本申请要求于2015年12月22日提交的标题为“MULTI-HARMONIC MATCHINGNETWORKS”的申请号为14/978,231的美国申请的权益,其内容通过引用整体并入本文。
具体实施方式
在本公开中,公开了一种通信匹配网络。通信匹配网络抑制信号中的多个谐波,而基本不影响匹配网络电路的裸片尺寸或电流消耗。通信匹配网络包括被配置为提供信号的通信电路。通信匹配网络还包括匹配网络,该匹配网络被配置为从通信电路接收信号并抑制所接收的信号的一个或多个谐波以生成经滤波的信号。在一个方面,匹配网络包括阻抗匹配电路,阻抗匹配电路至少包括第一电感,其中阻抗匹配电路被配置为从通信电路接收信号并且对通信电路的输出端和天线端口之间的阻抗进行匹配。匹配网络还包括谐波滤波器,该谐波滤波器包括谐波电感,使得谐波电感物理上位于第一电感的布局内或内部,从而不增加匹配网络电路的尺寸并且因此还与第一电感互感地耦合。在一个方面,互感耦合的量相对较低,例如0.2或更小。此外,通信匹配网络包括天线端口,该天线端口被配置为从匹配电路接收经滤波的信号以用于进一步处理或传输。在一个方面,阻抗匹配电路包括阻抗变换器,并且在另一方面,阻抗匹配电路包括以低通滤波器配置的L-网络。
将理解的是,当元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时,其可以直接连接或耦合到另一元件,或者可以存在中间元件。相反,当元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时,则不存在中间元件。应该以类似的方式来解释用于描述元件之间关系的其他词语(例如,“在...之间”与“直接在...之间”、“相邻”与“直接相邻”等)。
对词语示例的使用旨在以具体的方式呈现概念。本文所使用的术语仅出于描述特定示例的目的,而不旨在限制示例。除非上下文另外清楚地指出,否则本文所使用的单数形式“一”、“一个”、和“该”旨在也包括复数形式。将进一步理解的是,当在本文中使用时,术语“包括”和/或“包含”指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件、和/或组件的存在,但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件、和/或它们的群组。
在以下描述中,阐述了多个细节以提供对本公开的各方面的更全面的解释。然而,对于本领域技术人员显而易见的是,可以在没有这些具体细节的情况下实践本公开的各方面。在其他实例中,以框图形式而非详细地示出公知的结构和设备,以避免模糊本公开的各方面。另外,除非特别指出,否则下文所描述的不同方面的特征可以彼此组合。
虽然以下将这些方法示出和描述为一系列动作或事件,但应理解的是,这些动作或事件的被示出的顺序不应被解释为限制性的。例如,一些动作可以以不同的顺序发生和/或与除本文所示和/或所描述的那些动作或事件之外的其他动作或事件同时发生。另外,并非需要所示出的所有动作来实现本公开的一个或多个方面。而且,本文所描述的一个或多个动作可以在一个或多个单独的动作和/或阶段中执行。
至少在一个方面,现代发射器概念是基于电容式射频数模转换器(RFDAC)的。电容式RFDAC显示过度的谐波生成。这些谐波可以通过多级滤波来抑制。但是,用于这种滤波器的附加电感器会大大增加裸片尺寸。此外,高带宽通过多级匹配网络来获得。然而,多级匹配网络包括附加的电感器,这进一步导致了裸片尺寸的增加。生成谐波或需要匹配的其他通信电路面临同样的问题。因此,本公开不限于电容式RFDAC。一些通信电路可以是例如功率放大器、混频器、振荡器、低噪声放大器、或提供信号并需要通信电路的输入与天线端口之间的适当阻抗匹配的任何内部通信结构。此外,这样的输出信号通常需要一定程度的谐波抑制。
图1示出了通信匹配网络100。通信匹配网络包括通信电路101、匹配电路102、和接收器电路103。匹配电路102还包括阻抗匹配电路104和谐波滤波器105。
