CN101997565B - 具有无线电装置中自适应阻抗匹配的匹配电路的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于无线电装置中自适应阻抗匹配的匹配电路。无线电装置的阻抗匹配电路接收天线信号并且使诸如电容器之类的其匹配元件被逐次切换到电路中，随后使用产生最高RSSI的匹配元件配置直到后续测试或天线阻抗改变为止。在发送器校准例程中算入了匹配电路的效果，从而匹配电路对半双工和全双工都起作用。

Description

具有无线电装置中自适应阻抗匹配的匹配电路的系统及方法

技术领域

本发明一般地涉及无线电装置(radio)中用于自适应匹配阻抗的电路。 

背景技术

无线电装置通常用在无线笔记本、诸如移动电话之类的无线消费电子设备等中，以提供到网络的无线连通性。在此可了解，无线电装置的天线的阻抗可能受用户的手在设备上的放置的影响并且可能受附近的可能使无线电装置性能降级的其它物体的影响。 

在此还可了解，不仅解决上述问题将是有利的，而且以不仅在半双工模式中而且在全双工模式中起作用的方式来解决该问题也将是有利的，其中，在半双工模式中，发送器性能不一定受天线的接收器侧阻抗的改变的影响，而在全双工模式中，发送器性能通常随着天线阻抗改变而受影响。 

发明内容

一种系统具有与天线通信的收发器以及在天线与收发器之间的通信路径中的匹配网络。匹配网络包括可从第一配置和第二配置切换的至少第一组匹配元件，在第一配置中，该组中的至少第一匹配元件不在通信路径中，而在第二配置中，第一匹配元件在通信路径中。处理器控制匹配网络以建立第一和第二配置，并确定相应的第一和第二性能度量。处理器建立具有最佳性能度量的配置。 

匹配元件可以是电容器、电感器或电阻器。在一些实施例中，性能度量是接收信号强度指示(RSSI)，更具体地可以是平均RSSI。 

一些示例预见系统可在至少第一和第二频带中操作。在此情况中，匹配网络可包括至少第二组匹配元件，其中，当系统在第一频带中操作时， 处理器选择第一组匹配元件，而当系统在第二频带中操作时，处理器选择第二组匹配元件。 

如下面更完整描述地，可算入第一和第二配置来校准发送器以在匹配网络在使用中的情况下辅助全双工模式操作。一组匹配元件可以建立配置或“T”配置或“L”配置，并且本发明可毫无限制地结合PCS、TDMA、GSM、Edge、UTMS、CDMA 1x-RTT、1X-EVDO、802.11a、802.11b、802.11g、802.11n、Wimax、LTE使用。 

在另一方面，一种系统包括与天线通信的收发器。该收发器包括接收器和发送器。匹配电路在所述天线和所述收发器之间的通信路径中。该匹配电路包括可从第一配置和第二配置切换的第一组匹配元件，在所述第一配置中，所述组中的至少第一匹配元件不在所述通信路径中，而在所述第二配置中，所述第一匹配元件在所述通信路径中。处理器控制所述匹配电路建立所述第一配置和所述第二配置并确定相应的第一性能度量和第二性能度量。所述处理器建立具有最佳性能度量的配置。所述发送器被配置为算入所述匹配电路，以使得所述匹配电路可用在全双工模式中。 

在又一方面中，一种方法包括判断接收器的接收性能指数是否未能满足阈值。仅在指数未能满足阈值的情况下，则该方法包括为与无线电装置天线通信的阻抗匹配电路建立多个配置并确定每一配置的接收性能指数。该方法包括基于确定接收性能指数的动作来在电路中建立所述配置之一。 

建立多个配置的动作可以仅在接收器不在活动地接收数据呼叫时执行。此外，与该接收器相关联的发送器的校准可被建立以算入阻抗匹配电路的效果。此外，在非限制性示例中，该方法可包括确定当前结合接收器使用的调制，其中，阈值取决于当前所使用的调制。 

可参考附图来最佳地理解本发明在其结构和操作二者方面的细节，在附图中，相似标号指示相似部件，并且其中： 

附图说明

图1是具有本匹配电路的示例无线电装置的框图； 

图2是根据本发明的示例匹配电路的框图； 

图3是由匹配电路实现的示例逻辑的流程图； 

图4是阈值查找表的示意图；以及 

图5-7示出了替代匹配电路。 

具体实施方式

首先参考图1，可包含在诸如便携式计算机或无线电话之类的便携式电子设备11中的无线电装置10包括向匹配电路14发送以及从匹配电路14接收信号的天线12，天线12的一个示例在下面参考图2进一步描述。匹配电路14可连接到一个或多个诸如双工器之类的滤波器类型组件。在图示示例中，匹配电路14与蜂窝双工器16、个人通信服务(PCS)双工器18和长期演进(LTE)双工器或发送/接收器(T/R)开关20通信。 

