CN104009773A - 双工器以及无线通信装置的收发器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种双工器，用于耦接对应于第一载波频率的第一射频信号以及对应于第二载波频率的第二射频信号。该双工器包含：第一端口，耦接该第一射频信号；第二端口，耦接该第二射频信号；第三端口，连接天线；第一阻抗单元，耦接于该第一端口和该第三端口；以及第二阻抗单元，耦接于该第二端口和该第三端口；其中，该第一端口、该第二端口以及该第三端口耦接至直流接地；该第一阻抗单元被设置为提供第一开路阻抗对抗该第二射频信号，以及该第二阻抗单元被设置为提供第二开路阻抗对抗该第一射频信号。本发明还提供一种无线通信装置的收发器。本发明的双工器及收发器的静电放电防护能力可以得到显著提高。

Description

双工器以及无线通信装置的收发器
【技术领域】
本发明关于双工器以及收发器，尤其关于一种端口耦接于直流接地以用于增强静电放电（electro-static discharge，ESD）防护能力的双工器以及收发器。
【背景技术】
随着技术的进步，集成电路（IC）的工艺变得先进，且各种电子电路可以集成/形成在单一芯片上。当一个集成电路的电子电路根据两个或多个频率来操作时，需要发射/接收（T/R）开关或双工器（diplexer）来分离具有不同频率的信号。当采用双工器时，如果双工器通过集成无源器件（integrated passive device，IPD）工艺在一个独立的晶片（die）中实现，则该双工器的制造成本可以减少。因为由IPD工艺实现的晶片不具有任何有源元件，所以晶片的输入/输出管脚可能由于制造、封装或测试集成电路时的静电放电而容易被损坏。因此，如何选择双工器的结构以减少静电放电的影响成为一个要讨论的重要问题。
【发明内容】
有鉴于此，本发明提供双工器及无线通信装置的收发器。
在一实施方式中，本发明提供一种双工器，用于耦接对应于第一载波频率的第一射频信号以及对应于第二载波频率的第二射频信号。该双工器包含：第一端口，耦接该第一射频信号；第二端口，耦接该第二射频信号；第三端口，连接天线；第一阻抗单元，耦接于该第一端口和该第三端口；以及第二阻抗单元，耦接于该第二端口和该第三端口；其中，该第一端口、该第二端口以及该第三端口耦接至直流接地；该第一阻抗单元被设置为提供第一开路阻抗对抗该第二射频信号，以及该第二阻抗单元被设置为提供第二开路阻抗对抗该第一射频信号。
在另一实施方式中，本发明另提供一种无线通信装置的收发器，用于耦接对应于第一载波频率的第一射频信号以及对应于第二载波频率的第二射频信号。该收发器包含：第一信号处理单元，用于处理该第一射频信号；第二信号处理单元，用于处理该第二射频信号；双工器，包含：第一端口，耦接该第一射频信号；第二端口，耦接该第二射频信号；第三端口，连接天线；第一阻抗单元，耦接于该第一端口和该第三端口；以及第二阻抗单元，耦接于该第二端口和该第三端口；其中，该第一端口、该第二端口以及该第三端口耦接至直流接地；该第一阻抗单元被设置为提供第一开路阻抗对抗该第二射频信号，以及该第二阻抗单元被设置为提供第二开路阻抗对抗该第一射频信号。
在又一实施方式中，本发明还提供一种双工器，用于发射至少一个射频信号，每一射频信号对应于一载波频率。该双工器包含：至少一个输入端口，耦接该至少一个射频信号；至少一个输出端口，每一输出端口连接天线；以及至少一个阻抗单元，耦接于该至少一个输入端口的第一输入端口与该至少一个输出端口的第一输出端口之间；其中，每一输入端口和输出端口耦接至直流接地；该至少一个阻抗单元被设置为提供短路阻抗对抗该至少一个射频信号其中之一。
