DE102015115566B4

DE102015115566B4 - System und Verfahren für einen Richtkoppler

Info

Publication number: DE102015115566B4
Application number: DE102015115566.4A
Authority: DE
Inventors: Valentyn Solomko; Bogdan Nicolae Tanc
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2014-09-15
Filing date: 2015-09-15
Publication date: 2022-10-06
Anticipated expiration: 2035-09-16
Also published as: CN105428773A; US9685687B2; US20160079650A1; KR101728607B1; DE102015115566A1; DE102015115566B9; CN105428773B; KR20160031976A

Abstract

Schaltung, umfassend:einen Richtkoppler (300; 350; 400; 604) mit mehreren Ports, die einen Eingangsport, einen Übertragungsport, einen isolierten Port und einen gekoppelten Port umfassen; undeinen einstellbaren Abschluss (118; 204, 206, 208, 210), der mit mindestens einem der mehreren Ports gekoppelt ist,wobei der Richtkoppler (300; 350; 400; 604) Folgendes umfasst:einen ersten Übertrager (302; 402) mit einer zwischen den Eingangsport und den Übertragungsport geschalteten ersten Wicklung (L1) und einer zwischen den gekoppelten Port und einen Referenzknoten geschalteten zweiten Wicklung (L2), wobei die erste Wicklung (L1) magnetisch mit der zweiten Wicklung (L2) gekoppelt ist; undeinen zweiten Übertrager (304; 404) mit einer zwischen den Eingangsport und den Referenzknoten geschalteten dritten Wicklung (L3) und einer zwischen den isolierten Port und den gekoppelten Port geschalteten vierten Wicklung (L4), wobei die dritte Wicklung (L3) magnetisch mit der vierten Wicklung (L4) gekoppelt ist.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein eine elektronische Vorrichtung und insbesondere ein System und ein Verfahren für einen Richtkoppler.
Richtkoppler, bei welchen es sich um elektronische Vorrichtungen handelt, die Leistung detektieren können, die in einer bestimmten Richtung übertragen wird, werden in vielfältigen Hochfrequenz- bzw. 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 in einer Schaltung verwendet werden, die Impedanzfehlanpassung von Übertragungsleitungen misst. Funktional weist ein Richtkoppler einen Vorwärtsübertragungspfad und einen gekoppelten Übertragungspfad auf. Der Vorwärtsübertragungspfad weist im Allgemeinen geringe Verluste auf, während der gekoppelte Übertragungspfad einen Teil der Sendeleistung koppelt, der in einer bestimmten Richtung ausgebreitet wird. Es gibt viele verschiedene Arten von Kopplerarchitekturen, die elektromagnetische Kopplungen und magnetische Koppler umfassen. Jeder dieser Kopplertypen kann abhängig von der Betriebsfrequenz und der Betriebsumgebung unter Verwendung verschiedener Topologien und Materialien implementiert werden.
Eine häufige Anwendung für einen Richtkoppler ist die Detektion der reflektierten und gesendeten Leistung in einer tragbaren Hochfrequenz- bzw. HF-Vorrichtung, wie etwa einem Mobiltelefon oder einer tragbaren Datenverarbeitungsvorrichtung. Die Messung der gesendeten Leistung kann in einer Regelschleife 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 Antennenanpassungsnetzwerke einzustellen. Ein Parameter, der die Genauigkeit solcher Messungen reflektierter Leistung begrenzt, ist die Richtungsempfindlichkeit des Richtkopplers, die mit der Fähigkeit des Richtkopplers zusammenhängt, eine Messung von einer einfallenden Welle zu einer reflektierten Welle zu isolieren.
Die US 2009/0280755 A1 beschreibt eine Kommunikationsvorrichtung mit einem 4-Port-Koppler mit einem Eingangsport, einem Übetragungsport, einem gekoppelten Port und einem isolierten Port, wobei wenigstens einer der Ports mit einem einstellbaren Abschluss gekoppelt ist. Der einstellbare Abschluss umfasst einen einstellbaren Widerstand in Reihe mit einem einstellbaren Kondensator.
Es wird ferner auf die Druckschriften US 2005/0170794 A1 , US 6 329 880 B2 , US 7 538 635 B2 und US 2011/0063044 A1 verwiesen.
Es besteht somit ein Bedarf für Techniken, die einen effizienten Betrieb eines Richtkopplers ermöglichen.
Die vorliegende Anmeldung offenbart eine Schaltung gemäß Patentanspruch 1, ein Verfahren gemäß Patentanspruch 15 und ein HF-System gemäß Patentanspruch 20. Die abhängigen Patentansprüche definieren weitere Ausführungsformen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine Schaltung somit einen Richtkoppler mit mehreren Ports, die einen Eingangsport, einen Übertragungsport, einen isolierten Port und einen gekoppelten Port umfassen und einen mit mindestens einem der mehreren Ports gekoppelten einstellbaren Abschluss.
Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird nun auf die folgenden Beschreibungen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verwiesen. Es zeigen:

1a-1b Beispiele von Richtkopplersystemen;
2a-2b Beispiele von Richtkopplersystemen mit einem Richtungsauswahlschalter;
3a-3b Ausführungsformen von Richtkopplersystemen, die zwei Übertrager benutzen;
4 einen Richtkoppler gemäß einer weiteren Ausführungsform;
5a-5d Ausführungsformen von einstellbaren Impedanzschaltungen;
6a-6d weitere HF-Systeme, die Ausführungsformen von Richtkopplersystemen benutzen; und
7 eine Blockdarstellung einer Ausführungsform eines Verfahrens.

Entsprechende Zahlen und Symbole in verschiedenen Figuren beziehen sich im Allgemeinen auf entsprechende Teile, sofern es nicht anders angegeben ist. Die Figuren sind so gezeichnet, dass die relevanten Aspekte der bevorzugten Ausführungsformen deutlich dargestellt werden, und sind nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet. Um bestimmte Ausführungsformen deutlicher darzustellen, kann ein Buchstabe, der Varianten derselben Struktur, desselben Materials oder desselben Prozessschritts angibt, einer Figurenzahl folgen.
Die Herstellung und Verwendung der zur Zeit bevorzugten Ausführungsformen werden nachfolgend ausführlich besprochen. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung viele anwendbare erfindungsgemäße Konzepte bereitstellt, die in vielfältigen spezifischen Kontexten realisiert werden können. Die spezifischen besprochenen Ausführungsformen veranschaulichen lediglich spezifische Weisen der Herstellung und Verwendung der Erfindung und begrenzen nicht den Schutzumfang der Erfindung.
Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen in einem spezifischen Kontext beschrieben, einem System und Verfahren für einen Richtkoppler, der zum Beispiel in HF-Schaltungen zur Messung einfallender oder reflektierter Leistung verwendet werden kann. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können auch auf andere Systeme und Anwendungen angewandt werden, darunter andere Schaltungen, die Richtkoppler aufweisen, und HF-Systeme mit auswählbaren Signalpfaden. Außerdem können Ausführungsformen Systeme betreffen, die HF-Messungen vornehmen, wie etwa, aber ohne Beschränkung darauf, Vorrichtungen, die Impedanzfehlanpassung messen und/oder abstimmen, Zeitbereichs-Reflektometer (TDR), Erfassungsvorrichtungen zur Verwendung mit abstimmbaren Antennenanpassungsschaltungen und abstimmbare Filter.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Richtkopplerschaltung einen Richtkoppler mit einem Eingangsport und einem Übertragungsport. Der Richtkoppler umfasst auch einen isolierten Port, auf den ein Signal, das sich von dem Übertragungsport zum Eingangsport ausbreitet, gekoppelt ist, und einen gekoppelten Port, auf den ein Signal, das sich von dem Eingangsport zum Übertragungsport ausbreitet, gekoppelt ist. Eine einstellbare Abschlussimpedanz ist mit dem isolierten Port und/oder dem gekoppelten Port gekoppelt, um die Richtungsempfindlichkeit des Richtkopplers zu verbessern.
