專(zhuān)利名稱(chēng)：檢測(cè)負(fù)載阻抗的電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種半導(dǎo)體電路，以及更具體地，涉及一種射頻(RF)電路。更加具體地，本發(fā)明指示一種用于檢測(cè)負(fù)載阻抗的電路和方法，其中一種阻抗匹配電路可以使用該電路和方法。
背景技術(shù)：
RF功率放大器的性能依據(jù)與RF功率放大器的輸出耦合的負(fù)載的阻抗或?qū)Ъ{。通常將RF功率放大器設(shè)計(jì)為在負(fù)載阻抗具有預(yù)定值(例如，50Ω)時(shí)具有最佳性能。為了方便，將RF功率放大器簡(jiǎn)寫(xiě)為RF放大器。如果RF放大器饋入天線(例如，用于諸如移動(dòng)電話之類(lèi)的手持通信設(shè)備中的天線)，則環(huán)境條件可以改變天線(負(fù)載)的阻抗。用戶移動(dòng)的手和頭部、以及其它附近的對(duì)象導(dǎo)致了天線阻抗中的大干擾。然而，當(dāng)天線阻抗不同于預(yù)定值時(shí)，功率放大器的諸如輸出功率、效率、線性之類(lèi)的性能降低。
公知地，將循環(huán)器放置于功率放大器和天線之間來(lái)解決上述問(wèn)題是。循環(huán)器具有與功率放大器的輸出耦合的第一端、與天線耦合的第二端、以及經(jīng)由具有固定阻抗(例如，50Ω)的設(shè)備與地耦合的第三端。將功率放大器的輸出信號(hào)通過(guò)隔離器的第一和第二端傳輸至天線。由于阻抗失配從天線反射回來(lái)的信號(hào)經(jīng)由隔離器和固定阻抗設(shè)備的第三端被傳輸至地。因此，天線的阻抗失配不會(huì)影響功率放大器的性能。然而，隔離器非常大、昂貴、并且功效低。它不適用于低成本、低功率、便攜的通信系統(tǒng)中。
在US 4,483,112的圖1中，引用了一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)，其中，電路檢測(cè)天線的阻抗和相位，從而將天線與RF放大器耦合。電壓感測(cè)器和電路感測(cè)器用于確定阻抗的幅值。
US 4,483,680公開(kāi)了一種用于匹配天線的阻抗的電路。該電路包括由兩個(gè)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。這兩個(gè)控制信號(hào)是正交相位檢測(cè)器的輸出。所述控制基于這兩個(gè)控制信號(hào)的同步最小化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于檢測(cè)負(fù)載阻抗或?qū)Ъ{的電路和方法，使用所述電路和方法可以簡(jiǎn)化對(duì)阻抗匹配電路的控制。另一目的是提供一種具有較簡(jiǎn)單的控制和較快速的響應(yīng)時(shí)間的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。
由從屬權(quán)利要求的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)這些和其它目的。通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求的特征來(lái)描述本發(fā)明的其它實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)，權(quán)利要求中的任何參考符號(hào)不應(yīng)當(dāng)作為本發(fā)明范圍的限定。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)包括方向耦合器的電路來(lái)解決與用于檢測(cè)負(fù)載的阻抗或?qū)Ъ{的電路有關(guān)的上述問(wèn)題，其中，該電路包括具有可與RF放大器連接、并可與負(fù)載連接的輸入端。方向耦合器具有與以下連接的輸出端a)第一裝置，用于測(cè)量前向波的電壓的幅值或電流的幅值，以及b)第二裝置，用于測(cè)量反射波的電壓的幅值或電流的幅值，以及c)正交相位檢測(cè)器，設(shè)置該正交相位檢測(cè)器，以輸出信號(hào)，該信號(hào)提供了與在0°至360°的范圍內(nèi)的反射系數(shù)Г的相位θ有關(guān)的信息。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)具有可調(diào)整的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的阻抗匹配電路來(lái)解決與阻抗匹配電路有關(guān)的上述問(wèn)題，其中，可調(diào)整輸出匹配網(wǎng)絡(luò)通過(guò)饋電線與RF放大器可連接或連接。