CN101447597A

CN101447597A - 通信设备

Info

Publication number: CN101447597A
Application number: CNA2008101774292A
Authority: CN
Inventors: 山川淳二郎
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Electronics Corp; NEC Corp
Priority date: 2007-11-27
Filing date: 2008-11-27
Publication date: 2009-06-03
Also published as: US8311502B2; US8135369B2; JP2009130809A; US20120122393A1; US20090135801A1

Abstract

本发明提供一种通信设备。衰减器的衰减特性根据输入信号的频率产生很大变化。相应地，包括在通信设备中的每两个衰减器中的增益衰减量之间的差异不恒定。在使用无线USB的通信中，该差异需要在2dB±1dB的范围之中。所以，通信设备不满足无线USB的标准，除非对在衰减器的衰减量之间的差异进行调整。基于此方面的考虑，提供包括对信号进行衰减的第一和第二衰减器的通信设备。第二衰减器提供有调节器电路，其调整通过第一衰减器的信号的衰减量和通过第二衰减器的信号的衰减量之间的关系。

Description

通信设备

技术领域

本发明涉及通信设备，并且具体涉及提供有对输入信号增益进行衰减的衰减器的通信设备。

背景技术

在使用宽带和高频信号执行通信的超宽带(UWB)通信系统中，可以将具有宽频率范围的信号用于执行通信。相应地，在该UWB通信系统中，在各自通信设备使用跳频的情形下执行通信。图1示意性地示出通信设备101和通信设备102执行通信的状态。例如，考虑在使用跳频时，通信设备101将信号发送给通信设备102的情形。这里假定由于来自其他通信设备的影响，噪声等混进来自通信设备101的信号，因此使信号质量劣化。例如，当诸如蜂窝电话的移动通信终端在任何通信设备附近执行通信时，会出现这种情形。在这种情形中，通信设备102通过使用包括在所接收信号中的噪声量，检测从通信设备101发送的信号质量的劣化，并随后将指示该信息的信号发送给通信设备101。通信设备101通过从通信设备102发送出的信号获取关于所发送信号质量的劣化的信息。这里，在该情形中，已知有一种通过衰减要发送信号的增益来抑制信号质量劣化的方法。在该方法中，通信设备101将要发送信号的增益进行衰减，并随后将要发送信号再次发送给通信设备102。

为此，通信设备101和102的每个均提供有衰减器，该衰减器是用于衰减要发送信号的增益的电路。这里，http://www.mwave-lab.jp/vr_att.htm(非专利文件1)公开了一种包括多个衰减器并通过开关切换衰减器来调整要发送信号的增益的技术。具体而言，通信设备101和102的每个均包括多个衰减器，该多个衰减器具有对信号增益的不同衰减量。通信设备101和102的每个均选择一个衰减器作为发送要发送信号所必须的衰减器，同时用适当的衰减量衰减信号的增益。

同时，已知在日本未审查专利申请公开第平6-334504号(专利文件1)中公布了一种衰减器，该公开实现上述衰减器的具体电路结构。图2示出专利文件1中公布的衰减器的电路结构。该衰减器是T型衰减器，其由串联连接的场效应晶体管(FET)201和202以及以分流方式连接于此的另一FET 203的电路而构成。当通过调整栅极电压使FET 203的源极和漏极之间的路径导通时，从衰减器的输入端子(IN)输入的信号分流成通过FET 202的分量和通过FET 203的分量。结果是衰减了从输出端子(OUT)输出信号的增益。

这里，已知衰减器的增益的衰减量根据输入信号的频率而变化。具体而言，衰减器的增益的衰减量具有频率特性。衰减器的增益的衰减量具有频率特性的原因是组成衰减器的各个电路元件具有寄生元件组件。参照图2中的FET 201和FET 203，显然FET 201和FET 203的每个均有寄生电容器和寄生电阻器。到衰减器的输入信号也通过寄生电容器被分流。另外，因为寄生电容器的阻抗根据输入信号的频率而变化，所以通过寄生电容器分流的电流量也根据到衰减器的输入信号的频率而变化。因为到衰减器的输入信号以对应于输入信号频率的量泄漏通过寄生电容器，所以将从衰减器输出的电流量也根据输入信号的频率而变化。如果将从衰减器输出的电流量根据输入信号的频率而变化，那么将从衰减器输出的信号的增益也根据频率而变化。结果是到衰减器的输入信号的增益的衰减量具有频率特性。