通信匹配网络100被配置为提供必要的阻抗匹配并且同时抑制存在于由通信电路101生成的信号中的多个谐波。通信电路101具有通常随驱动器的输出端处的天线端口变化或与该天线端口不同的输出阻抗,并且还提供包括多个谐波的信号106。匹配电路102被配置为从通信电路101接收信号106,并且被配置为提供必要的阻抗匹配并且抑制所接收的信号的一个或多个谐波以生成经滤波的信号107。接收器电路103被配置为从匹配电路102接收经滤波的信号107以用于进一步处理或用于在接收器电路103包括被配置为耦合到发射天线的天线端口的情况下进行传输。
转到图2A,在一个方面,通信匹配网络100A包括阻抗匹配电路,其包括L-网络电路104A。L-网络电路104A包括以多种不同配置的第一电感和L-网络电容,并且所有这样的配置都被认为落入本公开的范围内。在一个方面,L-网络电路具有以低通滤波器配置的第一电感和L-网络电容。虽然这样的配置将提供一些谐波抑制,但在一个方面,选择第一电感和L网络电容的值以优化通信电路101的输出阻抗与接收器电路103的输入阻抗的匹配。在一个方面,通信电路101包括通常呈现低输出阻抗的放大器,并且接收器电路103包括耦合到天线并因此通常具有50Ω阻抗的天线端口。因此,在一个方面,第一电感和L-网络电容具有优化这种匹配的值。
图2B是示出另一方面的示意图,其中匹配电路102B包括变压器电路104B和谐波陷波器105B。在一个方面中,变压器电路104B包括第一绕组和第二绕组。变压器电路104B的第一绕组包括第一电感,并且变压器电路104B的第二绕组包括第二电感。谐波陷波器105B包括第三电感,使得第三电感物理上位于变压器电路104B的第一绕组和/或第二绕组内或内部,并且因此与变压器电路104B的第一绕组和/或第二绕组互感耦合。在一个方面中,互感耦合的量相对较低,例如0.2或更小。
图3A是根据一个方面的通信匹配网络300A的示意图,其中图1的阻抗匹配电路104由L网络304A表示并且图1的谐波滤波器105由谐波陷波器305A表示。在一个方面,L-网络304A包括第一电感307A和L-网络电容308A,并且在图3A中,这样的组件以低通滤波器配置来组织或布置。虽然L-网络电路304A确实提供了一些低通滤波功能,但在一个方面,电感和电容值被选择为优化通信电路201的输出端和天线端口203之间的阻抗匹配。
仍然参考图3A,谐波陷波器305A包括如图所示串联布置的谐波电感309A和谐波电容310A,其中谐波陷波器305A被布置为与L-网络电路304A的L-网络电容308A并联。尽管图3A的谐波陷波器305A被示出为单调谐滤波器,但是可以使用诸如二阶和三阶阻尼滤波器或C型阻尼滤波器之类的其他谐波陷波器设计,并且所有这些替代方案都被考虑为落入本公开的范围。在每种情况下,谐波电感309A物理上位于L-网络电路304A的第一电感307A的布局内或内部,从而获得谐波抑制而不会显著增加电路面积。
图3B是示出通信匹配网络300B的示意图,其中图1的阻抗匹配电路104由变压器304B表示。在图3B中,变压器304B包括第一绕组307B和第二绕组308B。第一绕组307B和第二绕组308B包括第一电感和第二电感,使得第一绕组和第二绕组彼此电感耦合。在一个方面,变压器304B通过匝数比N(其中,N=N308B/N307B)提供期望的阻抗匹配。阻抗与绕组匝数之间的关系可以由例如Z203/Z201=(N308B/N307B)2来给出。因此,通过调节变压器的匝数比,可以实现必要的阻抗匹配。
谐波陷波器305B以与上文在图3A的谐波陷波器305A中讨论的方式类似的方式操作。
如上文所强调的,谐波滤波器105的第一电感被放置在阻抗匹配电路104的线圈的绕组内部。
图4A示出了根据本公开的一个方面的变压器电路404A(例如,图3B的变压器304B)和谐波滤波器105的谐波电感的布局表示,其中谐波滤波器105可以是通信匹配网络中的LC型谐波滤波器或谐波陷波器的一部分。变压器404A包括第一绕组407A和第二绕组408A。第一绕组407A包括第一电感,并且第二绕组408A包括第二电感。第三电感409A(例如,谐波电感)被放置在变压器404A的第一绕组407A和第二绕组408A内部。第三电感409A在电路布置中不占用附加的面积,从而抑制了谐波而不增加整个结构的尺寸(不增加裸片尺寸)。
如上文所强调的,在一个方面,期望第三电感409A与第一和/或第二电感407A、408A之间的电感耦合量相对较低。在一个方面,这种电感耦合是0.2或更小,但是在其他方面它可以更大。实现足够低的电感耦合的一种方式是分别增加第三电感409A的绕组与第一和第二电感的绕组之间的距离450。因此,在一个方面,距离450被建立以生成低于期望阈值的电感耦合。