各个组件16-20进而与射频(RF)收发器24的接收器/下变频器22通信。接收器/下变频器将RF域中的信号变换到中频(IF)，IF信号被发送到主机处理器26的接收器I&Q解调器25以将IF信号解调到基带，主机处理器对基带信号进行处理。 

到目前为止所公开的装置还具有发送器侧，更具体地，在处理器26中设置了发送器I&Q调制器28用于将基带信号调制到IF，IF信号被收发器24中的上变频器30上变频到RF域。当如图2的非限制性示例所示那样设想三个发送方案时，上变频器30将RF信号发送到与蜂窝功率放大器34通信的蜂窝滤波器32，蜂窝功率放大器34进而可连接到蜂窝定向耦合器36。蜂窝定向耦合器36与蜂窝双工器16通信，如图所示。 

此外，上变频器30还将RF信号发送到与PCS功率放大器40通信的PCS滤波器38，PCS功率放大器40进而可以与PCS定向耦合器42通信。PCS定向耦合器42与PCS双工器18通信，如图所示。在图2的示例中，上变频器30将RF信号发送到与LTE功率放大器46通信的LTE滤波器44，LTE功率放大器46进而可以与LTE定向耦合器48通信。LTE定向耦合器48与LTE双工器或T/R开关20通信，如图所示。如果需要，所有这三个耦合器36、42和48可相互通信，并且至少一个耦合器48可为了即将公开的目的而与收发器24中的功率检测器50通信。 

完善对图1的描述，主机处理器26可执行开关控制寄存器或I/O 52，用以根据下面的原理来配置匹配电路14。此外，处理器26可访问诸如基于盘的存储器之类的存储器或者诸如闪存54之类的固态存储器，它们能够存储下面进一步描述的查找表等。 

现在参考图2，可见示例匹配电路14的细节。匹配电路14可以仅具有单组匹配元件，但是在图示示例中，匹配电路14具有56、58、60这三组匹配元件62，一组匹配元件与相应的一双工器16-20通信，如图所示。由处理器26控制的开关64确定56-60中的哪组匹配元件与天线12通信。可很容易理解，处理器26针对无线电装置10正在操作的特定模式来适当地配置开关64。以这种方式，避免了否则将很大且比较笨重的一组匹配元件，这是因为各组56-60匹配元件由于仅仅必需适配它们恰好对应的频带(例如，蜂窝、PCS或LTE)而可有利地具有较小尺寸。 

在图2的示例中，单组中的匹配元件是电容器，并且如图所示彼此并联连接来建立形状配置。可替代地，如下面参考图5-7进一步描述地，可使用匹配元件的“T”形状配置或“L”形状配置。取代电容器，可以使用较不优选的电感器或电阻器作为匹配元件。如图所示，各组56-60匹配元件可通过相应的对置电感器“l”来接地。如果需要，电感器“l”也可被切换到电路中或者切换出电路，作为构成匹配电路14的一部分。 

图3示出了在配置匹配电路14时处理器26的示例逻辑。开始于上电和网络连接状态66，在一些实施例中，该逻辑可移至判定菱形块68以判断是否通过无线电装置10在进行活动呼叫或其它数据通信。此外，可将计数器“n”初始化为零。 

如果有呼叫在进行中，则逻辑可移至块70以防止下面描述的调谐处理直到呼叫结束为止，并为匹配电路14中的匹配元件网络建立默认配置。在其它实施例中，调谐处理可继续进行而不管是否有活动的呼叫。 

在图示示例中，当没有活动的呼叫时(或者在省略判定菱形块68处的活动呼叫测试的情况下在上电之后立即)，逻辑移至块72以检查性能的度量。在一个实施例中，处理器26确定收发器中的接收信号强度指示(RSSI)。在其它实施例中，可以使用其它性能度量，例如，信噪比、误 比特率等等。 

此外，在块72，处理器26还确定使用中的当前调制协议。在图1和2的示例中，当前协议将是蜂窝或PCS或LTE。 

继续进行到判定菱形块74，处理器26判断对于使用中的该调制协议，性能度量(例如，RSSI)是否违反灵敏度阈值。这可通过访问存储器54以进入使用中的当前调制协议的RSSI阈值查找表来完成。下面将参考图4进一步论述示例表。如果需要，可对所查找的阈值与当前的瞬时RSSI进行比较，但是在图3所示的示例中，处理器26计算多个(例如两个或更多个)周期上的平均RSSI，并在判定菱形块74对该平均实际RSSI与阈值进行比较。 

