CN105706360A - 低噪声放大器匹配 - Google Patents
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Abstract
示例性实施例涉及低噪声放大器(LNA)匹配设备(402)。一种设备可以包括用于接收无线信号的天线和至少一个LNA。设备可以进一步包括在天线和该至少一个LNA之间耦合并且被配置成接收一个或多个控制信号(S1，S2，S3，S4，S5)来为多个频带中的每个频带提供最优的LNA匹配设置的LNA匹配设备(402)。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求来自2013年11月07日提交的、共同拥有的美国非临时专利申请第14/074,612号的优先权，其内容以整体通过引用显式地并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及低噪声放大器匹配设备。
背景技术
多模多制式无线通信设备通常需要一个或多个高性能无线电接收器，其应当为弱信号提供足够的信噪比(SNR)性能以实现最大的敏感度性能。此外，多模接收器应当在宽动态范围上以最小失真线性地处理信号和干扰水平。即需要高线性度性能。接收器内的失真可能由例如互调和增益压缩导致。更高的线性度导致降低的互调水平和增益压缩。因此，还需要低噪声、高增益性能。通常，难以实现同时提供高线性度和低噪声两者的接收器设计技术并且接收器设计技术受到设计折中的限制。
高性能接收器的一个重要部分是低噪声放大器(LNA)。LNA可能是接收器的整体噪声性能的主要决定因素。换句话说，诸如高线性度和低噪声的LNA的特性可能主导总的接收器性能。一般地，LNA被放置在靠近接收天线接口的接收器的前端处以最小化天线和LNA之间的射频(RF)损耗。LNA被设计成除LNA输入处出现的噪声之外贡献最少量的额外噪声的同时提供高增益。该性质被称为低噪声因数。为实现高线性度特性，LNA也应当具有高三阶输入互调截止点(IIP3)，三阶输入互调截止点是其中三阶互调产物水平与外推的线性期望的输出水平相等的输入水平。一般地，IIP3的高的值指示高的线性度性能。
在加入更多的LNA以覆盖更多的频带和更多的模的同时，收发器设备在尺寸上正在缩小。常规的RF收发器专用集成电路(ASIC)可能包括至少20个LNA以覆盖低频带(600MHz到900MHz)、中频带(1400MHz到2100MHz)和高频带(2200MHz到2700MHz)。包括至少20个LNA的设备封装可以在大约3.8毫米×3.8毫米，而用于每个LNA的被动匹配部件占三倍于收发器设备的尺寸的区域。而且，为了最佳的噪声因数和增益，每个LNA必须被手动地阻抗匹配，因此，消耗了额外的时间。因此，接收器LNA匹配占据大量的区域并且需要极大的力气去改变每个部分。通常的LNA可能具有两个被动匹配部件并且接收器可能包括大约80个被动匹配部件(假定20个主接收器LNA和20个分集接收器LNA)。
存在对增强的无线通信设备的需求。更具体地，存在对涉及包括可编程LNA匹配设备的无线通信设备的实施例的需求。
附图说明
图1图示了根据本发明的示例性实施例的包括收发器专用集成电路的设备。
图2描绘了无线通信设备。
图2A-图2C图示了图2的无线通信设备的个体部分。
图3是根据本发明的示例性实施例的电子设备的框图。
图4图示了根据本发明的示例性实施例的包括耦合到多个匹配设备的收发器模块的设备。
图5图示了根据本发明的示例性实施例的包括耦合到多个匹配设备的收发器模块的另一设备。
图6图示了根据本发明的示例性实施例的匹配设备。
图7图示了根据本发明的示例性实施例的另一匹配设备。
图8图示了根据本发明的示例性实施例的又一匹配设备。
图9是图示电感器值的示例选择的史密斯图。
图10描绘了根据本发明的示例性实施例的包括耦合到收发器模块的多个匹配设备的设备。
图11描绘了根据本发明的示例性实施例的包括匹配设备和低噪声放大器的系统。
图12是图示噪声因数测量单元的输出的绘图。
图13是描绘了根据本发明的示例性实施例的方法的流程图。
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方面的描述，而非旨在代表可在其中实践本发明的仅有的示例性方面。贯穿本描述使用的术语“示例性”意指“用作示例、实例或解释”，并且不应当一定被解释成优于或胜过其他示例性方面。本详细描述包括具体细节以用于提供对本发明的示例性方面的透彻理解的目的。没有这些具体细节也可以实践本发明的示例性方面对本领域技术人员将是显而易见的。在一些实例中，公知的结构和器件以框图形式示出以免模糊本文中给出的示例性方面的新颖性。
