CN107852180A - 天线调谐器的校准和自适应控制 - Google Patents

天线调谐器的校准和自适应控制 Download PDF

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Abstract

一种装置包括射频(RF)路径，该RF路径包括天线调谐器。该装置还包括耦合到天线调谐器的校准电路。校准电路被配置为选择性地将天线与RF路径的组件相隔离。

Description

天线调谐器的校准和自适应控制
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年7月29日提交的共同拥有的美国非临时专利申请No.14/812,438的优先权，其全部内容通过引用明确并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及电子设备，并且更具体地涉及天线调谐器。
背景技术
技术的进步已经带来了更小和更强大的计算设备。例如，目前存在各种便携式个人计算设备，包括无线计算设备，诸如便携式无线电话、个人数字助理(PDA)和寻呼设备，这些设备体积小、重量轻并且易于由用户携带。更具体地，诸如蜂窝电话和互联网协议(IP)电话等便携式无线电话可以通过无线网络传送语音和数据分组。此外，很多这样的无线电话包括被并入其中的其他类型的设备。例如，无线电话还可以包括数字照相机、数字摄像机、数字记录器和音频文件播放器。而且，这样的无线电话可以处理可执行指令，包括可以用于访问因特网的软件应用，诸如web浏览器应用。这样，这些无线电话可以包括显著的计算能力，并且可以在向无线电话发送信息的下行链路通信中和在从无线电话传输信息的上行链路通信中支持增加的无线通信能力。
诸如无线电话等无线设备通常包括天线调谐器，天线调谐器包括一个或多个可变阻抗元件和开关电路。天线调谐器可以被配置为执行诸如发射路径或接收路径等射频(RF)路径与天线之间的阻抗匹配。常规地，这样的“调谐器”基于来自在天线调谐器附近的宽带检测器的测量来调整。然而，在天线调谐器附近放置宽带检测器使得宽带检测器也检测到除了感兴趣信号的频率以外的频率。天线调谐器可以通过在消声室内执行辐射测量来表征，以在有限数目的使用情况下确定用于特定天线的优选调谐器设置(例如，天线调谐器中的开关和/或可配置阻抗元件的哪种配置)。在表征之后，所选择的调谐器设置可以由自适应调谐算法使用，该自适应调谐算法尝试基于由宽带检测器在无线通信会话期间进行的测量来针对特定频率和特定条件而选择最适当的调谐器设置。这样的自适应调谐算法可能会缓慢收敛以选择调谐器设置，或者可能无法收敛。而且，如果自适应调谐算法选择了要在搜索算法期间使用的不适当的调谐器设置，则在RF通信期间执行自适应调谐算法可能导致RF通信受到不利影响。
附图说明
图1示出了包括天线调谐器和校准电路的无线设备，该无线设备与无线系统通信；
图2示出了图1中的包括天线调谐器和校准电路的无线设备的框图；
图3示出了可以被包括在图1的无线设备中的包括天线调谐器和校准电路的组件的一个示例性实施例的框图；
图4示出了可以被包括在图1的无线设备中的包括天线调谐器和校准电路的组件的另一示例性实施例的框图；
图5示出了可以被包括在图1的无线设备中的包括天线调谐器和校准电路的组件的一个示例性实施例的图；
图6示出了可以被包括在图1的无线设备中的包括天线调谐器和校准电路的组件的另一示例性实施例的图；
图7示出了可以被包括在图1的无线设备中的包括天线调谐器和校准电路的组件的另一示例性实施例的图；
图8示出了可以被包括在图1的无线装置中的包括天线调谐器和校准电路的组件的另一示例性实施例的图；
图9示出了可以被包括在图1的无线设备中的包括天线调谐器和校准电路的组件的另一示例性实施例的图；以及
图10示出了可以由图1的无线设备执行的方法的流程图。
具体实施方式
以下阐述的详细描述意在作为对本公开的示例性设计的描述，而无意表示可以实践本公开的唯一设计。术语“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或说明”。本文中描述为“示例性”的任何设计不一定被理解为比其他设计优选或有利。为了提供对本公开的示例性设计的全面理解的目的，具体实施方式包括具体细节。对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本文中描述的示例性设计。在一些情况下，以框图形式示出了公知的结构和设备，以避免模糊本文中呈现的示例性设计的新颖性。
图1示出了与无线通信系统120通信的无线设备110。无线通信系统120可以是长期演进(LTE)系统、码分多址(CDMA)系统、全球移动通信系统(GSM)系统、无线局域网(WLAN)系统或某种其他无线系统。CDMA系统可以实现宽带CDMA(WCDMA)、CDMA 1X、演进数据优化(EVDO)、时分同步CDMA(TD-SCDMA)或某种其他版本的CDMA。为了简单起见，图1示出了包括两个基站130和132以及一个系统控制器140的无线通信系统120。通常，无线系统可以包括任何数目的基站和任何网络实体组。
无线设备110也可以被称为用户设备(UE)、移动台、终端、接入终端、订户单元、站等。无线设备110可以是蜂窝电话、智能电话、平板电脑、无线调制解调器、个人数字助理(PDA)、手持设备、膝上型计算机、智能本、上网本、无绳电话、无线本地环路(WLL)站、蓝牙设备等。无线设备110可以与无线系统120通信。无线设备110还可以接收来自广播站(例如，广播站134)的信号、来自一个或多个全球导航卫星系统(GNSS)中的卫星(例如，卫星150)的信号等。无线设备110可以支持用于诸如LTE、WCDMA、CDMA1X、EVDO、TD-SCDMA、GSM、802.11等一种或多种用于无线通信的无线电技术。
