本發明總體上涉及RF電路，更具體地，涉及將從差分功率放大器接收的差分輸出信號轉換為單端輸出信號的電路，其中通過該電路施加于差分功率放大器的阻抗可以針對多種操作模式進行調整，使得單個差分功率放大器可用于在給定頻帶內操作的多種操作模式。

背景技術：

圖1示出了耦合至天線110的現有RF電路100。電路100包括多個傳輸路徑120以及將天線110耦合至多個傳輸路徑120的天線開關130。每個傳輸路徑120都包括功率放大器140和接收放大器150，它們交替地通過雙工器160接合至天線開關130。在天線開關130內，每個傳輸路徑120都通過串聯開關170可切換地耦合至天線110，并且還可選地通過并聯開關180可切換地耦合至地。

如圖1所示，當一個傳輸路徑120耦合至天線110(處于ON模式)，則用于該傳輸路徑120的串聯開關170閉合而并聯開關180打開，同時對于所有其他傳輸路徑120(OFF模式)反轉開關170、180。雖然天線開關130將僅利用串聯開關170工作，但并聯開關180的附加通過將不使用的傳輸路徑120接地而提供了更好的隔離。

在蜂窩電話中，提供各個傳輸路徑120以適應不同的操作模式，其中每個操作模式是頻帶和功率等級的不同組合，電話可以根據國家、操作者、通信量等的變化在操作模式之間切換。如圖1所示，可以通過使用與操作模式一樣多的功率放大器140來實現多個操作模式，使得每個功率放大器140針對其特定的頻帶和功率等級進行優化。

技術實現要素：

本發明的示例性設備包括無線RF設備(諸如蜂窩電話或智能手機)，并且可在至少一個頻帶中操作并且可在每個頻帶中在多個操作模式之間切換。示例性設備包括：天線和天線開關；多個接收放大器、每個接收放大器都專用于多個操作模式中的不同操作模式；阻抗平衡電路；以及第一差分功率放大器，被配置為在至少一個頻帶的第一頻帶內操作。附加頻帶可以用于附加的差分功率放大器和阻抗平衡電路對，每一對都具有獨立的多個接收放大器但是與第一差分功率放大器共用相同的天線。

差分功率放大器包括輸入和輸出，并且被配置為在輸入處接收差分輸入信號以及根據差分輸入信號在輸出處產生放大差分輸出信號。如上所述，第一差分功率放大器被配置為在第一頻帶內操作；此外，第一差分功率放大器可唯一地專用于第一頻帶。

阻抗平衡電路與第一差分功率放大器電通信，并且被配置為接收來自第一差分功率放大器的輸出的差分輸出信號，并且進一步被配置為根據差分輸出信號產生單端輸出信號。阻抗平衡電路還隨著操作模式被切換而可調，以改變施加于第一差分功率放大器的輸出的阻抗。天線開關被配置為交替地將天線耦合至第一阻抗平衡電路或將天線耦合至多個接收放大器。在一些實施例中，天線開關通過將天線耦合至雙工器來交替地將天線耦合至第一阻抗平衡電路或者多個接收放大器，其中雙工器耦合至模式開關以及多個接收放大器中的一個接收放大器。

各個實施例還包括模式開關以及多個雙工器，雙工器的數量等于多個接收放大器的數量。在這些實施例中，模式開關與阻抗平衡電路電通信并且被配置為從中接收單端輸出信號。此外，多個雙工器中的每個雙工器都在天線開關與模式開關或者多個接收放大器中的一個接收放大器之間電通信。因此，當操作模式改變以及輸入阻抗改變時，模式開關將阻抗平衡電路耦合至不同的雙工器，并且天 線可以選擇相同的雙工器。

在各個實施例中，阻抗平衡電路包括BALUN(用于平衡/不平衡)電路和可變電容器。BALUN電路本身包括第一傳輸線和第二傳輸線，兩條傳輸線的每一條都具有第一端和第二端。在一些實施例中，傳輸線包括諸如微帶的平面結構。在各個實施例中，每條傳輸線都包括導電帶、與導電帶相鄰的接地面以及設置在導電帶與接地面之間的介電層。在這些實施例中，接地面的寬度大于導電帶的寬度。在操作中，在相應的第一端處橫跨兩條傳輸線的接地面施加差分輸出信號。阻抗平衡電路還包括第一電連接，在第一端處接合兩條傳輸線的導電帶。阻抗平衡電路還包括第二電連接，在第二端處接合兩條傳輸線的接地面。在各個實施例中，第二電連接可以耦合至地或DC偏置電壓。此外，第一阻抗平衡電路被配置為在第二端處從第一傳輸線的導電帶產生單端輸出信號。可變電容器在第二端處電耦合至第二傳輸線的導電帶。

