CN105978589A

CN105978589A - 天线调谐电路

Info

Publication number: CN105978589A
Application number: CN201610058701.XA
Authority: CN
Inventors: 安东·萨尔菲纳
Original assignee: NXP BV
Current assignee: NXP BV
Priority date: 2015-03-11
Filing date: 2016-01-28
Publication date: 2016-09-28
Also published as: EP3068056B1; US20160269060A1; US9647706B2; EP3068056A1

Abstract

公开了一种用于调谐阻抗网络以得到最佳信号强度的系统。所述系统包括：测试音调发生器；射频(RF)接收机；与所述RF接收机耦合的接收信号强度指示器(RSSI)；以及与RSSI耦合的控制器。控制器被配置为基于由所述RSSI测量的RSSI值输出控制信号。

Description

天线调谐电路

背景技术

天线用于无线发射机和接收机中。在设计和制造阶段期间，对这些天线进行调谐以获得最佳性能。然而，环境的改变以及例如设备与干扰物体的接近度的其他外部因素可能导致非最佳的信号接收和发送操作。为了当无线设备处于现场使用时调谐天线，有必要测量阻抗。

发明内容

本发明内容部分用来用简单形式引入将在以下具体实施方式中进一步描述的一些概念。本发明内容不意图标明所请求保护主题的关键特征或基本特征，也不意图用于限制所请求保护主题的范围。

在一个实施例中，公开了一种用于调谐阻抗网络以得到最佳信号强度的系统。所述系统包括：测试音调发生器；射频(RF)接收机；与所述RF接收机耦合的接收信号强度指示器(RSSI)；以及与所述RSSI耦合的控制器。控制器被配置为基于由所述RSSI测量的RSSI值输出控制信号。系统还包括与所述控制器耦合的控制总线。所述控制总线适于与包括至少一个可变电容器的可调谐匹配电路耦合。在一些实施例中，所述至少一个可变电容器与所述控制器一起构造于集成电路内。

所述RF接收机适于接收来自所述可调谐匹配网络的信号。所述可调谐匹配网络包括多个可变组件，并且所述可调谐网络被配置为基于所述控制信号改变所述多个可变组件中的一个或更多个可变组件的值。

系统还包括与所述控制器耦合的数模转换器(DAC)。所述DAC适用于与变容二极管(varicap)耦合，并基于来自所述控制器的驱动信号引起变容二极管的电容发生改变。系统可以包括用于在接收机和发射机之间切换阻抗调谐模式的开关。

附图说明

依据实施例的本发明特定的描述和以上发明内容，可以详细地理解本发明以上所记载的特征的方式，一些实施例在附图中示出。将注意的是，附图只示出了本发明典型的实施例，因此不被认为对范围的限定，因为本发明可能具有其他同样有效的实施例。所主张的主题的优点对于本领域技术人员在阅读本说明书和附图的基础上是显而易见的，附图中的标记数字被用于表示如元件，其中：

图1是根据本公开的一个或更多个实施例的用于调谐外部连接的天线的示例电路的描述；

图2示出了根据本公开的一个或更多个实施例的可调谐匹配电路的示意图；

图3示出了根据本公开的一个或更多个实施例的用于使用可变电容器调谐天线的电路；

图4示出了根据本公开的一个或更多个实施例的用于使用幅度和相位测量调谐天线的系统。

具体实施方式

为了不模糊本公开，在附图中未示出并且本文中未讨论一些熟知的组件。这些组件、方法和用途是本领域技术人员所熟知的公知常识。

图1示出了包括被设计为与天线118相接的集成电路(IC)110的无线设备100的示意部分。IC 110包括测试音调发生器102，测试音调发生器102被配置为生成具有所选特性(例如频率和幅度)的射频(RF)信号。IC 110还包括接收信号强度指示器(RSSI)106模块，以测量由RX输入模块104接收并处理的RF输入的强度。RX输入模块104被配置为从天线118接收RF信号。天线118与可调谐匹配电路114耦合。可调谐匹配电路114可以包括一个或更多个电阻器、电容器和电感器。在一些实施例中，可调谐匹配电路114可以仅包括电阻器和电容器。至少一些电容器可以是可以被控制以提供不同电容值的可变电容器。类似地，在一些实施例中，至少一些电阻器可以是能够基于控制信号提供不同电阻值的可变电阻器。

测试音调发生器102经由高阻抗组件116与天线118耦合。在一些实施例中，高阻抗组件116的值可以在1千欧至2千欧的范围内。在其他实施例中，高阻抗组件116的值可能足够高，使得高阻抗组件116的存在不显著可测量地改变天线118或可调谐匹配电路114的整体阻抗。例如，通常将天线的阻抗设计为在40至800欧的范围内。在该示例中，高阻抗组件116不应当将天线118的阻抗或可调谐匹配电路的阻抗改变超过20欧或在另一示例中超过大约20％。典型地，音调发生器102被配置为产生具有处于无线设备100被设计操作的相同频带中的频率的RF信号。

