1900。
可以利用不同類型的系統(tǒng)結構來構建本發(fā)明的實施例。因此，本領域普通技術人員將理解本發(fā)明的實施例或其不同組件和/或特征可以全部包括硬件、軟件或可以是軟件和硬件的結合。盡管通過說明性實施例已經(jīng)描述本發(fā)明，本領域技術人員將想到附加的優(yōu)勢和修改。例如，盡管在不同實施例中說明了包括功率放大器的有源器件，該有源器件也可以包括其它組件，例如，衰減器。因此，本發(fā)明在其更寬的方面不限于此處所顯示和描述的具體細節(jié)。在不背離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以對其進行修改。因此，其意圖是本發(fā)明不限于具體的說明性實施例，但應該在所附權利和其同等物的全部精神和范圍內(nèi)對其進行解釋。
權利要求
1.一種用于對多頻帶信號處理器進行輸出阻抗匹配的裝置，包括多頻帶同向雙工器，其適用于接收具有規(guī)定的頻帶的輸入信號并產(chǎn)生至少第一和第二輸出信號，其中第一輸出信號的頻帶高于第二輸出信號的頻帶；和至少一個開關，來自多頻帶同向雙工器的第一輸出信號經(jīng)過該開關，該開關具有“接通”和“關斷”狀態(tài)，當該輸入信號具有第一頻帶時，該開關處于“接通”狀態(tài)，用于抑制不理想的諧波，而且當該輸入信號具有第二頻帶時，該開關處于“關斷”狀態(tài)。
2.如權利要求1所述的裝置，還包括至少一個與所述多頻帶同向雙工器連接的阻抗匹配部件，其中通過第一輸出信號和第二輸出信號中的至少一個。
3.如權利要求1所述的裝置，還包括與所述多頻帶同向雙工器連接的第一阻抗匹配部件，其中通過第二輸出信號。
4.如權利要求3所述的裝置，還包括與所述開關連接的第二阻抗匹配部件，其中通過第一輸出信號。
5.如權利要求1所述的裝置，其中所述多頻帶信號處理器包括用于傳送輸入信號的有源器件，該輸入信號由所述多頻帶同向雙工器來接收，該裝置還包括連接在有源器件和多頻帶同向雙工器之間的阻抗匹配部件，其中通過該輸入信號。
6.如權利要求1所述的裝置，其中所述多頻帶信號處理器包括用于傳送輸入信號的有源器件和負載，其中該輸入信號由所述多頻帶同向雙工器來接收，該負載接收由所述多頻帶同向雙工器所產(chǎn)生的第一和第二輸出信號，該裝置還包括阻抗匹配部件，其連接在所述有源器件和所述多頻帶同向雙工器之間，其中通過該輸入信號；第一阻抗匹配部件，其連接在所述多頻帶同向雙工器和所述負載之間，其中通過第二輸出信號；第二阻抗匹配部件，其連接在所述開關和所述負載之間，其中通過第一輸出信號。
7.如權利要求1所述的裝置，其中所述開關包括PIN-二極管。
8.如權利要求1所述的裝置，其中所述輸入信號包括第二頻帶，其高于第一頻帶。
9.如權利要求1所述的裝置，其中所述多頻帶信號處理器包括傳送所述輸入信號的有源器件，該輸入信號由所述多頻帶同向雙工器來接收，從由功率放大器和衰減器所組成的組中來選擇所述有源器件。
10.一種用于在多頻帶信號處理器中輸出匹配的方法包括接收具有規(guī)定的頻帶的輸入信號并向負載產(chǎn)生至少第一和第二輸出信號，第一輸出信號的頻帶高于第二輸出信號的頻帶；以及根據(jù)該輸入信號的規(guī)定的頻帶來調整第一輸出信號，當該輸入信號具有第一頻帶時，抑制來自第一輸出信號的不理想諧波。
11.如權利要求10所述的方法，其中第一輸出信號由至少一個具有“接通”和“關斷”狀態(tài)的開關來調整，所述方法還包括當所述輸入信號具有第一頻帶時，操作開關處于“接通”狀態(tài)，以抑制不理想的諧波，并且當輸入信號具有第二頻帶時，操作開關處于“關斷”狀態(tài)。
12.如權利要求10所述的方法，還包括分離地對于第一和第二輸出信號進行匹配阻抗。
13.如權利要求12所述的方法，其中所述接收和產(chǎn)生步驟包括多頻帶同向雙工器，而且匹配阻抗的步驟還包括在所述多頻帶同向雙工器和所述負載之間提供第一阻抗匹配部件，第二輸出信號經(jīng)過該負載；以及在所述多頻帶同向雙工器和所述負載之間提供第二阻抗匹配部件，第一輸出信號經(jīng)過該負載。
14.如權利要求10所述的方法，其中所述多頻帶信號處理器包括傳送所述輸入信號的有源器件，而且其中所述接收和產(chǎn)生步驟包括多頻帶同向雙工器，所述方法還包括在所述有源器件和多頻帶同向雙工器之間提供阻抗匹配部件，其中通過所述輸入信號。
15.一種放大器輸出阻抗匹配配置，包括多頻帶同向雙工器，其從功率放大器接收具有規(guī)定的頻帶的輸入信號，并向負載產(chǎn)生至少第一和第二輸出信號，其中所述第一輸出信號的頻帶高于第二輸出信號的頻帶；至少一個連接在所述多頻帶同向雙工器和負載之間的開關，用于從該多頻帶同向雙工器接收第一輸出信號，該開關具有“接通”和“關斷”狀態(tài)，當所述輸入信號具有第一頻帶時，該開關處于“接通”狀態(tài)，以抑制不理想的諧波，并且當所述輸入信號處于第二頻帶時，該開關處于“關斷”狀態(tài)；和一個或多個阻抗匹配部件，其連接在至少下列情況之一所述多頻帶同向雙工器和所述負載之間，其中通過第一輸出信號和第二輸出信號中的至少一個；和所述功率放大器和所述多頻帶同向雙工器之間，其中通過所述輸入信號。
16.如權利要求15所述的放大器輸出阻抗匹配配置，還包括連接在所述多頻帶同向雙工器和所述負載之間的第一阻抗匹配部件，其中通過第二輸出信號，以及連接在所述開關和所述負載之間的第二阻抗匹配部件，其中通過第一輸出信號。
17.如權利要求15所述的放大器輸出阻抗匹配配置，還包括連接在所述功率放大器和所述多頻帶同向雙工器之間的阻抗匹配部件，所述輸入信號經(jīng)過其中；連接在所述多頻帶同向雙工器和所述負載之間的第一阻抗匹配部件，其中通過第二輸出信號；和連接在所述開關和所述負載之間的第二阻抗匹配部件，其中通過第一輸出信號。
18.如權利要求15所述的放大器輸出阻抗匹配配置，其中所述開關包括PIN-二極管。
19.如權利要求15所述的放大器輸出阻抗匹配配置，其中所述輸入信號包括第二頻帶，其頻帶高于第一頻帶的頻帶。
全文摘要
提供用于在多頻帶功率放大中輸出阻抗匹配的裝置、方法和制造產(chǎn)品，其中將包括一個或更多輸出匹配部件、多頻帶同向雙工器和開關的輸出匹配配置連接到有源器件。
文檔編號H03H7/38GK1969460SQ200580019410
公開日2007年5月23日 申請日期2005年4月15日 優(yōu)先權日2004年4月16日
發(fā)明者皮奧特·索爾斯基, 安德萊·V·格里本尼科夫, 尤金·P·希尼 申請人:M/A－Com尤羅泰克公司