CN103828245B - 具有可变耦合因数的天线功率耦合器 - Google Patents

Abstract

公开了一种具有可变耦合因数的天线功率耦合器。在示例性实施例中，一种装置包括被配置成基于与多种传输技术相关联的发射信号功率来生成功率检测信号的耦合器，以及被配置成向该功率检测信号施加所选衰减因数以生成经调节的功率检测信号的可变衰减器，所选衰减因数与所选传输技术相关联。

Description

具有可变耦合因数的天线功率耦合器

优先权要求

本专利申请要求于2011年9月20日提交且被转让给本申请受让人并因而被明确援引纳入于此的题为“ANTENNA POWER COUPLER HAVING A VARIABLECOUPLING FACTOR(具有可变耦合因数的天线功率耦合器)”的美国临时专利申请No.61/537,020的优先权权益。

技术领域

本申请一般涉及对供与移动设备一起使用的天线系统的操作和设计，且更具体地涉及对天线功率耦合器的设计和操作。

背景技术

越来越需要使得无线设备能够在多个频带上进行高质量传送和接收。使用多个频带提供了提高的数据传输速度和/或增加的服务。遗憾的是，无线设备需要为每个频带执行功率校准。这导致了增加的校准时间。

对各种无线设备的另一项关注是发射功率可能耦合回到收发机，并且使操作降级或甚至使组件损坏。例如，在第三代(3G)和第四代(4G)技术中，天线处可能出现最大24dBm的额定功率。然而，在第二代(2G)系统中，天线处可出现最多达33dBm。该发射功率的某一部分将被耦合回收发机，并且结果是其性能会有风险。

因此，所需要且所提供的是一种具有可变耦合因数以扩展检测接收器的动态范围的天线功率耦合器，其用于减少校准时间并且保护收发机组件免受损坏或性能降级。

发明内容

公开了具有可变耦合因数的天线功率耦合器。在一示例性实施例中，一种用于无线通信的装置包括：耦合器，配置成基于与多种传输技术相关联的发射信号功率来生成功率检测信号；可变衰减器，配置成向所述功率检测信号施加所选衰减因数以生成经调节的功率检测信号，所选衰减因数由所述可变衰减器在与所选传输技术相关联的所有发射信号功率期间应用；以及检测接收器，配置成基于所选传输技术从存储器检索所选衰减因数并且将所选衰减因数输入所述可变衰减器。

在另一示例性实施例中，一种用于无线通信的设备包括：用于基于与多种传输技术相关联的发射信号功率来生成功率检测信号的装置；用于基于所选传输技术从存储器检索所选衰减因数的装置；以及用于向所述功率检测信号施加所选衰减因数以生成经调节的功率检测信号的装置，所选衰减因数在与所选传输技术相关联的所有发射信号功率期间被应用。

在又一示例性实施例中，一种用于无线通信的方法包括：基于与多种传输技术相关联的发射信号功率来生成功率检测信号；基于所选传输技术从存储器检索所选衰减因数；以及向所述功率检测信号施加所选衰减因数，以生成经调节的功率检测信号，所选衰减因数在与所选传输技术相关联的所有发射信号功率期间被应用。

附图说明

通过参照以下结合附图考虑的描述，本文中所描述的以上方面将变得更易于明了，在附图中：

图1解说包括提供接收机保护和快速校准的天线功率耦合器和可变衰减器的示例性实施例的设备；

图2解说包括位于天线开关之后的天线功率耦合器和可变衰减器的示例性实施例的设备；

图3解说包括位于功率放大之后但在天线开关之前的多个功率耦合器和一可变衰减器的示例性实施例的设备；

图4解说包括供在分集路径接收机中使用的天线耦合器和可变衰减器的示例性实施例的设备；

图5示出检测接收器的示例性实施例；

图6示出用于保护收发机免受过度发射功率反馈影响的装置的示例性实施例；以及

图7示出用于保护无线设备中的收发机免受过度发射功率反馈影响的方法的示例性实施例。

具体实施方式

下面结合附图阐述的详细描述旨在作为对本发明的示例性实施例的描述，而非旨在代表可在其中实践本发明的仅有实施例。贯穿本描述使用的术语“示例性”意指“用作示例、实例或解说”，并且不应一定解释成优于或胜于其它示例性实施例。本详细描述包括具体细节以提供对本发明的示例性实施例的透彻理解。对于本领域技术人员将显而易见的是，没有这些具体细节也可实践本发明的示例性实施例。在一些实例中，公知的结构和器件以框图形式示出以免湮没本文中给出的示例性实施例的新颖性。

