用于變壓器和相移網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)及方法
【專(zhuān)利摘要】根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種電路包括具有耦合在第一信號(hào)節(jié)點(diǎn)與第二信號(hào)節(jié)點(diǎn)之間的第一繞組、以及耦合在第一參考節(jié)點(diǎn)與電流測(cè)量節(jié)點(diǎn)之間的第二繞組的磁性變壓器。相移網(wǎng)絡(luò)耦合在第二節(jié)點(diǎn)與電壓測(cè)量節(jié)點(diǎn)之間，該電路配置成基于電壓測(cè)量節(jié)點(diǎn)與電流測(cè)量節(jié)點(diǎn)之間的幅度差值和相位差值來(lái)表示阻抗匹配條件。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于變壓器和相移網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明大體涉及電子設(shè)備，并且更具體地涉及用于變壓器和相移網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)及方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 定向耦合器是能夠檢測(cè)到在特定方向上傳輸?shù)墓β实碾娮釉O(shè)備，用于種類(lèi)繁多的 射頻（RF)電路中。例如，定向耦合器可以用于雷達(dá)系統(tǒng)中，以通過(guò)從反射波分離入射波來(lái) 檢測(cè)到反射波，或者可以用于測(cè)量傳輸線的阻抗失配的電路中。在功能上，定向耦合器具有 正向傳輸路徑和f禹合傳輸路徑。正向傳輸路徑通常具有低損耗，而f禹合傳輸路徑f禹合傳輸 功率的在特定方向上傳播的一小部分。存在許多不同類(lèi)型的耦合器架構(gòu)，包括電磁耦合器 和磁性耦合器。這些耦合器類(lèi)型中的每一個(gè)都可以使用取決于操作的頻率和操作環(huán)境的不 同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和材料來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0003] 例如，定向耦合器可以使用布置在印刷電路板（PCB)或變壓器上的帶狀線結(jié)構(gòu)來(lái) 實(shí)現(xiàn)。在一些帶狀線的實(shí)現(xiàn)方式中，各種電路元件可以與被測(cè)量的特定信號(hào)的1/4波長(zhǎng)一 樣長(zhǎng)。對(duì)于在500MHz至3GHz之間（其覆蓋了許多蜂窩電話操作的頻率范圍）的頻率下操 作的應(yīng)用，由于這些頻率下的波長(zhǎng)遠(yuǎn)比集成電路的特征尺寸更長(zhǎng)，因而在集成電路上構(gòu)造 帶狀線定向耦合器變得有挑戰(zhàn)性。由于變壓器損耗和寄生效應(yīng)，因而在該范圍的頻率下構(gòu) 造低損耗磁基定向耦合器進(jìn)行也是有挑戰(zhàn)性的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種電路包括磁性變壓器，該磁性變壓器具有耦合在第一信號(hào) 節(jié)點(diǎn)與第二信號(hào)節(jié)點(diǎn)之間的第一繞組、以及耦合在第一參考節(jié)點(diǎn)與電流測(cè)量節(jié)點(diǎn)之間的第 二繞組。相移網(wǎng)絡(luò)，耦合在第二節(jié)點(diǎn)與電壓測(cè)量節(jié)點(diǎn)之間。并且該電路配置成基于電壓測(cè) 量節(jié)點(diǎn)與電流測(cè)量節(jié)點(diǎn)之間的幅度差值和相位差值，來(lái)表示阻抗匹配條件。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0005] 為了更透徹地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在對(duì)接合附圖的以下說(shuō)明做出引用，在附 圖中：
[0006] 圖la-圖lc圖示了實(shí)施例耦合器電路；
[0007] 圖2a-圖2b圖示了對(duì)應(yīng)于實(shí)施例耦合電路的波形圖；
[0008] 圖3a-圖3b圖示了實(shí)施例入射波測(cè)量電路和反射波測(cè)量電路；
[0009] 圖4a_圖4d圖示了另外的實(shí)施例入射波測(cè)量電路和反射波測(cè)量電路；
[0010] 圖5圖示了實(shí)施例耦合器在金屬化層上的實(shí)現(xiàn)方式；
[0011] 圖6a_圖6c圖示了各種實(shí)施例RF系統(tǒng)；
[0012] 圖7a_圖7b圖示了實(shí)施例方法的框圖；以及
