專利名稱：發(fā)射機/接收機鏈阻抗最佳化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及無線電話，具體地，涉及具有要求以不同的功率電平運行的發(fā)射機或接收機的無線電話或移動臺。
在移動臺使用期間，重要的考慮是功率放大器效率。對于固定的功率放大器的電源，輸出概率由工作負(fù)載線確定。然而，功率放大器當(dāng)在某個預(yù)定的峰值輸出功率工作點以下的輸出功率電平運行時，效率將降低。
另外，在某些接收機電路應(yīng)用中，希望改變輸入/輸出阻抗。例如，移動臺可包括能夠雙模式運行的集成電路，其中并行的模擬和數(shù)字放大器與混頻器在不同的運行模式下被接通和關(guān)斷。在許多情形下，這種類型的運行需要不同的輸入/輸出阻抗來使得接收機增益和靈敏度性能最佳化。
對于我們提出的這種的問題的解決辦法是在1994年1月4日發(fā)布的、授權(quán)給Siwiak等的、題目為“Radio Frequency PowerAmplifier Having Variable Output Power(具有可變輸出功率的射頻功率放大器)”的美國專利No.5,276,912中給出的。在這個方法中，將RF放大器構(gòu)建成為包括可控制的阻抗變換網(wǎng)絡(luò)。該變換網(wǎng)絡(luò)用來把放大器負(fù)載阻抗變換到放大器輸出端處的變換阻抗。就是說，結(jié)果，當(dāng)輸出信號的功率電平改變時，RF放大器的效率沒有太大惡化。
另一個方法是在1996年7月30日發(fā)布的、授權(quán)給Stengel等的、題目為“Multi-Mode Power Amplifier(多模式功率放大器)”的美國專利No.5,541,554中提出的，其中功率放大器輸出電路具有至少兩條并行地耦合到放大器的輸入端口的放大增益路徑。輸出端在公共節(jié)點處被組合，以及在輸出節(jié)點與在至少一個增益路徑中的有源放大元件之間提供了阻抗變換網(wǎng)絡(luò)。提供了用于把特定的增益路徑切換到放大器以外的裝置。
這些方法具有共同的缺點，它們需要把放大器效率改進電路插入到RF功率放大器的設(shè)計中，而且需要把附加的元件加到放大器電路。另一個缺點是很差的阻抗匹配，以及在RF功率放大器的輸出端與輸出部件(諸如雙工器、濾波器或收發(fā)(T/R)開關(guān))之間會存在反射。如果嚴(yán)重的話，阻抗失配和反射會損壞放大器，或當(dāng)工作在不同的過渡模式時(例如，線性/非線性，線性/更線性)，至少惡化它的效率。
本發(fā)明的第一目的和優(yōu)點是提供增強RF功率放大器的效率的改進的技術(shù)，特別是當(dāng)它工作在較低的輸出功率電平時。
本發(fā)明的另一個目的和優(yōu)點是通過提供與RF放大器分開的、和被耦合到它的輸出端的可調(diào)諧的或可切換的濾波器元件，而提供增強RF功率放大器的效率的改進技術(shù)，由此，控制濾波器元件的阻抗，以使得RF放大器的效率最佳化。
本發(fā)明的另一個目的和優(yōu)點是通過提供被插入到與RF放大器分開的、和被耦合到它的輸出端的雙工濾波器、獨立的濾波器或T/R開關(guān)的可調(diào)諧的或可切換的濾波器元件，來改進RF功率放大器的效率。
本發(fā)明的再一個目的和優(yōu)點是通過提供濾波器作為被插入到雙工濾波器、獨立的濾波器的諸如低通濾波器，或T/R開關(guān)的可調(diào)諧的或可切換的濾波器元件，來減小在RF放大器的輸出端與分開的濾波器之間的阻抗失配和反射。