本发明人已经发现上述传统技术的下列问题。近些年，应用UWB通信系统的使用无线USB(通用串行总线)的通信已引起人们注意。在使用无线USB的通信中，根据其标准，由无线USB使用的频带内，包括在通信设备中的两个衰减器的每个的增益的衰减量之间的差异需要满足2dB±1dB的范围。例如，假定一种情形，其中通信设备提供有四个具有不同增益衰减量的衰减器ATT1到ATT4，并且通信设备通过使这些衰减器相互切换，来使用这些衰减器ATT1到ATT4。这种情况下，在无线USB使用的频带内，衰减器ATT1和ATT2分别具有的增益的衰减量之间的差异、衰减器ATT2和ATT3分别具有的增益的衰减量之间的差异、以及衰减器ATT3和ATT4分别具有的增益的衰减量之间的差异需要满足2dB±1dB的范围。但是，如上所述，根据输入信号的频率，每个衰减器具有很大变化量的增益衰减。相应地，在无线USB使用的频带内，一般在每两个衰减器之间的增益衰减量之间的差异不是恒定的。图3示出具体实例。图3示出衰减器的增益的衰减量的频率依赖性。纵轴指示衰减量，而横轴指示输入信号的频率。同时，曲线图中“要使用的频带”指示无线USB使用的频率范围。这里，例如，曲线C示出了包括在通信设备中的衰减器ATT1的衰减特性，而曲线D示出了包括在通信设备中的衰减器ATT2的衰减特性。显然，对于输入信号频率上的变化，曲线C和曲线D具有不同的变化率。结果是，衰减器ATT1的增益的衰减量和衰减器ATT2的增益的衰减量之间在A点上的差异与衰减器ATT1的增益的衰减量和衰减器ATT2的增益的衰减量之间在B点上的差异有很大不同。相应地，在图3所示的实例中，在衰减器ATT1和ATT2的增益的衰减量之间的差异在要使用的频带中不恒定，衰减器ATT1具有用曲线C指示的衰减特性，而衰减器ATT2具有用曲线D指示的衰减特性。如果这些衰减器ATT1和ATT2在基于无线USB的通信设备中使用，那么产生的问题是通信设备不满足无线USB的标准。

发明内容

根据本发明的通信设备包括对信号进行衰减的第一和第二衰减器。第二衰减器包括调节器电路，以调整通过第一衰减器的信号的衰减量和通过第二衰减器的信号的衰减量之间的关系。当设计通信设备时，电路设计者可以通过使用该调节器电路，对通过第一和第二衰减器的信号的衰减量的差异进行调整。