Ausführungsformen von Richtkopplersystemen können zum Beispiel in HF-Frontendsystemen und Frontend-Mehrchipmodulen für Mobilfunkhandapparate verwendet werden. Solche Richtkopplersysteme können zum Beispiel spezifisch in umkonfigurierbaren HF-Frontends für Mobilfunk-Handapparate verwendet werden. Ausführungsformen von Richtkopplersystemen können in HF-Frontendsystemen verwendet werden, um die vom PA zur Antenne gesendete Leistung und die von der Antenne zum PA aufgrund von Impedanzfehlanpassung an den verschiedenen Ports in dem System zurückreflektierte Leistung zu erfassen. In solchen Systemen stellt eine Ausführungsform eines Richtkopplers eine hohe Richtungsempfindlichkeit von zum Beispiel mehr als 25 dB im Frequenzbereich von 0,5 GHz bis etwa 3,8 GHz bereit. In herkömmlichen Systemen erreicht man dies normalerweise durch Verwendung von passiven Richtkopplern, die durch Technologien implementiert sind, die passive Komponenten mit hoher Güte umfassen. Ausführungsformen von abstimmbaren Kopplern können monolithisch auf einem Silizium- oder anderen Halbleitersubstrat integriert werden, um hohe Richtungsempfindlichkeit zu erreichen. Bei einigen Ausführungsformen eine hohe Richtungsempfindlichkeit von mindestens 25 dB in dem Frequenzbereich von 0,5 GHz bis 3,8 GHz von in der Hand gehaltenen mobilen Vorrichtungen durch Abstimmen der Lastimpedanz an dem gekoppelten und/oder isolierten Port des Richtkopplers.
Bei herkömmlichen Richtkopplern lässt sich hohe Richtungsempfindlichkeit erzielen durch Implementierung von Breitbandkopplern in IPD-Technologien (integrierte passive Vorrichtungen) oder anderen passiven Technologien, die dicke Metallisierung umfassen und passive Strukturen mit hoher Güte bieten. Wenn ein Richtungsauswahlschalter verwendet wird, wird also oft ein IPD-Koppler in einem Modul mit HF-Schaltern integriert. Zweifach-Koppler bieten auch hohe Richtungsempfindlichkeit in dem großen Frequenzbereich und können gleichzeitig Signale an einem gekoppelten und isolierten Port bereitstellen, können aber verglichen mit Einzelkopplern eine höhere Einfügedämpfung aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen basieren Koppler auf magnetischen Übertragern und abstimmbaren passiven Kondensatoren und Widerständen, die monolithisch miteinander integriert werden können. Hohe Richtungsempfindlichkeit wird erreicht durch Abstimmen eines Abschlusswiderstands und/oder -kondensators in Kopplung mit dem isolierten Port oder gekoppelten Port des Richtkopplers zur Erzielung hoher Richtungsempfindlichkeit in jedem Frequenzband. Zu den Vorteilen des vorgeschlagenen Ansatzes gehört monolithische Integration des Kopplers im HF-Schaltprozess, wodurch in einem Frequenzbereich von zwischen etwa 0,5 GHz und etwa 3,8 GHz hohe Richtungsempfindlichkeit mit geringer Einfügedämpfung geboten wird.
Die Richtungsempfindlichkeit eines Richtkopplers hängt stark von der Qualität des Abschlusses am isolierten Port ab. Modernste Koppler mit hoher Richtungsempfindlichkeit basieren oft auf Zweifach-Kopplerstrukturen, wobei jeder Koppler getrennt mit wohl kontrollierter Impedanz abgeschlossen wird. Solche Koppler können gleichzeitig Signale am gekoppelten und isolierten Port bereitstellen. In modernen HF-Frontendsystemen für mobile in der Hand gehaltene Vorrichtungen wird ein einziger Ausgang (entweder gekoppelt oder isoliert) auf einmal überwacht. Das heißt, dass der isolierte Port mit einer wohl kontrollierten oder abstimmbaren Impedanz abgeschlossen werden kann, ohne jegliche Schnittstelle mit externen Komponenten, während der gekoppelte Port durch ein Sendeempfängersystem überwacht werden kann. Bei solchen Konfigurationen kann gleichzeitig bidirektionaler Betrieb und hohe Richtungsempfindlichkeit erreicht werden, indem man zwischen dem gekoppelten und isolierten Port des Richtkopplers schaltet und die Abschlussimpedanz abstimmt, um beste Richtungsempfindlichkeit zu erreichen.
1A zeigt einen Richtkoppler 100. Wie gezeigt wird der Richtkoppler 100 unter Verwendung eines Übertragers 104 mit einer zwischen dem Eingangsport und dem Übertragungsport gekoppelten Wicklung 102a und einer anderen zwischen dem isolierten Port und dem gekoppelten Port gekoppelten und magnetisch mit der Wicklung 102 gekoppelten Wicklung 102b implementiert. Der Übertrager 104 kann unter Verwendung von in der Technik bekannten Schaltungen und Systemen implementiert werden. Zum Beispiel kann der Übertrager 104 unter Verwendung von auf einer integrierten Schaltung angeordneten gestapelten oder angrenzenden Spiralinduktivitäten implementiert werden. Weiterhin kann der Übertrager 104 unter Verwendung eines auf einem Substrat angeordneten Streifenleitungsübertragers implementiert werden. Als Alternative können andere Richtkopplerschaltungen und -strukturen neben der in 1a dargestellten Kopplung auf Übertragerbasis verwendet werden. Beispielsweise können Kondensatoren 106, 108, 110, 112, 114 und 116 mit dem Übertrager 104 gekoppelt sein.
Der Richtkoppler 100 umfasst ferner eine einstellbare Abschlussimpedanz 118, mit der die Richtungsempfindlichkeit des Richtkopplers 100 abgestimmt werden kann. Diese einstellbare Abschlussimpedanz 118 kann unter Verwendung von in der Technik bekannten schaltbaren Widerstandsstrukturen implementiert werden. Zum Beispiel können bei einer Ausführungsform schaltbare Widerstandsschaltungen, die einen mit einem Schalter in Reihe geschalteten Widerstand umfassen, in Reihe geschaltet werden, um einen einstellbaren Widerstandsabschluss zu implementieren. Als Alternative können andere in der Technik bekannte einstellbare und/oder schaltbare Impedanzschaltungen verwendet werden. Bei einer Ausführungsform kann die einstellbare Abschlussimpedanz 118 so eingestellt werden, dass sie einen Widerstandswert zwischen etwa 20 Ohm und etwa 100 Ohm aufweist, der mit zwischen etwa 1 Ohm und 2 Ohm Granularität programmierbar ist. Die einstellbare Abschlussimpedanz 118 kann unter Verwendung eines 6-Bit-Digitalworts für insgesamt 64 Schritte programmierbar sein. Alternative kann die Abschlussimpedanz abhängig von der konkreten Implementierung und ihren Spezifikationen verschiedene Bereiche programmierbarer Impedanzen und/oder verschiedene Granularität aufweisen.
Gemäß einem Beispiel kann eine schaltbare Kapazitätsschaltung anstelle oder zusätzlich zu einer schaltbaren Widerstandsschaltung verwendet werden, wie mit Bezug auf den Richtkoppler 120 in 1b gezeigt. Hier ist der mit dem isolierten Port des Richtkopplers 120 gekoppelte Kondensator 110 als ein einstellbarer Kondensator gezeigt. Weiterhin kann der einstellbare Kondensator 110 so eingestellt werden, dass er einen Kapazitätswert zwischen etwa 0 fF und 1 pF aufweist; es können jedoch auch abhängig von der konkreten Anwendung und ihren Spezifikationen höhere Kapazitätswerte als 1 pF verwendet werden. Wenn die einstellbare Abschlussimpedanz 118 unter Verwendung eines einstellbaren Widerstands implementiert wird, kann die Kombination des einstellbaren Widerstands und einstellbaren Kondensators 110 verwendet werden, um komplexe Impedanzen zu implementieren. Bei den dargestellten Beispielen stellt der einstellbare Widerstand einen Realteil einer Admittanz bereit, und der einstellbare Kondensator 110 stellt den Imaginärteil der Admittanz bereit. Bei alternativen Beispielen können andere Komponenten außer einstellbaren Widerständen und Kapazitäten zur Implementierung der einstellbaren Impedanz verwendet werden. Zum Beispiel kann eine schaltbare Induktivität verwendet werden. Außerdem können verschiedene einstellbare Impedanztopologien verwendet werden. Zum Beispiel kann eine einstellbare Reihenkombination eines einstellbaren Widerstands und eines einstellbaren Kondensators verwendet werden. Bei einigen Implementierungen können der Richtkoppler 120 einschließlich des Übertragers 104, die einstellbare Abschlussimpedanz 118, der einstellbare Kondensator 110 sowie die Kondensatoren 106, 108, 112, 114 und 116 auf einer einzigen integrierten Schaltung integriert werden. Als Alternative können die verschiedenen Komponenten unter Verwendung von Streifenleitungskomponenten, passiven Komponenten, aktiven Komponenten und einer Kombination davon auf einer Leiterplatte (PCB) integriert werden.
