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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf eine elektronische Vorrichtung und insbesondere auf ein System und ein Verfahren für ein Richtkopplermodul.
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Hintergrund
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Richtkoppler, bei welchen es sich um elektronische Vorrichtungen handelt, die Leistung detektieren können, die in einer bestimmten Richtung übertragen wird, werden in einer Vielzahl von Hochfrequenzschaltungen (HF-Schaltungen) verwendet. Zum Beispiel kann ein Richtkoppler in einem Radarsystem verwendet werden; um eine reflektierte Welle durch Trennen der einfallenden Welle von der reflektierten Welle zu detektieren, oder kann in einer Schaltung verwendet werden, die die Impedanz-Fehlanpassung von Übertragungsleitungen misst. Funktionell weist ein Richtkoppler einen Vorwärtsübertragungsweg und einen gekoppelten Übertragungsweg auf. Der Vorwärtsübertragungsweg weist in der Regel geringe Verluste auf, während der gekoppelte Übertragungsweg einen Bruchteil der Übertragungsleistung einkoppelt, der in einer bestimmten Richtung geleitet wird. Es gibt viele verschiedene Typen von Kopplerarchitekturen, die elektromagnetische und magnetische Koppler umfassen. Jeder dieser Kopplertypen kann in Abhängigkeit von der Betriebsfrequenz und der Betriebsumgebung unter Verwendung unterschiedlicher Topologien und Materialien umgesetzt sein.
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Eine übliche Anwendung für einen Richtkoppler ist die Detektion der reflektierten und übertragenen Leistung in einer tragbaren Hochfrequenzvorrichtung (HF-Vorrichtung) wie etwa einem Mobiltelefon oder einer tragbaren Rechenvorrichtung. Die Messung der übertragenen Leistung kann in einem Steuerkreis verwendet werden, um die Ausgabe eines Leistungsverstärkers einzustellen, während die Messung der reflektierten Leistung in Verbindung mit der Messung der reflektierten Leistung verwendet werden kann, um einstellbare Antennenanpassungsnetze einzustellen. Da tragbare HF-Vorrichtungen in Bezug auf die Fähigkeit, mit mehreren Frequenzen mittels mehrerer Standards arbeiten zu können, immer hochentwickelter werden, sind die Topologien der HF-Enden komplizierter geworden. Zum Beispiel kann eine Multi-Standard-HF-Vorrichtung mehrere Sende- und Empfangswege aufweisen, die mit einer oder mehreren Antennen über ein Netz von mehreren Schaltern, Anpassungsnetzen, Leistungsdetektoren und dergleichen gekoppelt sind. Dementsprechend verbraucht der Aufbau und die Konstruktion einer solchen tragbaren HF-Vorrichtung oft eine beträchtliche Menge an Leiterplattenplatz (PCB-Platz).
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Zusammenfassung
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Gemäß der in der vorliegenden Anmeldung offenbarten Ausführungsformen sind eine Schaltung nach Anspruch 1, eine Schaltung nach Anspruch 16 und ein Verfahren nach Anspruch 22 vorgesehen. Die abhängigen Ansprüche definieren weitere Ausführungsformen.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine Schaltung einen ersten Richtkoppler mit einem ersten Eingangsport, einem ersten Übertragungsport, einem ersten isolierten Port und einem ersten gekoppelten Port, wobei der erste Richtkoppler auf einem ersten Substrat angeordnet ist. Die Schaltung umfasst zudem einen ersten Richtungsauswahlschalter, der einen ersten Schaltereingangsport, der mit dem ersten isolierten Port gekoppelt ist, einen zweiten Schaltereingangsport, der mit dem ersten gekoppelten Port verbunden ist, und einen ersten Schalteraungangsport aufweist, wobei der erste Richtungsauswahlschalter zusammen mit dem Richtkoppler auf dem ersten Substrat angeordnet ist.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Für ein umfassenderes Verständnis der vorliegenden Erfindung und deren Vorteile wird nun Bezug auf die folgenden Beschreibungen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen, wobei:
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1a–1d Ausführungsformen eines Richtkopplersystems zeigen;
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2 eine Ausführungsform eines Richtkopplersystems, das Abschlusswiderstände aufweist, zeigt;
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3a–3b Ausführungsformen eines Richtkopplersystems, das mehrere Richtkoppler verwendet, zeigen;
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4a–c Ausführungsformen eines Richtkopplersystems, das mehrere Richtkoppler und einen Kommutierungsschalter aufweist, zeigen;
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5 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Richtkopplers zeigt;
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6a–6c HF-Systeme, die Ausführungsformen von Richtkopplersystemen verwenden, zeigen;
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7a–7c Ausführungsform von wählbaren Impedanzschaltungen zeigen;
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8a–8d Ausführungsformen von einstellbaren Dämpfersystemen zeigen;
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9a–9d weitere HF-Systeme, die Ausführungsformen von Richtkopplersystemen verwenden, zeigen; und
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10 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zeigt.
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Entsprechende Ziffern und Symbole in verschiedenen Figuren beziehen sich im Allgemeinen auf entsprechende Teile, außer es ist anderweitig angegeben. Die Figuren sind gezeichnet, um eindeutig die relevanten Aspekte der bevorzugten Ausführungsformen zu zeigen und sind nicht notwendigerweise maßstabstreu gezeichnet. Um bestimmte Ausführungsformen noch eindeutiger zu zeigen, kann ein Buchstabe, der Variationen der gleichen Struktur, des gleichen Materials oder des gleichen Prozesses anzeigt, einer Figurenziffer folgen.
