CN101061639A - 包含控制匹配级的设备 - Google Patents

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Abstract

一种设备(5)包括控制匹配级(10)，该控制匹配级(10)用于将比如天线级(2)类的第二级与比如功率放大级(1)类的第一级匹配；通过提供控制匹配级得到简化的结构。所述控制匹配级具有：获得装置(11)，用于从第一级的输出信号得到第一信号和第二信号；检测装置(12)，用于检测第一信号和第二信号之间的相位；控制装置(13)，用于控制可调阻抗网络(14)，对所述匹配的检测作出响应。获得装置(11)包括比如电感器和电容器之类无源元件的元件(21)，所述元件(21)以第一信号作为输出信号，并通过元件(21)得到第二信号。检测装置(12)包括相位检测器(22－24)，相位检测器(22－24)包括限制第一和第二信号的第一、第二限流器(22、23)以及用于混合所限制的第一和第二信号的混频器(24)。控制装置(13)包括比如限流器和可逆计数器类的数字电路(26)的模－数转换器(25)。

Description

包含控制匹配级的设备
技术领域
本发明涉及包括将第二级匹配到第一级之控制匹配级的设备，具体地说，涉及一种用于将第二级匹配到第一级的控制匹配级，用于将第二级匹配到第一级的方法，以及用于将第二级匹配到第一级的处理器程序产品。
所述设备以移动电话、无线接口及其它发送机和/或接收机为例。
背景技术
从WO 02/063782 A2可知已有的使用该技术的设备，WO 02/063782A2的图10中述及一种控制匹配级。所述控制匹配级将定向连结器用于采样正向功率信号和反向功率信号，并将功率信号转换成控制信号。这些控制信号被提供给控制电容器组的处理单元。
这种公知设备与其他设备相比，不利的是它的相对复杂性。功率信号需要转换成控制信号。这些控制信号需要在能够控制电容组之前在处理单元得到处理。
发明内容
相比于其他发明，本发明的目的在于提供一种相对简单的设备。
相比于其他发明，本发明的另外目的在于提供一种相对简单的控制增益级，一种相对简单的方法，以及一种相对简单的处理器程序产品。
本发明的设备包括将第二级匹配到第一级的控制匹配级，所述控制匹配级包括：
-获得装置，用以从第一级的输出信号得到第一信号和第二信号；
-检测装置，用以检测第一信号和第二信号之间的相位；以及
-控制装置，用以控制可调阻抗网络，对所述匹配的检测做出响应。
通过引入用于检测第一信号和第二信号之间相位的检测装置，不再必需使用正向功率信号和反向功率信号。为了对所述检测作出反应，所述控制装置直接控制可调阻抗网络。因此，本发明的设备相对较为简单。
本发明的设备还有利于受控的(和/或适合的)匹配级将会提高第一级和/或第二级的线性度和效率，并将降低可靠性要求，这种可靠性要求它可以代替进一步去减小尺寸和/或降低成本，以及一旦设备变得不及以前新鲜时，将能提高用户对该设备的喜爱程度。
所述控制配置级是如通过比如开环(前向控制)或闭环(反向控制)之类的环路(自动)进行控制的配置级。
应予说明的是，在文章“Automatic Antenna Tuning for RFTransmitter IC Applying High Q Antenna”by Attila Zolomy，FerenceMernyei，Janos Erdelyi，Matthijs Pardoen+ and Gabor Toth.Integration Hungray Ltd.，Zahony u.7.1031 Budapest，Hungary，+Integration Associate Inc.，110 Pioneer Way，Unit L，MoutainView，California 94041 USA，0-7803-8333-8/04/$20.00(C)2004 IEEE的图3中，示出一种天线调谐电路，该种天线调谐电路包括获得装置，所述获得装置用于从功率放大器(第一级为功率放大级)的输出信号得到第一信号，并用来从功率放大器的控制信号得到第二信号。因此，第二信号不是从功率放大级的输出信号而来的，而是来自功率放大级内部的某处。这是一种不利的解决方案。有利的是，所述文章示出有利于从第一级的输出信号得到第一信号和第二信号的获得装置。
本发明设备的一种实施例由包含天线级的第二级以及包含功率放大器的第一级所限定。这种情况下，所述控制匹配级位于一方面是功率放大级或转换级与另一方面是天线级之间。比如，所述功率放大级包括功率放大器，而所述天线级包括天线和/或天线接线。