2a zeigt einen abstimmbaren Richtkoppler 200, der zusätzlich zu dem aus dem Übertrager 104 konstruierten Richtkoppler einen Richtungsauswahlschalter 202 umfasst. Wie gezeigt umfasst der Richtungsauswahlschalter zwei Schalter. Ein Schalter koppelt selektiv den isolierten Port und Ausgangsport des Richtungsauswahlschalters mit einem ersten Abschlussport, der mit einem einstellbaren Widerstand 204 und einstellbaren Kondensator 206 gekoppelt ist. Der andere Schalter koppelt selektiv den gekoppelten Port und Ausgangsport des Richtungsauswahlschalters mit einem zweiten Abschlussport, der mit einem einstellbaren Widerstand 208 und einstellbaren Kondensator 210 gekoppelt ist. Jeder der einstellbaren Widerstände 204 und 208 und einstellbaren Kondensatoren 206 und 210 kann eingestellt werden, um die Richtungsempfindlichkeit des abstimmbaren Richtkopplers 200 zu vergrößern. Bei einigen Implementierungen können der Übertrager 104, die Kondensatoren 106, 108, 110, 112, 114 und 116, der Richtungsauswahlschalter 202, die einstellbaren Widerstände 204 und 208 und die einstellbaren Kondensatoren 206 und 210 auf einem einzigen integrierten Schaltungschip implementiert werden. Als Alternative können diese Komponenten auf mehr als einer integrierten Schaltung angeordnet werden und/oder unter Verwendung diskreter Komponenten oder eine Kombination davon.
2b zeigt eine Implementierung eines abstimmbaren Richtkopplers 220, der einen Richtungsauswahlschalter 222 umfasst, der den Ausgangsport selektiv mit dem isolierten Port oder dem gekoppelten Port koppelt und den nicht ausgewählten Port abschließt. Wie gezeigt umfasst der Richtungsauswahlschalter 222 einen Wechselschalter 228, der den isolierten Port oder den gekoppelten Port mit dem Ausgangsport verbindet, einen Ein-/Ausschalter 230, der mit dem einstellbaren Abschlusswiderstand 204 gekoppelt ist, und einen Ein-/Ausschalter 232, der mit dem einstellbaren Abschlusswiderstand 208 gekoppelt ist. Die Kombination des Ein-/Ausschalters 230 und des einstellbaren Abschlusswiderstands 224 und die Kombination des Ein-/Ausschalters 232 und des einstellbaren Abschlusswiderstands 208 kann auch als schaltbares Abschlussnetzwerk 224 bzw. 226 betrachtet werden.
Bei einigen Implementierungen werden die Schalter 230 und 232 der schaltbaren Abschlussnetzwerke 224 und 226 nur unter Verwendung von HF-Schaltern implementiert. Zum Beispiel wird die Funktion der SPST-Schalter 232 und 230 in den schaltbaren Abschlussnetzwerken 224 und 226 in den einstellbaren Widerständen 204 und 208 selbst verteilt, die unter Verwendung des Kanalwiderstands von schaltbaren Transistoren implementiert werden können, um den Realteil der Impedanz der schaltbaren Abschlussnetzwerke 224 und 226 abzustimmen. Diese schaltbaren Transistoren können zum Beispiel unter Verwendung von NMOS-Transistoren implementiert werden. Als Alternative können andere Transistortypen verwendet werden, wie etwa PMOS-Transistoren.
3a zeigt einen abstimmbaren Richtkoppler 300 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie gezeigt umfasst der abstimmbare Richtkoppler 300 zwei Übertrager 302 und 304. Der Übertrager 302 hat zwei Wicklungen, repräsentiert durch die Induktivität L1, die zwischen dem Eingangsport und dem Übertragungsport gekoppelt ist, und durch die Induktivität L2, die zwischen Masse und den gekoppelten Port gekoppelt ist. Ähnlich hat der Übertrager 304 zwei Wicklungen, die durch die Induktivität L3, die zwischen den Eingangsport und Masse gekoppelt ist, und die Induktivität L4, die zwischen den isolierten Port und den gekoppelten Port gekoppelt ist, repräsentiert werden. Bei einer Ausführungsform arbeitet der abstimmbare Richtkoppler 300 über einen großen Frequenzbereich, der über der Frequenz liegen kann, bei der die Impedanz der Wicklungen der Übertrager 302 und 304 deutlich über der charakteristischen Impedanz des Systems (coL » Z0) liegt, wobei L gleich L1, L2, L3 oder L4 ist. Bei einer Ausführungsform sind die Übertrager 302 und 304 auf einem Halbleitersubstrat integriert. Bei solchen Ausführungsformen können die Induktivitätswerte L1, L2, L3 und L4 zwischen etwa 0,4 nH und etwa 10 nH liegen. Es versteht sich auch, dass Werte dieses Bereichs abhängig von der konkreten verwendeten Technologie in anderen Ausführungsformen auftreten können.
Bei einer Ausführungsform können die Richtungsempfindlichkeit und Einfügedämpfung des abstimmbaren Richtkopplers 300 durch Einstellen der Werte der einstellbaren Kondensatoren C1, C2, C3 und C4 verbessert werden. Bei einer Ausführungsform können mit dem Eingangsport bzw. Übertragungsport gekoppelte abstimmbare Kapazitäten C1 und C2 abgestimmt werden, um die Einfügedämpfung zu verringern, die durch Nebeninduktivität zur Masse aufgrund der Wicklungsinduktivität L3 verschlechtert werden können. Zum Beispiel können bei einer gewünschten Betriebsfrequenz C1 und C2 so abgestimmt werden, dass der Nebenschlusseffekt von L3 verringert wird und die Fehlanpassungsverluste im HF-Pfad minimiert werden. Dagegen können die abstimmbaren Kapazitäten C3 und C4 eingestellt werden, um die Richtungsempfindlichkeit des abstimmbaren Richtkopplers 300 zu verbessern, die durch Streukapazitäten zwischen den Wicklungen der Übertrager 302 und 304 verschlechtert werden kann. Die abstimmbaren Kapazitäten C3 und C4 am isolierten und gekoppelten Port können verwendet werden, um die an diesen Ports gesehene komplexe Impedanz einzustellen und bei bestimmten Ausführungsformen die Richtungsempfindlichkeit im spezifizierten Frequenzbereich zu maximieren. Bei einer Ausführungsform kann Impedanzfehlanpassung von zwischen etwa 10 dB und etwa 15 dB in einigen Fällen toleriert werden. Bei einer Ausführungsform können die abstimmbaren Kondensatoren C1, C2, C3 und C4 unter Verwendung von in der Technik bekannten abstimmbaren Kapazitätsschaltungen implementiert werden.