根据本发明，电路设计者可以调整在一个衰减器和另一衰减器的信号的衰减量之间的差异，这些衰减器包括在通信设备中。

附图说明

结合附图，从对特定优选实施例的以下描述中，本发明的上述和其它目的、优点和特征将变得更加明显，其中：

图1是示出执行通信的多个通信设备的示图。

图2是示出根据专利文件1的T型衰减器的电路结构的示图。

图3是示出在两个衰减器之间的衰减特性差异的曲线图。

图4是示出本发明的通信设备的结构的示图。

图5是示出衰减器结构的示图，该衰减器包括作用为调节器电路的电容元件。

图6是示出在使用包括作用为调节器电路的电容元件的衰减器的情形中，衰减特性变化的曲线图。

图7是示出衰减器的另一结构的示图，该衰减器包括作用为调节器电路的电容元件。

图8是示出在改变作用为调节器电路的电容元件的电容值的情形中，衰减特性变化的曲线图。

图9是示出衰减器的另一结构的示图，该衰减器包括作用为调节器电路的电容元件。

图10仍然是示出衰减器的另一结构的示图，该衰减器包括作用为调节器电路的电容元件。

图11是示出衰减器的又一结构的示图，该衰减器包括作用为调节器电路的电容元件。

具体实施方式

现在将参照说明性实施例描述本发明。在本领域的技术人员将意识到通过使用本发明的教导，可以完成很多替代实施例，并且本发明不受限于出于解释目的所举例的实施例。

以下将参照附图描述本发明的实施例。图4示出根据本发明实施例的通信设备400的结构。通信设备400包括：发射信号处理单元401，其在发射侧执行信号处理，所述信号处理例如数字基带处理或调制处理；驱动放大器402，其对从发射信号处理单元401输出的信号进行放大；以及接收信号处理单元411，其在接收侧执行信号处理，所述信号处理例如数字基带处理或调制处理。从驱动放大器402输出的信号或者从天线407直接输出，或者在通过衰减器403到406(ATT1到ATT4)中的任何一个之后从天线407输出。例如，可以将衰减器ATT1到ATT4设计为具有以降序排列的信号的增益的各种衰减量。选择器408基于来自控制器409的指令，确定将从驱动放大器402输出的信号发送到天线407的通路。当控制器409通过接收通路和接收信号处理单元411，接收到通知控制器409从其发送的信号质量劣化的通知信号时，控制器409基于从驱动放大器402的输出确定要发送信号的增益的衰减量，还确定衰减器ATT1到ATT4的增益的衰减量，其中，所述衰减量预先已写入存储器410。接着，控制器409将指令发送给选择器408，使得选择器408可以选择合适的衰减器来完成必需的增益的衰减量。天线407从衰减器ATT1到ATT4中的任何一个接收带有衰减增益的信号，并输出该信号。这里存储器410存储关于哪个衰减器在哪个频率上具有多少衰减量的信息。注意，信号的质量是否劣化是通过作用为通信设备400的通信相应部分的不同通信设备进行判断的。还将上述通知信号从上述不同的通信设备发送到通信设备400。例如，一种判断质量劣化的方法是使用接收信号的信噪比。当信噪比劣化到预定程度时，不同通信设备将通知信号发送给通信设备400。

接着，图5示出根据本实施例的在通信设备400中使用的衰减器。图5示出在通信设备中使用的衰减器500。衰减器500是双端子对网络(双端口电路)，其包括在由端子501和端子503组成的端口和由端子502和504组成的端口之间的电路元件。在衰减器500中，作为是一种场效应晶体管的金属氧化半导体(MOS)晶体管505和506在端子501和端子502之间串联连接，作为第一电路和第二电路的实例。另外，衰减器500包括以分流方式连接在MOS晶体管505和506之间的MOS晶体管507。这里由MOS晶体管505到507组成的电路509是由MOS晶体管组成的通常的T型衰减器。另外，电容元件508相对T型衰减器，以分流方式连接在MOS晶体管505和506之间。由于在双端子对网络中，MOS晶体管507和电容元件508作用为分流组件，所以它们还连接到在端子503和端子504之间连接的互连上。比如，可以将电容元件508的值设置为20[fF]。这些MOS晶体管一般由n型MOS晶体管所构成。但是，也可以应用p型MOS晶体管。另外，MOS晶体管505到507的每个均包括栅极端子。

图6示出当使用图5所示的衰减器500时，衰减特性是如何变化的。纵轴表示衰减量，而横轴表示频率。这里，将在通信中使用的频率范围标示为“要使用的频带”。这里，在包括在图4所示的通信设备400内的衰减器之中，假定衰减器ATT1具有衰减特性C。接着，假定由图5中的电路509组成的T型衰减器具有衰减特性D。在此情形中，如果由电路509组成的T型衰减器应用于通信设备400中的衰减器ATT2，那么在衰减器ATT1和ATT2之间的衰减量的差异在要使用的频带中变化很大。相应地，假定将图5所示的衰减器500用作为衰减器ATT2，其中分流电容器508被添加到由电路509组成的T型衰减器中。该衰减器500具有衰减特性E。在衰减器500中，分流电容器508连接在由电路509组成的T型衰减器中的MOS晶体管505和506之间。为此，在衰减器500的情形中，与由电路509组成的T型衰减器相比，输入信号的分流分量增加而输出信号的电流量降低。结果是，相对由电路509组成的T型衰减器，衰减器500更大地衰减输入信号的增益。另外，随着输入信号具有更高的频率，该分流电容器508对输入信号的增益的衰减变得更大。这可以归因于分流电容器508的阻抗依照输入信号的频率的增加而衰减的事实，因此通过分流电容器508分流的电流分量增加了。换言之，可以这么说，分流电容器508是调节器电路，用于调整输入信号的增益的衰减量。电路设计者估计衰减特性，同时改变分流电容器508的电容值，并确定实现衰减特性的电容值，由此使相对于衰减特性C的衰减量的差异在要使用的频带中恒定。此后，电路设计者可以在通信设备400中，将包括具有预定电容值的插入分流电容器508的衰减器500用作为衰减器ATT2。结果是，在要使用的频带中，在衰减器ATT1和ATT2之间的衰减量的差异变得恒定。

以上已经描述的关于以下概念：假定包括在通信设备400中的衰减器ATT1具有衰减特性C时，将图5所示的衰减器500应用到ATT2，以在衰减器ATT1和ATT2之间实现恒定的增益衰减量的差异。相类似地，为了在包括在通信设备400中的衰减器ATT2和ATT3之间实现恒定的增益衰减量的差异，还可以将图5所示的衰减器500应用于衰减器ATT3。在此情形中，适当地确定分流电容器508，以在要使用的频带中，在衰减器ATT2和ATT3之间，实现恒定的增益衰减量的差异，并且可以将应用具有该电容值的分流电容器508的衰减器500用作为衰减器ATT3。相类似地，当在衰减器ATT3和ATT4之间实现恒定的增益衰减量的差异时，还可以将衰减器500用作为衰减器ATT4。

