一种高集成度小型化宽幅阻抗调谐器的制作方法

本发明属于射频前端的，具体涉及一种高集成度小型化宽幅阻抗调谐器。

背景技术：

1、随着移动通信技术的不断发展，手机射频前端的复杂性一直呈指数增长，不断扩增的频段和无线标准要求导致手机需要兼容的频段、功能和模式不断增加，同时许多新的通信技术包括多路输入多路输出、载波聚合等都需要多根天线同时工作，然而其他模块的增加又导致手机天线可安装的空间不断减少，天线尺寸只能不断减小，其性能更容易受到外部条件的影响。例如：手机接近不同材料或者用户握持手机的方式等都可能改变天线的阻抗，导致射频前端与手机天线阻抗失配，阻抗失配导致信号输出功率变小，信号传输能力变弱。要得到稳定高强度的发射信号发射，只能增大发射功率来补偿，进而使通信系统的功率传输效率变低，影响手机整体性能，缩短手机续航时间。

2、为解决阻抗失配导致的传输功率降低，通常在射频前端和天线之间插入阻抗匹配网络，以最大化天线和射频前端之间的功率传输。根据最大功率传输定理，当负载阻抗是源阻抗的复共轭时，源阻抗向负载提供最大功率。如图1所示，现有技术通常采用电感和电容组成的阻抗匹配网络，用于在所需频率范围内使天线阻抗与射频前端匹配。由于高q值、高感值电感在单片电路中实现的困难性，一般电感器件只能采用分立元器件形式进行外挂，电容采用可变电容形式构成阻抗匹配网络。然而，电感采用分立器件不利于器件的集成化和小型化，同时由固定电感和电容组成的匹配网络，其匹配能力仅限于有限频点。由于天线阻抗随频率和使用条件而变化，因此阻抗覆盖范围有限，仅几个频段或少数使用条件能够获得最佳匹配。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高集成度小型化宽幅阻抗调谐器，旨在实现电路小型化和单片化。

2、本发明主要通过以下技术方案实现：

3、一种高集成度小型化宽幅阻抗调谐器，包括控制电路单元以及分别与控制电路单元连接的可重构电容网络单元和可重构电感网络单元；所述可重构电容网络单元包括若干个并联的支路，且每个支路上设置有串联的电容c和射频开关sw，所述可重构电容网络单元的容值采用二进制加权并行结构；

4、所述可重构电感网络单元包括单刀双掷射频开关spdt和若干个并联的支路，且每个支路上设置有串联的射频开关sw和有源电感，所述单刀双掷射频开关spdt的输入端与可重构电感网络单元的射频开关sw的第一端与连接，且射频开关sw的第二端与有源电感连接；所述单刀双掷射频开关spdt的第一输出端、第二输出端分别与可重构电容网络单元的两端连接。所述有源电感用于通过调整电流源电流改变有源电感的感值和q值。

5、为了更好地实现本发明，进一步地，所述可重构电容网络单元以串联形式接入射频链路，可重构电感网络单元以并联形式接入射频链路。

6、为了更好地实现本发明，进一步地，所述可重构电容网络单元的前后两端分别设置有信号输入端in1、信号输入端in2，所述单刀双掷射频开关spdt的第一输出端、第二输出端分别与信号输入端in1、信号输入端in2连接，所述信号输入端in1导通用于实现射频信号依次通过可重构电感网络单元、可重构电容网络单元后通过天线ant输出，所述信号输入端in2导通用于实现射频信号依次通过可重构电容网络单元、可重构电感网络单元后通过天线ant输出。

7、为了更好地实现本发明，进一步地，所述有源电感为有源电感网络单元，所述有源电感网络单元包括电源流i1、电源流i2、mos晶体管m1，mos晶体管m2，电容c1和电感l1；电源vcc1分别与电源流i1的负极以及mos晶体管m1的漏极连接，电源流i1的正极分别与mos晶体管m1的栅极以及mos晶体管m2的漏极连接；mos晶体管m1的源极分别与电容c1和电感l1的第一端连接，所述电容c1和电感l1的第二端分别与信号输出端out、电源流i2的负极连接；所述mos晶体管m2的栅极与电源流i2的负极连接，所述mos晶体管m2的源极以及电源流i2的正极分别接地。

8、为了更好地实现本发明，进一步地，所述有源电感网络单元的q值大于50。

9、为了更好地实现本发明，进一步地，所述电容c为mim电容。

10、为了更好地实现本发明，进一步地，所述控制电路单元包括mipi接口电路、基准电路、低压差线性稳压器、电荷泵、电平移位电路和射频驱动电路。控制电路单元通过外部输入信号对整个电路进行控制，可实时对阻抗进行谐调，满足射频链路多样化使用条件的需求。

