用于检测向rf信号施加的相移的电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于检测向RF信号施加以在RF信号路径中产生经移相的RF信号的相移量的RF电路及其对应方法。本发明还涉及包括所述RF电路的RF加热装置。本发明还涉及操作RF加热装置的方法。
【背景技术】
[0002]目前对高功率固态放大器的制造的改善引起了在新领域中的应用，例如微波烹饪、点火发动机效率以及医疗器件和疗法。
[0003]通常，诸如微波炉等的RF加热装置使用熟知为磁控管(magnetron)的器件产生要引入腔体中的RF功率。磁控管是通常仅在单一频率(例如，2.5GHz)提供RF能量的振荡放大器。
[0004]由微波炉提供的加热效率依赖于引入烤炉腔体的RF能量中由正在加热的食物或饮料实际吸收的比例。一般地，引入腔体中的RF能量的至少一部分被反射回磁控管，由此减小了加热装置的功率效率。公知的是腔体内RF能量的反射依赖于多个因素，例如RF辐射的波长、相位和幅度；食物或饮料的尺寸、形状和横截面；以及腔体本身的尺寸和形状。
[0005]因此，公知的一种用于对由正在加热的食物或饮料吸收的RF能量的大小进行优化的方式是调整(trim)RF辐射的物理参数以最小化反射信号。这些参数包括辐射的幅度、频率和/或相位。尽管磁控管是相对便宜的组件，但是它不允许进行这种类型的调整。另一方面，固态器件可以提供调整，这是由于它们可以使用多个路径实现多频率、多相位的操作。
[0006]图1示出了包括固态组件的RF电路10的示例，可以使用固态组件来实现上述类型的调整。电路10包括多个路径A、B、C。每个路径包括锁相环(PLL)2A、2B、2C，以产生RF信号。如虚线所示，在一些示例中，PLL 2B和2C可以是被禁用的(或简单地省略的)，使得PLL 2A可以用于针对每个路径提供RF信号。在这些示例中，PLL2A因而是由每一路径A、B、C共享的公共PLL，并且路径A、B、C中的每一个路径通常将在同一频率(即，PLL 2A的操作频率)操作。在针对每一路径提供单独的PLL(例如，2A、2B、2C)的情况下，可以实现多频率操作。
[0007]PLL 2A、2B、2C中的每一个的输出端(或如上所述，公共或共享PLL 2A的输出端)连接到移相器4A、4B、4C。移相器4A、4B和4C可用于在微控制器14的控制下，向每一路径的RF信号施加相移。因此，微控制器14可以调整每一路径的相位，以调整由系统产生的RF辐射。应注意，微控制器还可以控制PLL 2A、2B、2C以调整路径A、B、C中的每一路径中的RF信号的频率。
[0008]然后，可以将经移相的信号提供给可变增益放大器6A、6B、6C，然后将其提供给功率放大器8A、8B、8C，以便随后通过相应天线12A、12B、12C将RF辐射引入加热装置的腔体。
[0009]当每一路径工作在同一操作频率时，重要的是，路径之间的相位是准确的且不随时间变化的。通常，只有在以下情况下才能实现这种特性:路径之一向其他路径中的每一路径提供相位参考(例如，由PLL2A使用的参考信号)，使得可以在本地且单独的基础上向移相器4A、4B、4C提供相位相干信号，而无需改变全局相位相干性。
[0010]图2示出了上述类型的RF信号的调整和优化。具体地，对于多个信号路径，图2说明对信号路径之间的相位的严密且精确的控制对于高效地进行调整是十分重要的。在操作频率F-和相对相位Φ _下获得图2中的最佳加热效率(尽管这里假定两个路径，但是这里所述的原理理所当然地可以扩展到三个或更多个路径)。
[0011]精确控制频率以调整为F-是易于在微控制器的控制下使用PLL实现的。然而，精确控制相对相位是较为困难的，这是由于相位的瞬时特性:在同一频率下的两个信号之间存在延迟。在高频，对于几度，这种延迟可以小到几皮秒。
[0012]US 3，906，361 A描述了一种用于测量两个信号之间的相位差并且具有数字读数的系统。两个信号中的每一信号被馈送到施密特触发器电路，施密特触发器电路将正弦波信号转换为方波。在鉴别器中比较这两个方波的一致性，通过逻辑电路将鉴别器的输出转换为用于显示两个信号的数字相位差的形式。
[0013]US 6，351，153描述了一种精确检测两个输入的相位的相位检测器。减去了由于温度变化和电源电压波动而引起的公共误差(common error)。相位检测器和方法使用诸如异或门和差分放大器等的数字电路来执行准确的相位检测。可以衰减或过滤输入和输出，以产生期望结果。