本發(fā)明的再一個目的和優(yōu)點是，當(dāng)存在并行切換的具有不同的輸入/輸出阻抗的RF塊時，減小在兩個(或多個)運行模式下的接收鏈中RF放大器/混頻器的輸入端和/或輸出端之間的阻抗失配和反射。
發(fā)明概要通過按照本發(fā)明的教導(dǎo)構(gòu)建和運行的移動臺，克服上述的和其它的問題并實現(xiàn)本發(fā)明的目的和優(yōu)點。
本發(fā)明提出了較低的成本、較低的元件數(shù)的RF發(fā)射機或接收機，通過提供與RF放大器分開的、和被耦合到它的輸出端的可調(diào)諧的或可切換的濾波器元件，而給出具有改進的效率的RF放大器?？刂茷V波器元件的阻抗，以使得RF放大器的效率最佳化，特別是當(dāng)工作在比最大設(shè)計的輸出功率電平更低的輸出功率電平時。最好將控制的阻抗濾波器元件做成為插入到與RF放大器分開的、和被耦合到它的輸出端的雙工濾波器、獨立的濾波器(諸如低通濾波器)，或T/R開關(guān)模塊的可調(diào)諧的或可切換的濾波器元件。這些教導(dǎo)也用來減小在RF放大器的輸出端與分開的、可調(diào)諧的或可切換的濾波器元件之間的阻抗失配和反射。
射頻(RF)放大器電路因此被揭示為使得RF放大器具有用于接收要被放大的RF信號的輸入端和用于輸出放大的RF信號到負(fù)載的輸出端，以及提供了具有可控制的阻抗的濾波器元件，被耦合到在輸出端與負(fù)載之間的RF放大器的輸出端。濾波器元件與RF放大器分隔開，它具有用于接收放大的RF信號的輸入端口，用于輸出濾波RF信號到負(fù)載的輸出端口，和用于接收控制信號的控制端口。濾波器元件響應(yīng)于控制信號，以設(shè)置濾波器元件的阻抗?？刂茷V波器元件的阻抗，以便當(dāng)RF放大器工作在不同于最大設(shè)計輸出功率電平的功率電平時，提高它的效率。
具有可控阻抗的濾波器元件可形成雙工器、獨立濾波器，或收/發(fā)(T/R)開關(guān)模塊的一部分。
在一個實施例中，具有可控制阻抗的濾波器元件包括多個分立的濾波器元件，每個具有特性阻抗，并包括切換網(wǎng)絡(luò)，響應(yīng)控制信號，用于選擇地耦合和去耦合在輸入端口與輸出端口之間的多個分立的濾波器元件的各個濾波器元件。
在另一個實施例中，具有可控制阻抗的濾波器元件包括多個分立的濾波器元件，每個具有特性阻抗，和帶線匹配元件，通過響應(yīng)控制信號的開關(guān)，將其選擇地電耦合和去耦合到分立的濾波器元件上。當(dāng)該帶線匹配元件沒有被電耦合到分立的濾波器元件時，其特性阻抗不同于當(dāng)帶線匹配元件被電耦合到分立的濾波器元件時由分立的濾波器元件得到的阻抗。
也揭示了一種接收鏈，包括RF信號源，具有輸出端，通過可切換的阻抗裝置，在第一運行模式下被耦合到第一RF電路的輸入端，以及在第二運行模式下被耦合到第二RF電路的輸入端。該可切換阻抗裝置當(dāng)工作在所述第一運行模式時提供第一阻抗，而當(dāng)工作在所述第二運行模式時提供第二、不同的阻抗，由此減小了阻抗失配和反射。
在一個實施例中，第一RF電路包括第一RF放大器電路，第二RF電路包括第二RF放大器電路，其中第一RF放大器電路的輸入阻抗不同于第二RF放大器電路的輸入阻抗。在這種情況下，第一RF放大器電路的輸入阻抗近似等于第一阻抗，而第二RF放大器電路的輸入阻抗近似等于第二阻抗。
在另一個實施例中，RF信號源可包括RF放大器，第一RF電路包括第一RF混頻器電路，第二RF電路包括第二RF混頻器電路。在這種情況下，第一RF混頻器電路的輸入阻抗可以近似等于第一阻抗，而第二RF混頻器電路的輸入阻抗可以近似等于第二阻抗。
