用于射頻濾波器的系統(tǒng)和方法
【專利說明】
[0001] 本申請要求于2014年10月20日提交的美國臨時申請No. 62/066,201的優(yōu)先權(quán)， 該美國臨時申請?jiān)诖送ㄟ^引用并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本公開總體涉及一種電子設(shè)備，并且更特別地涉及一種用于射頻濾波器的系統(tǒng)和 方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 在很多RF系統(tǒng)中，例如便攜式無線設(shè)備中，在單個無線電設(shè)備中可能有多于一個 的接收頻率或發(fā)射頻率同時為活躍的。當(dāng)相應(yīng)頻帶彼此遠(yuǎn)離時和/或當(dāng)利用不同的增益來 處理頻帶時，不同的頻率信道在頻域中被分離并且在單獨(dú)的信號路徑中被處理。如今的很 多系統(tǒng)要求對多于兩個信道的靈活的頻率規(guī)劃和同時處理，其使得固定頻率的解復(fù)用器濾 波器設(shè)計（具有η個頻帶）對于設(shè)計帶來了挑戰(zhàn)。例如，第四代移動通信標(biāo)準(zhǔn)LTE使用了 利用多個信道的載波聚合技術(shù)，其中同時處理多達(dá)三個接收（RX)信道和一個發(fā)射（ΤΧ)信 道。在下一代LTE標(biāo)準(zhǔn)以及可能的其他標(biāo)準(zhǔn)中，具有不同頻率的多個RX路徑和具有不同頻 率的多個ΤΧ路徑可以同時被操作。相應(yīng)地，假設(shè)ΤΧ已經(jīng)被濾除，則用戶設(shè)備（UE)分離在 頻域中被拆分的多達(dá)三個RX信道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 根據(jù)實(shí)施例，電路包括多個濾波器電路，濾波器電路具有第一端口、第二端口和第 三端口，其中多個濾波器電路中的第一濾波器電路的第二端口耦合到多個濾波器電路中的 第二濾波器電路的第一端口，并且多個濾波器電路中的每個濾波器電路包括第一無源濾波 器、第二無源濾波器、第一耦合器以及組合網(wǎng)絡(luò)。第一耦合器包括耦合到第一端口的輸入端 口、耦合到第二端口的隔離端口、耦合到第一無源濾波器的第一相移端口以及耦合到第二 無源濾波器的第二相移端口，并且組合網(wǎng)絡(luò)包括耦合到第一無源濾波器的第一輸入、耦合 到第二無源濾波器的第二輸入、以及耦合到第三端口的輸出。
【附圖說明】
[0005] 為了對本發(fā)明及其優(yōu)勢有更為全面的理解，現(xiàn)在結(jié)合附圖對下述描述進(jìn)行參考， 其中：
[0006] 圖la圖示出利用了在去往LNA接口的天線處的雙工器濾波器和三工器濾波器的 切換集群以及在LNA之后的雙工器濾波器和三工器濾波器的切換集群的常規(guī)的RF RX，并 且圖lb圖示出利用了在去往LNA接口的天線處的雙工器濾波器和三工器濾波器的切換集 群以及在LNA之后的三工器的RF系統(tǒng)；
[0007] 圖2a和圖2b圖示出單個實(shí)施例調(diào)諧隔離的濾波器結(jié)構(gòu)，并且圖2c和圖2d圖示 出其后跟隨著常規(guī)調(diào)諧雙工器的單個實(shí)施例調(diào)諧隔離的濾波器結(jié)構(gòu)；
[0008] 圖3a至圖3b圖示出兩個級聯(lián)的實(shí)施例調(diào)諧隔離的濾波器結(jié)構(gòu)，圖3c圖示出n-1 個級聯(lián)的實(shí)施例調(diào)諧隔離的濾波器結(jié)構(gòu)，并且圖3d圖示出使用了調(diào)諧雙工器連同實(shí)施例 調(diào)諧隔離的濾波器結(jié)構(gòu)的電路；
[0009] 圖4a至圖4j圖示出實(shí)施例調(diào)諧隔離的濾波器結(jié)構(gòu)的各種實(shí)施方式；
[0010] 圖5a至圖5g圖示出具有旁路模式的實(shí)施例調(diào)諧隔離的濾波器結(jié)構(gòu)的各種實(shí)施方 式以及相對應(yīng)的切換圖表；
