CN104885372B

CN104885372B - 并发混合匹配网络

Info

Publication number: CN104885372B
Application number: CN201380065652.7A
Authority: CN
Inventors: S·林
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2012-12-17
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2018-07-10
Anticipated expiration: 2033-12-17
Also published as: EP2932611B1; JP2016504865A; US20140170995A1; WO2014100044A1; EP2932611A1; JP5922315B2; US9031518B2; CN104885372A

Abstract

公开了一种并发混合匹配网络。在一示例性实施例中，一种装置包括相移耦合器，该相移耦合器的第一端子连接至天线，第二端子连接至接收信号路径，而第三端子连接至发射信号路径。该装置还包括至少一个开关，该至少一个开关被配置成启用接收信号路径和发射信号路径之一以与天线通信。

Description

并发混合匹配网络

背景

领域

本申请一般涉及模拟前端的操作和设计，并且尤其涉及在模拟前端中使用的并发匹配网络的操作和设计。

背景技术

无线设备变得日益复杂，从而导致越来越多的电路系统被纳入到越来越小的芯片和电路板上。在发射和接收信号路径之间共享天线是减少片上系统环境中的总引脚数目的一种常见方式。然而，在毫米(MM)波频率，这可能导致源自用于在这些信号路径之间共享天线的任何开关的附加损耗。解决这一问题的一种方式是使用两芯片解决方案；一个芯片用于接收操作而一个芯片用于发射操作。然而，两芯片解决方案可能由于设备的空间约束而不太可能。使用常规的功率组合器/拆分器来共享天线也是可能的。然而，组合器/拆分器通常会插入约3dB的损耗，这可能是无法接受的。

相应地，需要一种用于共享天线的机制，该机制消除了开关损耗并且避免使用两芯片解决方案以降低空间要求。

附图简述

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示出了包括用于Tx/Rx天线共享的并发匹配网络的一示例性实施例的收发机部分；

图2示出了图1中所示的并发匹配网络的具体示例性实施例；

图3示出了并发匹配网络的示例性替换实施例；

图4示出了并发匹配网络的示例性替换实施例；以及

图5示出了并发匹配网络设备的一示例性实施例。

详细描述

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他示例性实施例。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，公知的结构和设备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示出了包括用于在无线设备中进行Tx/Rx天线共享的并发匹配网络104的一示例性实施例的收发机部分100。例如，并发匹配网络104适于在毫米(MM)波长频率(即60GHz)上操作。匹配网络104操作用于将Tx路径106和Rx路径108连接到天线102。Rx匹配电路110被配置成接收Rx路径108上的信号，并且提供如由并发匹配网络104所见的恰适输入阻抗以将这些信号输入到作为接收机电路的一部分的低噪声放大器(LNA)112。作为发射机的一部分的功率放大器(PA)114被配置成将发射信号输出到Tx匹配电路116，该Tx匹配电路116提供如由PA114所见的恰适输入阻抗以将这些发射信号输入到发射信号路径106上的匹配网络104。在下文公开的各个示例性实施例中，并发匹配网络104操作用于在不使用串联开关的情况下向天线102提供低损耗并发匹配。

图2示出了并发匹配网络104的详细示例性实施例。并发匹配网络104包括具有四个端子(A-D)的相移耦合器202。在一示例性实施例中，相移耦合器202包括90度混合耦合器。端子(C)连接到天线102。端子(B)连接到Rx匹配电路110。端子(D)连接到接地以将功率反射回到混合耦合器202中，从而不存在与端子(D)相关联的信号损耗。端子(A)连接到Tx匹配电路116。应当注意，90度混合耦合器202可以用任何材料(诸如铜或铝)并且用任何拓扑结构(诸如基于传输线或基于变压器)来实现并且被配置成提供90度相移。

Rx启用开关206连接到端子A，并且Tx启用开关208连接到端子B。当启用开关被激活时，它们将其相关联的端子耦合到接地，藉此禁用其相关联的信号路径。在一示例性实施例中，这些开关由从设备处的基带处理器或其他实体输出的Tx启用信号216和Rx启用信号214来控制，以控制并发匹配电路104被配置成用于发射操作还是接收操作。