附圖簡述當(dāng)結(jié)合附圖閱讀以下的本發(fā)明的詳細(xì)說明時可以更好地了解本發(fā)明的上述的和其它的特性，其中

圖1是按照這里教導(dǎo)的控制的阻抗濾波器元件的方框圖；圖2顯示圖1的控制的阻抗濾波器元件的結(jié)構(gòu)；圖3顯示當(dāng)被實施在T/R開關(guān)模塊時的控制的阻抗濾波器元件的發(fā)明詳細(xì)描述現(xiàn)在參照圖1，說明按照本發(fā)明的教導(dǎo)的、示例性控制的阻抗濾波器元件的電路圖。濾波器元件10可被看作為三端裝置，其中第一端口10A是用于接收來自RF放大器12的輸出信號的輸入端口，第二端口10B是用于提供濾波RF信號到負(fù)載(諸如天線14)的輸出端口，以及第三端口10C是用于接收來自控制器16的控制信號(Zcontrol)的阻抗控制端口?？刂破?6可以是無線電話的控制微處理器，諸如蜂窩電話或個人通信器。假定控制器16也控制，或至少知道，加到RF放大器12的輸入信號(RFin)的電平，因此隨之在控制輸入端10C處設(shè)置控制信號。在這些教導(dǎo)中，假定RF放大器12以幾乎恒定的電源電壓(V+)運行，因此當(dāng)輸入驅(qū)動信號RFin的減小造成工作點改變?yōu)檫h(yuǎn)離最佳的最大值設(shè)計工作點時，放大器的效率降低。
可以清楚地看到，控制的阻抗濾波器元件10可以是被插入在RF放大器12的輸出端與負(fù)載之間的獨立的濾波器，或它可以是雙工濾波器的一半(即，發(fā)射的一半)?？梢钥吹剑刂频淖杩篂V波器元件10與RF放大器12分隔開，以及被耦合在任何的阻抗變換網(wǎng)絡(luò)的后面，它可被包括在RF放大器12內(nèi)，正如以上的提到的現(xiàn)有技術(shù)實施方案中討論的。也就是，增強RF功率放大器12的效率的功能放在負(fù)載端，諸如在雙工濾波器中，而不是在功率放大器12本身。
圖2顯示圖1的濾波器10的結(jié)構(gòu)的一個實施例。提供了兩個高通濾波器11A和11B，每個分別具有選擇的阻抗Z1和Z2。用開關(guān)S1和S2實行在濾波器11A和11B之間的選擇，該開關(guān)是由Zcontrol的狀態(tài)控制的。例如，當(dāng)Zcontrol是低時，S1和S2是在所顯示的位置，以及在輸入端10A與輸出端10B之間連接濾波器11B，而當(dāng)Zcontrol是高時，S1和S2是在所顯示的相反的位置，以及在輸入端10A與輸出端10B之間連接濾波器11A。實際上，開關(guān)S1和S2可以是機械開關(guān)，晶體管開關(guān)，PIN二極管開關(guān)等等。
在圖1所示的情形下，RF放大器12的輸出端看到的阻抗在Z1和Z2之間變動，因此RF放大器12的效率可被增強和改進。例如，當(dāng)以高的驅(qū)動信號運行時，例如，用把放大器12驅(qū)動到或接近于它的最大效率點的驅(qū)動信號，則Z1可被控制器16切換進去，而當(dāng)以減小的驅(qū)動信號運行時，例如，用把放大器12驅(qū)動到大約它的最大效率點的一半的驅(qū)動信號，則Z2可被控制器16切換進去。Z1和Z2的適當(dāng)?shù)淖杩怪诞?dāng)然是應(yīng)用項特定的。各種濾波器可以是低通、帶通、高通、或任何想要的和適當(dāng)?shù)念愋汀?br> 最好，在Z1和Z2之間切換的門限值與蜂窩電話或個人通信器的最大功率電平有關(guān)。在大多數(shù)優(yōu)選實施例中，最高的和次最高的功率電平采用Z1，而其余(較低的)功率電平采用Z2。