图7示出衰减器700，其通过用可变电容元件708来代替根据图5的衰减器500中的电容元件508而形成。在衰减器700的电路元件中，除了可变电容元件708以外的结构与衰减器500的结构相类似。例如，电路设计者将衰减器700应用于从包括在通信设备400中的衰减器ATT1和ATT2中选出的衰减器ATT2。随后，估计在衰减器ATT1和ATT2之间的衰减特性的差异，同时改变可变电容元件708的电容值。电路设计者确定在要使用的频带中实现恒定差异的合适电容值，其中，该要使用的频带覆盖通信中使用的频率。相类似地，可以通过使用衰减器700来调整包括在通信设备400中的衰减器ATT3和ATT4之间的衰减量的差异。

图8示出在将MOS晶体管705和706的每个栅宽均设置为13.5[μm]，将MOS晶体管707的栅宽均设置为18.2[μm]，并将可变电容元件708的电容值改变为0[fF]、20[fF]、50[fF]和100[fF]的情形下，衰减器700的衰减特性的变化，其中，MOS晶体管705到707和可变电容元件708组成根据图7的衰减器700。显然从图8中，可以通过改变可变电容元件708的电容值来调整衰减器700的衰减特性。

图9示出衰减器900，其中将另外两个电容元件进一步添加到图7所示的衰减器700。该衰减器900可用于在图4所示的通信设备400中的每个衰减器。衰减器900包括MOS晶体管905、906和907以及可变电容元件908，其与图7中的衰减器700中的电路元件相类似。另外，衰减器900包括附加电容元件909和910。衰减器900除了电容元件908以外还包括电容元件909和910。相应地，可以减小对衰减特性的影响，该影响是在生产衰减器900时这些电容元件的电容值变化所造成的。技术上，衰减器的衰减特性可以通过分析S12和S21的频率特性来获得，S12和S21是散射矩阵(S矩阵)的对角元素。这里对这些S12和S21的值产生很大影响的参数之一是电容元件的电容值。所以，衰减器900在电路中提供有多个电容元件，以使得可以减小由电容元件的改变而引起的S12或S21的变化，其中，S12或S21是散射矩阵的对角元素。具体而言，S12和S21是分数参数。因此，通过在电路中提供多个电容元件，根据电容值变化的项被包括在S12或S21的分母和分子之中。相应地，即使在生产各个元件时，电容元件908、909和910发生了变化，通过在分母中的变化和分子中的变化也可以抵消在S12或S21的变化。结果是，可以从S12或S21获得的衰减特性不会由于在生产时电容元件908、909、和910的电容值的变化而发生很大改变。

图10示出具有不同电路结构的衰减器1000。电路设计者还可以将该衰减器1000应用于包括在通信设备400中的每个衰减器。在该衰减器1000中，电阻器1011、1012、和1013分别连接到组成衰减器1000的MOS晶体管1005、1006、和1007的栅极。例如，将电阻器1011、1012和1013的电阻值分别设置为1[kΩ]。通过将电阻器分别连接到MOS晶体管1005、1006和1007的栅极，可以防止在在端子1001上所接收的输入信号分别通过MOS晶体管1005、1006和1007的栅极互连泄漏。这是因为通过电阻器1011、1012和1013的高阻值，可以将漏电流的值抑制到较低水平。注意，图10所示的衰减器1000包括电容元件1009和1010。但是，这些电容元件产生的效果与包括在根据图9的衰减器900中的电容元件909和910的相类似。所以，这些元件不是防止在端子901上所接收到的输入信号分别通过MOS晶体管905、906和907的栅极线泄漏的关键元件。