可調(diào)整的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)(以下將簡(jiǎn)稱(chēng)“網(wǎng)絡(luò)”)通過(guò)饋電線與負(fù)載可連接或連接。負(fù)載可以是天線，例如，諸如移動(dòng)電話之類(lèi)的手持通信設(shè)備的天線、智能卡等。網(wǎng)絡(luò)包括用于測(cè)量負(fù)載阻抗或?qū)Ъ{的檢測(cè)器，從而檢測(cè)器與饋電線的節(jié)點(diǎn)可連接或連接。檢測(cè)器的輸出用作控制單元的輸入。該單元控制可調(diào)整輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出。控制單元與檢測(cè)器連接，其中檢測(cè)器是根據(jù)上段所述的電路。
將電路和阻抗調(diào)整網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)為在射頻范圍內(nèi)操作，因而在大約10kHz和大約10GHz之間的頻率范圍內(nèi)操作。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)在第一步驟中將方向耦合器設(shè)置在RF放大器和負(fù)載之間的方法，來(lái)解決與檢測(cè)負(fù)載的阻抗或?qū)Ъ{的方法有關(guān)的上述問(wèn)題。然后，對(duì)前向波的電壓幅值或電流幅值、以及反射波的電壓幅值或電流幅值進(jìn)行測(cè)量。此外，優(yōu)選地，通過(guò)正交相位檢測(cè)器，在0°至360°的范圍內(nèi)測(cè)量反射系數(shù)Г的相位θ。
本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在檢測(cè)器相對(duì)于反射系數(shù)Г提供了完全相位信息(full phase information)時(shí)，阻抗匹配變得較簡(jiǎn)單。當(dāng)已知反射系數(shù)Г的相位θ在0°至360°的范圍內(nèi)時(shí)，提供完全相位信息。
提供了在θ＝0°至θ＝360°的范圍內(nèi)、而不僅在θ＝0°至θ＝1 80°的范圍內(nèi)的相位信息的檢測(cè)器不需要用于控制在可調(diào)整輸出匹配網(wǎng)絡(luò)中的阻抗調(diào)整的算法，該算法包括多維的搜索路徑和自我學(xué)習(xí)，以便補(bǔ)償相位信息的缺少。以這種方式，根據(jù)本發(fā)明的解決方案允許較簡(jiǎn)單的控制算法。
較簡(jiǎn)單的控制算法使阻抗調(diào)整更快、以及阻抗調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)時(shí)間更短。
此外，上述方法避免了發(fā)現(xiàn)次優(yōu)局部最小值的風(fēng)險(xiǎn)，從而根據(jù)本發(fā)明的結(jié)果比僅利用了θ＝0°至θ＝180°的范圍的相位信息進(jìn)行處理的解決方案更加可靠。
本發(fā)明的附加優(yōu)點(diǎn)在于，與現(xiàn)有技術(shù)的解決方案相比，對(duì)于基帶的輸入/輸出干擾不強(qiáng)。
提供了第一裝置和第二裝置來(lái)測(cè)量前向/入射波和反射波的電壓幅值或電流幅值。如果Vf是前向波的電壓，Vr是反射波的電壓，則將反射系數(shù)Г定義為Γ=VrVf|Γ|*exp(jθ)=|Vr||Vf|exp(jθ),]]>其中，θ是反射系數(shù)的相位。相位是反射波相位θr與入射波相位θf(wàn)之間的相位差θ=θp-θ~r.]]>相位θ可以是-180°和+180°之間的任何值。
優(yōu)選地，第一裝置和第二裝置是峰值檢測(cè)器。峰值檢測(cè)器可以包括混合器和限幅器。此外，第一裝置和第二裝置可以包括緩沖放大器，用于提供在第一裝置和第二裝置以及RF放大器之間的電隔離。
正交相位檢測(cè)器可以是包括90°移相器的全通濾波器。正交相位檢測(cè)器的輸出信號(hào)是與sin(θ)成比例的信號(hào)和與cos(θ)成比例的信號(hào)。然后，可以通過(guò)以下方式的數(shù)學(xué)后處理來(lái)計(jì)算θIfcos(θ)>=0thenθ=arctan(cos(θ)sin(θ)),else]]> 如果已知可調(diào)整輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的Vf、Vr和特征阻抗Z0，則可以通過(guò)可調(diào)整的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)來(lái)計(jì)算功率放大器的輸出功率控制和輸出匹配所必需的主要屬性。