應(yīng)當(dāng)指出，阻抗值也可以作為調(diào)制類型的函數(shù)而改變，諸如當(dāng)在雙模式(或更高模式)電話中應(yīng)用時，諸如GSM/EDGE電話，TDMA/EDGE電話，GSM/CDMA電話等等。
圖3顯示本發(fā)明的一個實施例，其中T/R開關(guān)模塊20具有附加輸出端，用于把接收的RF信號提供開關(guān)S4路由到接收機22的輸入端。按照本發(fā)明的教導(dǎo)，T/R開關(guān)模塊20包括濾波器11C，具有在Z1和Z2之間的可調(diào)諧的阻抗。在這種情況下，調(diào)諧是通過使用帶線匹配元件24完成的，該帶線匹配元件由開關(guān)S3在Zcontrol的控制下被選擇地插入或去除。例如，當(dāng)工作在1900MHz時，帶線匹配元件24具有約10歐姆的阻抗，以及濾波器阻抗Z1被調(diào)諧在大約50歐姆與大約10歐姆之間。
應(yīng)當(dāng)看到，這里看到的教導(dǎo)通過提供與RF放大器12分開的、和在負(fù)載處被耦合到放大器12的輸出端的、可調(diào)諧的或可切換的濾波器元件10，而提供了較低成本的、較少元件數(shù)的、具有改進的效率的RF放大器12的RF發(fā)射機。濾波器元件10的阻抗被控制或被切換成以使得RF放大器12的效率最佳化，特別是當(dāng)工作在比最大設(shè)計輸出功率電平更低的輸出功率電平時?？刂频淖杩篂V波器元件10優(yōu)選地被實現(xiàn)為被插入到與RF放大器12分開的、和被耦合到它的輸出端的雙工濾波器、獨立的濾波器或T/R開關(guān)20的一個或多個可調(diào)諧的或可切換的濾波器元件。這里地教導(dǎo)也用來減小在RF放大器12的輸出端與到分開的可調(diào)諧的或可切換的濾波器元件10的輸入端之間的阻抗失配和反射，由此進一步提高RF放大器12的效率。
可將本發(fā)明的教導(dǎo)可應(yīng)用于單頻帶，雙頻帶，三頻帶(和更高的)無線電話，并且對于需要選擇地運行在不同的類別的、以及具有不同的輸出功率電平的RF放大器也可以是有效的。本發(fā)明的教導(dǎo)可被應(yīng)用于TDMA無線電話，CDMA無線電話，模擬(FM)無線電話，以及可被應(yīng)用于能夠以兩種或多種這些接入方法運行的無線電話。
圖4A顯示當(dāng)運行在接收鏈時本發(fā)明的可應(yīng)用性?？刂频淖杩篂V波器元件10具有輸出端，被耦合到包含模式1放大器30A和模式2放大器30B的集成電路(IC)30的輸入端31。模式1放大器30A具有特性輸入阻抗Z1，以及模式2放大器30B具有特性輸入阻抗Z2?？刂频淖杩篂V波器元件10用來當(dāng)運行在模式1時把Z1耦合到IC30的輸入端31，由此與放大器30A的輸入阻抗匹配，以及用來當(dāng)運行在模式2時把Z2耦合到IC30的輸入端31，由此與放大器30B的輸入阻抗匹配。假定當(dāng)運行在模式1時模式2放大器30B的輸入端具有高阻抗，以便可忽略地加載到控制的阻抗濾波器元件10的輸出端。
圖4B顯示其中控制的阻抗濾波器元件10的輸出端被耦合到包含模擬模式混頻器34A(例如，適用于AMPS運行的混頻器)和數(shù)字模式混頻器34B(例如，適用于GSM或CDMA運行的混頻器)的雙混頻器電路34的輸入端33。模式信號隨之被設(shè)置，以使得放大器36輸出端阻抗匹配到當(dāng)前選擇的混頻器34A和34B的輸入端。加到混頻器34A和34B的本地振蕩器(LO)信號的頻率根據(jù)運行模式被適當(dāng)?shù)脑O(shè)置。
在該接收鏈中，這些混頻器34A和34B可以是下變頻器，而如果被應(yīng)用于發(fā)送鏈中，混頻器34A和34B可以是上變頻器。
