用于射频滤波器的系统和方法
【专利说明】
[0001] 本申请要求于2014年10月20日提交的美国临时申请No. 62/066,201的优先权， 该美国临时申请在此通过引用并入本文。
技术领域
[0002] 本公开总体涉及一种电子设备，并且更特别地涉及一种用于射频滤波器的系统和 方法。
【背景技术】
[0003] 在很多RF系统中，例如便携式无线设备中，在单个无线电设备中可能有多于一个 的接收频率或发射频率同时为活跃的。当相应频带彼此远离时和/或当利用不同的增益来 处理频带时，不同的频率信道在频域中被分离并且在单独的信号路径中被处理。如今的很 多系统要求对多于两个信道的灵活的频率规划和同时处理，其使得固定频率的解复用器滤 波器设计（具有η个频带）对于设计带来了挑战。例如，第四代移动通信标准LTE使用了 利用多个信道的载波聚合技术，其中同时处理多达三个接收（RX)信道和一个发射（ΤΧ)信 道。在下一代LTE标准以及可能的其他标准中，具有不同频率的多个RX路径和具有不同频 率的多个ΤΧ路径可以同时被操作。相应地，假设ΤΧ已经被滤除，则用户设备（UE)分离在 频域中被拆分的多达三个RX信道。
【发明内容】
[0004] 根据实施例，电路包括多个滤波器电路，滤波器电路具有第一端口、第二端口和第 三端口，其中多个滤波器电路中的第一滤波器电路的第二端口耦合到多个滤波器电路中的 第二滤波器电路的第一端口，并且多个滤波器电路中的每个滤波器电路包括第一无源滤波 器、第二无源滤波器、第一耦合器以及组合网络。第一耦合器包括耦合到第一端口的输入端 口、耦合到第二端口的隔离端口、耦合到第一无源滤波器的第一相移端口以及耦合到第二 无源滤波器的第二相移端口，并且组合网络包括耦合到第一无源滤波器的第一输入、耦合 到第二无源滤波器的第二输入、以及耦合到第三端口的输出。
【附图说明】
[0005] 为了对本发明及其优势有更为全面的理解，现在结合附图对下述描述进行参考， 其中：
[0006] 图la图示出利用了在去往LNA接口的天线处的双工器滤波器和三工器滤波器的 切换集群以及在LNA之后的双工器滤波器和三工器滤波器的切换集群的常规的RF RX，并 且图lb图示出利用了在去往LNA接口的天线处的双工器滤波器和三工器滤波器的切换集 群以及在LNA之后的三工器的RF系统；
[0007] 图2a和图2b图示出单个实施例调谐隔离的滤波器结构，并且图2c和图2d图示 出其后跟随着常规调谐双工器的单个实施例调谐隔离的滤波器结构；
[0008] 图3a至图3b图示出两个级联的实施例调谐隔离的滤波器结构，图3c图示出n-1 个级联的实施例调谐隔离的滤波器结构，并且图3d图示出使用了调谐双工器连同实施例 调谐隔离的滤波器结构的电路；
[0009] 图4a至图4j图示出实施例调谐隔离的滤波器结构的各种实施方式；
[0010] 图5a至图5g图示出具有旁路模式的实施例调谐隔离的滤波器结构的各种实施方 式以及相对应的切换图表；
[0011] 图6a和图6b图示出针对实施例隔离滤波器结构的仿真示意图；
[0012] 图7a至图7d图示出针对低阻抗反射模式下的实施例隔离滤波器结构的s参数；
[0013] 图8a至图8d图示出针对高阻抗反射模式下的实施例隔离滤波器结构的s参数；
[0014] 图9a至图9c图示出实施例RF系统的框图以及相对应的LNA后的B隔离滤波器 结构的s参数曲线；
[0015] 图10a至图10c图示出实施例隔离滤波器结构的示意图；
[0016] 图11图不出RF系统的框图；
[0017] 图12图示出另一个RF系统的框图；
[0018] 图13a至图13d图示出图12的RF系统的s参数曲线；
[0019] 图14a至图14e图示出实施例隔离滤波器结构的示意图以及相对应的s参数曲 线；
[0020] 图15a至图15i图示出基于SAW滤波器的可旁路的实施例隔离滤波器结构的示意 图以及相对应的s参数曲线；
[0021] 图16a至图16b图示出实施例隔离滤波器结构的示例性布局图；