IC 110还包括控制器108。在一个实施例中，控制器108是基于测量RSSI的值产生控制信号并被配置为经由控制总线112向可调谐匹配电路114发送控制信号的数字电路。在一个实施例中，控制器108可以包括模数转换器，以将测量的RSSI值转换为数字字(digital word)(例如控制信号)。在其他实施例中，控制器108可以是能够通过编程指令操作的可编程组件。控制信号被限定为根据测量的RSSI来改变可调谐匹配电路的阻抗。

在一个示例中，当通过控制信号改变可调谐匹配电路114的阻抗时，控制器108在反馈环路中工作，在反馈环路中，控制器108继续产生控制信号，以改变可调谐匹配电路的阻抗，直至达到RSSI的最高值为止。在一个示例中，控制器108至少临时地存储所测量的RSSI值，并比较新近测量的RSSI值与之前接收的RSSI值，并且如果新接收的RSSI值比之前接收的RSSI值高，则用新接收的RSSI值替换所存储的值。在校准模式中(校准模式可以在预定常规间隔处触发或可以由无线设备100的用户触发)，测试音调发生器102将RF信号引入到高阻抗组件116，并激活控制器108以基于测量的RSSI产生控制信号。在一些实施例中，不包括测试音调发生器102和高阻抗组件116，并且控制器108连续地或在所选间隔处接收测量的RSSI值，比较接收的RSSI值与之前接收的RSSI值，并且如果发现之前接收的RSSI值更高，则尝试调谐可调谐匹配电路114以尝试增加RSSI。

在一个示例中，控制器108可以是基于RSSI读数产生与RSSI读数相对应的数字输出的数字电路。在另一示例中，可以用处理器可执行的软件来实现控制器108。

应当注意的是，阻抗匹配对于级与级之间的最佳可能能量转移是必要的。典型地，在天线与内部电路之间使用匹配网络电路，以在内部电路(例如接收机或发射机)与天线之间提供阻抗匹配。

图2示出了一个示例中的可调谐匹配电路114。应当注意到，本领域技术人员将理解的是，可以不同地设计可调谐匹配电路114，只要可调谐匹配电路114基于控制信号提供不同的阻抗即可。可调谐匹配电路114可以包括可变电容器130、变容二极管(未示出)、可变电阻器132和可变电感器(未示出)的至少一个。在另一实施例中，可以使用非可变组件。这些非可变组件可以经由被配置为通过控制信号操作的开关而耦合在一起。基于控制信号，开关中的一些可以断开，并且一些可以闭合，由此引入电阻、电容和电感的至少一个的不同值，进一步由此提供可变阻抗组件。变容二极管是具有随反向电容增加而降低它的电容的特性的特殊类型的二极管。在一些示例中，多个变容二极管可以基于对所需电容变化范围的需要来使用。

在某一示例中，仅改变特征之一(例如电容)可能就足够了。在其他示例中，可能有必要改变多于一个特征，例如可调谐匹配电路114中的电容和电感。

图3示出了根据本公开的另一实施例的包括IC 110的无线设备100的部分的示意图。在该示例中，IC 110包括一些IC 110内的可变组件(例如，可变电容器144)。IC 110还包括经由电阻器148与变容二极管142耦合的数模转换器(DAC)140。可以通过控制器108来控制诸如可变电容器144的可变组件，控制器108基于RSSI模块106的输出来输出控制信号。该示例中的设计提供了以下优点：可以在IC 110内构造可调谐匹配网络114的至少一些部分，由此简化无线系统的电路设计。

作为一个示例，控制器108可以基于RSSI读数改变电容器144的值。备选地或附加地，控制器108还可以向DAC 140中输入一个值，以使得DAC 140输出不同的电压。由于DAC 140的输出被施加至变容二极管142，所以变容二极管142的电容改变。变容二极管142可以通过另一电阻器152与另一可变电容器耦合。

在一个示例中，控制器108被配置为在一个方向上轻微地改变可变组件的值，以通过反馈环路快速确定RSSI读数是否在增加。如果RSSI读数继续增加，则控制器108在RSSI值开始减小时停止改变可变值。然而，一旦可变值稍有改变，如果RSSI读数下降，则控制器108开始在其他方向上改变可变值。应当注意的是，通常将可变值改变为RSSI不是线性关系，原因在于RSSI读数可能初始地上升，而如果该值继续在同一方向上改变，则在某一点处RSSI读数将开始减小。控制器108可以首先改变一个组件的值以获得最大RSSI，并然后开始改变另一可变组件的值，以通过改变第一可变组件值来实现比前一最大RSSI更高的另一最大RSSI。

IC 110还可以包括开关150，以切换接收机和发射机模式之间的调谐。在接收机路径中，为了过滤掉不想要的频率，可以在一个示例中采用表面声波(SAW)过滤器146。SAW过滤器是被用于过滤掉不想要的频率的半导体器件。通常，SAW过滤器使用压电效应将输入信号变为振动，所述振动在期望频率范围内被变回电信号。