本发明设备的另一种实施例由包含功率放大器的第一级和包含转换级或者天线级的第二级所限定。这种情况下，所述控制匹配级位于一方面是功率放大级和另一方面是天线级或者转换级之间。
本发明设备的又一种实施例限定所述获得装置由元件组成，第一信号作为输出信号，以及第二信号是通过所述元件而得到的。所述元件比如可以包括二极管(的阻抗)或开关，以输出信号作为输出电压，并以第一信号作为输出电压，而以第二信号作为元件两端的电压。因此，所述获得装置的各部分可与同一控制匹配级的其他部分相符，或者与随后级的各部分相符。
本发明设备的再一种实施例由包含无源元件的元件以及包含可调电容器的可调阻抗网络所限定。在所述无源元件可为电阻器的情况下，信号当中之一需要相移，并且可将相移器引入控制匹配级。在所述无源元件可为电感器的情况下，电感器可从可调阻抗网络转移成为获得装置。以输出信号作为输出电压，并且是以第一信号作为这一输出电压，以及以第二信号作为电感器的电压时，无需在控制匹配级中引入相移器。这是因为电感器的电压和流过电感器的电流已发生相移。所述可调阻抗网络包括比如与电容组对应的可调电容器，还可包括电感器。所述无源元件还可以是电容器等。
本发明设备的一种实施例限定所述检测装包括相位检测器。这样的相位检测器是有利的实施方式(成本低而且简易)。
本发明设备的一种实施例限定所述相位检测器包括：第一和第二限流器，用于限制第一和第二信号；混频器，用于混合受限的第一和第二信号。所述第一和第二限流器，以及所述的混频器是有利的实施方式(成本低而且简易)。
本发明设备的一种实施例限定所述控制装置包括模-数转换器。所述数字电路是有利的实施方式(成本低而且简易)，因此所述模-数转换器直接位于检测装置之后，并使得模拟部分尽可能地小，数字部分尽可能地大。
本发明设备的一种实施例限定所述数字电路包括可逆计数器。所述可逆计数器包括与模-数转换器相连的计数输入端和与基带控制器相连的使能输入端。这样的可逆计数器是有利的实施方式(成本低而且简易)。所述可逆计数器的输出端通过如dc-dc电平转换器与可调阻抗网络的控制输入端相连。例如，根据设备(如TDMA结构)模式，如发送模式，基带控制器给使能输入提供脉冲。作为举例，所述脉冲的上升沿可以利用计数输入(正值或负值)确定可逆计数器的加载，而根据所述加载，脉冲的下降沿确定正向计数(加载负值的情况)或反向计数(加载正值的情况)。
按照本发明的控制匹配级和本发明的方法，以及按照本发明的处理器程序产品的各实施例，与本发明设备的各实施例相对应。
与其他发明相比，理解本发明的基础在于：利用前向功率信号和反向功率信号，使所述设备无需那么复杂(而且大，为地是按双向耦合器定向)；与其他发明相比，本发明所依据的基本思想是：从第一级的输出信号得到第一信号和第二信号，检测第一信号和第二信号之间的相位，并控制可调阻抗网络，以对用于所述匹配的所述检测作出响应。
与其他发明相比，本发明解决了前述问题，提供一种相对较为简单的设备。另外，与其他发明相比，本发明有利于控制匹配级提供第一级和/或第二级的线性度以及效率，利于降低足以在减小尺寸和/或减少成本之间作为替代的可靠性要求，以及在设备一旦不及以前新鲜时，提高用户对该设备的喜爱程度。
从以下所描述的实施例中，将使本发明的这些方面或者其他方面愈为显而易见。
附图说明
图1以图示的方式表示本发明包含功率放大级的设备，本发明的控制匹配级，以及天线级；
图2以图示的方式表示本发明包含功率放大级、接收级的设备，本发明的控制匹配级以及天线级，转换级位于一方面为功率放大级和接收级和另一方面为天线级之间；
图3以图示的方式表示本发明包含功率放大级、接收级的设备，本发明的控制匹配级以及天线级，转换级位于一方面是功率放大级、控制匹配级和接收级而另一方面为天线级之间；
图4以更详细的图示方式表示本发明设备所用的本发明控制匹配级；
图5示出本发明的控制匹配级中所用的串联LC网络的设计，及其对应的史密斯圆图；
图6示出最大-最小电容比即Cmax/Cmin比以及电感器两端的最大峰值电压Vpk，Vpk起图5所示串联LC网络设计中电感器值L的作用。
具体实施方式
按照图1所示的本发明设备5，它包括功率放大级1、本发明的控制匹配级10，以及天线级2。所述功率放大级1的输出端与所述控制匹配级10的输入端相连。另外，控制匹配级10的输出端与天线级2的输入端相连。功率放大级1包括比如功率晶体管，而天线级2包括如天线和/或天线连线。
