本发明是有关于一种阻抗检测及调整电路。
背景技术：
：：如何降低信号传输的介入损失(insertionloss)或改善元件间的阻抗匹配(impedancematching)一直是电路设计上必须考量的议题。以天线切换器为例，其多个传输端口可分别连接至对应不同频带的信号路径，并藉由将多个传输端口其中之一与天线端电性连接以进行信号收发。由于天线切换器的各传输端口可能因不同的应用或布局考量而连接至对应不同频带的信号路径，故往往需要设计为宽频以涵盖各式通讯应用下的操作频带，藉此降低因阻抗不匹配所造成的介入损失。然而，即便采取宽频的设计，信号的介入损失在高频仍越趋明显，这对电路的整体电源效率是不利的。此外，宽频的设计通常代表着较高的设计要求，这将使电路成本提高。因此，如何有效地降低信号传输的介入损失、改善传输端口与外部元件间的阻抗匹配，乃目前业界所致力的课题之一。技术实现要素：本发明是关于一种阻抗检测及调整电路，可自动检测射频前端装置的传输端口所对应的操作频带，并依据检测结果对传输端口的阻抗值作最佳化。根据本发明的一方面，提出一种阻抗检测及调整电路，其包括阻抗调整单元、频带检测源以及控制器。阻抗调整单元包含于射频前端装置。射频前端装置包括一或多个传输端口。频带检测源选择性地耦接至一或多个传输端口中的目标传输端口，用以对目标传输端口发送不同频率的扫描信号，以检测目标传输端口所对应的操作频带。控制器耦接阻抗调整单元，用以依据测得的操作频带调整阻抗调整单元，使目标传输端口的阻抗值在操作频带为匹配。为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举较佳实施例，并 配合附图，作详细说明如下：附图说明图1绘示依据本发明一实施例的电路系统的简化方块图。图2绘示射频前端装置的传输端口的信号介入损失对频率的例示性变化曲线图。图3a至3f绘示依据本发明不同实施例的阻抗调整单元的例示性电路图。图4a绘示将阻抗检测及调整电路实现于天线切换器的简化方块图。图4b绘示将阻抗检测及调整电路实现于天线切换器的另一例简化方块图。图5绘示将阻抗检测及调整电路实现于功率放大器模块的简化方块图。图6绘示将阻抗检测及调整电路实现于低噪声放大器的简化方块图。其中，附图标记：10：射频前端装置ex_1～ex_n：外部元件p1～pn：传输端口101：阻抗检测及调整电路102_1～102_n、102’：阻抗调整单元104：频带检测源106：控制器sc：扫描信号zout：阻抗值c0～c3：曲线f1～f3：频率sm、sm’：串联调整模块pm、pm’：并联调整模块n1、n2：节点c1、c2、c1’、c2’、c3、c4、c3’、c4’：电容l1、l1’：电感sw1、sw3：串联开关sw2、sw4：并联开关vref：参考电压40、40’：天线切换器42_1～42_n：滤波器(或双工器)44：功率放大器电路ant：天线p’：天线端口50：功率放大器模块502：功率放大器电路504：切换器506：功率放大器60：低噪声放大器62：天线切换器602_1～602_n：低噪声放大器具体实施方式在本文中，参照附图仔细地描述本发明的一些实施例，但不是所有实施例都有表示在图示中。实际上，这些发明可使用多种不同的变形，且并不限于本文中的实施例。相对的，本发明提供这些实施例以满足应用的法定要求。附图中相同的参考符号用来表示相同或相似的元件。图1绘示依据本发明一实施例的电路系统的简化方块图。电路系统主要包括射频前端装置10以及外部元件ex_1～ex_n。外部元件ex_1～ex_n与射频前端装置10的一或多个传输端口p1～pn电性连接，以形成多条信号路径。射频前端装置10可以是天线切换器(antennaswitch)、低噪声放大器(lownoiseamplifier,lna)、功率放大器模块(poweramplifiermodule,pam)或其它各式射频电路模块。外部元件ex_1～ex_n可以是操作于特定频带的电路组件，例如滤波器。射频前端装置10可透过传输端口p1～pn对外部元件ex_1～ex_n馈入信号或自外部元件ex_1～ex_n接收信号以进行信号收发。一般而言，射频前端装置10的传输端口p1～pn可能因不同的应用或布局考量而连接至对应不同频带的信号路径。故对于传输端口p1～pn而言，其 实际的操作频带在射频前端装置10出厂时通常是未知的。举例来说，与传输端口p1连接的外部元件ex_1可能是操作于band_1(如2300mhz～2700mhz)的高频滤波器、操作于band_2(如1700mhz～2000mhz)的中频滤波器、或是操作于band_3(如700mhz～900mhz)的低频滤波器，故相对地，传输端口p1的操作频带可能是band_1、band_2或band_3，端视实际的应用而定。