CN110875724A - 具有可调阻抗的匹配网络电路及其调谐方法 - Google Patents

具有可调阻抗的匹配网络电路及其调谐方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供可调阻抗的匹配网络电路及其调谐方法，其中，所述匹配网络电路包括：电感器；可调电容器，连接到该电感器；可调电阻器，连接到该电感器；和自动调谐电路，连接到该可调电容器和该可调电阻器，其中该自动调谐电路在感兴趣的频率上调谐该可调电容器和该可调电阻器。实施本发明实施例可使得匹配网络电路的谐振频率可以覆盖宽范围且可以在宽的频率范围上优化输入匹配。

Description

具有可调阻抗的匹配网络电路及其调谐方法
技术领域
本发明一般涉及匹配网络电路技术领域，并且更具体地，涉及具有可调阻抗的匹配网络电路及其调谐方法。
背景技术
随着无线传输技术的发展，发明了复数种通信设备。在通信设备中，射频(RF)前端模块和接收器芯片之间的匹配网络电路是必要的。传统上，广泛使用具有串联连接的电感器和分流电容器(shunt capacitor)的匹配网络电路。然而，这种传统的匹配网络电路具有有限的带宽并且不适合于宽带应用。因此，研究人员试图设计一种具有宽带宽的新型匹配网络电路。
发明内容
本发明提供可调阻抗的匹配网络电路及其调谐方法，使得匹配网络电路的谐振频率可以覆盖宽范围且可以在宽的频率范围上优化输入匹配。
本发明提供具有可调阻抗的匹配网络电路，包括：电感器；可调电容器，连接到该电感器；可调电阻器，连接到该电感器；和自动调谐电路，连接到该可调电容器和该可调电阻器，其中该自动调谐电路在感兴趣的频率上调谐该可调电容器和该可调电阻器。
本发明提供一种匹配网络电路的调谐方法，其中匹配网络电路可为本发明的匹配网络电路，该调谐方法包括：在感兴趣的频率上调谐该可调电容器；和在该感兴趣的频率上调谐该可调电阻器。
本发明所提供的方案，自动调谐电路用于调谐可调电容器，使得匹配网络电路的谐振频率可以覆盖宽范围。此外，自动调谐电路还用于在感兴趣的频率上调谐可调电阻器，使得可以在宽的频率范围上优化输入匹配。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据一个实施例的具有可调阻抗的匹配网络电路100。
图2示出了根据一个实施例的可调电容器120。
图3示出了根据一个实施例的可调电阻器130。
图4示出了没有校准的匹配网络电路100的三条S11曲线CV11，CV12，CV13。
图5示出了根据一个实施例的校准方法的流程图。
图6其示出了根据另一实施例的校准方法的流程图。
图7其示出了根据一个实施例的匹配网络电路100的调谐方法。
图8示出了没有可调电阻器130的匹配网络电路(未示出)的三条S11曲线CV21，CV22，CV23。
图9示出了具有可调电容器120和可调电阻器130的匹配网络电路100的三条S11曲线CV31，CV32，CV33。
具体实施方式
在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”及“包括”为一开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大体上”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，大致达到所述技术效果。此外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电性连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接电性连接于所述第二装置，或通过其它装置或连接手段间接地电性连接至所述第二装置。以下所述为实施本发明的较佳方式，目的在于说明本发明的精神而非用以限定本发明的保护范围，本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。