設備的各個實施例可以用于諸如高頻帶和低頻帶的兩個或更多個頻帶。因此，一些實施例包括第二差分功率放大器，其具有輸入和輸出，并且被配置為在至少一個頻帶的第二頻帶內進行操作，并且進一步被配置為根據在輸入處接收的差分輸入信號在輸出處產生放大差分輸出信號，第二差分功率放大器唯一地專用于第二頻帶。此外，在這些實施例中，第二阻抗平衡電路與第二差分功率放大器電通信，并且被配置為接收來自第二差分功率放大器的輸出的差分輸出信號，并且進一步被配置為根據差分輸出信號產生單端輸出信號。第二阻抗平衡電路隨著操作模式被切換而可調，以改變施加于第二差分功率放大器的輸出的阻抗。

本發明還旨在提供一種用于上述設備的電路。示例性電路包括：差分功率放大器，被配置為產生差分輸出信號；阻抗平衡電路；以及可變電容器。在這些實施例中，阻抗平衡電路電耦合至差分放大器，并且被配置為接收差分輸出信號。此外，阻抗平衡電路包括：第一傳輸線和第二傳輸線，這兩條傳輸線中的每一條都具有第一端 和第二端。此外，每條傳輸線都包括導電帶、與導電帶相鄰的接地面以及設置在導電帶與接地面之間的介電層，接地面的特征在于寬度大于導電帶的寬度，其中在相應的第一端處橫跨兩條傳輸線的接地面施加差分輸出信號。第一電連接(任選地可以為通孔或傳輸線)在所述第一端處接合兩條傳輸線的導電帶。第二電連接(也任選地可以為通孔或傳輸線)在第二端處接合兩條傳輸線的接地面。在不同實施例中，第二傳輸線可以耦合至地或DC偏置電壓。阻抗平衡電路被配置為在第二端處從第一傳輸線的導電帶產生單端輸出信號。可變電容器在第二端處電耦合至第二傳輸線的導電帶。

電路的各個實施例還包括：模式開關，被電耦合以接收來自阻抗平衡電路的單端輸出信號，并且被配置為在多個輸出端口之間切換單端輸出信號。這些實施例中的一些還包括多個雙工器，多個雙工器中的一個雙工器電耦合至多個輸出端口中的每個輸出端口。

附圖說明

圖1是根據現有技術的RF電路的示意圖。

圖2是根據本發明示例性實施例的RF電路的示意圖。

圖3是根據本發明示例性實施例的用于圖2的RF電路的阻抗平衡電路的示意圖。

圖4是用于阻抗平衡電路的示例性實施例的微帶傳輸線的截面圖。

圖5是根據本發明示例性實施例的阻抗平衡電路的示意性表示的立體圖。

具體實施方式

本發明描述了一種RF電路，其包括差分功率放大器和阻抗平衡電路來用于諸如3G和4G的多種操作模式。阻抗平衡電路用于將從差分功率放大器輸出的差分信號轉換為單端輸出并且還用于在差分功率放大器的輸出處提供根據操作模式的變化而變化的阻抗。這使 得單個差分功率放大器被用于給定頻帶內的多種操作模式。

在各個實施例中，阻抗平衡電路包括BALUN電路。BALUN電路包括一對傳輸線，在一端處橫跨兩條傳輸線施加差分輸出信號，以在相對端處產生來自一條傳輸線的單端輸出信號。這些實施例可以進一步包括可變電容器，其在與產生單端輸出信號的同一端處耦合至第二傳輸線。改變可變電容器的電容用于在施加差分輸出信號以適應不同操作模式的端部處改變BALUN電路的阻抗。

