CN1514540A - 可变衰减器系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种可变衰减器包括用于根据一固定电压衰减RF信号的第一衰减器，并联到第一衰减器并根据用于决定衰减模式的控制电压衰减RF信号的第二衰减器，以及用于保持第二衰减器的输入/输出阻抗匹配的第一阻抗匹配单元。

Description

可变衰减器系统及方法
发明背景
发明领域。
本发明涉及一种可变衰减器，尤其涉及一种可以在衰减模式下保持输入/输出阻抗匹配的可变衰减器。
背景技术
在移动通信系统中，基站包括一个接收器。接收器通过调整信噪比(S/N)调整接受路径的接收灵敏性，所述调整信躁比是通过衰减由具有可变衰减器的移动通信终端传送的射频信号实现的。
通常，可变衰减器的衰减值是由控制电压控制的。可变衰减器要求具有与控制电压成线性比例的衰减特性，以及当其不衰减接收信号时具有小的插入损耗。
因此，为了线性的维持所述的衰减特性，虽然在高频电路中的衰减调整范围(高衰减模式)是增加的，但可变衰减器不得不被设计成可以保持输入/输出单元的阻抗匹配。
图1示出了一个传统的可变衰减器的电路图，。如图1中所示出的，传统的可变衰减器包括串联在输入端RFin和输出端RFout之间的电容器C1和C2；分别并联到输入端RFin和输出端Rfout的电阻R1和R2；并联到电容器C1和C2之间的电感器L1；一个用于接受控制电压的电感器L2；串联在电感器L1和L2之间的PIN二极管D1；以及并联到PIN二极管D1的阳极的电容器C3。电容器C1和C2除去RF信号中的DC分量，电感器L1和L2除去控制电压的RF分量。
通常，PIN二极管D1的电阻是根据直流偏压(控制电压)变化的。可以这样调整PIN二极管D1的衰减。为减少RF信号的衰减，则降低直流偏压。另外，为了使RF信号不衰减，则不施加直流偏压。
当施加0V(例如0V的控制电压)的直流偏压时，可变衰减器工作在一个低衰减模式下。在该低衰减模式下，PIN二极管D1由0V的控制电压关闭，从而内阻趋近无穷大(∞)。
通过输入端RFin施加的RF信号被没有衰减的通过电容器C1和C2传送到输出终端RFout。输入/输出阻抗由电阻R1和R2维持在50Ω。
通过增加控制电压，PIN二极管D1到达导通电压(0.6-0.7V)，PIN二极管D1导通，并且PIN二极管D1的电阻降低。因为通过电容器C1传送的RF信号通过PIN二极管D1和电容器C3渗漏到地，所以RF信号快速的衰减。电容器C3设置一个衰减频率范围。
当控制电压大于等于1.3V时，可变衰减器工作在一个高衰减模式下，因为在高衰减模式下PIN二极管D1的电阻是0Ω。通过电容器C1传送的RF信号通过PIN二极管D1和电容器C3渗漏到地。从而，没有任何RF信号传送到输出端Rfout。这里，输入/输出阻抗是0Ω。
在一个传统的衰减器中，在具有0V的控制电压的低衰减模式下，输入/输出阻抗保持在50Ω。在具有大于等于1.3V的控制电压的高衰减模式下，输入/输出阻抗是0Ω。通常，衰减器只好不考虑PIN二极管的衰减而维持阻抗匹配。也就是说，衰减器为了实现与其他元件的稳定的匹配，在低衰减模式和高衰减模式下要持续的保持输入/输出阻抗在50Ω。
在传统的可变衰减器中，在低衰减模式下可以保持阻抗匹配。然而，在高的衰减模式下不能保持阻抗匹配，从而不能确保系统的稳定。因此，当传统的衰减器用于一个接收单元的LNA(低噪声放大器)中时，双工器和高频滤波器的通带特性不得不被改变。特别是，RF信号的接收能级由于天线的阻抗误配而降低。因此，需要一种能够克服现有技术中的衰减器所存在的上述问题的方法和系统。
