用于控制谐振器的装置和方法与流程

本公开涉及谐振结构——所关注的初级谐振器与次级可变谐振器——的耦合，以使得该初级谐振器的闭回路特征借由调整也包含该初级谐振器的信号回路中的元件被调节。

背景技术：

1、谐振结构是众多电子电路中的常见元件。这些谐振结构可具有固定的性能特征，或者这些谐振结构可基于对谐振结构施加的控制信号或谐振结构的物理变化而可调。谐振器被部署在各式通信电路中，所述通信电路的一个示例为射频(rf)滤波器。

2、具有100或更大量级的适中到高q的rf滤波器可也存在于通信电路中。机械式谐振器滤波器比如mems也在现代技术电路中占有一席之地。

3、作为谐振器的天线：天线内存在一些谐振器应用，其中天线电路设计用于将天线调谐到特定频带并提供大体至50ω常见基准阻抗的阻抗匹配。天线阻抗匹配、尤其对于rf应用中的电小天线(electricallysmall antenna,esa)的天线阻抗匹配大体借助提供固定天线阻抗的集总阻抗匹配部件的使用来实现。这些esa天线通常(但非排它地)是须针对特定应用频率或频率范围设计的半波振子/半波长偶极子(half-wavelength dipole)或甚至四分之一波长单极天线。

4、saw/baw谐振器：其它高性能谐振器应用是在表面声波(saw)滤波器及相关的体声波(baw)滤波器领域中。saw和baw rf滤波器为大约6ghz载波频率以下的通信应用提供非常窄的带宽(高q)。由于部署技术，这些saw/baw装置经受热变动及老化效应，这显著降低滤波效能。制造过程中使用各种技术覆盖(technology overlay)来减轻或消除该热效应——都以增加的单位成本为代价。

技术实现思路

1、根据本论述的方面，提供允许初级谐振器的频率响应被调节的不同电路设计。在与高性能可调谐主动rf滤波器相关的一个示例中，作与外部谐振器耦合的谐振器元件使用的滤波器可以调节并增强外部谐振器的性能。系统级增强可例如利用耦合到a)电小rf天线和b)saw/baw rf滤波器的高性能可调谐rf主动滤波器来达成。该初级谐振器可以是不同类型的谐振器，比如电类型的、电磁类型的、机电类型的、压电类型的、光学类型的等等。

2、在题为“variable filter”(本文中记为“nielsen”)的pct公开号wo 2017/089803(发明人为nielsen等)中详细给出了可采用的适合的可调谐振器的示例，所述pct公开的全部内容被并入本文中。

3、根据某些方面，正被控制或调节的谐振器可以是外部(即，片外)谐振器，且优选地，正被控制或调节的谐振器是相对于可调谐振器而言高q的谐振器。然而，这不一定都要如此。正被控制的谐振器可以是片上的，和/或可以是较低的q(即，较接近可调谐振器的q)。在一些实施例中，谐振器还可以是天线。

4、如本文中所使用的，对“高q”和“低q”的引用乃一般性用语，“高q”和“低q”的含义可根据它们所使用的语境而发生变化，如本领域技术人员将会理解的。在一些情况中，初级谐振器的q可考虑成较可调谐振器为高，其中高q谐振器可考虑成是可调谐振器的10倍或甚至100倍。

5、根据某些方面，提供一种将两个单独的谐振器主动耦合在信号回路中的设备和方法，其中一个谐振器大体在外部且(但非排它地)为大致高q的固定性能谐振器，而另一个(谐振器)为低q可变谐振器。耦合的目的在于，借助于控制低q可变谐振器，而控制耦合的外部谐振器的s平面极点及因此其性能指标。提供两个详细示例，其中外部谐振器首先是天线，且然后是baw/saw rf滤波器。详情关注了将构思结合至芯片上的问题及其解决方案。

6、在某些方面中，会用到并讨论“片上”和“片外”的概念。在常规语境中及在该文档上下文中，这些术语指代已从散装部件约简至一相对较小尺寸的集成电路。术语“小”可能被用到，“小”是一相对用语，它将随它所使用的语境而定，这是因为物理尺寸受一大组变量影响。此外，基板技术将大体上决定芯片实现方式的选择。这将转化成这样的可能性：复杂技术的实现方式导致具有多个芯片，所述芯片需在一定程度上互连。因此，本论述将着眼于这样的情况，即电路的一部分可在一种类型的基板上实现、而电路的一个或多个其它部件在不同的基板上实现。这些其它的部件相对于容纳有大多数部件的芯片而言为“片外”的。具有非常高的、在数千范围内的q的片外谐振器(比如，saw和/或baw)可被用作通信电路的频率调谐元件。这样的高q谐振器(比如，saw/baw滤波器)大体具有固定的频率和带宽，但经受制造过程中的性能变动以及操作温度所致的性能变动。