圖2示出了本發明的耦合至天線110的示例性RF電路200。電路200可以包括作為諸如無線電話的設備的一部分。電路200包括多個傳輸路徑220以及將天線110耦合至多個傳輸路徑220的天線開關130。每個傳輸路徑220都包括通過單個共用差分功率放大器230、共用阻抗平衡電路240以及通過模式開關250到達模式開關250的多個輸出中的一個(該輸出通過雙工器160接合至天線開關130)的路線225；傳輸路徑220還包括如圖1所示通過雙工器160交替耦合至天線開關130的接收放大器150(為了簡化在圖2中省略)。

在一些實施例中，差分功率放大器230唯一地專用于給定的頻帶，諸如高頻帶或低頻帶，并且多個傳輸路徑220用于多個不同的功率等級。電話可以包括差分功率放大器230，每一個都專用于每個頻帶，其中每個這樣的差分功率放大器230都具有專用的平衡阻抗電路240。在包括多個差分功率放大器230的實施例中，每個成對的功率放大器230和平衡電路240可以具有獨立的模式開關250或者可以接合至公共模式開關250。模式開關250包括多個開關，其類似于圖1所示天線開關130的布置。應該注意，頻帶可以部分重疊，并且用于與給定頻帶部分重疊的第二頻帶的另一差分功率放大器的存在不會使第一差分功率放大器不適于“唯一地專用于給定頻帶”，也不會使第二差分功率放大器“唯一地專用于給定頻帶”，因為其沒有覆蓋所有給定頻帶。

在圖2中，差分功率放大器230的輸入和輸出均示為具有兩條平行線以表示差分功率放大器230接收兩個輸入信號(本文也稱為 差分輸入信號)，放大輸入信號之間的壓差，并橫跨一對導線產生差分輸出信號。阻抗平衡電路240與差分功率放大器230電通信，因此阻抗平衡電路240和差分功率放大器230之間的電通信可以通過一對導線、線、跡線或者其他兩個電導體來提供。

阻抗平衡電路240接收來自差分功率放大器230的差分輸出信號并從中產生單端輸出信號。操作模式的選擇可以影響在差分功率放大器230的輸出處存在的阻抗。阻抗平衡電路240在差分功率放大器230的輸出處提供適合于給定操作模式的阻抗，并且阻抗平衡電路240還可以偏置差分功率放大器230。差分功率放大器230要求特定的負載能夠得到所要求的輸出功率，并且輸出功率與偏置電壓的平方除以兩倍的電阻成比例。在這種關系中，電阻是阻抗平衡電路240的單端輸出負載。

RF電路200附加地包括控制器260，其被配置為向差分功率放大器230發送數字信號來指定操作模式。同時，控制器260類似地控制阻抗平衡電路240以改變差分功率放大器230的輸出處的阻抗。

圖3提供了BALUN電路300的說明示圖，以示出阻抗平衡電路240可以將差分輸出信號轉換為單端輸出信號的一種方式。為了簡化理解，圖3所示的BALUN電路300采用同軸傳輸線，但是本發明的實施例可以不使用同軸傳輸線而是使用可以利用如下面參照圖4和圖5描述的傳統半導體制造技術制造的平面結構。

BALUN電路300的特征在于同軸傳輸線的第一長度305以及同軸傳輸線的第二長度310，兩條同軸傳輸線305、310中的每一個的特征都在于第一端和第二端，兩條同軸傳輸線305、310如圖所示以平行布置的方式并排設置。同軸傳輸線本身包括導電核315、環繞核315的介電絕緣層320以及環繞介電絕緣層320的導電屏蔽層325。

BALUN電路300還包括電連接330，在其第一端處接合兩條同軸傳輸線305、310的核315。第一同軸傳輸線305的核315在其第二端處附加地接合至地。在第二端處，屏蔽層325通過電連接335短路連接。圖3還示出了可變電容器340，其一端電接合至第二同軸 傳輸線310的核315(其第二端處)。開關345將電容器340的相對端耦合至地。在一些實施例中，開關345可以是絕緣體上硅(SOI)開關。更具體地，在一些實施例中，可變電容器340由并聯的多個電容器組成，每一個都具有接地的SOI開關，并且可變電容器340的電容通過SOI開關的操作來改變。

差分功率放大器230和BALUN電路300之間的電通信被配置為在它們相應的第一端處橫跨同軸傳輸線的兩個長度305、310的屏蔽層325提供差分輸出。差分功率放大器230的差分輸出包括在圖3中表示為在第一端處設置在兩個屏蔽層325之間的電阻器的負載。