发明概述
为了解决上述的问题，本发明将提供一种可以在不同衰减模式下保持阻抗匹配的可变衰减器。根据一个实施例，可变衰减器包括根据一固定电压衰减RF信号的第一衰减器；并联到所述第一衰减器并根据用于决定衰减模式的控制电压衰减RF信号的第二衰减器；以及用于保持第二衰减器的输入/输出阻抗匹配的第一阻抗匹配单元。
所述衰减器进一步包括用于保持第一衰减器的输入/输出阻抗匹配的第二阻抗匹配单元，用于除去输入RF信号中的连续电流成分并用于给所述第一衰减器提供RF信号的第一电容器；以及用于从所述第一和第二衰减器的输出信号中除去连续电流成分的第二电容器。
在一个实施例中，所述第一衰减器包括短键二极管，所述固定电压是被分成某一电平的电源电压，并且所述RF信号在低衰减模式流到所述第一衰减器。在一个或多个实施例中，所述RF信号在高衰减模式流到所述第二衰减器，并且RF信号在在中间衰减模式流到所述第一和第二衰减器。
所述第二衰减器包括并联到所述第一衰减器输入端的第三电容器，用于衰减从第三电容器传送的RF信号的第一短键二极管。所述第二衰减器包括并联到所述第一衰减器的输出端的第二短键二极管。所述第二衰减器包括串联在所述第一和第二短键二极管之间的第一和第二电阻装置。在某些实施例中，所述第二衰减器包括一个控制电压输入端，控制电压输入端设置在所述第一和第二电阻装置之间。
根据本发明的其他实施例的可变衰减器包括用于根据一第一电压衰减RF信号的第一衰减器；用于在低衰减模式保持所述第一衰减器的阻抗匹配的第一阻抗匹配单元；设置在所述第一衰减器的输入和输出端之间的第二衰减器，所述第二衰减器用于根据决定衰减模式的控制电压衰减RF信号；以及用于在高衰减模式下保持所述第二衰减器的输入/输出阻抗匹配的第二阻抗匹配单元。
所述第一和第二阻抗匹配单元具有相同的电阻。所述第二阻抗匹配单元包括至少两个设置在所述第二衰减器和接地之间的电阻器，每一个的电阻是50Ω。所述RF信号在低衰减模式流到所述第一衰减器中，在高衰减模式流到所述第二衰减器中。RF信号在中间衰减模式流到所述第一和第二衰减器中。
在一个实施例中，所述第二衰减器包括并联到所述第一衰减器的输入端的第三电容器，其用于切断到所述第一衰减器的控制电压；用于衰减通过所述第三电容器传送的RF信号的第一短键二极管；并联到所述第一短键二极管的输出端的第二短键二极管；以及连接到所述第一和第二短键二极管阳极的用于施加控制电压的第一和第二电阻装置。
根据另一个实施例，可变衰减器包括根据一第一电压衰减RF信号的第一短键二极管；并联到所述第一短键二极管的阳极的第二短键二极管，其用于根据一控制电压衰减RF信号；并联到所述第一短键二极管的第三短键二极管，其用于根据所述控制电压衰减所述RF信号；设置在所述短键二极管的阴极和接地之间的第一电阻器；以及设置在所述第三短键二极管的阴极和接地之间的第二电阻器。
衰减器可以进一步包括连接到所述第一短键二极管的阳极的电容器，其用于切断提供给所述第一短键二极管的控制电压，以及用于分别给所述第二和第三短键二极管提供控制电压的第四电阻器。所述第一和第二电阴器近似为50Ω。所述RF信号在低衰减模式流到所述第一短键二极管。所述RF信号在高衰减模式流到所述第二和第三短键二极管。在一些实施例中，所述RF信号在中间衰减模式流到所述第一，第二和第三短键二极管。