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Genaue Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen
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Die Herstellung und die Verwendung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen sind im Folgenden ausführlich erörtert. Es sollte jedoch erkannt werden, dass die vorliegende Erfindung viele anwendbare erfinderische Konzepte bereitstellt, die in einer großen Vielzahl spezifischer Zusammenhänge ausgeführt sein können. Die erörterten spezifischen Ausführungsformen sind lediglich veranschaulichend für spezifische Wege zum Herstellen und Verwenden der Erfindung und schränken den Umfang der Erfindung nicht ein.
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Die vorliegende Erfindung wird bezüglich bevorzugter Ausführungsformen in einem spezifischen Zusammenhang beschrieben, und zwar als ein System und ein Verfahren für einen Richtkoppler, der beispielsweise in HF-Schaltungen verwendet werden kann, um einfallende oder reflektierte Leistung zu messen. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können auch auf andere Systeme und Anwendungen einschließlich anderer Schaltungen, die Richtkoppler und HF-Systeme mit auswählbaren Signalwegen umfassen, angewendet werden. Darüber hinaus können Ausführungsformen auf Systeme abzielen, die HF-Messungen durchführen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Vorrichtungen, die eine Impedanzfehlanpassung messen und/oder abstimmen, Zeitbereichsreflektometer (TDR), Erfassungsvorrichtungen für die Verwendung mit abstimmbaren Antennenanpassungsschaltungen und abstimmbarer Filter.
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Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Richtkopplermodul eine Richtkopplerschaltung, die auf demselben Substrat wie ein Richtungsauswahlschalter angeordnet ist. Der Richtkoppler umfasst einen Eingangsport und einen Übertragungsport sowie einen isolierten Port, an dem ein Signal, das sich von dem Übertragungsport zu dem Eingangsport ausbreitet, eingekoppelt wird, und einen gekoppelten Port, an dem ein Signal, das sich von dem Eingangsport zu dem übertragen Port ausbreitet, eingekoppelt wird. Der Richtungsauswahlschalter ist dazu ausgelegt, wahlweise den isolierten Port oder den gekoppelten Port an einen Ausgangsport weiterzuleiten.
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Richtkopplersysteme einer Ausführungsform können beispielsweise in HF-Frontend-Systemen und Frontend-Multichip-Modulen für Mobiltelefone verwendet werden und die verschiedenen Ausführungsformen kombinieren Ausgaben einzelner oder mehrerer Richtkoppler mittels HF-Schaltern zu einer einzigen Ausgabe. Solche Richtkopplersysteme können beispielsweise speziell in umkonfigurierbaren HF-Frontends für Mobiltelefone verwendet werden. In einigen Ausführungsformen können Richtkopplersysteme, die Richtkoppler, HF-Schalter und Dämpfer verwenden, um in HF-Frontend-Systemen eine Leistung, die von dem Leistungsverstärker an die Antenne übertragen wird, und eine Leistung, die von der Antenne aufgrund einer Impedanzfehlanpassung zurück zu dem Leistungsverstärker reflektiert wird, an den verschiedenen Ports im System zu erfassen.
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1a zeigt ein Richtkopplersystem
100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie gezeigt umfasst das System
100 einen Richtkoppler
102 und einen Richtungsauswahlschalter
104, der mit dem isolierten und dem gekoppelten Port des Richtkopplers
102 gekoppelt ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Richtkoppler
102 unter Verwendung von Richtkopplerschaltungen, die im Stand der Technik bekannt sind, implementiert sein. Zum Beispiel kann der Richtkoppler
102 unter Verwendung eines transformatorbasierten Richtkopplers, eines Streifenleitungs-Richtkopplers oder einer anderen Art von Richtkoppler, die im Stand der Technik bekannt ist, implementiert sein. In einigen Ausführungsformen können Richtkoppler verwendet werden, die in der US-Patentanmeldung Nr. 14/155,130 mit dem Titel
"System und Verfahren für einen Richtkoppler", die am 14. Januar 2014 eingereicht worden ist, offenbart sind. Der Richtungsauswahlschalter
104 kann unter Verwendung von HF-Schaltungen und Systemen, die im Stand der Technik bekannt sind, implementiert sein.
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In einer Ausführungsform wird der Richtungsauswahlschalter 104 verwendet, um entweder den isolierten Port oder den gekoppelten Port des Richtkopplers 102 auszuwählen. Wenn der Richtungsauswahlschalter 104 den gekoppelten Port wählt, stellt der Ausgang des Richtungsauswahlschalters 104 ein Signal bereit, das proportional zu einem HF-Signal ist, das sich von dem Übertragungsport zu dem Eingangsport ausbreitet. Ein derartiges Signal kann beispielsweise aus der reflektierten HF-Leistung stammen und kann beispielsweise verwendet werden, um eine Impedanzfehlanpassung zu messen. Umgekehrt stellt der Ausgang des Richtungsauswahlschalters 104 dann, wenn der Richtungsauswahlschalter 104 den gekoppelten Port wählt, ein Signal bereit, das proportional zu einem HF-Signal ist, das sich von dem Übertragungsport zu dem Eingangsport ausbreitet. Ein solches Signal kann verwendet werden, um die übertragene Leistung zu messen. In einer Ausführungsform können der Richtkoppler 102 und der Richtungsauswahlschalter 104 auf separaten integrierten Schaltungen angeordnet sein oder sie können monolithisch auf einem einzelnen Chip integriert sein. Separate Chips können in einem Multi-Chip-Modul integriert sein oder auf einer Anwendungsleiterplatte montiert sein.