为改善元件间的阻抗匹配，在本发明实施例中，利用阻抗检测及调整电路101检测射频前端装置10在接上外部元件ex_1～ex_n后传输端口p1～pn所对应的操作频带，并依据检测结果适应性地调整传输端口p1～pn所对应的阻抗值，使其在对应的操作频带为匹配。此处所述的匹配例如是指信号的介入损失/反射损失落在一可容许/预设的范围内。如图1所示，阻抗检测及调整电路101包括一或多个阻抗调整单元102_1～102_n、频带检测源104以及控制器106。阻抗调整单元102_1～102_n包含于射频前端装置10，其例如由包括电容性元件及/或电感性元件所组成的可调式匹配电路来实现。各阻抗调整单元102_1～102_n与各传输端口p1～pn一一对应，使各传输端口p1～pn的阻抗值可分别被调整。然本发明并不限于此。在其他实施例中，部分或全部的阻抗调整单元102_1～102_n可整合成单一个阻抗调整电路，并与一或多个传输端口p1～pn电性连接。此外，虽然在图1的例子中频带检测源104与控制器106绘示于射频前端装置10内，但本发明并不以此为限，频带检测源104及/或控制器106亦可实现于射频前端装置10外部的电路或模块当中。频带检测源104可选择性地耦接至传输端口p1～pn其中之一的目标传输端口pi(其中1≤i≤n)，并对目标传输端口pi发送不同频率的扫描信号sc，以检测目标传输端口pi所对应的操作频带。当频带检测源104执行频带检测时，射频前端装置10内部对目标传输端口pi例如处于电性隔离的状态。举例来说，目标传输端口pi与对应的阻抗调整单元102_i之间可设置电性隔离开关(未绘示)，电性隔离开关可于频带检测源104对目标传输端口pi执行频带检测时切换为断路，使目标传输端口pi与阻抗调整单元102_i之间为电性隔离。或者，在频带检测源104对目标传输端口pi执行频带检测时，射频前端装置10内部对应于目标传输端口pi信号路径的相关电路将切换成关闭状态， 以避免射频前端装置10内部电路对频带检测结果产生影响。频带检测源104可透过各种频带检测/扫描技术来找出目标传输端口pi所对应的操作频带。举例来说，频带检测源104可对目标传输端口pi施加可变频率的扫描信号sc，并依据撷取自位于目标传输端口pi节点的电压或电流而得到不同频率下的传输端口阻抗值zout，此阻抗值zout相当于自目标传输端口pi往射频前端装置10外部所看到的阻抗值。当频带检测源104检测出目标传输端口pi所对应的阻抗值(如zout)在一特定频率范围内接近或等于一特定阻抗值，例如50欧姆，此时该特定频率范围将被视为目标传输端口pi的操作频带。控制器106耦接阻抗调整单元102_1～102_n，用以依据测得的操作频带调整阻抗调整单元102_1～102_n，使目标传输端口pi的阻抗值在操作频带为匹配。举例来说，控制器106将依据测得的操作频带调整阻抗调整单元102_i的元件参数值，使目标传输端口pi的阻抗值在其对应的操作频带匹配至特定阻抗值，例如50欧姆。在进行阻抗调整时，目标传输端口pi与阻抗调整单元102_i之间将切换回电性连接状态。例如，目标传输端口pi与对应的阻抗调整单元102_i之间的电性隔离开关(若有的话)将切换为导通，或是射频前端装置10内部对应于目标传输端口pi的信号路径的相关电路将切换至开启状态。假使检测出目标传输端口pi的操作频带落于一特定频率范围，例如band_1，控制器106将调整阻抗调整单元102_i中的元件参数值(例如电容值及/或电感值)，使目标传输端口pi的阻抗值至少在该操作频带band_1内为匹配。在一实施例中，控制器106可基于测得的操作频带对查阅表(look-uptable,lut)进行查找，以决定阻抗调整单元102_i中的元件值。又一实施例中，控制器106可基于测得的操作频带而动态地调整阻抗调整单元102_i中的元件值，使目标传输端口pi趋近最佳匹配状态。图2绘示射频前端装置的传输端口的信号介入损失对频率的例示性变化曲线图。在图2的例子中，频率f1、f2及f3分别表示不同操作频带的中心频率。承前所述，当传输端口被设计成宽频以涵盖所有操作频带时，其所造成的介入损失将可能随着操作频率的增加而越趋严重，如曲线c0所示，宽频的传输端口操作于相对高频(如频率f3)时将导致严重的介入损失，使得阻抗匹配效 果不佳。