CN115395979A - 带谐波畸变抑制和静电放电保护的发射-接收切换装置 - Google Patents

带谐波畸变抑制和静电放电保护的发射-接收切换装置 Download PDF

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Abstract

本文公开的实施方案涉及减少收发器中的插入损耗，同时改善该收发器的操作效率。为此，该收发器可以包括具有谐波畸变抑制电路、静电放电滤波器、带外噪声滤波器和/或匹配网络的隔离电路。特别地，该谐波畸变抑制电路可以使第二谐波信号穿过该收发器的发射器的功率放大器到接地。该静电放电滤波器也可以为静电放电提供接地路径，并且该带外噪声滤波器可以为噪声信号提供接地路径。该隔离电路可以基本上消除或减少由不期望信号引起的干扰，同时降低功率消耗，从而改善该收发器的操作效率。

Description

带谐波畸变抑制和静电放电保护的发射-接收切换装置
背景技术
本公开整体涉及无线通信，并且更具体地涉及隔离在无线通信设备中的发射器和接收器之间的无线信号。
在电子设备中，发射器和接收器可各自耦接到一个或多个天线以发射和接收无线信号。电子设备可以包括隔离电路，该隔离电路将发射器与(第一频率范围的)接收信号隔离，并将接收器与(第二频率范围的)发射信号隔离。这样，当使用电子设备进行通信时，可以减少发射信号与接收信号之间的干扰。然而，这些通信可能受到由隔离电路的部件产生的插入(例如，信号)损耗的负面影响，从而提供对发射信号和接收信号的不太理想的隔离。进一步地，发射信号的二次谐波畸变可能干扰发射信号并对电子设备的操作产生负面影响。此外，隔离电路中的静电放电可能干扰发射信号和接收信号和/或减小电子设备的部件(包括发射器和接收器)的寿命。
发明内容
下面阐述本文所公开的某些实施方案的概要。应当理解，呈现这些方面仅仅是为了向读者提供这些特定实施方案的简明概要，并且这些方面并非旨在限制本公开的范围。实际上，本公开可涵盖下面可没有阐述的多个方面。
在一个实施方案中，提供了一种电子设备，该电子设备包括一个或多个天线、耦接到一个或多个天线的发射电路以及耦接到一个或多个天线的接收电路。电子设备也包括耦接到一个或多个天线、发射电路和接收电路的隔离电路。隔离电路包括发射切换装置和平衡-不平衡转换器。平衡-不平衡转换器包括耦接到发射电路的第一线圈和耦接到传输切换装置并接地的第二线圈。隔离电路也包括与发射切换装置并联耦接的电感器。电容器耦接到电感器。
在另一个实施方案中，提供了收发器的隔离电路。隔离电路包括耦接到一个或多个天线的发射-接收切换装置。隔离电路也包括电感器对，该电感器对包括串联耦接的第一电感器和第二电感器。电感器对并联耦接到发射-接收切换装置。电容器耦接到第一电感器、第二电感器和接地。
在另一个实施方案中，提供了一种包括一个或多个天线的用户装备。用户装备也包括通信地耦接到一个或多个天线的发射电路和接收电路。隔离电路设置在发射电路与接收电路之间并且通信地耦接到发射电路和接收电路。隔离电路包括谐波畸变抑制电路、静电放电滤波电路和噪声滤波电路。谐波畸变抑制电路被配置为减少由发射电路产生的谐波畸变。静电放电滤波电路被配置为减少用户装备的静电放电。噪声滤波电路被配置为减小隔离电路的噪声。
对上述特征的各种改进可能相对于本发明的各个方面而存在。也可在这些各个方面中加入其他特征。这些改进和附加特征可以单独存在，也可以任何组合的形式存在。例如，下面讨论的与一个或多个所示实施方案相关的各种特征可单独地或以任何组合形式结合到本发明上述方面的任何一个中。上文所呈现的简要概要仅旨在使读者熟悉本公开实施方案的特定方面和上下文，并不限制要求保护的主题。
附图说明
在阅读以下详细描述并参考下文所述的附图时可更好地理解本公开的各个方面，其中相似的数字是指相似的部分。
图1是根据本公开的实施方案的电子设备的框图。
图2是根据本公开的实施方案的图1的电子设备的功能图。
图3是根据本公开的实施方案的图1的电子设备的收发器的框图。
图4是根据本公开的实施方案的图1的电子设备的发射器的示意图。
图5是根据本公开的实施方案的图1的电子设备的接收器的示意图。
图6是根据本公开的实施方案的示出隔离电路部件的图3的收发器的框图。
图7是根据本公开的实施方案的图6的隔离电路的示意图。
图8是根据本公开的实施方案的示出发射(TX)信号的路径的图7的隔离电路的示意图。
图9是根据本公开的实施方案的示出接收(RX)信号的路径的图7的隔离电路的示意图。
图10是根据本公开的实施方案的由图7的隔离电路形成的谐波势阱或陷波的曲线图。
图11是根据本公开的实施方案的图7的隔离电路的改善的功率效率的曲线图。
具体实施方式
下文将描述一个或多个具体实施方案。为了提供这些实施方案的简要描述，本说明书中未描述实际具体实施的所有特征。应当了解，在任何此类实际具体实施的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须要作出特定于许多具体实施的决策以实现开发者的具体目标，诸如符合可从一个具体实施变化为另一具体实施的与系统相关和与商业相关的约束。此外，应当理解，此类开发工作有可能复杂并且耗时，但是对于受益于本公开的本领域的普通技术人员而言，其仍将是设计、加工和制造的常规工作。
当介绍本公开的各种实施方案的元件时，冠词“一个/一种”和“该/所述”旨在意指存在元件中的一个或多个。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在被包括在内，并且意指可存在除列出的元件之外的附加元件。附加地，应当理解，参考本公开的“一个实施方案”或“实施方案”并非旨在被解释为排除也结合所引述的特征的附加实施方案的存在。此外，特定特征、结构或特性可以任何适当的方式组合在一个或多个实施方案中。术语“大致”、“接近”、“约”、“近”和/或“基本上”的使用应理解为意指包括靠近目标(例如，设计、值、量)，诸如在任何合适或可设想误差的界限内(例如，在目标的0.1％内、在目标的1％内、在目标的5％内、在目标的10％内、在目标的25％内等)。