此外，在一个示例性实施例中，无线设备110可以包括RF路径(例如，传输路径)，该RF路径包括天线调谐器。无线设备110还可以包括耦合到天线调谐器的校准电路。天线调谐器可以包括一个或多个可变阻抗元件，这些可变阻抗元件可配置为执行与无线设备110的天线的阻抗的阻抗匹配。校准电路被配置为在无线设备110的校准操作期间选择性地将天线与RF路径的组件相隔离。校准操作通过在所选择的一个或多个校准阻抗作为终端负载被耦合到RF路径的同时在RF路径处执行测量，来表征RF路径的至少一部分。与在没有表征RF路径的情况下估计天线阻抗的无线设备相比，在隔离天线的同时表征RF路径使得无线设备110能够以有所提高的准确度来确定天线阻抗。准确地确定天线阻抗使得能够确定适当的天线调谐器配置，以用于与天线阻抗的准确阻抗匹配。
图2示出了图1中的无线设备110的示例性设计的框图。在该示例性设计中，无线设备110包括经由天线接口电路224耦合到主天线210的收发器220、经由天线接口电路226耦合到辅天线212的收发器222、以及数据处理器/控制器280。收发器220包括多个(K个)接收器230pa至230pk以及多个(K个)发射器250pa至250pk，用以支持多个频带、多种无线电技术、载波聚合等。收发器222包括多个(L个)接收器230sa至230sl以及多个(L个)发射器250sa至250sl，用以支持多个频带、多个无线电技术、载波聚合、接收分集、从多个发射天线到多个接收天线的多输入多输出(MIMO)发射等。
在图2所示的示例性设计中，每个接收器230pa至230pk以及230sa至230sl包括LNA240pa至240pk或240sa至240sl中的一个、以及接收电路242pa至242pk或242sa至242sl中的一个。为了数据接收，天线210接收来自基站和/或其他发射器站的信号，并且输出接收到的RF信号，该RF信号通过天线接口电路224被路由并且作为输入RF信号被呈现给接收器230pa至230pk以及230sa至230sl中的一个或多个，诸如经由到接收器230pa的第一输入信号路径或经由到接收器230pk的第二输入信号路径。天线接口电路224可以包括开关、双工器、发射滤波器、接收滤波器、匹配电路等。
天线接口电路224包括天线调谐器290，该天线调谐器290耦合到校准电路292。天线调谐器290可以包括一个或多个匹配电路组件，这些匹配电路组件可以可编程为具有特定阻抗，以用于匹配天线210的阻抗。天线调谐器290被选择性地启用(例如，天线调谐器290的至少一部分在校准期间被禁用)。校准电路292被配置为选择性地将天线210与RF路径的一个或多个组件相隔离(例如，断开、电分离、接地等)(例如，校准电路292在校准期间将天线210与天线调谐器290相隔离并且在校准完成之后将天线210耦合到天线调谐器290)。天线接口电路226还可以包括以分别与针对天线调谐器290和校准电路292所描述的类似方式进行操作的天线调谐器和校准电路。参考图3-5来描述可以被包括在天线调谐器290和校准电路292中的组件的示例性实施例。
以下描述假定接收器230pa被选择来接收RF信号。经由天线接口电路224从天线210接收的RF信号被发送到LNA 240pa。接收电路242pa将由LNA 240pa输出的输出RF信号从RF下变频到基带，放大并且滤波经下变频的信号，并且将模拟输入信号发送到数据处理器/控制器280。接收电路242pa可以包括混频器、滤波器、放大器、匹配电路、振荡器、本地振荡器(LO)发生器、锁相环(PLL)等。收发器220和222中的接收器230pa至230pk以及230sa至230sl中的每一个可以以与接收器230pa类似的方式进行操作。
在图2所示的示例性设计中，发射器250pa至250pk以及250sa至250sl中的每一个包括发射电路252pa至252pk以及252sa至252sl中的一个以及功率放大器(PA)254pa至254pk以及254sa至254sl中的一个。对于数据传输，数据处理器/控制器280处理(例如，编码和调制)要传输的数据并且将模拟输出信号发送到所选择的发射器。以下描述假设发射器250pa是所选择的发射器。在发射器250pa内，发射电路252pa将模拟输出信号放大、滤波并且从基带上变频到RF，以生成调制RF信号。发射电路252pa可以包括放大器、滤波器、混频器、匹配电路、振荡器、LO发生器、PLL等。PA 254pa接收并且放大调制RF信号并且发送具有适当输出功率电平的发射RF信号。发射RF信号通过天线接口电路224被路由并且经由天线210被发射。收发器220和222中的发射器250pa至250pk以及250sa至250sl中的每一个可以以与发射器250pa类似的方式进行操作。
图2示出了接收器230pa至230pk和230sa至230sl以及发射器250pa至250pk和250sa至250sl的示例性设计。接收器和发射器还可以包括图2中未示出的其他电路，诸如滤波器、匹配电路等。收发器220和222的全部或一部分可以被实现在一个或多个模拟集成电路(IC)、RF IC(RFIC)、混合信号IC等上。例如，LNA 240pa至240pk和240sa至240sl以及接收电路242pa至242pk和242sa至242sl可以被实现在一个模块上，该模块可以是RFIC等。
