CN110495096A - 可调谐滤波器***、装置和方法 - Google Patents

Abstract

用于可调谐滤波器的***、装置和方法，其被配置为诸如在蜂窝无线电通信领域内支持多个频带，可以包括：第一谐振器和第二谐振器，其被配置为阻止一个或多个频率范围内的信号；以及一个或多个耦合元件，其连接到第一谐振器和第二谐振器。一个或多个耦合元件可以配置为在通带内提供低***损耗。

Description

可调谐滤波器***、装置和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年1月10日提交的美国部分连续专利申请No.15/402,982的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本文公开的主题一般涉及电磁可调谐滤波器及其制造方法。更具体地，本文公开的主题涉及用于可调谐滤波器的***、装置和方法，其被配置为诸如在蜂窝无线电通信领域内支持多个频带。

背景技术

在用于蜂窝通信***(例如3GPP)的现代手持装置中，期望支持多个频带(例如，3GPP LTE频带7、1、2、3、8、5和13)。由于技术和尺寸制约的限制，传统上对多个频带的支持已使用利用半导体开关在其间切换的固定频率滤波器或双工滤波器(例如，介质同轴谐振器滤波器、SAW、BAW、FBAR)的阵列来实现。如这里所使用的，术语“滤波器”应该被理解为描述生成了频率选择性频率响应并且可以区分接收和发送频率响应(例如，大于约8dB)的任何硬件。然而，这种固定频率滤波器的使用在***的设计要求中引入了许多限制。例如，针对每个操作频带，将务必引入新的硬件集合。这些额外的硬件要求导致了在扩展频带支持时的滤波器和开关的增加，其中每个频带滤波器占用***中的额外空间，并且多路复用开关的每次投切都为每个频带滤波器的开关增加了损耗。

相比之下，随着最近关于电可调谐单谐振和多谐振滤波器(例如，RF MEMS、半导体开关电容器阵列、BST)的尺寸和性能装置的技术发展，可调谐滤波***可用于在单个***中支持多个频带。但是，可调谐***会出现自己的问题。最值得注意的是，就可调谐单谐振滤波器而言，由于调谐谐振器的损耗以及通带和阻带衰减之间的相关联的权衡，一些蜂窝***的性能并不令人满意。相反，可调谐多谐振滤波器也报告有问题，在于它们不够小，它们没有功率处理能力，或者它们太复杂或不能重复以在手持蜂窝设备中正确集成。结果，可调谐***的问题是使其成本有效且小，同时满足***要求(例如，3GPP标准)。

此外，除了用于支持多个频带的各种滤波器元件的问题之外，在频分双工***中发送器和接收器元件的相互作用也存在问题，其中发送器和接收器元件以一个或不同的频率分离同时操作。具体地，对于这种频分双工，称为双工自干扰的问题源于发送器的高功率对接收器的线性度造成挑战，其可以以高增益设置来处理相对低的功率接收水平。

解决这些问题的一种方法是产生接收器和发送器天线的空间分离(即，其中发送器和接收器具有分离的天线的***，因此在天线之间产生一些双工隔离)，但是这种配置并非在所有***中是优选的，特别是在接收器和发送器天线不能以很大距离物理隔开的***中。

然而，将发送器和接收器天线定位在紧密靠近的位置引入了进一步的设备要求和/或其他考虑因素。例如，对于发送器和接收器的共址(即，发送器和接收器出于某个接近度内的任何频分双工***，使得它们之间可能存在被辐射的电路板或电路产生的泄漏路径)，在接收路径中需要滤波器，其主要拒绝发送频率，以避免过度引导(overstearing)或抑制接收器中的互调产物。例如，可以使用接收器链中的发送器频率处的陷波滤波。类似地，在发送分支中需要滤波器，其主要在接收频率处拒绝发送器噪声。同样，为了将相同的天线共同用于发送器和接收器(即，接收器和发送器使用相同的天线元件来产生辐射的任何***)，可以使用双工滤波器。

除了在发送和接收信号之间提供隔离之外，用于蜂窝应用(例如，LTE频带应用)的频域双工的另一个问题是频带从高于发送频率的接收频率切换到低于发送频率的接收频率。例如，大多数3GPP标准LTE频域双工频带1至25具有高于发送频率的接收频率(即，正双工间隔)，但是频带13、14、20和24具有相反的顺序(即，负双工间隔)，使得接收频率低于发送频率。配置***以允许使用两种频带间距进行操作还可能需要额外的滤波器和开关。

当今手机中滤波器位置的另一个问题是滤波器对组件高度的设计约束小于1mm，因此它可能与RF收发器集成电路、数字处理集成电路和多媒体处理集成电路放在一起。

鉴于所有这些问题和设计考虑因素，期望的是用于包含可调谐滤波器的***、装置和相关方法，其可以在宽频率范围内调谐并且同时使通带(pass band)衰减最小化并使阻带(stop band)衰减最大化。此外，还期望这种滤波器改变滤波器的特性以适应负双工间隔，而不是在不同的滤波器硬件之间切换。

发明内容

根据本公开，提供了用于可调谐滤波器的***、装置和方法，其被配置为诸如在蜂窝无线电通信领域内支持多个频带。在一个方面，具有输入节点和输出节点的自适应滤波器可以包括：第一谐振器，其连接在所述输入节点和信号节点之间；第二谐振器，其连接在所述信号节点和所述输出节点之间；以及一个或多个耦合元件，其连接在所述信号节点和地之间。利用这种布置，第一谐振器和第二谐振器可以选择性地可调谐以限定阻带，所述阻带被配置为在输入节点和输出节点之间阻止具有第一信号频带内的频率的信号，并且所述一个或多个耦合元件可以选择性地可调谐以限定通带，所述通带被配置为在输入节点和输出节点之间使具有第二信号频带内的频率的信号通过。特别地，一个或多个耦合元件可以可调谐为：(1)第一模式，在该第一模式下一个或多个耦合元件的耦合阻抗被调谐为使得通带在小于阻带内频率的频率处具有最小通带***损耗，以及(2)第二模式，在该第二模式下一个或多个耦合元件的耦合阻抗被调谐为使得通带在大于阻带内频率的频率处具有最小通带***损耗。