本公开涉及通过减少发射信号和接收信号的干扰来减少由隔离电路引起的插入损耗，同时保持电子设备的发射器和接收器的隔离。例如，隔离电路可以包括一个或多个发射-接收切换装置，其使发射器能够在第一状态下经由电子设备的一个或多个天线发射信号(例如，发射信号)，并使接收器能够在第二状态下经由一个或多个天线接收信号(例如，接收信号)。然而，一个或多个发射-接收切换装置由于隔离电路的部件提供不太理想的隔离而可能导致发射(和/或接收)信号的信号或功率损耗(称为插入损耗)。进一步地，发射器的功率放大器可以生成第二谐波畸变信号，该第二谐波畸变信号对天线要输出的发射信号产生负面影响。电子设备中的静电放电和带外噪声也可能对发射信号和接收信号产生负面影响并干扰电子设备的无线通信。
为了减少发射信号和接收信号的干扰和/或畸变，隔离电路可以包括谐波畸变抑制电路、静电放电滤波器电路、带外噪声滤波器电路和匹配网络。谐波畸变抑制电路、静电放电滤波器电路、带外噪声滤波器电路和匹配网络可以具有单独电路部件(例如，电容器、电感器等)，或者可以共享一个或多个电路部件。例如，隔离电路内的第一信号路径可以通过使第二谐波信号穿过功率放大器到接地来抑制第二谐波畸变。第二信号路径可以使静电放电和/或带外噪声传播到接地，并且可以包括第一信号路径的至少一部分。
有利地，本文呈现的实施方案提供了各种装置和技术以减少插入损耗并减少由包括谐波畸变、静电放电、带外噪声等噪声引起的干扰。此外，减少发射信号和接收信号的干扰提供了降低的功率消耗和改善的操作效率。此外，提供静电放电路径可以改善电子设备的部件(包括发射器和接收器)的寿命。
图1是根据本公开的实施方案的电子设备10的框图。除了别的之外，电子设备10可包括一个或多个处理器12(为方便起见，在本文统称为单个处理器，其可任何合适形式的处理电路实现)、存储器14、非易失性存储装置16、显示器18、输入结构22、输入/输出(I/O)接口24、网络接口26和电源29。图1所示的各种功能块可包括硬件元件(包括电路)、软件元件(包括机器可执行指令)或硬件和软件元件的组合(其可被称为逻辑)。处理器12、存储器14、非易失性存储装置16、显示器18、输入结构22、输入/输出(I/O)接口24、网络接口26和/或电源29可各自彼此直接或间接通信地耦接(例如，通过或经由另一个部件、通信总线、网络)，以在彼此之间发射和/或接收数据。应当指出，图1仅是特定具体实施的一个示例，并且旨在示出可存在于电子设备10中的部件的类型。
举例来说，电子设备10可以包括任何合适的计算设备，包括台式计算机或笔记本电脑(例如，以可从加利福尼亚州库比蒂诺(Cupertino，California)的苹果公司(AppleInc.)获得的
Figure BDA0003653732790000051
Pro、MacBook
Figure BDA0003653732790000052
mini或Mac
Figure BDA0003653732790000053
的形式)、便携式电子设备或手持式电子设备诸如无线电子设备或智能手机(例如，以可从加利福尼亚州库比蒂诺的苹果公司获得的
Figure BDA0003653732790000054
型号的形式)、平板电脑(例如，以可从加利福尼亚州库比蒂诺的苹果公司获得的
Figure BDA0003653732790000055
型号的形式)、可穿戴电子设备(例如，以可从加利福尼亚州库比蒂诺的苹果公司获得的Apple
Figure BDA0003653732790000056
的形式)和其他类似的设备。应当注意，图1中的处理器12和其他相关项目在本文中可以被一般性地称为“数据处理电路”。此类数据处理电路可整体或部分地以软件、硬件或两者来实施。此外，处理器12和图1中的其他相关项可以是单个独立的处理模块，或者可完全或部分地结合在电子设备10内的其他元件中的任一个元件内。处理器12可用通用微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑器件(PLD)、控制器、状态机、门控逻辑、分立硬件部件、专用硬件有限状态机或可执行信息的计算或其他操纵的任何其他合适的实体的组合来实现。处理器12可执行本文和下文所述的各种功能。
在图1的电子设备10中，处理器12可与存储器14和非易失性存储装置16可操作地耦接，以执行各种算法。由处理器12执行的此类程序或指令可存储在包括一个或多个有形计算机可读介质的任何合适的制品中。有形计算机可读介质可包括存储器14和/或非易失性存储装置16，单独地或共同地，以存储指令或例程。存储器14和非易失性存储装置16可包括用于存储数据和可执行指令的任何合适的制品，诸如随机存取存储器、只读存储器、可重写闪存存储器、硬盘驱动器、和光盘。此外，在此类计算机程序产品上编码的程序(例如，操作系统)还可包括可由处理器12执行以使得电子设备10能够提供各种功能的指令。
在某些实施方案中，显示器18可有利于用户观看在电子设备10上生成的图像。在一些实施方案中，显示器18可以包括可以有利于用户与电子设备10的用户界面进行交互的触摸屏。此外，应当理解，在一些实施方案中，显示器18可包括一个或多个液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器、有机发光二极管(OLED)显示器、有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)显示器、或这些和/或其他显示技术的某种组合。
电子设备10的输入结构22可使得用户能够与电子设备10进行交互(例如，按下按钮以增大或减小音量水平)。正如网络接口26那样，I/O接口24可以使电子设备10能够与各种其他电子设备进行交互。在一些实施方案中，I/O接口24可包括用于硬连线连接的I/O端口以用于使用标准连接器和协议诸如由加利福尼亚库比蒂诺的Apple Inc.提供的Lightning连接器、通用串行总线(USB)或其他类似的连接器和协议进行充电和/或内容操控。网络接口26可例如包括用于以下各项的一个或多个接口：个人局域网(PAN)诸如