[0013] 圖8a_圖8b圖示了另外的實(shí)施例入射波測(cè)量電路和反射波測(cè)量電路。
[0014] 不同附圖中的對(duì)應(yīng)的標(biāo)記和符號(hào)大體指代對(duì)應(yīng)的部分，除非另有聲明。附圖被繪 制以清楚地圖示優(yōu)選實(shí)施例的相關(guān)方面并且不必被按比例繪制。為了更清楚地圖示某些實(shí) 施例，圖號(hào)后可以有指示相同結(jié)構(gòu)、材料、或處理步驟的變形的字母。

【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面詳細(xì)地討論本文的各個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的制造和使用。然而，應(yīng)該理解，本發(fā)明提 供了可以在種類(lèi)繁多的特定背景中實(shí)現(xiàn)的許多可應(yīng)用的發(fā)明概念。所論述的具體實(shí)施例僅 僅是例示制造和使用本發(fā)明的具體方法，并非限制本發(fā)明的范圍。
[0016] 將關(guān)于在特定背景中的優(yōu)選實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，該實(shí)施例為可以用于RF 電路中以測(cè)量入射或反射功率的定向耦合器的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明也可以應(yīng)用于包括進(jìn) 行RF測(cè)量的其他電路的其他系統(tǒng)和應(yīng)用，包括但不限于測(cè)量并且/或者調(diào)諧阻抗失配的設(shè) 備、時(shí)域反射儀（TDR)、與可調(diào)諧天線匹配電路一起使用的感測(cè)設(shè)備、以及可調(diào)諧濾波器。
[0017] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，阻抗測(cè)量設(shè)備包括耦合至具有初級(jí)繞組和次級(jí)繞組的 變壓器的相移網(wǎng)絡(luò)。變壓器的初級(jí)繞組與阻抗測(cè)量設(shè)備的傳輸路徑串聯(lián)地耦合。變壓器的 次級(jí)繞組以及移相器負(fù)載有高阻抗測(cè)量設(shè)備，該高阻抗測(cè)量設(shè)備確定在傳輸路徑的端口之 間，阻抗匹配的質(zhì)量、以及/或者入射和/或反射信號(hào)的絕對(duì)或相對(duì)的大小和/或相位。
[0018] 在一個(gè)實(shí)施例中，有關(guān)RF信號(hào)的電流和電壓的幅度和相位的信息被提取，并且被 與預(yù)定值（諸如但不限于，50Ω阻抗）進(jìn)行對(duì)比。所提取的RF電流和電壓的幅度和相位之 間的關(guān)系表示RF信號(hào)路徑中的反射量，因而表示負(fù)載阻抗。例如，反射越小，負(fù)載阻抗越接 近特征阻抗Z Q :
[0019]

【權(quán)利要求】
1. 一種電路，包括： 磁性變壓器，包括耦合在第一信號(hào)節(jié)點(diǎn)與第二信號(hào)節(jié)點(diǎn)之間的第一繞組、以及耦合在 第一參考節(jié)點(diǎn)與電流測(cè)量節(jié)點(diǎn)之間的第二繞組；以及 相移網(wǎng)絡(luò)，耦合在所述第二節(jié)點(diǎn)與電壓測(cè)量節(jié)點(diǎn)之間，其中所述電路配置成基于在所 述電壓測(cè)量節(jié)點(diǎn)與所述電流測(cè)量節(jié)點(diǎn)之間的幅度差值和相位差值來(lái)指示阻抗匹配條件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中： 所述第一信號(hào)節(jié)點(diǎn)配置成耦合至RF信號(hào)源；以及 所述第二信號(hào)節(jié)點(diǎn)配置成耦合至RF負(fù)載。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，還包括所述RF信號(hào)源和所述RF負(fù)載。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述相移網(wǎng)絡(luò)經(jīng)由在所述第一繞組上的分接連接 件而耦合至所述第二信號(hào)節(jié)點(diǎn)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述相移網(wǎng)絡(luò)配置成提供90°相移。