[0011] 圖6a和圖6b圖示出針對實(shí)施例隔離濾波器結(jié)構(gòu)的仿真示意圖；
[0012] 圖7a至圖7d圖示出針對低阻抗反射模式下的實(shí)施例隔離濾波器結(jié)構(gòu)的s參數(shù)；
[0013] 圖8a至圖8d圖示出針對高阻抗反射模式下的實(shí)施例隔離濾波器結(jié)構(gòu)的s參數(shù)；
[0014] 圖9a至圖9c圖示出實(shí)施例RF系統(tǒng)的框圖以及相對應(yīng)的LNA后的B隔離濾波器 結(jié)構(gòu)的s參數(shù)曲線；
[0015] 圖10a至圖10c圖示出實(shí)施例隔離濾波器結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0016] 圖11圖不出RF系統(tǒng)的框圖；
[0017] 圖12圖示出另一個RF系統(tǒng)的框圖；
[0018] 圖13a至圖13d圖示出圖12的RF系統(tǒng)的s參數(shù)曲線；
[0019] 圖14a至圖14e圖示出實(shí)施例隔離濾波器結(jié)構(gòu)的示意圖以及相對應(yīng)的s參數(shù)曲 線；
[0020] 圖15a至圖15i圖示出基于SAW濾波器的可旁路的實(shí)施例隔離濾波器結(jié)構(gòu)的示意 圖以及相對應(yīng)的s參數(shù)曲線；
[0021] 圖16a至圖16b圖示出實(shí)施例隔離濾波器結(jié)構(gòu)的示例性布局圖；
[0022] 圖17a圖示出利用了在去往LNA接口的天線處的雙工器濾波器和三工器濾波器的 切換集群以及在LNA之后的隔離帶通/帶阻濾波器和雙工器的RF系統(tǒng)，并且圖17b圖示出 利用了在去往LNA接口的天線處的雙工器濾波器和三工器濾波器的切換集群以及在LNA之 后的調(diào)諧隔離的帶通/帶阻濾波器和調(diào)諧雙工器的RF系統(tǒng)；
[0023] 圖18圖示出實(shí)施例RF系統(tǒng)；
[0024] 圖19a和圖19b圖示出可以朝向發(fā)射和接收引導(dǎo)以用于載波聚合的RF系統(tǒng)；
[0025] 圖20a至圖20c圖示出配置為實(shí)施載波聚合的實(shí)施例RF系統(tǒng)；
[0026] 圖21a至圖21c圖示出配置為實(shí)施載波聚合的另一實(shí)施例RF系統(tǒng)；以及
[0027] 圖22a至圖22d圖示出實(shí)施例頻率組合器。
[0028] 在不同的圖中，相對應(yīng)的數(shù)字和符號通常指代相對應(yīng)的部分，除非另外有所指示。 繪制附圖用以清楚地圖示出優(yōu)選實(shí)施例的相關(guān)方面并且并非必然按照比例繪制。為了更清 楚地圖示出特定的實(shí)施例，指示著相同結(jié)構(gòu)、材料或處理步驟的變化的字母可以跟隨著附 圖標(biāo)號。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面將詳細(xì)討論當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)和利用。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明提 供了很多可應(yīng)用的創(chuàng)新性構(gòu)思，其可以體現(xiàn)在很多種特定的情境中。所討論的特定實(shí)施例 僅僅為對于實(shí)現(xiàn)并利用本發(fā)明的特定方式的描述，并且并不限制本發(fā)明的范圍。
[0030] 將在特定的情境中參照優(yōu)選的實(shí)施例來描述本發(fā)明，即針對在多帶RF系統(tǒng)中的 使用的用于靈活RF濾波器的系統(tǒng)和方法。進(jìn)一步的實(shí)施例可以應(yīng)用到例如其他的RF系統(tǒng)。