在另一方面，一种用于调整可调谐滤波器的方法可以包括：在输入节点和信号节点之间连接第一谐振器，在信号节点和输出节点之间连接第二谐振器，并且在信号节点和地之间连接一个或多个耦合元件，其中第一谐振器、第二谐振器和一个或多个耦合元件是电可调谐的。该方法还可以包括选择性地调整第一谐振器或第二谐振器中的一个或多个的调谐设置以限定阻带，所述阻带被配置为在输入节点和输出节点之间阻止具有第一信号频带内的频率的信号。该方法还可以包括选择性地调整一个或多个耦合元件的调谐设置以限定通带，所述通带被配置为在所述输入节点和所述输出节点之间使具有第二信号频带内的频率的信号通过。特别地，选择性地调整一个或多个耦合元件的调谐设置可以包括：在(1)第一模式和(2)第二模式当中选择性地调谐一个或多个耦合元件，在所述第一模式下一个或多个耦合元件的耦合阻抗被调谐为使得通带在小于阻带内频率的频率处具有最小通带***损耗，并且在所述第二模式下一个或多个耦合元件的耦合阻抗被调谐为使得通带在大于阻带内频率的频率处具有最小通带***损耗。

虽然本文公开的主题的各方面已在上文陈述，并且这些方面全部或部分地由当前公开的主题实现，但是当结合附图进行描述时，其他方面将变得明显，如下文中最佳描述的。

附图说明

从以下详细描述将更容易理解本主题的特征和优点，所述详细描述应结合仅借由解释性和非限制性示例给出的附图来阅读，并且其中：

图1至图8中每个示出了根据本公开主题的实施例的可调谐滤波器的配置的电气示意图；

图9至图15中每个示出了根据本公开主题的实施例的可调谐滤波器在各种调谐状态下的频率响应的曲线图；

图16是根据本公开主题的实施例的可调谐滤波器的电感器Q与电感器直径的曲线图；

图17是根据本公开主题的实施例的可调谐滤波器的衰减与电感线圈直径的曲线图；

图18是根据本公开主题的实施例的智能手机平面图；

图19示出了根据本公开主题的实施例的包含可调谐滤波器的天线双工***的示意图；

图20示出了根据本公开主题的实施例的包含可调谐滤波器的天线配置的示意图；

图21示出了根据本公开主题的实施例的与可调谐滤波器一起使用的各种基站和通信链路的示例的示意图；并且

图22示出了根据本公开主题的实施例的包含可调谐滤波器的天线双工***的示意图。

具体实施方式

本主题提供了使用可调谐滤波器的***、装置和相关方法，其可以在宽频率范围内调谐并且同时使通带衰减最小化并使阻带衰减最大化。这种滤波器***、装置和方法可以降低可调谐解决方案的大小，使其更具成本效益，并且同时解决消除不需要的干扰的问题(例如，来自无线通信终端中的发送器的干扰)。如这里所使用的，术语滤波器应该被广泛地理解为生成频率选择性频率响应并且可以区分接收和发送频率响应(例如，大于约8dB)的任何硬件。

具体地，在一个方面，本主题提供可调谐滤波器***、装置和方法，其中多个谐振器可用于阻止一个或多个频率范围内的信号。例如，参照图1，用于可调谐滤波器的一种配置(通常指定为100)可以包括连接在第一端口P1和第二端口P2之间的第一谐振器(通常指定为110)以及第二谐振器(通常指定为120)。特别地，在图1中示出的配置中，第一谐振器110包括连接在第一端口P1和地之间的第一电容元件112，并且第二谐振器120包括在第二端口P2和地之间以串联布置连接的第二电容元件122和第二电感元件124(即，一种双端子导电元件，被表征为其通过在其端子之间运行(变化的)电流来存储磁场能量的能力)。

电容元件(例如，第一电容元件112和第二电容元件122)可以是电可调谐电容器。具体地，例如，谐振器的电容元件可以是使用各种技术(例如，铁电、顺电、MEMS和/或固态技术)中的任何一种实施的可变电容器，使得可变和/或可切换电容(例如，在约0.7和1.1pF之间)通过改变电场或磁场来实现。无论电容元件的具体实施方式如何，可变电容器的一个端子(例如，高寄生侧)可以连接到谐振器的端子，该谐振器的端子连接到信号地。在该配置中，可调谐滤波器100可以提供具有低Q可调谐组件的陷波滤波器，以具有用于蜂窝和无线***的足够性能。(参见例如图2A、图3和图4A)可替选地，每个谐振器的电容器的一个端子可以连接到谐振器的端子，该谐振器的端子连接到信号路径(即，与第一端口P1或第二端口P2中的一个通信)。(参见例如图2B和图4B)。在该配置中，可以在电容器技术基板中提供内部/直接连接，但是这种布置可以使谐振器更容易受到来自电容器寄生效应的寄生负载的影响。

可调谐滤波器100的配置的优点可以扩展到包括上面讨论的多个谐振器(即，两个或更多个)以及多个耦合元件，以结合包括电感元件和电容元件的耦合谐振器带阻滤波器的优点。如图2A至图4B中示出的，例如，可调谐滤波器100可以再次包括第一谐振器110和第二谐振器120。特别地，在这些配置中的每个中，第一谐振器110可以包括一个或多个电容元件112和一个或多个电感元件114的串联连接，所述一个或多个电容元件112可以被配置为耦合电场，而所述一个或多个电感元件114可以具有固定的电感(例如，约44nH)，并且可以被配置为与电容元件112谐振。类似地，第二谐振器120可以包括一个或多个电容元件122和一个或多个电感元件124的串联连接。

