专利名称：带有自适应滤波器的天线开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种天线开关，该天线开关用于在接收模式和发送模式下交替操作。本发明还涉及一种包括该天线开关的模块和一种包括该天线开关的便携式无线电设备。
本发明可以用在交替发送或接收无线信号的无线通信应用中，诸如移动电话、个人数字助理或(便携式)计算机的无线接口。本发明尤其适用于多频带无线通信应用，该多频带无线通信应用从不同的频带诸如GSM/DCS、PCS或EDGE频带中接收射频信号或者向这些不同频带发送射频信号。在本领域中天线开关是公知的，诸如M/A-com公司的SW444或者Infineon Technologies(英飞凌公司)的CSH510。这些现有技术中的天线开关使用GaAs大功率pHEMT开关设备将发射机和接收机连接到天线。
本发明的一个目的是提供一种改进的用于无线通信设备的天线开关。为了这个目的，在接收模式和发送模式下交替操作的该天线开关包括自适应滤波器，该自适应滤波器在接收模式期间将信号处理装置连接至天线，在发送模式期间使信号处理装置与天线电绝缘。
本发明基于一种认识连接至天线的发射机在发送模式期间可能向天线施加高电压，该电压可能被反馈回来并因此损害信号处理装置。通过提供自适应滤波器，并且该自适应滤波器在发送模式期间使处理装置例如接收机与天线电绝缘，从而很容易地防止对处理装置的损害，而不需要大功率和昂贵的开关设备，否则将需要这些大功率和昂贵的开关设备将处理装置与天线进行去耦合。
在根据本发明的天线开关的一个实施例中，通过可控地配置自适应滤波器，使信号处理装置与天线电绝缘，使得自适应滤波器在发送模式期间连接于天线和地之间。因此，在发送模式期间施加在天线上的所有电压仅仅施于自适应滤波器上，这意味着有害电压不会反馈至处理装置。
在根据本发明的天线开关的一个实施例中，自适应滤波器在发送模式期间是高阻抗滤波器，在接收模式期间是低阻抗滤波器。根据本发明，在发送模式期间施加在天线上的所有电压施于自适应滤波器上。通过使自适应滤波器成为高阻抗滤波器，必须被该滤波器吸收的电流及相关功率会显著减小，但是在接收期间，接收信号应该尽可能减小，这需要自适应滤波器应该是低阻抗滤波器。
在根据本发明的天线开关的另一实施例中，自适应滤波器在发送模式期间具有第一通频带，在接收模式期间具有第二通频带。这样，该天线开关可以被设置成只在某一优选频带诸如GSM/DCS或EDGE频带中接收射频信号或发送射频信号。这些优选频带外的信号被消除或抑制。另外，该实施例的优势在于，所述滤波器也能够消除或抑制接收或发送的射频信号中的较高次谐波，否则这些谐波将会引起干扰。
在根据本发明的天线开关的一个实施例中，自适应滤波器包括开关设备，处理装置经由该开关设备连接至自适应滤波器。因此，接收机能够与天线电连接或电分离。
在根据本发明的天线开关的一个实施例中，开关设备是小功率开关设备。它们通常是较小型且低成本的开关设备。
在根据本发明的天线开关的另一实施例中，自适应滤波器还提供了静电放电保护。它的优势在于，不需要在天线开关中或信号处理装置中集成额外的ESD保护设备来防止静电放电。
在根据本发明的天线开关的一个实施例中，自适应滤波器包括开关设备，用于改变该滤波器的几何结构。因此，根据天线开关的操作模式，可以容易地改变该滤波器的特性。
根据本发明的模块和移动无线电设备的实施例对应于根据本发明的天线开关的实施例。
参照下文中的实施例阐明本发明的这些方面和其他方面，并且发明的这些和其他方面将变得显而易见。
图1表示现有技术中天线开关的功能模型；图2表示根据本发明的自适应滤波器的滤波器特性的示例；图3表示根据本发明的天线开关的一个实施例；图4表示包括根据本发明的天线开关的模块；图5表示包括根据本发明的天线开关的便携式无线电设备。
图1提供了根据现有技术的天线开关的功能模型。该天线开关包括开关设备7、9和11，用于将多个接收机(这里未示出)连接至天线1。每个接收机可以用于处理产生于不同频带的射频信号(这里未示出)，这些频带诸如GSM/DCS、PCS或EDGE。该天线开关还包括开关设备3和5，用于将多个发射机连接至天线1，以在不同频带中发送射频信号。通过向这些开关设备的门极施加控制电压(Vc1，Vc2，Vc3，Vc4，Vc5)来控制这些开关设备。
图2通过示例表示自适应滤波器的可能的滤波器特性。根据本发明，该自适应滤波器的滤波器特性由天线开关的操作模式，即发送模式和接收模式确定。另外，通过该天线开关，多个发射机和/或多个接收机能够连接至天线或从天线分离。这反映在自适应滤波器的设计中。例如，图2的自适应滤波器被设计成，在接收模式期间作为高通滤波器(曲线20)操作，在发送模式期间作为带通滤波器(曲线22，24)操作。图2的自适应滤波器被设计成，支持两个发射机在两个频带中发送射频信号。曲线22可以用于在GSM频带中发送射频信号的发射机，同时曲线24可以用于在DCS频带中发送射频信号的发射机。
图3表示包括自适应滤波器30的根据本发明的天线开关。自适应滤波器30装有开关S3、S4和S8，用来根据天线开关31的操作模式修改滤波器的几何结构。图3的天线开关31支持两个发射机Tx1和Tx2以及三个接收机Rx1、Rx2和Rx3，分别用于发送和接收射频信号。对于本领域技术人员来说，天线开关30能够支持任意数目的发射机和接收机是显而易见的。
