支持天线分集的发射机设备的制作方法

支持天线分集的发射机设备


背景技术：

1.天线分集可用于提高无线电通信的质量和可靠性，例如在发射机和接收机之间没有清晰的视距信号路径的系统中。输出信号通过两个或多个空间分离的天线发射，使得输出信号通过两个不同的路径到达接收机。与从单个副本重构输出信号相比，可以比较两个接收到的输出信号副本以便以更少的误差重构输出信号。为了在两个或更多空间分离的天线之间交替，一些系统包括增加系统面积、成本和复杂性的板载开关。此外，需要器件或集成电路的输出引脚向板载开关提供控制信号，从而减少可用于其他用途或要求的输出引脚的数量。


技术实现要素：

2.一种发射机设备包括天线阵列解复用器以及第一和第二输出引脚。天线阵列解复用器具有用于输出信号的第一输入、用于控制信号的第二输入、耦合到第一输出引脚的第一输出以及耦合到第二输出引脚的第二输出。天线阵列解复用器基于控制信号将输出信号提供给第一输出或第二输出。第一输出引脚被配置为耦合到第一天线，并且第二输出引脚被配置为耦合到第二天线。
3.在一些实施方式中，控制信号为第一控制信号，发射机设备还包括变压器和电容器，天线阵列解复用器包括第一开关和第二开关。变压器具有被配置为接收差分信号的初级绕组和被配置为输出输出信号的次级绕组。次级绕组和电容器并联耦合在第一和第二输出引脚之间。在天线阵列解复用器中，第一开关耦合在第一输出引脚和第一接地引脚之间，第二开关耦合在第二输出引脚和第二接地引脚之间。第一开关被配置为接收第二控制信号，并且第二开关被配置为接收第二控制信号的反相信号。
4.在一些实施方式中，电容器是第一电容器，并且天线阵列解复用器还包括耦合在第一开关和第一接地引脚之间的第二电容器。选择第二电容器的电容以减少来自将第一接地引脚耦合到共模电压的引线键合的电感的信号泄漏。替代地或附加地，天线阵列解复用器还包括耦合在第二开关和第二接地引脚之间的第二电容器。选择第二电容器的电容以减少来自将第二接地引脚耦合到共模电压的引线键合的电感的信号泄漏。
5.在一些实施方式中，第一开关是第一晶体管，并且第二开关是第二晶体管。第一晶体管耦合在第一输出引脚与第一接地引脚之间，并且具有耦合至第一控制节点以接收第二控制信号的栅极端子。第二晶体管耦合在第二输出引脚与第二接地引脚之间，并且具有耦合至第二控制节点以接收第二控制信号的反相信号的栅极端子。在一些实施方式中，电容器是第一电容器，并且天线阵列解复用器包括耦合在第一晶体管的栅极端子和第一输出引脚之间的第二电容器。基于第一晶体管的寄生电容选择第二电容器的电容。替代地或附加地，天线阵列解复用器包括耦合在第二晶体管的栅极端子和第二输出引脚之间的第二电容器，并且第二电容器的电容基于第二晶体管的寄生电容来选择。
6.在一些实施方式中，天线阵列解复用器还包括第一电阻器、第二电阻器和反相器。第一电阻器耦合在第一晶体管的栅极端子与第一控制节点之间。反相器具有输入和输出，
反相器的输入耦合到第一控制节点。第二电阻器耦合在反相器的输出与第一接地引脚之间。
7.在一些实施方式中，天线阵列解复用器还包括第一电阻器、第二电阻器和反相器。第一电阻器耦合在第二晶体管的栅极端子与第二控制节点之间。反相器具有输入和输出，反相器的输入耦合到第二控制节点。第二电阻器耦合在反相器的输出与第二接地引脚之间。
8.发射机设备可以被包括在包括电路板、第一天线和第二天线的装置中。发射机设备、第一天线和第二天线附连到电路板。第一天线耦合到第一输出引脚，第二天线耦合到第二输出引脚。第一天线和第二天线在电路板上空间分离。
附图说明
9.对于各种示例的详细描述，现在将参考附图，其中：
10.图1示出了具有由板载开关实现的双天线分集方案的发射机的简化框图。
11.图2示出了具有由集成逻辑电路实现的双天线分集方案的发射机的简化框图。
12.图3a示出了图2所示的发射机的电路图。
13.图3b示出了图3a中所示的具有用于第一天线和第二天线的低阻抗短路路径的发射机的电路图。
具体实施方式
14.所公开的发射机设备被配置为通过包括集成逻辑电路来实现天线分集而无需板载开关。逻辑电路接收输出信号和控制信号，并基于控制信号将输出信号提供给第一输出或第二输出。第一输出耦合到第一输出引脚，该第一输出引脚进一步耦合到板载第一天线。第二输出耦合到第二输出引脚，该第二输出引脚进一步耦合到板载第二天线。