无线通信设备的常规的收发器是针对全球频带覆盖和模覆盖而设计并且在单个移动手持设备中可以有超过20个频带。进一步地，如下文在图1和图2中所图示的，常规的收发器可能需要针对每个接收信号路径的大量的LNA与频带选择滤波器。收发器可以包括选择每个接收信号路径与合适的滤波器、LNA匹配和针对所选择的接收器路径的伴随的LNA的开关。进一步地，收发器可以使用跟随有一个或多个滤波器以及在许多情况下取决于LNA的数量或载波聚合的另一开关的天线开关模块(ASM)。收发器内的每个LNA可以包括两个或三个被动匹配部件，并且被动匹配部件面积可以超过收发器ASIC面积几个数量级。尽管接收器和LNA仿真预测了开始的LNA匹配值，然而由于印刷电路板(PCB)寄生和非理想的被动部件，仍然需要手动的经验性的匹配。进一步地，更多的LNA被动部件等同于投入到匹配的显著更多的时间。
图1图示了包括具有LNA103的收发器ASIC102的设备100。设备100进一步包括主接收器LNA匹配电路装置104和分集接收器LNA匹配电路装置106。如在图1中所图示的，每个LNA103被耦合到专用的匹配部件，这导致了增加的匹配部件面积。
图2图示了包括在图2A中详细图示的部分202、在图2B中详细图示的部分204和在图2C中详细图示的部分206的无线通信设备200。参考图2A，通信设备200包括耦合到第一天线模块210的主天线208和耦合到第二天线模块214的分集天线212。第一天线模块210包括耦合到双工器220A-双工器220C的开关216。进一步地，第二天线模块214包括耦合到多个LNA路径的开关222，该多个LNA路径包括与第二天线模块214和分集天线212关联的LNA匹配电路224A-匹配电路224D。注意，设备200可以包括与第二天线模块214和分集天线212关联的附加的LNA接收路径(例如，20-30个LNA接收路径)。
参考在图2B中图示的部分204，设备200进一步包括与第一天线模块210和主天线208关联的LNA接收路径内的附加的LNA匹配电路224E-匹配电路224G。注意，设备200可以包括与第一天线模块210和主天线208关联的附加的LNA接收路径(例如，20个LNA接收路径)。继续参考部分204，设备200还包括具有多个LNA的收发器集成电路(IC)226，其中每个LNA与专用的LNA路径相关联。参考在图2C中图示的部分206，设备200还可以包括耦合到收发器IC226(参见图2B)的移动站调制解调器ID230。如本领域技术人员将理解的，包括常规的收发器的设备200需要针对每个接收信号路径的大量的LNA与频带选择滤波器。
如在本文描述的示例性实施例是指向与可编程的LNA匹配相关的设备和方法。根据本发明的各种示例性实施例，允许针对最小接收器噪声因数的自动的接收器噪声匹配的可编程的匹配设备可以极大地减少无线通信设备内的大量的LNA匹配部件。可编程的LNA匹配设备可以包括一个或多个内建的宽带开关，以复用来自包括双工器的许多频带选择滤波器的LNA输入。相应地，一个宽带LNA或少量的LNA可以服务大量的频带，使得使用设置查找表的处理器可以为每个频带设置最优的LNA匹配设置。对于各种实施例，可编程的LNA可能需要一个或多个外部电感器以便实现更高的Q值。包括玻璃或蓝宝石衬底的其他实施例可以为了完全集成解决方案在封装内采用高Q值电感器。进一步地，实施例可以包括与设备裸片一起在玻璃上的集成的被动器件，以用于高度紧凑的软件控制的可调整的设备。此外，实施例可以将可编程的LNA匹配集成到收发器ASIC中，消除大部分的LNA匹配。
更具体地，根据一个示例性实施例，设备可以包括至少一个LNA和耦合到该至少一个LNA并且被配置成接收一个或多个控制信号以针对多个频带中的所选择的频带提供最优的LNA匹配设置的LNA匹配设备。本发明的另一示例性实施例包括用于操作LNA匹配设备的方法。这种方法的各种实施例可以包括在LNA匹配设备处接收无线信号以及将来自LNA匹配设备的该无线信号传送到LNA。方法还可以包括测量该无线信号的噪声因数以及调整LNA匹配设备以针对多个频带中的所选择的频带最小化噪声因数。
通过对后续的描述、附图和所附的权利要求的考虑，本发明的其他方面以及本发明的各个方面的特征和优点对本领域技术人员将变得显而易见。