Figure BDA0003653732790000061
网络、局域网(LAN)或无线局域网(WLAN)诸如采用IEEE 802.11x系列协议中的一个协议(例如，
Figure BDA0003653732790000062
Figure BDA0003653732790000063
)的网络和/或广域网(WAN)诸如与第三代合作伙伴计划(3GPP)相关的任何标准包括例如第三代(3G)蜂窝网络、通用移动通信系统(UMTS)、第四代(4G)蜂窝网络、长期演进
Figure BDA0003653732790000064
蜂窝网络、长期演进授权辅助接入(LTE-LAA)蜂窝网络、第五代(5G)蜂窝网络和/或新空口(NR)蜂窝网络、卫星网络等。具体地讲，网络接口26可包括例如用于使用包括毫米波(mmWave)频率范围(例如，24.25-300千兆赫(GHz))的5G规范的Release-15蜂窝通信标准的一个或多个接口。电子设备10的网络接口26可允许通过前述网络(例如，5G、Wi-Fi、LTE-LAA等)进行通信。
网络接口26还可包括例如用于以下各项的一个或多个接口：宽带固定无线接入网络(例如，
Figure BDA0003653732790000065
)、移动宽带无线网络(移动
Figure BDA0003653732790000066
)、异步数字用户线路(例如，ADSL、VDSL)、数字视频地面广播(DVB-
Figure BDA0003653732790000067
)网络及其扩展DVB手持(DVB-
Figure BDA0003653732790000068
)网络、超宽带(UWB)网络、交流(AC)功率线等。
如图所示，网络接口26可包括收发器30。在一些实施方案中，收发器30的全部或部分可设置在处理器12内。收发器30可支持经由一个或多个天线发射和接收各种无线信号。因此，收发器可包括发射器和接收器。在一些实施方案中，收发器30可以包括隔离电路。隔离电路设置在发射器与接收器之间，并且将接收器与发射信号隔离并将发射器与接收信号隔离。进一步地，隔离电路可以提供针对可能干扰发射信号和接收信号的信号(例如，畸变和/或噪声信号)的一个或多个信号路径，同时减小或最小化由隔离电路引起的插入损耗。
电子设备10的电源29可包括任何合适的电源，诸如可再充电的锂聚合物(Li-poly)电池和/或交流电(AC)电源转换器。在某些实施方案中，电子设备10可以采取以下形式：计算机、便携式电子设备、可穿戴电子设备，或其他类型的电子设备。
图2是根据本公开的实施方案的图1的电子设备10的功能图。如图所示，处理器12、存储器14、收发器30、发射器52、接收器54和/或天线55(被示为55A-55N，统称为天线55)可彼此直接或间接通信地耦接(例如，通过或经由另一个部件、通信总线、网络)，以在彼此之间发射和/或接收数据。
电子设备10可包括发射器52和/或接收器54，其分别使得能够在电子设备10与外部设备之间经由例如网络(例如，包括基站)或直接连接来传输和接收数据。如图所示，发射器52和接收器54可组合到收发器30中。电子设备10还可具有一个或多个天线55A至55N，该一个或多个天线电耦接到收发器30。天线55A-55N可以全向或定向配置、单波束、双波束或多波束布置等进行配置。每个天线55可与一个或多个波束和各种配置相关联。在一些实施方案中，天线组或模块的天线55A-55N中的多个天线可通信地耦接相应收发器30并且各自发射可有利地和/或破坏性地组合以形成波束的射频信号。适用于各种通信标准，电子设备10可包括多个发射器、多个接收器、多个收发器和/或多个天线。
发射器52可无线地传输具有不同分组类型或功能的分组。例如，发射器52可传输由处理器12生成的不同类型的分组。接收器54可无线地接收具有不同分组类型的分组。在一些示例中，接收器54可检测所使用的分组的类型并相应地处理该分组。在一些实施方案中，发射器52和接收器54可经由其他有线或有线系统或装置来发射和接收信息。
如图所示，电子设备10的各种部件可通过总线系统56耦接在一起。总线系统56可包括例如数据总线以及除数据总线之外的电源总线、控制信号总线和状态信号总线。电子设备10的部件可耦接在一起，或使用一些其他机制彼此接受或提供输入。
图3是根据本公开的实施方案的电子设备10的收发器30(例如，收发器电路)的框图。如图所示，收发器30包括发射器52(例如，发射电路)和接收器54(例如，接收电路)，该发射器和该接收器耦接到至少一个天线以使电子设备10能够发射和接收无线信号。收发器电路30包括设置在发射器52与接收器54之间并通信地耦接到该发射器和该接收器的隔离电路58。隔离电路58将发射器52与接收信号隔离，并将接收器54与发射信号隔离，从而减少在进行通信时的干扰。在一些实施方案中，隔离电路58耦接到一个或多个天线55。在一些另选实施方案中，一个或多个天线55可设置在隔离电路58内。
隔离电路58使得来自发射器52的第一频率范围的信号(例如，发射信号)传递到一个或多个天线55，并且阻止第一频率范围的信号传递到接收器54。隔离电路58还使得经由一个或多个天线55接收的第二频率范围的信号(例如，接收信号)传递到接收器54，并且阻止第二频率范围的信号传递到发射器52。每个频率范围可以是任何合适的带宽诸如介于0兆赫和100千兆赫(GHz)之间(例如，10兆赫(MHz))，并且包括任何合适的频率。例如，第一频率范围(例如，发射频率范围)可介于20GHz和40GHz之间，并且第二频率范围(例如，接收频率范围)可介于50GHz和80GHz之间。
在一些实施方案中，隔离电路58将目标信号(例如，发射信号或接收信号)与可能干扰目标信号的相关联信号隔离。例如，当发射发射信号时，发射器52的功率放大器(图3中未示出)可以生成发射信号的谐波畸变，其随着该发射信号朝向天线55传播。谐波畸变可能干扰发射信号(例如，使之畸变)并对收发器30的操作产生负面影响。因此，隔离电路58可以通过使第二谐波信号穿过功率放大器到接地来从目标发射信号中滤除谐波畸变，以改善收发器30的无线通信。
