CN107196717B - 对于集成天线调谐器的驻波比量表 - Google Patents

Abstract

本发明的名称为对于集成天线调谐器的驻波比量表。本发明提供集成到硅芯片内的电路，其测量传输线上的RF信号的方面以便提供最终被天线调谐器电路使用以使天线阻抗与提供要传输的RF频率的传输线的阻抗大致匹配的数据。

Description

对于集成天线调谐器的驻波比量表

本申请是申请号为201380057374.0、申请日为2013年10月29日、发明名称为“对于集成天线调谐器的驻波比量表”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及可以适于并入集成电路的驻波比（SWR）量表和相关电路。特别地，本发明的实施例涉及移动装置、基站或其它RF传输装置中的传输电路，其中该传输电路包括驻波比测量电路，其适于提供数据或信息，该数据或信息可以用于调整通过传输天线看去的阻抗以便提高天线与RF传输线的阻抗匹配并且由此有助于使对于各种传输RF频率信道的RF传输电路的功率输出最大化。

背景技术

典型地，蜂窝天线的性能很不理想。传输器功率输出的显著部分通常由于差的天线阻抗匹配而从天线反射回。在经由天线传输单一传输频率时，天线和到天线的传输线阻抗匹配以通过消除从天线返回的反射功率而使输出传输功率最大化。在传输器设计成在多个频率信道上传输时，天线调谐器可以用于提高天线匹配。为了使用天线调谐电路，各种技术用于尝试确定使天线阻抗与传输线匹配所需要的适当阻抗匹配。

用于确定传输线阻抗调整（其通过使从天线返回的反射功率最小化而有助于使来自天线的传输器功率输出最大化）的传统技术方案测量在收发器的功率放大器的输出与天线之间的传输线上的驻波比（SWR）。基本上，SWR是在功率放大器与天线之间的传输线上看去的正向和反射功率的测量。SWR值可以从传输线上的正向和反射功率的测量计算。

参考图1，示出用于有助于计算传输线上的SWR的现有技术方案。RF收发器10输出要传输的信号，其输入功率放大器12。该功率放大器12放大传输信号并且将它提供给传输线14，其最终向天线16提供传输信号用于传输。在传输线14上，定向耦合器18传统上用于与传输线14上的RF信号耦合以便提供反射功率输出20和正向功率输出22。反射功率输出20和正向功率输出22信号或测量提供有多少功率前往天线并且有多少被反射回的指示。如果在传输线14上存在从天线16返回的反射功率，则天线16与功率放大器12的输出之间的阻抗匹配（天线匹配）不被认为是理想的。为了有助于使天线阻抗与功率放大器的输出阻抗和传输线阻抗匹配，反射功率输出信号20和正向功率输出信号22可被其它电路（未专门示出）使用来向天线调谐器26提供调谐器控制信号24。天线调谐器可用于调整或改变通过天线16看去的阻抗和功率放大器12的输出使得存在密切阻抗匹配并且从而存在天线匹配。在出现天线匹配时，将经由天线16传输由功率放大器12提供的最大功率量，从天线16返回的反射功率量最小。

现有技术的定向耦合器的缺点是它是相对大的装置并且无法并入集成电路。定向耦合器因为它必须在印刷电路板上制造和安装而因此比集成电路成本更高。从而，定向耦合器18在例如空间有限的移动电话内占用额外空间。另外，定向耦合器因为它需要额外制造步骤以及去往和来自与收发器装置关联的各种部件的外部部件连接而实现起来成本很高。

美国专利号4,380,767描绘SWR电路44，其使用变压器26来与通向天线的传输线耦合以便提供反射功率和正向功率输出。与定向耦合器类似，变压器26是分立部件，其相当大并且无法集成到硅芯片内。

所需要的是这样的装置：其可以集成到硅芯片内并且可以测量天线的正向功率和反射功率以便提供最终可以被天线调谐器电路使用以有助于使天线阻抗与要传输的RF频率处的功率放大器的阻抗匹配的数据。

发明内容

本发明的实施例提供一种RF传输装置，包括：集成电路，集成电路包括阻抗匹配测量电路，阻抗匹配测量电路包括：人工传输线，人工传输线包括多个节点，使得每个节点被预定阻抗分开；第一检测器电路，配置成从多个节点的第一节点接收第一电压，第一检测器电路配置成提供第一检测电压，第一检测电压是指示未检测到第一电压的预定电压或者相对于第一电压的电压；第二检测器电路，配置成从多个节点的第二节点接收第二电压，第二检测器电路配置成提供第二检测电压，第二检测电压是指示未检测到第二电压的预定电压或者相对于第二电压的电压，其中第一检测电压和第二检测电压由RF传输电路用于确定大致匹配阻抗的调谐器控制设置；以及控制器，配置成接收第一和第二检测电压，并且计算调谐器控制设置。

本发明的实施例提供一种集成电路，包括：驻波比(SWR)测量电路，驻波比(SWR)测量电路包括：人工传输线，人工传输线包括多个节点，其中每个节点被预定阻抗分开；第一可变衰减器和检测器(VAD)电路，连接到多个节点的第一节点，第一VAD电路配置成感测第一节点处的第一电压，并且提供表示第一电压的第一输出电压；第二VAD电路，连接到多个节点的第二节点，第二VAD电路配置成感测第二节点处的第二电压，并且提供表示第二电压的第二输出电压；以及复用器开关，经连接以接收第一输出电压和第二输出电压，并且配置成提供复用输出电压。