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1b zeigt ein Richtkopplersystem 120, das den Richtkoppler 102, den Richtungsauswahlschalter 104 und ferner einen Dämpfer 106 zwischen dem Richtungsauswahlschalter 104 und dem Ausgangsport umfasst. In einigen Ausführungsformen kann der Dämpfer 106 unter Verwendung von analoger oder digitaler Abstimmung einstellbar sein. Der Dämpfer 106 kann monolithisch auf demselben Chip wie der Richtkoppler 102 und/oder der Richtungsauswahlschalter 104 integriert sein oder kann auf einem separaten Chip integriert sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist der Dämpfer 106 unter Verwendung von HF-Dämpfungsschaltungen und -systemen, die im Stand der Technik bekannt sind, implementiert.
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1c zeigt eine Draufsicht eines Richtkopplermoduls 130, das den Richtkoppler 102, den Richtungsauswahlschalter 104 und den Dämpfer 106, die auf dem Substrat 131 montiert sind, umfasst. Wie gezeigt sind der Richtkoppler 102, der Richtungsauswahlschalter 104 und der Dämpfer 106 jeweils auf einzelnen Chips integriert. Der Richtkoppler 102, der Richtungsauswahlschalter 104 und der Dämpfer 106 sind miteinander über Bondstellen und mit externen Anschlussstiften verbunden. Diese Bondverbindungen können beispielsweise unter Verwendung von Bondhügeln, Bonddrähten oder anderen Bondsystemen und -verfahren, die im Stand der Technik bekannt sind, hergestellt sein. In alternativen Ausführungsformen kann die Aufteilung dieser Komponenten anders sein. Zum Beispiel können der Richtkoppler 102 und der Richtungsauswahlschalter 104 auf einem ersten Chip integriert sein und der Dämpfer 106 kann auf einem zweiten Chip implementiert sein. In einigen Ausführungsformen können der Richtkoppler 102, der Richtungsauswahlschalter 104 und der Dämpfer 106 auf einem einzigen Chip integriert sein, der auf dem Substrat 131 angeordnet sein kann.
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1d zeigt eine Ausführungsform einer monolithisch integrierten Richtkopplerschaltung 140, die den Richtkoppler 102, den Richtungsauswahlschalter 104 und den Dämpfer 106 umfasst, die auf einem einzigen Chip integriert sind.
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2 zeigt ein Richtkopplersystem 200 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Wie gezeigt, umfasst das Richtkopplersystem 200 den Richtkoppler 102 und den Richtungsauswahlschalter 204, der durch Abschlussimpedanzen 206 und 208 beladen ist. Der Richtungsauswahlschalter 204 umfasst drei Schalter: einen Schalter, der zwischen dem isolierten Port und dem gekoppelten Port des Richtkopplers 102 wählt, während die anderen beiden Schalter die Abschlussimpedanz 206 oder die Abschlussimpedanz 208 mit dem nicht ausgewählten Port koppeln. Die Abschlussimpedanzen 206 und 208 können beispielsweise unter Verwendung eines 50-Ohm-Widerstands oder eines anderen Widerstandswerts, der ungefähr gleich der charakteristischen Impedanz des Systems ist, implementiert sein. In einigen Ausführungsformen kann die Abschlussimpedanz 206 und/oder die Abschlussimpedanz 208 mit komplexen Impedanzen implementiert sein, die unter Verwendung von Widerständen, Kondensatoren, Induktoren, anderen Vorrichtungstypen oder einer Kombination davon implementiert sind. Die Abschlussimpedanzen 206 und/oder 208 können unter Verwendung von diskreten externen Komponenten implementiert sein oder können auf demselben Chip wie der Richtungsauswahlschalter 104 und/oder andere Komponenten innerhalb des Richtkopplersystems 200 integriert sein.
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3a zeigt eine Ausführungsform eines Richtkopplersystems 300, das zwei Richtkoppler 102a und 102b, deren isolierte Ports und gekoppelte Ports an einem einzigen Ausgangsport über den Richtungsauswahlschalter 104a, den Richtungsauswahlschalter 104b und den Kopplerauswahlschalter 302 gemultiplext sind. Wie gezeigt umfasst der Richtkoppler 102a einen ersten Eingangsport, einen ersten Übertragungsport, einen ersten gekoppelten Port und einen ersten isolierten Port und der Richtkoppler 102b umfasst einen zweiten Eingangsport, einen zweiten Übertragungsport, einen zweiten gekoppelten Port und einen zweiten isolierten Port. Ein erstes HF-Signal durchläuft den Richtkoppler 102a über den ersten Eingangsport und den ersten Übertragungsport und ein zweites HF-Signal durchläuft den Richtkoppler 102b über den zweiten Eingangsport und den zweiten Übertragungsport.
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Der isolierte und der gekoppelte Port des Richtkopplers 102a sind durch den Richtungsauswahlschalter 104a zu einem Signal kombiniert und der isolierte und der gekoppelte Port des Richtkopplers 102b sind durch den Richtungsauswahlschalter 104b zu einem Signal kombiniert. Der Kopplerauswahlschalter 302 kommutiert entweder den Ausgang des Richtungsauswahlschalters 104a oder den Ausgang des Richtungsauswahlschalters 104b mit einem Ausgangsport. Alle Blöcke in dem Richtkopplersystem 300 können entweder monolithisch auf einem einzigen Chip integriert sein oder in separaten Chips implementiert sein.
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3b zeigt ein Richtkopplersystem 320 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie gezeigt ist das Richtkopplersystem 320 dem Richtkopplersystem 300 ähnlich, wobei der Dämpfer 306, der mit dem Ausgang des Kopplerauswahlschalters 302 gekoppelt ist, hinzugefügt ist. Der Dämpfer 306 kann analog oder digital abstimmbar sein. Alle Blöcke in dem Richtkopplersystem 320 können entweder monolithisch auf einem einzigen Chip integriert sein oder in separaten Chips implementiert sein.