15.图1示出了具有由板载开关s1 160和s2 170实现的双天线分集方案的发射机系统100的简化框图。发射机系统100包括附连到集成电路板110的发射(tx)设备105、开关s1和s2以及天线anta 165和antb 175。tx设备105可以使用分立设备、多功能设备、片上系统设备和/或其他组件的任何组合来物理实现，并且在一些示例中，使用单个封装电路设备实现，例如片上系统。tx设备105包括发射机120和三个输出引脚：pina 130、pinb 140和tx_out 150。发射机120耦合到输出引脚tx_out 150。在板110上，开关s1 160和s2 170耦合到输出引脚tx_out 150并接收要发射的输出信号out 155。开关s1 160进一步耦合到天线anta 165并且基于来自输出引脚pina 130的控制信号ctla 135来断开和闭合。开关s2 170进一步耦合到天线antb 175并且基于来自输出引脚pinb 140的控制信号ctlb 145来断开和闭合。
16.在双天线分集方案中，输出信号out 155通过两个空间分离的天线anta165和antb 175发射，使得输出信号out 155通过两个不同路径到达接收机。通过比较来自不同路径的两个接收信号，与从单个接收信号重构输出信号out 155相比，接收机可以以更少的误差重构输出信号out 155。为了从anta 165切换到antb 175，反之亦然，tx设备105生成并通过pina 130和pinb 140输出用于板载开关s1 160和s2 170的控制信号ctla 135和ctlb 145。发射机系统100使用tx设备105的三个引脚和两个板载开关s1160和s2 170来实现天线分集
方案，这增加了发射机系统100的成本和复杂性。
17.图2示出了具有由集成天线阵列解复用器225实现的双天线分集方案的发射机系统200的简化框图。发射机系统200包括附连到集成电路板210的tx设备205以及天线anta 265和antb 275。tx设备205可以使用分立设备、多功能设备、片上系统设备和/或其他组件的任何组合来物理实现，并且在一些示例中，使用单个封装电路设备(例如片上系统)来实现。tx设备205包括发射机215、逻辑电路225和两个输出引脚tx_outa 260和tx_outb 270。天线阵列解复用器225在该实施方式中被示为解复用器，但是可以使用任何适当的逻辑电路。电路板210上的天线anta 265和antb275分别直接耦合到输出引脚tx_outa 260和tx_outb 270。
18.天线阵列解复用器225接收控制信号ctl 220和来自发射机215的输出信号out 255，ctl 220可以由tx设备205中的控制器(未示出)产生。天线阵列解复用器225然后基于控制信号ctl 220将out 255通过路径a 235输出到输出引脚tx_outa 260或通过路径b 245输出到输出引脚tx_outb270。将实现双天线分集的切换方案集成到tx设备205中，消除了对板载开关的需要，并降低了发射机系统200的成本和复杂性。此外，切换方案使用两个输出引脚，比图1中所示的发射机系统100少一个，这释放一个输出引脚以供其他用途。尽管发射机系统200包括两个天线，但是在其他实施方式中可以使用额外的天线。
19.图3a示出了实现图2所示的发射机系统200的电路300a的示意图。在电路300中，tx设备205包括产生输出信号out 255的信号链的功率放大器(pa)320、变压器325、电容器c1以及开关sa和sb。变压器325、电容器c1以及开关sa和sb被包括在天线阵列解复用器315a中，解复用器315a是图2所示的天线阵列解复用器225的一个示例实施方式。在电路板210上，隔直/直流阻隔电容器ca耦合到表示天线anta 265的阻抗的电阻器ra，并且隔直电容器cb耦合到表示天线antb 275的阻抗的电阻器rb。电感器lg_a、lg_b、la和lb代表电路板210上的键合线的电感。变压器325在一些实施方式中可以是巴伦变压器。