3b zeigt einen abstimmbaren Richtkoppler 350, der den in 3a gezeigten Richtkoppler mit zwei Übertragern benutzt und ferner mit dem Richtungsauswahlschalter 202 und den einstellbaren Widerständen 204 und 208 gekoppelt ist. Ähnlich wie bei der in 2a abgebildeten Implementierung des Richtkopplers 200 umfasst der Richtungsauswahlschalter 202 einen Schalter, der den isolierten Port und Ausgangsport des Richtungsauswahlschalters selektiv mit einem ersten Abschlussport koppelt, der mit dem einstellbaren Widerstand 204 gekoppelt ist, und umfasst einen anderen Schalter, der den gekoppelten Port und Ausgangsport des Richtungsauswahlschalters selektiv mit einem zweiten Abschlussport koppelt, der mit dem einstellbaren Widerstand 208 gekoppelt ist. Jeder einstellbare Widerstand 204 und 208 kann eingestellt werden, um die Richtungsempfindlichkeit des abstimmbaren Richtkopplers 350 zu vergrößern. Bei einer Ausführungsform können die Übertrager 302 und 304, die einstellbaren Kondensatoren C1, C2, C3 und C4, der Richtungsauswahlschalter 202 und die einstellbaren Widerstände 204 und 208 auf einer einzigen integrierten Schaltung angeordnet werden. Als Alternative können diese Komponenten auf mehr als einer integrierten Schaltung angeordnet werden und/oder unter Verwendung diskreter Komponenten oder eine Kombination davon. Bei weiteren Ausführungsformen können der Richtungsauswahlschalter 202 und die einstellbaren Widerstände 204 und 208 mit Richtkopplerschaltungen gekoppelt werden, die unter Verwendung anderer Architekturen implementiert werden.
4 zeigt eine Ausführungsform eines Richtkopplers 400 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die Übertrager 402 und 404 umfasst. Der Richtkoppler 400 ist dem in 3a dargestellten abstimmbaren Richtkoppler 300 ähnlich, mit der Ausnahme, dass die durch Induktivität L3 des Übertragers 404 repräsentierte Wicklung mit einer Mittelanzapfung der Wicklung, repräsentiert durch L1 des Übertragers 402, gekoppelt ist, statt direkt mit dem Eingangsport des Richtkopplers 400. Zusätzlich ist die durch Induktivität L2 des Übertragers 402 repräsentierte Wicklung mit einer Mittelanzapfung der Wicklung, repräsentiert durch L4 des Übertragers 404, gekoppelt, statt direkt mit dem gekoppelten Port des Richtkopplers 400. Bei einer weiteren Ausführungsform kann der Richtkoppler 400 mit einem Richtungsauswahlschalter und einstellbaren Abschlusswiderständen gekoppelt sein, auf ähnliche Weise in 3b mit Bezug auf den Richtkoppler 350 gezeigt.
5a zeigt den einstellbaren Widerstand 500, mit dem verschiedene Ausführungsformen von Schaltungen implementiert werden können, wie etwa die einstellbaren Widerstandsschaltungen, die in Ausführungsformen von Richtkopplersystemen verwendet werden. Wie gezeigt umfasst der einstellbare Widerstand 500 Widerstände R21, R22 und R23, die miteinander in Reihe geschaltet sind. Zusätzlich ist der Transistor M21 ausgelegt zum Umgehen des Widerstands R21, der Transistor M22 ausgelegt zum Umgehen des Widerstands R22 und der Transistor M23 ausgelegt zum Umgehen von R23. Während des Betriebs 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, hat der einstellbare Widerstand 500 einen maximalen Widerstandswert, der durch selektives Ein- und Ausschalten der Transistoren M21, M22 und M23 verkleinert und eingestellt werden kann, um eine Widerstandsänderung zu bewirken.
5b zeigt den einstellbaren Widerstand 520, mit dem verschiedene Ausführungsformen von Schaltungen implementiert werden können, wie etwa verschiedene einstellbare Widerstandsschaltungen, die in Ausführungsformen von Richtkopplersystemen verwendet werden. Wie gezeigt umfasst der einstellbare Widerstand 520 Widerstände R31, R32 und R33, die miteinander parallel geschaltet sind, wobei jeder der Widerstände R31, R32 und R33 mit Transistoren M31, M32 bzw. M33 in Reihe geschaltet ist. Der Widerstand des einstellbaren Widerstands 520 kann durch selektives Ein- und Ausschalten der Transistoren M31, M32 und M33 eingestellt werden.
5c zeigt den einstellbaren Kondensator 530, mit dem verschiedene Ausführungsformen von Schaltungen implementiert werden können, wie etwa einstellbare Kapazitätsschaltungen, die bei Ausführungsformen von Richtkopplersystemen verwendet werden können. Wie gezeigt umfasst der einstellbare Kondensator 530 Kondensatoren C31, C32 und C33, die miteinander parallel geschaltet sind, wobei jeder der Kondensatoren C31, C32 und C33 mit Transistoren M31, M32 bzw. M33 in Reihe geschaltet ist. Die Kapazität des einstellbaren Kondensators 530 kann durch selektives Ein- und Ausschalten der Transistoren M31, M32 und M33 eingestellt werden. Diese Transistoren können ein- und ausgeschaltet werden, indem man ein High- und Low-Signal an die Gates dieser Transistoren anlegt.
5d zeigt eine Ausführungsform einer Implementierung eines schaltbaren Abschlussnetzwerks 540, mit dem zum Beispiel die in 2b gezeigten schaltbaren Abschlussnetzwerke 224 und 226 implementiert werden können. Das Grundelement des schaltbaren Abschlussnetzwerks 540 ist ein HF-Schalter, der sich im eingeschalteten Zustand hauptsächlich als ein Widerstand R_ON und im ausgeschalteten Zustand als eine Kapazität C_OFF verhält. Bei verschiedenen Ausführungsformen wird der Wert des eingeschalteten Widerstands und der ausgeschalteten Kapazität durch Bemessung und Stapelung der NMOS-Bauelemente optimiert.
Wie gezeigt wird das schaltbare Abschlussnetzwerk 540 implementiert unter Verwendung von 31 gestapelten NMOS-Bauelementen M_c,0,1...M_c,4,16, die einen konstanten Teil des Gesamtwiderstands bilden, und zusätzliche 31 gestapelten Bauelementen M_t,0,1...-M_t,4,16, die mit dem ersten Stapel parallel geschaltet sind, wodurch ein abstimmbarer Teil des Widerstands implementiert wird. Jeder Transistor kann einen Gatewiderstand aufweisen, um dieausgeschaltete Kapazität des jeweiligen Transistors zu minimieren. Dieser abstimmbare Teil des Widerstands wird in fünf Gruppen von Schaltern aufgeteilt, die jeweils eine binär gewichtete Anzahl gestapelter NMOS-Bauelemente aufweisen. Die Transistoren in jeder Gruppe werden gleichzeitig entsprechend Bit des Steuerbords (RTUN₀...RTUN₄) ein- oder ausgeschaltet. Bei einer Ausführungsform ist der durch das Steuersignal SW_T1 gesteuerte konstante Teil des Netzwerks im aktiven Zustand, wenn das schaltbare Abschlussnetzwerk 540 aktiviert ist, immer eingeschaltet. Dieser aktive Zustand kann zum Beispiel dem Zustand entsprechen, in dem die Schalter 230 oder 232 in den schaltbaren Abschlussnetzwerken 224 und 226 geschlossen sind. In einem Beispiel sind alle Transistoren des abstimmbaren Netzwerks gleich bemessen. Als Alternative können verschiedene Größen verwendet werden. Unter der Annahme, dass der eingeschaltete Widerstand eines Bauelements R_ON ist, werden die Mindest- und Maximalwerte des Abschlusswiderstands gegeben durch $R_{T . m a x} = 31 * R_{O N}$
und $R_{T . m i n} = 31 * R_{O N} / 2.$
Wenn das Netzwerk im getrennten Zustand arbeitet, sind alle NMOS-Bauelemente ausgeschaltet. Die übrige Kapazität ist 2C_OFF/31. Aufgrund der großen Anzahl von NMOS-Bauelementen in Reihe (31 Bauelemente) ist die gesamte ausgeschaltete Kapazität sehr klein, im Bereich von mehreren Zehntel fF. Ein Vorteil des schaltbaren Abschlussnetzwerks 540 ist, dass der Imaginärteil der Abschlussimpedanz (aufgrund niedriger Nebenschlusskapazität) sehr gering ist, was zu Breitbandabdeckung mit hoher Richtungsempfindlichkeit führt.