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4a zeigt ein Richtkopplersystem 400 gemäß einer Ausführungsform. Wie gezeigt umfasst das Richtkopplersystem 400 den Richtkoppler 102a, den Richtkoppler 102b und den Kommutierungsschalter 404. Durch Verwendung des Kommutierungsschalters 404 können der isolierte und der gekoppelte Port einer beliebigen Anzahl von Richtkopplern an den Ausgangsport des Kommutierungsschalters 404 weitergleitet werden. Wiederum können in dem Richtkopplersystem 400 entweder monolithisch auf einem einzigen Chip integriert sein oder in separaten Chips implementiert sein.
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4b zeigt ein Richtkopplersystem 420 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Wie gezeigt ist das Richtkopplersystem 420 dem Richtkopplersystem 400 ähnlich, wobei der Dämpfer 406, der mit dem Ausgang des Kommutierungsschalters 404 gekoppelt ist, hinzugefügt ist. Der Dämpfer 406 kann analog oder digital abstimmbar sein. Alle Blöcke in dem Richtkopplersystem 420 können entweder monolithisch auf einem einzigen Chip integriert sein oder in separaten Chips implementiert sein.
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4c zeigt ein Richtkopplersystem 430 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das den Richtkoppler 102a, den Richtkoppler 102b, einen Kommutierungsschalter 422, Abschlusswiderstände 424 und den Dämpfer 406 umfasst. Wie gezeigt umfasst der Kommutierungsschalter 422 Schalter 426, die zwischen einer der Abschlussimpedanzen 424 und einem der isolierten oder gekoppelten Ports der Richtkoppler 102a und 102b wählen. Die Abschlussimpedanzen 424 können beispielsweise mit einem 50 Ohm-Widerstand oder einem anderen Widerstandswert, der ungefähr gleich der charakteristischen Impedanz des Systems ist, implementiert sein. In einigen Ausführungsformen können die Abschlussimpedanzen 424 unter Verwendung von komplexen Impedanzen implementiert sein, die unter Verwendung von Widerständen, Kondensatoren, Induktoren, anderen Vorrichtungstypen oder einer Kombination davon implementiert sind. Die Abschlussimpedanzen 424 können unter Verwendung von diskreten externen Komponenten implementiert sein oder können auf dem gleichen Chip wie der Kommutierungsschalter 422 und/oder andere Komponenten innerhalb des Richtkopplersystems 430 integriert sein.
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5 zeigt einen Richtkoppler 500, der verwendet werden kann, um Richtkoppler in verschiedenen Ausführungsformen zu implementieren. Wie gezeigt ist der Richtkoppler 500 unter Verwendung eines Transformators 504 mit einer Wicklung 502a, die zwischen dem Eingangsport und dem Übertragungsport eingekoppelt ist, und einer weiteren Wicklung 502b, die zwischen dem isolierten Port und dem gekoppelten Port eingekoppelt ist und magnetisch mit der Wicklung 502a verbunden ist, implementiert. Der Transformator 504 kann unter Verwendung von Schaltungen und Systemen, die im Stand der Technik bekannt sind, implementiert sein. Zum Beispiel kann der Transformator 504 in einer Ausführungsform unter Verwendung von gestapelten oder benachbarten Induktionsspulen, die auf einer integrierten Schaltung angeordnet sind, implementiert sein. In einer weiteren Ausführungsform kann der Transformator 504 unter Verwendung eines Streifenleitungstransformators, der auf einem Substrat angeordnet ist, implementiert sein. Alternativ können auch andere Strukturen verwendet werden. In einer Ausführungsform sind die Kondensatoren 506, 508, 510, 512, 514 und 516 mit dem Transformator 504 gekoppelt.
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6a–6c zeigen verschiedene HF-Systeme, die Ausführungsformen der Richtkopplersysteme verwenden. Beispielsweise zeigt 6a ein Antennensystem 600, das mehrere Kanäle von einem HF-Frontend mit einer Antenne 606 über einen Antennenschalter 602 und ein Richtkopplersystem 604 einer Ausführungsform koppelt. Der Antennenschalter 602 wählt einen unter mehreren HF-Frontend-Eingangsanschlüssen aus und das Richtkopplersystem 604 ermöglicht den Zugriff auf die gekoppelten Signale an seinem Ausgang. Das Richtkopplersystem 604 kann gemäß verschiedenen hier beschriebenen Ausführungsformen implementiert sein. In einer Ausführungsform kann das Antennensystem 600 in einer tragbaren HF-Vorrichtung wie einem Mobiltelefon eingebaut sein. Durch das Wählen zwischen verschiedenen HF-Wegen mittels des Antennenschalters 602 kann ein Multi-Standard-Mobiltelefon unterstützt werden. Das Richtkopplersystem 622 der Ausführungsformen kann beispielsweise verwendet werden, um unter verschiedenen gekoppelten Messwegen auszuwählen, um Messungen der übertragenen und reflektierten Leistung während des Systembetriebs auszuführen.
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6b zeigt ein Antennensystem 620 einer Ausführungsform, das in einem HF-Frontend-System verwendet werden kann, das mehrere Antennen verwendet. Das Antennensystem 620 umfasst Antennenschalter 602a und 602b, ein Richtkopplersystem 622 einer Ausführungsform und Antennen 606 und 624. In einer Ausführungsform ist die Antenne 606 als Hauptantenne ausgelegt und eine Antenne 624 als Diversitätsantenne ausgelegt. In einer Ausführungsform kann das Richtkopplersystem 622 unter Verwendung einer Ausführungsform des Richtkopplersystems implementiert sein, die mehrere Richtkoppler verwendet, um die gleichzeitige Übertragung von zwei Signalen an den Antennen 606 und 624 zu unterstützen.