[0031] 對每個濾波器的通帶進(jìn)行調(diào)諧并且實(shí)現(xiàn)所有濾波器的相位/振幅關(guān)系從而在濾 波器的通帶內(nèi)不向?yàn)V波器提供低阻抗是非常難以實(shí)現(xiàn)的。相應(yīng)地，諸如在圖la中圖示出 的RF接收路徑100之類的常規(guī)解決方案利用濾波器組，其中每個濾波器組映射一個使用情 況。在每個使用情況中，濾波器在相位和振幅上被優(yōu)化從而使得所有的濾波器彼此不成為 負(fù)載。對于不同的使用情況來說，在相位和振幅上組合新的濾波器的集合從而使得其彼此 不成為負(fù)載。因此，利用如圖la所示的三工器或雙工器的組的使用情況組合的陣列經(jīng)由RF 開關(guān)進(jìn)行切換從而映射需求。這導(dǎo)致了如果一個頻帶使用在各種使用情況中的硬件冗余。 結(jié)果是，無線電設(shè)備很大并且昂貴。
[0032] 如圖la所示，成對的天線102和104耦合到天線開關(guān)106,天線開關(guān)106之后跟 隨有第一濾波器組108,第一濾波器組108包括雙工器和一個或多個三工器。第一濾波器 組108的輸出經(jīng)由在LNA的輸入處的RF開關(guān)110、112和114以及在這些LNA的輸出處的 RF開關(guān)116、118和120而被路由到三個LNA :低頻帶LNA A，中頻帶LNA B以及高頻帶LNA C。RF開關(guān)116、118和120其后跟隨第二濾波器組122,第二濾波器組122包括類似于第一 濾波器組108的雙工器和三工器，其輸出通過進(jìn)一步的RF開關(guān)124進(jìn)行選擇。正如在圖la 中明顯的是，第一組雙工器類似于第二組雙工器，由此導(dǎo)致了冗余。
[0033] 圖lb圖示出系統(tǒng)130,其中第一組雙工器/三工器132經(jīng)由天線開關(guān)106耦合到 天線102和104并且經(jīng)由RF開關(guān)110、112和114路由到低頻帶LNA A、中頻帶LNA B以及 高頻帶LNA C，其后跟隨著三工器134而不是冗余的濾波器組。雖然圖lb的系統(tǒng)避免了使 用冗余的濾波器組，但是三工器的設(shè)計帶來了一些設(shè)計問題，包括在輸入處的加載/失配、 在載波聚合（CA)模式下的增益下降以及在CA模式下通過活躍LNA的RX噪聲泄漏。理想 地，三工器濾波器組件通過相位FA、FB、FC而彼此相位旋轉(zhuǎn)，從而使得其彼此不成為負(fù)載。 此外，這種LNA后多路復(fù)用可能需要非常高Q的三工器，如果三工器將是可調(diào)諧的從而支持 靈活的頻率計劃，則該三工器的設(shè)計尤其具有挑戰(zhàn)。在一個實(shí)施例中，利用隔離濾波器核心 來實(shí)施可調(diào)諧的高Q帶通濾波器（BPF)以及帶阻濾波器（BSF)，其簡化示例在圖2a中被圖 示出。如所示出，可以利用諸如具有耦合到具有HI (s)的轉(zhuǎn)移函數(shù)的BPF濾波器206的正交 輸出的_3dB混合器之類的耦合結(jié)構(gòu)204來實(shí)施在第一輸出處具有第一轉(zhuǎn)移函數(shù)HI (s)并 且在第二輸出處具有第二轉(zhuǎn)移函數(shù)l-Hl(s)的帶通/帶阻濾波器202。如圖2b所示，從端 口 1到端口 3的轉(zhuǎn)移函數(shù)HI (s)具有帶通特性并且從端口 1到端口 2的轉(zhuǎn)移函數(shù)1-H1 (s) 由于反射FHl(s)而具有帶阻特性。為了簡化方程式l-Hl(s)，假設(shè)耦合結(jié)構(gòu)204沒有損 耗，并且假設(shè)反射系數(shù)Γ對于全反射而言為1。
[0034] 在一個實(shí)施例中，利用具有帶有高通特性H2(s)和低通特性H3(s)的常規(guī)雙工器 和隔離濾波器核心的混合帶通濾波器（BPF)和帶阻濾波器（BSF)來實(shí)施可調(diào)諧的高Q三工 器，其簡化示例在圖2c中被圖示出。如所示出，可以利用諸如具有耦合到具有Hl(s)的轉(zhuǎn)移 函數(shù)的BPF濾波器214的正交輸出212的-3dB混合器之類的耦合結(jié)構(gòu)來實(shí)施在第一輸出處 具有第一轉(zhuǎn)移函數(shù)Hl(s)并且在第二輸出處具有第二轉(zhuǎn)移函數(shù)l-Hl(s)的帶通/帶阻濾波 器210。如圖2d所示，從端口 1到端口 3的轉(zhuǎn)移函數(shù)Hl(s)具有帶通特性并且從端口 1到 端口 2的轉(zhuǎn)移函數(shù)l-Hl(s)由于反射rHl(s)而具有帶阻特性。為了簡化方程式l-Hl(s)， 假設(shè)耦合結(jié)構(gòu)212沒有損耗，并且假設(shè)反射系數(shù)Γ對于全反射而言為1。