7、根据一方面，提供一种谐振电路，所述谐振电路包括一信号回路，所述信号回路具有输入、输出，并具有闭回路频率响应，所述信号回路包括：初级谐振器，所述初级谐振器具有初级频率响应，并具有初级q因子；至少一个可调谐振器，所述可调谐振器具有可调频率，并具有次级q因子，所述初级q因子是所述次级q因子的大约10倍或更大倍数；以及可调缩放模块，所述可调缩放模块施加增益因子。一控制器连接至所述至少一个可调谐振器和所述可调缩放模块，所述控制器包括指令，以通过控制所述至少一个可调谐振器的可调频率和所述可调缩放模块的增益因子，而使闭回路频率响应朝着一期望的闭回路频率响应调整。

8、根据其它方面，谐振电路可单独或组合地包含以下元素中的一项或多项：初级q因子可以是次级q因子的大约100倍或更大倍数；初级谐振器的初级频率响应可在期望的频率响应的预定误差因子内，并且所述控制器在所述初级谐振器的预定误差因子内控制闭回路频率响应；初级谐振器可以是固定谐振器或频率可调谐的谐振器；初级谐振器可以是天线，并且所述天线可包括信号回路的输入；信号回路可还包括移相器，所述移相器施加可调延迟因子，控制器被连接来控制所述移相器；谐振电路可还包括多个串联或并联连接的可调谐振器；初级谐振器可以是电谐振器、电磁谐振器、机械谐振器或基于材料特性的谐振器；谐振电路可还包括多个并联或串联连接在信号回路内的初级谐振器；信号回路可包括第一部件和第二部件以及其它，第一部件包括初级谐振器，第二部件包括所述至少一个可调谐振器，其中第一部件可由第一材料制作，并且第二部件由与第一材料不同的第二材料制作；且另外，其中所述第一部件和第二部件可被制作成单独且互有区别的部件。

9、根据一方面，提供一种调节谐振电路的闭回路频率响应的方法，所述谐振电路包括一信号回路，所述信号回路具有：输入；输出；具有初级频率响应的初级谐振器；具有可调频率的至少一个可调谐振器；以及具有增益因子的可调缩放模块，所述方法包括如下步骤：控制所述至少一个可调谐振器的频率和所述可调缩放模块的增益因子，以使谐振电路的闭回路频率响应朝着期望的闭回路频率响应调整，其中初级谐振器的q因子是所述至少一个可调谐振器的q因子的大约10倍或更大倍数。

10、根据其它方面，所述方法可单独或组合地包含以下方面中的一项或多项：初级谐振器的q因子可以是所述至少一个可调谐振器的q因子的大约100倍或更大倍数；方法可还包括如下步骤：调整初级谐振器的初级频率响应；所述初级谐振器可以是天线，并且所述天线可包括信号回路的输入；信号回路可还包括一移相器，并且其中，调整闭回路频率响应可还包括调整所述移相器的相位；多个可调谐振器可串联或并联连接；初级谐振器可以是电谐振器、电磁谐振器、机械谐振器或基于材料特性的谐振器；多个初级谐振器可并联或串联连接在所述信号回路内；所述信号回路可包括第一部件和第二部件，第一部件包括所述初级谐振器，第二部件包括所述至少一个可调谐振器，其中第一部件可由第一材料制作，并且第二部件由与第一材料不同的第二材料制作，且另外，其中所述第一部件和第二部件被制作成单独且互有区别的部件。

11、根据一方面，提供一种谐振电路，所述谐振电路包括一信号回路，所述信号回路具有输入、输出，并具有闭回路频率响应，所述信号回路包括：第一部件，所述第一部件包括一初级谐振器，所述初级谐振器具有初级频率响应；第二部件，所述第二部件包括至少一个可调谐振器，所述至少一个可调谐振器具有可调频率。可调缩放模块施加一增益因子。第一部件由第一材料制作，并且第二部件由与所述第一材料不同的第二材料制作。控制器连接至所述至少一个可调谐振器和所述可调缩放模块，所述控制器包括指令，以通过控制所述至少一个可调谐振器的可调频率和所述可调缩放模块的增益因子，而使所述闭回路频率响应朝着期望的闭回路频率响应调整。

12、根据其它方面，谐振电路可单独或组合地包含以下方面中的一项或多项：所述第一部件和第二部件可制作成单独且互有区别的部件；初级谐振器可具有为所述至少一个可调谐振器的q因子的大约10倍或更大倍数或者大约100倍或更大倍数的初级q因子；初级谐振器的初级频率响应可在期望的频率响应的预定误差因子内，并且控制器在所述初级谐振器的预定误差因子内控制所述闭回路频率响应；初级谐振器可以是固定谐振器或可调谐谐振器；初级谐振器可以是天线，并且所述天线包括所述信号回路的输入；信号回路可还包括一移相器，所述移相器施加可调延迟因子，控制器被连接来控制所述移相器；谐振电路可还包括多个串联或并联连接的可调谐振器；所述初级谐振器可以是电谐振器、电磁谐振器、机械谐振器或基于材料特性的谐振器；谐振电路可还包括多个并联或串联连接在所述信号回路内的初级谐振器。