[0022] 图17a图示出利用了在去往LNA接口的天线处的双工器滤波器和三工器滤波器的 切换集群以及在LNA之后的隔离带通/带阻滤波器和双工器的RF系统，并且图17b图示出 利用了在去往LNA接口的天线处的双工器滤波器和三工器滤波器的切换集群以及在LNA之 后的调谐隔离的带通/带阻滤波器和调谐双工器的RF系统；
[0023] 图18图示出实施例RF系统；
[0024] 图19a和图19b图示出可以朝向发射和接收引导以用于载波聚合的RF系统；
[0025] 图20a至图20c图示出配置为实施载波聚合的实施例RF系统；
[0026] 图21a至图21c图示出配置为实施载波聚合的另一实施例RF系统；以及
[0027] 图22a至图22d图示出实施例频率组合器。
[0028] 在不同的图中，相对应的数字和符号通常指代相对应的部分，除非另外有所指示。 绘制附图用以清楚地图示出优选实施例的相关方面并且并非必然按照比例绘制。为了更清 楚地图示出特定的实施例，指示着相同结构、材料或处理步骤的变化的字母可以跟随着附 图标号。
【具体实施方式】
[0029] 下面将详细讨论当前优选的实施例的实现和利用。然而，应当理解的是，本发明提 供了很多可应用的创新性构思，其可以体现在很多种特定的情境中。所讨论的特定实施例 仅仅为对于实现并利用本发明的特定方式的描述，并且并不限制本发明的范围。
[0030] 将在特定的情境中参照优选的实施例来描述本发明，即针对在多带RF系统中的 使用的用于灵活RF滤波器的系统和方法。进一步的实施例可以应用到例如其他的RF系统。
[0031] 对每个滤波器的通带进行调谐并且实现所有滤波器的相位/振幅关系从而在滤 波器的通带内不向滤波器提供低阻抗是非常难以实现的。相应地，诸如在图la中图示出 的RF接收路径100之类的常规解决方案利用滤波器组，其中每个滤波器组映射一个使用情 况。在每个使用情况中，滤波器在相位和振幅上被优化从而使得所有的滤波器彼此不成为 负载。对于不同的使用情况来说，在相位和振幅上组合新的滤波器的集合从而使得其彼此 不成为负载。因此，利用如图la所示的三工器或双工器的组的使用情况组合的阵列经由RF 开关进行切换从而映射需求。这导致了如果一个频带使用在各种使用情况中的硬件冗余。 结果是，无线电设备很大并且昂贵。
[0032] 如图la所示，成对的天线102和104耦合到天线开关106,天线开关106之后跟 随有第一滤波器组108,第一滤波器组108包括双工器和一个或多个三工器。第一滤波器 组108的输出经由在LNA的输入处的RF开关110、112和114以及在这些LNA的输出处的 RF开关116、118和120而被路由到三个LNA :低频带LNA A，中频带LNA B以及高频带LNA C。RF开关116、118和120其后跟随第二滤波器组122,第二滤波器组122包括类似于第一 滤波器组108的双工器和三工器，其输出通过进一步的RF开关124进行选择。正如在图la 中明显的是，第一组双工器类似于第二组双工器，由此导致了冗余。
[0033] 图lb图示出系统130,其中第一组双工器/三工器132经由天线开关106耦合到 天线102和104并且经由RF开关110、112和114路由到低频带LNA A、中频带LNA B以及 高频带LNA C，其后跟随着三工器134而不是冗余的滤波器组。虽然图lb的系统避免了使 用冗余的滤波器组，但是三工器的设计带来了一些设计问题，包括在输入处的加载/失配、 在载波聚合（CA)模式下的增益下降以及在CA模式下通过活跃LNA的RX噪声泄漏。理想 地，三工器滤波器组件通过相位FA、FB、FC而彼此相位旋转，从而使得其彼此不成为负载。 此外，这种LNA后多路复用可能需要非常高Q的三工器，如果三工器将是可调谐的从而支持 灵活的频率计划，则该三工器的设计尤其具有挑战。在一个实施例中，利用隔离滤波器核心 来实施可调谐的高Q带通滤波器（BPF)以及带阻滤波器（BSF)，其简化示例在图2a中被图 示出。如所示出，可以利用诸如具有耦合到具有HI (s)的转移函数的BPF滤波器206的正交 输出的_3dB混合器之类的耦合结构204来实施在第一输出处具有第一转移函数HI (s)并 且在第二输出处具有第二转移函数l-Hl(s)的带通/带阻滤波器202。如图2b所示，从端 口 1到端口 3的转移函数HI (s)具有带通特性并且从端口 1到端口 2的转移函数1-H1 (s) 由于反射FHl(s)而具有带阻特性。为了简化方程式l-Hl(s)，假设耦合结构204没有损 耗，并且假设反射系数Γ对于全反射而言为1。