本发明的实施例提供一种集成电路，包括：人工传输线，人工传输线包括串联连接的多个电感器元件，其中多个电感器元件各自包括：集成电路的硅中的第一层电气迹线；集成电路的硅中的第二层电气迹线，其中第一层电气迹线和第二层电气迹线配置成产生各自按照一般矩形螺旋形状盘旋的相邻电感器元件；以及多个节点位置，其中节点位置的每个定位在每个电感器元件之间的不同电气迹线部分。集成电路还包括：第一检测器电路，连接到多个节点位置的第一节点位置，第一检测器电路配置成提供第一检测输出电压；以及第二检测器电路，连接到多个节点位置的第二节点位置，第二检测器电路配置成提供第二检测输出电压。

本发明的实施例提供一种集成电路，包括：人工传输线，人工传输线包括串联连接的多个电感器元件，其中多个电感器元件各自包括：集成电路的硅中的第一层电气迹线；集成电路的硅中的第二层电气迹线，其中第一层电气迹线和第二层电气迹线配置成产生各自按照一般矩形螺旋形状盘旋的相邻电感器元件；以及多个节点位置，其中每个节点位置定位在每个电感器元件之间的不同电气迹线部分。

本发明的实施例提供集成到硅芯片的电路，其测量传输线上的RF信号的方面以便提供最终被天线调谐器电路使用以使天线阻抗与提供要传输的RF频率的传输线的阻抗大致匹配的数据。

本发明的实施例提供RF接收器电路，其包括集成电路，该集成电路包含驻波比（SWR）测量电路或相似地阻抗匹配测量电路。SWR测量电路包括人工传输线，其包括多个电感器，该多个电感器与多个节点串联连接使得有节点定位在每个电感器的任一侧上。第一可变衰减器连接到多个节点的第一节点。该第一可变衰减器适于接收衰减指令并且使来自第一节点的第一电压衰减第一步进量以便提供第一衰减电压。第一检测器电路经连接以接收第一衰减电压。该第一检测器电压是零伏或相对于第一衰减电压的电压。第一检测器适于提供第一检测电压。第二可变衰减器连接到多个节点的第二节点。该第二可变衰减器适于接收衰减指令并且使来自第二节点的第二电压衰减第二步进量以便提供第二衰减电压。第二检测器电路经连接以接收第二衰减电压并且还适于提供第二检测电压。第二检测电压是零或相对于第二衰减电压的电压。此外，第一检测电压和第二检测电压适于帮助确定人工传输线上的RF信号的驻波比和相位。备选地，第一检测电压和第二检测电压适于帮助确定调谐器控制设置或信号，其配置成调整调谐器控制电路以大致匹配阻抗。另外，控制器电路配置成提供衰减指令、接收第一和第二检测电压并且根据第一和第二检测电压计算调谐器控制设置。

在另外的实施例中，人工传输线包括多个LC延迟块，其与多个节点串联连接使得有多个节点中的一个节点定位在每个LC延迟块的任一侧上。

在各种实施例中，SWR测量电路进一步包括复用器（MUX）开关，其经连接以接收第一检测电压和第二检测电压。MUX开关进一步经连接以向控制器提供第一检测电压和第二检测电压。

在另外的实施例中，MUX开关经连接以经由模数转换器电路向控制器提供第一检测电压和第二检测电压。

在其它实施例中，集成电路进一步包括天线调谐器电路，其经连接以根据调谐器控制设置来调整RF传输线阻抗。

在其它另外的实施例中，人工传输线的电气长度大于意在由RF收发器电路传送并且在人工传输线上的RF信号的波长的1/2。

在另外的实施例中，集成电路包括功率放大器（PA），其适于接收并且放大RF信号的功率。放大的RF信号提供给SWR测量电路的RF输入。

在另外的实施例中，RF收发器适于集成到无线通信装置、基站、用户设备（UE）或其派生物内。

还提供测量无线通信装置的传输器与天线之间的RF信号的驻波比和相位的示范性方法。示范性方法包括向人工传输线的RF输入提供RF传输信号，其中该人工传输线包括多个LC延迟块，其与多个节点串联连接使得节点定位在每个LC延迟的任一侧上。方法进一步包括设置第一可变衰减器，其连接到多个节点的第一节点，以使第一节点电压衰减第一步进量并且提供第一衰减电压。方法还包括由第一检测器检测第一衰减电压并且提供第一检测器输出，其中该第一检测器输出是零或相对于第一衰减电压的电压。方法进一步设置第二可变衰减器，其连接到多个节点的第二节点，以使第二节点电压衰减第二步进量并且提供第二衰减电压。方法进一步使用第二检测器检测第二衰减电压并且提供第二检测器输出，其中该第二检测器输出是零或相对于第二衰减电压的电压。方法进一步包括由控制器接收第一检测器输出的表示和第二检测器输出的表示。方法还包括使用第一检测器输出的表示和第二检测器输出的表示计算对于RF信号的驻波比（SWR）和相位。

在另外的方法中，第一检测器输出和第二检测器输出的表示是数字表示。

另外的方法进一步包括基于RF信号的驻波比和相位向天线调谐器提供天线调谐器数据；并且通过天线调谐器调整传输线阻抗以便使收发器与天线之间的RF信号的SWR和相移最小化。