发射机Tx1和Tx2通过交替操作的开关S1和S2连接至天线，即在某一时刻发射机Tx1和Tx2中只有一个连接至天线1。接收机Rx1、Rx2和Rx3通过自适应滤波器连接至天线1。虽然在大多数时间下，在某一时刻只有一个接收机连接至天线1，但是也可以将多个接收机Rx1、Rx2和Rx3同时连接至天线1，并行接收产生自不同频带的多个射频信号。
自适应滤波器30包括开关S3、S4和S8，用于根据天线开关的操作模式来改变该滤波器的几何结构。在接收模式期间，开关S1、S2、S3、S4和S8打开，使得该自适应滤波器包括L1、C1和C2，则该滤波器代表高通滤波器。在发送模式期间，自适应滤波器30的几何结构改变为带通滤波器。如果Tx1连接至天线1，则开关S1、S3和S8闭合，使得自适应滤波器30包括C1、C2、C3、L1和L2。如果Tx2连接至天线1，则自适应滤波器30包括C1、C2、C3、L1和L3。通过使L1和L3具有不同的值，可以获得不同的带通滤波器特性，例如图2的曲线22和24所示。通过在发送期间闭合S8，Rx1、Rx2和Rx3经由去耦合电容C3接地。由此可以为接收机Rx1、Rx2和Rx3屏蔽掉有害电压，该有害电压可以是发射机Tx1和Tx2中任一个施加到天线上的电压。根据本发明，自适应滤波器在发送模式期间是高阻抗滤波器，这将大量减少经过该自适应滤波器的电流。电感L1也作为ESD保护设备。
可以使用各种元件作为开关设备，例如大功率pHEMT开关、小功率pHEMT开关、CMOS RF开关或者MEMS(微型机电系统)开关。为了实现天线开关时节约成本，S1、S2、S3、S4和S8可以由PIN二极管实现，并且S5、S6和S7可以是小功率pHEMT开关。对于本领域技术人员来说显而易见的是，在这种情况下，需要去耦合设备32来防止PIN二极管S3和S4的电耦合。去耦合设备32可以由电容实现。
图4表示包括天线开关31的模块40，该天线开关31连接至射频前端42。射频前终端42用于产生或处理发送的或接收的射频信号。
图5表示便携式无线电设备，诸如移动电话、个人数字助理或者(移动)计算机的无线接口卡。所示的天线1连接至天线开关31。该便携式无线电设备包括射频前端42，用于分别产生或者处理发送的和接收的射频信号。
应该注意到上述实施例用于说明但不限制本发明，本领域技术人员能够在不脱离所附权利要求的保护范围下设计许多其他的实施例。词语“包括”不排除存在权利要求中没有列举的元件或步骤。在元件前的词语“一个”不排除存在多个这样的元件。在彼此不同的从属权利要求中叙述了某些措施的事实不表示这些措施的结合不能被有利地使用。
权利要求
1.天线开关(31)，用于在接收模式和发送模式下交替操作，所述天线开关包括自适应滤波器(30)，该自适应滤波器(30)在所述接收模式期间将信号处理装置连接至天线(1)，在所述发送模式期间使所述信号处理装置与所述天线(1)电绝缘。
2.如权利要求1所述的天线开关(31)，其中，通过可控地配置所述自适应滤波器(30)，使所述信号处理装置与所述天线(1)电绝缘，从而使得所述自适应滤波器在所述发送模式期间连接于所述天线(1)和地(GND)之间。
3.如权利要求2所述的天线开关(31)，其中所述自适应滤波器(30)在所述发送模式期间是高阻抗滤波器，在所述接收模式期间是低阻抗滤波器。
4.如权利要求2或3所述的天线开关(31)，其中所述自适应滤波器(30)在所述发送模式期间具有第一通频带(22，24)，在所述接收模式期间具有第二通频带(20)。
5.如权利要求4所述的天线开关(31)，其中所述第一通频带(22，24)是带通通频带，所述第二通频带(20)是高通通频带。
6.如权利要求1所述的天线开关(31)，其中所述自适应滤波器(30)包括开关设备(S5，S6，S7)，所述信号处理装置经由该开关设备(S5，S6，S7)连接至所述自适应滤波器。
7.如权利要求6所述的天线开关(31)，其中所述开关设备(S5，S6，S7)是小功率开关设备。
8.如权利要求7所述的天线开关(31)，其中所述小功率开关设备是小功率pHEMT或者MEMS。
9.如权利要求1所述的天线开关(31)，其中所述自适应滤波器(30)还用于提供静电放电保护。
10.如权利要求1所述的天线开关(31)，其中所述自适应滤波器(30)包括开关设备(S3，S4，S8)，用于改变所述自适应滤波器(30)的几何结构。
11.包括如权利要求1所述的天线开关(30)的模块(40)。
12.包括如权利要求1所述的天线开关(30)的便携式无线电设备(50)。
全文摘要
天线开关(31)在接收模式和发送模式下交替操作，该天线开关包括自适应滤波器(30)。因此，信号处理装置(Rx1、Rx2和Rx3)在接收模式期间可以连接至天线(1)，在发送模式期间与天线绝缘。
文档编号H01P1/15GK1826735SQ200480021028
公开日2006年8月30日 申请日期2004年7月12日 优先权日2003年7月22日
发明者彼得·W·耶德洛 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司