入射功率是Pf=Vf22Z0,]]>反射功率是Pr=Vf22Z0,]]>以及耗散功率Pd是Pd＝Pf-Pr通過(guò)|Г|，可以通過(guò)以下確定電壓駐波比(VSWR)VSWR=1+|Γ|1-|Γ|]]>最重要的，負(fù)載的阻抗是Zland=Z0*1+Γ1-Γ]]>與如上段所描述的用于檢測(cè)負(fù)載的阻抗或?qū)Ъ{的電路相對(duì)應(yīng)，本發(fā)明還涉及一種包括這種電路的阻抗匹配電路。為了簡(jiǎn)單，將在以下的段落中將用于檢測(cè)負(fù)載的阻抗或?qū)Ъ{的電路稱(chēng)為檢測(cè)器。
阻抗匹配電路還包括可調(diào)整輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)通過(guò)饋電線與RF放大器可連接或連接。檢測(cè)器在位于RF放大器與網(wǎng)絡(luò)之間、或者位于網(wǎng)絡(luò)與負(fù)載之間的節(jié)點(diǎn)處探測(cè)饋電線。在第一情況下，檢測(cè)器感測(cè)RF放大器的輸入阻抗。在第二情況下，檢測(cè)器感測(cè)天線阻抗。
本發(fā)明的這些和其它方面將從參照以下描述的實(shí)施例中顯而易見(jiàn)并得以闡述。


圖1示出了阻抗檢測(cè)器的高電平結(jié)構(gòu)框圖，圖2示出了正交相位檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)框圖，圖3示出了可以用于執(zhí)行本發(fā)明的移相器，圖4示出了可以用于執(zhí)行本發(fā)明的(幅度)限制器，圖5示出了可以用于執(zhí)行本發(fā)明的相位檢測(cè)器，圖6是完整的Г平面的測(cè)量值，圖7是阻抗匹配電路的第一實(shí)施例，圖8是阻抗匹配電路的第二實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
圖1是示出了用于檢測(cè)天線阻抗的電路的高電平結(jié)構(gòu)框圖。該天線是設(shè)計(jì)用于移動(dòng)電話的天線。RF輸出/輸入4用于在移動(dòng)電話發(fā)送音頻信號(hào)時(shí)將電磁波發(fā)射至天線5，并用于在接收到音頻信號(hào)時(shí)從天線接收電磁波。在從天線5接收電磁波的情況下，電磁波經(jīng)由饋電線16傳輸至方向耦合器1的輸入端3，然后從端2至RF輸入/輸出4。方向耦合器1檢測(cè)從天線傳輸至RF輸入/輸出4的前向或入射波、以及傳輸回來(lái)的反射波。方向耦合器1是現(xiàn)有技術(shù)中公知的方向耦合器，從而該電子區(qū)間的內(nèi)部細(xì)節(jié)是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的。
方向耦合器1具有兩個(gè)輸出端，即，代表入射波的第一輸出端口6、以及代表反射波的第二輸出端7。
輸出端6與用于測(cè)量入射波的電壓幅值的第一裝置8連接。所示出的實(shí)施例使用峰值檢測(cè)器11作為第一裝置8，從而峰值檢測(cè)器11包括混合器12和限幅器13。因而第一裝置8的輸入/輸出端20輸出入射波的電壓|Vf|的幅值。
輸出端7與用于測(cè)量反射波的電壓|Vr|的幅值的第二裝置9連接。所示出的實(shí)施例使用峰值檢測(cè)器11作為第二裝置9，從而峰值檢測(cè)器11包括混合器12和限幅器13。因而第二裝置9的輸入/輸出端21輸出反射波的電壓|Vr|的幅值。
輸出端6和7均與正交相位檢測(cè)器10連接，該正交相位檢測(cè)器適于輸出提供了與在0°至360°的范圍內(nèi)的反射系數(shù)Г的相位θ有關(guān)的信息。正交相位檢測(cè)器10自身是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，并可以包括兩個(gè)混合器12和90°移相器22。輸出端22輸出信號(hào)|Vf|*|Vr|*sin(θ)，而輸出端23輸出信號(hào)|Vf|*|Vr|*cos(θ)。