隔离电路58也可以滤除由电子设备10的发射器52、接收器54或其他部件产生的噪声信号。例如，静电可以由电子设备10的部件产生。静电放电是由于例如介电材料的击穿而导致的静电的突然流动。静电放电可干扰目标信号和/或降低电子设备10的部件(诸如发射器52和接收器54)的寿命。噪声信号(诸如带外噪声)也可能干扰目标信号。为了防止此类干扰和/或改善电子设备10的部件的寿命，隔离电路58可以通过为此类信号提供接地路径来滤除静电放电和噪声信号。
进一步地，隔离电路58可以将接收器54与发射信号隔离并将发射器52与接收信号隔离。例如，发射信号(例如，发射泄漏信号)中的一些发射信号可朝向接收器54传播并干扰接收器54。为了防止此类干扰，隔离电路58可以将接收器54与发射信号和/或发射泄漏信号隔离。相似地，接收信号(例如，接收泄漏信号)中的一些接收信号可以传播到发射器52并干扰发射器或减少其寿命。为了防止此类干扰，隔离电路58可以为此类信号提供接地路径来将发射器52与接收泄漏信号隔离。
本文的实施方案提供了各种装置和技术以通过保持电子设备10的发射器52与接收器54的隔离来减少或基本上防止发射信号和接收信号的此类干扰和/畸变。这样，本文公开的实施方案包括可以具有一个或多个发射-接收切换装置和滤波器电路的隔离电路，该隔离电路为噪声信号和/或畸变信号提供接地路径。进一步地，本文公开的实施方案可以为电子设备10内的静电放电提供接地路径，并且由此可以改善电子设备(包括发射器52和接收器54)的寿命。
图4是根据本公开的实施方案的发射器52(例如，发射电路)的示意图。如图所示，发射器52可以接收要经由一个或多个天线55传输的数字信号形式的传出数据60。发射器52的数模转换器(DAC)62可将数字信号转换为模拟信号，并且调制器64可将经转换的模拟信号与载波信号组合以生成无线电波。功率放大器(PA)66从调制器64接收经调制的信号。功率放大器66将该经调制的信号放大到合适的水平，以驱动该信号经由一个或多个天线55的发射。发射器52的滤波器68(例如，滤波器电路和/或软件)然后可以基本上从放大信号去除或减少不期望噪声的影响，以生成要经由一个或多个天线55传输的经传输的数据70。滤波器68可以包括从放大信号基本上去除不期望的噪声的任何合适的一个或多个滤波器，诸如带通滤波器、带阻滤波器、低通滤波器、高通滤波器和/或抽取滤波器。另外，发射器52可以包括未示出的任何合适的附加部件，或者可以不包括所例示的部件中的某些部件，使得发射器52可以经由一个或多个天线55发射传出数据60。例如，发射器52可包括混频器和/或数字上转换器。又如，如果功率放大器66输出在或大约在期望的频率范围中的放大信号(使得放大信号的滤波可能是不必要的)，则发射器52可以不包括滤波器68。
图5是根据本公开的实施方案的接收器54(例如，接收电路)的示意图。如图所示，接收器54可以从一个或多个天线55以模拟信号的形式接收所接收的数据80。低噪声放大器(LNA)82可以将接收的模拟信号放大到适于接收器54处理的水平。滤波器84(例如，滤波器电路和/或软件)可从接收信号去除不期望的噪声，诸如跨信道干扰。滤波器84也可去除由一个或多个天线55接收的频率不同于期望信号的附加信号。滤波器84可以包括从接收信号去除不期望的噪声或信号的任何合适的一个或多个滤波器，诸如带通滤波器、带阻滤波器、低通滤波器、高通滤波器和/或抽取滤波器。解调器86可去除射频包络并从滤波后的信号中提取经解调的信号以进行处理。模数转换器(ADC)88可以接收经解调的模拟信号并将该信号转换为要由电子设备10进一步处理的传入数据90的数字信号。另外，接收器54可以包括未示出的任何合适的附加部件，或者可以不包括所例示的部件中的某些部件，使得接收器54可以经由一个或多个天线55接收所接收的数据80。例如，接收器54可包括混频器和/或数字下转换器。
图6是根据本公开的实施方案的包括图3的隔离电路58的图3的收发器30的框图。如上所述，隔离电路58可以将接收器54与发射信号隔离并将发射器52与接收信号隔离。隔离电路58也可以滤除和/或抑制可能干扰或劣化电子设备10的无线通信的噪声和其他信号。这样，隔离电路58可以包括各种部件(例如，电路)，诸如谐波抑制电路102、静电放电滤波器104、带外噪声滤波器106和匹配网络108。隔离电路58的每个部件可以包括为相应信号构成接地路径的各种电气元件或电路元件(例如，电感器、电容器等)。
如图所示，谐波(例如，二阶谐波或“HD2”)抑制电路102设置在发射器52与一个或多个天线55之间。谐波抑制电路102为由发射器(或电子设备10的任何其他部件)生成的谐波畸变提供接地路径。例如，发射电路52的功率放大器66可以在发射信号中生成二阶谐波畸变。谐波抑制电路102可以经由接地路径基本上去除来自收发器30中的目标信号(例如，发射信号和/或接收信号)的谐波畸变，以基本上减少或防止对目标信号的干扰和/或畸变。通过减少对目标信号的干扰，谐波抑制电路102可以改善收发器30的操作效率。
静电放电滤波器104设置在谐波畸变抑制电路与一个或多个天线55之间。静电放电滤波器104可以为发生在电子设备10内并进入收发器30的静电放电提供接地路径。即，静电放电滤波器104可经由电子设备10内的接地路径基本上消除由来自电子设备10的静电放电引起的电流。因此，静电放电滤波器104可基本上减少由静电放电引起的干扰或畸变的发生，并防止或基本上减少由于静电放电的发生而避免降低发射器52和/或接收器54的寿命。因此，静电放电滤波器104可以改善收发器30的操作效率和/或寿命。
在一些实施方案中，隔离电路58可以包括多于一个静电放电滤波器104。例如，第一静电放电滤波器104可以设置在发射器52与一个或多个天线55之间，并且第二静电放电滤波器104可以设置在接收器54与一个或多个天线55之间。在这种情况下，当收发器处于发射模式(例如，发射器52处于活动的第一模式)时，第一静电放电滤波器104可以为静电放电提供接地路径，并且当收发器处于接收模式(例如，接收器54处于活动的第二模式)时，第二静电放电滤波器104可以为静电放电提供接地路径。