11、本发明的有益效果如下：

12、（1）本发明采用可重构电容网络单元和可重构电感网络单元的组合，通过控制电路单元进行控制，可以在大范围内，对天线与射频前端之间的阻抗失配进行调谐，同时，由于采用的元器件均适用于集成电路工艺，可实现电路小型化和单片化。控制电路单元通过外部输入信号对整个电路进行控制，可实时对阻抗进行谐调，满足射频链路多样化使用条件的需求，具有较好的实用性。

13、（2）可重构电容网络单元由n个支路并联组成，每条支路都由一个电容和开关串联构成。各支路串联电容的容值采用二进制加权并行结构，控制各支路开关的导通关断状态就可以精确改变电容阵列的电容值，最终得到的电容值是线性变化的，步进量即为最小电容支路串联的电容值。

14、（3）可重构电感网络单元由n个支路并联组成，每条支路都由一个有源电感和开关串联构成。控制各支路开关的导通关断状态就可以得到对应支路的电感值。控制单元内部单刀双掷的切换方向，可灵活配置可重构电感网络单元与可重构电容网络单元之间的电路拓扑结构，使本发明可在大范围内满足阻抗匹配要求。

15、（4）可重构电感网络单元中采用的有源电感可通过调整电流源电流改变有源电感的感值和q值，有利于在大范围内构建所需电感，具有较好的实用性。

技术特征：

1.一种高集成度小型化宽幅阻抗调谐器，其特征在于，包括控制电路单元以及分别与控制电路单元连接的可重构电容网络单元和可重构电感网络单元；所述可重构电容网络单元包括若干个并联的支路，且每个支路上设置有串联的电容c和射频开关sw，所述可重构电容网络单元的容值采用二进制加权并行结构；

2.根据权利要求1所述的一种高集成度小型化宽幅阻抗调谐器，其特征在于，所述可重构电容网络单元以串联形式接入射频链路，可重构电感网络单元以并联形式接入射频链路。

3.根据权利要求2所述的一种高集成度小型化宽幅阻抗调谐器，其特征在于，所述可重构电容网络单元的前后两端分别设置有信号输入端in1、信号输入端in2，所述单刀双掷射频开关spdt的第一输出端、第二输出端分别与信号输入端in1、信号输入端in2连接，所述信号输入端in1导通用于实现射频信号依次通过可重构电感网络单元、可重构电容网络单元后通过天线ant输出，所述信号输入端in2导通用于实现射频信号依次通过可重构电容网络单元、可重构电感网络单元后通过天线ant输出。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种高集成度小型化宽幅阻抗调谐器，其特征在于，所述有源电感为有源电感网络单元，所述有源电感网络单元包括电源流i1、电源流i2、mos晶体管m1，mos晶体管m2，电容c1和电感l1；电源vcc1分别与电源流i1的负极以及mos晶体管m1的漏极连接，电源流i1的正极分别与mos晶体管m1的栅极以及mos晶体管m2的漏极连接；mos晶体管m1的源极分别与电容c1和电感l1的第一端连接，所述电容c1和电感l1的第二端分别与信号输出端out、电源流i2的负极连接；所述mos晶体管m2的栅极与电源流i2的负极连接，所述mos晶体管m2的源极以及电源流i2的正极分别接地。

5.根据权利要求4所述的一种高集成度小型化宽幅阻抗调谐器，其特征在于，所述有源电感网络单元的q值大于50。

6.根据权利要求1所述的一种高集成度小型化宽幅阻抗调谐器，其特征在于，所述电容c为mim电容。

7.根据权利要求1所述的一种高集成度小型化宽幅阻抗调谐器，其特征在于，所述控制电路单元包括mipi接口电路、基准电路、低压差线性稳压器、电荷泵、电平移位电路和射频驱动电路。

技术总结
本发明公开了一种高集成度小型化宽幅阻抗调谐器，包括控制电路单元、可重构电容网络单元和可重构电感网络单元；所述可重构电容网络单元包括若干个并联的支路，且每个支路上设置有串联的电容C和射频开关SW，所述可重构电容网络单元的容值采用二进制加权并行结构；所述可重构电感网络单元包括单刀双掷射频开关SPDT和若干个并联的支路，且每个支路上设置有串联的射频开关SW和有源电感，所述单刀双掷射频开关SPDT的第一输出端、第二输出端分别与可重构电容网络单元的两端连接。本发明可以在大范围内对天线与射频前端之间的阻抗失配进行调谐，同时，由于采用的元器件均适用于集成电路工艺，可实现电路小型化和单片化，具有较好的实用性。

技术研发人员：姚静石,龚海波,苏黎明
受保护的技术使用者：成都明夷电子科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15