圖2示出了正交相位檢測(cè)器10的結(jié)構(gòu)框圖，該正交相位檢測(cè)器10包括兩個(gè)移相器22、22’，三個(gè)限幅器13，以及兩個(gè)相位檢測(cè)器23。圖2中示出的兩個(gè)移相器22、22’也用于使輸入RF信號(hào)的總電路平衡/失衡。此外，盡管原理上單個(gè)移相器是足夠的，但是為了避免差錯(cuò)，使用兩個(gè)移相器。在輸出端x處的輸出是|Vf|*|Vr|*sin(θ)，在輸出端y處的輸出y是|Vf|*|Vr|*cos(θ)。
在圖3中更加詳細(xì)地示出了移相器22、22’?；旧?，將全通濾波器添加于MOS電路上作為可調(diào)/可變電阻。這種通常已知類(lèi)型的移相器具有三個(gè)輸出端out1、out2和out3。在圖2中，移相器22、22’的三個(gè)輸出端是(從頂至底)out2、out1和out3。如可在圖2中看出的，移相器22’的一個(gè)輸出端是左開(kāi)口的，即，提供差分電壓的out2。這有助于補(bǔ)償由于電子組件中的信號(hào)的不同路徑長(zhǎng)度而導(dǎo)致的相位差。利用這種移相器，阻抗檢測(cè)器變得易于實(shí)現(xiàn)、可調(diào)、具有大頻帶、以及具有高精度。此外，移相器用于平衡電路。
包括了圖2的三個(gè)限制器，從而總相位檢測(cè)具有大于40dB的動(dòng)態(tài)范圍。然而，沒(méi)有限制器，正交檢測(cè)器的構(gòu)思仍然是可行的。兩種類(lèi)型的限制器用于阻抗檢測(cè)器的原型。在圖4的上下部分中示出。這些限制器使得可以獲得40dB的動(dòng)態(tài)范圍。
圖5示出了可以用于執(zhí)行本發(fā)明的相位檢測(cè)器。該類(lèi)型的相位檢測(cè)器基本上是現(xiàn)有技術(shù)中公知的。它是平衡類(lèi)型的相位檢測(cè)器，用于保證寄生效應(yīng)的有限影響。
圖6示出了使用根據(jù)圖2的正交相位檢測(cè)器、利用圖1的電路獲得的試驗(yàn)結(jié)果，從而相位檢測(cè)器10包括根據(jù)圖3的移相器和根據(jù)圖4的限制器。限制器的供電電壓是2.9V和4.7V。頻率在0.8GHz和1.0GHz之間的范圍內(nèi)，溫度在-25℃和+85℃之間的范圍內(nèi)，以及輸入功率是5dBm、10dBm和35dBm。在圖6中，繪出輸出y＝|Vf|*|Vr|*cos(θ)相對(duì)于輸出x＝|Vf|*|Vr|*sin(θ)。該圖是Г平面，并示出獲得了完全相位信息。
圖7和8示出了如上所述的阻抗檢測(cè)器如何可以用作阻抗匹配電路的一部分。在圖7中，功率放大器4通過(guò)饋電線16饋入天線5。自適應(yīng)輸出網(wǎng)絡(luò)15用于使天線的阻抗適合功率放大器4的阻抗。在圖7的設(shè)置中，設(shè)置根據(jù)本發(fā)明的阻抗檢測(cè)器17，以感測(cè)節(jié)點(diǎn)18處的阻抗，因而感測(cè)所匹配的阻抗。換言之，阻抗檢測(cè)器17沿從節(jié)點(diǎn)18向前的、從左至右(或從功率放大器4至天線5)的能量流方向(z方向)測(cè)量阻抗。在該方面，圖7示出了一種反饋系統(tǒng)。控制單元19提供了邏輯，用于將所匹配的阻抗與功率放大器4的阻抗進(jìn)行比較，以及用于相應(yīng)地調(diào)整自適應(yīng)輸出網(wǎng)絡(luò)的輸出。如果期望，可以添加一個(gè)或兩個(gè)可選固定輸出網(wǎng)絡(luò)24、24’。
將圖8根據(jù)本發(fā)明的阻抗檢測(cè)器17放置于自適應(yīng)輸出網(wǎng)絡(luò)15與節(jié)點(diǎn)18處的天線5之間。在這種情況下，檢測(cè)器17感測(cè)天線阻抗，而不是所匹配的阻抗。其原因在于，檢測(cè)器沿從節(jié)點(diǎn)18向前、從左至右的能量流方向(或者沿z方向從功率放大器4至天線5)測(cè)量阻抗。在這方面，圖8示出了一種前饋系統(tǒng)。
參考數(shù)字列表01方向耦合器02輸入端03輸入端04射頻(RF)放大器05負(fù)載06輸入/輸出端07輸入/輸出端08用于測(cè)量入射波的電壓/電流幅值的裝置09用于測(cè)量反射波的電壓/電流幅值的裝置10正交相位檢測(cè)器11峰值檢測(cè)器12混合器13限幅器14緩沖放大器14’ 緩沖放大器15可調(diào)整輸出匹配網(wǎng)絡(luò)16饋電線17檢測(cè)器18節(jié)點(diǎn)19控制單元20輸入/輸出端21輸入/輸出端22移相器23相位檢測(cè)器24固定輸出網(wǎng)絡(luò)24’ 固定輸出網(wǎng)絡(luò)
權(quán)利要求