另外的方法进一步包括通过模数转换器电路将第一检测器输出和第二检测器输出转换成数字信号，使得这些数字信号是第一检测器输出和第二检测器输出的表示。

另外的方法进一步包括通过控制器控制第一步进量和第二步进量。

在本发明的再其它实施例中，提供集成电路，其包括串联连接的多个LC延迟电路块，其中这些LC延迟电路块形成适于运送RF信号的人工传输线。RF信号意在供天线传输。存在被定位使得不同的节点定位在每个LC延迟电路块的任一侧上的多个节点。节点中的每个处于用于感测人工传输线上的电压的位置中。另外，多个可变衰减器连接而使得不同的可变衰减器连接到多个节点的不同节点。每个衰减器适于或配置成使不同节点位置处的感测电压衰减并且提供衰减电压输出。提供至少一个检测器并且其适于或配置成接收至少一个衰减电压输出并且检测衰减电压电平。该至少一个检测器进一步适于或配置成提供检测电压输出。另外，复用器开关经连接以从至少一个检测器接收检测电压输出并且还适于配置成提供复用检测电压输出。

其它实施例中，模数转换器适于接收复用检测电压输出并且将其转换成代表多个节点的不同节点处的电压的数字数据。

在另外的实施例中，功率放大器电路适于接收信号并且将RF信号提供给人工传输线的输入。

在再另外的实施例中，天线调谐器电路连接到人工传输线的输出并且适于基于复用检测电压输出接收阻抗调整信号。

在再其它实施例中，多个LC延迟电路块包括多个大致平坦电感器线圈，其在硅的两个层中形成并且适于具有在相邻电感器线圈的侧面中在相同的大致方向上流动的电流。

在另外的实施例中，可变衰减器中的每个适于根据衰减控制信号打开和关闭并且采用逐步方式改变衰减。此外至少一个检测器还适于根据检测器控制信号打开和关闭。

附图说明

该发明的实施例的目的和优势在结合附图来看时将从本发明的示范性实施例的下列描述变得更显而易见并且更容易意识，其中：

图1是用于确定传输线上的SWR的现有技术的电路图；

图2是作为RF收发器的部分的示范性传输电路的电气框图；

图3是延迟线路图；

图4是示范性SWR测量单元的框图；

图5是描绘在示范性人工传输线的各种节点处的电压的曲线图；

图6是示范性驻波比测量单元的一部分的简化电路图；以及

图7是人工传输线的示范性电感器部分的集成电路布局。

具体实施方式

现在参考图，其中类似的标号在本文用于始终指代类似元件，图示并且描述示范性射频传输电路（其包括示范性SWR测量电路架构）的各种图和实施例。还描述其它可能实施例。图不必按比例绘制并且在一些实例中图仅为了说明性目的而在某些地方放大和/或简化。本领域内技术人员将意识到基于可能实施例的下列示例的许多可能应用和变化。

参考图2，提供示范性收发器电路200的电气框图。用户设备或基站装置收发器200（其包含示范性传输电路201）可适于连接到天线202，在这里将传输RF传输信号。传输电路201可适于集成到多种移动通信装置或用户设备（UE）内。此外，示范性传输电路201的实施例可并入基站或其它RF传输器装置。示范性传输电路201具有RF传输器电路204，其生成被功率放大器（PA）206放大的传输信号。放大的传输信号或PA信号提供给示范性SWR测量单元208。SWR测量单元208确定PA 206（即，传输线）与天线202之间的天线匹配的质量。由SWR测量单元208测量的SWR值210提供给模数转换器电路（ADC）212，其中SWR值210转换成数字信息并且这样的数字化SWR值提供给控制器214。控制器214适于根据编程算法来进行数据操纵和计算以向天线调谐器电路218提供调谐器控制信号。从而，调谐器控制信号适于更改天线调谐器218的性质以便使天线202的阻抗与PA 216的输出阻抗在预定天线匹配参数内大致匹配。该结果将有助于使传输电路201的传输功率最大化并且使从天线202反射回的功率的量最小化。

在一些实施例中，示范性传输电路201由一个或多个集成电路组成。例如，RF收发器204和PA 206可组合为单个集成电路，而示范性SWR测量单元208和天线调谐器电路218可组合为另一个集成电路。在其它实施例中，PA 206可处于与SWR测量单元208和天线调谐器218相同的集成电路中。图2中的虚线指示PA 206可与RF收发器电路204或SWR测量单元208以及天线调谐器218集成。另外，在一些实施例中可设想SWR测量单元208和天线调谐器218并入独立硅芯片或传输电路201的所有元件集成到单个集成电路内。

延迟线路电路在图3中描绘。该延迟线路由串联连接的多个电感器（L1-L7）组成，其中每个电感器（L1-L7）具有在每个电感器（L1-L7）的每侧上连接到节点（n1-n8）的电容器（C1-C8）。RF信号的SWR可以在电感器和电容器延迟线路元件构造成模拟传输线时通过使用它们来测量。图3的延迟线路电路称为传输线的集总元件模型。在使用适当数量的延迟元件时，可以例如在节点n1-n8处进行电压测量，这对于本发明的实施例是独特的。使用在节点n1-n8处的这些电压测量，可以计算RF传输信号的SWR。另外，在本发明的实施例中，电感器L1-L7以及电容器C1-C8可以全部在集成电路上在硅中构造。图3的延迟线路电路也可称为人工LC延迟线路。如果RF传输器和PA经连接以向人工延迟线路的输入侧提供传输信号并且天线连接到延迟线路的输出侧，则理想地，可以选择LC对以使得节点n1-n8处的节点电压为0或近似0伏（或平坦的）使得该传输线上的RF信号的SWR等于1:1，这将指示没有从天线返回的反射信号并且存在天线匹配。对于图3中的该人工传输线的阻抗（Z₀）和时延（T_d）可以从LC梯形电路计算。

C_t是所用电容器的总和

L_t是所用电感器的总和

图4描绘示范性SWR测量单元的框图，该SWR测量单元在一些实施例中可以用作图2中的SWR测量单元208。在该实施例中，功率放大器402并入SWR测量单元400集成电路。