图1解说包括提供接收机保护和快速自校准的天线功率耦合器108和可变衰减器110的示例性实施例的设备100。例如，设备100包括收发机102、功率放大器(PA)104、滤波器106、天线功率耦合器108以及可变衰减器110。天线功率耦合器108被配置成感测在宽频带上传输的信号的发射功率，并且生成功率检测信号112。可变衰减器110被配置成调节功率检测信号112的电平，并且向收发机102传递该经调节的检测信号114，在收发机102处该经调节的检测信号114由检测接收器116来接收。检测接收器116被配置成输出衰减器控制信号118以控制可变衰减器110的衰减器设置来对经调节的检测信号114的电平进行调节，以便保护收发机电子器件免受损坏或性能降级。检测接收器116还操作以向设备100提供与经调节的检测信号有关的信息用于自校准目的。

在操作期间，来自收发机102的传输流经功率放大器104和滤波器106至天线120。耦合器108操作以检测这些传输在宽带上的功率。检测接收器116操作以调节由可变衰减器110提供的衰减量，从而确保无论正在利用的频带或传输技术如何，均使大致0dBm的最大功率被反馈给检测接收器116。例如，在一个示例性实现中，可变衰减器110被设置以适应针对所标识出的传输技术的如下最大发射功率电平，以确保大致0dB的最大功率被反馈给检测接收器116。

1.宽带码分多址(WCDMA)

WCDMA/CDMA2000最大功率＝24dBm

2.长期演进(LTE)

LTE最大功率＝10dBm至24dBm

3.全球移动通信系统(GSM)

GSM最大功率＝30dBm

4.无线局域网(WLAN)

WLAN最大功率＝23dBm

5.蓝牙(BT)

BT最大功率＝10dBm

图2解说包括位于天线开关212之后的天线功率耦合器214和可变衰减器216的示例性实施例的设备200。例如，设备200包括收发机202，功率放大器(PA)204、206和208，滤波器210，天线开关212，以及宽带天线功率耦合器214。天线耦合器214包括可变衰减器216。检测接收器220输出衰减器控制信号218以控制可变衰减器216。检测接收器220还从可变衰减器216接收经调节的检测到的功率信号222。

在该示例性实施例中，耦合器214和可变衰减器216在天线开关212之后提供。天线功率耦合器214被配置成感测所传送信号的发射功率，并且生成检测信号，该检测信号被输入至可变衰减器216，可变衰减器216调节该检测信号的电平并且向检测接收器220传递该经调节的检测信号222。

接收机保护

在各示例性实施例中，提供宽带功率耦合器214和可变衰减器216以供在无线设备200中用来提供对收发机202的保护。例如，在高功率Tx信号228的发射期间，如果耦合器214的输出被无衰减地反馈回收发机202，则它可能导致破坏Tx信号228、本机振荡器230，或造成VCO牵引。因此，可变衰减器216提供可变耦合因数来衰减耦合器214的输出，以生成反馈给检测接收器220的经调节的检测到的功率信号222，以用于保护收发机202免受可能使收发机性能降级的高功率Tx信号的影响。

自校准

在各示例性实施例中，宽带功率耦合器214和可变衰减器216组合以形成具有可变耦合因数的功率耦合器以供在无线设备200中的自校准期间使用。例如，设备200能够用功率放大器204、206和208来进行使用多个频带和/或传输协议的传送。通过使用检测接收器220测量在使用可用的各个频带/传输协议之一进行传送期间的Tx信号228的功率来促成快速自校准。可变衰减器216施加所选衰减，以确保在高功率发射期间(例如，在以GSM模式发射时)经调节的检测到的功率信号222不会使检测接收器220过载。因此，衰减器216提供可变耦合因数以增大检测接收器220的动态范围并且在使用可用的多个频带和/或传输协议之一进行传送时促成设备200中的快速自校准。

在操作期间，收发机202操作以选择三种传输技术之一来发射信号。例如，如果WCDMA技术被选择，则收发机202利用功率放大器204。如果GMS技术被选择，则收发机202利用功率放大器206。如果蓝牙技术被选择，则收发机202利用功率放大器208。每种技术具有自身的最大功率特性，例如，WCDMA为24dBm，GSM为30dBm，并且BT为10dBm。