1.一種用于檢測(cè)負(fù)載的阻抗或?qū)Ъ{的電路，所述電路包括a)方向耦合器(1)，所述方向耦合器(1)具有與射頻(RF)放大器(4)可連接、以及與負(fù)載(5)可連接的輸入端(2，3)，b)具有輸出端(6，7)的所述方向耦合器(1)，連接至b1)第一裝置(8)，用于測(cè)量前向波的電壓幅值或電流幅值，b2)第二裝置(9)，用于測(cè)量反射波的電壓幅值或電流幅值，b3)正交相位檢測(cè)器(10)，被設(shè)置成輸出信號(hào)，所述信號(hào)提供了與在0°至360°的范圍內(nèi)的反射系數(shù)Г的相位θ有關(guān)的信息。
2.如權(quán)利要求1所述的電路，其中，所述第一裝置和所述第二裝置是峰值檢測(cè)器(11)。
3.如權(quán)利要求2所述的電路，其中，所述峰值檢測(cè)器包括混合器(12)和限幅器(13)。
4.如權(quán)利要求1所述的電路，其中，所述第一裝置(8)和所示第二裝置(9)包括緩沖放大器(14、14’)。
5.如權(quán)利要求1所述的電路，其中，提供了與相位θ有關(guān)的信息的信號(hào)是與sin(θ)成比例的信號(hào)、以及與cos(θ)成比例的信號(hào)。
6.如權(quán)利要求1所述的電路，其中，所述正交相位檢測(cè)器(10)是包括90°移相器的全通濾波器。
7.一種阻抗匹配電路，a)具有可調(diào)整輸出匹配網(wǎng)絡(luò)(15)，所述網(wǎng)絡(luò)通過(guò)饋電線(16)與RF放大器(4)可連接或連接，b)所述可調(diào)整輸出匹配網(wǎng)絡(luò)(15)通過(guò)所述饋電線(16)與負(fù)載(5)可連接或連接，b)具有檢測(cè)器(17)，用于測(cè)量負(fù)載(5)的阻抗或?qū)Ъ{，所述檢測(cè)器(17)與饋電線(16)的節(jié)點(diǎn)(18)可連接或連接，d)具有單元(19)，用于控制所述可調(diào)整匹配網(wǎng)絡(luò)(15)的輸出，所述控制單元(19)與所述檢測(cè)器(17)連接，e)其中，所述檢測(cè)器(17)是根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的電路。
8.如權(quán)利要求7所述的阻抗匹配電路，其中，所述節(jié)點(diǎn)(18)位于所述RF放大器(4)與所述可調(diào)整輸出匹配網(wǎng)絡(luò)(15)之間。
9.如權(quán)利要求7所述的阻抗匹配電路，其中，所述節(jié)點(diǎn)(18)位于所述可調(diào)整輸出匹配網(wǎng)絡(luò)(15)與所述負(fù)載(5)之間。
10.一種用于檢測(cè)負(fù)載的阻抗或?qū)Ъ{的方法，所述方法包括以下步驟a)在射頻(RF)放大器(4)與負(fù)載(5)之間設(shè)置方向耦合器(1)，b)通過(guò)所述RF放大器(4)設(shè)置前向波的輸出，所述前向波向負(fù)載(5)傳輸，c)測(cè)量所述前向波的電壓幅值或電流幅值，d)測(cè)量反射波的電壓幅值或電流幅值，e)測(cè)量在0°至360°的范圍內(nèi)的反射系數(shù)Г的相位θ。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，通過(guò)正交相位檢測(cè)器來(lái)進(jìn)行反射系數(shù)Г的相位θ的測(cè)量。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，通過(guò)峰值檢測(cè)器來(lái)執(zhí)行電壓幅值或電流幅值的測(cè)量。
全文摘要
本發(fā)明指示一種用于檢測(cè)負(fù)載阻抗的電路和方法，其中一種阻抗匹配電路可以使用該電路和方法。阻抗匹配電路需要復(fù)雜的算法來(lái)相應(yīng)地調(diào)整阻抗。該算法致使響應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。發(fā)現(xiàn)了復(fù)雜性部分地源于在0°至360°的完全范圍內(nèi)反射系數(shù)的相位未知這一事實(shí)。將正交相位檢測(cè)器用于提供完全相位信息。
文檔編號(hào)H03H7/40GK101019032SQ200580030553
公開(kāi)日2007年8月15日 申請(qǐng)日期2005年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月14日
發(fā)明者阿德里安努斯·范貝松森, 克里斯托弗·尚洛 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司