用于变压器和相移网络的系统及方法
【专利摘要】根据一个实施例，一种电路包括具有耦合在第一信号节点与第二信号节点之间的第一绕组、以及耦合在第一参考节点与电流测量节点之间的第二绕组的磁性变压器。相移网络耦合在第二节点与电压测量节点之间，该电路配置成基于电压测量节点与电流测量节点之间的幅度差值和相位差值来表示阻抗匹配条件。
【专利说明】用于变压器和相移网络的系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明大体涉及电子设备，并且更具体地涉及用于变压器和相移网络的系统及方 法。
【背景技术】
[0002] 定向耦合器是能够检测到在特定方向上传输的功率的电子设备，用于种类繁多的 射频（RF)电路中。例如，定向耦合器可以用于雷达系统中，以通过从反射波分离入射波来 检测到反射波，或者可以用于测量传输线的阻抗失配的电路中。在功能上，定向耦合器具有 正向传输路径和f禹合传输路径。正向传输路径通常具有低损耗，而f禹合传输路径f禹合传输 功率的在特定方向上传播的一小部分。存在许多不同类型的耦合器架构，包括电磁耦合器 和磁性耦合器。这些耦合器类型中的每一个都可以使用取决于操作的频率和操作环境的不 同的拓扑结构和材料来实现。
[0003] 例如，定向耦合器可以使用布置在印刷电路板（PCB)或变压器上的带状线结构来 实现。在一些带状线的实现方式中，各种电路元件可以与被测量的特定信号的1/4波长一 样长。对于在500MHz至3GHz之间（其覆盖了许多蜂窝电话操作的频率范围）的频率下操 作的应用，由于这些频率下的波长远比集成电路的特征尺寸更长，因而在集成电路上构造 带状线定向耦合器变得有挑战性。由于变压器损耗和寄生效应，因而在该范围的频率下构 造低损耗磁基定向耦合器进行也是有挑战性的。
【发明内容】
[0004] 根据一个实施例，一种电路包括磁性变压器，该磁性变压器具有耦合在第一信号 节点与第二信号节点之间的第一绕组、以及耦合在第一参考节点与电流测量节点之间的第 二绕组。相移网络，耦合在第二节点与电压测量节点之间。并且该电路配置成基于电压测 量节点与电流测量节点之间的幅度差值和相位差值，来表示阻抗匹配条件。
【专利附图】
【附图说明】
[0005] 为了更透彻地理解本发明及其优点，现在对接合附图的以下说明做出引用，在附 图中：
[0006] 图la-图lc图示了实施例耦合器电路；
[0007] 图2a-图2b图示了对应于实施例耦合电路的波形图；
[0008] 图3a-图3b图示了实施例入射波测量电路和反射波测量电路；
[0009] 图4a_图4d图示了另外的实施例入射波测量电路和反射波测量电路；
[0010] 图5图示了实施例耦合器在金属化层上的实现方式；
[0011] 图6a_图6c图示了各种实施例RF系统；
[0012] 图7a_图7b图示了实施例方法的框图；以及
[0013] 图8a_图8b图示了另外的实施例入射波测量电路和反射波测量电路。
[0014] 不同附图中的对应的标记和符号大体指代对应的部分，除非另有声明。附图被绘 制以清楚地图示优选实施例的相关方面并且不必被按比例绘制。为了更清楚地图示某些实 施例，图号后可以有指示相同结构、材料、或处理步骤的变形的字母。
【具体实施方式】
[0015] 下面详细地讨论本文的各个优选实施例的制造和使用。然而，应该理解，本发明提 供了可以在种类繁多的特定背景中实现的许多可应用的发明概念。所论述的具体实施例仅 仅是例示制造和使用本发明的具体方法，并非限制本发明的范围。
