用于定向耦合器的系统和方法
【专利说明】用于定向輔合器的系统和方法
[0001] 本申请要求2014年9月15日提交的标题为"用于定向禪合器的系统和方法"的 美国临时申请序列No. 62/050314的优先权，所述申请的全部内容通过引用合并于此。
技术领域
[0002] 本公开一般设及电子器件，且更具体设及用于定向禪合器的系统和方法。
【背景技术】
[0003] 作为在特定方向上可W检测正被传输的功率的电子器件的定向禪合器被用在各 种各样的射频（R巧电路中。例如，定向禪合器可W在雷达系统中通过从反射波中分离入射 波W检测反射波，或可被用在测量传输线的阻抗失配的电路中。在功能上，定向禪合器具有 前向传输路径和禪合传输路径。前向传输路径一般具有低损耗，而禪合传输路径禪合在特 定方向上传送的传输功率的一小部分。存在许多不同类型的禪合器架构，包括电磁禪合和 磁禪合器的。运些禪合器类型中的每个禪合器可根据操作频率和操作环境使用不同拓扑结 构和材料而被实施。
[0004] 一个用于定向禪合器的常见的应用是在诸如蜂窝电话或便携式计算设备的便携 式射频（R巧设备中检测反射和传输的功率。传输功率的测量可被用在控制回路中W调节 功率放大器的输出，而反射功率的测量连同反射功率的测量可被用于调节可调节天线匹配 网络。限制运样的反射功率测量的精度的一个参数是定向禪合器的方向性，运是设及到定 向禪合器从入射波到反射波分离测量的能力。
【发明内容】
阳〇化]根据一个实施例，电路包括定向禪合器，该定向禪合器具有多个端口，该多个端口 包括输入端口、传输端口、隔离端口和禪合端口W及禪合到多个端口中的至少一个端口的 可调节端子。
【附图说明】
[0006] 为了更完整地理解本发明及其优点，现在结合附图的W下描述进行参考，其中：
[0007] 图Ia-化图示了实施例定向禪合器系统；
[000引图2a-化图示了实施例具有方向选择开关的定向禪合器系统；
[0009] 图3a-3b图示了实施例利用两个变压器的定向禪合器系统；
[0010] 图4图示了根据又一实施例定向禪合器； W11]图5a-5d图示了实施例可调节阻抗电路；
[0012] 图6a-6d进一步图示了利用实施例定向禪合器系统的RF系统；W及
[0013] 图7图示了实施例方法的方框图。
[0014] 相应的数字和符号在不同附图中通常设及代相应的部件，除非另外给出指示。附 图被绘制用于W清楚地示例优选实施例的相关方面并且无需按比例绘制。为了更清楚地示 出某些实施例，在图号之后表示相同结构、材料或工艺步骤的变化的字母。
【具体实施方式】
[0015] W下详细地论述本优选实施例的制造和使用。然而，应当理解的是本发明提供可 在多种特定情境下体现的许多适用的创新性概念。讨论的具体实施例仅仅是制造和使用本 发明的说明性的具体方式，并非限制本发明的范围。
[0016] 本发明将在特定的情境内结合优选的实施例被描述，用于定向禪合器的系统和方 法可W例如使用在测量入射功率或反射功率的RF电路中。本发明的实施例也可W应用于 包括具有定向禪合器的其它电路和具有可选信号路径的RF系统的其他系统和应用中。此 夕F，用于执行RF测量的系统的实施例可W包括，但不限于测量和/或调谐阻抗失配、时域反 射计（TDR)、用于和可调谐天线匹配电路和可调谐滤波器的传感器的设备。
[0017] 在本发明的实施例中，定向禪合器电路包括具有输入端口和传输端口的定向禪合 器。定向禪合器还包括隔离端口和禪合端口，在隔离端口上，从传输端口传送到输入端口的 信号被禪合W及在禪合端口上，从输入端口传送到传输端口的信号被禪合。可调节端子阻 抗被禪合到隔离端口和/或禪合端口，W提高定向禪合器的方向性。
[0018] 例如，实施例的定向禪合器系统可W被用在蜂窝手持机的RF前端系统和前端多 忍片模块中。例如，运种定向禪合器系统可W具体地用在蜂窝手持机的可重构RF前端。由 于在系统中的各个端口的阻抗失配，实施例的定向禪合器系统可W用在RF前端系统中W 感应从PA传输到天线的功率W及从天线反回到PA的功率。在运样的系统中，实施例的定 向禪合器提供了高方向性，例如大于25分贝，在大约0. 5GHz至大约3. 8GHz的频率范围内。 在常规系统中，运通常在包括高Q值无源组件的技术中通过使用无源定向禪合器实现。实 施例的可调谐禪合器可被单片集成在娃或其他半导体基片上W实现高方向性。在一些实施 例中，在手持移动设备的0. 5GHz到3. 8GHz的频率范围内的至少25地的高方向性通过调谐 在定向禪合器的禪合和/或隔离端口的负载阻抗实现。