理解PA 402可或可不并入示范性SWR测量单元400的各种实施例。PA 402的输出将提供放大信号，其来自例如RF收发器204（参见图2）。

示范性SWR测量单元400进一步包括人工延迟线路404。该人工延迟线路404具有多个LC延迟部件（在该实施例中，LC1-LC7）。本发明的实施例可具有并入其中的2至N个LC延迟部件。此外，人工传输线404还包括多个节点n1-n8，其中可以进行沿人工传输线404的电压测量。节点n1-n8定位在每个LC延迟部件LC1-LC7的两侧上。在其中50Ω天线电连接到人工传输线的RF输出406的一些实施例中，人工传输线404将看上起像在它的输出以及它的输入处具有50Ω阻抗。每个延迟子块LC1-LC7在沿人工传输线404向下行进的放大RF信号中形成小的信号延迟。计算每个个体延迟子块LC1-LC7的所有传输延迟的总和并且对其标度使得人工传输线404的总延迟或电气延迟将总是大于传输频率或感兴趣频率的波长的一半。

每个节点n1-n8分别连接到可变衰减器VA1-VA8的输入。每个VA（VA1-VA8）分别提供输出，其进而是到多个检测器电路D1-D8的输入。每个检测器电路D1-D8的输出作为到复用器（MUX开关）410的输入而提供。在一些实施例中，MUX开关410是模拟或RF MUX开关。在其它实施例中，MUX开关410可以是数字MUX开关。

节点n1-n8中的每个是要沿传输线404测量Vpp（电压峰间值）所在的地方。在每个节点n1-n8处的测量Vpp大致相同（即，平坦的）时，则在理想情况下，在天线处存在来自RF输出的最小反射功率或没有反射功率。当天线与例如50Ω阻抗的传输线错配（或相对）时，将存在通过人工传输线404从天线返回的反射。来自天线的反射功率将加入人工传输线上的正向功率。正向传输功率频率波加入来自天线的反射功率波将显示为多个节点n1-n8处的电压（Vpp）中的变化。

LC延迟块LC1-LC7中的每个中的示范性电感器和电容器部件（LC部件）集成到硅或IC电路内。示范性实施例对于LC延迟块中的电感器或电容器未使用分立部件。使LC部件并入硅占用非常少的空间并且与硅中的其它部件一起包含在例如安装或并入移动装置、基站、便携式装置或其它相似设备或其派生物的收发器内是相对便宜的。

在每个节点n1-n8处的Vpp不是大致相同（即，平坦的）时，则可在中间节点n1-n8处读取的最小和最大Vpp电压提供来自错配天线的反射功率的量的指示，其直接与放大RF信号传输线上存在的驻波比（SWR）相关。除直接与SWR相关外，在放大RF信号传输线上形成的波形提供反射RF信号的相位的指示。反射相位信息提供关于错配阻抗是否是电阻、电感和/或电容性的指示。人工延迟线404中的SWR信号的相位通过在测量在哪些节点n1-n8上出现最小和最大Vpp电压以及最小和最大Vpp电压是保持静止还是移动还是在人工传输线404上下滚动而确定。

在PA 402的输出处，通常存在与放大RF信号403（其要由天线传输）关联的显著功率量。为了测量每个节点n1-n8处的Vpp，可变衰减器（VA）可用于使信号衰减至在集成电路检测器D1-D8的测量范围内的水平。在示范性实施例中，每个可变衰减器的衰减水平设置可以根据PA 402的功率输出水平而单独调整或改变。在一些实施例中，PA 402的功率输出可由控制器（未专门示出）可调整地控制。每个VA（VA1-VA8）具有衰减水平设置输入，其适于接收衰减设置信号，该衰减设置信号被每个VA内的电路使用来设置衰减水平以便使RF信号Vpp电压下降了预定步进量而至在电连接于此的检测器电路的合适范围内的水平。基本上，每个VA（VA1-VA8）可以用于增加SWR测量单元400的检测器的电压测量能力的动态范围。

从实践角度来看，与PA 402的输出关联的功率是高的并且VA（VA1-VA8）用于保护检测器电路。原则上，如果检测器电路（例如，D1-D8）可以经受输入功率水平则不需要VA。

在该说明中为了简单起见，我们将论述经由可变衰减器VA1和检测器D1在节点n1处的Vpp电压测量。应理解相似的VPP电压测量由节点n2-n8处的相似功能电路进行或在示范性实施例中许多节点却用于测量Vpp。在节点n1处，可变衰减器VA1使在节点n1处看去的非常高功率RF信号衰减到在检测器D1的操作或可测量电压范围内的水平。在其中PA的最大输出功率已知并且不改变的一些实施例中，则对于检测器D1测量在检测器D1的操作范围内的信号，可以相当容易地确定可变衰减器V1所需要的衰减量，甚至对于从天线反射回的显著功率量也如此。相反，在其中PA 402可以各种不同的放大量放大RF信号并且来自PA的功率输出量将未专门被例如控制器412所知的实施例中，则可变衰减器VA1初始将设置在最高衰减值以便保护它的关联检测器电路D1。然后，控制器412在逐步过程中使可变衰减器VA1上的衰减设置减小直到检测器D1提供这样的输出，其指示它正检测在它的动态范围内的电压值。同样，该过程由图4中的所有可变衰减器VA1-VA8和检测器D1-D8执行。因为实施例包括可变衰减器，而不是固定衰减器，在SWR测量400中，例如10db检测器的动态范围可以仅通过使用并且控制由每个可变衰减器提供的衰减量而扩展到例如约40db。