[0016] 将关于在特定背景中的优选实施例来对本发明进行描述，该实施例为可以用于RF 电路中以测量入射或反射功率的定向耦合器的系统和方法。本发明也可以应用于包括进 行RF测量的其他电路的其他系统和应用，包括但不限于测量并且/或者调谐阻抗失配的设 备、时域反射仪（TDR)、与可调谐天线匹配电路一起使用的感测设备、以及可调谐滤波器。
[0017] 在本发明的一个实施例中，阻抗测量设备包括耦合至具有初级绕组和次级绕组的 变压器的相移网络。变压器的初级绕组与阻抗测量设备的传输路径串联地耦合。变压器的 次级绕组以及移相器负载有高阻抗测量设备，该高阻抗测量设备确定在传输路径的端口之 间，阻抗匹配的质量、以及/或者入射和/或反射信号的绝对或相对的大小和/或相位。
[0018] 在一个实施例中，有关RF信号的电流和电压的幅度和相位的信息被提取，并且被 与预定值（诸如但不限于，50Ω阻抗）进行对比。所提取的RF电流和电压的幅度和相位之 间的关系表示RF信号路径中的反射量，因而表示负载阻抗。例如，反射越小，负载阻抗越接 近特征阻抗Z Q :
[0019]
【权利要求】
1. 一种电路，包括： 磁性变压器，包括耦合在第一信号节点与第二信号节点之间的第一绕组、以及耦合在 第一参考节点与电流测量节点之间的第二绕组；以及 相移网络，耦合在所述第二节点与电压测量节点之间，其中所述电路配置成基于在所 述电压测量节点与所述电流测量节点之间的幅度差值和相位差值来指示阻抗匹配条件。
2. 根据权利要求1所述的电路，其中： 所述第一信号节点配置成耦合至RF信号源；以及 所述第二信号节点配置成耦合至RF负载。
3. 根据权利要求2所述的电路，还包括所述RF信号源和所述RF负载。
4. 根据权利要求1所述的电路，其中所述相移网络经由在所述第一绕组上的分接连接 件而耦合至所述第二信号节点。
5. 根据权利要求1所述的电路，其中所述相移网络配置成提供90°相移。
6. 根据权利要求1所述的电路，其中所述相移网络包括： 电容器，耦合在所述第二信号节点与所述电压测量节点之间；以及 电阻器，耦合在所述电压测量节点与第二参考节点之间。
7. 根据权利要求6所述的电路，其中所述第一参考节点和所述第二参考节点是接地节 点。
8. 根据权利要求1所述的电路，还包括检测电路，所述检测电路耦合至所述电压测量 节点和所述电流测量节点。
9. 根据权利要求8所述的电路，其中所述检测电路包括RF功率检测器，所述RF功率检 测器具有耦合至所述电压测量节点和所述电流测量节点的输入。
10. 根据权利要求8所述的电路，其中所述检测电路包括： 第一阻抗，耦合在所述电流测量节点与感测节点之间；以及 第二阻抗，耦合在所述电压测量节点与所述感测节点之间。
11. 根据权利要求10所述的电路，还包括RF功率检测器，所述RF功率检测器具有耦合 至所述感测节点的输入。
12. 根据权利要求10所述的电路，其中所述第一阻抗包括第一电阻器，而所述第二阻 抗包括第二电阻器。
13. 根据权利要求10所述的电路，其中所述第一阻抗包括第一电容器，而所述第二阻 抗包括第二电容器。
14. 根据权利要求9所述的电路，其中，所述检测电路配置成，当所述RF功率检测器的 输出指示最小功率水平时，指示在耦合至所述第一节点的参考阻抗与耦合至所述第二节点 的负载阻抗之间的阻抗匹配。
15. 根据权利要求8所述的电路，其中，所述检测电路包括： 第一 RF功率检测器，耦合至所述电流测量节点； 第二RF功率检测器，耦合至所述电压测量节点；以及 混频器，具有耦合至所述电流测量节点的第一输入、以及耦合至所述电压测量节点的 第二输入。
16. 根据权利要求1所述的电路，还包括： 电容分压器，具有耦合至所述第一信号节点的输入； 第一 RF功率检测器，耦合至所述电流测量节点； 第二RF功率检测器，耦合至所述电压测量节点；以及 混频器，具有耦合至所述电容分压器网络的输出的第一输入、以及耦合至所述电流测 量节点的第二输入。
