用于定向耦合器模块的系统和方法
【专利说明】用于定向耦合器模块的系统和方法
[0001]本申请要求于2014年9月12号提交的美国临时专利申请的N0.62/049，763，标题为“System and Method for a direct1nal Coupler Module”的优先权，其全部内容将以参考的方式并入本文。
技术领域
[0002]本申请大体涉及电子器件，更具体地涉及一种用于定向耦合器模块的系统和方法。
【背景技术】
[0003]定向耦合器，是可以检测在特定方向传输的功率的电子器件，其广泛用于各种射频(RF)电路。例如，定向耦合器可以用于雷达系统，以通过将入射波与反射波分离对反射波进行检测，或者用于对传输线路中的阻抗失配进行测量的电路。从功能上讲，定向耦合器具有正向传输路径和耦合传输路径。正向传输路径通常损耗较低，耦合传输路径耦合沿特定方向传输的部分传输功率。有许多不同类型的親合器结构，包括电磁親合器和磁親合器。这些耦合器类型中的每种类型可以根据操作频率和操作环境使用不同拓扑结构和材料进行实施。
[0004]定向耦合器的一种常见应用是检测便携射频(RF)器件诸如蜂窝电话或便携计算设备中的反射和传输功率。传输功率的测量可以用在控制回路中对功率放大器的输出进行调节，而反射功率的测量与传输功率的测量的结合可以用来对可调节天线匹配网络进行调节。由于便携射频器件在能够利用多标准在多个频率上运行方面变得日益复杂，因此射频终端的拓扑结构已变得更加复杂。例如，多标准射频器件通常具有多个传输和接收路径，上述路径经由多开关网络、匹配网络、功率检测器等与一根或多根天线耦合。相应地，此类便携射频器件的布局和结构通常占用相当数量的印刷电路板(PCB)空间。
【发明内容】
[0005]根据一个实施例，一种电路包括第一定向親合器，该第一定向親合器包括第一输入端口，第一传输端口，第一隔离端口以及第一親合端口，其中，第一定向親合器设置在第一衬底上。电路还包括第一方向选择开关，其具有与第一隔离端口耦合的第一开关输入端口，与第一親合端口親合的第二开关输入端口，以及第一开关输出端口，其中第一方向选择开关连同定向耦合器设置在第一衬底上。
【附图说明】
[0006]为了更全面地理解本申请以及其优势，现在将结合附图参考下面的描述，在附图中:
[0007]图la-ld示出了实施例定向耦合器系统；
[0008]图2示出了具有终端电阻器的实施例定向耦合器；
[0009]图3a_3b示出了利用多个定向耦合器的实施例定向耦合器系统；
[0010]图4a_c示出了利用多个定向耦合器和换向开关的实施例定向耦合器系统；
[0011]图5示出了实施例定向耦合器的原理图；
[0012]图6a_6c示出了利用实施例定向耦合器系统的射频系统；
[0013]图7a_7c示出了实施例可选择阻抗电路；
[0014]图8a_8d示出了实施例可调节衰减器电路；
[0015]图9a_9d示出了利用实施例定向耦合器系统的另外的射频系统；以及
[0016]图10示出了实施例方法的框图。
[0017]不同附图中的对应数字和符号通常指相应的部件，除非另有说明。附图是为了清楚地图示优选实施例的相关方面而绘制，且没有必要依照比例绘制。为了更清楚地图示某些实施例，指示相同结构、材料或程序步骤的变形例的字母可以遵循附图图号。
【具体实施方式】
[0018]下面将详细的对当前的优选实施例的制造和使用进行讨论。但是应当理解，本发明提供多个可适用的创造性构思，其可以在广泛的特定背景中实现。讨论的具体实施例仅对制造和使用本发明的具体方式进行说明，而不对本发明的范围加以限制。
[0019]将在特定背景下关于优选实施例、用于定向耦合器的系统和方法对本发明进行描述，该用于定向耦合器的系统和方法可以例如在在射频电路中使用以对入射和反射功率进行测量。本发明的实施例也可以用于包括其他电路的其他系统和应用，其包括具有可选择信号路径的定向耦合器和射频系统的电路。此外，实施例可以针对实现射频测量的系统，其包括但不限于测量和/或调谐阻抗失配的器件、时域反射计(TDR)、用于与可调谐天线匹配电路一起使用的检测器件、以及可调谐滤波器。