[0035] 在實(shí)施例中，調(diào)諧隔離的濾波器核心的端口 2連接到從端口 2到端口 4具有高通 特性并且從端口 2到端口 5具有低通特性的常規(guī)雙工器。正如在圖2d中描述的，從端口 1 到端口 5的整個級聯(lián)的轉(zhuǎn)移遵循具有轉(zhuǎn)移函數(shù)[1-H1 (s) ] *H3 (s)的低通濾波器以及從端口 1到端口 4具有其轉(zhuǎn)移函數(shù)[l-Hl(s)]*H2(s)的等同高通濾波器特性。從端口 1到端口 3 的轉(zhuǎn)移遵循帶通函數(shù)Hl(s)。所需要的雙工器濾波器函數(shù)H2(s)和H3(s)可以非常弛緩， 并且由于陡峭的隔離帶阻轉(zhuǎn)移函數(shù)1-H1 (s)，仍然可以獲得非常陡峭的LB (S51)到MB (S31) 轉(zhuǎn)換和MB(S：31)到HB(S41)轉(zhuǎn)換。
[0036] 這種技術(shù)使得彼此成為負(fù)載的濾波器的數(shù)目每隔離帶通的頻帶降低了 1，從而使 得可以利用隔離的核心以及（n-1)路復(fù)用器方案來實(shí)施η路復(fù)用器函數(shù)。相應(yīng)地，從端口 1 到端口 3的轉(zhuǎn)換主要由濾波器轉(zhuǎn)移函數(shù)Hl(s)來定義而從端口 1到端口 2的轉(zhuǎn)換主要由反 射rHl(s)來定義。利用了這種隔離濾波器結(jié)構(gòu)的實(shí)施例具有多個優(yōu)勢。例如，僅需要一種 濾波器類型，其簡化了對于布置的調(diào)諧，由于帶通轉(zhuǎn)移函數(shù)HI (s)和帶阻轉(zhuǎn)移函數(shù)1-H1 (s) 彼此自動追蹤。此外，由于實(shí)施例三端口結(jié)構(gòu)的隔離特性，帶阻特性較之常規(guī)濾波器而言較 少依賴于正確相位。
[0037] 在一個實(shí)施例中，從端口 1到端口 3發(fā)生轉(zhuǎn)移函數(shù)HI (s)并且針對從端口 1到端 口 2的反射信號發(fā)生轉(zhuǎn)移函數(shù)（l-H(s))。利用調(diào)諧的濾波器可以實(shí)施創(chuàng)建了帶通/反射平 面的濾波器?？梢詫β窂?和路徑3添加進(jìn)一步的濾波，而不會在隔離濾波器核心處導(dǎo)致 失配。這就允許了針對多個頻帶的同時操作的靈活的濾波器組設(shè)計。這種進(jìn)一步的濾波的 示例在圖3a中示出，其中利用基于具有轉(zhuǎn)移函數(shù)HI (s)和H2 (s)的帶通濾波器的濾波器結(jié) 構(gòu)224和226的實(shí)施例來實(shí)施具有轉(zhuǎn)移函數(shù)HI (s)、1-H1 (s)以及H2 (s)、1-H2 (s)的兩個級 聯(lián)的隔離濾波器帶通/帶阻濾波器220和222。
[0038] 正如在圖3a中所示出的，第一隔離核心濾波器結(jié)構(gòu)224的端口 2耦合到第二隔離 核心濾波器結(jié)構(gòu)226的第一端口以形成三工器。相應(yīng)地，從端口 3到端口 1的轉(zhuǎn)移函數(shù)為 帶通轉(zhuǎn)移函數(shù)Hl(s)，并且從端口 5到端口 1的轉(zhuǎn)移函數(shù)為濾波器函數(shù)[l-Hl(s)]*H2(s)。 然而，由于在兩個帶通濾波器的輸入處的反射Γ HI (s)和Γ H2 (s)，從端口 4到端口 1的轉(zhuǎn) 移函數(shù)具有兩個阻帶，并且具有的轉(zhuǎn)移函數(shù)為[1-(1-Hl(s))]*[l-H2(s))]。這些轉(zhuǎn)移函數(shù) 的振幅曲線如圖3b所圖示的。
[0039] 如圖3c所示，可以使用實(shí)施例隔離核心濾波器結(jié)構(gòu)236、238和240對附加的實(shí)施 例隔離核心濾波器結(jié)構(gòu)230、232和234進(jìn)行級聯(lián)從而形成（n-2)