图11示出衰减器1100，其中根据图10的衰减器1000中的可变电容元件1008的功能由MOS晶体管来实现。电路设计者可以将该衰减器1100应用于在通信设备400中的每个衰减器。图11所示的衰减器1100包括MOS晶体管1107、1110和1113，以及分别串联连接到这些MOS晶体管1107、1110和1113的电容元件1108、1111和1114。施加到MOS晶体管1107、1110和1113的每个栅极的电压是受控的，由此来改变源极和漏极相互导通的MOS晶体管的数量，从而实现可变电容器元件。在MOS晶体管1107、1110和1113中，源极和漏极相互导通的MOS晶体管的数量较多，则使得分流的输入信号分量大。这等效意味着图10中的可变电容元件1008的电容值增大。相反，在MOS晶体管1107、1110和1113中，源极和漏极相互导通的MOS晶体管数量较少，则使得分流的输入信号分量小。这等效意味着图10中的可变电容器元件1008的电容值减小。注意，在图11中，三个MOS晶体管1107、1110和1113用于实现等效可变电容元件，并且三个电容元件1108、1111和1114用于实现等效可变电容元件。但是，MOS晶体管和电容元件的数量不限于三个。例如，电路设计者可以根据电容值将要变化的范围，适当地选择MOS晶体管和电容元件的数量。另外，电容器元件1116和1117呈现的效果与包括在根据图9的衰减器900中的电容元件909和910的相同，并且它们不是实现等效可变电容的关键组件。另外，电阻1118和1119呈现的效果与包括在根据图10的衰减器1000中的电阻1011和1013的相同，并且它们不是实现等效可变电容的关键组件。

通过使用上述衰减器，电路设计者可以通过包括在通信设备中的各个衰减器并且调整在各个衰减器中的衰减量的差异来调整衰减量。注意，在图10中，电阻器1011、1012和1013与电容器1009和1010一起被提供，其中，提供电容器1009和1010是为了减少由于在生产电容器时的变化所造成的对衰减量的影响。这里也可以仅将电阻器1011、1012和1013应用于图5所示的衰减器500或者图7所示的衰减器700。同时，在图11中，除了电容器1116和1117以及电阻器1109、1112、1115、1118和1119以外，还提供了MOS晶体管1107、1110和1113，以及串联连接到各个MOS晶体管1107、1110和1113的电容元件1108、1111和1114，其中，提供电容器1116和1117是为了减少在生产电容器时的变化所造成的对衰减量的影响，电阻器1109、1112、1115、1118和1119是为了防止MOS晶体管到栅极互连的漏电流。可选择地，还可以将MOS晶体管1107、1110和1113以及分别串联连接到这些MOS晶体管1107、1110和1113的电容元件1108、1111和1114应用到图5所示的衰减器500的分流电容器508，或是应用到图7所示的衰减器700的分流电容器708。

很显然，本发明并不受限于上述实施例，而是可以在不偏离本发明的范围和精神的前提下进行修改和变化。

Claims

1.一种通信设备，包括：

第一和第二衰减器，所述第一和第二衰减器对信号进行衰减；以及

调节器电路，所述调节器电路对通过所述第一衰减器的信号的衰减量和通过所述第二衰减器的信号的衰减量之间的关系进行调整。

2.如权利要求1所述的通信设备，其中

所述调节器电路对具有在通信中可用频率的信号进行调整。

3.如权利要求2所述的通信设备，其中

所述调节器电路调整通过所述第一衰减器的信号的衰减量和通过所述第二衰减器的信号的衰减量之间的差异。

4.如权利要求3所述的通信设备，还包括：

切换电路，所述切换电路响应于用于指示发送的所述信号的质量劣化的通知信号，在使用所述第一衰减器和所述第二衰减器之间进行切换。

5.如权利要求4所述的通信设备，其中

所述第二衰减器包括：

T型双端子对网络，所述T型双端子对网络包括串联连接的第一和第二电路，以及在所述第一和第二电路之间以分流方式连接的第三电路；以及

所述调节器电路，所述调节器电路独立于所述第三电路，以分流方式连接在所述第一和第二电路之间。

6.如权利要求5所述的通信设备，其中

所述调节器电路是电容元件。

7.如权利要求6所述的通信设备，其中

所述电容元件具有可变电容值。

8.如权利要求5所述的通信设备，其中

所述调节器电路包括：

电容元件；以及

第一场效应晶体管，所述第一场效应晶体管串联连接到所述电容元件。

9.如权利要求5所述的通信设备，其中

所述第一电路是第二场效应晶体管，并且

电阻器连接到所述第二场效应晶体管的栅极端。

10.如权利要求5所述的通信设备，还包括：

电容元件，所述电容元件连接在所述第一电路和包括在所述双端子对网络内的端子之中的第一端子之间，所述第一端子接收所述信号。

11.如权利要求1所述的通信设备，其中

所述第一和第二衰减器并联连接在输入所述信号的输入端子和输出被衰减的信号的输出端子之间。

12.如权利要求1所述的通信设备，其中

基于所述信号的衰减量，选择性地使用所述第一和第二衰减器。