20.pa 320的第一差分输出耦合到变压器325的初级绕组330的第一端子，并且pa 320的第二差分输出耦合到初级绕组330的第二端子。变压器325的次级绕组335的第一端子耦合到节点a，并且次级绕组335的第二端子耦合到节点b。可以基于out 255的期望输出功率来选择c1的电容以抵消封装电感lg_a、lg_b、la和lb以及变压器325的电感。开关sa耦合到节点a和tx设备205的第一接地引脚gnda 340。电感器lg_a表示将gnda 340耦合到共模节点305(例如，接地节点或公共接地平面)的接地键合线的电感。输出焊盘tx_outa 260耦合到节点a，并且从tx_outa 260到anta 265的信号键合线的电感由la表示。板载隔直电容器ca串联耦合到电感器la和天线anta 265，天线anta 265进一步耦合到地305。
21.开关sb耦合到节点b和tx设备205的第二接地焊盘gndb 380。电感器lg_b表示将gndb 380耦合到地305的接地键合线的电感。输出引脚tx_outb 270耦合到节点b，并且从tx_outb 270到antb 275的信号键合线的电感由lb表示。板载隔直电容器cb串联耦合到电感器lb和天线antb 275，天线antb 275进一步耦合到地305。
22.待停用的天线通过对应的开关与地305短路，而另一开关保持开路。例如，anta 265发送out 255，sa断开，将节点a与地305断开。sb闭合，使节点b短路到地305并停用antb 275。相反，antb 275发送out 255，sb断开，将节点b与地305断开。sa闭合，使节点a短路到地305并停用anta 265。将开关sa和sb与到anta 265和antb 275的主信号路径并联耦合而不
是串联耦合提高了发射机200的效率和out 255的线性度。此外，开关sa和sb占用的面积小于包括用于anta 265和antb 275的每一个的独特pa 320和变压器325的电路将占用的面积。
23.然而，根据实施方式，接地键合线的电感lg_a和lg_b会导致一部分信号泄漏到停用的天线中。此外，在许多示例中，开关sa和sb应该被偏置，使得开关不会由于节点a和b处的高电压摆幅而错误地断开或闭合，并且开关sa和sb的导通电阻(rons)不得显著影响巴伦损耗。图3b所示的电路图300b类似于图3a所示的电路图300a，并且包括电路350和360以补偿lg_a和lg_b并且偏置开关sa和sb。晶体管m1_a和m1_b分别用作开关sa和sb。晶体管m1_a和m1_b可以使用具有高阈值电压并且能够承受大电压摆幅的高压器件来实现。选择晶体管尺寸以减少rons对巴伦损耗的影响，而不会使寄生电容增加到期望阈值以上。天线阵列解复用器315b是图2中所示的天线阵列解复用器225的一个示例实施方式并且包括变压器325、电容器c1、晶体管m1_a和m1_b以及偏置电路350和360。
24.电路350包括晶体管m1_a、m2_a和m3_a；电容器c2_a和c3_a；和电阻器r1_a和r2_a。m1_a的源极端子耦合到节点a，而电容器c2_a耦合在节点a与m1_a的栅极端子之间。基于m1_a的栅源寄生电容选择c2_a的电容，以保持恒定的栅源电压(vgs)，尽管节点a的电压存在摆幅。例如，c2_a的电容可以是m1_a的栅源寄生电容的五到十倍。电阻器r1_a耦合在m1_a的栅极端子和被配置为接收控制信号ctla 355的节点之间。控制信号ctla 355指示m1_a是接通还是关闭，并且具有大约等于pa 320的电源电压(vdd)的逻辑高电平，例如2.7伏(v)，以及大约等于零v的逻辑低电平。ctla 355可以由tx设备205中的控制器基于ctl 220生成。m1_a的漏极端子耦合到电阻器r2_a的第一端子与电容器c3_a的第一端子。