基于所选传输技术，检测接收器220操作以使用衰减器控制信号218来控制可变衰减器216，以使得在来自可变衰减器216的经调节的检测到的功率信号218上接收到大致0dBm或更小。检测接收器220还可控制衰减器216，以使得其他最大功率电平在经调节的检测到的功率信号218上被接收。因此，对于任何所选传输技术，检测接收器220操作以调节可变衰减器216来保护接收机电路系统并且提供快速自校准。还应当注意到，在该示例性实施例中，可变衰减器216被包括在宽带功率耦合器214中，然而，在另一示例性实施例中，如由可任选的可变衰减器224所解说的，可变衰减器可被集成到天线开关212中。在又一示例性实施例中，位于该设备处的移动站调制解调器(MSM)操作以向可变衰减器216发送衰减器控制信号226来控制衰减器设置。

图3解说包括位于功率放大之后但在天线开关318之前的功率耦合器310、312和314以及可变衰减器320的示例性实施例的设备300。例如，设备300包括收发机302，功率放大器304、306、308，以及功率耦合器310、312和314。该设备还包括滤波器316、天线开关318、可变衰减器320以及检测接收器326。

在该示例性实施例中，功率耦合器310、312和314被耦合以分别接收放大器304、306和308的输出。功率耦合器310、312和314以菊花链方式链接在一起，其中该菊花链的输出连接至可变衰减器320。衰减器320的输出被输入到检测接收器326。因此，对于任何所选传输技术，适当的功率耦合器操作以提供被输入到衰减器320的功率检测信号。检测接收器326操作以调节可变衰减器320来调节该功率检测信号的电平，以保护收发机电路系统并且提供快速自校准。

还应当注意到，在该示例性实施例中，可变衰减器320是作为从以菊花链方式来链接的耦合器310、312和314接收输入的自立模块来提供的，然而在另一示例性实施例中，耦合器310、312和314各自包括可变衰减器，并且可由检测接收器326控制的单独的开关被用于选择这些衰减器输出之一来输入到检测接收器326。

图4解说包括供在分集路径接收机402中使用的天线耦合器404和可变衰减器406的示例性实施例的设备400。例如，设备400包括来自图3所示的设备300的收发机302及其关联电路系统。设备400进一步包括分集接收机402和宽带功率耦合器404。功率耦合器404包括可变衰减器406。分集接收机402包括向衰减器406输出衰减控制信号410并接收经调节的检测信号412的检测接收器408。分集路径接收机402用于校准并且可被用于增大动态范围，或用在其中多个功率放大器以菊花链方式来链接的示例性实现中。

图5示出检测接收器500的示例性实施例。例如，检测接收器500适合用作检测接收器116、220、326或408。检测接收器500包括均使用总线510耦合以进行通信的处理器502、存储器504、衰减控制器506以及衰减接收器508。应注意，检测接收器500仅是一个示例性实现，并且其他实现是可能的。

衰减控制器506包括操作以允许检测接收器500向可变衰减器(诸如图3中所示的可变衰减器320)传达控制命令的硬件和/或执行软件的硬件。在一个示例性实现中，衰减控制器506被硬连线至可变衰减器，并且传达用于设置该可变衰减器的衰减因数的命令。衰减控制器506使用总线510从处理器502接收指令，并且使用这些指令来确定要输出至可变衰减器的命令。

衰减接收器508包括操作以允许检测接收器500从可变衰减器(诸如图3中所示的可变衰减器320)接收经调节的检测信号的硬件和/或执行软件的硬件。在一个示例性实现中，衰减接收器508被硬连线至可变衰减器以接收经调节的检测信号。衰减接收器508使用总线510从处理器502接收指令，并且使用这些指令来确定如何处理接收到的经调节的检测信号。在一示例性实施例中，使用总线510将经调节的检测信号传递至处理器502。

存储器504包括任何合适的存储器设备，诸如RAM、ROM、EEPROM或被配置成存储可使用总线510来访问的信息的任何其他合适的设备。例如，在一个示例性实施例中，存储器504存储与一种或多种传输技术相关联的衰减设置。在使用特定传输技术(诸如WCDMA)进行的传输期间，关联的衰减设置可被访问并且由衰减控制器506发出以设置可变衰减器的操作，以使得由衰减器接收器508接收到的经调节的检测信号具有所选最大功率电平。