带外噪声滤波器106可以为收发器30内的电气噪声提供接地路径。即，带外噪声滤波器106可以滤除收发器30内的噪声信号，从而基本上减少由此类信号引起的干扰的发生。在一些实施方案中，隔离电路58可以包括多于一个带外噪声滤波器106。例如，第一带外噪声滤波器106可以设置在发射器52与一个或多个天线55之间，并且第二带外噪声滤波器106可以设置在接收器54与一个或多个天线55之间。在这种情况下，当收发器处于发射模式(例如，当发射器52处于活动)时，第一带外噪声滤波器106可以为噪声信号提供接地路径，并且当收发器处于接收模式(例如，当接收器54处于活动)时，第二带外噪声滤波器106可以为噪声信号提供接地路径。匹配网络108可以平衡一个或多个天线55和发射器52和/或接收器54的阻抗。即，匹配网络108可以为阻抗匹配网络。在一些实施方案中，匹配网络108中的全部或一部分可以包括在发射器52和/或接收器54中。
如下面相对于图7更详细地讨论，隔离电路58的各种电路元件(例如，电感器、电容器等)可以在其部件之间进行共享。在附加或另选的实施方案中，隔离电路58的每个部件可以具有单独的电路元件。应当理解，隔离电路58的部件可以除图6所示布置之外的布置来配置。例如，谐波畸变抑制电路102可以设置在静电放电滤波器104之间。
图7是根据本公开的实施方案的图6的隔离电路58的示意图。如图所示，图7示出了谐波抑制电路102、静电放电滤波器104、带外噪声滤波器106和匹配网络108的相对于图6论述的部件。功率放大器66可以为发射器52的一部分和/或表示，并且低噪声放大器82可以为接收器54的一部分和/或表示。在一些实施方案中，功率放大器66的操作频率可以介于15GHz与50GHz之间，诸如约28GHz。
隔离电路58包括设置在发射器52的功率放大器66与谐波抑制电路102之间的平衡-不平衡转换器变压器112。平衡-不平衡转换器112可包括一组线圈，诸如所例示的两个线圈。在操作中，线圈可以用作电感器。功率放大器66可以耦接到平衡-不平衡转换器112的第一线圈114。在一些实施方案中，功率放大器66可以直接耦接到平衡-不平衡转换器112的第一线圈114，而其间没有耦接中间部件。谐波抑制电路102可以包括平衡-不平衡转换器112的第二线圈116，该第二线圈可以经由变压器效应耦接到第一线圈114。第二线圈116可以直接耦接到接地，并且从一个或多个天线55接收的信号的角度或从接收器54的低噪声放大器82的方向来看，可以用作电感器(“L3”)。即，第二线圈116的一个端子可以耦接到接地，而其间没有其他部件。
谐波抑制电路102也可以包括发射-接收切换装置118，其使发射信号从功率放大器66传播到一个或多个天线55以进行发射。发射-接收切换装置118可以包括晶体管，并且可以基于收发器30的模式(例如，如处理器12所指示)进行激活或去激活(例如，关闭或打开)。例如，如果收发器30处于发射模式，则发射-接收切换装置118可以在(例如，从处理器12)接收到逻辑高(例如，1)发射启用信号120时激活(例如，关闭)。即，如果收发器30处于发射模式，则处理器12可以将逻辑高发射启用信号120发送到发射-接收切换装置118以关闭发射-接收切换装置118并使发射信号穿过其进行传播。如果收发器30处于除发射模式之外的模式(例如，接收模式、待机模式或关闭)，则处理器12可以将逻辑低(例如，0)发射启用信号120发送到发射-接收切换装置118以使发射-接收切换装置118打开，从而防止信号穿过其进行传播。
谐波抑制电路102可以包括设置在平衡-不平衡转换器112与一个或多个天线55之间的电感器122(“L1”)。电感器122与发射-接收切换装置118并联设置。即，电感器122可以提供从平衡-不平衡转换器112到一个或多个天线55的另选信号路径。电感器122可以被配置为针对具有在第一频率范围内的频率的信号提供第一阻抗状态(例如，较低阻抗)，以及针对具有在第二频率范围内的频率的信号提供第二阻抗状态(例如，较高阻抗)。例如，第一阻抗状态可接近或表现为短路或闭路(例如，接近或大约等于零欧姆，诸如介于0和100欧姆之间、介于0.1欧姆和10欧姆之间、介于0.5欧姆和2欧姆之间等)，而第二阻抗状态可接近或表现为开路(例如，提供大于第一阻抗状态的阻抗，诸如大于10000欧姆、大于1000欧姆、大于100欧姆、大于10欧姆、大于5欧姆等)。在一些实施方案中，电感器122可以针对具有相对高的频率(例如，介于15GHz与100GHz之间)的信号具有高阻抗，并且针对具有相对低的频率(例如，介于2GHz与12GHz之间)的信号具有低阻抗。因此，电感器122可以使具有低频率的噪声信号穿过其中(例如，到接地)，同时基本上阻断具有相对高的频率的发射信号和接收信号。由于相对高的频率下的高阻抗，电感器122可以基本上防止发射信号通过其进行传播。这样，谐波抑制电路102可以减少或基本上消除噪声信号，而不会对期望信号(例如，发射信号和接收信号)产生负面影响。
谐波抑制电路102包括耦接到电感器122和接地的电容器124。在一些实施方案中，电容器124可以接入电感器122的绕组中。即，电容器124到电感器122的连接点可以是可调节的，使得连接点更接近或更远离功率放大器66。移动电容器124的连接点可以改变电感器122在连接点的任一侧上的一部分的阻抗。例如，随着电容器124的连接点朝向功率放大器66移动，电感器122在功率放大器66与连接点之间的部分的大小减小，从而导致该部分的阻抗降低。相似地，随着连接点移动远离功率放大器66，电感器122在功率放大器66与连接点之间的部分的大小增大，从而导致该部分的阻抗升高。在一些实施方案中，连接点可以位于电感器122的相对端部之间的中点处。这样，改变将电容器124到电感器122的连接点使电感器122的阻抗改变，从而调节被使得穿过电感器122和电容器124到接地的信号的频率范围。