数据处理器/控制器280可以执行无线设备110的各种功能。例如，数据处理器/控制器280可以对经由接收器230pa至230pk和230sa至230sl接收到的数据以及经由发射器250pa至250pk和250sa至250sl传输的数据执行处理。数据处理器/控制器280可以控制收发器220和222内的各种电路的操作。例如，数据处理器/控制器280可以发送诸如一个或多个天线调谐器控制信号294和/或一个或多个校准电路控制信号296等控制信号，用以在校准操作开始时选择性地将天线210与RF路径的组件相隔离，诸如通过将天线210与天线调谐器290隔离。数据处理器/控制器280可以包括校准模块298，该校准模块298被配置为接收沿着RF路径测量的信号值(例如，复反射系数)并且计算表征RF路径的参数(例如，RF路径的散射参数(S参数))。数据处理器/控制器280可以被配置为禁用校准电路292，将天线210重新耦合到RF路径并且启用天线调谐器290，并且通过调整天线阻抗的测量来确定天线210的阻抗，以基于所计算的参数来补偿RF路径的特性。由于天线调谐器290和校准电路292可以选择性地被启用，所以天线调谐器290可以运行或者校准电路292可以运行，并且阻抗可以使用实际上任何已知的算法来被准确地校准。在确定天线阻抗之后，数据处理器/控制器280可以被配置为向天线调谐器290发送控制信号以将一个或多个可变阻抗分量调整为匹配(或基本上匹配)天线阻抗。存储器282可以存储用于数据处理器/控制器280的程序代码和数据。显示器299可以用于显示关于校准和/或天线阻抗的信息，诸如关于图3进一步详细描述的。数据处理器/控制器280可以被实现在一个或多个专用集成电路(ASIC)和/或其他IC上。
无线设备110可以支持多个频带组、多个无线电技术和/或多个天线。无线设备110可以包括多个LNA以支持经由多个频带组、多个无线电技术和/或多个天线的接收。参考图3至图9进一步详细描述可以在无线设备110中使用的组件的示例性实施例。
图3示出了根据第一示例性实施例302、第二示例性实施例304和第三示例性实施例306的可以被包括在无线设备110中的组件。示例性实施例302至306中的每个实施例包括经由天线端口324耦合到天线210的天线调谐器290和校准电路292。调谐器290被选择性地启用，并且校准电路292被配置为被选择性地启用。
第一示例性实施例302示出了天线调谐器290、校准电路292和天线210的输出沿着诸如传输路径等的RF路径316而耦合到天线端口324。检测器322可以耦合到RF路径316以在校准操作期间和/或在“正常”(例如，非校准)操作期间测量RF路径316上的信号属性。例如，RF路径316可以对应于功率放大器254pa的输出与天线210的输入之间的收发器220的组件(例如，传输线、电连接、电路组件等)。
调谐器290响应于天线调谐器控制信号294中的一个或多个来启用或禁用天线调谐器290的一个或多个组件和/或选择天线调谐器290的一个或多个可变阻抗组件340的设置。关于图4更详细地示出可以被包括在天线调谐器290中的组件的示例性实施例。校准电路292响应于校准电路控制信号296中的一个或多个来启用或禁用校准电路292的一个或多个组件和/或选择校准电路292的一个或多个可变阻抗组件的设置，以将一个或多个终端负载耦合到RF路径316。
例如，RF路径316可以通过“禁用”天线调谐器290来为校准操作做准备。“禁用”天线调谐器290可以包括经由(多个)天线调谐器控制信号294来将天线调谐器290配置为禁用天线调谐器290的一个或多个组件，以减小天线调谐器290的阻抗。例如，天线调谐器290中的一个或多个电容组件、电感组件和/或电阻组件可以从RF路径316解耦。作为另一示例，“禁用”天线调谐器290可以包括经由(多个)天线调谐器控制信号294将天线调谐器290配置为特定配置，以用于执行校准操作的目的。为了说明，可以选择具有“已知”的阻抗特性的预定调谐器配置，“已知”的阻抗特性例如被测量并且存储在无线设备110中以在校准期间可访问，诸如被存储在存储器282中并且由图2的数据处理器/控制器280可检索。在该上下文中，天线调谐器290可以被认为“被禁用”，因为预定调谐器配置针对其已知特性而被选择，而不考虑在校准操作期间维持与天线210的阻抗匹配。因此，天线调谐器290(包括天线调谐器290的一个或多个组件)被配置为被选择性地启用。
在第一示例性实施例302中，校准电路292在天线210与天线调谐器290之间，并且天线调谐器290是RF路径316的一部分，以通过校准来表征。在一些实现中，表征可以针对每个调谐器状态来执行(例如，使用天线调谐器290中的开关电容和开关电感的每个组合)。在其他实现中，诸如当可能的组合的数目太大而无法有效地校准开关调谐器组件的所有组合时，表征可以针对一组调谐器状态(例如，天线调谐器290中的开关电容和开关电感的所选择的组合)来执行。