13、根据一方面，提供一种调节谐振电路的闭回路频率响应的方法，所述方法包括如下步骤：提供一谐振电路，所述谐振电路包括一信号回路，所述信号回路具有输入、输出、第一部件、第二部件、以及可调缩放模块，所述第一部件包括一初级谐振器，其中所述初级谐振器具有初级频率响应，所述第二部件包括至少一个可调谐振器，其中所述至少一个可调谐振器具有可调频率，所述可调缩放模块施加一增益因子；其中所述第一部件由第一材料制作，并且第二部件由与第一材料不同的第二材料制作；以及控制所述至少一个可调谐振器的频率和所述可调缩放模块的增益因子，以使谐振电路的闭回路频率响应朝着期望的闭回路频率响应调整。

14、根据其它方面，所述方法可单独或组合地包含以下方面中的一项或多项：所述初级谐振器可具有为所述至少一个可调谐振器的q因子的大约10倍或更大倍数或者大约100倍或更大倍数的初级q因子；方法可还包括如下步骤：调整初级谐振器的谐振操作频率；所述初级谐振器可以是天线，并且所述天线可包括所述信号回路的输入；可存在一移相器，并且其中，调整闭回路频率响应还包括调整所述移相器的相位；多个可调谐振器可串联或并联连接；所述初级谐振器可以是电谐振器、电磁谐振器、机械谐振器或基于材料特性的谐振器；多个初级谐振器可并联或串联连接在所述信号回路内。

15、根据一方面，提供一种通信电路，所述通信电路包括：天线模块，所述天线模块接收期望的电磁信号；信号回路，所述信号回路包括输入端口、输出端口和在所述输入端口与输出端口之间的信号调理模块，所述天线模块与所述信号回路的输入端口双向通信，其中所述信号调理模块对所述期望的信号施加相移和增益因子；以及控制器模块，所述控制器模块配置成调整信号调理模块的相移和增益因子，以改善来自天线模块的所述期望信号的信号品质因子。

16、根据其它方面，所述通信电路可单独或组合地包含以下方面中的一项或更多项：所述信号调理模块可包括一个或多个可变频率谐振器，并包括施加所述增益因子的增益模块；所述控制器模块可通过调整所述一个或多个可变频率谐振器来调整所述相移；所述控制器模块可控制信号调理模块匹配天线模块的天线的阻抗；所述信号品质因子可包括传输至输出端口的可用天线功率的度量和所述期望信号的信噪比中的至少一项，并且控制器可调整增益因子，以改善所述信噪比或调节所述期望信号的带宽；所述通信电路可还包括接收器模块，所述接收器模块从所述信号调理模块接收所述期望信号并处理所述期望信号，且所述期望信号可被调制到载波上，并且所述接收器模块包括解调器；双向耦合元件，所述双向耦合元件可连接至天线模块和信号调理模块；所述信号调理模块可调整通信电路的阻抗以增强从天线模块的天线到接收器模块的可用能量传输；所述信号回路可包括编码器，所述编码器将数据流编码到从信号回路到天线模块的回传路径上以通过天线模块被发射；待编码到回传路径上的数据流由一传感器供应；所述信号调理模块可包括负阻抗元件和移相器元件；信号调理模块可包括施加所述相移的移相器和施加所述增益因子的增益模块；控制器可配置成通过在正值与负值之间改变增益因子来改善信号品质因子。

17、根据一方面，提供一种编码及反射由天线接收的电磁信号的方法，所述方法包括如下步骤：将由天线接收的电磁信号耦合到一信号回路中；对信号回路中接收的电磁信号施加相移和增益因子；利用信号回路中的编码器将数据流编码到所述接收的电磁信号上；以及将来自信号回路的编码的电磁信号耦合到所述天线，以便借由所述天线发射。

18、根据其它方面，所述方法可单独或组合地包含以下方面中的一项或多项：调整相移可包括调整一个或多个可变频率谐振器；所述天线可通过双向连接与所述信号回路通信；所述天线可连接在所述信号回路内。

19、根据一方面，提供一种通信电路，所述通信电路包括：信号回路，所述信号回路包括信号调理模块；天线，所述天线接收电磁信号且连接成将所述电磁信号通信到所述信号回路，其中信号调理模块对信号回路中的所述期望的信号施加相移和增益因子；以及编码器，所述编码器将数据流编码到信号回路中的电磁信号上。天线连接至信号回路，以使得编码的电磁信号通过所述天线发射。天线模块可与信号回路的输入端口双向通信，或与信号调理模块串联连接。所述数据流可由一传感器供应。