在操作中，谐波抑制电路102可以提供穿过平衡-不平衡转换器112的第二线圈116、电感器122(例如，电感器122的至少一部分)和电容器124的接地路径，以用于具有如由电容器124到电感器122的连接点所指定的目标频率范围内的频率的信号。特别地，可以选择电容器124到电感器122的连接点以使具有对应于二阶谐波的频率(例如，介于30GHz与200GHz之间)的信号穿过其中。这样，谐波抑制电路102可以基本上去除来自收发器30的由功率放大器66生成的谐波畸变，以基本上防止对发射信号的干扰。
如图所示，隔离电路58可以包括多个静电放电滤波器104和带外噪声滤波器106。例如，第一滤波器144可以设置在功率放大器66与一个或多个天线55之间和/或通信地耦接到该功率放大器和该一个或多个天线，并且可以包括第一静电放电滤波器104A和第一带外噪声滤波器106A。第二滤波器146可以设置在一个或多个天线55与低噪声放大器82之间和/或通信地耦接到该一个或多个天线和该低噪声放大器，并且可以包括第二静电放电滤波器104B和第二带外噪声滤波器106B。如图所示，第一滤波器144包含电感器122和平衡-不平衡转换器112的第二线圈116。第二滤波器146包括设置在一个或多个天线55与低噪声放大器82之间并通信地耦接到该一个或多个天线与低噪声放大器的电感器126。第二滤波器也包括设置在电感器126与接地之间并通信地耦接到该电感器和该接地的电感器130。
虽然第一滤波器144和第二滤波器146被示出为物理地隔开且具有不同的电路元件，但是应当理解，隔离电路可以具有单个滤波器(例如，组合滤波器144、146)，并且因此可以具有单个静电放电滤波器104和/或单个带外噪声滤波器106。在操作中，滤波器144、146可以经由一个或多个接地连接减小和/或基本上去除来自收发器30的静电放电电流和/或噪声信号。即，即使第一静电放电滤波器和第二静电放电滤波器104是隔开的，它们也可以执行减少和/或去除来自收发器30的静电放电电流和/或噪声的相同或相似功能。
第一滤波器144可以经由电感器122和平衡-不平衡转换器112的第二线圈116为收发器30内的静电放电和/或噪声信号提供接地路径，从而保护发射器52和/或接收器54免受静电放电和/或干扰。相似地，第二滤波器146可以经由电感器126和电感器130为收发器30内的静电放电和/或噪声信号提供接地路径，从而保护发射器52和/或接收器54免受静电放电和/或干扰。
隔离电路58可以包括设置在一个或多个天线55与接收器54之间的发射-接收切换装置128。发射-接收切换装置128可以(例如，从处理器12)接收发射启用信号120，并且因此在收发器30处于发射模式时关闭以产生分流接地。如图所示，匹配网络108设置在接收器54与一个或多个天线55之间。匹配网络108可以包括设置在第二滤波器146与接收器54的低噪声放大器82之间的电容器132。电容器132可以基本上防止具有相对低的频率的信号(例如，在2GHz和20GHz的频率范围内的噪声信号)传播到低噪声放大器82。匹配网络108也可以包括设置在电容器132与低噪声放大器82之间并通信地耦接到该电容器和该低噪声放大器的电容器138。电感器134和电容器136可以串联耦接并在电容器132与电容器138之间提供接地路径。在一些实施方案中，电容器136可以为可变电容器。电感器140可以设置在电容器138与低噪声放大器82之间并通信地耦接到该电容器和该低噪声放大器。
在一些实施方案中，匹配网络108可以用作高通滤波器，以使具有高于阈值的频率的信号穿过匹配网络108到低噪声放大器82。在其他实施方案中，匹配网络108可以用作低通滤波器，以使具有低于阈值的频率的信号穿过匹配网络108到低噪声放大器82。在一些实施方案中，阈值频率可以为诸如0GHz与200GHz之间、25GHz与30GHz之间、35GHz与40GHz之间、45GHz与50GHz之间等的范围。在一些实施方案中，阈值可以为特定频率，诸如约3.5GHz、4.1GHz、5GHz、7.125GHz、12GHz、25GHz等。
隔离电路58可以包括除图7所示的那些之外的附加电路元件，诸如电容器和/或电感器。例如，电容器142可以通信地耦接到接地并通信地耦接在平衡-不平衡转换器112的第二线圈116与发射-接收切换装置118之间。这些电路元件可以为各种信号(例如，畸变和/或噪声信号)提供附加接地路径，以进一步减少目标信号的畸变的发生和/或改善收发器30的部件的寿命。
图8是根据本公开的实施方案的示出发射(TX)信号的路径156的图7的隔离电路58的示意图。图8的隔离电路58基本上类似于图7的电路58，其中添加了所例示的信号路径并且图7的电感器122被示出为两个电感器152、154。电感器152、154(例如，电感器对)可以表示电感器122在电容器124的连接的任一侧上的第一部分和第二部分。即，可以折叠电感器122以形成电感器152、154。在一些实施方案中，图7的电感器122可由两个单独的电感器152、154代替。在这种情况下，电感器152、154的组合电感可以等于图7的电感器122的电感。
隔离电路58示出了从功率放大器66(经由变压器效应)穿过平衡-不平衡转换器变压器112、穿过发射-接收切换装置118(由于例如处理器12发送逻辑高发射启用信号120而关闭)以及到一个或多个天线55以进行发射的发射信号的路径156。电感器152的针对相对高的频率信号(例如，介于25GHz与100GHz之间)的高阻抗可以防止发射信号穿过其进行传播。相似地，第二滤波器146的电感器126的针对相对高的频率信号(例如，介于2GHz与20GHz之间)的高阻抗可以防止发射信号穿过其进行传播。这样，至少电感器152和电感器126可以将发射信号引导到一个或多个天线55。