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6c zeigt ein Antennensystem 630, das die Antennenschalter 602a und 602b, das Richtkopplersystem 622 der Ausführungsformen, ein Kombinationsnetz 632 und eine Antenne 606 umfasst. Hierbei wählt der Antennenschalter 602a ein Signal unter mehreren Signalen in einem ersten HF-Weg und 602b ein Signal unter mehreren Signalen in einem zweiten HF-Weg aus. Diese beiden HF-Wege sind mittels des Kombinationsnetzes 632 kombiniert, das unter Verwendung eines HF-Leistungskombinierers, eines Diplexers oder einer anderen Schaltung, die im Stand der Technik bekannt ist, implementiert sein kann. Der Ausgangsport des Richtkopplersystems 622 kann mit einem Leistungsdetektor (nicht dargestellt) gekoppelt sein, um die übertragene und reflektierte Leistung in jedem der verschiedenen HF-Wege messen.
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7a zeigt einen abstimmbaren Widerstand 700, der verwendet werden kann, um verschiedene Ausführungsformen von Schaltungen, wie beispielsweise verschiedenen Dämpfungsschaltungen, die in den Ausführungsformen der Richtkopplersysteme verwendet werden, zu implementieren. Wie gezeigt umfasst der abstimmbare Widerstand 700 Widerstände R21, R22 und R23, die miteinander in Reihe geschaltet sind. Darüber hinaus ist ein Transistor M21 dazu ausgelegt, den Widerstand R21 zu überbrücken, ein Transistor M22 dazu ausgelegt, den Widerstand R22 zu überbrücken, und ein Transistor M23 dazu ausgelegt, den Widerstand R23 zu überbrücken. Im Betrieb werden die Transistoren M21, M22 und M23 in verschiedenen Kombinationen ein- und ausgeschaltet, um einen einstellbaren Widerstandswert bereitzustellen. Wenn die Transistoren M21, M22 und M23 alle ausgeschaltet sind, besitzt der abstimmbare Widerstand 700 einen maximalen Widerstandswert, der durch selektives Ein- und Ausschalten der Transistoren M21, M22 und M23 verringert und angepasst werden kann, um eine Änderung des Widerstandswerts zu bewirken.
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7b zeigt einen abstimmbaren Widerstand 720, der verwendet werden kann, Ausführungsformen von Schaltungen, wie beispielsweise verschiedenen Dämpfungsschaltungen, die in den Ausführungsformen der Richtkopplersysteme verwendet werden, zu implementieren. Wie gezeigt, umfasst der abstimmbare Widerstand 720 Widerstände R31, R32 und R33, die parallel miteinander geschaltet sind, wobei jeder der Widerstände R31, R32 und R33 jeweils mit Transistor M31, M32 bzw. M33 in Reihe geschaltet ist. Der Widerstandswert des abstimmbaren Widerstands 720 kann durch selektives Ein- und Ausschalten der Transistoren M21, M32 und M33 angepasst werden.
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7c zeigt einen abstimmbaren Kondensator 730, der verwendet werden kann, Ausführungsformen von Schaltungen, wie beispielsweise verschiedenen Dämpfungsschaltungen, die in den Ausführungsformen der Richtkopplersysteme verwendet werden, zu implementieren. Wie gezeigt umfasst der abstimmbare Kondensator 730 Kondensatoren C31, C32 und C33, die parallel zueinander geschaltet sind, wobei jeder der Kondensatoren C31, C32 und C33 jeweils mit Transistor M31, M32 bzw. M33, in Reihe geschaltet ist. Die Kapazität des abstimmbaren Kondensators 730 kann durch selektives Ein- und Ausschalten der Transistoren M21, M32 und M33 angepasst werden. Diese Transistoren können durch Anlegen eines HOCH- und NIEDRIG-Signals an die Gates dieser Transistoren ein- und ausgeschaltet werden.
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8a zeigt einen PI-Dämpfer 800, der verwendet werden kann, um verschiedene Ausführungsformen von Dämpfungsschaltungen zu implementieren. Der PI-Dämpfer 800 umfasst einstellbare Impedanzen R1, R2 und R3, die beispielsweise unter Verwendung der in 7a bis 7c gezeigten verschiedenen einstellbaren Impedanzelemente implementiert sein können. In einem Beispiel können R1 und R2 unter Verwendung des einstellbaren abstimmbaren Parallelwiderstands 720, der in 7b dargestellt ist, implementiert sein und der Widerstand R3 kann unter Verwendung des einstellbaren Reihenwiderstands 700, der in 7a dargestellt ist, implementiert sein.
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8b zeigt einen Y-Dämpfer 810, der verwendet werden kann, um verschiedene Ausführungsformen von Dämpfungsschaltungen zu implementieren. Der Y-Dämpfer 810 umfasst einstellbare Impedanzen R4, R5 und R6, die beispielsweise unter Verwendung der in 7a bis 7c gezeigten verschiedenen einstellbaren Impedanzelemente implementiert sein können.