图3是根据本发明的示例性实施例的电子设备300的方框图。根据一个示例，设备300可以包括诸如移动电话的便携式电子设备。设备300可以包括各种模块，诸如数字模块302、RF模块304和电源管理模块306。数字模块302可以包括存储器和一个或多个处理器。可以包括RF电路装置的RF模块304可以包括收发器305，收发器305具有发射器307和接收器309并且被配置用于经由天线308的双向无线通信。一般来说，无线通信设备300可以针对任意数量的通信系统、任意数量的频带和任意数量的天线而包括任意数量的发射器和任意数量的接收器。根据本发明的示例性实施例，接收器309可以包括下文描述的一个或多个示例性实施例。
图4图示了根据本发明的示例性实施例的设备350。设备350包括具有多个LNA输入353的收发器模块352(例如，收发器ASIC)。进一步地，设备350包括设备360A-设备360D，设备360A-设备360D中的每个设备在本文中可以被称作可编程的LNA匹配设备。每个设备360A-设备360D被配置成从例如双工器(未在图4中示出)接收多个输入并且传送输出，该输出可以被收发器模块352的多个LNA中的一个LNA接收。如所图示的，每个设备360A-360D可以具有耦合到该设备的外部电感器Lx。以示例的方式，设备360A可以被配置成从一个或多个双工器滤波器组接收主低频带(LB)(例如，600MHz到960MHz)和/或中频带(MB)(例如，1400MHz到2100MHz)输入，并且设备360B可以被配置成从一个或多个双工器滤波器组接收主高频带(HB)(例如，2200MHz到2700MHz)输入。进一步地，设备360C可以被配置成从一个或多个双工器滤波器组接收分集HB输入，并且设备360D可以被配置成从一个或多个双工器滤波器组接收分集LB和/或MB输入。作为示例，每个设备360A-设备360D可以包括4个到10个之间的输入和4个输出。
图5图示了根据本发明的示例性实施例的另一设备380。设备380包括具有多个LNA输入353的收发器模块382(例如，收发器ASIC)。进一步地，设备380包括设备380A-设备380D，设备380A-设备380D中的每个设备在本文中也可以被称作可编程LNA匹配设备。每个设备380A-设备380D被配置成从例如双工器(未在图5中示出)接收多个输入并且传送输出，该输出可以被收发器模块382的LNA接收。如所图示的，每个设备380A-设备380D可以具有耦合到该设备的外部电感器Lx。以示例的方式，设备380A可以被配置成从一个或多个双工器滤波器组接收主LB输入和/或中频带MB输入，并且设备380B可以被配置成从一个或多个双工器滤波器组接收主HB输入。进一步地，设备380C可以被配置成从一个或多个双工器滤波器组接收分集HB输入，并且设备380D可以被配置成从一个或多个双工器滤波器组接收分集LB输入和/或MB输入。
作为示例，取决于频带的数量或者受封装尺寸影响的目标面积节省，每个设备380A-设备380D可以包括2个到10个之间的输入。进一步地，每个设备380A-设备380D可以包括例如1个输出。如将在下文更详细地描述的，LNA匹配设备可以根据用于为所选择的LNA提供最优的匹配的自动的匹配算法而工作。注意，可以为了高度集成的紧凑的设备解决方案而将输入多路复用器开关、设备裸片和包括外部电感器Lx的被动设备集成在玻璃或蓝宝石衬底上。
进一步地，根据其他实施例，一个或多个LNA可以被集成到只具有一个输出的设备380中。
图6图示了根据本发明的示例性实施例的设备400。设备400包括具有输入单元403的LNA匹配设备402，输入单元403包括用于选择性地耦合到多个接收路径RX1-RX10中的一个接收路径的开关S1。尽管开关S1被图示成配置成用于选择性地耦合到10个可能的接收路径中的一个接收路径，然而本发明不限于这样。相反，开关S1可以被配置成用于选择性地耦合到任意数量的接收路径中的一个接收路径。LNA匹配设备402进一步包括开关S2-开关S4和可变电容器C1和可变电容器C2。以示例的方式，可变电容器C1和可变电容器C2可以包括数字阶梯电容器组、模拟调谐电容器或者它们的组合。
如所图示的，开关S2被耦合在节点A和节点B之间。如果需要，节点B可以进一步被耦合到分流电容器或分流电感器。确定分流电容器还是分流电感器应当被耦合到节点B可以基于针对最佳噪声因数的LNA的最优的源阻抗。进一步地，开关S3被耦合在节点A和节点C之间，节点C还被耦合到节点D。可变电容器C2被耦合在节点C和节点E之间，节点E可以进一步被耦合到地电压。可变电容器C1被耦合在节点E和节点G之间，如果需要，节点G可以进一步被耦合到分流电容器。进一步地，开关S4被耦合在节点G和节点F之间。节点F进一步被耦合输出单元410，输出单元410包括用于选择性地耦合到多个LNA输入(即，LNA输入LNA1-LNA4)中的一个LNA输入的开关S5。