处理器502包括CPU、处理器、门阵列、硬件逻辑、存储器元件、和/或执行软件的硬件中的至少一者。处理器502操作以控制检测接收器500提供本文描述的功能，以保护收发机电路系统并且促成快速自校准。处理器502使用总线510与检测接收器500的其他功能模块进行通信。在示例性实施例中，处理器502使用设备输入/输出(I/O)接口与设备(诸如MSM)进行通信。处理器502可从该设备接收信息，诸如衰减器设置、控制指令、或任何其他类型的要在检测接收器500的操作期间使用的指令、控制信息或数据。处理器502还使用设备I/O向该设备输出信息。例如，处理器502输出与由衰减器接收器508接收到的经调节的检测信号有关的信息。该信息可被该设备用来促成快速自校准。

处理器502还使用总线510与存储器504进行通信以存储、检索、访问或以其他方式维护存储器504中的信息。以下提供对检测接收器500的操作的更为详细的描述。

现在参考图7，示出了方法700的示例性实施例。方法700操作以保护无线设备中的收发机免受过度发射功率反馈影响。该无线设备能够使用一个或多个频带和/或传输技术来传送数据。方法700还促成无线设备中的快速自校准。例如，参照图3中所示的设备300和图5中所示的收发机保护模块500的操作来描述方法700。在示例性实施例中，处理器502执行一个或更多个代码集以执行以下描述的功能。

在框702，确定用于传送数据的所选传输技术。例如，处理器502使用设备I/O接口从无线设备接收与所确定的传输技术有关的信息。

在框704，获得与所选传输技术相关联的参数。例如，处理器502访问存储器504以获得这些参数。在示例性实施例中，这些参数包括与一种或多种传输技术相关联的衰减设置。

在框706，设置所选可变衰减器以提供所选衰减水平。例如，处理器502控制衰减控制器506来向所选衰减器发送命令以设置其衰减因数。结果，所选衰减器将接收所选宽带功率耦合器的输出(功率检测信号)作为其输入，提供所选衰减量，并且输出经调节的功率检测信号。

在框710，接收具有期望最大功率电平的经调节的功率检测信号。例如，经调节的功率检测信号324从可变衰减器320输出，并且在检测接收器326处被接收。调节功率检测信号324被调节成具有由可变衰减器320的设置所决定的最大功率电平，以使得该电平是安全的且将不会使收发机302损坏或使其操作降级。

在框712，向该无线设备发送接收到的经调节的功率检测信号，以促进自校准。例如，处理器502使用设备I/O来向该无线设备发送与接收到的经调节的功率检测信号有关的信息。

因此，在示例性实施例中，方法700是由位于无线设备处的检测接收器来执行的。应当注意，方法700仅是一个示例性实现并且方法700的各操作可被重新安排或以其他方式被修改，这些均在各种示例性实施例的范围内，从而使得其他示例性实现是可能的。

现在参考图6，示出了设备600的示例性实施例。设备600操作以保护收发机免受过度发射功率反馈影响，并且促成快速自校准。在一方面，设备600由被配置成提供如本文中所描述的功能的一个或多个模块来实现。例如，在一方面，每个模块包括硬件和/或执行软件的硬件。

设备600包括第一模块，第一模块包括用于基于与多种传输技术相关联的发射信号功率来生成功率检测信号的装置(602)，在一方面该装置包括功率耦合器310、312和314。

设备600还包括第二模块，第二模块包括用于向功率检测信号施加所选衰减因数以生成经调节的功率检测信号的装置(604)，所选功率因数与所选传输技术相关联，在一方面该装置包括可变衰减器320。

本领域技术人员将理解，信息和信号可使用各种不同技术和技艺中的任何一种来表示或处理。例如，以上描述通篇可能引述的数据、指令、命令、信息、信号、位(比特)、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光学粒子、或其任何组合来表示。还应注意晶体管的类型和技术可被替换、重新安排或以其他方式修改以达成相同的结果。例如，可以把示为利用PMOS晶体管的电路修改为使用NMOS晶体管，反之亦然。由此，本文中所公开的放大器可以使用各种晶体管类型和技术来实现，并且不受限于附图中所示的这些晶体管类型和技术。例如，可以使用诸如BJT、GaAs、MOSFET之类的晶体管类型或任何其他的晶体管技术。

本领域的技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的示例性实施例来描述的各种说明性逻辑框、模块、电路、和算法步骤可以实现为电子硬件、计算机软件、或两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员可针对每种特定应用以不同方式来实现所描述的功能性，但此类实现决策不应被解读为致使脱离本发明的示例性实施例的范围。