Es versteht sich, dass bei alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung das schaltbare Abschlussnetzwerk 540 abhängig von der konkreten Ausführungsform und ihrer Spezifikation unter Verwendung von mehr oder weniger als 31 Transistoren implementiert werden kann. Bei bestimmten Ausführungsformen können andere Bauelementetypen neben NMOS-Bauelementen verwendet werden, um das schaltbare Abschlussnetzwerk 540 zu implementieren, zum Beispiel PMOS-Bauelemente und/oder eine Kombination der verschiedenen Bauelementetypen.
6a zeigt ein HF-System 600 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das System 600 umfasst einen HF-Sendeempfänger 602, der über eine Ausführungsform des Richtkopplersystems 604 und das abstimmbare Anpassungsnetzwerk 606 mit der Antenne 612 gekoppelt ist. Der Ausgangsport des Richtkopplers 604 ist mit dem Leistungsdetektor 608 gekoppelt, dessen Ausgang mit der Steuerung 610 gekoppelt ist. Bei einer Ausführungsform stellt die Steuerung 610 das abstimmbare Anpassungsnetzwerk 606 gemäß der digitalisierten Ausgabe des Leistungsdetektors 608 ein. Wenn der Richtkoppler 604 eine Impedanzfehlanpassung zwischen dem HF-Sendeempfänger 602 und dem Eingang des abstimmbaren Anpassungsnetzwerks 606 detektiert, stellt die Steuerung 610 bei einigen Ausführungsformen das abstimmbare Anpassungsnetzwerk 606 ein, bis seine gemessene Fehlanpassung der Impedanz unter eine vorbestimmte Schwelle fällt. Bei einigen Ausführungsformen kann die Steuerung 610 zum Beispiel unter Verwendung eines Prozessors, eines Mikrocontrollers oder eigener Systemlogik implementiert werden. Während des Betriebs kann die Steuerung 610 Widerstandsabschlüsse in dem Richtkopplersystem 604 gemäß verschiedenen Ausführungsformen abstimmen oder kalibrieren. Die Steuerung 610 kann auch abhängig von der vorgenommenen Messung auswählen, welcher Ausgangsport des Richtkopplers zu dem Leistungsdetektor 608 geroutet wird. Das HF-System 600 kann zum Beispiel im Frontend eines Mobiltelefons, eines drahtlosen lokalen Netzwerksendeempfängers oder eines anderen Hochfrequenzsystems implementiert werden. Bei einigen Ausführungsformen wird das abstimmbare Anpassungsnetzwerk 606 zwischen den HF-Sendeempfänger 602 und dem Richtkoppler 604 geschaltet, wie in 6b mit Bezug auf das System 620 gezeigt.
6c zeigt eine Ausführungsform eines Radarsystems 650 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das System 650 umfasst einen Radarsendeempfänger 652, der über eine Ausführungsform des Richtkopplersystems 604 mit der Antenne 612 gekoppelt ist. Der Ausgang des Richtkopplersystems 604 ist über den Leistungsdetektor 608 mit der Steuerung 610 gekoppelt. Bei einer Ausführungsform misst das Richtkopplersystem 604 ein einfallendes Signal von der Antenne 612, das einen reflektierten Radarimpuls repräsentieren kann. Das System 650 kann zum Beispiel als Radarsystem verwendet werden, wie etwa Kraftfahrzeug- oder Proximitätsradarsysteme. Das Richtkopplersystem 604 kann zum Beispiel unter Verwendung von hier beschriebenen Ausführungsformen von Richtkopplersystemen implementiert werden. Andere beispielhafte Systeme, die Ausführungsformen von Reflexionsmessschaltungen benutzen können, wären Leistungsüberwachung in Zuführungspunkttunern mit planarer Umgedrehtes-F-Antenne (PIFA).
6d zeigt eine Ausführungsform eines Systems 660, das einen Antennenschalter 662 umfasst, der über eine Ausführungsform des Richtkopplersystems 604 mit der Antenne 612 gekoppelt ist. Der Antennenschalter 662 ist ausgelegt zum Auswählen und Koppeln eines Eingangs unter den Eingängen S1 bis SN mit dem Ausgangsknoten O1. Der Ausgangsport des Richtkopplers 604 ist über den Leistungsdetektor 608 mit der Steuerung 610 gekoppelt. Das System 660 kann zum Beispiel zur Messung der gesendeten und reflektierten Leistung in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung verwendet werden, indem eine Stellung des Polaritätsschalters in dem Richtkoppler 604 ausgewählt wird. Der Ausgang des Richtkopplers 604 kann ferner zur Durchführung von Hüllkurvenverfolgung und Antennenabstimmung verwendet werden.
Es versteht sich, dass die in 6a-d gezeigten Ausführungsformen lediglich vier Beispiele für die vielen Ausführungsformen von Systemen sind, die unter Verwendung von Ausführungsformen von Richtkopplern implementiert werden können.
7 zeigt eine Blockdarstellung einer Ausführungsform eines Verfahrens 700 zum Betrieb eines Richtkopplers mit mehreren Ports, die einen Eingangsport, einen Übertragungsport, einen isolierten Port und einen gekoppelten Port umfassen, und einem einstellbaren Abschluss, der mit mindestens einem der mehreren Ports gekoppelt ist.
Insbesondere kann das Verfahren 700 ausgeführt werden, um hier beschriebene Ausführungsformen von abstimmbaren Richtkopplern zu kalibrieren. Im Schritt 702 wird ein erstes Signal an dem Eingangsport oder dem Übertragungsport empfangen, und im Schritt 704 wird ein zweites Signal von dem isolierten Port und/oder dem gekoppelten Port überwacht. Als Nächstes wird im Schritt 706 eine Richtungsempfindlichkeit bestimmt. Bei einer Ausführungsform wird das erste Signal am Eingangsport empfangen, der isolierte Port wird überwacht und die Amplitude des gemessenen zweiten Signals wird als Maß für die Richtungsempfindlichkeit des Richtkopplers verwendet. Bei einigen Ausführungsformen ist das Verhältnis der Amplitude des ersten und zweiten Signals das Richtungsempfindlichkeitsmaß. Bei solchen Ausführungsformen entspricht eine höhere Richtungsempfindlichkeit einer kleineren Amplitude des gemessenen zweiten Signals. Bei einer anderen Ausführungsform ist die Richtungsempfindlichkeit als $R i c h t u n g s e m p f i n d l i c h k i e t = - 10 log (\frac{P_{I s o l a t e d}}{P_{C o u p l e d}})$
definiert, wobei P_Isolated die gemessene Leistung am isolierten Port und P_Coupled die gemessene Leistung am gekoppelten Port des Richtkopplers ist.
Im Schritt 708 wird die Richtungsempfindlichkeit mit einer Schwelle, zum Beispiel 25 dB, verglichen. Als Alternative können anderen Schwellen verwendet werden. Wenn die bestimmte Richtungsempfindlichkeit nicht größer als die Schwelle ist, wird die Abschlussimpedanz im Schritt 710 eingestellt, und die Schritte 702, 704 und 706 werden wiederholt, um auf der Basis der geänderten Abschlussimpedanz eine Richtungsempfindlichkeit zu bestimmen. Wenn die im Schritt 708 bestimmte Richtungsempfindlichkeit größer als die Schwelle ist, werden die aktuellen Impedanzwerte oder die Einstellungen, mit denen die einstellbaren Impedanzelemente gesetzt werden, im Schritt 712 in Speicher gespeichert, und der Kalibrationsprozess endet. Wenn die bestimmte Richtungsempfindlichkeit immer noch nicht größer als die Schwelle ist, werden die Schritte 702, 704, 706 und 708 wiederholt, bis die Richtungsempfindlichkeit größer als die Schwelle ist.