上述双工器、无线通信装置的收发器的静电放电防护能力可以得到显著提高。
【附图说明】
图1为根据本发明实施例的收发器10的示意图。
图2为根据本发明实施例的双工器20的示意图。
图3为根据本发明实施例的双工器30的示意图。
【具体实施方式】
请参考图1，其为根据本发明实施例的收发器10的示意图。收发器10被用于无线通信装置（例如，无线路由器、无线网络接入装置、无线网卡以及无线通信设备）中，以用于耦接对应于载波频率CF1的射频（RF）信号RFS1和对应于载波频率CF2的射频信号RFS2。如图1所示，收发器10包含信号处理单元100，102和双工器104。信号处理单元100和102分别被耦接至双工器104的端口POR1和POR2，用于执行射频信号RFS1，RFS2的相关信号处理（例如，解调和调制）。双工器104包含端口POR1-POR3以及阻抗单元IMU1，IMU2。双工器104用于将所述射频信号RFS1，RFS2分别发送到端口POR3，以及分离由端口POR3接收到的射频信号RF3以获得射频信号RFS1，RFS2部分。在双工器104中，每个端口POR1-POR3通过至少一个电感器被耦接至直流（DC）接地，这意味着如果直流电流的电荷反馈到端口POR1-POR3，则电荷被直接导入到接地。换句话说，如果静电放电的电荷反馈至端口POR1-POR3，则电荷被立即导入到直流接地。因此，收发器10可避免被静电放电损坏。
详细地说，阻抗单元IMU1包含电感器L1，L2和电容器C1-C4。电感器L1，L2和电容器C1-C3形成一个低通滤波器，其被配置为提供开路阻抗（即执行如开路）对抗（against）具有载波频率CF2的射频信号RFS2。阻抗单元IMU2包含电感器L3-L5和电容器C5-C7。电感器L3和电容器C5，电感器L4和电容器C6以及电感器L5和电容器C7分别形成并联电感器-电容器谐振电路PICR1-PICR3。并联电感器-电容器谐振电路PICR1被磁性连接至并联电感器-电容器谐振电路PICR2，以及并联电感器-电容器谐振电路PICR2被磁性连接至并联电感器-电容器谐振电路PICR3。在这样的条件下，当第一阻抗电路PICR1磁性连接至第三阻抗电路PICR3时，并联电感器-电容器谐振电路PICR1-PICR3形成一个三分段滤波器（trisection filter）（即带通滤波器），其被设置为提供开路阻抗对抗具有载波频率CF1的射频信号RFS1。也就是，包含并联电感器-电容器谐振电路PICR1-PICR3的三分段滤波器只允许射频信号RFS2通过并对射频信号RFS1执行作为开路（即射频信号RFS1被三分段滤波器抑制（reject））。
端口POR1被设置为耦接由信号处理单元100产生的射频信号RFS1以及通过电感器L1，L2耦接直流接地。类似地，端口POR2被设置为耦接由信号处理单元102产生的射频信号RFS2以及通过电感器L3耦接直流接地。双工器104的端口POR3被设置为通过电感器L5耦接直流接地并可耦接一天线（在图1中未显示），用于接收射频信号RFS3以及发射射频信号RFS1，RFS2（或射频信号RFS1，RFS2的混合信号）。请注意，射频信号RFS1和RFS2具有不同的载波频率（即，载波频率CF1不等于载波频率CF2），从而导致不同的传输路径。在本实施例中，对应于射频信号中的载波频率CF1的此部分通过阻抗单元IMU1但是由阻抗单元IMU2抑制，以及对应于射频信号中的载波频率CF2的此部分通过阻抗单元IMU2但是由阻抗单元IMU1抑制。换句话说，射频信号RFS3中的射频信号RFS1的这部分被发送到端口POR1，而不是由端口POR2接收。射频信号RFS3中的射频信号RFS2的这部分被发送到端口POR2，而不被端口POR1接收。此外，由信号处理单元100产生的射频信号RFS1被发送到端口POR3并且不反馈至端口POR2。由信号处理单元102产生的射频信号RFS2被发送到端口POR3并且不反馈至端口POR1。总之，通过阻抗单元IMU1和IMU2，射频信号RFS1和RFS2可以被适当地发射和接收。另外，可以通过从端口POR1-POR3到DC接地的路径，防止双工器104的部件（例如，电容器C1-C7）被静电放电损坏。双工器104的静电放电防护能力因此显著增强。