如圖3所示，BALUN電路300在第一同軸傳輸線305的第二端處從第一同軸傳輸線305的屏蔽層325產生單端輸出。單端輸出還包括負載，并且在圖3中也有電阻器來表示。在一些實施例中，單端輸出負載約為50歐姆。當BALUN電路300的每條傳輸線305、310的長度是差分輸出信號的波長的四分之一時，通過電連接335提供的短路創建了完美的開路。應該注意，RF頻域中的四分之一波長的長度太大以至于不能在RF設備中使用的幾何形狀中實施，但是幸運的是，這種現象并不對與四分之一波長的偏移敏感，因此傳輸線305、310的長度可以短于或長于四分之一波長。在一些實施例中，傳輸線305、310的長度可以短于波長的1/16，甚至更短。

通過將第二同軸傳輸線310連接至由電容器340提供的可變電容，第二長度310的第二端處的阻抗可以被控制。通過調整電容器340的電容，BALUN電路300可以向差分功率放大器230提供不同的阻抗，其例如與2G和3G操作模式兼容。

如上所述，圖2的阻抗平衡電路240可以偏置差分功率放大器230。在BALUN電路300中，DC偏置電壓可以在第二端處施加于第一同軸傳輸線305來代替圖3中的連接至地。并聯的去耦電容器(未示出)保持該點為“冷”。

如上所述，本發明的實施例不采用同軸電纜。相反，本發明的實施例采用平面傳輸線，諸如圖4所示。圖4的示例性傳輸線400 是微帶(microstrip，或者稱為微帶線)的示例。本文使用的術語“微帶”限于平面結構的本領域承認的含義，其包括導電帶410(其特征在于第一寬度和第一厚度以及)以及較寬的導電接地面420，它們通過介電層430(其特征在于第二厚度)分離。在各個實施例中，適當的微帶可以被嵌入或涂覆。還可以使用其他平面傳輸線，諸如帶線(stripline)。參照圖3，還可以看出兩個微帶如何可以替代兩個長度305、310，其中導電帶410代替核315且接地面420代替屏蔽層325。

圖5是包括微帶的阻抗平衡電路500的示意性表示的立體圖，其中微帶包括分別與圖3的同軸傳輸線305、310的核315和屏蔽325相對應的上導體510和下導體520。上導體510還可以看作是導電帶，而下導體520可以看作是接地面。阻抗平衡電路500可以在RF電路200的各個實施例中用作阻抗平衡電路240。其他平面傳輸線結構可以類似地布置為產生其他適當的阻抗平衡電路240的實施例。在圖5的阻抗平衡電路500中，僅示出了兩個導體510、520；為了簡化而省略了介電絕緣、接觸和連接通孔。

然而，圖5所示的部件的不成比例，附圖示出了下導體520的特征在于寬度大于上導體510，并且進一步，上導體510和下導體520在上導體510與下導體520對齊的兩個區域中形成兩條傳輸線530、540。每個導體510、520都形成具有開口的環路，并且兩個導體510、520被布置為使得它們的開口被設置為彼此相對。

阻抗平衡電路500與圖3的BALUN電路300的布置類似地進行布置。這里，如圖所示，橫跨下導體520的開口施加功率放大器230的差分輸出信號，同時從與上導體510的開口相鄰的傳輸線530的上導體510得到單端輸出信號。下導體520沿著其設置在兩條傳輸線530、540之間的部分接地。可選地，如參照圖3所討論的，可以在該點處施加DC偏置電壓。橫跨從中得到單端輸出信號的上導體510的開口，傳輸線540耦合至可變電容器550。改變可變電容器550的電容以調整阻抗平衡電路500的阻抗。

在前面的說明中，參照具體實施例描述了本發明，但本領域技 術人員應該意識到，本發明不限于此。可以單獨或聯合地使用上述發明的各個特征和方面。此外，除了本文描述的之外，在不背離說明的精神和范圍的情況下，可以在任何多種環境和應用中使用本發明。因此，說明書和附圖任務是示例性的而非限制性的。應該意識到，本文使用的術語“包括”和“具有”具體表示為開放式術語。術語“連接”與術語“耦合”不同，使得當兩個部件“連接”時，它們之間沒有其他部件，而當兩個部件“耦合”時，它們之間可以設置其他部件。類似地，“電耦合”不同于“電連接”，并且術語“電接合”和“電通信”認為是可與“電耦合”互換。