校准电路292可以诸如经由开关352而被选择性地启用，该开关352响应于校准电路控制信号296来将一个或多个开关终端负载350耦合或解耦到RF路径316。当被启用时，校准电路292还可以响应于(多个)校准电路控制信号296来选择要耦合到RF路径316的一个或多个终端负载。例如，校准电路292可以包括经由具有相对低的阻抗的第一参考或“已知”负载来将RF路径316耦合到接地的开关，该第一参考或“已知”负载例如是阻抗值已经被测量并且存储在无线设备110中以在校准期间可访问的的“短路”负载“Z1”，所测量的阻抗值诸如被存储在存储器282中并且由图2的数据处理器/控制器280可检索。校准电路292可以包括将RF路径316耦合到第二参考或“已知”负载的开关，该第二参考或“已知”负载例如是阻抗值已经被测量并且存储在无线设备110中以在校准期间可访问的的负载“Z2”，所测量的阻抗值诸如被存储在存储器282中并且由图2的数据处理器/控制器280可检索。校准电路292可以包括一个或多个开关，这些开关将RF路径316从接地解耦或者将RF路径316耦合到具有相对大的阻抗的第三参考或“已知”负载，该第三参考或“已知”负载例如是阻抗值已经被测量并且存储在无线设备110中以在校准期间可访问的“开路”负载“Z3”，所测量的阻抗值诸如被存储在存储器282中并且由图2的数据处理器/控制器280可检索。校准电路292因此可以被配置为选择性地将第一终端阻抗(Z1)耦合到RF路径316，选择性地将第二终端阻抗(Z2)耦合到RF路径316，并且选择性地将第三终端阻抗(Z3)耦合到RF路径316。
校准电路292可以进一步被配置为选择性地将天线210与RF路径316的组件相隔离。例如，校准电路292可以被配置为在校准过程中选择性地将天线210与天线调谐器290和/或与发射器(诸如图2的发射器250pa)相隔离。例如，作为说明性的非限制性示例，校准电路292可以包括在天线端口324处的被配置为选择性地将天线210从RF路径316断开的开关，或者可以包括被配置为选择性地将天线端口324耦合到接地的开关。
第二示例性实施例304示出了在天线调谐器290的输入处耦合到RF路径316的校准电路292。在第二示例性实施例304中，作为说明性的非限制性示例，为了执行校准操作，天线调谐器290可以通过以下而被禁用：将天线调谐器290的输入与RF路径316解耦(例如，经由天线调谐器290的输入处的开关)或者通过经由(多个)天线调谐器控制信号294将天线调谐器290配置为特定的“已知”配置。校准电路292可以操作以选择性地将天线210(以及在一些实现中，天线调谐器290)与RF路径316相隔离并且选择性地将一个或多个已知负载耦合到RF路径316(例如，“短路”参考阻抗、“开路”参考阻抗和/或“负载”参考阻抗)，诸如参考第一示例性实施例302所描述的。
在第二示例性实施例304中，校准电路292在天线调谐器290的输入处，并且天线调谐器290不是RF路径的一部分以便通过校准来表征。在一些实现中，天线调谐器290和天线210与RF路径316的组件隔离，诸如当控制电路292将天线调谐器290的输入与RF路径316解耦时(例如，如关于图8进一步详细描述的)。在其他实现中，天线调谐器290可以被设置为高阻抗状态，以减小对校准准确度的影响(或者不产生影响)，或者天线调谐器290可以被设置为预定设置，该预定设置对校准负载具有“已知”的影响。在一些实现中，天线调谐器290的一个或多个特定设置(例如，“已知”配置)可以用于在校准期间设置RF路径316的一个或多个端接负载。
第三示例性实施例306示出了被包括在天线调谐器290中的校准电路292。例如，校准电路292可以被配置为选择性地将天线210与RF路径316的组件相隔离(例如，与发射器、诸如图2的发射器250pa相隔离)，并且可以包括一个或多个阻抗组件和/或开关组件，这些阻抗组件或开关组件可以被配置为旁路或补充天线调谐器290的一个或多个组件的阻抗。校准电路292可以被配置为在校准期间重新利用天线调谐器290的一个或多个组件，诸如天线调谐器290的一个或多个静电放电设备(ESD)，如参考图7至图9进一步详细描述的。
尽管图3描绘了相对于天线调谐器290的校准电路292的三个不同位置，但是在其他实现中，校准电路292的组件可以处于沿着RF路径316的多个位置。例如，校准电路292的第一部分可以耦合到天线调谐器290的输入，并且校准电路292的第二部分可以耦合到天线端口324(即，在天线调谐器290的输出处)。作为另一示例，校准电路292的组件可以位于天线调谐器290的输入处、位于天线调谐器290的输出处以及位于天线调谐器290内。
校准电路292可以经由(多个)校准电路控制信号296来控制，以通过在天线210与RF路径316隔离并且所选择的一个或多个校准阻抗(其可以包括天线调谐器290的一个或多个预定配置)耦合到RF路径316以作为终端负载的同时使用检测器322在RF路径处执行测量，来实现对RF路径316的至少一部分的表征。表征RF路径316使得能够更准确地确定天线210的阻抗并且确定天线调谐器290的适当配置以用于与天线210的阻抗匹配。
图4示出了包括天线调谐器290和耦合到天线调谐器290的校准电路292的装置400。放大器、诸如图2的放大器254pa等生成经由传输网络426(例如，同轴线)发送到天线调谐器290的输出信号。例如，放大器254pa和检测器322可以在收发器220中，并且天线调谐器290和校准电路292可以在经由传输网络426耦合到收发器220的RF前端芯片490中。天线210可以在天线调谐器290的输出处耦合到天线端口324。