[0034] 在一个实施例中，利用具有带有高通特性H2(s)和低通特性H3(s)的常规双工器 和隔离滤波器核心的混合带通滤波器（BPF)和带阻滤波器（BSF)来实施可调谐的高Q三工 器，其简化示例在图2c中被图示出。如所示出，可以利用诸如具有耦合到具有Hl(s)的转移 函数的BPF滤波器214的正交输出212的-3dB混合器之类的耦合结构来实施在第一输出处 具有第一转移函数Hl(s)并且在第二输出处具有第二转移函数l-Hl(s)的带通/带阻滤波 器210。如图2d所示，从端口 1到端口 3的转移函数Hl(s)具有带通特性并且从端口 1到 端口 2的转移函数l-Hl(s)由于反射rHl(s)而具有带阻特性。为了简化方程式l-Hl(s)， 假设耦合结构212没有损耗，并且假设反射系数Γ对于全反射而言为1。
[0035] 在实施例中，调谐隔离的滤波器核心的端口 2连接到从端口 2到端口 4具有高通 特性并且从端口 2到端口 5具有低通特性的常规双工器。正如在图2d中描述的，从端口 1 到端口 5的整个级联的转移遵循具有转移函数[1-H1 (s) ] *H3 (s)的低通滤波器以及从端口 1到端口 4具有其转移函数[l-Hl(s)]*H2(s)的等同高通滤波器特性。从端口 1到端口 3 的转移遵循带通函数Hl(s)。所需要的双工器滤波器函数H2(s)和H3(s)可以非常弛缓， 并且由于陡峭的隔离带阻转移函数1-H1 (s)，仍然可以获得非常陡峭的LB (S51)到MB (S31) 转换和MB(S：31)到HB(S41)转换。
[0036] 这种技术使得彼此成为负载的滤波器的数目每隔离带通的频带降低了 1，从而使 得可以利用隔离的核心以及（n-1)路复用器方案来实施η路复用器函数。相应地，从端口 1 到端口 3的转换主要由滤波器转移函数Hl(s)来定义而从端口 1到端口 2的转换主要由反 射rHl(s)来定义。利用了这种隔离滤波器结构的实施例具有多个优势。例如，仅需要一种 滤波器类型，其简化了对于布置的调谐，由于带通转移函数HI (s)和带阻转移函数1-H1 (s) 彼此自动追踪。此外，由于实施例三端口结构的隔离特性，带阻特性较之常规滤波器而言较 少依赖于正确相位。
[0037] 在一个实施例中，从端口 1到端口 3发生转移函数HI (s)并且针对从端口 1到端 口 2的反射信号发生转移函数（l-H(s))。利用调谐的滤波器可以实施创建了带通/反射平 面的滤波器。可以对路径2和路径3添加进一步的滤波，而不会在隔离滤波器核心处导致 失配。这就允许了针对多个频带的同时操作的灵活的滤波器组设计。这种进一步的滤波的 示例在图3a中示出，其中利用基于具有转移函数HI (s)和H2 (s)的带通滤波器的滤波器结 构224和226的实施例来实施具有转移函数HI (s)、1-H1 (s)以及H2 (s)、1-H2 (s)的两个级 联的隔离滤波器带通/带阻滤波器220和222。
[0038] 正如在图3a中所示出的，第一隔离核心滤波器结构224的端口 2耦合到第二隔离 核心滤波器结构226的第一端口以形成三工器。相应地，从端口 3到端口 1的转移函数为 带通转移函数Hl(s)，并且从端口 5到端口 1的转移函数为滤波器函数[l-Hl(s)]*H2(s)。 然而，由于在两个带通滤波器的输入处的反射Γ HI (s)和Γ H2 (s)，从端口 4到端口 1的转 移函数具有两个阻带，并且具有的转移函数为[1-(1-Hl(s))]*[l-H2(s))]。这些转移函数 的振幅曲线如图3b所图示的。
[0039] 如图3c所示，可以使用实施例隔离核心滤波器结构236、238和240对附加的实施 例隔离核心滤波器结构230、232和234进行级联从而形成（n-2)