如果实际RSSI并不违反阈值，则在一些实现方式中，为了限制额外处理，逻辑可以流动到判定菱形块76以判断判定菱形块74处的最近RSSI测试的数目是否等于阈值数目，例如2。如果不等，则在块78逐一递增“n”，并且逻辑循环回到块72。另一方面，如果“n”满足阈值，则逻辑移至块70。 

在判定菱形块74处RSSI值不满足阈值的情况下，在一些实施例中，逻辑可包括判定菱形块80处的另一测试以判断接收器的低噪放大器(LNA)增益是否被设定为最高状态，如果没有，则在块82将其设定到最高状态。在任意情况下，匹配电路14中的所选组56-60的匹配元件62的调谐开始于块84，其中，第一匹配元件62被切换到电路中，并且在块86记录RSSI，然后是第二元件等等，当一次一个地逐次将匹配元件切换到电路中时，记录RSSI值。如果需要，在较不优选的实施例中，逐次切换可以包括按照一次两个或更多个元件62的切换。当从而已经切换入所有匹配元件62时，在块88选择具有最高RSSI的配置。这样，例如，如果前三个元件62产生最高RSSI，则这就是在块88为匹配电路14选择的配置。处理在状态89结束。 

图4示出了可存储在介质54中并如上所述在块74使用的一个示例非限制性查找表90。 

本发明预见了在许多通信协议中的使用，所述通信协议包括但不限于 PCS、TDMA、GSM、Edge、UTMS、CDMA 1x-RTT、1X-EVDO、802.11a、802.11b、802.11g、802.11n、Wimax、LTE。此外，本发明预见了在半双工模式和全双工模式二者中的使用，并且对于后者，通过在发送器校准例程中并入了匹配电路14的效果来避免发送器性能的降级。 

具体而言，在发送器校准期间，在各种组合中单个地或者成组地将上述接收器匹配元件切换到电路中以及切换出电路。这导致了发送器阻抗的改变，发送器阻抗的改变进而会影响发送器输出功率、增益、杂散发射等。因此，对于每一个匹配元件组合，在校准期间对发送器进行调谐以最优化发送器性能。可通过针对每一匹配元件组合所呈现的阻抗来建立特定增益、输入功率等从而调谐发送器链。针对每一阻抗的发送器设定可被存储在校准表中，在操作期间可访问该校准表，以使得当如上所述将接收器中的匹配元件切换到电路中以及切换出电路时，改变与相关阻抗相对应的发送器设定来最优化发送器性能。 

图5示出了“T”型匹配电路100，其中，两组102、104匹配元件连接到公共的交叉线106，该交叉线106的一端连接到开关，而另一端连接到双工器或T/R开关。在图6和7中，示出了“L”型电路，其中，匹配电路108连接到交叉线110，交叉线110进而连接到开关和双工器或T/R开关，如图所示。图6和图7的区别在于：在图6中，交叉线110通过双工器/T/R开关侧的电感器112接地，而在图7中，交叉线110通过开关侧的电感器112接地。 

虽然这里示出并详细描述了具体的“用于无线电装置中的自适应阻抗匹配的匹配电路”，但是，应当了解，本发明所包含的主题仅由权利要求限定。 

例如，可将匹配电路14的全部或一部分移至收发器的集成电路中。此外，可将图3的逻辑的全部或一部分实现为软件例程的一部分。 

Claims (19)

1.一种无线电系统，包括：

至少一个天线；

与所述天线通信的至少一个收发器；

在所述天线与所述收发器之间的通信路径中的匹配网络，所述匹配网络包括：

可从第一配置和第二配置切换的至少第一组匹配元件，在所述第一配置中，所述第一组匹配元件中的至少第一匹配元件不在所述通信路径中，在所述第二配置中，所述第一匹配元件在所述通信路径中；以及

处理器，控制所述匹配网络以建立所述第一配置和所述第二配置，并确定相应的第一性能度量和第二性能度量，所述处理器建立具有最佳性能度量的配置，

其中，所述匹配网络还包括至少第二组匹配元件，第一组和第二组匹配元件连接到公共的交叉线，交叉线的一端连接到建立第一配置和第二配置的开关，交叉线的另一端连接到双工器或发送/接收(T/R)开关，交叉线在第一组和第二组匹配元件之间接地。