在一些实施例中，具有例如在约10db至约50db之间的固定范围的检测器可并入SWR测量单元400，但应理解仅具有10db范围的检测器电路设计起来容易得多并且实现为硅不太昂贵。例如，设计为硅的10db检测器可像包括二极管或整流检测器一样简单。在示范性可变衰减器用于在信号被检测器接收并检测之前使信号衰减时，10db检测器的动态范围可以扩展至约40或50db。在其它实施例中，检测器可在具有更高检测范围的情况下设计为硅，例如多至约50db。在这样的环境中，或许对数放大器（其在硅中实现起来比基本二极管检测器更复杂一点）可以用作检测器电路的基础。当这样的示范性基于对数的检测器结合可变衰减器在本发明的实施例使用时，则检测器的动态范围可增加到70至100db。

数字控制器412连接到可变衰减器以向衰减器VA1-8中的每个提供个体衰减器控制或水平设置信号输入414。衰减器控制信号可以在每个可变放大器处设置衰减量并且设置可变放大器是应打开还是关闭。控制器412进一步连接到检测器D1-D8中的每个以便向检测器D1-D8中的每个提供灵敏度和/或开/关信号。另外，控制器向MUX开关410提供MUX控制信号，这将在下文论述。

当示范性SWR测量单元400在操作并且感测多个节点n1-n8处的Vpp电压时，电压衰减器V1-V8初始设置在最大衰减。尽管衰减器设置在最大衰减，检测器D1-D8可检测来自相应可变衰减器输出的电压，或者，或许延迟检测器将仅检测到零伏。每个检测器D1-D8从来自它的关联可变衰减器V1-V8的输出电压检测到检测电压。同时，MUX开关410设置成在每个检测器感测检测电压（其从它的关联可变衰减器V1-V8输出）时接收检测器D1-D8的输出。MUX开关410在控制器412的指示下将从每个检测器D1-D8的输出的检测电压提供给A-D转换器（ADC）418，其进而提供检测电压的数字表示作为到控制器412的输出。控制器412然后可以确定检测器D1-D8中的每个是否输出大于零的电压。如果由检测器输出的检测电压是零，则在下一个步骤中，控制器向检测器的关联可变衰减器提供信号以使衰减器衰减一个步进或预定量并且然后由控制器412经由MUX开关410和ADC 418再次读取关联检测器。该逐步过程持续直到控制器412确定每个可变衰减器VA1-VA8以衰减设置操作使得检测器D1-D8在动态范围内操作来检测n1-n8的Vpp节点电压使得可以确定RF传输信号的SWR和相位。

当每个检测器经由逐步过程在一定范围（其中电压存在一定波动空间并且仍在检测器的操作测量范围内而不需要调整可变衰减器）内操作时，则控制器412经由MUX开关410和ADC 418读取每个检测器D1-D8的输出值并且基于可变衰减器设置结合检测器读数确定每个节点n1-n8的节点电压。在其它实施例中，控制器412可将可变衰减器V1-V8和检测器D1-D8设置值连同检测器输出（其已经经由ADC 418转换成数字格式）一起馈送到另一个控制器（未专门示出）以计算反射功率、驻波比和相位。在一些实施例中，控制器412进行反射功率、驻波比、相位和阻抗匹配计算。在再其它实施例中，不需要确定传输线上的SWR。相反，因为天线调谐器218的最终目标是使得节点电压大致为“平坦的”，控制器412或其它控制器可通过仅计算适当阻抗调整（其将使得多个N节点处的电压大致为平坦的）而节省处理能量。无论哪个控制器（控制器412或微处理器的另一个控制器）进行计算，控制器然后都向天线调谐器块发送天线调谐器信号以便调整传输线阻抗使得天线将使它的阻抗与来自PA402的输出的RF传输线匹配。

为了提供再多一些细节，对于示范性SWR测量单元的示范性过程如下提供。首先，为了关联检测器能够检测多个节点中的每个处的最大和最小Vpp节点电压，SWR测量单元可遍历过程来确定通过连接到人工传输线上的每个感测节点的可变衰减器使输出RF信号衰减多少。从来自每个节点n1-n8的两个数据点（最大和最小Vpp电压）对人工传输线上的RF信号进行驻波比（SWR）的计算和/或估计。存在从测量节点电压数据计算SWR的各种众所周知的方式并且这样的已知技术（其可以由控制器执行）将不在本文论述。在估计SWR和SWR上的Vpp最大和最小幅值后，则SWR的相位可以通过确定最大和最小电力电压在哪些节点出现而确定。该计算又是众所周知的并且可以由控制器（例如控制器412）执行并且将不在本文论述。在计算或估计SWR和相位信息（或在其它实施例中，匹配阻抗计算）后，传输的RF信号接口和反射可以容易在SWR测量单元的RF输出或节点n8部分处确定。利用该信息，控制器（例如控制器412）可以向天线调谐器电路提供信息（其适于对天线调谐器信号做出响应），并且调整由电连接到RF输出406或天线调谐器的输出的天线看去的阻抗使得天线调谐器的阻抗与RF传输线的阻抗密切匹配并且来自天线的反射功率被最小化。

返回参考图2，由示范性SWR测量单元208经由A-D转换器212提供给控制器214的SWR值210可以使控制器214能够向天线调谐器提供这样的数据或信息，其使天线调谐器能够调整它的阻抗和/或其它值使得对于特定传输频率的天线阻抗与传输线或PA 206的输出密切匹配使得从天线202反射的功率大致被最小化。通过使传输线上的干扰或反射功率最小化，收发器和功率放大器经由天线的输出功率被最大化。在通过天线看去的阻抗对于传输的特定频率与RF信号输出传输线匹配时，则可以实现通信装置传输大致稳定功率输出的能力（不管传输频率如何）而不必增加功率放大器的输出来补偿天线反射的功率，其对于特定传输频率未阻抗匹配。