下面的说明叙述了当收发器10在接收链路工作时收发器10的操作，作为一个范例。首先，由天线接收的射频信号RFS3包含一部分射频信号RFS1和一部分射频信号RFS2，并被发送到端口POR3。由于阻抗单元IMU1提供开路阻抗对抗射频信号RFS2，射频信号RFS2的该部分不能通过阻抗单元IMU1，并且只有射频信号RFS1的该部分可被发送到端口POR1。类似地，由于阻抗单元IMU2提供开路阻抗对抗射频信号RFS1，射频信号RFS1的该部分不能通过阻抗单元IMU2，并且只有射频信号RFS2的该部分可被发送到端口POR2。换句话说，射频信号RFS3中的射频信号RFS1的该部分和射频信号RFS2的该部分通过双工器104之后被分别发送到端口POR1和POR2。
下面的说明叙述了当收发器10在发射链路工作时收发器10的操作，作为一个范例。当由信号处理单元100产生射频信号RFS1并通过阻抗单元IMU1时，由于阻抗单元IMU2提供的开路阻抗对抗射频信号RFS1，因此射频信号RFS1仅被发送到端口POR3。类似地，当由信号处理单元102产生射频信号RFS2并通过阻抗单元IMU2时，由于阻抗单元IMU1提供的开路阻抗对抗射频信号RFS2，因此射频信号RFS2仅被发送到端口POR3。在这样的情况下，射频信号RFS1和RFS2可以互不干扰被发送到端口POR3。
请参考图2，其为根据本发明实施例的双工器20的示意图。双工器20类似于图1所示的双工器104，因此，双工器20和104中具有类似功能的部件和信号用相同的符号表示。与图1所示的双工器104不同，双工器20的阻抗单元IMU1是由电感器L6和电容器C8实现，以及该双工器20的阻抗单元IMU2是由电感器L7-L10和电容器C9-C12实现的。阻抗单元IMU1的电感器L6和电容器C8被设置为形成并联电感器-电容器谐振电路PICR4并且其传递功能为陷波滤波（notch filtering）功能（即该并联电感器-电容器谐振电路PICR4是一个陷波滤波器）。并联电感器-电容器谐振电路PICR4被设置成提供开路阻抗对抗具有载波频率CF2的所述射频信号RFS2。同样地，阻抗单元IMU2的电感器L7和电容器C9被设置为形成并联电感器-电容器谐振电路PICR5并且其传递功能为陷波滤波功能。并联电感器-电容器谐振电路PICR5被设置成提供开路阻抗对抗具有载波频率CF1的所述射频信号RFS1。另外，阻抗单元IMU2包含分别由电感器L8-L10和电容器C10-C12形成的并联电感器-电容器谐振电路PICR6-PICR8。并联电感器-电容器谐振电路PICR6-PICR8彼此磁性连接。在这样的条件下，并联电感器-电容器谐振电路PICR6-PICR8被提供带通传递功能和平衡-不平衡（balanced-unbalanced，BALUN）功能。因此，由端口POR2接收的射频信号RFS2的频带外（out-of-band）信号可以被进一步消除。值得注意的是，双工器20的阻抗单元IMU2的实现方法可以是各种各样的，并且不限于此。例如，双工器20的阻抗单元IMU2可以被实现为图1所示的双工器104的阻抗单元IMU2，其配备有带通传递功能。双工器20的详细操作可参考上述段落，为简便起见此处不再叙述。其结果是，通过阻抗单元IMU1和IMU2，射频信号RFS1和RFS2可以被适当地传送及接收。