调谐器290响应于一个或多个调谐器控制信号294并且可以被选择性地启用。校准电路292响应于一个或多个校准电路控制信号296并且能够被选择性地启用。校准电路292可配置为选择性地将校准负载作为终端阻抗耦合到RF路径316。检测器322在RF路径316中并且位于放大器254pa附近，诸如在收发器芯片上。作为说明性的非限制性示例，RF路径316可以包括一组组件和在这些组件之间的互连，诸如放大器254pa、双工器429、开关430、耦合到检测器322的耦合器431、双工器432、包括传输线433(例如，穿过印刷电路板(PCB)的同轴电缆或微带线)的传输网络426、包括天线调谐器290的RF前端芯片490、和天线端口324。RF路径316被配置为从RF源(例如，数据处理器/控制器280或放大器245pa)向天线端口324传播信号。
检测器322可以位于远离天线调谐器290的地方，诸如跨过PCB，以使得能够执行测量，这些测量可以用于表征检测器322与天线210之间的电路(例如，包括双工器432、传输网络426、天线调谐器290、一个或多个附加传输线路、寄生效应等)。在放大器254pa附近的检测器322的位置使得可以存在于天线调谐器290附近的不想要的频率分量能够在到达检测器322之前被过滤和/或衰减，从而与将检测器322定位在天线210附近相比，将实现对感兴趣的频率处的信号的更准确测量(例如，对检测器322处的信号的如下分量的测量，该分量具有与发射信号的载波频率相对应的频率)。RF路径316的其他部分(例如，耦合器431、开关430、双工器429和放大器254pa)可以被单独表征以生成被存储用于在校准操作期间使用的表征数据。例如，表征数据可以被存储在存储器282中并且由数据处理器/控制器280的校准模块298访问。
在校准过程期间，天线210可以与RF路径316的组件隔离，诸如通过校准电路292将天线210与天线调谐器290解耦。第一校准负载(例如，开路或短路)可以由校准电路292以第一配置应用，并且检测器322可以测量第一信号特性(例如，以确定复反射系数)。在测量第一信号特性之后，第二校准负载可以由校准电路292以第二配置应用，并且检测器322可以测量第二信号特性。在测量第二信号特征之后，第三校准负载可以由校准电路292以第三配置应用，并且检测器322可以测量第三信号特征。在校准期间，天线210可以与天线调谐器290电(或物理)解耦，诸如在图5中所描述的。虽然图4将校准负载示出为“开路”、“短路”和“负载”(例如，50欧姆)，但是也可以使用任何三个或更多个“已知”校准负载(即，其阻抗值已经被测量并且存储以在校准期间可访问的负载)。
由检测器322测量的信号特征可以由校准模块298用来将如下的电路表征为单个待表征网络402(例如，确定该电路的S参数)，该电路包括传输网络426、天线调谐器290以及任何接触件或其他寄生阻抗。例如，待表征网络402的S参数可以根据下式、使用三个已知的校准负载而从测量中确定：
(等式1)
其中ρL和ρS分别表示已知负载和在源处测量的测量反射系数(待表征的RF路径的输入处的反射系数)。
在一些实现中，检测器322利用由校准电路292选择性地耦合到RF路径316的每个负载来测量复反射系数。对应于三个(或更多个)“已知”负载的复反射系数启用检测器322与天线210之间的电路(例如，待表征网络402)，该电路可以在三个未知S参数S11、S22和S21方面被建模，以在数学上进行表征。将待表征网络402建模为单个网络是通过合并组件、互连、寄生效应等来简化表征，否则这些组件、互连、寄生效应可能难以被单独建模。
检测器322可以靠近放大器254pa定位，使得能够将检测器322锁定到正确的频率(例如，在校准期间使用的发射频率)。检测器322对复反射系数的测量可以通过断开或以其他方式电隔离天线210并且配置校准电路292以在天线调谐器290的输出处插入“已知”负载(或将其集成到天线调谐器290)来执行。复反射系数可以用来计算天线阻抗。检测器322也可以用于测量功率。在天线210被连接并且用于传输的同时，所测量的功率可以用于计算传送给天线210的功率。
表征检测器322与天线210之间的电路以及在校准期间执行的后续检测器测量使得能够计算天线阻抗。表征检测器322与天线210之间的电路还使得能够计算被传送到天线210的功率，而无需执行辐射功率的测量。
为了说明，可以根据等式2来获得天线反射系数：
(等式2)
在等式2中，ρS表示源处的反射系数，并且S11、S12、S21和S22表示所表征的RF路径的S参数。在天线调谐器290处于设定状态的信号传输期间，反射系数由检测器322测量，并且使用在校准之后存储在存储器中的S参数来计算天线210的反射系数(阻抗)。
在确定天线反射系数之后，可以根据等式3来计算传送给天线的功率：
(等式3)
在等式3中，PL是传送到天线的功率，PA是来自源的可用功率。
由于可以针对天线调谐器290的所有情况确定天线210与检测器322之间的电路，所以可以计算并且针对任何检测器读数均直接应用天线调谐器设置(例如，经由(多个)天线调谐器控制信号294)，同时不干扰设备400的电缆。例如，针对每个天线调谐器状态，都可以评估等式3，以确定哪个调谐器状态导致所评估的调谐器状态的最高传送功率PL。调谐器290可以被设置为所确定的调谐器状态。如果使用自适应调谐器过程，则可以重复对天线调谐器状态的评估。
在一些实现中，可以由图1的无线设备110来显示天线阻抗以及其他性能度量，诸如在无线通信设备110的显示器299处。另外地或替代地，无线通信设备110可以将所测量的信息或性能度量信息发送到外部设备以便处理和/或显示该信息。作为说明性的非限制性示例，这样的信息可以包括对应于天线调谐器状态的所检测到的反射系数、功率、失配信息、所表征的S参数、天线阻抗、传送功率或前述的组合。