设备400进一步包括在LNA匹配设备402外部并且被耦合在节点F和节点D之间的电感器L1。此外，LNA匹配设备402可以包括控制器404，控制器404可以被配置成用于与另一外部控制器交互并且用于控制开关S1-开关S5和可变电容器C1和可变电容器C2的操作。
根据一个示例性实施例，控制器404可以根据操作的频带选择开关S5和开关S1的配置。进一步地，如果需要，控制器404可以按照需要配置开关S3、S4和S2以允许与电感器L1和可选的分流C或L组合的电容器C1和电容器C2的值的选择。如果针对接近接收器的特征阻抗(在大多数的无线电系统中通常是50欧姆)的最优的噪声因数而设计LNA，那么在图6中示出的示例性实施例的拓扑是足够的。取决于LNA最小噪声因数的位置(例如，在史密斯图上)，源阻抗被变换使得最优化的算法可以设置与最佳噪声因数位置最接近的值。注意，由开关S5引入的寄生效应可以利用电感器L1的值和电容器C1和电容器C2的电容器范围的适当选择被设备400的设计补偿。
图7图示了根据本发明的另一示例性实施例的设备450。设备450包括具有耦合到接收路径的输入453的LNA匹配设备452。LNA匹配设备452进一步包括开关S2-开关S4以及可变电容器C1和可变电容器C2。与LNA匹配设备402(参见图6)类似，开关S2被耦合在节点A和节点B之间。如果需要，节点B可以进一步被耦合到分流电容器或分流电感器。进一步地，开关S3被耦合在节点A和节点C之间，节点C又被耦合到节点D。可变电容器C2被耦合在节点C和节点E之间，节点E可以进一步被耦合到地电压。可变电容器C1被耦合在节点E和节点G之间，如果需要，节点G可以进一步被耦合到分流电容器。进一步地，开关S4被耦合在节点G和节点H之间。节点H进一步被耦合到输出460，输出460可以被耦合到LNA的输入。
设备450进一步包括在LNA匹配设备452的外部并且被耦合在节点H和节点D之间的电感器L1。此外，LNA匹配设备452可以包括控制器404，控制器404可以被配置成用于与另一外部控制器交互并且用于控制开关S2-开关S4的操作和可变电容器C1和可变电容器C2。与图6的设备400不同，设备450并不包括多路复用开关并且因此不具有关联的插入损耗以及寄生效应。设备450的操作可以与设备400的操作相同，其中节点B可以取决于为了最佳增益和噪声因数而需要LNA最优的阻抗的位置而可选地具有分流C或者分流L。
图8图示了根据本发明的示例性实施例的设备500。设备500包括具有输入单元503的LNA匹配设备502，输入单元503包括用于选择性地耦合到来自例如前端多路复用器组的多个低频输入中的一个低频输入的开关S1。尽管开关S1被图示成被配置成用于选择性地耦合到10个接收路径中的一个接收路径，然而本发明并不限于这样。相反，开关S1可以被配置成用于选择性地耦合到任意数量的接收路径中的一个接收路径。LNA匹配设备502进一步包括开关S2-开关S4和可变电容器C1和可变电容器C2。与LNA匹配设备402类似(参见图6)，开关S2被耦合在节点A和节点B之间，如果需要，节点B可以进一步被耦合到分流电容器或分流电感器。进一步地，开关S3被耦合在节点A和节点C之间，节点C又被耦合到节点D。可变电容器C2被耦合在节点C和节点E之间，节点E可以进一步被耦合到地电压。可变电容器C1被耦合在节点E和节点G之间，如果需要，节点G可以进一步被耦合到分流电容器。进一步地，开关S4被耦合在节点G和节点H之间。注意，节点H进一步被耦合到输出461，输出461可以被耦合到LNA的输入。
如本领域技术人员将理解的，800MHz以下的射频可能需要物理上更大的、更高值的具有高Q值的匹配电感器。进一步地，可以使用两个串联连接的小型高Q值电感器代替物理上较大的高Q值电感器来节省电路板面积。相应地，如在图8中所图示的，设备500进一步包括在LNA匹配设备502的外部并且被耦合在节点H和节点D之间的电感器L1。也在LNA匹配设备502的外部的附加的电感器L2被耦合在节点D和节点J之间。
LNA匹配设备502可以包括控制器404，控制器404可以被配置成用于与另一外部控制器交互并且用于控制开关S1-开关S4和可变电容器C1和可变电容器C2的操作。除了设备500不包括开关S5并且开关S3断开导致信号经过电感器L2之外，设备500的操作可以与设备400的操作相同。设备500可以使用分流电容器C3与电感器L2、电容器C2、电感器L1以及或许电容器C1一起来匹配低频LNA。