结合本文中公开的示例性实施例描述的各种解说性逻辑框、模块、以及电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文中描述的功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协同的一个或多个微处理器、或任何其它此类配置。

结合本文中所公开的示例性实施例所描述的方法或算法的步骤可以直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中实施。软件模块可驻留在随机存取存储器(RAM)、闪存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦式可编程ROM(EEPROM)、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质被耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读和写信息。替换地，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。替换地，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。

在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现，则各功能可以作为一条或多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括非瞬态计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地到另一地的转移的任何介质。非瞬态存储介质(即，计算机程序产品)可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储或其他磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的期望程序代码且能被计算机访问的任何其他介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。以上的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。

提供了对所公开的示例性实施例的描述是为了使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本发明。对这些示例性实施例的各种修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的，并且本文中定义的普适原理可被应用于其他示例性实施例而不会脱离本发明的精神或范围。因此，本发明并非意在被限定于本文中所示出的示例性实施例，而是应当被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广义的范围。

Claims (20)

1.一种用于无线通信的装置，包括：

耦合器，配置成基于与多种传输技术相关联的发射信号功率来生成功率检测信号；

可变衰减器，配置成向所述功率检测信号施加所选衰减因数以生成经调节的功率检测信号，所选衰减因数由所述可变衰减器在与所选传输技术相关联的所有发射信号功率期间应用；以及

检测接收器，配置成基于所选传输技术从存储器检索所选衰减因数并且将所选衰减因数输入所述可变衰减器。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括检测接收器，配置成基于所选传输技术来生成衰减器控制信号，以设置所述可变衰减器的所选衰减因数。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述耦合器、可变衰减器和检测接收器是在收发机中提供的。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述耦合器包括宽带耦合器。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述耦合器包括所述可变衰减器。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述经调节的功率检测信号被生成为具有0dBm的功率电平。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多种传输技术包括宽带码分多址(WCDMA)、长期演进(LTE)、全球移动通信系统(GSM)、无线局域网(WLAN)、以及蓝牙传输技术。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述耦合器被配置成耦合至天线开关的输入侧上的发射信号路径。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述耦合器被配置成耦合至天线开关的输出侧上的发射信号路径。

10.如权利要求1所述的装置，所述可变衰减器被集成在天线开关中。

11.一种用于无线通信的设备，包括：

用于基于与多种传输技术相关联的发射信号功率来生成功率检测信号的装置；

用于基于所选传输技术从存储器检索所选衰减因数的装置；以及

用于向所述功率检测信号施加所选衰减因数以生成经调节的功率检测信号的装置，所选衰减因数在与所选传输技术相关联的所有发射信号功率期间被应用。

12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，进一步包括用于基于所选传输技术来生成衰减器控制信号以设置所选衰减因数的装置。

13.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述用于基于与多种传输技术相关联的发射信号功率来生成功率检测信号的装置被配置成在宽频带上进行操作。

14.权利要求11所述的设备，其特征在于，所述用于施加的装置被配置成将所述经调节的功率检测信号生成为具有0dBm的功率电平。

15.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述用于基于与多种传输技术相关联的发射信号功率来生成功率检测信号的装置被配置成基于与宽带码分多址(WCDMA)、长期演进(LTE)、全球移动通信系统(GSM)、无线局域网(WLAN)、以及蓝牙传输技术相关联的发射信号功率来生成所述功率检测信号。

16.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述用于基于与多种传输技术相关联的发射信号功率来生成功率检测信号的装置被耦合至用于天线切换的装置的输入。

17.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述用于基于与多种传输技术相关联的发射信号功率来生成功率检测信号的装置被耦合至用于天线切换的装置的输出。

18.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述用于施加的装置与用于天线切换的装置相集成。

19.一种用于无线通信的方法，包括：

基于与多种传输技术相关联的发射信号功率来生成功率检测信号；

基于所选传输技术从存储器检索所选衰减因数；以及

向所述功率检测信号施加所选衰减因数，以生成经调节的功率检测信号，所选衰减因数在与所选传输技术相关联的所有发射信号功率期间被应用。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述基于与多种传输技术相关联的发射信号功率来生成功率检测信号被配置成基于与宽带码分多址(WCDMA)、长期演进(LTE)、全球移动通信系统(GSM)、无线局域网(WLAN)、以及蓝牙传输技术相关联的发射信号功率来生成所述功率检测信号。