请参考图1，示出了根据一个实施例的具有可调阻抗的匹配网络电路100。匹配网络电路100包括电感器110，可调电容器120，可调电阻器130和自动调谐电路140。电感器110具有第一端E11和第二端E12。可调电容器120可以是可调谐分流电容器。可调电容器120具有第一端E21和第二端E22。可调电容器120的第一端E21连接到电感器110的第一端E11。可调电阻器130可以是可调分流电阻器(shunt resistor)。可调电阻器130具有第一端E31和第二端E32。可调电阻器130的第一端E31连接到电感器110的第一端E11。可调电容器120和可调电阻器130并联连接。自动调谐电路140连接到可调电容器120的第二端E22和可调电阻器130的第二端E32。
自动调谐电路140用于调谐可调电容器120，使得匹配网络电路100的谐振频率可以覆盖宽范围。
自动调谐电路140还用于在感兴趣的频率上调谐可调电阻器130，使得可以在宽的频率范围上优化输入匹配。
请参考图2，示出了根据一个实施例的可调电容器120。在一个实施例中，可调电容器120可以是数字控制电容器数组。复数个电容器C1并联连接。自动调谐电路140控制复数个开关SW1导通或断开(on/off)，从而控制可调电容器120的电容。
请参考图3，示出了根据一个实施例的可调电阻器130。在一个实施例中，可调电阻器130可以是数字控制电阻器数组。复数个电阻器R1并联连接。自动调谐电路140控制复数个开关SW2导通或断开，从而控制可调电阻器130的电阻。
此外，在一个实施例中，可调电容器120和可调电阻器130是片上电容器和片上电阻器，其具有大的制程变异(process variation)并且可能导致阻抗与目标阻抗偏差。请参考图4，示出了没有校准的匹配网络电路100的三条S11曲线CV11，CV12，CV13。S11曲线表示从天线反射的功率量，因此称为反射系数(有时写为伽马：Γ，回波损耗或S参数)。通常使用矢量网络分析仪(Vector Network Analyzer，VNA)测量S11曲线。带宽也可以从S11曲线确定。
可调电容器120和可调电阻器130是具有大的制程变异的片上电容器和片上电阻器。在一个实施例中，可调电容器120可具有+15％的C工艺角(C-corner)(也即，可调电容器120的电容值具有+15％偏差)，可调电阻器130可具有+15％的R工艺角(R-corner)(也即，可调电阻器130的电阻值具有+15％偏差)，并且匹配网络电路100的S11曲线CV11在图4中示出。在另一个实施例中，可调电容器120可以具有典型的C工艺角(也即，可调电容器120的电容值无偏差)，可调电阻器130可以具有典型的R工艺角(也即，可调电阻器130的电阻值无偏差)，并且匹配网络电路100的S11曲线类似于如图4所示的S11曲线CV12。在另一个实施例中，可调电容器120可以具有-15％的C工艺角(也即，可调电容器120的电容值具有-15％偏差)，可调电阻器130可以具有-15％的R工艺角(也即，可调电阻器130的电阻值具有-15％偏差)，并且匹配网络电路100的S11曲线CV13在图4中示出。S11曲线CV11，CV12，CV13随制程变异而变化，因此需要校准以克服这种变化。
请参考图5，其示出了根据一个实施例的校准方法的流程图。在一个实施例中，可以在设计时间执行基于典型RC工艺角(RC-corner)和典型R工艺角的RC校准和R校准，由此获得典型RC工艺角和典型R工艺角。需要说明的是，此处的典型RC工艺角和典型R工艺角所基于的芯片的电阻值和电容值与后续的特定芯片可相同或不同。对于特定芯片(例如，图1中的匹配网络电路100)，存储获得的RC典型工艺角和R典型工艺角的结果代码。在步骤S110中，对于该特定芯片，执行RC校准和R校准以获得RC工艺角和R工艺角。
在步骤S120中，基于RC工艺角，R工艺角，R典型工艺角及RC典型工艺角，计算该特定芯片与典型RC工艺角之间的RC比(或称为RC-比)和与典型R工艺角的R比(或称为R-比)。也就是说，RC比等于