相对地，透过本发明所提供的阻抗检测及调整机制，传输端口将适应性地被匹配至所欲操作的频带，如曲线c1、c2及c3所示，传输端口可直接被匹配至中心频率为f1、f2或f3的操作频带，如此不仅可减轻对传输端口的频宽要求，更可使传输端口在其实际操作频带内达到较佳的阻抗匹配效果。图3a至3f绘示依据本发明不同实施例的阻抗调整单元的例示性电路图。此处所述的阻抗调整单元可以是图1所示的阻抗调整单元102_1～102_n中的任一者，但并不以此为限。在图3a的例子中，阻抗调整单元包括串联调整模块sm，其串联于节点n1与n2之间。节点n1(或节点n2)例如是目标传输端口pi，节点n2(或节点n1)例如是射频前端装置10内部与阻抗调整单元102_i相接的电路节点。如图3a所示，串联调整模块sm可包括一或多个串联电容(如电容c1及c2)、一或多个串联电感(如电感l1)、以及串联开关sw1。串联开关sw1可回应于控制器(如控制器106)的控制，使节点n1(如目标传输端口pi)选择性地透过串联电容c1、c2或串联电感l1电性连接至节点n2(如射频前端装置10的内部节点)，藉此调整目标传输端口pi的阻抗值。在一实施例中，串联调整模块sm可不包括串联电容，而只包括一或多个串联电感以及串联开关sw1。在图3b的例子中，阻抗调整单元包括并联调整模块pm，其并联于节点n1与n2之间。如图3b所示，并联调整模块pm可包括一或多个并联电容(如电容c1’及c2’)、一或多个并联电感(如电感l1’)、以及并联开关sw2。并联开关sw2可回应于控制器(如控制器106)的控制，使节点n1(如目标传输端口pi)选择性地透过并联电容c1’、c2’或并联电感l1’电性连接至参考电压vref(例如接地电压)，藉此调整目标传输端口pi的阻抗值。在一实施例中，并联调整模块pm可不包括并联电容，而只包括一或多个并联电感以及并联开关sw2。在图3c的例子中，耦接于节点n1及n2之间的阻抗调整单元同时包括串联调整模块sm以及并联调整模块pm。控制器(如控制器106)可藉由适当地控制串联开关sw1及并联开关sw2以调整目标传输端口pi的阻抗值。在图3d的例子中，阻抗调整单元包括串联调整模块sm’，其中串联调整模块sm’仅由电容元件以及开关元件组成，而不包括电感元件。如图3d所示，串联调整模块sm’包括多个串联电容(如电容c3及c4)以及串联开关 sw3。串联开关sw3可回应于控制器(如控制器106)的控制，使节点n1(如目标传输端口pi)选择性地透过串联电容c3或c4电性连接至节点n2(如射频前端装置10的内部节点)，藉此调整目标传输端口pi的阻抗值。在图3e的例子中，阻抗调整单元包括并联调整模块pm’，其中并联调整模块pm’仅由电容元件以及开关元件组成，而不包括电感元件。如图3e所示，并联调整模块pm’包括多个并联电容(如电容c3’及c4’)以及并联开关sw4。并联开关sw4可回应于控制器(如控制器106)的控制，使节点n1(如目标传输端口pi)选择性地透过并联电容c3’或c4’电性连接至参考电压vref(例如接地电压)，藉此调整目标传输端口pi的阻抗值。在图3f的例子中，耦接于节点n1及n2之间的阻抗调整单元同时包括串联调整模块sm’以及并联调整模块pm’。控制器(如控制器106)可藉由适当地控制串联开关sw3及并联开关sw4以调整目标传输端口pi的阻抗值。可理解的是，本发明并不以上述例示为限。串/并联调整模块中电容及电感的数量及配置方式当可依不同的应用而加以调整。总而言之，凡是藉由改变目标传输端口pi信号路径上电容性元件及/或电感性元件的参数值以达到调整目标传输端口pi阻抗值的目的，皆属本发明精神的范畴。依据本发明的实施例，阻抗检测及调整电路可实现于天线切换器、低噪声放大器、功率放大器模块或其它各式射频电路模块。以下，将配合附图进行说明。图4a绘示将阻抗检测及调整电路实现于天线切换器40的简化方块图。为方便说明，图4a中与前述实施例相同或类似的元件采用相同的元件符号。天线切换器40包括传输端口p1～pn以及天线端口p’。传输端口p1～pn与各自具有对应操作频带的滤波器(或双工器(duplexer))42_1～42_n相连。天线端口p’与天线ant连接。滤波器(或双工器)42_1～42_n例如连接至功率放大器电路44，用以传输对应操作频带的信号。天线端口p’可与选择性地与传输端口p1～pn其中之一相连，以透过对应的信号路径收发信号。举例来说，当天线端口p’切换至与传输端口p1相连，则经由功率放大器电路44所输出的信号，可经由滤波器(或双工器)42_1、传输端口p1以及天线端口p’而透过天线ant发送出去；相对地，接收自天线ant的信号可经由天线端口p’、传输端口p1、滤波器(或双工器)42_1而被送至后端与滤波器(或双工 器)42_1连接的收发器(transceiver)(未显示于图中)。