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8c und 8d zeigen eine Ausführungsform eines Dämpfers 830, der drei PI-Dämpfungsstufen 802, 804 und 806 umfasst. Die Dämpfung des Dämpfers 830 kann durch Ein- und Ausschalten von Schaltern 808 und Schaltern 809 eingestellt werden, die mit den verschiedenen Widerständen in jeder Dämpfungsstufe gekoppelt sind. Jeder der Schalter 808 und 809 kann unter Verwendung von HF-Schaltungen, die in der Technik bekannt sind, implementiert sein. Während des Betriebs können eine oder mehrere der Stufen 802, 804 und 806 durch Schließen des jeweiligen Schalters 809 und Öffnen der Schalter 808 überbrückt werden. Umgekehrt kann jede Stufe durch Öffnen des jeweiligen Schalters 809 und Schließen der Schalter 808 aktiviert werden.
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9a zeigt ein HF-System 900 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das System 900 umfasst einen HF-Sendeempfänger 902, der mit der Antenne 912 über eine Ausführungsform eines Richtkopplersystems 904 und ein abstimmbares Anpassungsnetz 906 gekoppelt ist. Der Ausgangsport des Richtkopplers 904 ist mit einem Leistungsdetektor 908 gekoppelt, dessen Ausgang mit einem Controller 910 gekoppelt ist. Bei einer Ausführungsform passt der Controller 910 das abstimmbare Anpassungsnetz 906 gemäß dem digitalisierten Ausgangssignal des Leistungsdetektors 908 an. Wenn der Richtkoppler 904 eine Impedanzfehlanpassung zwischen dem HF-Sendeempfänger 902 und dem Eingang zu dem abstimmbaren Anpassungsnetz 906 detektiert, passt der Controller 910 das abstimmbare Anpassungsnetz 906 in einigen Ausführungsformen an, bis die gemessene Fehlanpassung der Impedanz unter eine vorbestimmte Schwelle fällt. In einigen Ausführungsformen kann der Controller 910 beispielsweise unter Verwendung eines Prozessors, eines Mikrocontrollers oder einer dedizierten Systemlogik implementiert sein. Während des Betriebs wählt der Controller 910 in Abhängigkeit von der durchgeführten Messung, welcher Ausgangsport des Richtkopplers zu dem Leistungsdetektor 908 weitergeleitet wird. Das HF-System 900 kann beispielsweise in dem Frontend eines Mobiltelefons, einem drahtlosen lokalen Netzwerk-Sendeempfänger oder anderen Hochfrequenzsystemen implementiert sein. In einigen Ausführungsformen ist das abstimmbare Anpassungsnetz 906 zwischen dem HF-Sendeempfänger 902 und dem Richtkoppler 904 eingekoppelt, wie in 9b bezüglich System 920 gezeigt.
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9c zeigt eine Ausführungsform eines Radarsystems 950 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das System 950 umfasst einen Radar-Sendeempfänger 952, der mit der Antenne 912 über das Richtkopplersystem 904 der Ausführungsform gekoppelt ist. Der Ausgang des Richtkopplersystems 904 ist mit dem Controller 910 über den Leistungsdetektor 908 gekoppelt. Bei einer Ausführungsform misst das Richtkopplersystem 904 ein einfallendes Signal von der Antenne 912, das einen reflektierten Radarimpuls darstellen kann. Das System 950 kann beispielsweise als ein Radarsystem wie beispielsweise ein Automobil- oder Abstandsradarsystem verwendet werden. Das Richtkopplersystem 904 kann beispielsweise unter Verwendung von hier offenbarten Ausführungsformen von Richtkopplersystemen implementiert sein. Andere beispielhafte Systeme, die beispielsweise Ausführungsformen der Reflexionsmessungsschaltungen verwenden können, umfassen eine Leistungsüberwachung bei Speisepunktabstimmern für planare invertierte F-Antennen (PIFA).
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9d zeigt eine Ausführungsform eines Systems 960, das einen Antennenschalter 962 umfasst, der mit der Antenne 912 über eine Ausführungsform des Richtkopplersystems 904 gekoppelt ist. Der Antennenschalter 962 ist dazu ausgelegt, einen Eingang unter den Eingängen S1 bis SN auszuwählen und mit dem Ausgangsknoten O1 zu koppeln. Der Ausgangsport des Richtkopplers 904 ist mit dem Controller 910 über den Leistungsdetektor 908 gekoppelt. Das System 960 kann beispielsweise verwendet werden, um eine übertragene und reflektierte Leistung in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung durch Wählen einer Stellung des Polaritätsschalters in dem Richtkoppler 904 zu messen. Die Ausgabe des Richtkopplers 904 kann weiterhin verwendet werden, um eine Hüllkurvenverfolgung und eine Antennenabstimmung durchzuführen.
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Es sollte klar sein, dass die in den 9a–d gezeigten Ausführungsformen nur vier Beispiele der vielen Ausführungsformen von Systemen sind, die unter Verwendung von Ausführungsformen des Richtkopplers implementiert sein können.