如上所述，功率放大器66可以生成谐波畸变信号，该谐波畸变信号沿着从功率放大器66穿过电感器152(或图7的电感器122的一部分)和电容器124到接地的路径158传播。即，电感器152和电容器124可以充当或产生谐波势阱，该谐波势阱将谐波畸变拉到接地，从而减少和/或抑制谐波畸变信号。如相对于图7所讨论，滤波器144、146为隔离电路58内的静电放电和噪声信号提供接地路径。例如，第一滤波器144可以提供穿过电感器154、152(或电感器122)和平衡-不平衡转换器112的第二线圈116到接地的路径160。第二滤波器146可以提供穿过电感器126和电感器130到接地的路径162。这样，滤波器144、146基本上去除了来自隔离电路58的静电放电和噪声信号，以基本上减少对发射信号的干扰的发生和/或增加或改善收发器30的部件的寿命。在一些情况下，关闭的发射-接收切换装置128可以为静电放电和/或噪声信号提供低阻抗(例如，零阻抗)接地路径。因此，发射-接收切换装置128也可以减少或基本上防止静电放电和/或噪声信号对发射信号的干扰，和/或增加或改善收发器30的部件的寿命。
图9是根据本公开的实施方案的示出接收(RX)信号的路径182的图7的隔离电路58的示意图。图9的隔离电路58基本上类似于图7的隔离电路58，并且示出了用于经由一个或多个天线55接收接收信号的接收模式。即，处理器12可以发送逻辑低发射启用信号120，从而打开发射-接收切换装置118、128，并因此防止接收信号、静电放电和/或噪声信号穿过其进行传播。如上所述，收发器30中的静电放电和/或噪声信号可沿路径160、162传播，从而减少对接收信号的干扰的发生和/或增加或改善收发器30的部件的寿命。
接收信号沿着路径182经由电感器126和匹配网络108从一个或多个天线55传播到接收器54的低噪声放大器82。由于在接收信号的频率(例如，介于25GHz和50GHz之间)下电容器132的阻抗与电感器130的阻抗相比相对较低，因此接收信号传播穿过匹配网络108而不是电感器130。相似地，由于在接收信号的频率下电容器132的阻抗与电感器122的阻抗相比相对较低，因此接收信号传播穿过匹配网络108而不是电感器122。
如上所述，图7的隔离电路58有效地减少插入损耗，同时保持发射器52与接收信号以及接收器54与发射信号的隔离。图10是根据本公开的实施方案的由图7的隔离电路58形成的谐波势阱或陷波208的曲线图200。该曲线图示出了针对跨切换装置118的不同频率的信号的跨隔离电路58的发射-接收切换装置118的插入损耗(作为复数且单位为分贝(dB))。即，该曲线图的水平轴线表示信号跨切换装置118的频率(例如，千兆赫(GHz))，并且该曲线图的垂直轴线表示跨切换装置118的插入损耗。插入损耗示出为负值，指示该损耗是负的。即，未示出零分贝的插入损耗，并且例如1dB的插入损耗被示出为-1dB。
第一(实)线204示出了跨切换装置118的插入损耗，其中电容器124用于生成谐波陷波208。第二(虚)线206示出了在没有电容器124的情况下跨切换装置118的插入损耗。功率放大器66的操作频率在25GHz与30GHz之间的范围202内(例如，大约28GHz、大约29.5GHz等)。因此，由功率放大器66生成的第二谐波的频率可以在大约50GHz至60GHz的范围内，诸如大约56GHz。陷波208被配置为具有比第二谐波的频率高的频率，诸如大约68GHz。如图所示，在功率放大器66的操作频率的范围202内，跨切换装置118的插入损耗减小。
操作频率29.5GHz 无隔离电路58 带隔离电路58
插入损耗 2.65dB 1.37dB
功率消耗 265mW 210mW
功率附加效率 17％ 26.8％
表1
表1示出了在功率放大器66的约29.5GHz的操作频率下，跨切换装置118的插入损耗的减少、隔离电路58的功率消耗的减少以及隔离电路58的功率附加效率的增加。如表1所示，在没有隔离电路58的情况下(例如，没有电容器124的情况下)，在操作频率29.5GHz下跨切换装置118的插入损耗可以为大约2.65dB。在带隔离电路58的情况下(例如，带电容器124的情况下)，在29.5GHz下跨切换装置118的插入损耗可以减小到大约1.37dB。功率消耗减小约20％，从没有隔离电路58的情况下的265毫瓦(mW)到带隔离电路58的情况下的210mW。相似地，隔离电路58的功率附加效率从没有电容器124的情况下的17％增加到带电容器124的情况下的26.8％。
操作频率24.25GHz 无隔离电路58 带隔离电路58
插入损耗 1.88dB 1.34dB
功率消耗 242mW 193mW
功率附加效率 23％ 31.7％
表2
表2示出了在功率放大器66的约24.5GHz的操作频率下，跨切换装置118的插入损耗的减少、隔离电路58的功率消耗的减少以及隔离电路58的功率附加效率的增加。如表2所示，在没有隔离电路58的情况下(例如，没有电容器124的情况下)，在操作频率24.5GHz下跨切换装置118的插入损耗可以约为1.88dB。在带隔离电路58的情况下(例如，带电容器124的情况下)，在24.5GHz的操作频率下跨切换装置118的插入损耗可以减小到约1.34dB。功率消耗减小约20％，从没有隔离电路58的情况下的242mW到带隔离电路58的情况下的193mW。相似地，隔离电路的功率附加效率从没有电容器124的情况下的23％增加到带电容器124的情况下的31.7％。
有利地，隔离电路58提高了收发器30的效率，同时减少了由收发器30内的谐波畸变、静电放电和/或噪声信号引起的对发射信号(和/或接收信号)的干扰。此外，提供接地路径以基本上消除静电放电可以改善电子设备10的部件(包括发射器52和接收器54)的寿命。
图11是根据本公开的实施方案的图7的隔离电路58的改善的功率效率的曲线图250。曲线图的水平轴线表示收发器30以分贝毫瓦(dBm)为单位的功率输出，而垂直轴线表示收发器30以毫瓦(mW)为单位的功率消耗(例如，输入功率)。第一(虚)线252示出了相对于图6至图10讨论的在没有隔离电路58的情况下收发器30的效率。第二(实)线254示出了在带隔离电路58的情况下收发器30的效率。
如图所示，在带隔离电路58的情况下，收发器30的效率提高。例如，跨水平轴线的输出功率范围，对应于第一线252的功率消耗大于第二线254的功率消耗。即，与没有隔离电路58的情况下的输出相比，通过隔离电路58减小了用于实现沿水平轴线的输出的垂直轴线的输入功率。因此，隔离电路58减小了收发器30的功率消耗，同时也减少了由谐波畸变、静电放电或其他噪声信号引起的干扰的发生，如上所述。进一步地，隔离电路58提供接地路径以从收发器30消除静电放电，这可以改善电子设备10的部件(包括收发器30)的寿命。