应当注意的是，图3中所示的结构仅仅是示例。本领域技术人员将认识到，在不偏离本公开的意图的情况下，可以重新布置、添加或移除其中所示的一些组件。例如，在一些实施例中，电阻器148可以与可变电容器144耦合，中间没有其他电阻器。

图4示出了另一实施例中的IC 110的示意图。在该实施例中，使用多个混频器252、258、262。频率混频器是根据向其施加的两个信号来创建新频率的非线性电子电路。上混频器252将参考信号(f_ref)250和本地振荡器254的输出作为输入，以产生作为本地振荡器254的输出的频率与f_ref 250之差的f_bist信号。通过缓冲器256(或放大器)，f_bist被输入到通过阻抗组件116的接收机路径中。通过可调谐匹配电路114和低噪声放大器260对f_bist进行滤波，并将其输入到下混频器258中。下混频器258的另一输入是本地振荡器254的输出。下混频器258的输出被输入到另一混频器262中。混频器262的第二输入是f_ref。在混频器262的输出处测量幅度/相位。控制器108接收幅度/相位读数并基于那些读数产生控制信号。经由控制总线112将控制信号发送给可调谐匹配电路114。基于控制信号，改变可调谐匹配电路的阻抗。如上所述，可以通过改变可调谐匹配电路114中的可变电容器、电阻器和电感器的一个或更多个来改变可调谐匹配电路114的整体阻抗。控制信号生成为，使得可变组件(例如可变电容器)的值稍有改变，以确定幅度/相位的值是否增加。如果该值增加，则在初始完成的相同方向上改变可变值。如果幅度/相位的值在可调谐匹配网络114中以可变组件的轻微的改变下降，则可变组件的值的改变被反向。通过在可调谐匹配网络114中改变一个或更多个可变组件获得幅度/相位的最优值。如以上讨论中显而易见的，可调谐匹配电路114阻抗的改变导致幅度/相位的改变，由此创建反馈环路，并且控制器108可以使用该反馈环路确定可调谐匹配电路114的最优调谐。在一个示例中，如果f_ref是1MHz，并且本地振荡器输出是901MHz，f_bist将是900MHz。可以基于其中要使用IC 110的无线设备的实际频带选择这些频率。

在描述主题(具体地在以下权利要求的上下文中)的上下文中使用术语“一”、“一个”、“该”以及类似引用，其应被解释为包括单数和复数，除非另有指示或与上下文明显矛盾。除非另有指示，本文所述的数值范围仅旨在用作对落入该范围内的每个单值的单独引用的速记方法，并且每个单值都包含在说明书中，如同其在本文中单独列举一样此外，以上描述仅用于说明目的，而不是为了限制目的，所寻求的保护范围由下文阐述的权利要求连同其享有任何等同物来限定。本文所提供的任何和全部示例或示例性语言的使用，仅旨在更好地说明主题，并且不对主题的范围造成限制，除非另有请求。权利要求和书面说明书中对术语“基于”等的使用，指示用于得出一个结果的条件，并不排斥得出该结果的任何其他条件。说明书中的任何语言不应被解释为将任何非请求单元指示为实施请求保护的发明所必需的。说明书中的任何语言不应被解释为将任何非请求单元指示为实施请求保护的发明所必需的。

本文描述了优选实施例，其包括发明人已知的用于执行要求保护的主题的最佳方式。当然，这些优选实施例的变化对阅读了上述说明的本领域普通技术人员来说是明显的。发明人预料到本领域技术人员会适当地使用这种变形，并且发明人旨在涵盖以除了本文具体描述的方式之外的方式实践要求保护的主题。因此，所主张的主题包括权利要求所记载的主题的所有修改及其相当是其适用法律允许的。此外，还包括上述单元在其所有可能变化中的任何组合，除非此另有指示或另外与上下文明显矛盾。

Claims

1.一种用于为了最优信号强度调谐阻抗网络的系统，所述系统包括：

测试音调发生器；

射频(RF)接收机；

接收信号强度指示器(RSSI)，与所述RF接收机耦合；以及

控制器，与所述RSSI耦合，其中，所述控制器被配置为基于由所述RSSI测量的RSSI值输出控制信号。

2.根据权利要求1所述的系统，还包括：控制总线，与所述控制器耦合。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述控制总线适于与包括至少一个可变电容器的可调谐匹配电路耦合。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述至少一个可变电容器与所述控制器一起构造于集成电路内。

5.根据权利要求3所述的系统，其中，所述RF接收机适于接收来自所述可调谐匹配网络的信号。

6.根据权利要求3所述的系统，其中，所述可调谐匹配网络包括多个可变组件，并且所述可调谐网络被配置为基于所述控制信号改变所述多个可变组件中的一个或更多个可变组件的值。

7.根据权利要求1所述的系统，还包括：数模转换器(DAC)，与所述控制器耦合。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述DAC适于与变容二极管耦合，并基于来自所述控制器的驱动信号引起变容二极管的电容发生改变。

9.根据权利要求1所述的系统，还包括：开关，用于在接收机和发射机之间切换阻抗调谐模式。