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10 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens 1000 zum Betreiben einer Schaltung, die einen Richtkoppler mit einem Eingangsport, einem Übertragungsport, einem isolierten Port und einem ersten gekoppelten Port und einen Richtungsauswahlschalter mit einem ersten Schaltereingangsport, der mit dem ersten isolierten Port gekoppelt ist, einem zweiten Schaltereingangsport, der mit dem ersten gekoppelten Port gekoppelt ist, und einem Schalteraungangsport umfasst, so dass der Richtkoppler und der Richtungsauswahlschalter auf demselben Substrat angeordnet sind. Das Verfahren bestimmt zuerst im Schritt 1002, ob sich die Schaltung in einem ersten Zustand befindet. Wenn sich die Schaltung in dem ersten Zustand befindet, wird der isolierte Port mit dem Schalterausgang gekoppelt, indem der Richtungsauswahlschalter im Schritt 1004 in einer ersten Stellung angeordnet wird. Wenn die Schaltung nicht in dem ersten Zustand ist, dann bestimmt das Verfahren im Schritt 1006, ob sich die Schaltung in dem zweiten Zustand befindet. Wenn ja, wird der gekoppelte Port mit dem Schalterausgang gekoppelt, indem der Richtungsauswahlschalter im Schritt 1008 in der zweiten Stellung angeordnet wird. Sind die Schritte 1004, 1006 und 1008 abgeschlossen, kehrt das Verfahren zu den Schritten 1002 und 1006 zurück, um zu bestimmen, ob die Schaltung in dem ersten und dem zweiten Zustand ist.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind hier zusammengefasst. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen die Gesamtheit der Beschreibung und der hier dargelegten Ansprüche bilden können. Ein allgemeiner Aspekt umfasst eine Schaltung, die einen ersten Richtkoppler aufweist, der einen ersten Eingangsport, einen ersten Übertragungsport, einen ersten isolierten Port und einen ersten gekoppelten Port umfasst, wobei der erste Richtungskoppler auf einem ersten Substrat angeordnet ist; und einen ersten Richtungsauswahlschalter aufweist, der einen ersten Schaltereingangsport, der mit dem ersten isolierten Port gekoppelt ist, einen zweiten Schaltereingangsport, der mit dem ersten gekoppelten Port gekoppelt ist und einen ersten Schalterausgangsport aufweist, wobei der erste Richtungsauswahlschalter zusammen mit dem Richtkoppler auf dem ersten Substrat angeordnet ist.
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Implementierungen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen. Die Schaltung, wobei der erste Richtkoppler auf einer ersten integrierten Schaltung angeordnet ist, der erste Richtungsauswahlschalter auf einer zweiten integrierten Schaltung angeordnet ist und die erste integrierte Schaltung und die zweite integrierte Schaltung auf dem ersten Substrat angeordnet sind. Die Schaltung, wobei das erste Substrat ein Halbleitersubstrat einer ersten integrierten Schaltung ist. Die Schaltung, wobei der erste Richtungsauswahlschalter einen ersten Schalter umfasst, der dazu ausgelegt ist, in einer ersten Schalterstellung den isolierten Port mit dem Ausgangsport zu koppeln und in einer zweiten Schalterstellung den gekoppelten Port mit dem Ausgangsport zu koppeln. In einigen Ausführungsformen umfasst der erste Richtungsauswahlschalter ferner einen zweiten Schalter, der in der ersten Schalterstellung einen ersten Abschluss mit dem ersten gekoppelten Port koppelt und in der zweiten Schalterstellung einen zweiten Abschluss mit dem ersten isolierten Port koppelt.
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In einer Ausführungsform umfasst die Schaltung ferner einen Dämpfer, der mit dem ersten Schalterausgangsport gekoppelt ist. Der Dämpfer kann beispielsweise mehrere Widerstände umfassen, die mit mehreren Schaltern gekoppelt sind. Die mehreren Widerstände können in Reihe geschaltet sein und jeder der mehreren Widerstände kann dazu ausgelegt sein, einen entsprechenden Widerstand aus den mehreren Widerständen zu überbrücken. In einigen Ausführungsformen sind die mehreren Widerstände in Reihe mit einem entsprechenden Schalter aus den mehreren Schaltern geschaltet, um einen Schalter-Widerstand-Zweig zu bilden. Darüber hinaus kann der Dämpfer mehrere parallel geschaltete Schalter-Widerstand-Zweige umfassen.
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In einer Ausführungsform kann die Schaltung ferner einen zweiten Richtkoppler mit einem zweiten Eingangsport, einem zweiten Übertragungsport, einem zweiten isolierten Port und einem zweiten gekoppelten Port, wobei der zweite Richtkoppler auf dem ersten Substrat angeordnet ist; einen zweiten Richtungsauswahlschalter, der einen dritten Schaltereingangsport, der mit dem zweiten isolierten Port gekoppelt ist, einen dritten Schaltereingangsport, der mit dem zweiten gekoppelten Port gekoppelt ist, und einen zweiten Schalterausgangsport aufweist, wobei der zweite Richtungsauswahlschalter auf dem ersten Substrat zusammen mit dem zweiten Richtkoppler angeordnet ist; und einen Kopplerauswahlschalter mit einem ersten Kopplerauswahleingang, der mit dem ersten Schalterausgang des ersten Richtungsauswahlschalters gekoppelt ist, einem zweiten Kopplerauswahleingang, der mit dem zweiten Schaltausgang des zweiten Richtungsauswahlschalters gekoppelt ist, und einem Auswahlausgang umfasst. In einigen Ausführungsformen umfasst die Schaltung ferner einen Dämpfer, der mit dem zweiten Schalterausgang gekoppelt ist. Eine erste Antenne kann mit dem ersten Übertragungsport gekoppelt sein und eine zweite Antenne kann mit dem zweiten Übertragungsport gekoppelt sein. In einer Ausführungsform ist ein erster Antennenschalter mit dem ersten Eingangsport gekoppelt und ein zweiter Antennenschalter mit dem zweiten Eingangsport gekoppelt. Die Schaltung kann ferner eine Antenne, die mit dem ersten Übertragungsport gekoppelt ist, sowie einen Antennenschalter, der mit dem ersten Eingangsport gekoppelt ist, umfassen.