图5是描绘在示范性人工传输线上的各种节点处测量的电压的曲线图。在这里，负载或天线阻抗等于50Ω并且射频源以1 Vpp提供2GHz传输频率。曲线图示出在示范性传输线的8个节点n1-n8中的每个处的测量节点电压。理想地，如果在示范性SWR测量单元的RF输出处连接的天线或负载与射频收发器和功率放大器输出电路匹配，则电压线在1 Vpp电压电平上将是直线且大致平坦的。在这里，线路500示出相对很好匹配的传输线的节点n1-n8的SWR读数，其中Vpp非常接近具有1:1的比率（即，每个节点处的Vpp是大致平坦的）。曲线图线路500由于延迟元件LC1-LC7的数量是相对小的数量（在该情况下是7个）而具有偏离“理想”平坦线路的一些变化。LC元件的数量和可以沿人工传输线提供电压测量的中间节点的数量（n）越大，示范性实施例可以提供的数据（其可更密切匹配“理想”情形）越接近。

实施例在人工传输线中可具有少至2个LC延迟元件。2个LC延迟元件可以提供3个节点，在这里可以进行电压测量以有助于计算或估计人工传输线上的传输信号的SWR和相位。备选地，许多延迟电路块可以并入示范性人工传输线，其将提供多得多的节点以从它们测量传输线电压，如在图4中描绘的。

另外，检测器电路的数量可以与延迟电路的数量不同。例如，可以存在比存在的节点还要少的检测器电路。检测器电路可以经由例如模拟开关（未专门在图4中示出）连接到超过一个节点。可安置模拟开关以便使来自超过一个可变衰减器的输出连接到检测器的输入，其中可变衰减器、模拟开关和检测器全部在控制器电路的控制下。该示范性实施例因为更多节点的电压可以通过使用更少的检测器来测量（这将使硅内的集成电路的总电容和总尺寸减小）而是有利的。例如，在一些实施例中，示范性SWR测量单元可以仅用一个或几个检测器操作，这些检测器每个被开关以按在微控制器控制下规定的顺序来感测对于多个个体节点或衰减器输出的电压。

在再其它实施例中，人工传输线可具有比存在的检测器电路还多的节点，但检测器电路经连接以监测例如每隔一个或每三个或两个相邻节点并且然后跳过人工传输线的节点。具有多个延迟线路（其形成比使它们的电压被测量的那些节点更多的节点）的原因可以是为了使用LC延迟线路块最佳地模拟传输或信号线。

再次参考图5（其中2GHz RF频率具有1V峰间值）在信号线502、504、506和508中的每个期间描绘具有3:1的比率的SWR。SWR可以通过使用人工传输线上测量的已知电压采用多种已知方式计算或估计，其中该示范性人工传输线代表RF输入频率波长的至少一半。此外，通过测量在节点处测量的最小和最大电压，还可以确定驻波的相位。在这里，信号5020°异相，信号504 45°异相，信号506 90°异相并且信号508 135°异相。通过已知SWR和相位，则可以确定匹配的负载或天线阻抗。在这里，例如，对于信号502的天线错配阻抗是16.67Ω；对于信号504的错配负载阻抗是30Ω和3.2nH；对于信号506的错配负载或天线阻抗是150Ω；并且对于信号508的错配天线阻抗是30Ω和2.0pF。基本上，实施例使用节点n1-n8处的电压测量来向控制器提供信息使得调谐器控制信号可以提供给天线调谐器使得在节点n1-n8处测量的电压将变得大致相似或平坦。

再次参考图2和4，可以看到实施例可通过采用使得每个节点的电压由可控制可变衰减器衰减并且然后提供给检测器这一方式感测人工传输线上的节点处的电压而操作，该检测器将指示被测量的节点电压的电压输出提供给MUX开关，该MUX开关从控制器的每个方向提供由多个检测器通过AD转换器采用有组织的方式测量的检测节点电压并且返回到控制器。控制器使用来自检测器的接收数字编码电压测量可以计算人工传输线上的传输信号的SWR以及驻波的相位（即，可以计算使传输线与天线匹配以在节点处产生大致均匀或平坦Vpp测量所需要的阻抗）。控制器可以从该信息计算需要的阻抗使得传输线末端处的天线或负载将匹配传输线的阻抗使得驻波比更接近1:1（参见图5，信号500）并且来自天线或负载的反射功率被最小化。在一些实施例中，数学拟合计算可用于使控制器能够使个体节点电压数据点拟合于曲线以便有助于对传输信号的SWR和相位求解以便计算如何调整天线调谐器来匹配天线阻抗。