图4B是说明另一布局方面的平面图,其中第三电感409B在变压器404B的第一和/或第二电感407B、408B的布局内或内部。如图4B所示,在一个方面中,第三电感409B可以是物理上位于变压器404B的第一绕组407B和第二绕组408B内或内部的8形结构。因此,第三电感布局结构409B可以包括各种不同形状的结构,并且所有这些替代方案都被认为落入本公开的范围内。
谐波陷波器105B被配置为对所接收的信号的一个或多个频率进行滤波。电容和第三电感一起形成LC滤波器。
谐波陷波器105B的LC滤波器的谐振由以下所理解的几个量来确定。根据要滤除的谐波的频率,LC滤波器的谐振将变化并且取决于第三电感309A的电感值和LC滤波器中存在的电容310A的值。在一些方面,第三电感包括一个或多个电感509、513,这些电感彼此互感耦合,如图5所示。在这种情况下,LC滤波器的谐振还取决于一个或多个电感之间的互感耦合。在一个方面,电感509、513的绕组感测彼此不同,如图5所示。
在一些方面,谐波陷波器305A的电容310A是可变电容器。可变电容器可以是连续可变电容器或数字可变电容器。
因此,图5是根据本公开的另一方面的通信匹配网络的另一示例。根据图5的方面类似于图2B和3A中示出的示例。然而,图5的谐波陷波器505具有两个电感509和513以及电容510。根据图5的方面相比于根据图3A的方面的优点在于:谐波陷波器505在与图3A的谐波陷波器305A相比时有助于更好的设计灵活性。两个电感509和513在它们本身之间耦合并物理上位于变压器504的第一绕组507和第二绕组508内。在一个方面,变压器绕组与电感509和513之间的互感耦合为0.2或更少。
在一个方面,为了改进通信系统的带宽,使用多级匹配网络。图6示出了多级匹配网络的一个方面。图6的通信匹配网络被配置为抑制信号的多个谐波并且改进系统的带宽。
通信匹配网络600包括通信电路601、匹配电路602、和接收器电路603。匹配电路602还包括变压器604和谐波陷波器605。
通信匹配网络600被配置为抑制存在于信号中的多个谐波。通信电路601提供包括多个谐波的信号611。匹配电路602被配置为从通信电路601接收信号611并且被配置为抑制所接收的信号的一个或多个谐波以生成经滤波的信号612。接收器电路603(例如,天线端口)被配置为从匹配电路602接收经滤波的信号612以用于进一步处理。
匹配电路602包括变压器604和谐波陷波器605。变压器604包括第一绕组607和第二绕组608。变压器604的第一绕组607包括第一电感并且变压器604的第二绕组608包括第二电感。谐波陷波器605包括第三电感609,使得第三电感609位于变压器的第一和/或第二绕组的绕组内或内部,并且因此第三电感609与变压器604的第一绕组607和第二绕组608互感耦合。在一个方面,互感耦合量为0.2或更小。谐波陷波器605还包括两个电容器610和614。在一个方面,第三电感609不用于谐波滤波,但是其用于宽带网络匹配。通信匹配网络600是两级变压器604和包括第三电感609和电容器614的L型匹配网络的组合。在一些方面,L型匹配网络被扩展为具有多级,从而具有高带宽匹配电路。在多级匹配网络的情况下,可以独立地调谐每个匹配网络以抑制期望的频率。
图7A示出了根据本公开的一个方面的又一通信匹配网络700。在图7A中,变压器704被示出为阻抗匹配电路,并且多个(例如,两个)谐波陷波器705A和705B被示出为谐波滤波器。图7A示出了如果需要或期望更宽频带的谐波抑制,则可以采用两个或更多个谐波陷波器705A和705B,它们各自独立地被调谐。也就是说,可以分别选择谐波电感和谐波电容值709A、709B和710A、710B,以定义每个相应谐波陷波器的多个停止间隙(stop gap)。