然而，除了这些组件之外，在图2A至图4B中示出的配置中，可调谐滤波器100还可以包括一个或多个耦合元件130，其可以在通带内提供低***损耗(例如，小于约5-7dB)。耦合元件130可以以各种配置中的任何一种提供，但是每种情况下至少包括具有两个端子的阻抗元件，其通过导电材料连接到第一谐振器110和第二谐振器120两者的信号节点，以便在谐振器之间产生耦合。具体地，例如，在耦合元件130连接在第一谐振器110和第二谐振器120之间的情况下，可调谐滤波器100中的总通带损耗在所期双工频率处可小于约5-7dB(例如，对于接收信号路径中的滤波器，接收频率处的通带损耗小于约5-7dB)。另外，耦合元件130可以提供与第一谐振器110和第二谐振器120处的阻抗匹配的双共轭阻抗(simultaneous conjugate impedance)。具体地，通过对耦合元件130的阻抗编程，可以改变发生双共轭匹配的频率，从而可以改变通带的频率。

通过改变耦合元件130的形式，可以根据需要调整可调谐滤波器100的响应。具体地，在一些实施例中，例如，耦合元件130的阻抗元件包括电容元件。特别地，耦合元件130的阻抗元件可以包括可变电容器，其中通过改变电场或磁场(例如MEMS电容器)来实现电容的变化(例如，在约0.7和2.8pF之间)。相比之下，在一些实施例中，耦合元件130的阻抗元件包括电感元件(即，被表征为其通过在其端子之间运行(变化的)电流来存储磁场能量的能力)。在一些实施例中，耦合元件130的电感元件可具有固定的电感(例如，约20nH)。可替选地或另外地，在一些实施例中，耦合元件130可以是可变阻抗元件，其被配置为通过改变电场或磁场来改变耦合阻抗。

在图2A中示出的特定配置中，例如，耦合元件130包括连接在第一端口P1和第二端口P2之间的第一耦合电容元件132。如图2B中示出的，耦合电感元件134可以与第一端口P1和第二端口P2之间的第一耦合电容元件132串联设置。在这种布置中，串联连接的电感元件和电容元件的组合阻抗响应可以大部分上等于从串联LC电路已知的阻抗响应，并且像这样可以在谐振时具有低阻抗。可替选地，图3中示出的配置还包括与第一耦合电容元件132并联连接的第二耦合电容元件133。在又一可替选布置中，图4A和图4B中示出的配置包括与第一耦合电感元件132并联连接的耦合电感元件134。在这样的配置中，耦合元件130可以具有阻抗功能，其大部分上等效于在谐振时具有高阻抗的并联LC电路。另外，第一耦合电容元件132可以是可变电容器(例如MEMS可变电容器)，其中可以通过调整第一耦合电容元件132的电容来有效地调谐耦合电感元件134的电感。

在这些示例性配置中的任何一个中，可以通过调谐第一电容元件112或第二电容元件122中的一个或两个来控制滤波器陷波或阻带频率。此外，通带特性可以通过耦合元件130中的电感元件和电容元件的配置来确定，其中这些特性通过调谐第一耦合电容元件132的值而是可编程的。在耦合元件130包括电感元件和电容元件的配置中(参见例如图2B、图4A和图4B)，这些元件的组合阻抗可以在所期操作频带(即，RX和TX频率)处选择性地主要是电感式的或主要是电容式的。在这方面，可以配置耦合元件130的电感值和电容调谐范围，使得组合阻抗可以在信号通带处选择性地转为电感式(例如，C＝C_min)或电容式(例如，C＝C_max)。换句话说，在一些实施例中，1/ωC_min可以大于r·ωL，并且1/(ωC_max)可以小于1/r·ωL，其中ω是信号通带频率，L是电感值，C_max是最大可调谐电容，C_min是最小可调谐电容，并且r是大于1的常数(例如，1.33)。

此外，阻抗元件能够在输入(即第一端口P1)和输出(即第二端口P2)之间产生可变频率响应。以这种方式，通带和匹配可以相对于陷波频率移动。实际上，在一些实施例中，通带可以移动到陷波的任一侧，从而允许正频率双工间隔和负频率双工间隔两者。然而，在任何调谐状态中，可调谐滤波器100仍然可以被配置为在对应的双工频率下使总通带损耗最小化(例如，总损耗小于约5-7dB)并且使阻带衰减最大化(例如，衰减大于约15dB-18dB)。

在图5至图8中示出的一系列可替选配置中，可调谐滤波器100可以再次包括与第一端口P1通信的第一谐振器110、与第二端口通信的第二谐振器120、以及与第一谐振器110和第二谐振器120两者通信的一个或多个耦合元件。然而，与上面讨论的先前配置相比，可以配置根据图5至图8中示出的实施例的可调谐滤波器100，使得第一谐振器110和第二谐振器120以串联布置连接在第一端口P1和第二端口P2之间，并且一个或多个耦合元件130连接到第一谐振器110和第二谐振器120的串联连接之间的节点。

在该总体布置中，第一谐振器110可以在第一端口P1和第三端子T3之间的陷波频率处提供最大隔离。类似地，第二谐振器120可以在第四端子T4和第二端口P2之间的陷波频率处提供最大隔离。在一些实施例中，例如，阻带衰减可以大于约15-18dB。在第三端子T3和第四端子T4之间，耦合元件130用作可变阻抗网络，以在所期通带频率(例如，小于约5-7dB的通带损耗)处优化第一端口P1和第二端口P2之间的总功率传送。谐振器和耦合元件的频率可以通过控制和电场或磁场(例如，如在MEMS装置、半导体开关阻抗网络或场调制电介质(BST)中的那样)来改变。