在发射模式操作期间，功率放大器114向匹配电路116输出发射信号。匹配电路116提供如由PA 114所见的最优输入阻抗(即，基于操作功率电平约为10欧姆)以将发射信号输入到90度混合耦合器202的端子A。Tx启用开关208由Tx启用(Tx_en)信号216激活以将端子B耦合到接地，藉此禁用到Rx匹配电路110的信号路径。Rx启用(Rx_en)信号214被设置成停用Rx启用开关206以使得端子A与接地解耦合。

在90度混合耦合器202的端子A处接收到的发射信号被定向到端子C，如由发射信号路径218所指示的。连接到端子C的天线102操作用于传送该发射信号。因为端子D和B有效地耦合至接地，所以这些端子处的信号功率被反射回到混合设备202中并且不存在通过这些端子的信号损耗。因而，混合设备202在没有开关或功率损耗的情况下将发射信号引导至天线102。

在接收模式操作期间，Rx启用开关206由Rx启用信号214激活以将端子A耦合至接地，藉此禁用来自Tx匹配电路116的信号路径。Tx_en信号216被设置成停用Tx启用开关208从而端子B与接地解耦合。由天线102接收的信号被输入到混合耦合器202的端子C并且被引导至端子B，如由接收信号路径220所指示的。因为端子D和A有效地接地，所以这些端子处的信号功率被反射回到混合耦合器202中并且不存在通过这些端子的信号损耗。

混合耦合器202的端子B耦合至Rx匹配电路110，Rx匹配电路110提供如由混合耦合器202所见的恰适输入阻抗(即50欧姆)以将这些收到的信号输入到低噪声放大器(LNA)112。因而，90度混合耦合器202在没有开关或功率损耗的情况下将接收信号引导至LNA112。

在一示例性实施例中，90度混合202的端子D取决于实现被短接至接地、悬浮、或连接有比50欧姆高得多的阻抗。在一示例性实施例中，开关206也可被集成到Tx匹配电路116中，这使得并发匹配网络104在PA侧完全不用开关。这也可操作用于进一步降低损耗。

本文的各示例性实施例公开了一种并发匹配网络104以通过使用90度混合耦合器202来允许Tx/Rx信号路径共享同一天线。在一示例性实施例中，接收信号路径和发射路径被配置成在毫米波长频率(即60GHz)上操作。相比于与常规电路的信号路径串联使用的单刀双掷(SPDT)开关(即，SPDT开关对于片外组件在60GHz处通常具有2dB损耗)，无源90度混合耦合器202具有较低的损耗。通过从发射和接收信号路径两者中消除串联SPDT开关，达成了较低的损耗。示例性实施例具有广泛的应用并且适于片上和片外实现两者。相应地，在一示例性实施例中，并发匹配网络104包括90度混合耦合器，其第一端子连接至天线，第二端子连接至接收信号路径，而第三端子连接至发射信号路径。并发匹配网络104还包括至少一个开关，该至少一个开关被配置成启用接收信号路径和发射信号路径之一以与天线通信。

替换示例性实施例

在各示例性实施例中，各种低损耗并发匹配网络可被配置成利用90度混合耦合器。下文解说这些替换示例性实施例中的两个。

图3示出了并发匹配网络302的替换示例性实施例。并发匹配网络302包括具有四个端子(A-D)的90度混合耦合器304。端子C连接到天线102。端子B连接到晶体管306。端子D连接到Tx匹配电路116，且端子A连接到Rx匹配电路110。

在这一示例性实施例中，从设备处的基带处理器或其他实体生成的Rx启用信号214被配置成控制晶体管206、306以选择性地将端子B和D耦合至接地。Tx_en信号216被配置成控制晶体管208以选择性地将端子A耦合至接地。

在接收模式操作期间，晶体管206、306由Rx启用信号214激活，以使得端子B和D耦合至接地以将功率反射回到设备304中并且因此不存在与这些端子相关联的信号损耗。Tx_en信号216被设置成停用晶体管208从而端子A与接地解耦合。在这一配置中，由天线102接收的信号流过混合耦合器304的端子A至Rx匹配电路110并且之后至LNA 112。

在发射模式操作期间，晶体管206、306由Rx启用信号214停用从而端子B和D与接地解耦合。Tx_en信号216被设置成激活晶体管208从而端子A耦合至接地。在这一配置中，来自PA 114的发射信号流过Tx匹配电路116并且之后流过混合耦合器304的端子D以供由天线102进行传送。在一示例性实施例中，晶体管306由Rx_en信号214停用从而端子B在发射模式期间悬浮以将功率反射回到混合耦合器304中。在另一示例性实施例中，端子B耦合至远高于到端子B的50欧姆的阻抗。