[0019] 在传统的定向禪合器中，高方向性可W通过在IPD(集成无源器件）技术或其他 包括厚金属和提供高Q值的无源技术中实施宽带禪合器而实现。运样，当使用方向选择开 关时，IPD禪合器通常集成在具有RF开关的模块。双禪合器也在宽频率范围内提供高方向 性，并能够同时提供在禪合端口和隔离端口处的信息，但可具有比单一禪合器更高的插入 损耗。
[0020] 根据各种实施例，禪合器是基于可被单片地集成在一起的磁变压器和可调谐无源 电容器和电阻器。高方向性通过调谐禪合在定向禪合器的隔离端口或禪合端口的端子电阻 和/或电容器而实现，W实现在每个频带的高方向性。所提出方法的优点包括在RF开关过 程中的禪合器的单片集成，该RF开关过程提供在约0. 5GHz和约3. 8GHz之间的频率范围中 提供高方向性，具有低插入损耗。
[0021] 定向禪合器的方向性很大程度地取决于在隔离端口的端子的质量。具有高方向性 的现有技术的禪合器通常基于具有单个禪合器的双禪合器结构分别与具有良好控制的阻 抗端接。运种禪合器能够同时在禪合端口和隔离端口提供信号。在现代用于移动手持设备 的RF前端系统的单个输出（或禪合或隔离）在同一时间被监控。运意味着隔离端口可W 与良好控制的阻抗或可调谐的阻抗端接，而不必具有与外部组件的任何接口，同时禪合端 口可W由收发器系统监控。在运样的配置中，双向操作和高方向性可W在同一时间通过定 向禪合器的禪合和隔离端口之间切换W及通过调谐端子阻抗实现最佳方向性。
[0022] 图Ia图示了可被用于在各个实施例中实施定向禪合器的定向禪合器100。如图 所示，定向禪合器100通过使用具有禪合在输入端口和传输端口之间的一组绕组102aW及 禪合在隔离端口和禪合端口之间禪合并且磁禪合到绕组102a的另一组绕组10化的变压器 104来实施。变压器104可W使用本领域中公知的电路和系统来实施。例如，在一个实施例 中，变压器104可W利用布置在集成电路上堆叠或相邻的螺旋电感器来实现。在进一步的 实施例中，变压器104可W使用布置在基片上的带状的变压器来实现。可替代地，除了在图 Ia示出禪合的变压器底座W外，可W使用其他定向禪合电路和结构。在实施例中，电容器 106、108、110、112、114 和 116 被禪合到变压器 104。
[0023] 定向禪合器100还包括可被用于调谐定向禪合器100的方向性的可调节端子阻抗 118。该可调节端子阻抗118可W使用本领域中已知的可切换电阻结构实施。例如，在一个 实施例中，包括与开关串联禪合的电阻的可切换电阻电路可W被串联连接W执行可调节电 阻端子。可替代地，可W使用本领域中已知的其它可调节的和/或可切换的阻抗电路。在 实施例中，可调节端子阻抗118可W被调节W具有在约20欧姆和约100欧姆之间且与在约 1欧姆和2欧姆之间的粒度可编程的电阻值。在一个实施例中，可调节端子阻抗118使用6 比特数字字表示总计64阶进行编程。在可替代的实施例中，根据特定的实施例及其规格， 端子阻抗可具有不同的可编程阻抗的范围和不同的粒度。
[0024] 在实施例中，参考如图化所示的定向禪合器120,可切换电容电路可用于替代或 附加到可切换的电阻电路。运里，禪合到定向禪合器120的隔离端口的电容器110被示为 可调节电容器。在实施例中，可调节电容器110可被调节为具有约0巧和IpF之间的电容 值；然而，高于IpF的电容值也可W根据具体应用及其要求使用。当可调节端子阻抗118使 用可调节电阻实施时，可调节电阻和可调节电容110的组合可用于实施复杂的阻抗。在示 例的实施例中，可调节电阻提供导纳的实部W及可调节电容110提供导纳的虚部。在可选 的实施例中，除了可调节电阻和电容之外的其他组件可W被用于实施可调节阻抗。例如，可 切换电感可被用于某些实施例中。此外，也可W使用不同的可调节阻抗拓扑。例如，也可W 使用可调节电阻器和可调节电容器的可调串联组合。在一些实施方案中，定向禪合器120 包括变压器104、可调节端子阻抗118、可调节电容110W及可被集成在单个集成电路上的 电容器106、108、112、114和116。可替代地，使用带状线组件、无源组件，有源组件及其组合 的各种组件可集成在印刷电路板（PCB)。
[00巧]图2a根据本发明包括方向选择开关202W及变压器104的定向禪合器结构的实 施例图示了可调定向禪合器。如图所示，方向选择开关包括两个开关。一个开关选择性地 将方向选择开关的隔离端口和输出端口禪合到第一端子端口，该第一端子端口禪合到可调 节电阻204和可调节电容206。另一