诸如收发器模块382和LNA输入353(参见图5)的各种接收器部件可以采用使用本发明的示例性实施例的宽带LNA作为可编程的LNA匹配，可以根据所选择的频带经由设备500中的开关S1再调整该可编程的LNA匹配。进一步地，设备500可以被用于任意频段，其中低频带可能需要两个串联的电感器，而中频带(通常1400MHz到2100MHz)可能只需要一个电感器，并且高频带(通常2200MHz到2700MHz或更高)可能只需要不同值的一个电感器。通过实施设备500，该多个LNA输入和设备(例如，图5中图示的设备380)的关联的匹配部件可以减少到例如4个封装的部分和4个电感器，因此导致面积节省、用于手动被动部件匹配以及软件再配置匹配的时间减少。进一步地，设备500可以使得容易修改前端设计以用于新的或不同的频带而不用手动地再匹配LNA。而且，软件查找表例如可以针对新的频带再选择电容器C1、C2和C3的值，节省时间和金钱并且支持用于多种市场区域的多种产品。
如本领域技术人员将理解的，可以包括用于感兴趣的频带的发射-接收天线射频开关和双工器滤波器的收发器前端可以被设计成用于执行本发明的各种实施例。通过印刷电路板设计、部件选择以及仿真，本领域技术人员可以确定例如从图7中图示的设备450的输入453看到的跨着感兴趣的频带的源阻抗(Zs)。此外，可以经由仿真或其他测试预测针对感兴趣的每个频带内的特定频率处的最佳噪声因数和最佳增益的由LNA需要的阻抗。进一步地，对LNA噪声因数和增益环的了解可能是有助的但并不总是必须的。注意，在同一时间跨频带地具有最佳的噪声因数和最佳的增益可能是困难的。除源阻抗以外，还可以确定在其中预测最佳噪声因数的点的轨迹和操作的范围。因此，可以选择电感器L1的值使得C1和C2的电容器值可以覆盖最佳噪声因数的点的轨迹并且覆盖增益的范围(增益环)，使得源阻抗使LNA能够操作在针对最佳的系统输出SNR的噪声因数和增益的最佳组合下。
图9描绘了图示了选择用于LNA匹配设备的电感器值的示例的史密斯图。在该示例中，用于设备450的电感器L1(参见图7)的电感值被选择，其中开关S2断开、开关S3闭合并且节点B未被耦合到分流电容器或分流电感器。进一步地，在860MHz到960MHz范围(例如，B5和B8下行链路)内的890MHz处的源阻抗等于40-j12欧姆。如本领域技术人员将理解的，最优的LNA噪声因数可以是Zopt＝63+j8欧姆；然而最优的增益可能与此稍微偏离并且可以跨频带地改变。选择电感器L1的值，使得随着最优化算法(例如，图11的最优化算法630)搜索C1和C2的最优值，电容器C1和电容器C2的范围在Zopt周围的产生给出系统增益和级联的噪声因数的最佳组合的点的轨迹。注意，最优化算法可能不知道阻抗的任何事情并且它可以基于测量的噪声因数或输出SNR为电容器C1和电容器C2选择电容值并且对其优化。按照Friis公式，LNA噪声因数和增益主导系统级联的噪声因数。在下面的图表中，L1是固定值而C1和C2的值随机变化。注意，该示例假定设备寄生分流电容被包括在电容器C1和电容器C2中。具体参考图9，附图标记532代表在感兴趣的频带上电容器C1和电容器C2的值的多个级与电感器L1的所选择的值一起的范围。进一步地，附图标记534代表允许覆盖针对最优的阻抗(例如，最佳的系统输出SNR)的点536的轨迹的电容器C1和电容器C2的值的范围的电感器L1的固定值的选择。
本领域技术人员针对感兴趣的频带选择固定的电感器L1使得设备与匹配最优化算法一起可以选择C1和C2的最优值，使得当利用连续波基准音测量时，系统输出SNR最大。该基准音可以是针对已知的输入SNR设置的外部信号生成器以用于更精确地测量系统的噪声因数(NF)(利用最优NF目标或输出SNR目标，最优化算法将很快收敛到用于C1和C2的设置)，或者它可以是以一些不确定性设置的内部基准音级，因此系统针对最好情况的输出SNR而优化。在没有手动改变被动部件或使用具有被动部件的外部RF开关的情况下，L1的适当选择和任意的示例性实施例在宽的操作带宽上的匹配优化可能是不可能的。最后，一些设计可能不需要串联的电感。代替L1的短传输线连接可能是所需的一切。
图10描绘了根据本发明的另一示例性实施例的设备550。设备550包括主收发器552和分集收发器554。设备550进一步包括耦合到主收发器552的设备556和设备558以及耦合到分集收发器554的设备560和设备562。设备556、设备558、设备560和设备562中的每个设备可以包括设备400(参见图6)、设备450(参见图7)、设备500(参见图8)或它们的任意组合。如在图10中所图示的，每个设备556、558、560和562被配置成用于选择性地耦合到多个LNA中的一个。根据一个示例性实施例，设备556和设备558可以替代LNA匹配设备224E、224F、224G等等(参见图2B)，导致更少的零件。类似地，设备560和设备562可以替代LNA匹配设备224A、224B、224C、224D等等，导致更少的零件。