通过使用校准电路292(以及在一些实现中，天线调谐器290)的一个或多个阻抗作为用于表征检测器322与天线端口324之间的RF路径316的部分的已知负载，可以直接计算针对任何调谐器条件的天线调谐器290的设置，以避免与使用自适应搜索算法相关联的延迟和信号影响。
图5图示了在天线调谐器管芯590上的图2的天线调谐器290和在另一管芯595上的图2的校准电路292的示例。校准电路292包括第一开关SW1 502，第一开关SW1 502具有第一端子和第二端子，第一端子耦合到天线210，第二端子耦合到第二开关SW2 504的第一端子、第三开关SW3 506的第一端子以及天线调谐器290。SW2 504的第二端子耦合到接地。SW3的第二端子耦合到阻抗负载508，诸如图3的开关终端负载350之一。在正常(即，非校准)操作期间，SW1 502闭合(即，激活)，并且SW2 504和SW3 506断开(即，去激活)。
在校准期间，SW1 502断开(即，去激活)以将天线210与天线调谐器290隔离以消除(或减小)天线阻抗的影响。在SW2 504闭合并且SW3 506断开的情况下，针对“短路”端接条件执行校准。在SW2 504和SW3 506断开的情况下，针对“开路”端接条件执行校准。在SW2504断开并且SW3 506闭合的情况下，针对“负载”端接执行校准。
因为校准电路292在天线210与天线调谐器290之间，所以天线调谐器290是要被表征的RF路径的一部分。可以针对每个调谐器状态(或者替代地，针对天线调谐器状态的子集)来执行表征。
图6示出了在图5的天线调谐器管芯590上实现的图2的天线调谐器290和校准电路292的示例。调谐器290耦合到RF输入601，并且天线210耦合到RF输出603。校准电路292耦合到天线调谐器290和RF输出603。校准电路292包括图5的开关SW1 502、SW2 504、SW3 506和阻抗负载508。在正常(即，非校准)操作期间，SW1 502闭合并且SW2 504和SW3 506断开。
在校准期间，SW1 502断开以将天线210与天线调谐器290隔离，以消除(或减小)天线阻抗的影响。在SW2 504闭合并且SW3506断开的情况下，针对“短路”端接条件执行校准。在SW2 504和SW3 506断开的情况下，针对“开路”端接条件执行校准。在SW2504断开并且SW3506闭合的情况下，针对“负载”端接执行校准。
因为校准电路292在天线210与天线调谐器290之间，所以天线调谐器290是要被表征的RF路径的一部分。可以针对每个调谐器状态(或者替代地，针对调谐器集合的子集)来执行表征。
图7图示了图2的天线调谐器290和校准电路292的示例，其中校准电路292包括输出静电放电设备(ESD-Out)720的至少一部分。调谐器290和天线210被实现在图5的天线调谐器管芯590上，并且分别耦合到图6的RF输入601和RF输出603。校准电路292包括图5的开关SW1 502、SW2 504、SW3 506和阻抗负载508。
ESD-Out可以包括通常处于OFF状态(即，去激活)的一个或多个场效应晶体管(FET)，诸如FET的串联配置。如图7所示，SW2504可以包括ESD-Out 720的如下一个或多个FET，这些FET被控制为选择性地将天线调谐器290的输出耦合或解耦到接地。
在正常操作期间，SW1 502闭合并且SW2 504和SW3 506断开。在校准期间，SW1 502断开以将天线210与天线调谐器290隔离，以消除(或减小)天线阻抗的影响。在SW2 504闭合并且SW3 506断开的情况下，针对“短路”端接条件执行校准。在SW2 504和SW3506断开的情况下，针对“开路”端接条件执行校准。在SW2 504断开并且SW3 506闭合的情况下，针对“负载”端接执行校准。
因为校准电路292在天线210与天线调谐器290之间，所以天线调谐器290是要被表征的RF路径的一部分。可以针对每个调谐器状态(或者替代地，针对天线调谐器状态的子集)来执行表征。
使用ESD-Out 720的可开关FET(例如，可以选择性地被断开或闭合的FET)作为SW2504使得校准电路292能够使用天线调谐器管芯590上的现有组件来实现。如此，可以节省由校准电路292使用的管芯面积。
图8图示了图2的天线调谐器290和校准电路292的示例，其中校准电路292包括输入静电放电设备(ESD-In)822的至少一部分。调谐器290和天线210被实现在天线调谐器管芯590上并且耦合到RF输出603。校准电路292耦合到RF输入601。
校准电路292包括第一开关SW1 802，第一开关SW1 802具有耦合到天线调谐器290的第一端子以及具有耦合到RF输入601和第二开关SW2 804的第二端子。第三开关SW3 806和端子负载508串联耦合在第二开关SW2 804与接地之间。第四开关SW4 808也耦合在第二开关SW2 804与接地之间。
ESD-In 822包括通常处于OFF状态的多个FET。如图8所示，SW2 804可以包括ESD-In 822的如下一个或多个FET，这些FET被控制为选择性地断开或闭合。类似地，SW4 808可以包括ESD-In 822的如下一个或多个FET，这些FET被控制为选择性地断开或闭合。
在正常操作期间，SW1 802闭合并且SW2 804断开。在校准期间，SW1 802断开，以通过将天线210和天线调谐器290与RF路径的其余部分相隔离来消除天线阻抗和调谐器阻抗的影响。在SW2804和SW4 808闭合并且SW3 806断开的情况下，针对“短路”端接条件执行校准。在SW2 804断开的情况下，针对“断开”端接条件执行校准。在SW2 804和SW3 806闭合并且SW4 808断开的情况下，针对“负载”端接执行校准。