17. -种操作反射测量电路的方法，所述反射测量电路包括具有耦合在第一信号节点 与第二信号节点之间的第一绕组以及耦合在第一参考节点与电流测量节点之间的第二绕 组的磁性变压器、以及耦合在负载节点与电压测量节点之间的相移网络，其中，所述方法包 括： 监测所述电压测量节点的幅度以及所述电流测量节点的幅度；以及 基于所述监测，而测量在耦合至所述第一信号节点的第一阻抗与耦合至所述第二信号 节点的第二阻抗之间的反射。
18. 根据权利要求17所述的方法，还包括基于所测量的反射而确定阻抗失配。
19. 根据权利要求17所述的方法，其中，测量所述反射包括将所述电压测量节点的信 号加上所述电流测量节点的信号以形成求和信号，其中所述求和信号的幅度与描述从负载 阻抗到源阻抗的反射的反射系数成比例。
20. 根据权利要求19所述的方法，还包括使用功率检测器测量所述求和信号的幅度。
21. 根据权利要求19所述的方法，还包括： 使用第一功率检测器来测量所述电流测量节点的幅度；以及 使用第二功率检测器来测量所述电压测量节点的幅度。
22. 根据权利要求21所述的方法，还包括确定在所述电流测量节点与所述电压测量节 点之间的相位差值。
23. 根据权利要求22所述的方法，其中，确定所述相位差值包括使用相位检测器，所述 相位检测器具有耦合至所述电流测量节点和所述电压测量节点的输入。
24. 根据权利要求17所述的方法，还包括： 测量在第一方向上的波，包括将所述电压测量节点的信号加上所述电流测量节点的信 号以形成求和信号；以及 测量在第二方向上的波，包括从所述电压测量节点的信号减去所述电流测量节点的信 号以形成求差信号。
25. -种半导体电路，包括： 半导体基板； 磁性变压器，包括： 初级金属化迹线，布置在所述半导体基板上，其中所述初级金属化迹线的第一端配置 成耦合至参考阻抗，而所述初级金属化迹线的第二端配置成耦合至负载阻抗；以及 次级金属化迹线，布置成邻接所述初级金属化迹线，其中所述次级金属化迹线的第一 端配置成耦合至第一参考电压节点，而第二端配置成耦合至电流测量节点；以及 相移网络，具有耦合至所述第一金属化迹线的所述第二端以及电压测量节点的第一节 点。
26. 根据权利要求25所述的半导体电路，其中所述相移网络包括： 电容器，耦合在所述初级金属化迹线的所述第二端与所述电压测量节点之间；以及 电阻器，耦合在所述电压感测节点与第二参考电压节点之间。
27. 根据权利要求26所述的半导体电路，其中， 所述电容器包括电容性地耦合至所述初级金属化迹线的金属化区域；以及 所述电阻器包括金属电阻器。
28. 根据权利要求25所述的半导体电路，还包括RF功率检测器，所述RF功率检测器具 有耦合至所述电压测量节点和所述电流测量节点的输入。
29. 根据权利要求25所述的半导体电路，还包括： 第一阻抗，耦合在所述电流测量节点与感测节点之间；以及 第二阻抗，耦合在所述电压测量节点与所述感测节点之间。
30. 根据权利要求29所述的半导体电路，还包括RF功率检测器，所述RF功率检测器具 有耦合至所述感测节点的输入。
31. 根据权利要求29所述的半导体电路，其中所述第一阻抗包括第一电阻器，而所述 第二阻抗包括第二电阻器。
32. 根据权利要求29所述的半导体电路，其中所述第一阻抗包括第一电容器，而所述 第二阻抗包括第二电容器。
【文档编号】G01R27/28GK104251939SQ201410302990
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年6月27日 优先权日:2013年6月28日
【发明者】V·索罗姆克, W·巴卡尔斯基 申请人:英飞凌科技股份有限公司