已经以示例的方式示出了上述具体实施方案，并且应当理解，这些实施方案可容许各种修改和另选形式。还应当理解，权利要求书并非旨在限于所公开的特定形式，而是旨在覆盖落在本公开的实质和范围内的所有修改、等同物和另选方案。
本文所述的和受权利要求保护的技术被引用并应用于实物和实际性质的具体示例，其明显改善了本技术领域，并且因此不是抽象、无形或纯理论的。此外，如果附加到本说明书结尾的任何权利要求包含被指定为“用于[执行][功能]...的装置”或“用于[执行][功能]...的步骤”的一个或多个元件，则这些元件将按照35U.S.C.112(f)进行解释。然而，对于任何包含以任何其他方式指定的元件的任何权利要求，这些元件将不会根据35U.S.C.112(f)进行解释。

Claims (20)

1.一种电子设备，包括：
一个或多个天线；
发射电路，所述发射电路耦接到所述一个或多个天线；
接收电路，所述接收电路耦接到所述一个或多个天线；和
隔离电路，所述隔离电路耦接到所述一个或多个天线、所述发射电路和所述接收电路，所述隔离电路包括：发射切换装置；平衡-不平衡转换器，所述平衡-不平衡转换器包括耦接到所述发射电路的第一线圈和耦接到所述发射切换装置和接地的第二线圈；电感器，所述电感器与所述发射切换装置并联耦接；以及电容器，所述电容器耦接到所述电感器。
2.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述电容器包括可变电容器。
3.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第二线圈和所述电感器的阻抗在静电放电信号的频率下比在所述发射电路的操作频率下低。
4.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第一线圈、所述第二线圈、所述电感器和所述电容器为发射信号的谐波畸变抑制提供到接地的路径。
5.根据权利要求4所述的电子设备，其中所述第二线圈和所述电感器为所述发射信号的静电放电和带外滤波提供接地路径。
6.根据权利要求4所述的电子设备，其中所述电感器包括第一部分和第二部分，并且其中所述电容器在所述第一部分与所述第二部分之间耦接到所述电感器。
7.根据权利要求6所述的电子设备，其中所述电感器的所述第一部分为所述发射信号的谐波畸变抑制提供到接地的路径。
8.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述隔离电路包括与所述电感器串联耦接并且耦接到所述一个或多个天线和所述接收电路的第二电感器。
9.根据权利要求8所述的电子设备，所述电子设备包括耦接到所述第二电感器和接地的第三电感器。
10.根据权利要求9所述的电子设备，其中所述第二电感器和所述第三电感器被配置为为所述隔离电路内的静电放电或噪声信号提供接地路径。
11.根据权利要求9所述的电子设备，所述电子设备包括耦接到所述第二电感器、所述第三电感器和所述接收电路的匹配网络，所述匹配网络被配置为平衡所述一个或多个天线和所述接收电路的阻抗。
12.根据权利要求11所述的电子设备，其中所述匹配网络的电容器被配置为基于所述发射电路的操作频率将所述接收电路与发射信号隔离。
13.一种收发器的隔离电路，所述隔离电路包括：
发射-接收切换装置，所述发射-接收切换装置耦接到一个或多个天线；
电感器对，所述电感器对包括串联耦接的第一电感器和第二电感器，所述电感器对并联耦接到所述发射-接收切换装置；和
电容器，所述电容器耦接到所述第一电感器、所述第二电感器和接地。
14.根据权利要求13所述的隔离电路，所述隔离电路包括耦接所述第一电感器和接地的第三电感器。
15.根据权利要求14所述的隔离电路，其中所述第一电感器、所述电容器和所述第三电感器被配置为为谐波畸变提供接地路径。
16.根据权利要求14所述的隔离电路，其中所述第一电感器、所述第二电感器和所述第三电感器被配置为为静电放电信号或噪声信号中的至少一者提供接地路径。
17.根据权利要求13所述的隔离电路，所述隔离电路包括耦接到所述第二电感器的第四电感器和通信地耦接到所述第四电感器和接地的第五电感器，所述第四电感器和所述第五电感器被配置为为静电放电信号或噪声信号中的至少一者提供接地路径。
18.一种用户装备，包括：
一个或多个天线；
发射电路，所述发射电路通信地耦接到所述一个或多个天线；
接收电路，所述接收电路通信地耦接到所述一个或多个天线；和
隔离电路，所述隔离电路设置在所述发射电路与所述接收电路之间并且通信地耦接到所述发射电路和所述接收电路，所述隔离电路包括：
发射-接收切换装置，所述发射-接收切换装置通信地耦接到所述发射电路、所述接收电路和所述一个或多个天线；
谐波畸变抑制电路，所述谐波畸变抑制电路被配置为减少由所述发射电路产生的谐波畸变；
静电放电滤波电路，所述静电放电滤波电路被配置为减少所述用户装备的静电放电；和
噪声滤波电路，所述噪声滤波电路被配置为减小所述隔离电路的噪声。
19.根据权利要求18所述的用户装备，所述谐波畸变抑制电路包括：
第一电感器和第二电感器，所述第一电感器和所述第二电感器串联耦接，所述第一电感器和所述第二电感器与所述发射-接收切换装置并联耦接；和
电容器，所述电容器耦接到所述第一电感器和所述第二电感器，所述电容器被配置为在所述发射电路的操作频率下具有比所述第一电感器和所述第二电感器的阻抗高的阻抗，所述电容器被配置为将谐波畸变引导到接地，其中所述噪声过滤电路包括所述第一电感器和所述第二电感器。
20.根据权利要求18所述的用户装备，所述用户装备包括匹配网络，所述匹配网络被配置为使所述一个或多个天线的阻抗与所述接收电路的阻抗平衡。
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