图7B示出了根据本公开的一个方面的又一通信匹配网络750。在图7B中,变压器704以与图7A中类似的方式被布置。在图7B中,分别提供两个谐波陷波器755A和755B。如图所示,谐波陷波器755A和755B以不对称的方式配置。应注意的是,图7B的电路具有两个输出端712和713。在一个示例中,如果712连接到RF地(例如,通过内部或外部开关),则输出端713处的谐波抑制由两个谐波陷波器755A和755B确定。替代地,如果713接地,则输出端712处的谐波抑制由谐波陷波器755A和电容762确定。因此,在图7B的方面中,从711到712的传递函数不同于从711到713的传递函数。在以上述方式中,存在允许针对不同的滤波特性进行选择性调谐的不对称性。
图8是示出根据一个方面的图7的谐波陷波器705A和705B的谐波电感的示例布局的平面图。在图8中,两个谐波电感709A、709B都物理上位于变压器704的绕组707、708内或内部。以上述方式,谐波陷波器的电感提供期望的谐波抑制,但不需要电路中的额外空间。
图9示出了利用谐波陷波电路的谐波抑制的改进。迹线901表示没有谐波陷波电路的通信电路的谐波抑制。迹线902表示在引入谐波陷波电路之后的通信电路的谐波抑制。如上所述,通信匹配网络的谐波抑制在不增加裸片尺寸的情况下得到了显著改进。
图10示出了用于抑制通信系统中的多个谐波的方法。动作1001表示由通信电路提供信号。动作1002表示由匹配网络接收来自通信电路的信号。动作1003表示由匹配网络抑制所接收的信号的一个或多个谐波以生成经滤波的信号。匹配电路包括如图1所示的阻抗匹配电路,并且在一个方面,这种电路可以包括L-网络或包括第一绕组和第二绕组的变压器。第一绕组包括第一电感,并且第二绕组包括第二电感。匹配网络还包括谐波滤波器,例如,包括第三电感的谐波陷波器,使得第三电感位于变压器的第一和/或第二绕组内或内部并且因此第三电感与第一绕组和/或第二绕组互感耦合。在一个方面,互感耦合的量是0.2或更小。动作1004表示由接收器电路接收来自匹配网络的经滤波的信号以用于进一步处理或传输。
在示例1中,通信匹配网络包括:通信电路,该通信电路被配置为提供信号,天线端口,该天线端口被配置为接收与来自通信电路的信号相关联的条件信号(conditionedsignal),以及匹配网络,该匹配网络被耦合在通信电路和天线端口之间,并被配置为提供通信电路和天线端口之间的阻抗匹配。匹配网络包括:至少包括第一电感的阻抗匹配电路,阻抗匹配电路被配置为接收来自通信电路的信号并对通信电路的输出端与天线端口之间的阻抗进行匹配;以及谐波滤波器,被配置为接收来自阻抗匹配电路的信号并提供对该信号的谐波滤波以去除信号中的不期望的谐波,从而生成条件信号。谐波滤波器包括物理上位于第一电感的布局内部的谐波电感。
在示例2中,在示例1中,阻抗匹配电路包括L-网络,该L-网络包括以低通滤波器配置耦合在一起的第一电感和L-网络电容。
在示例3中,在示例1或示例2中的任一示例中,谐波滤波器包括以低通滤波器配置耦合在一起的谐波电感和谐波电容,其中第一电感和L-网络电容的值是基于通信电路的输出端与天线端口之间的阻抗匹配要求来选择的,并且谐波电感和谐波电容的值基于谐波滤波器的截止频率要求来选择,以确保去除信号中的不期望的谐波。
在示例4中,在示例1-3中的任一示例中,阻抗匹配电路包括变压器,该变压器包括作为第一绕组的第一电感和作为第二绕组的第二电感,并且其中第一绕组和第二绕组电感耦合在一起。
在示例5中,在示例1或示例4中,谐波滤波器包括谐波陷波器,该谐波陷波器包括作为第三电感的谐波电感,并且其中第三电感物理上位于第一电感或第二电感或两者的布局内部。
在示例6中,在示例5中,谐波陷波器包括谐波电容和作为第四电感的第二谐波电感,其中谐波电容和第四电感与第三电感串联连接,并且其中谐波陷波器与变压器的第二绕组并联耦合。
在示例7中,在示例5中,谐波滤波器包括与谐波陷波器并联连接的第二谐波陷波器,并且第二谐波陷波器包括与作为第四电感的第二谐波电感串联连接的第二谐波电容,其中,第三电感和第四电感物理上位于第一电感的布局内部。
在示例8中,在示例5中,谐波滤波器包括相对于谐波陷波器非对称地布置的第二谐波陷波器,使得在对接地的两个输出端中的一个输出端的选择不同时获得不同的传递函数,从而选择性地准许不同的滤波特性。
在示例9中,在示例4中,谐波滤波器包括用于辅助宽带网络匹配的L型匹配网络,其中L型匹配网络包括与变压器的第二绕组并联的第一电容以及第三电感与和第一电容并联耦合在一起的第二电容的串联组合。
在示例10中,在示例1-9中的任一示例中,谐波滤波器的谐波电感被做成在第一电感的布局内部的线圈或8形绕组的形状。