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述相移網(wǎng)絡(luò)包括： 電容器，耦合在所述第二信號(hào)節(jié)點(diǎn)與所述電壓測(cè)量節(jié)點(diǎn)之間；以及 電阻器，耦合在所述電壓測(cè)量節(jié)點(diǎn)與第二參考節(jié)點(diǎn)之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路，其中所述第一參考節(jié)點(diǎn)和所述第二參考節(jié)點(diǎn)是接地節(jié) 點(diǎn)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，還包括檢測(cè)電路，所述檢測(cè)電路耦合至所述電壓測(cè)量 節(jié)點(diǎn)和所述電流測(cè)量節(jié)點(diǎn)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路，其中所述檢測(cè)電路包括RF功率檢測(cè)器，所述RF功率檢 測(cè)器具有耦合至所述電壓測(cè)量節(jié)點(diǎn)和所述電流測(cè)量節(jié)點(diǎn)的輸入。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路，其中所述檢測(cè)電路包括： 第一阻抗，耦合在所述電流測(cè)量節(jié)點(diǎn)與感測(cè)節(jié)點(diǎn)之間；以及 第二阻抗，耦合在所述電壓測(cè)量節(jié)點(diǎn)與所述感測(cè)節(jié)點(diǎn)之間。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的電路，還包括RF功率檢測(cè)器，所述RF功率檢測(cè)器具有耦合 至所述感測(cè)節(jié)點(diǎn)的輸入。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的電路，其中所述第一阻抗包括第一電阻器，而所述第二阻 抗包括第二電阻器。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的電路，其中所述第一阻抗包括第一電容器，而所述第二阻 抗包括第二電容器。
14. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電路，其中，所述檢測(cè)電路配置成，當(dāng)所述RF功率檢測(cè)器的 輸出指示最小功率水平時(shí)，指示在耦合至所述第一節(jié)點(diǎn)的參考阻抗與耦合至所述第二節(jié)點(diǎn) 的負(fù)載阻抗之間的阻抗匹配。
15. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路，其中，所述檢測(cè)電路包括： 第一 RF功率檢測(cè)器，耦合至所述電流測(cè)量節(jié)點(diǎn)； 第二RF功率檢測(cè)器，耦合至所述電壓測(cè)量節(jié)點(diǎn)；以及 混頻器，具有耦合至所述電流測(cè)量節(jié)點(diǎn)的第一輸入、以及耦合至所述電壓測(cè)量節(jié)點(diǎn)的 第二輸入。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，還包括： 電容分壓器，具有耦合至所述第一信號(hào)節(jié)點(diǎn)的輸入； 第一 RF功率檢測(cè)器，耦合至所述電流測(cè)量節(jié)點(diǎn)； 第二RF功率檢測(cè)器，耦合至所述電壓測(cè)量節(jié)點(diǎn)；以及 混頻器，具有耦合至所述電容分壓器網(wǎng)絡(luò)的輸出的第一輸入、以及耦合至所述電流測(cè) 量節(jié)點(diǎn)的第二輸入。
17. -種操作反射測(cè)量電路的方法，所述反射測(cè)量電路包括具有耦合在第一信號(hào)節(jié)點(diǎn) 與第二信號(hào)節(jié)點(diǎn)之間的第一繞組以及耦合在第一參考節(jié)點(diǎn)與電流測(cè)量節(jié)點(diǎn)之間的第二繞 組的磁性變壓器、以及耦合在負(fù)載節(jié)點(diǎn)與電壓測(cè)量節(jié)點(diǎn)之間的相移網(wǎng)絡(luò)，其中，所述方法包 括： 監(jiān)測(cè)所述電壓測(cè)量節(jié)點(diǎn)的幅度以及所述電流測(cè)量節(jié)點(diǎn)的幅度；以及 基于所述監(jiān)測(cè)，而測(cè)量在耦合至所述第一信號(hào)節(jié)點(diǎn)的第一阻抗與耦合至所述第二信號(hào) 節(jié)點(diǎn)的第二阻抗之間的反射。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括基于所測(cè)量的反射而確定阻抗失配。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，測(cè)量所述反射包括將所述電壓測(cè)量節(jié)點(diǎn)的信 號(hào)加上所述電流測(cè)量節(jié)點(diǎn)的信號(hào)以形成求和信號(hào)，其中所述求和信號(hào)的幅度與描述從負(fù)載 阻抗到源阻抗的反射的反射系數(shù)成比例。