现在参考图6，可变衰减器和检测器电路的一个可能实现描绘为连接到节点n1。为了简单起见，示出可变衰减器V1 602和检测器D1 603的展开图。在完整电路图中，可存在与每个节点n1-n8关联的相似电路。此外，为了理解图并且使其简化，衰减器控制输入总线604示出为仅能够控制具有五个衰减设置的衰减器。可变衰减器602连接到节点n1来感测那里的电压。可变衰减器初始设置成最大衰减，其中晶体管T2、T3、T4和T5根据来自微控制器的衰减控制信号604全部关断。电阻器R1的值是相对大的，使得在节点n1处感测的高压RF信号充分衰减使得检测器电路603可以对电压采样而不损坏晶体管T1的栅极。晶体管T1被偏置使得当在晶体管T1的基极处未感测到RF信号时，电容器C1将放电至0伏。从而，检测器604到MUX的输出606将转到0。相反，当存在在晶体管T1的基极处感测的非0 RF电压信号时，则T1将对电容器C1朝V_DD充电使得电路作为峰值检测器类型操作并且可以设计成向MUX提供代表在节点n1处感测的电压的输出电压或向MUX提供指示检测器是否在检测电压的1或0电压。如果检测器从节点n1未检测到任何电压，则来自控制器的衰减控制信号604将使晶体管T2导通，这然后使电阻器R3处于与电阻器R2并联，由此使可变衰减器的总电阻减小一个步进而至预定电阻和衰减量。再次在检测器电路604中的晶体管T1的基极处感测RF信号并且将输出提供给MUX，其进而通过A到D转换器馈送并且馈送给控制器，因此可以确定检测器电路604是否开始感测节点n1处的电压。该过程通过采用逐步方式使可变衰减器电路602的衰减减小而继续。控制器经由衰减控制信号604导通另外的晶体管（例如，晶体管T3、T4、T5，等）直到确定检测器604检测到在检测器电路603的可行范围内的电压。该过程对于节点n2-n8大致同时（或相继）并且反复发生直到已经设置每个可变衰减器和检测器电路（VAD1-VAD8）使得可变衰减器使在它的相应节点处看去的RF信号电压衰减减小直到关注的峰值检测器电路内的峰值检测器开始导通它们的相应晶体管T1使得相应节点处的峰值电压开始存储在相应峰值检测器电路内的相应C1电容器上。这时，检测器在它们的操作电压范围内操作并且可以用于找到并且测量每个节点n1-n8的RF信号电压的最小和最大位置。MUX开关（参见图4）也由控制器控制来对检测器电路的输出采样使得控制器可以使用来自每个节点的最小和最大电压信号连同可变衰减器的衰减设置来计算传输线中的RF信号的SWR和相位（即，计算阻抗来设置天线调谐器以便使天线和传输线阻抗匹配）。控制器然后可以向天线调谐器电路（参见图2）提供数据或指令以使它能够调整传输线上的阻抗使得天线的阻抗几乎或密切匹配传输线，从而导致从天线回到传输线上的最小化功率反射和来自天线的处于所选传输频率的最大化传输功率输出。示范性设计的优势是可变衰减器电路和检测器电路容易在硅IC电路中复制。

包括本发明的实施例的集成电路容易并入移动装置、无线通信装置、基站电子器件和其其它派生物以便通过确定传输线上的RF信号的驻波比和相位而有助于使天线的传输功率输出最大化以便计算对传输线阻抗的调整并且匹配错配的天线阻抗。

现在参考图7，示出供在示范性LC延迟线路或人工传输线中使用的电感器L1-L10的示范性多层IC部分。经由对于IC的该多层迹线布局，形成多个线圈或电感器。节点n1-n11指示为连接到相应的电压衰减器和检测电路VAD1-VAD11。

示范性电感器延迟线路可以使用两层迹线在硅中产生。底层702和顶层704。迹线产生相邻电感器，其在每个相邻示范性电感器之间在交替方向上盘旋（即，顺时针、逆时针、顺时针…等），该每个相邻示范性电感器之间是对于n个节点中的一个的连接，该n个节点沿示范性延迟线路相等地间隔开。在一些实施例中，每个节点连接到衰减器和检测器电路，但在其它实施例中，所连接并且通过未连接到衰减器的一个或多个相邻节点而分开的每隔一个、每第三个或一系列相邻节点可在硅中形成。理想地，该示范性基于电感器的延迟线路用于模拟功率放大器输出的收发器RF输出与天线之间的实际传输线以便帮助实施例确定收发器与天线之间的传输信号的反射的SWR和相位。该示范性线圈构造700在本文将称为螺纹（worm）线圈或电感器。螺纹电感器可以产生在4nH至约7.5nH之间的电感。个体螺纹线圈L1-L10中的每个具有它自己的电感，但每个线圈靠近相邻线圈使每个线圈的个体电感增加。在与下一个电感器相邻的每个电感器部分中流动的电流在相同或相似方向上流动。也就是说，在电感器L1（其中电感器L1与电感器L2邻接）中流动的电流在与L2中的电流相同的方向上流动，如由箭头706指示的。当两个相邻电感器的电流在相同方向上流动（其中电感器彼此邻接）时，电容增长，由此使得电感线圈中的每个具有较低损耗。

在螺纹线圈的其它实施例中，可布置线圈构造以使用IC电路制造的直线限制来提供更圆的构造。从而，所得的螺纹电感线圈可以是八边形、六边形或是其派生物的形状。

具有该公开权益的本领域内技术人员将意识到该驻波比测量装置提供多个益处，其包括能够测量从天线反射的正向和反向功率（全部在硅装置内）。应理解本文的图和详细描述要采用说明性而非限制性方式看待，并且不意在局限于公开的特定形式和示例。相反，包括任何另外的修改、改变、重新设置、替换、备选、设计选择，和对本领域内技术人员显而易见的实施例，而不偏离其精神和范围，如由下列权利要求限定的。从而，规定下列权利要求解释为包含所有这样的另外修改、改变、重新设置、替换、备选、设计选择和实施例。

Claims (21)

1.一种RF传输装置，包括：

集成电路，所述集成电路包括阻抗匹配测量电路，所述阻抗匹配测量电路包括：

人工传输线，所述人工传输线包括多个节点，使得每个节点被预定阻抗分开；

第一检测器电路，配置成从所述多个节点的第一节点接收第一电压，所述第一检测器电路配置成提供第一检测电压，所述第一检测电压是指示未检测到所述第一电压的预定电压或者相对于所述第一电压的电压；

