[发明专利]紧凑型天线阻抗调谐器

说明书

一种用于阻抗变换的电路(100)包括第一端口(P1)、第二端口(P2)和抽头变压器(110)，抽头变压器(110)包括第一绕组(111)和第二绕组(112)。每个绕组包括第一端子、第二端子和多个抽头，多个抽头被连接在第一端子与第二端子之间的不同位置处。电路(100)还包括：第一可编程电容器(C1)，其与第一绕组(111)并联连接；第二可编程电容器(C2)，其与第二绕组(112)并联连接；第一组开关(S1)，其被连接在第一绕组(111)上的多个抽头与第一端口(P1)的端子之间；以及第二组开关(S2)，其被连接在第二绕组(112)上的多个抽头与第二端口(P2)的端子之间。电路(100)被配置为：通过经由第一组开关(S1)将连接到第一端口(P1)的第一电路(120)选择性地连接到第一绕组(111)上的抽头之一并且经由第二组开关(S2)将连接到第二端口(P2)的第二电路(130)选择性地连接到第二绕组(112)上的抽头之一，变换第一电路(120)与第二电路(130)之间的阻抗。

技术领域

本文的实施例涉及用于阻抗变换的电路。特别地，它们涉及具有抽头变压器和可编程电容器的天线阻抗调谐器。

背景技术

无线通信设备或装备通常包括天线、包含发射机和接收机的收发机以及基带处理单元。发射机通常将基带信号上变频为射频(RF)信号以进行传输，而接收机将所接收的RF信号下变频为基带信号以在基带处理单元中进一步处理。

在无线通信设备中，例如当用户手持设备或将其放置在不同的环境中时，天线阻抗将具有很大的变化。因为收发机被设计用于特定天线阻抗(例如50Ω)，所以与该值的显著偏差将导致性能下降。为了抵消呈现给收发机的阻抗的变化，可以使用天线阻抗调谐器。它可以将不同的天线阻抗变换为更接近收发机被设计用于的阻抗，并且通常包括开关和无源组件，例如电感器和电容器。开关可以被接通和关断以表示不同的状态，其中调谐器执行不同的阻抗变换。取决于集成级别，一些组件或全部组件可以在芯片上实现。如果电感器在片外，则实现最低损耗，在这种情况下，电感器可以具有非常高的品质因数。损耗是天线调谐器的关键参数之一。另一个重要参数是所谓的匹配域的大小，即，可以被变换为与标称收发机阻抗接近的值的天线阻抗范围有多宽。线性度也很重要，即，主要由开关导致的失真程度，以及在信号压缩和击穿(breakdown)之前可以处理的功率大小。当针对应用设计调谐器时，实现的成本和大小以及将调谐器控制到特定阻抗的简单性是其他关键参数。

尽管天线阻抗调谐器总体上对无线通信设备中的收发机有益，但是它们在即将到来的全双工系统中甚至更重要。在这样的系统中，发射机和接收机同时以相同的频率工作，并且接收机和发射机通过隔离器或环行器(circulator)被连接到天线。从发送端口到接收端口的隔离将取决于呈现给它的天线端口的阻抗。重要的是减少该阻抗的变化。然后，天线阻抗调谐器可以改进隔离，并且因此改进全双工收发机的性能。

在J.Lindstrand等人的“A low band cellular antenna impedance tuner in130nm CMOS-SOI technology(采用130nm CMOS-SOI技术的低频带蜂窝天线阻抗调谐器)”(ESSCIRC 2014，第459-462页)中，公开了一种采用使用片外电感器的绝缘体上硅(SOI)互补金属氧化物半导体(CMOS)技术的高性能调谐器。尽管这适合于要求尽可能低损耗的一些应用，但是其他应用可能更受益于全集成设计，以降低成本和物理大小。

US5986617A公开了一种不平衡到平衡的天线匹配单元，其通过利用被串联连接的多个变压器在相对大的频率范围内工作，其中使用一组旁路开关来控制在任何特定时间在匹配单元中“活动”的变压器的数量。多频带天线匹配单元可以通过绕过匹配单元的多个变压器中的至少一个来有效地移位工作频率，同时保持相同的变换比。

在现有技术解决方案中，天线阻抗调谐器还倾向于具有复杂的匹配域行为，该行为在不同的频率下也可能具有很大的不同。为了简化调谐器的控制，优选的可以是具有与频率更一致的更规则的行为。使用片外电感器的设计倾向于使用多个单独的电感器，这在全集成设计中转化为较大的芯片面积。

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