请注意，双工器20端口POR1-POR3的每一者通过至少一个电感器被耦接到DC接地。如图2所示，端口POR1通过电感器L6-L8被耦接到DC接地，端口POR2通过电感器L10被耦接到DC接地，以及端口POR3通过电感器L7、L8被耦接到DC接地。在这样的条件下，在双工器和收发器的端口上产生的直流电流的电荷（例如由静电放电产生的电荷）被直接传导到地面。通过从端口POR1-POR3到DC接地的路径，可防止双工器104的部件（例如，电容C8-C12）被静电放电损坏，因此，双工器20的静电放电防护能力显著提高。
值得注意的是，在上述范例中所示的双工器的各端口通过至少一个电感器被耦接到接地面。在双工器和收发器的端口上产生的直流电流的电荷可立即被传导到地面。因此能够防止上述范例中所示双工器的部件由于静电放电而被损坏。根据不同的应用和设计概念，本领域的普通技术人员可以观察到适当的替换和修改。例如，本发明的双工器中的端口不局限于3。只要双工器的射频信号可以互不干扰被适当地发送和接收（例如，信号处理单元发送/接收具有特定载波频率的射频信号），可根据不同的应用增加双工器的端口。
请参考图3，其为根据本发明实施例的双工器30的示意图。双工器30类似于图1所示的双工器104，因此，双工器30和104中具有类似功能的部件和信号用相同的符号表示。如图3所示，双工器30还包含耦接到电感器L3和电容器C5的端口POR4。由端口POR2和端口POR4接收到的信号是一个差分对的射频信号RFS2。当在端口POR2或在端口POR4产生直流电流的电荷时，因为电荷被立即导入电容器C5的两侧，所以通过电容器C5的电压是0。在这样的条件下，添加端口POR4之后，也可以防止电容器C5被直流电流的电荷损坏。因此，双工器30的静电放电防护能力得到提高。双工器30的详细操作可参考上述段落，为简便起见此处不再叙述。
请注意，双工器30的阻抗单元IMU2可以根据不同的应用和设计概念进行修改。例如，通过将耦接至接地的电容器C5以及电感器L3的端部改变成耦接到端口POR4（即端口POR2的差分端口），双工器30的阻抗单元IMU2可以被实现为图1中所示的双工器104的阻抗单元IMU2。换句话说，双工器30的阻抗单元IMU2不需要配备有BALUN功能。
综上所述，通过经由至少一个电感器将上述范例所示的双工器的每个端口连接至直流接地，可防止上述范例所示双工器的部件被静电放电损坏。因此，双工器和收发器的静电放电防护能力可以显著提高。
本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (19)

1.一种双工器，用于耦接对应于第一载波频率的第一射频信号以及对应于第二载波频率的第二射频信号，其特征在于，该双工器包含：
第一端口，耦接该第一射频信号；
第二端口，耦接该第二射频信号；
第三端口，连接天线；
第一阻抗单元，耦接于该第一端口以及该第三端口；以及
第二阻抗单元，耦接于该第二端口以及该第三端口；
其中，该第一端口、该第二端口以及该第三端口耦接至直流接地；
该第一阻抗单元被设置为提供第一开路阻抗对抗该第二射频信号，以及该第二阻抗单元被设置为提供第二开路阻抗对抗该第一射频信号。
2.如权利要求1所述的双工器，其特征在于，该第一端口、该第二端口以及该第三端口的每一者通过该第一阻抗单元和该第二阻抗单元其中之一的至少一个电感器被耦接至该直流接地。
3.如权利要求1所述的双工器，其特征在于，该双工器被设置为提供具有不同发射路径的该第一射频信号和该第二射频信号。
4.如权利要求1所述的双工器，其特征在于，该第二阻抗单元包含：
第一阻抗电路，耦接至该第二端口；