本发明的这些以及其他的实施例通过下面具有参考附图的实施例的详细描述，对所述领域的技术人员将变得显而易见。本发明不限于所描述的任一特定的实施例。
附图的简要描述
附图，将提供对本发明的进一步的理解，并且并入说明书中构成说明书的一部分，附图描述了本发明的实施例并且和说明部分一起用于解释本发明的原理。
图1示出了一个传统的可变衰减器的电路图；
图2示出了根据本发明的一个实施例的可变衰减器的电路图。
在不同的附图中由相同的数字表示的本发明的特点、元件以及特征表示根据所述系统的一个或多个实施例相同、等效或相似的特点、元件以及特征。
优选实施例的详细描述
参见图2，根据本发明的一个实施例的可变衰减器包括一个用于除去RF信号中连续电流的电容器C1；一个用于提供某一电平的固定电压的电源单元10；一个用于根据所述电源单元10的固定电压衰减通过电容器C1传送的RF信号的衰减器20；一个用于在低衰减模式保持衰减器20的阻抗匹配的阻抗匹配单元30；一个如，并联到所述衰减器20的衰减器40，其用于根据决定衰减模式的控制电压衰减通过电容器C1传送的RF信号；以及一个用于在高衰减模式保持所述衰减器40的输入/输出阻抗匹配的阻抗匹配单元50。
例如，在某些实施例中阻抗匹配单元30和50可以分别包括一个或多个50Ω的电阻装置(也就是电阻)R1-R4。在某个实施例中电源单元10通过分配电源电压(Vcc)输出一个大约为1.3V的固定电压，衰减器20包括至少一个PIN二极管或是短键二极管。上述的以及在说明书其余部分给出的电阻和电压值都是范例。值得注意的是本发明不应该被认为限制在这样的数值或是近似的数值上。
衰减器40包括一个电容器C3，例如与衰减器20的输入终端并联。一个用于衰减通过电容器C3传送的RF信号的短键二极管D2，如根据一个或多个实施例中示出的；如，一个并联到衰减器20的输出端的短键二极管D3；以及设置在短键二极管D2和D3的阳极之间的电阻装置R5和R6，如一个或多个实施例所描述的，电阻装置R5和R6也可以与电容器C3间有作用关系。
例如电阻装置R5和R6将通过控制电压输入端接收的控制电压作用到短键二极管D2和D3上。在一个或多个实施例中C3切断传送到衰减器20的控制电压传送。
在本发明的一个或多个实施例中，可变衰减器的衰减模式取决于控制电压的电平。例如当控制电压不大于大约0V-0.6V时，可变衰减器工作在一个低衰减模式下。如果控制电压不大于大约0.6V-1.3V时，可变衰减器工作在一个中间衰减模式下。如果控制电压不小于大约1.3V时，可变衰减器工作在一个高衰减模式下。用于决定衰减模式的所提供的电压范围不是固定的，但可以根据电源单元10输出的电压范围变化。
在上述的衰减模式中，通过电容器C1的RF信号可以通过不同的路径衰减。也就是说，通过电容器C1的RF信号在低衰减模式流向衰减器20。如在中间衰减模式RF信号流到衰减器20和40。如在高衰减模式RF信号流到衰减器40。当施加大约0V的控制电压时，可变衰减器工作在低衰减模式下。基于0V的控制电压，衰减器40的短键二极管D2和D3的内阻分别趋于∞。因此，通过电容器C1和C3传送的RF信号将不会流向衰减器40。
如在一个实施例中，电源单元10分压电源电压(Vcc)并且将大约为1.3V的固定电压作用到衰减器20上。如由于固定电压，高于导通电压的约为1.3V的电压作用到短键二极管D1的阳极。因为短键二极管D1的内阻近似为0Ω，所以通过输入端Rfin和电容器C1传送的RF信号通过衰减器20和电容器C2原样(没有被衰减)被传送到输出终端Rfout，。在这种情况中，如衰减器20的输入/输出阻抗由阻抗匹配单元30保持在约为50Ω。