雖然在最佳實施例方面進行了描述，但應(yīng)當(dāng)看到，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對這些教導(dǎo)作出多種修改。例如，本發(fā)明的教導(dǎo)不是只限于上述的特定的頻率或阻抗值。而且，RF放大器12實際上可包括多個級聯(lián)的增益元件，而不一定實施為如圖1和3為簡明起見所顯示的單個放大器。
另外，雖然在Z1和Z2之間改變的可變阻抗濾波器元件方面描述了本發(fā)明，但安排控制信號輸入端以使得可變阻抗濾波器元件在Z1,Z2和Z3，或Z1,Z2,Z3和Z4之間改變，或一般地在Z1與Zn之間改變，其中n是正整數(shù)，也屬于本發(fā)明的范圍。在這種情況下，ZC可以是具有各種電平的模擬信號，它們被濾波器10內(nèi)的多電平門限比較器檢測，或一個以上的信號線可以結(jié)合濾波器元件內(nèi)的數(shù)字譯碼器一起被使用。例如，在后一種實施例中，如果ZC在三條信號線上被輸送，則阻抗可被設(shè)置為8個不同的數(shù)值(23)。而且，應(yīng)當(dāng)看到，如圖所示的可切換的帶線匹配技術(shù)也可被使用于圖2的實施例，以使得Z1和Z2用Z1和帶線匹配元件24代替。
因此，雖然參照最佳實施例具體表示和描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將會看到，其中可以在形式和細(xì)節(jié)方面作出改變，而不背離本發(fā)明的范圍和精神。
權(quán)利要求
1．一種射頻(RF)放大器電路，包括RF放大器，具有用于接收要被放大的RF信號的輸入端和用于輸出放大的RF信號到負(fù)載的輸出端；以及具有可控制的阻抗的濾波器元件，被耦合到在所述輸出端與所述負(fù)載之間的所述RF放大器的所述輸出端，所述濾波器元件與所述RF放大器分隔開，所述濾波器元件具有用于接收放大的RF信號的輸入端口，用于輸出濾波的RF信號到所述負(fù)載的輸出端口，和用于接收控制信號的控制端口，所述濾波器元件響應(yīng)于所述控制信號，隨之設(shè)置所述濾波器元件的阻抗，所述濾波器元件的阻抗被控制，以便當(dāng)所述RF放大器工作在不同于最大設(shè)計輸出功率電平的輸出功率電平時，提高所述RF放大器的效率。
2．如權(quán)利要求1的RF放大器電路，其中具有可控制的阻抗的所述濾波器元件包括雙工器的一部分。
3．如權(quán)利要求1的RF放大器電路，其中具有可控制的阻抗的所述濾波器元件包括獨立的濾波器的一部分。
4．如權(quán)利要求1的RF放大器電路，其中具有可控制的阻抗的所述濾波器元件包括收/發(fā)(T/R)開關(guān)模塊的一部分。
5．如權(quán)利要求1的RF放大器電路，其中具有可控制的阻抗的所述濾波器元件包括多個分立的濾波器元件，每個具有特性阻抗，以及切換裝置，響應(yīng)于所述控制信號，用于選擇地耦合和去耦合在所述輸入端口與所述輸出端口之間的所述多個分立的濾波器元件的各個濾波器元件。
6．如權(quán)利要求1的RF放大器電路，其中具有可控制的阻抗的所述濾波器元件包括具有特性阻抗的分立的濾波器元件，被耦合到所述分立的濾波器元件的帶線匹配元件，和響應(yīng)于控制信號的開關(guān)裝置，用于選擇地電耦合和去耦合所述帶線匹配元件到所述分立的濾波器元件，其中當(dāng)所述帶線匹配元件沒有被電耦合到所述分立的濾波器元件時，所述特性阻抗不同于當(dāng)所述帶線匹配元件被電耦合到所述分立的濾波器元件時由所述分立的濾波器元件得到的阻抗。
7．如權(quán)利要求1的RF放大器電路，其中所述RF放大器電路形成無線電話的一部分。