按照图2所示的本发明设备5，它包括功率放大级1、接收级4、转换级3、本发明的控制匹配级10，以及天线级2。所述功率放大级1的输出端与转换级3的输入端相连，接收机4的输入端与转换级3的输出端相连，转换级3的输入/输出端与控制匹配级10的输入/输出端相连。控制匹配级10另外的输入端/输出端与天线级2的输入/输出端相连。按照发射机模式，控制匹配级10是有源的，而按照接收机模式，控制匹配级10是无源的。可以通过比如造成短路(未示出)或断开连接实现上述情况(未示出)。不包括具有(另外的)并列级的选项。
按照有如图3所示的本发明设备5，它包括功率放大级1、接收级4、本发明的控制匹配级10、转换级3，以及天线级2。所述功率放大级1的输出端与控制匹配级10的输入端相连，控制匹配级10的输出端与转换级3的输入端相连，接收级4的输入端与转换级3输出端相连，转换级3的输入/输出端与天线级2的输入/输出端相连。
按照图4所示本发明的控制匹配级10，它包括：获得装置11，用于从第一级1、3的输出信号得到第一信号和第二信号；检测装置12，用于检测第一信号与第二信号之间的相位；控制装置13，用于控制可调阻抗网络，以对所述匹配的检测作出响应。所述获得装置11包括比如电感器，或者作为可供选择地包括(可变)电容器之类的元件，所述元件以第一信号作为输出信号(对于第一级1、3对应于接地)，第二信号作为通过元件21得到的(电感器的电压)。可调阻抗网络14包括比如并行(二进制加权的4比特开关电容阵列)可调电容器之类的可调电容器。
所述检测装置12包括相位监测器22-24。此相位监测器22-24包括：第一和第二限流器，用于限制第一和第二信号；混频器24，用于混合已限流的第一和第二信号；电容器27，用于接地以去掉多余的射频组件。控制装置13包括比如可逆计数器类的数字电路26，所述数字电路包括与模数转换器25的输出端部相连的计数器输入端部，以及与基带控制器(未示出)的输出端相连的使能输入端。数字电路26的输出端通过dc-dc电平转换器(shifter)28连接到可调阻抗网络14的控制输入端，以控制所述可调阻抗网络的四个可调(可转接)电容器。基带控制器(未示出)可根据比如设备5模式，如发射机模式给使能输入端提供脉冲。脉冲的上升沿比如通过计数输入(正值或负值)确定可逆计数器的加载，脉冲的下降沿比如根据所述加载确定正向计数器(加载负值的情况)或反向计数器(加载正值的情况)。
在第一级1(或3或1分别地)和第二级2(或2或3分别地)之间，控制匹配级10引入所谓串联LC网络。在所述串联LC网络中，电感器L的值固定，电容器C的值可变。由下面的说明可知，使用所述串联LC网络是有益的。
当前，蜂窝电话形式的设备5通常使用构造成平面倒F天线天线(PiFa)的内置式天线。将双波段的平面倒F天线设计成双波段工作的串联共振。体效应可向下解调天线谐振频率，以在双波段产生天线的感性行为。天线阻抗的电抗性部分的波动通常比表示辐射电阻的天线阻抗的电阻部分大得多。在较低波段，有限的天线带宽主要引起天线的反馈阻抗的容性行为，在较高波段引起感性行为。体效应以及受限的天线带宽主要引起天线输入阻抗的电抗变化。因此，位于靠近所述反馈节点的可变串联LC网络，可以有效地用于补偿实际中出现天线阻抗变化的主要部分。所述串联LC网络内嵌于控制环路，所述控制环路包括用以自动校正失配的获得装置11、检测装置12，以及控制装置13。
控制环路控制匹配阻抗Zdet的检测相位为0。根据串联LC网络输入电压u和所述网络输入电流i之间的相位差给出所述相位。由(Gilbert cell)混频器24检测所述相位，所述混频器的输入信号很难被限流器22、23限流。由串联电感L上的电压得到输入电流的相位，所述串联电感作为+90°移相器几乎是与频率无关。将所述相位检测器的输出信号Zdet输入到模-数转换器25，所述模-数转换器以限流器的形式确定相位误差的符号。根据相位误差的符号，可逆计数器将根据基带使能信号控制的最低位增加或减少其输出值。在基于时分多址接入的系统中，当发送功率突发信号时，可以在基带使能信号的上升沿读取相位误差，反之，在基带使能信号的下降沿处，可以在功率突发信号外面实现电容器的值修正。这就可以避免变化过程中的杂散发射以及热交换。
可以通过比如4比特的二进制加权开关电容器阵列，使得控制匹配级10可调。所述电容器的电容可在0.25pF到最大为8pF之间变化。开关电容器阵列可使用需要高激励电压的RF-MEMS设备。因此，可能需要使用可逆计数器和开关电容器控制线之间的电平转换器。
图5示出本发明控制匹配级10所用串联LC网络的设计及其对应的史密斯圆图。所述串联LC网络包括：用于实现Z匹配的X-L-series、X-C-series、X-load以及R-load的串联电路。X-L-series和X-C-series组成X-cor。