当控制电压增加时，正向偏压作用到短键二极管D2和D3的阳极以导通短键二极管D2和D3。当控制电压大约为0.6V时，短键二极管D1保持在导通状态，然而，因为与控制电压约为0V的状态相比内阻有少量的增加，所以短键二极管D2和D3处于用于导通的过渡状态。从而短键二极管D2和D3的内阻稍微小于∞。
通过电容器C1传送的RF信号主要在衰减器20中衰减，少量的由衰减器40衰减。这里，输入/输出阻抗如以前一样处于匹配状态但是由于电阻装置R1-R4小于50Ω。所述电阻装置是根据一个实施例的电阻。
当控制电压为大约1V时，短键二极管D1的内阻增加。然而短键二极管D2和D3的内阻降低。从而，通过电容器C1传送的RF信号主要通过短键二极管D2和D3衰减。输入/输出阻抗由于阻抗匹配单元30和50的电阻装置R1-R4而小于50Ω。
如上所述，在中间衰减模式，衰减器20和40工作，并且RF信号通过短键二极管D1-D3衰减。由于阻抗匹配单元30和50的电阻装置R1-R4，输入/输出阻抗小于大约50Ω。中间衰减模式将一直保持着，如，直到短键二极管D1的阳极和阴极间的电压差达到大约0V时。当从电源单元10输出的约为1.3V的固定电压作用到短键二极管D1的阳极，以及高于1.3V的控制电压作用到阴极时，可变衰减器的模式将从中间衰减模式变化到高衰减模式。
当可变衰减器工作在高衰减模式时，短键二极管D1的阴极电压高于阳极电压(例如1.3V)。从而，短键二极管D1的内阻趋于∞，从电容器C1传送的RF信号流到短键二极管D2和D3。因为输入/输出阻抗，例如，强行地使电阻装置R3和R4从50Ω开始，所以输入/输出阻抗再一次从中间衰减模式的某一时间点增长，并且输入/输出阻抗由阻抗匹配单元50再一次在高衰减模式到达50Ω。
如上所述，在本发明的一个实施例中，通过将阻抗匹配单元50连接到衰减器40，输入/输出阻抗在高衰减模式可以保持在50Ω。由于分别构造一个工作在低衰减模式下第一衰减器，一个工作在高衰减模式下第二衰减器，以及到第二衰减器的大约50Ω接触电阻，所以可以在每一个衰减模式将输入/输出阻抗保持在大约50Ω。
在本发明的一个或多个实施例中，应用中，通过在每一个模式中保持阻抗匹配，可以确保用于接收器的LNA中可变衰减器的稳定性。这样，就没有必要改变双工机和接收滤波器的通带特性。另外，在无线电接收中，不同于传统技术，其可以防止由于与天线的误匹配引起的接收电平降低现象。
上述的实施例在所有的方面仅仅被认为时说明性的，而不是任意一个方式的限定。因此，其他的可以支持本发明的不同方面的范例性的实施方式，系统结构，平台以及实施均可以在不脱离这里所描述的实质特性的条件下采用。所披露的实施方式的特征的这些以及其它各种变形和组合均将落入本发明的范围之内。本发明由权利要求以及它们的全部等效范围限定。

Claims (26)

1.一种可变衰减器包括：
用于根据固定电压衰减RF信号的第一衰减器；
与第一衰减器并联并根据用于决定衰减模式的控制电压衰减RF信号的第二衰减器；以及
用于保持第二衰减器的输入/输出阻抗匹配的第一阻抗匹配单元。
2.如权利要求1中的衰减器，进一步包括：用于保持所述第一衰减器的输入/输出阻抗匹配的第二阻抗匹配单元。
3.如权利要求1中的衰减器，进一步包括：第一电容器，其用于除去输入RF信号中的连续电流成分，并且用于将RF信号提供给所述第一衰减器；以及
第二电容器，其用于除去所述第一和第二衰减器的输出信号中的连续电流成分。