Figure BDA0002128638280000041
R比等于
Figure BDA0002128638280000042
在步骤S130中，基于RC比和R比计算该特定芯片与典型C工艺角之间的C比(或称为C-比)。也就是说，C比等于
Figure BDA0002128638280000043
在步骤S140中，基于R比和C比计算该特定芯片的电阻标称值(nominal value)和电容标称值。电阻标称值等于
Figure BDA0002128638280000044
电容的标称值等于
Figure BDA0002128638280000045
具体实现中，在步骤S140中，该特定芯片R典型工艺角指该特定芯片的R典型工艺角，该特定芯片C典型工艺角指该特定芯片的C典型工艺角。它们可以预先得知。
请参考图6，其示出了根据另一实施例的校准方法的流程图。在一个实施例中，可以在设计时间执行基于典型工艺角的RC校准和C校准，由此获得典型RC工艺角和典型C工艺角。需要说明的是，此处的典型RC工艺角和典型C工艺角所基于的芯片的电阻值和电容值与后续的特定芯片可相同或不同。对于特定芯片(例如，图1中的匹配网络电路100)，存储获得的RC典型工艺角和C典型工艺角。在步骤S210中，对于该特定芯片，执行RC校准和C校准以获得RC工艺角和C工艺角的结果代码。
在步骤S220中，基于RC工艺角，C工艺角，RC典型工艺角和C典型工艺角，计算该特定芯片与典型RC工艺角之间的RC比(或称为RC-比)和与典型C工艺角的C比(或称为C-比)。也就是说，RC比等于
Figure BDA0002128638280000051
C比等于
Figure BDA0002128638280000052
在步骤S230中，基于RC比和C比计算该特定芯片与典型R工艺角之间的R比(或称为R-比)。也就是说，R比等于
Figure BDA0002128638280000053
在步骤S240中，基于R比和C比计算该特定芯片的电阻标称值和电容标称值。电阻标称值等于
Figure BDA0002128638280000054
电容的标称值等于
Figure BDA0002128638280000055
在步骤S240中，该R典型工艺角指该特定芯片的R典型工艺角，该C典型工艺角指该特定芯片的C典型工艺角。它们可以预先得知。
在校准之后，匹配网络电路100的性能是稳定的。然后，匹配网络电路100可以通过以下调谐方法调谐，使得匹配网络电路100的谐振频率可以覆盖宽范围。
请参考图7，其示出了根据一个实施例的匹配网络电路100的调谐方法。在步骤S310中，可调电容器120在感兴趣的频率上调谐。在步骤S320中，可调电阻器130在所述感兴趣的频率上调谐。参考以下等式(1)。
Figure BDA0002128638280000061
Zin是匹配网络电路100的输入阻抗，C是可调电容器120的电容，R是可调电阻器130的电阻，L是电感器110的电感器。
由于
Figure BDA0002128638280000062
等式(1)可以写成下面的等式(2)。
Figure BDA0002128638280000063
为了实现输入匹配，让
Figure BDA0002128638280000064
则
Figure BDA0002128638280000065
在步骤S310中，调谐可调电容器120的电容，以使匹配网络电路100的输入阻抗的虚部
Figure BDA0002128638280000066
为0。也就是说，
Figure BDA0002128638280000067
在步骤S320中，调谐可调电阻器130的电阻以使匹配网络电路100的输入阻抗的实部
Figure BDA0002128638280000068
为50Ω。
请参考图8和图9。图8示出了没有可调电阻器130的匹配网络电路(未示出)的三条S11曲线CV21，CV22，CV23。图9示出了具有可调电容器120和可调电阻器130的匹配网络电路100的三条S11曲线CV31，CV32，CV33。参照图8和图9，调谐可调电容器120以使LC在感兴趣的频率下谐振，并且调谐可调电阻器130以在调谐可调电容器120同时保持S11曲线CV31，CV32，CV33在谐振频率下稳定。