Bei einigen Ausführungsformen kann die Richtungsempfindlichkeit anstelle der oder zusätzlich zur Sicherstellung, dass eine Richtungsempfindlichkeit größer als eine Schwelle ist, maximiert werden. Zum Beispiel können die Schritte 702, 704 und 706 wiederholt werden, bis eine maximale Richtungsempfindlichkeit gefunden wird. Bei einigen Ausführungsformen können die Schritte 702, 704 und 706 wiederholt werden, bis ein Mindestsignalpegel oder ein Maximalsignalpegel an dem gekoppelten und/oder isolierten Port des Richtkopplers detektiert wird.
Es werden nun Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zusammengefasst. Aus der gesamten Beschreibung und den hier eingereichten Ansprüchen können jedoch auch andere Ausführungsformen entnommen werden. Ein allgemeiner Aspekt umfasst eine Schaltung, die einen Richtkoppler mit mehreren Ports, einschließlich eines Eingangsports, eines Übertragungsports, eines isolierten Ports und eines gekoppelten Ports; und einen einstellbaren Abschluss, der mit mindestens einem der mehreren Ports gekoppelt ist, umfasst.
Implementierungen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen. Bei einigen Ausführungsformen wird der einstellbare Abschluss mit dem isolierten Port gekoppelt und kann zum Beispiel einen einstellbaren Widerstand und/oder einen einstellbaren Kondensator umfassen. Die Schaltung kann ferner ein Richtungsauswahl-Schaltnetzwerk mit einem ersten Schalter und einem zweiten Schalter umfassen, wobei der erste Schalter ausgelegt ist zum Koppeln des isolierten Ports mit einem ersten Abschlussport des einstellbaren Abschlusses und der zweite Schalter ausgelegt ist zum Koppeln des gekoppelten Ports mit einem Schalterausgangsport in einer ersten Schaltereinstellung. Bei einer solchen Ausführungsform ist der erste Schalter ausgelegt zum Koppeln des isolierten Ports mit dem Schalterausgangsport und der zweite Schalter zum Koppeln des gekoppelten Ports mit einem zweiten Abschlussport des einstellbaren Abschlusses in einer zweiten Schaltereinstellung.
Bei einigen Ausführungsformen umfasst der einstellbare Abschluss eine erste einstellbare Abschlussschaltung, die mit dem ersten Abschlussport gekoppelt ist, und eine zweite einstellbare Abschlussschaltung, die mit dem zweiten Abschlussport gekoppelt ist. Die erste einstellbare Abschlussschaltung kann einen ersten einstellbaren Widerstand umfassen, und die zweite einstellbare Abschlussschaltung kann einen zweiten einstellbaren Widerstand umfassen. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die erste einstellbare Abschlussschaltung ferner einen ersten einstellbaren Kondensator, und die zweite einstellbare Abschlussschaltung umfasst ferner einen zweiten einstellbaren Kondensator.
Bei den dargestellten Ausführungsformen umfasst der Richtkoppler einen Übertrager mit einer zwischen den Eingangsport und den Übertragungsport geschalteten ersten Wicklung und einer zwischen den isolierten Port und den Übertragungsport geschalteten zweiten Wicklung, wobei die erste Wicklung magnetisch mit der zweiten Wicklung gekoppelt ist. Der Richtkoppler kann Folgendes umfassen: einen ersten Übertrager mit einer zwischen den Eingangsport und den Übertragungsport geschalteten ersten Wicklung und einer zwischen den gekoppelten Port und einen Referenzknoten geschalteten zweiten Wicklung, wobei die erste Wicklung magnetisch mit der zweiten Wicklung gekoppelt ist; und einen zweiten Übertrager mit einer zwischen den Eingangsport und den Referenzknoten geschalteten dritten Wicklung und einer zwischen den isolierten Port und den gekoppelten Port geschalteten vierten Wicklung, wobei die dritte Wicklung magnetisch mit der vierten Wicklung gekoppelt ist. Die Schaltung kann ferner einen mit dem Eingangsport gekoppelten ersten Abstimmkondensator; einen mit dem Übertragungsport gekoppelten zweiten Abstimmkondensator; einen mit dem isolierten Port gekoppelten dritten Abstimmkondensator; und einen mit dem gekoppelten Port gekoppelten vierten Abstimmkondensator umfassen. Bei einigen Ausführungsformen die Schaltung, bei der der Richtkoppler und der einstellbare Abschluss auf einem selben Substrat angeordnet sind, die eine selbe integrierte Schaltung sein kann.
Bei verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Richtkoppler ferner Folgendes: einen Wechselschalter mit Anschlüssen, die mit dem isolierten Port, dem gekoppelten Port und einem Schalterausgangsport gekoppelt sind; einen ersten Ein-/Ausschalter, der zwischen den isolierten Port und einen ersten Port des einstellbaren Abschlusses geschaltet ist; und einen zwischen den gekoppelten Port und einem zweiten Port des einstellbaren Abschlusses geschalteten zweiten Ein-/Ausschalter, wobei in einer ersten Schaltereinstellung der Wechselschalter den isolierten Port mit dem Schalterausgangsport koppelt, der erste Ein-/Ausschalter offen ist und der zweite Ein-/Ausschalter geschlossen ist; und in einer zweiten Schaltereinstellung der Wechselschalter den gekoppelten Port mit dem Schalterausgangsport koppelt, der erste Ein-/Ausschalter geschlossen ist und der zweite Ein-/Ausschalter offen ist.
Bei einer Ausführungsform umfasst der Richtkoppler ferner einen Wechselschalter mit Anschlüssen, die mit dem isolierten Port, dem gekoppelten Port und einem Schalterausgangsport gekoppelt sind; und der einstellbare Abschluss umfasst eine erste Vielzahl von zwischen den gekoppelten Port und einen Referenzknoten geschalteten Transistoren und eine zweite Vielzahl von zwischen den isolierten Port und den Referenzknoten geschalteten Transistoren. In einer ersten Schaltereinstellung koppelt der Wechselschalter den isolierten Port mit dem Schalterausgangsport, die erste Vielzahl von Transistoren bildet eine hohe Impedanz zwischen dem gekoppelten Port und dem Referenzknoten und die zweite Vielzahl von Transistoren bildet eine ausgewählte Impedanz zwischen dem gekoppelten Port und dem Referenzknoten, wobei die ausgewählte Impedanz kleiner als die hohe Impedanz ist. In einer zweiten Einstellung koppelt der Wechselschalter den gekoppelten Port mit dem Schalterausgangsport, die erste Vielzahl von Transistoren bildet die ausgewählte Impedanz zwischen dem gekoppelten Port und dem Referenzknoten und die zweite Vielzahl von Transistoren bildet die hohe Impedanz zwischen dem gekoppelten Port und dem Referenzknoten, wobei die ausgewählte Impedanz kleiner als die hohe Impedanz ist. Jeder der ersten Vielzahl von Transistoren unter der zweiten Vielzahl von Transistoren kann zum Beispiel unter Verwendung von NMOS-Transistoren implementiert werden, und die ausgewählte Impedanz kann durch eingeschaltete Widerstände von Transistoren der ersten Vielzahl von Transistoren und der zweiten Vielzahl von Transistoren gebildet werden.
Ein anderer allgemeiner Aspekt umfasst ein Verfahren zum Betrieb einer Schaltung, die einen Richtkoppler mit mehreren Ports, einschließlich eines Eingangsports, eines Übertragungsports, eines isolierten Ports und eines gekoppelten Ports, und einem einstellbaren Abschluss, der mit mindestens einem der mehreren Ports gekoppelt ist, umfasst. Das Verfahren umfasst Empfangen eines ersten Signals von dem Eingangsport und/oder dem Übertragungsport; Überwachen eines zweiten Signals von dem isolierten Port und/oder dem gekoppelten Port; und Einstellen des einstellbaren Abschlusses, um eine Richtungsempfindlichkeit des Richtkopplers auf der Basis der Überwachung zu vergrößern.
Implementierungen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen. Bei einer Ausführungsform umfasst der einstellbare Abschluss einen einstellbaren Widerstand und/oder eine einstellbare Kapazität, und das Einstellen des einstellbaren Abschlusses umfasst Einstellen des einstellbaren Widerstands und/oder einer einstellbaren Kapazität. Das Verfahren kann ferner Auswählen des zweiten Signals aus einem Signal des isolierten Ports und einem Signal des gekoppelten Ports umfassen. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Auswählen des zweiten Signals Auswählen einer Stellung eines Richtungsauswahlschalters mit einem Ausgangsanschluss und mit Eingangsanschlüssen, die mit dem gekoppelten Port und mit dem isolierten Port gekoppelt sind.