关于这些配置中的元件的特定布置，图6至图8中的每个示出了可调谐滤波器100的配置，其中第一谐振器110包括在第一端口P1和第三端子T3之间彼此并联连接的第一电容元件112和第一电感元件114。类似地，第二谐振器120包括在第四端子T4和第二端口P2之间彼此并联连接的第二电容元件122和第二电感元件124。然而，图6至图8中示出的特定配置在耦合元件130的特定布置中不同。特别地，例如，图6中示出的配置中的耦合元件130包括单个耦合电容元件132(例如，可调谐电容器)，其连接在第一谐振器110和第二谐振器120两者的信号节点(即，与第三端子T3和第四端子T4两者通信)与地之间。在图7中示出的配置中，耦合元件130包括在信号节点和地之间彼此并联连接的耦合电容元件132(例如，可调谐电容器)和耦合电感元件134。在图8中，耦合元件130被示出为包括连接在信号节点和地之间的单个耦合电感元件134。

无论可调谐滤波器100的具体配置如何，第一谐振器110、第二谐振器120和/或耦合元件130中的一个或多个可以是电可调谐的(例如，通过使用可变或可切换的电容器)。以这种方式，可调谐滤波器100可以提供通带和阻带之间的可变频率距离，同时与用于蜂窝和无线手持式组件的常规滤波器配置相比而言仍具有小尺寸。此外，包括耦合元件130允许了可调谐滤波器100提供具有可调谐电容器的陷波滤波器，即使在该可调谐电容器对信号接地表现出高水平的寄生电容的配置中也是如此。此外，在一些实施例中，可调谐阻带特性和可调谐通带特性使能可调谐滤波器100被编程，使得最小通带***损耗可以在阻带的较高频率侧或在阻带的低频侧。

该功能使得可调谐滤波器100非常适合用于无线通信***，诸如在蜂窝通信***中。特别地，可调谐滤波器100可以用在蜂窝通信***的移动终端中，诸如在具有用于接收和发送的分离的天线和分支的移动终端的发送路径或接收路径中。当在无线通信***中使用时，可调谐滤波器100可被调谐以用于在各种频带中的任一个中操作。

特别地，例如，图9示出了当在3GPP LTE频带号3(包括测量结果m8、m9、m10和m11的曲线)、频带号2(包括测量结果m4、m5、m12和m13的曲线)、频带号1(包括测量结果m1、m2、m6和m7的曲线)和频带号7(包括测量结果m13、m14、m15和m16的曲线)中使用时可调谐滤波器100的频率响应。图10示出了当可调谐滤波器100作为3GPP LTE频带号12(包括测量结果m3、m4、m5和m12的曲线)、频带号5(包括测量结果m1、m2、m6和m7的曲线)以及频带号8(包括测量结果m13、m14、m15和m16的曲线)中的正双工间隔的可调谐接收(RX)滤波器操作时其频率响应的示例。图11示出了当可调谐滤波器100作为负双工间隔的可调谐RX滤波器操作时其频率响应的示例。图12示出了当可调谐滤波器100作为3GPP LTE频带号5(包括测量结果m1、m2、m6和m7的曲线)、频带号8(包括测量结果m13、m14、m15和m16的曲线)以及频带号12(包括测量结果m3、m4、m5和m12的曲线)中的正双工间隔和3GPP LTE频带号13(包括测量结果m8、m9、m10和m11的曲线)中的负双工间隔两者的可调谐RX滤波器操作时的频率响应的示例。

因此，为了实现这些复杂的调谐模式，可调谐滤波器100中的一个或多个的功能可以去限定可调谐阻带特性和可调谐通带特性。具体地，可调谐滤波器100可以被配置为是可调谐的，使得可以将最小通带***损耗编程为，当处于第一双工模式时在阻带的较高频率侧，或当处于第二双工模式时在阻带的较低频率侧。为了将该功能置于上下文中，例如，在将可调谐滤波器100结合到接收信号路径中的情况下，它可以是可调谐的，使得在阻带之上的频率处(即，“正”双工间隔，诸如图10中示出的)或者在阻带之下的频率处(即“负”双工间隔，诸如图11中示出的)提供通带。具体地，可调谐滤波器100可以被配置为在对应的双工频率处具有小于7dB的总路径带损耗和大于18dB的阻带衰减(即，如果滤波器是接收滤波器，则它在接收频率下的通带损耗小于7dB，并且在发送频率下的衰减大于18dB)。

可调谐的阻带特性可以作为S21传输特性中的陷波频率的变化来监视。同样，在S21传输中可以看到可调谐通带特性，但是通带相对于在S11反射特性中移动一个或多个陷波(即，阻带)是更明显地可监视的。两条曲线在图13中示出，其示出了固定陷波频率设置的通带调谐的示例(在顶部的S21传输，并且在底部的S11反射)。注意，通带调谐在其反射响应中是最为显著的。在这方面，图14和图15示出了针对固定的陷波频率设置的通带调谐的示例实施例。特别地，图14示出了S21传输，并且图15示出了S11反射。关于这些示例性频率响应，应注意，当电容增加时，调谐耦合元件130中的电容值(例如，上面关于图2A-图4B、图6和图7中示出的实施例所讨论的第一电容元件132的电容值)可以使通带和匹配频率从较高频率移动到较低频率(例如，在图14-图15中从右到左)，这可以将通带从传输陷波的一侧移动到传输陷波的另一侧。以这种方式，可调谐滤波器100可以是可操作的，以在“正”和“负”双工模式中提供所期滤波器响应(参见例如图12)。

关于可调谐滤波器100的独立元件的实施方式，电容元件(在谐振器中和/或耦合元件中)可以包括如上面讨论的可变电容器。可以通过改变电场或电流来控制这种可变电容器。在一些实施例中，使用如CMOS、SOI(绝缘体上硅)、PHEMT、微机电***(MEMS)技术或可调谐陶瓷(例如，BST)的半导体技术来生产可变电容器。在这方面，可以使用机电致动(例如MEMS)或电场致动(例如，pin二极管、如BST的可调谐电介质)来实现调整这种可变电容器的电容。可替选地，可以使用连接到电容阵列的电气半导体开关来调整电容。在这样的布置中，电气半导体开关可以基于电压场切换(例如，PHEMT、JFET、CMOS)或电流切换(例如，如GaAs HBT的双极晶体管)。在一些实施例中，使用串行总线(例如，SPI、RFFE、I2C)或可编程寄存器(其通过半导体装置(例如，晶体管、栅极、ADC)来控制可变电容器的电容值)，可变电容可以是可编程的。在这种可编程配置中，可变电容可以可编程为整数个离散电容设置。例如，可变电容根据二进制加权方案可以是可编程的，或者它们根据线性加权方案可以是可编程的。