25.电阻器r2_a的第二端子耦合到反相器345a的输出。m2_a和m3_a的栅极端子耦合在一起并且耦合到配置为接收ctla 355的节点。m2_a的源极端子耦合到地305，并且m2_a的漏极端子耦合到m3_a的漏极端子。m3_a的源极端子耦合到被配置为接收电源电压vdd的电源电压轨310。m2_a和m3_a形成反相器345a。当ctla 355为逻辑高时，m3_a关闭，而m2_a接通，从而将反相器345a的输出和电阻器r2_a的第二端子耦合到地305。
26.当ctla 355为逻辑低时，m2_a关闭，并且m3_a接通，从而将反相器345a的输出和电阻器r2_a的第二端子耦合到电源电压轨vdd 310。电容器c3_a的第二端子耦合到第一接地引脚gnda 340。选择c3_a的电容以减少由于由lg_a表示的引线键合电感而导致的信号泄漏，而m1_a充当闭合开关。即，选择c3_a的电容以在用于tx设备205的信道频率下调谐出lg_a并提供到地的低阻抗路径。可选择r1_a和r2_a的电阻以帮助将m1_a的栅极端子和漏极端子拉至vdd 310或地305，同时减少电阻对整体阻抗的影响。例如，r1_a和r2_a可以是20-200千欧(kω)。
27.当ctla 355指示m1_a应该接通时，反相器345a将r2_a的第二端子耦合到地305以在m1_a的漏极端子处保持低电压，使得尽管有任何信号摆幅，但是m1_a仍保持接通。在m1_a 导通时，并且由于m1_a 的ron相对低，因此m1_a 的漏极和源极处于大致相同的电位。此外，耦合在m1_a的源极端子和栅极端子之间的电容器c2_a确保节点a处所经历的任何信号摆幅也耦合到m1_a的栅极端子，尽管有信号摆幅但仍保持vgs恒定并大于m1_a的阈值电压vth。
28.当ctla 355指示m1_a应被关闭时，反相器345a将r2_a的第二端子耦合到电源电压轨vdd 310，从而维持在m1_a的漏极端子处的电源电压vdd310。m1_a的源极端子被偏置到大
约零v，因为m1_b的源极端子和漏极端子被偏置到大约零v，并且m1_a和m1_b的源极端子通过次级绕组335耦合在一起。电容器c2_a将节点a上的任何信号摆幅耦合到m1_a的栅极端子。当信号摆幅小于电源电压vdd 310时，m1_a的vgs大约等于零v。
29.当信号摆幅大于电源电压vdd 310时，m1_a的漏极端子和源极端子切换，使得节点a是漏极端子，并且m1_a的源极端子被偏置到电源电压vdd310。当节点a处的信号摆幅小于电源电压vdd 310与m1_a的vth之和时，m1_a的vgs保持在vth以下，并且m1_a保持关闭。当节点a处的信号摆幅大于电源电压vdd 310和m1_a的vth之和时，m1_a的vgs增加到vth以上，并且m1_a弱接通。因为它只是弱接通，所以m1_a继续为高阻抗，从而减少了通过m1_a到地305的信号泄漏量。
30.电路360包括晶体管m1_b、m2_b和m3_b；电容器c2_b和c3_b；和电阻器r1_b和r2_b。m1_b的源极端子耦合到节点b，并且电容器c2_b耦合在节点b与m1_b的栅极端子之间。基于m1_b的栅源寄生电容选择c2_b的电容，以保持恒定的vgs，尽管节点b处的电压存在摆幅。例如，c2_b的电容可以是m1_b的栅源寄生电容的五到十倍。电阻器r1_b耦合在m1_b的栅极端子和被配置为接收控制信号ctlb 365的节点之间。控制信号ctlb365指示m1_b是接通还是关闭，并且具有大约为vdd 310的逻辑高电平和大约为零v的逻辑低电平。ctlb 365可以由tx设备205中的控制器基于ctl220产生。m1_b的漏极端子耦合到电阻器r2_b的第一端子和电容器c3_b的第一端子。
31.电阻器r2_b的第二端子耦合到反相器345b的输出。在反相器345b中，m2_b和m3_b的栅极端子耦合在一起并耦合到被配置为接收ctlb 365的节点。m2_b的源极端子耦合到地305，而m2_b的漏极端子耦合到m3_b的漏极端子。m3_b的源极端子耦合到被配置为接收电源电压vdd的电源电压轨310。m2_b和m3_b形成反相器345b。当ctlb 365为逻辑高时，m3_b关闭，并且m2_b接通，从而将反相器345b的输出和电阻器r2_b的第二端子耦合到地305。