图11是根据本发明的又一示例性实施例的系统600的图。如本领域技术人员将理解的，系统600可以被配置成针对给定了LNA的已知输入SNR的该LNA的最优的输出SNR而选择电容器C1的值和电容器C2的值。系统600包括耦合到可编程LNA匹配设备610的输入的信号生成器602。注意，可编程的LNA匹配设备610可以包括本文所描述的LNA匹配设备中的一个(即，LNA匹配设备402、LNA匹配设备452或LNA匹配设备502)。进一步地，系统600包括在LNA匹配设备610的外部并且耦合到LNA匹配设备610的电感器L。取决于具体的实施例，LNA匹配设备610的输出可以连接到收发器模块609的一个LNA端口或多个LNA端口。作为示例，收发器模块609可以包括收发器ASIC。收发器模块609包括LNA622和下变频器和低通滤波器(LPF)624。在收发器模块609内，LNARF输出信号经由下变频器和LPF624被下变频并且传送到调制解调处理器611。调制解调处理器611包括模数转换器(ADC)640和采样服务器642。可以利用已知的采样速率配置的ADC640可以接收下变频器和LPF624的输出并且可以耦合到存储器或采样服务器642，存储器或采样服务器642存储将被读出以用于被最优化算法处理的N个样本。采样服务器642可以将数据经由USB输出到外部PC或经由一些其他总线输出到应用处理器。
可以包括软件或者算法模块的模块620包括噪声因数计算单元624、收敛单元626、最优化算法630和存储器634。噪声因数计算单元624可以被配置成计算来自输出SNR的噪声因数并且将结果输出到收敛单元626。注意，系统600可以使用输出SNR代替计算的噪声因数。收敛单元626可以接收或编程有目标噪声因数或目标输出SNR。进一步地，收敛单元626可以记录之前测量的噪声因数或者输出SNR并且将一个或多个测量与当前的测量相比较。当在当前的测量中没有发现进一步的改进时，系统600可以在存储器634中存储最优的阻抗Zopt以针对设备610支持的操作的每个频带建立设置的表。模块620可以是外部PC的一部分(例如，在其上运行)、调制解调处理器611的数字信号处理器、应用处理器或者它们的任意合适的组合。
注意，系统600可以被配置成确定最大的输出SNR(即，暗示了最小或最佳的噪声因数)。对输入SNR的了解允许模块620计算级联的噪声因数(即，噪声因数(dB)＝SNRin(dB)-SNRout(dB))。在设计合理的接收器系统中，LNA增益和噪声因数可以主导系统级联的噪声因数。本领域技术人员将理解，不足的LNA增益导致具有高噪声因数的接收器的后续部分对系统噪声贡献更多，造成级联噪声的快速上升。最大化系统输出SNR指示最优的LNA信号增益和最低的系统噪底。可以在之前确定的目标噪声因数或SNR(即，连续波(CW)SNR而不是最低的检测到的调制的信号SNR)可以被用于(即，被收敛单元626)与测量的噪声因数(或输出SNR)相比较。
收敛单元626的输出触发电容器C1和电容器C2的新的一组值(如果没有满足目标)，或者输出到存储器634以保存电容器C1和电容器C2的最优值。进一步地，最优化算法单元630可以被配置成从存储器634接收存储的最优化数据并且可以继续搜索最优的设置以产生最优的结果(即，与在存储器634中存储的设置相比较)。迭代的次数可以由步长或者由电容器C1和电容器C2步骤的量化确定。
在系统600的预期的操作期间，LNA匹配设备610可以从信号生成器602接收已知幅度的CW基准音并且将输出传送到LNA622。进一步地，噪声因数测量单元624可以测量LNA622的输出的噪声因数。进一步地，收敛单元626的输出被最优化算法单元630接收，最优化算法单元630可以被配置成基于LNA622的输出的一个或多个参数确定LNA匹配设备610的最优的配置和/或设置。更具体地，最优化算法单元630可以被配置成基于从收敛单元626接收的信号而确定LNA匹配设备610的一个或多个开关的最优的配置以及LNA匹配设备610的一个或多个可变电容器的最优的设置以最小化LNA622的噪声因数。注意，最优化算法单元630和存储器634可以是诸如在图3中图示的数字模块302的数字模块的一部分。进一步地，最优化算法单元630的功能性可以被一个或多个处理器执行(例如，在数字模块内)。