8．如權(quán)利要求1的RF放大器電路，其中所述RF放大器電路形成雙模式或更高模式無線電話的一部分。
9．如權(quán)利要求1的RF放大器電路，其中所述RF放大器電路形成運行在不同的頻段的無線電話的一部分。
10．如權(quán)利要求1的RF放大器電路，其中所述RF放大器電路形成其中需要所述RF放大器運行在不同的放大器類別的無線電話的一部分。
11．一種接收鏈，包括RF信號源，具有輸出端，通過可切換的阻抗裝置，在第一運行模式下被耦合到第一RF電路的輸入端，以及在第二運行模式下被耦合到第二RF電路的輸入端，所述可切換的阻抗裝置當(dāng)工作在所述第一運行模式時提供第一阻抗，以及當(dāng)工作在所述第二運行模式時提供第二的、不同的阻抗。
12．如權(quán)利要求11的接收鏈，其中所述第一RF電路包括第一RF放大器電路和第二RF電路包括第二RF放大器電路，其中所述第一RF放大器電路的輸入阻抗不同于所述第二RF放大器電路的輸入阻抗。
13．如權(quán)利要求11的接收鏈，其中所述第一RF放大器電路的輸入阻抗近似等于所述第一阻抗，以及所述第二RF放大器電路的輸入阻抗近似等于所述第二阻抗。
14．如權(quán)利要求11的接收鏈，其中所述RF信號源包括RF放大器，其中所述第一RF電路包括第一RF混頻器電路，以及其中所述第二RF電路包括第二RF混頻器電路。
15．如權(quán)利要求14的接收鏈，其中所述第一RF混頻器電路的輸入阻抗近似等于所述第一阻抗，以及其中所述第二RF混頻器電路的輸入阻抗近似等于所述第二阻抗。
16．一種用于運行RF電路的方法，包括以下步驟提供RF信號源；以及通過可切換的阻抗裝置，把所述RF信號源的輸出可切換地，在第一運行模式下，被耦合到第一RF電路的輸入端，以及在第二運行模式下，被耦合到第二RF電路的輸入端，可切換的阻抗裝置當(dāng)工作在第一運行模式時提供第一阻抗，以及當(dāng)工作在第二運行模式時提供第二的、不同的阻抗。
17．一種用于運行RF放大器電路的方法，包括以下步驟提供RF信號放大器；以及通過可切換的阻抗裝置，把所述RF信號放大器源的輸出可切換地耦合到負(fù)載，其中可切換的阻抗裝置當(dāng)用第一RF信號放大器輸出功率電平運行時提供第一阻抗，以及當(dāng)用第二RF信號放大器輸出功率電平運行時提供第二的、不同的阻抗。
18．一種用于運行RF放大器電路的方法，包括以下步驟提供RF信號放大器；以及通過可切換的阻抗裝置，把所述RF信號放大器源的輸出可切換地耦合到負(fù)載，其中可切換的阻抗裝置當(dāng)用第一種RF信號調(diào)制類型運行時提供第一阻抗，以及當(dāng)用第二種RF信號調(diào)制類型運行時提供第二的、不同的阻抗。
全文摘要
一種射頻(RF)放大器電路包括RF放大器,具有接收RF信號的輸入端和輸出放大的RF信號到負(fù)載的輸出端。具有可控制阻抗的濾波器元件,耦合到RF放大器的輸出端。濾波器元件與RF放大器分隔開,并具有接收放大的RF信號的輸入端,輸出濾波RF信號到負(fù)載的輸出端,和接收控制信號的控制端。還揭示了一種接收鏈,包括RF信號源,具有輸出端,在第一運行模式下耦合到第一RF電路的輸入端,在第二運行模式下耦合到第二RF電路的輸入端。
文檔編號H03F1/00GK1324147SQ0111970
公開日2001年11月28日 申請日期2001年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月16日
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