在示例11中,公开了一种用于多谐波抑制的通信匹配网络,该通信匹配网络包括:通信电路,被配置为提供信号,以及匹配电路,被配置为接收来自通信电路的信号并抑制所接收的信号的一个或多个谐波以生成经滤波的信号。在通信匹配网络中,匹配电路还包括变压器,该变压器包括第一绕组和第二绕组,其中第一绕组包括第一电感并且第二绕组包括第二电感。此外,匹配网络包括谐波陷波器,该谐波陷波器包括第三电感,使得第三电感物理上位于第一绕组或第二绕组或两者的布局内部。最后,通信匹配网络包括天线端口,该天线端口被配置为接收来自匹配电路的经滤波的信号以用于进一步处理或传输。
在示例12中,在示例11中,通信匹配网络还包括与第三电感互感耦合的另一电感,其中第三电感和该另一电感都物理上位于第一绕组或第二绕组或两者的布局内部。
在示例13中,在示例11或12中,谐波陷波器还包括电容,并且其中该电容和第三电感形成LC滤波器。
在示例14中,在示例13中,电容是可变电容器,从而使得谐波陷波器可调谐。
在示例15中,在示例14中,可变电容器是连续可变电容器或数字可变电容器。
在示例16中,在示例11-15中的任一示例中,变压器是阻抗匹配变压器。
在示例17中,在示例11-16中的任一示例中,谐波陷波器被放置在变压器的第一绕组和第二绕组内部。
在示例18中,在示例11-17中的任一示例中,通信电路包括放大器或混频器或振荡器。
在示例19中,在示例11或12中,谐波陷波器被调谐以抑制期望的频率,其中谐波陷波器通过改变第三电感或改变电容或改变电感和电容两者来调谐。
在示例20中,公开了一种抑制通信系统中的信号中的多个谐波的方法。该方法包括:由通信电路提供信号,以及由匹配电路接收信号。该方法还包括由匹配电路抑制所接收的信号的一个或多个谐波以生成经滤波的信号。匹配电路包括:阻抗匹配电路,该阻抗匹配电路包括第一电感,并且阻抗匹配电路被配置为接收来自通信电路的信号并对通信电路的输出端和天线端口之间的阻抗进行匹配。匹配电路还包括谐波滤波器,该谐波滤波器被配置为接收来自阻抗匹配电路的信号并提供对该信号的谐波滤波以抑制信号中的谐波,从而生成经滤波的信号,其中谐波滤波器包括物理上位于第一电感的布局内部的谐波电感。最后,该方法包括由天线端口接收来自匹配电路的经滤波的信号以用于进一步处理或传输。
在示例21中,在示例20中,阻抗匹配电路包括L-网络,该L-网络包括以低通滤波器配置耦合在一起的第一电感和L-网络电容。
在示例22中,在示例21中,谐波滤波器包括以低通滤波器配置耦合在一起的谐波电感和谐波电容,其中第一电感和L-网络电容的值是基于通信电路的输出端和天线端口之间的阻抗匹配要求来选择的,并且谐波电感和谐波电容的值基于截止频率要求来选择,以确保去除信号中的不期望的谐波。
在示例23中,在示例20-22中的任一示例中,阻抗匹配电路包括变压器,该变压器包括作为第一绕组的第一电感和作为第二绕组的第二电感,并且其中第一绕组和第二绕组电感耦合在一起。
在示例24中,在示例23中,谐波滤波器包括谐波陷波器,该谐波陷波器包括作为第三电感的谐波电感,并且其中第三电感物理上位于第一电感或第二电感或两者的布局内部。
在示例25中,在示例20-24中的任一示例中,谐波滤波器的谐波电感被做成在第一电感的布局内部的线圈或8形绕组的形状。
尽管已经关于一个或多个是实现方式说明和描述了本公开,但在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下可以对所示出的示例进行改变和/或修改。
此外,尤其关于由上述组件或结构(组装件、设备、电路、系统等)执行的各种功能,除非另有说明,用于描述这些组件的术语(包括对“装置”的引用)旨在对应于执行所描述的组件的指定功能(例如,功能上等同)的任何组件或结构,即使在结构上不等同于执行本文所示出的示例性实现方式中的功能的所公开的结构。另外,虽然可能已经关于若干实现方式中的仅一个实现方式公开了特定特征,但这样的特征可以与任何给定或特定应用可能期望的和对该任何给定或特定应用有利的其他实现方式的一个或多个其他特征组合。此外,就在具体实施方式和权利要求书中使用的术语“包括”、“包含”、“具有”、“有”或其变体而言,这些术语旨在以类似于术语“包括”的方式表示包括的含义。