在图4a的例子中，阻抗检测及调整电路除了包括阻抗调整单元102_1～102_n、频带检测源104以及控制器106，更可选择性地包括阻抗调整单元102’。阻抗调整单元102’耦接天线端口p’，并可选择性地与传输端口p1～pn的任一者耦接。阻抗调整单元102’可例如透过前述的电容性元件及/或电感性元件的组合来实现，如图3a至3c所示，但并不以此为限。频带检测源104可对传输端口p1～pn进行频带检测，以找出传输端口p1～pn所对应的操作频带。举例来说，若传输端口p1所连接的滤波器(或双工器)42_1系一操作频带为band_1的带通滤波器，频带检测源104将可透过前述的频带检测机制，判断出传输端口p1所对应的操作频带为band_1。在检测出传输端口p1的操作频带后，控制器106可依据测得的操作频带资讯，调整阻抗调整单元102_1及/或阻抗调整单元102’中的元件参数值，使传输端口p1在其操作频带band_1为匹配。图4b绘示将阻抗检测及调整电路实现于天线切换器40’的另一例简化方块图。与前述实施例的主要差别在于，各传输端口p1～pn的信号路径上并未分别设置对应的阻抗调整单元102_1～102_n，而是共同透过阻抗调整单元102’来调整传输端口p1～pn的阻抗值。举例来说，若传输端口p1及p2所对应的操作频带分别为band_1以及band_2，当传输端口p1电性连接至天线端口p’，控制器106将依据测得的操作频带band_1调整阻抗调整单元102’的元件参数值，使得传输端口p1在其操作频带band_1为匹配。之后，当改由传输端口p2电性连接至天线端口p’，控制器106将依据传输端口p2的操作频带band_2再次调整阻抗调整单元102’的元件参数值，使传输端口p2在其操作频带band_2为匹配。图5绘示将阻抗检测及调整电路实现于功率放大器模块50的简化方块图。为方便说明，图5中与前述实施例相同或类似的元件采用相同的元件符号。功率放大器模块50包括功率放大器电路502以及切换器504。功率放大器电路502包括功率放大器506以及耦接于功率放大器506输出端的阻抗调整单元102。功率放大器电路502可将其输入端的信号转换成具有较大功率的输出信号，并透过切换器504将该输出信号选择性地传输至输出端口p1～pn 其中之一。阻抗调整单元102可例如透过前述的电容性元件及/或电感性元件的组合来实现，如图3a至3c所示，但并不以此为限。当切换器504将功率放大器电路502的输出与传输端口p1～pn其中之一(即目标传输端口pi)电性连接，频带检测源104将对目标传输端口pi进行频率扫描，以找出目标传输端口pi所对应的操作频带。接着，控制器106将依据测得的操作频带，调整阻抗调整单元102中的元件参数值，使目标传输端口pi在其操作频带为匹配。图6绘示将阻抗检测及调整电路实现于低噪声放大器60的简化方块图。为方便说明，图6中与前述实施例相同或类似的元件采用相同的元件符号。低噪声放大器电路60与天线切换器62电性连接。天线切换器62可将接收自天线ant的信号输出至低噪声放大器电路60。信号经低噪声放大器电路60处理放大后将透过对应的传输端口p1～pn输出。低噪声放大器电路60包括一或多个低噪声放大器602_1～602_n，用以将接收自天线ant的信号放大并降低其噪声成份。低噪声放大器602_1～602_n包括受控于控制器106的阻抗调整单元102_1～102_n。阻抗调整单元102_1～102_n可调整低噪声放大器602_1～602_n的输出端阻抗值，也就是传输端口p1～pn的阻抗值。当频带检测源104检测出传输端口p1～pn所对应的操作频带，控制器106将基于测得的操作频带调整阻抗调整单元102_1～102_n的元件参数值，使传输端口p1～pn在其操作频带为匹配。综上所述，本发明提供的阻抗检测及调整电路可自动检测射频前端装置的传输端口所对应的操作频带，并依据检测结果对传输端口的阻抗值作最佳化。此不仅减轻了对于传输端口的频宽要求，更可因应不同的操作频段提供最佳化的阻抗匹配。虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明。本发明所属
技术领域：
：的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改。因此，本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定者为准。当前第1页12当前第1页12