电感元件(在谐振器和/或耦合元件中)可以用导电材料的线圈(即，匝(turns))通过以下方式来实施，该方式是使线圈与如：缠绕式螺旋电感器、缠绕式方形螺旋电感器、平面电感器、多层平面电感器(例如，薄膜或厚膜电感器)、或平面技术中的垂直电感器来共享相同的磁场。在一些实施例中，例如，电感元件可具有大于约0.7mm的外导体匝直径或有效导体绕组孔径(例如，x、y)。可替选地，可以使用多匝单块的导电材料(例如，铜、铝、金、银)的绕线来实施电感元件。在另一替代方案中，可以通过使用导线接合技术(例如，形成螺旋状结构)使用接合导线的线圈来实施电感元件。在一些实施例中，电感元件可以使用机械成形、蚀刻、印刷或激光直接成型(LDS)结构而实施为梯形电感器。特别参考谐振器中使用的电感元件，可以使用介电(例如，陶瓷)同轴电缆(例如，方形或圆形)的一部分来实施电感元件。在其他实施例中，电感元件可以是SMD/SMT组件，其被制造以SMD/SMT焊接工艺方式使用。

不管电感元件的具体形式如何，第一谐振器110和第二谐振器120可以配置为使得其每个的电感元件之间的磁耦合减小。具体地，例如，每个谐振器的电感元件可以尽可能远地彼此分开。可替选地或另外地，电感元件可以以接近90度的角度(即，在约45度和135度之间)放置，以使两个电感元件的磁场尽可能正交，以进一步减小谐振器之间的磁耦合。

此外，在一些实施例中，可以布置从第一谐振器110连接到耦合元件130的第一端子的第一导体，使得其基本垂直于从第二谐振器120连接到耦合元件130的第二端子的第二导体，以使输入和输出之间的耦合最小化。另外，在一些实施例中，从第一端口P1连接到耦合元件130的第一端子的第三导体可以基本垂直于从第二端口P2连接到耦合元件130的第二端子的第四导体，以便使输入和输出之间的耦合最小化。此外，关于这些元件的布置，第一导体和第三导体的共享路径(以及第二导体和第四导体的共享路径)可以具有阻抗，这是因为其电气长度在操作频率下(即，在信号和拒绝频率下)小于耦合电容元件132的阻抗。这确保了低通带损耗(例如，小于约5-7dB)和对应的高阻带隔离(例如，衰减大于约15-18dB)。

进一步关于可调谐滤波器100的实施方式，它可以实施在模块中或印刷电路板或印刷线路板上。例如，可调谐滤波器100可以使用模块技术来实施，其被表征为具有公共载体(例如，用于平面电路半导体的晶片，诸如硅晶片；用于处理MEMS装置的晶片；或通常用于包装和模块的“条带(strip)”，其中该条带可以使用包装叠层处理、印刷电路板(PCB)技术或构建板处理来制造)，其中多个模块的组件被集成或安装和互连。模块可以通过将公共载体(例如，使用SAW或布线)分成独立模块来切割分离，而在切割分离之前，模块可以过度模制(over molded)或被其他装置封闭来屏蔽或产生规则的顶表面。在一些实施例中，这种电路可以使用焊球、焊膏和/或导线接合的连接。在一些实施例中，电容元件(例如，第一电容元件112、第二电容元件122、第一耦合电容元件132、第二耦合电容元件133)都可以在单个制造流程中构造。例如，电容元件可以都驻留在公共基板(例如，半导体管芯)上。类似地，在一些实施例中，电感元件和电容元件可以装配并连接在模块或其他混合配件中。此外，可以提供连接点，外部电感器可以连接到该连接点以完成可调谐滤波器频率特性。在一些实施例中，电感元件和电容元件可以安装在给定电路叠层的同一侧，或者电感元件和电容元件可以安装在电路叠层的相对侧上。在另一替代方案中，电感元件可安装在电路叠层的边缘上(例如，用于边缘安装)。在任何布置中，电路叠层可以进一步焊接到连接多个模块(例如，PA、滤波器、收发器、电源)的***印刷电路板，并且这种***印刷电路板可以是蜂窝电话或调制解调器的一部分。

例如，关于蜂窝电话内的可调谐滤波器100的特定物理配置，可调谐滤波器100中的一个或多个可以被并入在电话中，使得可以允许可调谐滤波器100的更大相对高度(例如，高于1mm)，从而允许可调谐滤波器100中的谐振器组件同样更高。在低于1GHz的频率下，这种额外的间隙可能是期望的，以便为可调谐滤波器提供足够高的Q值。因此，可调谐滤波器100的实施方式可以提供组合解决方案，使得令人满意是，将可调谐滤波器100放置在电话板上的允许更高建筑物高度的位置(例如，具有超过约1.0mm的高度)，从而允许使用更高直径的电感器来增加电感器Q，并且从而使可调频率滤波器特性对***要求是合意的。

在这方面，在一些实施例中，可调谐滤波器100可以放置在具有高于1mm的隔间的电话的隔间中的印刷电路板上，这可以允许可调谐滤波器100具有1mm或更高的高度。可替选地或另外地，可调谐滤波器100可以位于不与显示器所在区域垂直重叠的电话的隔间中的PCB上。此外，可调谐滤波器100可以位于不与电池所在区域垂直重叠的电话的隔间中的PCB上。图16和图17中示出了配置***以允许这样增加谐振器尺寸的一些好处，其中电感器Q与电感器直径的比较(图16)以及由此产生的陷波改善与电感器直径的改善(图17)使用商用电感器示出。在图18中示出了示例性智能手机平面图，其示出了组合的可调谐滤波器/天线模块、RF收发器TRX、数字信号处理器/微控制器单元DSP/MCU和多媒体控制器MMC。特别地，在图18中示出的实施例中，第一接收可调谐滤波器100a-1、第二接收可调谐滤波器100a-2和发送可调谐滤波器100b围绕***的***被布置在具有改善的垂直间隙以允许使用更大谐振器的位置。