系统600可以起当满足收敛时终止的反馈环的功能。设备610内的变量的最优值(例如，电容器C1的值和电容器C2的值)可以被最优化算法单元630确定并且被控制器404设置。这些变量扮演将LNA与用于最大的输出SNR(或者最小的噪声因数)的gamma最优化相匹配的角色。在经由最优化算法单元630通过控制器404设置变量之后，系统600的操作可以开始并且基准音被信号生成器602发送到设备610。
根据示例性实施例，CW基准音可以被内部生成并且最优化算法630可以针对最佳的可能的CWSNR选择电容器C1的值和电容器C2的值。此外，可以使用外部基准用于比较以便确定在自生成的音中的错误并且噪声因数随后可以被测量和优化。该示例性实施例可能需要最优化算法在调制解调处理器或应用处理器上运行。如将理解的，该示例性实施例允许系统自匹配、自测试以及甚至利用收发器前端双工器中的改变而适应新频率和新频带。进一步地，它可以使得原始设备制造商(OEM)能够简单地改变双工器、运行自匹配或者运行自调整最优化算法。
图12是图示了从已知的输入CWSNR和输出SNR计算的噪声因数计算624(参见图11)的输出的绘图680。再次参考图11，当与期望的输出SNR(或噪声因数)相比较时，如果没有满足目标匹配(即，收敛)，那么新的一组输入值(即，电容器C1的值和电容器C2的值)可以再次被最优化算法单元630确定并且被控制器404设置。这个过程可以持续直到收敛被满足。最优化算法单元630可以包括数学上定义的最优化算法(例如，Nelder-Mead)，该最优化算法可以找到电容器C1和电容器C2的最优的设置。
图13是图示了根据一个或多个示例性实施例的方法700的流程图。方法700可以包括在低噪声放大器(LNA)匹配设备(由附图标记702表示)处接收无线信号。此外，方法700还可以包括将来自LNA匹配设备的无线信号传送到LNA(由附图标记704表示)。方法700还可以包括测量无线信号的噪声因数(由附图标记706表示)。此外，方法700可以包括调整LNA匹配设备以最小化用于多个频带中的所选择的频带的噪声因数(由附图标记708表示)。
如本文所描述的，本发明提供了自动化的LNA调整(例如，经由芯片上软件)以使得LNA能够支持多个(例如，上至10个)接收路径，因此，减少了无线通信设备内的部件以及关联的成本。进一步地，各种实施例可以包括适应性LNA匹配或者闭环LNA匹配，如果内部射频(RF)基准源是可用的。因此，在不知道噪声因数或者对输入SNR了解很少的情况下，系统可以针对最大输出SNR而调整或者匹配。此外，各种实施例可以包括电可调整的滤波器来为电可调整的预选的接收器滤波器提供一系列的频率。
本领域技术人员应当理解，信息和信号可使用各种不同技术和技艺中的任意一种来代表。例如，贯穿上文描述可能被提及的数据、指令、命令、信息、信号、位(bit)、符号和芯片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光粒子或其任何组合来代表。
本领域技术人员能够进一步理解，结合本文中公开的示例性实施例描述的各种解释性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实施成电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地解释硬件与软件的该可互换性，各种解释性部件、块、模块、电路和步骤在上文以其功能性的形式一般化地描述。这种功能性是被实施成硬件还是软件取决于特定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施所描述的功能性，但这种实施决定不应当被解释成导致脱离本发明的示例性方面的范围。
结合本文中公开的示例性实施例描述的各种解释性逻辑块、模块、以及电路可利用通用处理器、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、分立的硬件部件或其设计成执行本文所描述的功能的任何组合来实施或执行。通用处理器可以是微处理器，但在备选方案中，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。处理器还可以被实施成计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协同的一个或更多个微处理器或任何其他此类配置。