图4示出了并发匹配网络402的示例性替换实施例。并发匹配网络402包括具有四个端子(A-D)的90度混合耦合器404。端子C连接到天线102。端子B连接到晶体管406。端子D连接到Tx匹配电路116，且端子A连接到接地。

在这一示例性实施例中，Rx_en信号214作用于启用接收或发射操作模式。例如，Rx_en信号214被耦合成控制晶体管206和晶体管406两者。当Rx_en信号214被设置成激活晶体管206、406时，接收操作模式被激活。这一配置将端子D通过晶体管206耦合至接地并且将端子B耦合至Rx匹配电路110。这一配置允许接收信号从天线102流至LNA 112。

当Rx_en信号214被设置成停用晶体管206、406时，发射操作模式被激活。这一配置使端子D与接地解耦合并且使端子B与Rx匹配电路110解耦合。这一配置允许发射信号从PA114流至天线102。因而，匹配电路402被配置成仅使用Rx_en信号214来在发射和接收模式之间切换。

图5示出了并发匹配网络设备500的一示例性实施例。例如，设备500适于用作图2中所示的匹配网络104。在一方面，设备500由配置成提供如本文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500包括第一模块，第一模块包括用于进行相移以提供对天线的并发匹配的装置(502)，用于进行相移的装置包括连接到天线的第一端子、连接到接收信号路径的第二端子、连接到发射信号路径的第三端子、以及连接到接地的第四端子。在一方面，用于进行相移的装置包括90度混合202。

设备500包括第二模块，第二模块包括用于启用接收信号路径和发射信号路径之一以与天线通信的装置(504)，在一方面该装置包括晶体管206和208。

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，贯穿上面描述始终可能被述及的数据、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那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。

本领域技术人员将进一步领会，结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑框、模块、电路、和算法步骤可被实现为电子硬件、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、块、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。

结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑块、模块、和电路可用设计成执行本文所描述的功能的通用处理器、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、分立门或晶体管逻辑、分立硬件组件、或其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、或任何其他此类配置。

结合本文所公开的实施例描述的方法或算法的各个步骤可直接用硬件、由处理器执行的软件模块或两者的组合来实现。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、或其他远程源传送而来，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。上述的组合应当也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将是显而易见的，并且本文中定义的一般原理可被应用于其他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

1.一种并发匹配网络装置，包括：

相移耦合器，所述相移耦合器的第一端子连接至天线，第二端子连接至接收信号路径，而第三端子连接至发射信号路径；

第一开关，所述第一开关连接至所述第二端子并且被配置成通过将所述第二端子接地来选择性地启用所述发射信号路径；以及

第二开关，所述第二开关连接至所述第三端子并且被配置成通过将所述第三端子接地来选择性地启用所述接收信号路径。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述相移耦合器包括90度混合耦合器。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一和第二开关被配置成基于第一和第二开关控制信号来操作。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二端子耦合至所述接收信号路径上的放大器。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，进一步包括连接在所述放大器和所述第二端子之间的接收路径匹配电路。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第三端子耦合至所述发射信号路径上的放大器。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，进一步包括连接在所述放大器和所述第三端子之间的发射路径匹配电路。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述接收信号路径和所述发射路径被配置成在毫米波长频率上操作。

9.一种并发匹配网络设备，包括：

用于进行相移以提供对天线的并发匹配的装置，所述用于进行相移的装置包括连接到所述天线的第一端子、连接到接收信号路径的第二端子、和连接到发射信号路径的第三端子；

用于连接到所述第二端子并通过将所述第二端子接地来启用所述发射信号路径的装置；以及

用于连接到所述第三端子并通过将所述第三端子接地来启用所述接收信号路径的装置。

10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述用于进行相移的装置包括90度混合耦合器。

11.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述用于启用所述发射信号路径的装置包括第一开关。

12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述用于启用所述接收信号路径的装置包括第二开关。

13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述第一和第二开关被配置成基于第一和第二开关控制信号来操作。

14.如权利要求9所述的设备，其特征在于，进一步包括耦合至所述接收信号路径的用于放大的装置。

15.如权利要求9所述的设备，其特征在于，进一步包括耦合至所述发射信号路径的用于放大的装置。

16.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述接收信号路径和所述发射路径被配置成在毫米波长频率上操作。