[0014]W0 2013/156060 A1描述了一种提供从-180 DEG到+180 DEG的线性相位信息的相位检测器。该相位检测器包括分频器、移相器和混频器电路。分频器和移相器的输出端口与混频器电路的输入端口相连。
【发明内容】
[0015]在所附的独立权利要求和从属权利要求中阐述了本发明的多个方面。可以适当地将来自从属权利要求的特征组合与独立权利要求的特征相结合，而不仅限于权利要求中明确阐述的形式。
[0016]根据本发明的一个方面，提供了一种用于检测向RF信号施加以在RF信号路径中产生经移相的RF信号的相移量的电路，所述电路包括:
[0017]移相器，可操作用于向参考信号施加相移以提供经移相的参考信号；
[0018]相位检测器，可操作用于检测经移相的RF信号和经移相的参考信号之间的相位差，其中相较于相位检测器在低于经移相的RF信号的频率的频率处的输入范围，所述相位检测器在经移相的RF信号的频率处具有减小的输入范围；以及
[0019]控制器，可操作用于控制移相器以设置经移相的参考信号的相位，使得经移相的RF信号和经移相的参考信号之间的相位差落入所述相位检测器的减小的输入范围内。
[0020]根据本发明的另一方面，提供了一种检测向RF信号施加以在RF信号路径中产生经移相的RF信号的相移量的方法，所述方法包括:
[0021]接收参考信号并向参考信号施加相移以产生经移相的参考信号；
[0022]使用相位检测器检测经移相的RF信号和经移相的参考信号之间的相位差，其中相较于相位检测器在低于经移相的RF信号的频率的频率处的输入范围，所述相位检测器在经移相的RF信号的频率处具有减小的输入范围；以及
[0023]设置经移相的参考信号的相位，使得经移相的RF信号和经移相的参考信号之间的相位差落入所述相位检测器的减小的输入范围内。
[0024]本发明的实施例可以允许准确检测向在RF信号路径中的RF信号施加的相移量。在RF频率，相位检测器通常具有减小的输入范围，在该减小的输入范围内，可以准确地测量相位检测器的输入端处的相位差。例如，相位检测器的减小的输入范围可以以不准确区为界，在该不准确区内，相位检测器无法提供相位差的准确测量值。根据本发明的实施例，可以设置参考信号的相位，使得经移相的参考信号和经移相的RF信号之间的相位差落入该相位检测器的减小的输入范围内，从而可以进行准确的相位测量。例如，这可以有利于准确调整RF信号的相位，该RF信号用于将RF辐射引入RF加热装置的腔体内。
[0025]在一个实施例中，控制器可以操作为控制RF信号路径的移相器，以向RF信号施加预期的相移从而产生经移相的RF信号。如上所述，施加到RF信号的相移可以例如用于调整向RF加热装置的腔体引入的RF辐射。由于信号路径的组件的工艺变化，向RF信号施加的实际相移可能不等于预期的相移。由于可以准确地确定调整量，因此本发明的实施例可以提高可以实现调整的准确度。因此，在一个实施例中，控制器可操作为根据由相位检测器检测到的相位差，来控制RF信号路径的移相器以调整向RF信号施加以产生经移相的RF信号的相移。在一个实施例中，对应移相器和相位检测器可以用于确定在多个单独RF信号路径中的每一路径中施加的相移。在这种实施例中，可以实现对由不同天线产生的RF辐射的准确调整。
[0026]在一个实施例中，相位检测器的输出端可以与模数转换器相连，以产生代表检测到的相位差的数字字。可以将该数字字提供给控制器。这样，控制器可以接收准确的、数字化的反馈作为向在该信号路径中的RF信号施加的实际相移量，并且可以相应地调节它对该信号路径的控制。
[0027]在一个实施例中，控制器可以操作为根据多个因素控制RF电路的移相器以设置经移相的参考信号的相位。这些因素可以包括:
[0028]向RF信号施加以产生经移相的RF信号的预期相移；
[0029]该相位检测器在经移相的RF信号的频率处的减小的输入范围。
[0030]如这里所述，可以组合这些因素以便确定要施加到参考信号从而准确检测在该信号路径中施加的相移的正确相移。
[0031 ] 在一个实施例中，控制器可以对要施加以产生经移相的参考信号的相移进行初始估计。这种初始估计可以基于由相位检测器得到的测量值，该测量值在该相位检测器的减小的输入范围之外。随后，控制器可以向参考信号施加相移以便确保后续的测量是准确的。
[0032]在一些实施例中，可以提供多个特征