在一个或多个示例性方面中，所描述的功能可以在硬件、软件、固件或其任何组合中实施。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计算机存储介质和通信介质两者，包括促成计算机程序从一个地方向另一地方转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。以示例的方式而非限定，这种计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、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它介质。而且，任何连接也被恰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，其中盘常常磁性地再现数据而碟利用激光光学地再现数据。上面的组合也应当被包括在计算机可读介质的范围内。
提供了以上对所公开的示例性实施例的描述是为了使任何本领域技术人员能够制作或使用本发明。对这些示例性方面的各种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，并且本文中定义的普适原理可被应用于其他示例性方面而不会脱离本发明的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限制于本文中示出的示例性方面，而是应被授予与本文中公开的原理和新颖性特征一致的最宽的范围。
Claims (20)
1.一种设备，包括：
至少一个低噪声放大器(LNA)；以及
LNA匹配设备，耦合到所述至少一个LNA并且被配置成接收一个或多个控制信号以针对多个频带中的所选择的频带提供LNA匹配设置。
2.根据权利要求1所述的设备，进一步包括耦合到所述LNA匹配设备的至少一个电感器。
3.根据权利要求2所述的设备，所述至少一个电感器包括在所述LNA匹配设备的输入和输出之间耦合并且在所述LNA匹配设备外部的多个电感器。
4.根据权利要求1所述的设备，所述LNA匹配设备包括一个或多个可变电容器。
5.根据权利要求4所述的设备，所述一个或多个可变电容器中的每个可变电容器包括数字控制的电容器组和模拟可调整电容中的一种。
6.根据权利要求1所述的设备，进一步包括处理器，所述处理器被配置成：
测量无线信号的噪声因数；以及
将所述一个或多个控制信号传送到所述LNA匹配设备。
7.根据权利要求1所述的设备，所述LNA匹配设备包括：
输入，被可切换地配置成耦合到多个接收路径中的一个路径；以及
输出，被配置成耦合到宽带LNA。
8.根据权利要求1所述的设备，所述LNA匹配设备包括：
输入，被可切换地配置成耦合到多个接收路径中的一个路径；以及
输出，被可切换地配置成耦合到包括宽带LNA的所述至少一个LNA中的一个LNA。
9.根据权利要求1所述的设备，所述LNA匹配设备包括：
输入，被配置成耦合到接收路径；以及
输出，被配置成耦合到所述至少一个LNA的宽带LNA。
10.根据权利要求1所述的设备，所述LNA调整设备包括用于调整所述LNA调整设备的多个开关。
11.根据权利要求1所述的设备，所述一个或多个控制信号包括数字字和模拟控制信号中的一个。
12.一种方法，包括：
在低噪声放大器(LNA)匹配设备处接收无线信号；
将来自所述LNA匹配设备的所述无线信号传送到LNA；
测量所述无线信号的噪声因数；以及
调整所述LNA匹配设备以针对多个频带中的所选择的频带最小化所述噪声因数。
13.根据权利要求12所述的方法，所述调整包括改变所述LNA匹配设备的一个或多个电容器组的电容。
14.根据权利要求12所述的方法，所述调整包括调整所述LNA匹配设备的一个或多个开关的状态。
15.根据权利要求12所述的方法，进一步包括将一个或多个控制信号传送到所述LNA匹配设备以调整所述LNA匹配设备，所述一个或多个控制信号包括数字字和模拟控制信号中的一个。
16.根据权利要求12所述的方法，其中接收所述无线信号包括在输入处接收信号，所述输入被可切换地配置成耦合到多个接收路径中的一个路径。
17.根据权利要求12所述的方法，其中传送所述无线信号包括在输出处传送信号，所述输出被可切换地配置成耦合到多个LNA中的一个LNA。
18.一种设备，包括：
用于在低噪声放大器(LNA)匹配设备处接收无线信号的装置；
用于将来自所述LNA匹配设备的所述无线信号传送到LNA的装置；
用于测量所述无线信号的噪声因数的装置；以及
用于调整所述LNA匹配设备以针对多个频带中的所选择的频带最小化所述噪声因数的装置。
19.根据权利要求18所述的设备，用于调整的所述装置包括一个或多个开关和一个或多个可变电容器中的至少一个。
20.根据权利要求18所述的设备，进一步包括用于确定所述LNA匹配设备的匹配设置并且传送一个或多个控制信号以调整所述LNA匹配设备的装置。
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