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Ein weiterer allgemeiner Aspekt umfasst eine Schaltung, die einen ersten Richtkoppler mit einem ersten Eingangsport, einem ersten Übertragungsport, einem ersten isolierten Port und einem ersten gekoppelten Port, wobei der erste Richtungskoppler auf einem ersten Substrat angeordnet ist; und einen zweiten Richtkoppler mit einem zweiten Eingangsport, einem zweiten Übertragungsport, einem zweiten isolierten Port und einem zweiten gekoppelten Port, wobei der zweite Richtungskoppler auf dem ersten Substrat angeordnet ist; und einen Kommutierungsschalter mit einem ersten Kommutierungseingang, der mit dem ersten isolierten Port gekoppelt ist, einem zweiten Kommutierungseingang, der mit dem ersten gekoppelten Port gekoppelt ist, einem dritten Kommutierungseingang, der mit dem zweiten isolierten Port gekoppelt ist, und einem vierten Kommutierungseingang, der mit dem zweiten gekoppelten Port gekoppelt ist, wobei der Kommutierungsschalter auf dem ersten Substrat angeordnet ist, und einen Kommutierungsausgangsport umfasst.
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Implementierungen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen. Die Schaltung, die ferner einen Dämpfer umfasst, der mit dem Kommutierungausgangsport gekoppelt ist, und/oder die Schaltung, wobei das erste Substrat eine integrierte Schaltung umfasst. In einigen Ausführungsformen umfasst der Kommutierungsschalter: einen ersten Schalter, der dazu ausgelegt ist, wahlweise den ersten Kommutierungseingangsport mit dem Kommutierungsausgangsport oder einem ersten Abschlussport zu koppeln; einen zweiten Schalter, der dazu ausgelegt ist, wahlweise den zweiten Kommutierungseingangsport mit dem Kommutierungsausgangsport oder einem zweiten Abschlussport zu koppeln; einen dritten Schalter, der dazu ausgelegt ist, wahlweise den dritten Kommutierungseingangsport mit dem Kommutierungsausgangsport oder einem dritten Abschlussport zu koppeln; und einen vierten Schalter, der dazu ausgelegt ist, wahlweise den vierten Kommutierungseingangsport mit dem Kommutierungsausgangsport oder einem vierten Abschlussport zu koppeln.
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In einigen Ausführungsformen kann die Schaltung ferner umfassen: eine erste Abschlussimpedanz, die mit dem ersten Abschlussport gekoppelt ist; eine zweite Abschlussimpedanz, die mit dem zweiten Abschlussport gekoppelt ist; eine dritte Abschlussimpedanz, die mit dem dritten Abschlussport gekoppelt ist; und eine vierte Abschlussimpedanz, die mit dem vierten Abschlussport gekoppelt ist. Die erste Abschlussimpedanz kann einen ersten Abschlusswiderstand umfassen; die zweite Abschlussimpedanz kann einen zweiten Abschlusswiderstand umfassen; die dritte Abschlussimpedanz kann einen dritten Abschlusswiderstand umfassen; und die vierte Abschlussimpedanz kann einen vierten Abschlusswiderstand umfassen.
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Ein weiterer allgemeiner Aspekt umfasst ein Verfahren zum Betreiben einer Schaltung, die einen ersten Richtkoppler mit einem ersten Eingangsport, einem ersten Übertragungsport, einem ersten isolierten Port und einem ersten gekoppelten Port und einen ersten Richtungsauswahlschalter mit einem ersten Schaltereingangsport, der mit dem ersten isolierten Port gekoppelt ist, einem zweiten Schaltereingangsport, der mit dem ersten gekoppelten Port gekoppelt ist, und einem ersten Schalterausgangsport, wobei der erste Richtkoppler und der erste Richtungsauswahlschalter auf demselben Substrat angeordnet sind. Das Verfahren umfasst: in einem ersten Zustand, Koppeln des ersten isolierten Ports mit dem ersten Schalterausgangsport, was ein Anordnen eines ersten Schalters des ersten Richtungsauswahlschalters in einer ersten Stellung umfasst; und, in einem zweiten Zustand, Koppeln des ersten gekoppelten Ports mit dem ersten Schalterausgangsport, was ein Anordnen des ersten Schalters des ersten Richtungsauswahlschalters in einer zweiten Stellung umfasst.
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Implementierungen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen. Das Verfahren umfasst ferner Folgendes: in dem ersten Zustand, Koppeln des ersten gekoppelten Ports mit einem ersten Abschlussport, was ein Anordnen eines zweiten Schalters des ersten Richtungsauswahlschalters in der ersten Stellung umfasst; und, in dem zweiten Zustand, Koppeln des ersten isolierten Ports mit einem zweiten Abschlussport, was ein Anordnen des zweiten Schalters des ersten Richtungsauswahlschalters in der zweiten Stellung umfasst. Das Verfahren kann ferner ein Empfangen eines Signals an dem ersten Eingangsport und ein Messen einer Leistung an dem ersten Schalterausgang in dem zweiten Zustand umfassen. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner das Messen einer Leistung an dem ersten Schalterausgang in dem ersten Zustand.
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Vorteile einiger Ausführungsformen des Richtkopplers umfassen die Fähigkeit, die Leistung eines HF-Signals sowohl in der Vorwärtsrichtung als auch in der Rückwärtsrichtung unter Verwendung nur eines einzigen eingekoppelten Ausgangsports zu überwachen. Ein weiterer Vorteil umfasst die Fähigkeit, ein solches System in einer einzigen integrierten Schaltung oder als mehrere Schaltungen, die auf einem Substrat angeordnet sind, zu integrieren.
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Obwohl diese Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden ist, soll diese Beschreibung nicht in einem einschränkenden Sinn ausgelegt werden. Verschiedene Abwandlungen und Kombinationen der veranschaulichenden Ausführungsformen sowie andere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich für Fachleute auf dem Gebiet unter Bezugnahme auf die Beschreibung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- ”System und Verfahren für einen Richtkoppler”, die am 14. Januar 2014 [0022]