不管具体配置如何，可调谐滤波器100可以在无线通信***中实施，诸如在蜂窝通信***中，以制造无线频分双工***，其适应对所选无线电通信要求的滤波器响应。如上面讨论的，常规解决方案要求***在多个滤波器之间切换(即，在匹配的***中，例如50ohm)，以允许在被通过或阻止的频率范围中调整。相比之下，图19示出了两个天线双工***，其中可调谐滤波器100的实施例可以被实施为在不需要多个滤波器的情况下服务多个频带。在配置(a)中，例如，可以提供第一可调谐滤波器100a和第二可调谐滤波器100b，其分别与接收天线Rx ANT和发送天线Tx ANT中的每个通信。取决于发送和接收两者的所期操作频率，第一可调谐滤波器100a和第二可调谐滤波器100b可以被调谐以便为相应天线提供最小通带衰减和最大阻带衰减。可替选地，图19中的配置(b)示出了利用多频带天线实施第一可调谐滤波器100a和第二可调谐滤波器100b的实施例。对第一可调谐滤波器100a和第二可调谐滤波器100b的调谐状态的调整可以再次分别调整接收和发送两者的操作频率，并且它们可以进一步使它们的滤波器特性适应正和负接收-发送双工间隔。因此，该配置允许第一可调谐滤波器100a和第二可调谐滤波器100b的谐振器重用于负和正双工间隔。在这方面，第一可调谐滤波器100a和第二可调谐滤波器100b可以被配置用于调谐一个或多个输入和输出之间的信号路径频率响应。

在一些实施例中，例如，可以计算(或查找)双工间隔的“符号”。在双工间隔为“负”的情况下(例如，频带13、14、20、24)，第一可调谐滤波器100a的通带可以设置为低于发送频带频率。否则，可以将通带设置为高于发送频带频率。在发送信号路径中，第二可调谐滤波器100b的阻带可以设置为接收频带频率(或者如***损耗所允许那样的接近接收频带)。同样，如果双工间隔是“负”，则第二可调谐滤波器100b的通带可以设置为高于接收频带频率。否则，可以将其设置为低于接收频带频率。

对于有限Q分量，并且特别是对于具有最小电路复杂度和***损耗的LC电路，所期阻带和通带之间的间隔将彼此足够接近，使得阻带和通带的边缘可能位于滤波器的拒绝陷波和低***区域之间的滤波器频率响应过渡区域中。在这种情况下，可以在阻带的边缘处实现的拒绝与通带边缘处实现的***损耗之间进行调谐设置的权衡。可能的是，第一可调谐滤波器100a的阻带可以设置为发送频带频率，但如果不是，则可以将其设置为如得到的接收频带***损耗规范所允许那样的接近发送频带。

在任何配置中，不是在多个滤波器之间切换，而是可调谐滤波器100可以通过改变滤波器的特性而在宽频率范围内调谐。具体地，例如，可调谐滤波器100可以改变滤波器电路内的无功阻抗，而不是在滤波器电路外部的非无功阻抗处切换。例如，在图20中示出的一般配置中，例如，天线ANT连接到信号传送块STB、可调谐滤波器100和信号处理链SPC，并且被配置用于与远程无线通信单元通信。例如，远程无线通信单元可以是基站(例如，蜂窝基站)。在这里，我们将使用术语“基站”用于使用固定位置天线(即基站)为区域内的一个或多个用户或装置服务的任何转发单元(transponding unit)。例如，如图20中示出的，远程无线通信单元可以是3GPP基站收发信台BTS，但是根据该术语，其他单元(例如，NB和eNB)可以被认为是基站。图21示出了用于3GPP标准的各种基站(例如，BTS、NB、eNB)和通信链路的示例。

在这种配置中，天线ANT通过直接耦合(例如，自辐射天线)或通过耦合到另一金属表面(例如，端子接地底盘(terminal ground chassis))向远程无线通信单元提供发送或接收信号的电磁耦合。在一些配置中，天线ANT可以包含一个或多个信号路径输入/输出以及用于负载调谐的一个或多个连接点。此外，在一些配置中，天线ANT本身可以包含可选地可以是可调谐的匹配电路。

信号传送块STB提供天线ANT和可调谐滤波器100之间的信号连接。在该配置中，信号传送块可以包括以下中的一个或多个：固定频率滤波器(例如，谐波滤波器)、配置用于放大输入和输出之间的水平的放大器、电磁耦合路径(电感性或电容性)、用于使信号频带宽最大化的电路、输入和输出之间的导电连接(例如，短路或传输线类型)、或其组合。信号处理链SPC是对(进一步处理接收信号的)单元的信号路径的输入或对(处理发送信号的)单元的信号路径的输出中的一个或两个。在这方面，处理接收信号的单元可以包括低噪声放大器(LNA)、频率选择下变频混频器、可变增益放大器(VGA)、信号选择滤波***、ADC***和数字处理***(例如，DSP)中的一个或多个。处理发送信号的单元可以包括数字处理***、振荡器、调制器和一个或多个放大器级中的一个或多个。在该布置中，***可以被配置为根据标准化主体(例如，3GPP)根据无线标准传送调制信号。

在一些实施例中，例如，可调谐滤波器100的配置可以选择性地允许信号在阻带的任一侧通过。换句话说，可调谐滤波器100可被调谐为具有发送频率或接收频率下的阻带，并且可调谐滤波器100可被编程为以第一操作模式操作，其中接收频率或发送频率下的主要通带高于阻带频率，或被编程为以第二操作模式操作，其中主要通带低于接收频率或发送频率(即，可逆双工顺序)。此外，除了相对于阻带是可逆的之外，通带还可以在阻带的一侧或多侧上可调谐到多于一个频率(即，可调谐双工间隔)。类似地，阻带同样可以在频率上可调谐。在任何配置中，如上面指出的，可以通过施加伪静电场或磁场来实现改变阻抗和/或频率特性所需的阻抗的变化。