[0020]在本发明的一个实施例中，定向耦合器模块包括设置在与方向选择开关相同的衬底上的定向耦合器电路。定向耦合器包括输入端口和传输端口，以及隔离端口，在隔离端口上耦合从传输端口传输到输入端口的信号，以及耦合端口，在耦合端口上耦合从输入端口传输到传输端口的信号。方向选择开关设置成选择性地将隔离端口和耦合端口中的一个路由至输出2而口。
[0021]可以在例如用于蜂窝手机的RF前端系统和前端多芯片模块中使用实施例的定向耦合系统，并且各种实施例利用射频开关将单个或多个定向耦合器的输出组合为单一输出。这样的定向耦合器系统，例如，可以具体用在用于蜂窝手机的可重构射频前端中。在一些实施例中，利用定向耦合器、射频开关以及衰减器的定向耦合器系统可以用在射频前端系统中以对从PA传输到天线的功率，以及由于系统中各种端口处的阻抗失配所导致的从天线反射回PA的功率进行感测。
[0022]图la示出了根据本发明的实施例的定向耦合器系统100。如图所示，定向耦合器系统100包括定向耦合器102、以及与定向耦合器102的隔离和耦合端口耦合的方向选择开关104。根据各种实施例，定向耦合器102可以使用本领域中已知的定向耦合器电路进行实施。例如，定向耦合器102可以利用基于变压器的定向耦合器、带状线定向耦合器、或本领域中熟知的其他类型的定向耦合器。在一些实施例中，可以使用2014年1月14日提交的美国专利申请N0.14/155，130，标题为“System and Method for a direct1nal coupler”所公开的定向耦合器，该专利申请以全文引用的方式并入本文。方向选择开关104可以使用本领域中已知的射频开关电路和系统实施。
[0023]在一个实施例中，方向选择开关104用来选择定向耦合器102的隔离端口或耦合端口。当方向选择开关104选择了隔离端口时，方向选择开关104的输出提供与从传输端口传输到输入端口的射频信号成比例的信号。这种信号例如可以从反射射频功率生成，并可以使用这种信号来例如对阻抗失配进行测量。相反地，当方向选择开关104选择了耦合端口时，方向选择开关104的输出提供与从传输端口传输到输入端口的射频信号成比例的信号。这种信号可以用来对传输功率进行测量。在一个实施例中，定向耦合器102和方向选择开关104可以设置在分立的集成电路上，或可以单片集成在单个裸片上。独立的芯片可以集成在多芯片模块上，或安装在应用印刷电路板上。
[0024]图lb示出了定向耦合器系统120，包括定向耦合器102、方向选择开关104，并且还包括位于方向选择开关104和输出端口之间的衰减器106。在一些实施例中，衰减器106可以利用模拟或数字调谐进行调节。衰减器106可以与定向耦合器102和/或方向选择开关104单片集成在相同裸片上，或可以集成在独立裸片上。根据各种实施例，衰减器106利用本领域中已知的射频衰减器电路和系统。
[0025]图lc示出了定向耦合器模块130的平面图，其包括安装在衬底131上的定向耦合器102、方向选择开关104以及衰减器106。如图所示，定向耦合器102、方向选择开关104以及衰减器106各自集成在单独模块上。定向耦合器102、方向选择开关104以及衰减器106通过接合焊盘彼此键合，并键合到外部引脚。这些接合连接可以利用例如凸点键合、键合线或其他本领域已知的键合系统和方法。在可替代实施例中，这些组件的划分可以不同。例如，定向耦合器102和方向选择开关104可以集成在第一裸片上，衰减器106可以集成在第二裸片上。在一些实施例中，定向耦合器102、方向选择开关104以及衰减器106可以集成在可以设置在衬底131上的单一裸片上。
[0026]图1d示出了实施例定向耦合器单片集成电路140，包括集成在单一裸片上的定向耦合器102、方向选择开关104以及衰减器106。