因为天线调谐器290在校准电路292与天线210之间，所以天线调谐器290不是要被表征的RF路径的一部分。调谐器状态的表征可以省略。
使用ESD-In 822的可开关FET(例如，可以选择性地被断开或闭合的FET)作为SW2804和SW4 808使得校准电路292能够使用天线调谐器管芯590上的现有组件来实现。如此，可以节省由校准电路292使用的管芯面积。
图9示出了天线调谐器290和校准电路292的示例，其中校准电路292包括输入ESD(ESD-In)822和输出ESD(ESD-Out)720的至少一部分。调谐器290被实现在天线调谐器管芯590上，并且耦合到RF输入601和RF输出603。校准电路292也耦合到RF输入601和RF输出603。
校准电路292包括第一开关SW1 902，第一开关SW1 902具有耦合到RF输出603的第一端子和耦合到接地的第二端子。第二开关SW2 804耦合到RF输入601。第三开关SW3 806和终端负载508串联耦合在第二开关SW2 804与接地之间。第四开关SW4 808也耦合在第二开关SW2 804与接地之间。ESD-Out 720包括SW1 902，并且ESD-In 822包括SW2 804和SW4808。
在正常操作期间，SW1 902断开并且SW2 804断开。在校准期间，SW1 902闭合以将天线210与天线调谐器290相隔离，以减少或消除天线阻抗的影响。另外，在校准期间，可以通过将天线调谐器290配置为对于在RF输入601处接收的信号而具有高阻抗状态，来禁用天线调谐器290。在SW2 804和SW4 808闭合并且SW3 806断开的情况下，针对“短路”端接条件执行校准。在SW2 804断开的情况下，针对“断开”端接条件执行校准。在SW2 804和SW3 806闭合并且SW4 808断开的情况下，针对“负载”端接执行校准。调谐器290不是要被表征的RF路径的一部分，并且可以省略调谐器状态的表征。
使用ESD-Out 720和ESD-In 822的可开关FET(例如，可以选择性地被断开或闭合的FET)使得校准电路292能够使用天线调谐器管芯590上的现有组件来实现。如此，可以节省由校准电路292使用的管芯面积。
在图10中示出了可以在图1的无线设备110中执行的示例性方法1000。方法1000包括在1002，将天线与RF路径的组件相隔离并且将校准负载耦合到RF路径。例如，作为说明性的非限制性示例，将天线与RF路径的组件相隔离可以通过以下来执行：断开开关以将天线与天线调谐器和/或与发射器解耦，将天线端口接地，或者将天线调谐器输入接地。将校准负载耦合到RF路径可以包括将第一终端阻抗(例如，“短路”负载)耦合到RF路径。方法1000还可以包括将第二终端阻抗(例如，50欧姆负载)耦合到RF路径，并且将第三终端阻抗(例如，“开路”负载)耦合到RF路径。
在执行校准操作之后，在1004，可以将校准负载与RF路径解耦，并且可以将天线耦合到RF路径的组件。例如，校准操作可以由图2和图4的校准模块298控制，并且可以包括计算检测器与天线端口之间的RF路径的一部分的S参数，诸如对应于图4的待表征网络402的S参数。RF路径的表征使得能够调整天线阻抗测量以补偿传输网络的影响，以确定更准确的天线阻抗和天线调谐器的准确设置用于校准操作期间的阻抗匹配。
结合所描述的实施例，一种装置可以包括用于从RF源向天线端口传播信号的部件。例如，用于传播的部件可以包括以下中的一个或多个：图2的发射器250pa至250pk或250pa至250sl、图2的发送电路252pa至252pk或252sa至252s1、图2的PA 254pa至254pk或254sa至254sl、图2的天线接口电路224、图2至图7的或图9的天线调谐器290、图3至图4的全部或部分RF路径316、一个或多个其他组件和/或互连、或者前述的任何组合。
用于传播的部件包括用于调整阻抗的部件。例如，用于调整阻抗的部件可以包括图2至图9的天线调谐器290、一个或多个其他设备、电路、或者前述的任何组合。
用于传播的部件可以包括用于放大的部件。例如，用于放大的部件可以包括以下中的一个或多个：图2的放大器254pa至254pk、图4的放大器254pa、一个或多个其他设备、电路、或者前述的任何组合。
该装置还可以包括用于选择性地将天线与用于传播的部件的一个组件隔离的部件。例如，用于选择性地隔离的部件可以包括图2至图9的校准电路292、图3至图4的天线端口324、图5至图7的第一开关502、图8的第一开关802、图9的第一开关902、一个或多个其他设备、电路、或者前述的任何组合。
本领域技术人员将理解，信息和信号可以使用各种不同的工艺和技术中的任何一种来表示。例如，在上文通篇描述中可能被引用的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和码片可以用电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子、或者前述的任何组合来表示。
本领域技术人员将进一步认识到，结合本文中公开的实施例描述的各种说明性的逻辑块、配置、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、由处理器执行的计算机软件、或两者的组合。上文已经在其功能方面一般性地描述了各种说明性的组件、块、配置、模块、电路和步骤。这样的功能被实现为硬件还是处理器可执行指令取决于特定应用和施加在整个系统上的设计约束。针对每个特定应用，本领域技术人员可以以各种方式来实现所描述的功能，但是这样的实现决定不应当被解释为导致偏离本公开的范围。