Ein weiterer allgemeiner Aspekt umfasst ein Hochfrequenz- bzw. HF-System mit einem Richtkoppler, der mehrere Ports umfasst, darunter einen Eingangsport, einen Übertragungsport, einen isolierten Port und einen gekoppelten Port; einem Richtungsauswahlschalter mit einem mit dem isolierten Port gekoppelten ersten Eingang, einem mit dem gekoppelten Port gekoppelten zweiten Eingang, einem Schaltersignalausgangsport, einem ersten Abschlussausgangsport und einem zweiten Abschlussausgangsport. In einem ersten Zustand ist der Richtungsausgangsschalter ausgelegt zum Koppeln des isolierten Ports mit dem Schaltersignalausgangsport und des gekoppelten Ports mit dem ersten Abschlussausgangsport. In einem zweiten Zustand ist der Richtungsauswahlschalter ausgelegt zum Koppeln des gekoppelten Ports mit dem Schaltersignalausgangsport und des isolierten Ports mit dem zweiten Abschlussausgangsport. Das HF-System umfasst ferner ein mit dem ersten Abschlussausgangsport gekoppeltes erstes einstellbares Impedanzelement und ein mit dem zweiten Abschlussausgangsport gekoppeltes zweites einstellbares Impedanzelement.
Implementierungen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen. Bei einer Ausführungsform werden das erste einstellbare Impedanzelement und das zweite einstellbare Impedanzelement eingestellt, um mindestens 20 dB Richtungsempfindlichkeit für den Richtkoppler bereitzustellen. Der Richtkoppler kann Folgendes umfassen: einen Übertrager mit einer zwischen den Eingangsport und den Übertragungsport geschalteten ersten Wicklung und einer zwischen den isolierten Port und den Übertragungsport geschalteten zweiten Wicklung, wobei die erste Wicklung magnetisch mit der zweiten Wicklung gekoppelt ist.
Bei einer Ausführungsform umfasst der Richtkoppler Folgendes: einen ersten Übertrager mit einem zwischen den Eingangsport und den Übertragungsport geschalteten ersten Wicklung und einer zwischen den gekoppelten Port und einen Referenzknoten geschalteten zweiten Wicklung, wobei die erste Wicklung magnetisch mit der zweiten Wicklung gekoppelt ist; und einen zweiten Übertrager mit einer zwischen den Eingangsport und den Referenzknoten geschalteten dritten Wicklung und einer zwischen den isolierten Port und den gekoppelten Port geschalteten vierten Wicklung, wobei die dritte Wicklung magnetisch mit der vierten Wicklung gekoppelt ist. Das HF-System kann ferner einen mit dem Schaltersignalausgangsport gekoppelten Leistungsdetektor umfassen und kann ferner eine mit dem Übertragungsport des Richtkopplers gekoppelte Antenne und einen Antennenschalter umfassen, der einen mit dem Eingangsport des Richtkopplers gekoppelten Ausgangsport aufweist.
Zu Vorteilen von Ausführungsformen gehört die Möglichkeit, hohe Richtungsempfindlichkeit mit geringer Einfügedämpfung in einem Richtkoppler zu erzielen. Ein weiterer Vorteil von Ausführungsformen von Richtkopplern ist die Möglichkeit, hohe Richtungsempfindlichkeit in einem monolithisch integrierten Richtkoppler zu erzielen.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, soll diese Beschreibung nicht im einschränkenden Sinne aufgefasst werden. Fachleuten werden bei Durchsicht der Beschreibung verschiedene Modifikationen und Kombinationen der beispielhaften Ausführungsformen sowie anderer Ausführungsformen der Erfindung ersichtlich sein.

Claims

Schaltung, umfassend: einen Richtkoppler (300; 350; 400; 604) mit mehreren Ports, die einen Eingangsport, einen Übertragungsport, einen isolierten Port und einen gekoppelten Port umfassen; und einen einstellbaren Abschluss (118; 204, 206, 208, 210), der mit mindestens einem der mehreren Ports gekoppelt ist, wobei der Richtkoppler (300; 350; 400; 604) Folgendes umfasst: einen ersten Übertrager (302; 402) mit einer zwischen den Eingangsport und den Übertragungsport geschalteten ersten Wicklung (L1) und einer zwischen den gekoppelten Port und einen Referenzknoten geschalteten zweiten Wicklung (L2), wobei die erste Wicklung (L1) magnetisch mit der zweiten Wicklung (L2) gekoppelt ist; und einen zweiten Übertrager (304; 404) mit einer zwischen den Eingangsport und den Referenzknoten geschalteten dritten Wicklung (L3) und einer zwischen den isolierten Port und den gekoppelten Port geschalteten vierten Wicklung (L4), wobei die dritte Wicklung (L3) magnetisch mit der vierten Wicklung (L4) gekoppelt ist.
Schaltung nach Anspruch 1, wobei der einstellbare Abschluss (118; 204, 206) mit dem isolierten Port gekoppelt ist.
Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der einstellbare Abschluss (118; 204, 206, 208, 210) einen einstellbaren Widerstand (204, 208) umfasst.
Schaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der einstellbare Abschluss (118; 204, 206, 208, 210) einen einstellbaren Kondensator (206, 210) umfasst.
Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner ein Richtungsauswahl-Schaltnetzwerk (202; 222) umfasst, das einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter umfasst, wobei der erste Schalter in einer ersten Schaltereinstellung ausgelegt ist zum Koppeln des isolierten Ports mit einem ersten Abschlussport des einstellbaren Abschlusses und der zweite Schalter ausgelegt ist zum Koppeln des gekoppelten Ports mit einem Schalterausgangsport; und der erste Schalter in einer zweiten Schaltereinstellung ausgelegt ist zum Koppeln des isolierten Ports mit dem Schalterausgangsport und der zweite Schalter ausgelegt ist zum Koppeln des gekoppelten Ports mit einem zweiten Abschlussport des einstellbaren Abschlusses.
Schaltung nach Anspruch 5, wobei der einstellbare Abschluss Folgendes umfasst: eine mit dem ersten Abschlussport gekoppelte erste einstellbare Abschlussschaltung (204, 206); und eine mit dem zweiten Abschlussport gekoppelte zweite einstellbare Abschlussschaltung (208, 210).
Schaltung nach Anspruch 6, wobei die erste einstellbare Abschlussschaltung (204, 206) einen ersten einstellbaren Widerstand (204) umfasst; und die zweite einstellbare Abschlussschaltung (208, 210) einen zweiten einstellbaren Widerstand (208) umfasst.
Schaltung nach Anspruch 7, wobei die erste einstellbare Abschlussschaltung (204, 206) einen ersten einstellbaren Kondensator (206) umfasst; und die zweite einstellbare Abschlussschaltung (208, 210) einen zweiten einstellbaren Kondensator (210) umfasst.
Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: einen mit dem Eingangsport gekoppelten ersten Abstimmkondensator (C1); einen mit dem Übertragungsport gekoppelten zweiten Abstimmkondensator (C2); einen mit dem isolierten Port gekoppelten dritten Abstimmkondensator (C3); und einen mit dem gekoppelten Port gekoppelten vierten Abstimmkondensator (C4).
Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Richtkoppler (300; 350; 400; 604) und der einstellbare Abschluss auf demselben Substrat angeordnet sind.
Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Richtkoppler (300; 350; 400; 604) und der einstellbare Abschluss in derselben integrierten Schaltung angeordnet sind.
Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Richtkoppler ferner Folgendes umfasst: einen Wechselschalter (228) mit Anschlüssen, die mit dem isolierten Port, dem gekoppelten Port und einem Schalterausgangsport gekoppelt sind; einen ersten Ein-/Ausschalter (230), der zwischen den isolierten Port und einen ersten Port des einstellbaren Abschlusses (204, 208) geschaltet ist; einen zweiten Ein-/Ausschalter (232), der zwischen den gekoppelten Port und einen zweiten Port des einstellbaren Abschlusses (204, 208) geschaltet ist, wobei in einer ersten Schaltereinstellung der Wechselschalter (228) den isolierten Port mit dem Schalterausgangsport koppelt, der erste Ein-/Ausschalter (230) offen ist und der zweite Ein-/Ausschalter (232) geschlossen ist; und in einer zweiten Schaltereinstellung der Wechselschalter (228) den gekoppelten Port mit dem Schalterausgangsport koppelt, der erste Ein-/Ausschalter (230) geschlossen ist und der zweite Ein-/Ausschalter (232) offen ist.
Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Richtkoppler ferner einen Wechselschalter (228) umfasst, der Anschlüsse aufweist, die mit dem isolierten Port, dem gekoppelten Port und einem Schalterausgangsport gekoppelt sind; und der einstellbare Abschluss eine erste Vielzahl von zwischen den gekoppelten Port und einen Referenzknoten geschalteten Transistoren und eine zweite Vielzahl von zwischen den isolierten Port und den Referenzknoten geschalteten Transistoren umfasst, wobei in einer ersten Schaltereinstellung der Wechselschalter (228) den isolierten Port mit dem Schalterausgangsport koppelt, die erste Vielzahl von Transistoren eine hohe Impedanz zwischen dem gekoppelten Port und dem Referenzknoten bildet und die zweite Vielzahl von Transistoren eine ausgewählte Impedanz zwischen dem gekoppelten Port und dem Referenzknoten bildet, wobei die ausgewählte Impedanz kleiner als die hohe Impedanz ist, und in einer zweiten Schaltereinstellung der Wechselschalter (228) den gekoppelten Port mit dem Schalterausgangsport koppelt, die erste Vielzahl von Transistoren die ausgewählte Impedanz zwischen dem gekoppelten Port und dem Referenzknoten bildet und die zweite Vielzahl von Transistoren die hohe Impedanz zwischen dem gekoppelten Port und dem Referenzknoten bildet, wobei die ausgewählte Impedanz kleiner als die hohe Impedanz ist.
Schaltung nach Anspruch 13, wobei alle der ersten Vielzahl von Transistoren und der zweiten Vielzahl von Transistoren NMOS-Transistoren sind und die ausgewählte Impedanz durch eingeschaltete Widerstände von Transistoren der ersten Vielzahl von Transistoren und der zweiten Vielzahl von Transistoren gebildet wird.
Verfahren zum Betrieb einer Schaltung mit einem Richtkoppler (300; 350; 400; 604) mit mehreren Ports, die einen Eingangsport, einen Übertragungsport, einen isolierten Port und einen gekoppelten Port umfassen, und einem einstellbaren Abschluss (118; 204, 206, 208, 210), der mit mindestens einem der mehreren Ports gekoppelt ist, wobei der Richtkoppler (300; 350; 400; 604) Folgendes umfasst: einen ersten Übertrager (302; 402) mit einer zwischen den Eingangsport und den Übertragungsport geschalteten ersten Wicklung (L1) und einer zwischen den gekoppelten Port und einen Referenzknoten geschalteten zweiten Wicklung (L2), wobei die erste Wicklung (L1) magnetisch mit der zweiten Wicklung (L2) gekoppelt ist; und einen zweiten Übertrager (304; 404) mit einer zwischen den Eingangsport und den Referenzknoten geschalteten dritten Wicklung (L3) und einer zwischen den isolierten Port und den gekoppelten Port geschalteten vierten Wicklung (L4), wobei die dritte Wicklung (L3) magnetisch mit der vierten Wicklung (L4) gekoppelt ist, und wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Empfangen eines ersten Signals von dem Eingangsport und/oder dem Übertragungsport; Überwachen eines zweiten Signals von dem isolierten Port und/oder dem gekoppelten Port; und Einstellen des einstellbaren Abschlusses (118; 204, 206, 208, 210), um eine Richtungsempfindlichkeit des Richtkopplers (100; 120; 200; 220; 300; 350; 400) auf der Basis der Überwachung zu vergrößern.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der einstellbare Abschluss (118; 204, 206, 208, 210) einen einstellbaren Widerstand (204, 208) umfasst und das Einstellen des einstellbaren Abschlusses (118; 204, 206, 208, 210) ein Einstellen des einstellbaren Widerstands (204, 208) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei der einstellbare Abschluss (118; 204, 206, 208, 210) eine einstellbare Kapazität (206, 210) umfasst und das Einstellen des einstellbaren Abschlusses (118; 204, 206, 208, 210) ein Einstellen der einstellbaren Kapazität (206, 210) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15-17, das ferner Auswählen des zweiten Signals aus einem Signal des isolierten Ports und einem Signal des gekoppelten Ports umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Auswählen des zweiten Signals ein Auswählen einer Stellung eines Richtungsauswahlschalters (202; 222) mit einem Ausgangsanschluss und mit Eingangsanschlüssen, die mit dem gekoppelten Port und mit dem isolierten Port gekoppelt sind, umfasst.
Hochfrequenzsystem (600; 620; 650; 660), umfassend: einen Richtkoppler (300; 350; 400; 604) mit mehreren Ports, die einen Eingangsport, einen Übertragungsport, einen isolierten Port und einen gekoppelten Port umfassen, wobei der Richtkoppler (300; 350; 400; 604) Folgendes umfasst: einen ersten Übertrager (302; 402) mit einer zwischen den Eingangsport und den Übertragungsport geschalteten ersten Wicklung (L1) und einer zwischen den gekoppelten Port und einen Referenzknoten geschalteten zweiten Wicklung (L2), wobei die erste Wicklung (L1) magnetisch mit der zweiten Wicklung (L2) gekoppelt ist; und einen zweiten Übertrager (304; 404) mit einer zwischen den Eingangsport und den Referenzknoten geschalteten dritten Wicklung (L3) und einer zwischen den isolierten Port und den gekoppelten Port geschalteten vierten Wicklung (L4), wobei die dritte Wicklung (L3) magnetisch mit der vierten Wicklung (L4) gekoppelt ist; einen Richtungsauswahlschalter (202; 222) mit einem mit dem isolierten Port gekoppelten ersten Eingang, einem mit dem gekoppelten Port gekoppelten zweiten Eingang, einem Schaltersignalausgangsport, einem ersten Abschlussausgangsport und einem zweiten Abschlussausgangsport, wobei in einem ersten Zustand der Richtungsauswahlschalter (202; 222) ausgelegt ist zum Koppeln des isolierten Ports mit dem Schaltersignalausgangsport und des gekoppelten Ports mit dem ersten Abschlussausgangsport und in einem zweiten Zustand der Richtungsausgangsschalter (202; 222) ausgelegt ist zum Koppeln des gekoppelten Ports mit dem Schaltersignalausgangsport und des isolierten Ports mit dem zweiten Abschlussausgangsport; ein mit dem ersten Abschlussausgangsport gekoppeltes erstes einstellbares Impedanzelement (204, 206); und ein mit dem Abschlussausgangsport gekoppeltes zweites einstellbares Impedanzelement (208, 210).
Hochfrequenzsystem (600; 620; 650; 660) nach Anspruch 20, wobei das erste einstellbare Impedanzelement (204, 206) und das zweite einstellbare Impedanzelement (208, 210) eingestellt werden, um mindestens 20 dB Richtungsempfindlichkeit für den Richtkoppler bereitzustellen.
Hochfrequenzsystem (600; 620; 650; 660) nach einem der Ansprüche 20-21, das ferner einen mit dem Schaltersignalausgangsport gekoppelten Leistungsdetektor (608) umfasst.
Hochfrequenzsystem (660) nach Anspruch 22, das ferner eine mit dem Übertragungsport des Richtkopplers gekoppelte Antenne (612) und einen Antennenschalter (662) umfasst, der einen mit dem Eingangsport des Richtkopplers (300; 350; 400; 604) gekoppelten Ausgangsport (Ol) aufweist.