第二阻抗电路，磁性连接至该第一阻抗电路；以及
第三阻抗电路，耦接至该第三端口并磁性连接至该第二阻抗电路。
5.如权利要求4所述的双工器，其特征在于，当该第一阻抗电路磁性连接至该第三阻抗电路时，该第二阻抗单元执行作为带通滤波器。
6.如权利要求4所述的双工器，其特征在于，该第一阻抗电路、该第二阻抗电路以及该第三阻抗电路为并联电感器-电容器谐振电路。
7.如权利要求1所述的双工器，其特征在于，当该第二射频信号具有差分对时，该双工器还包含：
第四端口，耦接至该第二阻抗单元，其中该第四端口和该第二端口被设置为接收或发射该第二射频信号的该差分对。
8.一种无线通信装置的收发器，用于耦接对应于第一载波频率的第一射频信号以及对应于第二载波频率的第二射频信号，其特征在于，该收发器包含：
第一信号处理单元，用于处理该第一射频信号；
第二信号处理单元，用于处理该第二射频信号；
双工器，包含：
第一端口，耦接该第一射频信号；
第二端口，耦接该第二射频信号；
第三端口，连接天线；
第一阻抗单元，耦接于该第一端口以及该第三端口；以及
第二阻抗单元，耦接于该第二端口以及该第三端口；
其中，该第一端口、该第二端口以及该第三端口耦接至直流接地；
该第一阻抗单元被设置为提供第一开路阻抗对抗该第二射频信号，以及该第二阻抗单元被设置为提供第二开路阻抗对抗该第一射频信号。
9.如权利要求8所述的收发器，其特征在于，该第一端口、该第二端口以及该第三端口的每一者通过该第一阻抗单元和该第二阻抗单元其中之一的至少一个电感器被耦接至该直流接地。
10.如权利要求8所述的收发器，其特征在于，该双工器被设置为提供具有不同发射路径的该第一射频信号和该第二射频信号。
11.如权利要求8所述的收发器，其特征在于，该第二阻抗单元包含：
第一阻抗电路，耦接至该第二端口；
第二阻抗电路，磁性连接至该第一阻抗电路；以及
第三阻抗电路，耦接至该第三端口并磁性连接至该第二阻抗电路。
12.如权利要求11所述的收发器，其特征在于，当该第一阻抗电路磁性连接至该第三阻抗电路时，该第二阻抗单元执行作为带通滤波器。
13.如权利要求11所述的收发器，其特征在于，该第一阻抗电路、该第二阻抗电路以及该第三阻抗电路为并联电感器-电容器谐振电路。
14.如权利要求8所述的收发器，其特征在于，当该第二射频信号具有差分对时，该双工器还包含：
第四端口，耦接至该第二信号处理单元与该第二阻抗单元之间，其中该第四端口和该第二端口被设置为接收或发射该第二射频信号的该差分对。
15.一种双工器，用于发射至少一个射频信号，每一射频信号对应于一载波频率，其特征在于，该双工器包含：
至少一个输入端口，耦接该至少一个射频信号；
至少一个输出端口，每一输出端口连接天线；以及
至少一个阻抗单元，耦接于该至少一个输入端口的第一输入端口与该至少一个输出端口的第一输出端口之间；
其中，每一输入端口和输出端口耦接至直流接地；
该至少一个阻抗单元被设置为提供短路阻抗针对该至少一个射频信号其中之一。
16.如权利要求15所述的双工器，其特征在于，每一输入端口和输出端口通过该至少一个阻抗单元的至少一个电感器耦接至该直流接地。
17.如权利要求15所述的双工器，其特征在于，该至少一个阻抗单元的第二阻抗单元包含多个阻抗电路，以及每一阻抗电路磁性连接至至少一个阻抗单元。
18.如权利要求17所述的双工器，其特征在于，该多个阻抗电路为并联电感器-电容器谐振电路。
19.如权利要求15所述的双工器，其特征在于，当第一射频信号具有差分对时，该至少一个输入端口包含第二输入端口和第三输入端口，并被设置为接收和发射该第一射频信号的该差分对。
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