32.当ctlb 365为逻辑低时，m2_b关闭，并且m3_b接通，从而将反相器345b的输出和电阻器r2_b的第二端子耦合到电源电压轨vdd 310。电容器c3_b的第二端子耦合到第二接地焊盘gndb 380。选择c3_b的电容以减少由于由lg_b表示的引线键合电感而导致的信号泄漏，而m1_b充当闭合开关。即，选择c3_b的电容以在用于tx设备205的信道频率下调谐出lg_b并提供到地的低阻抗路径。可选择r1_b和r2_b的电阻以帮助将m1_b的栅极端子和漏极端子拉到vdd 310或地305，同时减少电阻对整体阻抗的影响。例如，r1_b和r2_b可以是20-200kω。
33.当ctlb 365指示m1_b应该被接通时，反相器345b将r2_b的第二端子耦合到地305以在m1_b的漏极端子处保持低电压，使得m1_b尽管有任何信号摆幅仍保持接通。在m1_b接通时，由于m1_b的ron相对低，因此m1_b的漏极和源极处于大致相同的电位。此外，耦合在m1_b的源极端子和栅极端子之间的电容器c2_b确保节点b处所经历的任何信号摆幅也耦合到m1_b的栅极端子，尽管有信号摆幅但仍保持vgs恒定并大于m1_b的阈值电压vth。
34.当ctlb 365指示m1_b应关闭时，反相器345b将r2_b的第二端子耦合到电源电压轨vdd 310，从而维持在m1_b的漏极端子处的电源电压vdd310。m1_b的源极端子被偏置到大约零v，因为m1_a的源极端子和漏极端子被偏置到大约零v，并且m1_a和m1_b的源极端子通过次级绕组335耦合在一起。电容器c2_b将节点b上的任何信号摆幅耦合到m1_b的栅极端子。当信号摆幅小于电源电压vdd 310时，m1_b的vgs大约等于零v。
35.当信号摆幅大于电源电压vdd 310时，m1_b的漏极端子和源极端子切换，使得节点b是漏极端子，并且m1_b的源极端子被偏置到电源电压vdd 310。当节点b处的信号摆幅小于电源电压vdd 310与m1_b的vth之和时，m1_b的vgs保持在vth以下，并且m1_b保持关闭。当节点b处的信号摆幅大于电源电压vdd 310和m1_b的vth之和时，m1_b的vgs增加到vth以上，并且m1_b弱接通。因为它只是弱接通，所以m1_b继续为高阻抗，从而减少了通过m1_b到地305的信号泄漏量。
36.在本说明书中，术语“耦合”可以涵盖实现与本说明书一致的功能关系的连接、通信或信号路径。例如，如果设备a产生信号来控制设备b执行动作：(a)在第一示例中，设备a通过直接连接耦合到设备b；或者(b)在第二示例中，如果中间组件c不改变设备a和设备b之间的功能关系，则设备a通过中间组件c耦合到设备b，使得设备b由设备a通过设备a生成的控制信号控制。
[0037]“被配置为”执行任务或功能的设备可以在制造时被制造商配置(例如，编程和/或硬连线)以执行功能和/或可以是由用户在制造后可配置的(或可重新配置)以执行所述功能和/或其他附加或替代功能。配置可以通过设备的固件和/或软件编程，通过硬件组件的构造和/或布局以及设备的互连，或它们的组合。
[0038]
在本文中描述为包括某些组件的电路或设备可以替代地适于耦合到那些组件以形成所描述的电路或设备。例如，描述为包括一个或多个半导体元件(例如晶体管)、一个或多个无源元件(例如电阻器、电容器和/或电感器)和/或一个或多个源(例如电压和/或电流源)的结构可以替代地仅包括单个物理器件(例如，半导体管芯和/或集成电路(ic)封装)内的半导体元件，并且可以适合于耦合到至少一些无源元件和/或源，以在制造时或制造后例如，通过最终用户和/或第三方形成所述结构。
[0039]
尽管本文描述了特定晶体管的使用，但也可以使用其他晶体管(或等效器件)来代替。例如，可以使用p型金属氧化物硅场效应晶体管(“mosfet”)代替n型mosfet，而对电路的改变很少或没有改变。此外，可以使用其他类型的晶体管(例如双极结型晶体管(bjt))。
[0040]
术语“引脚”和“焊盘”自始至终可互换使用。
[0041]
除非另有说明，值之前的“约”、“大约”或“基本上”是指所述值的+/-10％。在权利要求的范围内对所描述的示例进行修改是可能的，并且其他示例也是可能的。
[0042]
在权利要求的范围内对所描述的实施例进行修改是可能的，并且其他实施例也是可能的。