根据上述实施例，匹配网络电路100包括可调电容器120，因此谐振频率可以覆盖宽范围。此外，根据输入阻抗的实部调整可调电阻器130，使得可以在宽带率范围内优化输入匹配。此外，在过程中校准有助于克服片上电容器和片上电阻器的制程变异。
本文描述的装置和技术的各个方面可以单独地使用，组合地使用，或者以未在前面的描述中描述的实施例中具体讨论的各种安排中使用，因此不限于将它们的应用限定为前述的组件和布置的细节或在附图中示出的细节。例如，在一个实施例中描述的方面可以以任何方式与其他实施例描述的方面组合。
在一些实施例中，术语“大约”，“大致”和“大致上”可以用于表示小于目标值的±10％的范围且可以包括目标值。例如：小于目标值±5％，小于目标值的±1％。
在权利要求中使用诸如“第一”，“第二”，“第三”等的序数术语来修饰权利要求要素，并不意味任何优先权或顺序，但仅用作标签以将具有特定名称的一个权利要求元素与具有相同名称的另一个元素权利要求区分。
本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (17)

1.一种具有可调阻抗的匹配网络电路，其特征在于，包括：
电感器；
可调电容器，连接到该电感器；
可调电阻器，连接到该电感器；和
自动调谐电路，连接到该可调电容器和该可调电阻器，其中该自动调谐电路在感兴趣的频率上调谐该可调电容器和该可调电阻器。
2.根据权利要求1所述的匹配网络电路，其中该可调电容器和该可调电阻器连接在该电感器的同一端。
3.根据权利要求1所述的匹配网络电路，其特征在于，该可调电容器是片上电容器，并且该可调电阻器是片上电阻器。
4.根据权利要求1所述的匹配网络电路，其特征在于，调谐该可调电容器的电容，以使该匹配网络电路的输入阻抗的虚部为0。
5.根据权利要求1所述的匹配网络电路，其特征在于，调谐该可调电阻器的电阻，以使该匹配网络电路的输入阻抗的实部为50。
6.根据权利要求1所述的匹配网络电路，其特征在于，该可调电阻器和该可调电容器通过RC校准和R校准来校准。
7.根据权利要求1所述的匹配网络电路，其特征在于，该可调电阻器和该可调电容器通过RC校准和C校准来校准。
8.根据权利要求1所述的匹配网络电路，其特征在于，该可调电阻器是电阻器数组。
9.根据权利要求1所述的匹配网络电路，其特征在于，该电阻器数组包括复数个电阻器和复数个开关，并且每个开关连接到该复数个电阻器中的一个。
10.根据权利要求1所述的匹配网络电路，其特征在于，该可调电容器是电容器数组。
11.根据权利要求10所述的匹配网络电路，其特征在于，所述电容器数组包括复数个电容器和复数个开关，并且每个开关连接到该复数个电容器中的一个。
12.一种匹配网络电路的调谐方法，其中匹配网络电路包括电感器，可调电容器，可调电阻器和自动调谐电路，该可调电容器连接器该电感器，该可调电阻器连接该电感器，该自动调谐电路连接该可调电容器和该可调电阻器，其特征在于，该调谐方法包括：
在感兴趣的频率上调谐该可调电容器；和
在该感兴趣的频率上调谐该可调电阻器。
13.根据权利要求12所述的调谐方法，其特征在于，该可调电容器和该可调电阻器连接在该电感器的同一端。
14.根据权利要求12所述的调谐方法，其特征在于，在调谐该可调电容器的步骤中，调谐该可调电容器的电容，以使该匹配网络电路的输入阻抗的虚部为0。
15.根据权利要求12所述的调谐方法，其特征在于，在调谐所述可调电阻器的步骤中，调谐该可调电阻器的电阻，以使该匹配网络电路的输入阻抗的实部为50。
16.根据权利要求12所述的调谐方法，其特征在于，该可调电阻器和该可调电容器通过RC校准和R校准来校准。
17.根据权利要求12所述的调谐方法，其特征在于，该可调电阻器和该可调电容器通过RC校准和C校准来校准。
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