2.根据权利要求1所述的无线电系统，其中，所述匹配元件是电容器。

3.根据权利要求1所述的无线电系统，其中，所述匹配元件是电感器或电阻器。

4.根据权利要求1所述的无线电系统，其中，所述第一性能度量和第二性能度量是接收信号强度指示RSSI。

5.根据权利要求4所述的无线电系统，其中，所述第一性能度量和第二性能度量是平均RSSI。

6.根据权利要求1所述的无线电系统，其中，所述无线电系统至少可在第一频带和第二频带中操作，并且当所述无线电系统在所述第一频带中操作时，所述处理器选择所述第一组匹配元件，当所述无线电系统在所述第二频带中操作时，所述处理器选择所述第二组匹配元件。

7.根据权利要求1所述的无线电系统，其中，所述收发器包括接收器和发送器，并且所述发送器被校准以算入所述第一配置和所述第二配置。

8.根据权利要求1所述的无线电系统，其中，交叉线在第一组和第二组匹配元件之间通过电感器接地。

9.根据权利要求6所述的无线电系统，其中，所述第一频带和所述第二频带是从PCS、TDMA、GSM、Edge、UTMS、CDMA1x-RTT、1X-EVDO、802.11a、802.11b、802.11g、802.11n、Wimax、LTE中选择的。

10.一种无线电系统，包括：

至少一个天线；

与所述天线通信的至少一个收发器，所述收发器包括接收器和发送器；

在所述天线和所述收发器之间的通信路径中的匹配电路，所述匹配电路包括：

可从第一配置和第二配置切换的至少第一组匹配元件，在所述第一配置中，所述第一组匹配元件中的至少第一匹配元件不在所述通信路径中，而在所述第二配置中，所述第一匹配元件在所述通信路径中；以及

处理器，控制所述匹配电路建立所述第一配置和所述第二配置并确定相应的第一性能度量和第二性能度量，所述处理器建立具有最佳性能度量的配置，所述发送器被配置为算入所述匹配电路，以使得所述匹配电路可用在全双工模式中，

其中，第一组匹配元件连接到交叉线，交叉线连接到建立第一配置和第二配置的开关和连接到双工器或发送/接收(T/R)开关，交叉线在双工器或发送/接收(T/R)开关和第一组匹配元件之间通过电感器接地。

11.根据权利要求10所述的无线电系统，其中，所述匹配元件是电容器。

12.根据权利要求10所述的无线电系统，其中，所述第一性能度量和第二性能度量是接收信号强度指示RSSI。

13.根据权利要求10所述的无线电系统，其中，当所述收发器在活动地接收或发送呼叫时，所述处理器不对所述匹配电路进行重配置。

14.根据权利要求10所述的无线电系统，其中，所述无线电系统至少可在第一频带和第二频带中操作，并且所述匹配电路还包括至少第二组匹配元件，当所述无线电系统在所述第一频带中操作时，所述处理器选择所述第一组匹配元件，而当所述无线电系统在所述第二频带中操作时，所述处理器选择所述第二组匹配元件。

15.根据权利要求10所述的无线电系统，其中，所述第一组匹配元件建立“π”配置或“T”配置或“L”配置。

16.根据权利要求14所述的无线电系统，其中，所述第一频带和所述第二频带是从PCS、TDMA、GSM、Edge、UTMS、CDMA、1x-RTT、1X-EVDO、802.11a、802.11b、802.11g、802.11n、Wimax、LTE中选择的。

17.一种用于阻抗匹配电路的方法，包括：

判断接收器的接收性能指数是否未能满足阈值；

仅在所述指数未能满足所述阈值时，为与无线电装置天线通信的阻抗匹配电路建立多个配置；

针对每一配置确定接收性能指数；

基于确定接收性能指数的动作来在电路中建立所述配置之一；以及

仅在所述接收器不在活动地接收数据呼叫时才执行建立多个配置的动作，其中，阻抗匹配电路包括至少第一组匹配元件和用于建立所述配置中的至少两个配置的配置开关，其中，第一组匹配元件连接到交叉线，交叉线连接到所述配置开关和连接到双工器或发送/接收(T/R)开关，交叉线在所述配置开关和第一组匹配元件之间通过电感器接地。

18.根据权利要求17所述的方法，包括建立与所述接收器相关联的发送器的校准以算入所述阻抗匹配电路的效果。

19.根据权利要求17所述的方法，包括确定当前结合所述接收器使用的调制，所述阈值取决于当前所使用的调制。