结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接实施为硬件、由处理器执行的软件模块、或两者的组合。软件模块可以驻留在随机存取存储器(RAM)、闪存、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、寄存器、硬盘、可移动磁盘、光盘只读存储器(CD-ROM)或本领域已知的任何其他形式的非暂态存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器，使得处理器可以从存储介质读取信息以及向存储介质写入信息。在替代方案中，存储介质可以与处理器成一体。处理器和存储介质可以驻留在专用集成电路(ASIC)中。ASIC可以驻留在计算设备或用户终端中。在替代方案中，处理器和存储介质可以作为分离组件而驻留在计算设备或用户终端中。
提供所公开的实施例的先前描述以使得本领域技术人员能够制作或使用所公开的实施例。这些实施例的各种修改对于本领域技术人员来说将是清楚的，并且在不脱离本公开的范围的情况下，本文中定义的原理可以应用于其他实施例。因此，本公开无意受限于本文中所示的实施例，而是应当被赋予与以下权利要求书所定义的原理和新颖特征相一致的可能的最广范围。

Claims (20)

1.一种装置，包括：
射频(RF)路径，包括天线调谐器；以及
校准电路，耦合到所述天线调谐器，所述校准电路被配置为选择性地将天线与所述RF路径的组件相隔离。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述校准电路包括开关负载。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述校准电路包括耦合到所述天线调谐器的输入或输出的静电放电设备(ESD)。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述组件包括所述天线调谐器或发射器中的至少一项。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述校准电路被配置为终止所述天线与所述组件之间的所述RF路径。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述RF路径包括被配置为从RF源向天线端口传播信号的一组组件和互连。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述校准电路可配置为：在所述校准电路的第一配置中将第一终端阻抗耦合到所述RF路径，在所述校准电路的第二配置中将第二终端阻抗耦合到所述RF路径，并且在所述校准电路的第三配置中将第三终端阻抗耦合到所述RF路径。
8.根据权利要求1所述的装置，还包括耦合到所述RF路径的检测器。
9.根据权利要求8所述的装置，其中所述RF路径包括在放大器与所述天线调谐器之间的传输网络，并且其中所述检测器在所述放大器与所述传输网络之间耦合到所述RF路径。
10.根据权利要求8所述的装置，其中所述检测器远离所述天线调谐器以支持所述检测器与所述天线之间的电路的表征。
11.根据权利要求10所述的装置，其中所述电路包括跨越印刷电路板的传输线。
12.一种装置，包括：
用于从射频(RF)源向天线端口传播信号的部件，用于传播的所述部件包括用于调整阻抗的部件；以及
用于选择性地将天线与用于传播的所述部件的组件相隔离的部件。
13.根据权利要求12所述的装置，其中用于选择性地隔离的所述部件包括耦合到用于调整的所述部件的输入或输出的静电放电设备(ESD)。
14.根据权利要求12所述的装置，其中用于传播的所述部件包括用于放大的部件，并且其中用于选择性地隔离的所述部件可配置为：选择性地将第一终端阻抗耦合到用于传播的所述部件，选择性地将第二终端阻抗耦合到用于传播的所述部件，并且选择性地将第三终端阻抗耦合到用于传播的所述部件。
15.根据权利要求14所述的装置，其中用于传播的所述部件包括在用于放大的所述部件与用于选择性地隔离的所述部件之间的传输网络，并且所述装置还包括在用于放大的所述部件与所述传输网络之间耦合到用于传播的所述部件的检测器。
16.根据权利要求12所述的装置，还包括检测器，所述检测器远离用于选择性地隔离的所述部件以支持所述检测器与所述天线之间的电路的表征。
17.根据权利要求12所述的装置，其中用于传播的所述部件包括跨越印刷电路板的传输线。
18.一种方法，包括：
将天线与射频(RF)路径的组件相隔离并且将校准负载耦合到所述RF路径；以及
在执行校准操作之后，将所述校准负载与所述RF路径解耦并且将所述天线耦合到所述RF路径的所述组件。
19.根据权利要求18所述的方法，其中将所述校准负载耦合到所述RF路径包括将第一终端阻抗耦合到所述RF路径，并且还包括：
将第二终端阻抗耦合到所述RF路径；以及
将第三终端阻抗耦合到所述RF路径。
20.根据权利要求18所述的方法，还包括在显示器处显示与天线调谐器状态相对应的失配信息、所表征的S参数、天线阻抗、传送功率或前述的组合。
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