使用图22中示出的示例性配置，无线***可以包括并入到接收信号路径中的第一可调谐滤波器100a和第一控制器150a，其可以进一步包括LNA、频率选择正交下变频混频器、VGA、信号选择滤波***、ADC***和数字处理***(例如DSP)中的一个或多个。另外，第一控制器150a可以在信号链路中连接到天线，其中天线接收来自基站的信号，并且第一可调谐滤波器100a的输出将现在滤波后的信号传送到无线装置的接收分支(例如，LNA输入)。同样，第二可调谐滤波器100b和第二控制器150b可以并入到发送信号路径中。另外，第二可调谐滤波器100b可以从无线装置的发送分支(例如，从功率放大器(PA)预驱动器)接收信号，并且借由信号传送路径(例如，PA)可以将发送信号传送到天线元件，其进一步将信号传送到基站。

第一可调谐滤波器100a和/或第二可调谐滤波器100b中的一个或两个可以被配置为提供可调谐阻带和相对于相应阻带的可调谐通带。在这方面，第一控制器150a和第二控制器150b中的一个或两个可以包括数字控制接口(例如，SPI、I2C或RFFE接口)，其可以包括锁存寄存器和解码和连接电路，其能够读取锁存寄存器信息并应用该信息以分别改变第一可调谐滤波器100a或第二可调谐滤波器100b中的可变元件的阻抗。在一些实施例中，第一可调谐滤波器100a和/或第二可调谐滤波器100b中的一个或两个可以响应(例如，基于UE下行链路协议栈信息)由无线基站控制器给出的命令。以这种方式，第一可调谐滤波器100a或第二可调谐滤波器100b中的相应一个可以根据被分配用于接收或发送的频带来设置频率响应。

可替选地，第一可调谐滤波器100a或第二可调谐滤波器100b中的相应一个可以根据被分配用于接收或发送的物理频率信道来设置频率响应。在这种情况下，在没有下行链路协议链路或广播信息被解码的情况下(例如，使得电路进入建立功率过频扫描的过程)，第一控制器150a和/或第二控制器150b被配置为根据被扫描功率的信道、频率或频带(例如，搜索高功率广播信道)来设置第一可调谐滤波器100a和/或第二可调谐滤波器100b中的相应一个的频率响应。关于信道或频率的该信息可以获取自分层UE协议栈(例如，3GPP信道号)或处理链中的某个地方，其进行信道号到PLL设置的转换。以这种方式，第一控制器150a或第二控制器150b中的相应一个可以分别根据被分配用于接收或发送的物理频率信道来设置对应电路或子电路的频率响应。

第一控制器150a和第二控制器150b两者都可以从主控制单元200接收控制输入，以控制通信协议到基站BTS和从基站BTS而来的通信协议。多媒体控制器或应用处理器210可以被提供以与主控制单元200通信，从而控制用户操作***(例如，利用图形界面)或用户应用程序等。在一些实施例中，DSP、主控制单元200和多媒体控制器或应用处理器210可以具有共享硬件和一个或多个处理器。

无论连接设备的具体配置如何，可调谐滤波器100可根据与可调谐滤波器100通信时提供的控制单元的设置而在其输入和输出端子(例如，上面讨论的实施例中的第一端口P1和第二端口P2)之间提供频率选择性滤波响应。具体地，可调谐滤波器100可以被配置为提供可调谐带阻特性和编程模式，以允许移动一个或多个主要阻带频率(例如，用于抑制双工自干扰的可移动陷波)。例如，可调谐滤波器100可以提供可调谐通带特性和编程模式，以允许通带频率相对于阻带频率移动，和/或可以提供可调谐通带特性，以允许在一种情况下的主要通带高于主要阻带频率，并且另一种模式允许该模式下的主要通带低于主要阻带频率。

在这方面，提供了一种用于操作可调谐滤波器以支持多个频带的方法。参考图22中示出的***配置，例如，该方法可以由主控制单元200运行。该方法可以涉及在搜索信号功率时查找扫描频率。可以远离PLL扫描频率调谐第一可调谐滤波器100a的阻带，并且第一可调谐滤波器100a可以进一步被编程为使通带与PLL扫描频率对准。可以以扫描频率执行扫描，并且可以查找下一个扫描频率。如果在第一可调谐滤波器100a中测量出的损耗在扫描频率处太高(或者甚至作为默认值)，则可以再次重置通带和阻带设置。否则，可以为下一次扫描保持通带和阻带设置。

一旦建立了下行链路BTS信息，则该方法可以涉及查找接收频带频率，调谐第一可调谐滤波器100a的阻带远离接收频带频率(或者可替选地调谐到发送频带频率)，并对第一可调谐频带的通带编程以与接收频率对准。

如果***以频域双工模式操作，则该方法可以涉及从基站BTS接收信道和频带信息。主控制单元200可以计算(或查找)双工间隔的符号(即，正或负间隔)，并将第一可调谐滤波器100a的阻带设置为发送频率(例如，如***损耗所允许那样的接近接收频率)。如果双工间隔是负的(例如，在频带13、14、20、24中操作)，则可以将第一可调谐滤波器100a的通带设置为低于发送频率。否则，可以将第一可调谐滤波器100a的通带设置为高于发送频率。在任一种情况下，这些滤波器设置都可以发送到第一控制器150a。

类似地，可以将第二可调谐滤波器100b的阻带设置为接收频率(例如，如***损耗所允许那样的接近接收频率)。如果双工间隔是负的(例如，在频带13、14、20、24中操作)，则可以将第二可调谐滤波器100b的通带设置为高于接收频率。否则，可以将第二可调谐滤波器100b的通带设置为低于接收频率。在任一种情况下，这些滤波器设置都可以发送到第二控制器150b。