图6示出最大-最小电容器比，即Cmax/Cmin比，和电感器的最大峰值电压Vpk，这里Vpk起到如图5所示串联LC网络设计中的电感器值L的作用。
下面将参照图5和图6。可变串联LC网络可用于容性和感性失配的校正。在图5的史密斯圆图中，负载电抗X-cor的校正示为固定电阻R-load的粗圆部分。当负载为容性时，X-cor为正(感性的)，当负载为感性时，X-cor为负(容性的)。最大-最小电容比取决于串联电感电抗X-L-series以及固定电阻R-load的圆形部分的两边需要校正的数量。图6中示出Cmax/Cmin对L-series的曲线，作为反射系统|Γ|的幅值因容性失配从大约0.6降至0.3以及因感性失配从大约0.7减至0.3的示例。特别是L-series值很小的情况下，上述比值非常大。在串联LC网络中，可变电容的相对较高的电压Vpk产生于高功率、大失配的情况下。图6中Y轴的右手边给出所述峰值电压Vpk的典型值。将上述峰值电压的900MHz信号加载于50欧姆负载电阻时，功率为2瓦。在高射频电压的情况下，应当避免静电RF-MEMS设备自激。另外，为了符合典型的GSM系统规范，应保持谐波失真在-70dBc以下。
应予说明的是，上面提到的实施例不是用于限制本发明的，那些熟悉本领域的技术人员，可以在不偏离所附各权利要求范围的前提下，设计许多备选实施例。在各权利要求中，任何置于括号内的参考标号都不是用于限制权利要求的。使用动词“包括”及其词性的变化，除权利要求中有声明，并不排除除权利要求所表述的元件或步骤。文中元件前的冠词“a”或“an”不排除表示多个同样的元件。可以通过由不同元件组成的硬件、适当编程的计算机实现本发明。在列举几个装置的产品权利要求中，其中一些装置可通过硬件及其同样的硬件来实施。更为实际的是，在互不相同的从属权利要求中所述及的特定测量并不表示不能采用这些测量的组合。

Claims (12)

1.一种设备(5)，包含用于将第二级配置到第一级的控制配置级(10)，所述控制配置级(10)包括：
-获得装置(11)，用于从第一级的输出信号得到第一信号和第二信号；
-检测装置(12)，用于检测第一信号和第二信号之间的相位；以及
-控制装置(13)，用于控制可调阻抗网络(14)，对所述匹配的检测做出响应。
2.根据权利要求1所述的设备(5)，其中，所述第二级包括天线级(2)，所述第一级包括功率放大级(1)或转换级(3)。
3.根据权利要求1所述的设备(5)，其中，所述第一级包括功率放大级(1)，第二级包括转换级(3)天线级(2)。
4.根据权利要求1所述的设备(5)，其中，所述获得装置(11)包括元件(21)、作为输出信号的第一信号，以及通过元件(21)得到的第二信号。
5.根据权利要求4所述的设备(5)，其中，所述元件(21)包括无源元件，可调阻抗网络(14)包括可调电容器。
6.根据权利要求1所述的设备(5)，其中，所述检测装置(12)包括相位检测器(22-24)。
7.根据权利要求6所述的设备(5)，其中，所述相位检测器(22-24)包括用于限制第一和第二信号的第一和第二限流器(22，23)，用于混合被限定的第一和第二信号的混频器。
8.根据权利要求1所述的设备(5)，其中，所述控制装置(13)包括模-数转换器(25)以及数字电路(26)。
9.根据权利要求8所述的设备(5)，其中，所述数字电路(26)包括可逆计数器，所述可逆计数器包括模-数转换器25的输出端相连的计数输入端，以及与基带控制器相连的使能输入端。
10.一种控制匹配级(10)，用于使第二级与第一级匹配到，它包括：
-获得装置(11)，用于从第一级的输出信号得到第一信号和第二信号；
-检测装置(12)，用于检测第一信号和第二信号之间的相位；以及
-控制装置(13)，用于控制可调阻抗网络(14)，对所述匹配的检测做出响应。
11.一种使第二级与第一级匹配的方法，包括如下步骤：
-从第一级的输出信号得到第一信号和第二信号；
-检测第一信号和第二信号之间的相位；以及
-控制可调阻抗网络(14)，对所述匹配的检测做出响应。
12.一种使第二级与第一级匹配的处理器程序制品，它包括：
-从第一级的输出信号得到第一信号和第二信号；
-检测第一信号和第二信号之间的相位；以及
-控制可调阻抗网络(14)，对所述匹配的所述检测做出响应。
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