第二检测器电路，配置成从所述多个节点的第二节点接收第二电压，所述第二检测器电路配置成提供第二检测电压，所述第二检测电压是指示未检测到所述第二电压的预定电压或者相对于所述第二电压的电压，其中所述第一检测电压和所述第二检测电压由所述RF传输电路用于确定大致匹配阻抗的调谐器控制设置；以及

控制器，配置成接收所述第一和第二检测电压，并且计算所述调谐器控制设置。

2.如权利要求1所述的RF传输装置，其中，所述第一检测器电路包括第一可变衰减器电路，所述第一可变衰减器电路配置成按照衰减指令来衰减所述第一电压，以及其中所述第二检测器电路包括第二可变衰减电路，所述第二可变衰减电路配置成按照所述衰减指令来衰减所述第二电压。

3.如权利要求2所述的RF传输装置，其中，所述控制器还配置成提供所述衰减指令。

4.如权利要求1所述的RF传输装置，其中，每个预定阻抗包括电感元件和电容元件。

5.如权利要求1所述的RF传输装置，其中，所述阻抗匹配测量电路还包括复用器(MUX)开关，所述MUX开关经连接以接收所述第一检测电压和所述第二检测电压，所述MUX开关还经连接以按照MUX控制信号向所述控制器提供所述第一检测电压或者所述第二检测电压。

6.如权利要求5所述的RF传输装置，其中，所述MUX开关经连接以经由模数转换器电路向所述控制器提供所述第一检测电压或者所述第二检测电压。

7.如权利要求1所述的RF传输装置，其中，所述人工传输线配置成具有电气长度，所述电气长度大于或等于所述人工传输线上的RF信号的波长的1/2。

8.如权利要求1所述的RF传输装置，其中，所述RF传输电路集成到无线通信装置或基站装置中。

9.一种集成电路，包括：

驻波比(SWR)测量电路，所述驻波比(SWR)测量电路包括：

人工传输线，所述人工传输线包括多个节点，其中每个节点被预定阻抗分开；

第一可变衰减器和检测器(VAD)电路，连接到所述多个节点的第一节点，所述第一VAD电路配置成感测所述第一节点处的第一电压，并且提供表示所述第一电压的第一输出电压；

第二VAD电路，连接到所述多个节点的第二节点，所述第二VAD电路配置成感测所述第二节点处的第二电压，并且提供表示所述第二电压的第二输出电压；以及

复用器开关，经连接以接收所述第一输出电压和所述第二输出电压，并且配置成提供复用输出电压。

10.如权利要求9所述的集成电路，其中，所述第一VAD电路还配置成提供作为所述第一输出电压的第一预定电压电平，以指示所述第一VAD未检测到所述第一节点处的所述第一电压；以及其中所述第二VAD电路还配置成提供作为所述第二输出电压的第二预定电压电平，以指示所述第二VAD未检测到所述第二节点处的所述第二电压。

11.如权利要求10所述的集成电路，其中，所述第一预定电压是逻辑0电压，以及其中所述第二预定电压是逻辑0电压。

12.如权利要求9所述的集成电路，其中，所述多个节点的每一个之间的所述预定阻抗包括电感元件和电容元件。

13.如权利要求9所述的集成电路，其中，所述多个节点的每一个之间的所述预定阻抗包括电感元件，每个电感元件包括所述集成电路中的第一层硅和第二层硅，其中所述第一和第二层配置有经组织和连接以提供电感线圈的电气迹线。

14.如权利要求9所述的集成电路，还包括功率放大器，所述功率放大器配置成放大RF信号输入，并且向所述人工传输线的第一端输出放大的传输信号。

15.如权利要求9所述的集成电路，其中，所述集成电路集成到无线通信装置或基站装置中。

16.一种集成电路，包括：

人工传输线，所述人工传输线包括：

串联连接的多个电感器元件，其中所述多个电感器元件各自包括：

所述集成电路的硅中的第一层电气迹线；

所述集成电路的所述硅中的第二层电气迹线，其中所述第一层电气迹线和所述第二层电气迹线配置成产生各自按照一般矩形螺旋形状盘旋的相邻电感器元件；以及

多个节点位置，其中所述节点位置的每个定位在每个电感器元件之间的不同电气迹线部分并且被预定阻抗分开；

第一检测器电路，连接到所述多个节点位置的第一节点位置，所述第一检测器电路配置成提供第一检测输出电压；以及

第二检测器电路，连接到所述多个节点位置的第二节点位置，所述第二检测器电路配置成提供第二检测输出电压。

17.如权利要求16所述的集成电路，还包括多个电容元件，其中所述多个电容元件的每一个连接在不同节点位置与信号地之间。

18.如权利要求16所述的集成电路，其中，每个相邻电感器元件的所述电气迹线沿交替顺时针和逆时针方向盘旋。

19.如权利要求16所述的集成电路，其中，所述人工传输线配置成具有电气长度，所述电气长度大于或等于将要放置于所述人工传输线上的RF信号的波长的1/2。

20.一种集成电路，包括：

人工传输线，所述人工传输线包括：

串联连接的多个电感器元件，其中所述多个电感器元件各自包括：

所述集成电路的硅中的第一层电气迹线；

所述集成电路的所述硅中的第二层电气迹线，其中所述第一层电气迹线和所述第二层电气迹线配置成产生各自按照一般矩形螺旋形状盘旋的相邻电感器元件；以及

多个节点位置，其中每个节点位置定位在每个电感器元件之间的不同电气迹线部分并且被预定阻抗分开。

21.如权利要求20所述的集成电路，其中，所述人工传输线还包括多个电容元件，其中所述多个电容元件的每一个连接在所述集成电路的不同节点位置与信号地之间。

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