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括使用功率檢測(cè)器測(cè)量所述求和信號(hào)的幅度。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括： 使用第一功率檢測(cè)器來(lái)測(cè)量所述電流測(cè)量節(jié)點(diǎn)的幅度；以及 使用第二功率檢測(cè)器來(lái)測(cè)量所述電壓測(cè)量節(jié)點(diǎn)的幅度。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，還包括確定在所述電流測(cè)量節(jié)點(diǎn)與所述電壓測(cè)量節(jié) 點(diǎn)之間的相位差值。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，確定所述相位差值包括使用相位檢測(cè)器，所述 相位檢測(cè)器具有耦合至所述電流測(cè)量節(jié)點(diǎn)和所述電壓測(cè)量節(jié)點(diǎn)的輸入。
24. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括： 測(cè)量在第一方向上的波，包括將所述電壓測(cè)量節(jié)點(diǎn)的信號(hào)加上所述電流測(cè)量節(jié)點(diǎn)的信 號(hào)以形成求和信號(hào)；以及 測(cè)量在第二方向上的波，包括從所述電壓測(cè)量節(jié)點(diǎn)的信號(hào)減去所述電流測(cè)量節(jié)點(diǎn)的信 號(hào)以形成求差信號(hào)。
25. -種半導(dǎo)體電路，包括： 半導(dǎo)體基板； 磁性變壓器，包括： 初級(jí)金屬化跡線，布置在所述半導(dǎo)體基板上，其中所述初級(jí)金屬化跡線的第一端配置 成耦合至參考阻抗，而所述初級(jí)金屬化跡線的第二端配置成耦合至負(fù)載阻抗；以及 次級(jí)金屬化跡線，布置成鄰接所述初級(jí)金屬化跡線，其中所述次級(jí)金屬化跡線的第一 端配置成耦合至第一參考電壓節(jié)點(diǎn)，而第二端配置成耦合至電流測(cè)量節(jié)點(diǎn)；以及 相移網(wǎng)絡(luò)，具有耦合至所述第一金屬化跡線的所述第二端以及電壓測(cè)量節(jié)點(diǎn)的第一節(jié) 點(diǎn)。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的半導(dǎo)體電路，其中所述相移網(wǎng)絡(luò)包括： 電容器，耦合在所述初級(jí)金屬化跡線的所述第二端與所述電壓測(cè)量節(jié)點(diǎn)之間；以及 電阻器，耦合在所述電壓感測(cè)節(jié)點(diǎn)與第二參考電壓節(jié)點(diǎn)之間。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的半導(dǎo)體電路，其中， 所述電容器包括電容性地耦合至所述初級(jí)金屬化跡線的金屬化區(qū)域；以及 所述電阻器包括金屬電阻器。
28. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的半導(dǎo)體電路，還包括RF功率檢測(cè)器，所述RF功率檢測(cè)器具 有耦合至所述電壓測(cè)量節(jié)點(diǎn)和所述電流測(cè)量節(jié)點(diǎn)的輸入。
29. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的半導(dǎo)體電路，還包括： 第一阻抗，耦合在所述電流測(cè)量節(jié)點(diǎn)與感測(cè)節(jié)點(diǎn)之間；以及 第二阻抗，耦合在所述電壓測(cè)量節(jié)點(diǎn)與所述感測(cè)節(jié)點(diǎn)之間。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的半導(dǎo)體電路，還包括RF功率檢測(cè)器，所述RF功率檢測(cè)器具 有耦合至所述感測(cè)節(jié)點(diǎn)的輸入。
31. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的半導(dǎo)體電路，其中所述第一阻抗包括第一電阻器，而所述 第二阻抗包括第二電阻器。
32. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的半導(dǎo)體電路，其中所述第一阻抗包括第一電容器，而所述 第二阻抗包括第二電容器。
【文檔編號(hào)】G01R27/28GK104251939SQ201410302990
【公開(kāi)日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月28日
【發(fā)明者】V·索羅姆克, W·巴卡爾斯基 申請(qǐng)人:英飛凌科技股份有限公司