上面描述的方法是为使用第一可调谐滤波器100a(例如RX)和第二可调谐滤波器100b(例如TX)两者的***提供的。***的其他实施例包括一个或多个可调谐滤波器100，其中仅实施了接收信号滤波器或仅实施了发送信号滤波器，如本领域技术人员可以识别的那样。

在不脱离本发明的精神和基本特征的情况下，本主题可以以其他形式体现。因此，所描述的实施例在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的。尽管已经根据某些优选实施例描述了本主题，但是对于本领域普通技术人员显而易见的其他实施例也在本主题的范围内。

Claims (17)

1.一种具有输入节点和输出节点的自适应滤波器，所述自适应滤波器包括：

第一谐振器，其连接在所述输入节点和信号节点之间；

第二谐振器，其连接在所述信号节点和所述输出节点之间；以及

一个或多个耦合元件，其连接在所述信号节点和地之间；

其中所述第一谐振器和所述第二谐振器是选择性可调谐的以限定阻带，所述阻带被配置为在所述输入节点和所述输出节点之间阻止具有第一信号频带内的频率的信号；并且

其中，所述一个或多个耦合元件选择性地可调谐以限定通带，所述通带被配置为在所述输入节点和所述输出节点之间使具有第二信号频带内的频率的信号通过，其中所述一个或多个耦合元件可调谐为第一模式和第二模式，在所述第一模式下所述一个或多个耦合元件的耦合阻抗被调谐为使得所述通带在小于所述阻带内的频率的频率处具有最小通带***损耗，并且在所述第二模式下所述一个或多个耦合元件的耦合阻抗调谐为使得所述通带在大于所述阻带内的频率的频率处具有最小通带***损耗。

2.根据权利要求1所述的可调谐滤波器，其中所述一个或多个耦合元件包括一个或多个电容器。

3.根据权利要求2所述的可调谐滤波器，其中所述一个或多个耦合元件包括与所述一个或多个电容器以串联布置连接的一个或多个电感器。

4.根据权利要求2所述的可调谐滤波器，其中所述一个或多个耦合元件包括与所述一个或多个电容器以并联布置连接的一个或多个电感器。

5.根据权利要求1所述的可调谐滤波器，其中所述第一谐振器、所述第二谐振器或所述一个或多个耦合元件中的一个或多个是电可调谐的。

6.根据权利要求5所述的可调谐滤波器，其中所述第一谐振器、所述第二谐振器或所述一个或多个耦合元件中的一个或多个包括可变或可切换电容器。

7.根据权利要求6所述的可调谐滤波器，其中所述可变或可切换电容器包括铁电电容器、顺电电容器、MEMS电容器或固态电容器中的一个或多个。

8.根据权利要求1所述的可调谐滤波器，其中所述第一谐振器或所述第二谐振器中的一个或两个包括电感器和电容器。

9.根据权利要求8所述的可调谐滤波器，其中所述电感器和所述电容器以并联布置连接。

10.根据权利要求1所述的可调谐滤波器，其中所述第一谐振器和所述第二谐振器中的导体迹线或电感器中的一个或多个以基本正交的位置被布置。

11.根据权利要求1所述的可调谐滤波器，其中，所述第一谐振器、所述第二谐振器和所述一个或多个耦合元件被配置为使得所述通带中的损耗小于5dB并且所述第一谐振器和所述第二谐振器中的阻止隔离大于15dB。

12.一种用于调整可调谐滤波器的方法，所述方法包括：

在输入节点和信号节点之间连接第一谐振器，其中所述第一谐振器是电可调谐的；

在所述信号节点和输出节点之间连接第二谐振器，其中所述第二谐振器是电可调谐的；

在所述信号节点和地之间连接一个或多个耦合元件，其中所述一个或多个耦合元件是电可调谐的；

选择性地调整所述第一谐振器或所述第二谐振器中的一个或多个的调谐设置以限定阻带，所述阻带被配置为在所述输入节点和所述输出节点之间阻止具有第一信号频带内的频率的信号；并且

选择性地调整所述一个或多个耦合元件的调谐设置以限定通带，所述通带被配置为在所述输入节点和所述输出节点之间使具有第二信号频带内的频率的信号通过；

其中选择性地调整所述一个或多个耦合元件的调谐设置包括在第一模式和第二模式当中选择性地调谐所述一个或多个耦合元件，在所述第一模式下所述一个或多个耦合元件的耦合阻抗被调谐为使得所述通带在小于所述阻带内的频率的频率处具有最小通带***损耗，并且在所述第二模式下所述一个或多个耦合元件的耦合阻抗被调谐为使得所述通带在大于所述阻带内的频率的频率处具有最小通带***损耗。

13.根据权利要求12所述的方法，其中选择性地调整所述第一谐振器或所述第二谐振器中的一个或多个的调谐设置以阻止一个或多个频率范围内的信号包括：选择性地调整所述第一谐振器或所述第二谐振器中的一个或多个的调谐设置以在所述第一谐振器和所述第二谐振器中提供大于15dB的阻止隔离。

14.根据权利要求12所述的方法，其中选择性地调整所述第一谐振器或所述第二谐振器中的一个或多个的调谐设置包括：改变到所述第一谐振器或所述第二谐振器的电场或电流。

15.根据权利要求12所述的方法，其中选择性地调整所述一个或多个耦合元件的调谐设置包括：选择性地调整所述一个或多个耦合元件的调谐设置以提供在所述通带中的小于5dB的损耗。

16.根据权利要求12所述的方法，其中选择性地调整所述一个或多个耦合元件的调谐设置包括：选择性地调整所述一个或多个耦合元件的调谐设置，以提供与所述第一谐振器下的第一阻抗以及与所述第二谐振器下的第二阻抗的同时共轭匹配。

17.根据权利要求12所述的方法，其中选择性地调整一个或多个耦合元件的调谐设置包括改变到所述一个或多个耦合元件的电场或电流。