4.如权利要求1中的衰减器，其中所述第一衰减器包括短键二极管。
5.如权利要求1中的衰减器，其中所述固定电压是由某一电平分压的电源电压。
6.如权利要求1中的衰减器，其中所述RF信号在低衰减模式流到第一衰减器中。
7.如权利要求1中的衰减器，其中所述RF信号在高衰减模式流到第二衰减器中。
8.如权利要求1中的衰减器，其中所述RF信号在中间衰减模式流到第一和第二衰减器中。
9.如权利要求1中的衰减器，其中所述第二衰减器包括并联到所述第一衰减器的输入端的第三电容器。
10.如权利要求9中的衰减器，其中所述第二衰减器包括用于衰减通过第三电容器传送的RF信号的第一短键二极管。
11.如权利要求10中的衰减器，其中所述第二衰减器包括并联到所述第一衰减器的输出端的第二短键二极管。
12.如权利要求11中的衰减器，其中所述第二衰减器包括串连连接在所述第一和第二短键二极管的阳极之间的第一和第二电阻装置。
13.如权利要求12中的衰减器，其中所述第二衰减器包括设置在所述第一和第二电阻装置之间的控制电压输入端。
14.一种可变衰减器，包括：
用于根据第一电压衰减RF信号的第一衰减器；
用于在低衰减模式下保持第一衰减器的阻抗匹配的第一阻抗匹配单元；
设置在第一衰减器的输入端和输出端之间的第二衰减器，其用于根据决定衰减模式的控制电压衰减RF信号；以及
用于在高衰减模式下保持第二衰减器的输入/输出阻抗匹配的第二阻抗匹配单元。
15.如权利要求14中的衰减器，其中所述第一和第二阻抗匹配单元具有同样的电阻。
16.如权利要求14中的衰减器，其中所述第二阻抗匹配单元包括至少两个设置在所述第二衰减器和接地之间的电阻，每一个电阻值是50Ω。
17.如权利要求14中的衰减器，其中所述RF信号在低衰减模式下流到所述第一衰减器，在高衰减模式下流到所述第二衰减器。
18.如权利要求14中的衰减器，其中所述RF信号在中间衰减模式下流到所述第一和第二衰减器。
19.如权利要求14中的衰减器，其中所述第二衰减器包括：
并联到所述第一衰减器的输入端的第三电容器，其用于切断到第一衰减器的控制电压；
用于衰减通过所述第三电容器传送的RF信号的第一短键二极管；
并联到第一衰减器的输出端的第二短键二极管；以及
连接到所述第一和第二短键二极管的阳极用于施加控制电压的第一和第二电阻装置。
20.一种可变衰减器包括：用于根据第一电压衰减RF信号的第一短键二极管；
并联到第一短键二极管的阳极并根据控制电压衰减RF信号的第二短键二极管；
并联到第一短键二极管的阴极并根据所述控制电压衰减RF信号的第三短键二极管；
设置在所述短键二极管阴极和接地之间的第一电阻；以及
设置在所述第三短键二极管阴极和接地之间的第二电阻。
21.如权利要求20中的衰减器，进一步包括：连接到所述第一短键二极管的阳极的电容器，其用于切断提供给所述第一短键二极管的控制电压。
22.如权利要求20中的衰减器，进一步包括：第三和第四电阻，其分别用于给所述第二和第三短键二极管的阳极提供控制电压。
23.如权利要求20中的衰减器，其中第一和第二电阻为大约50Ω。
24.如权利要求20中的衰减器，其中所述RF信号在低衰减模式下流到所述第一短键二极管。
25.如权利要求20中的衰减器，其中所述RF信号在高衰减模式下流到所述第二和第三短键二极管。
26.如权利要求20中的衰减器，其中所述RF信号在中间衰减模式下流到所述第一，第二和第三短键二极管。
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