Mems可調陷波濾波器頻率自動控制迴路系統和方法
2023-04-26 05:58:16 1
Mems可調陷波濾波器頻率自動控制迴路系統和方法
【專利摘要】可調陷波濾波器和控制迴路系統和方法可包括：可調陷波濾波器，其提供阻帶；傳感電路，其與可調陷波濾波器進行通信，並且適於在參考信號和從所述可調陷波濾波器中反射的信號之間確定相位變化；以及控制迴路，其與所述可調陷波濾波器和傳感電路進行通信，所述控制迴路可用於調節所述可調陷波濾波器，從而修改相位變化。
【專利說明】MEMS可調陷波濾波器頻率自動控制迴路系統和方法
[0001]優先權聲明
[0002]本申請要求於2010年12月10日提交的美國臨時專利申請序列號61/459，303的權益和優先權,其公開內容不失其完整性地併入本文以作參考。
【技術領域】
[0003]在本文中所公開的主題總體上涉及電子濾波器。更具體而言，在本文中所公開的主題涉及陷波濾波器，例如，諸如用於行動電話中的陷波濾波器。
【背景技術】
[0004]在諸如CDMA和WCDMA這樣的頻分雙工(FDD)無線收發器中，移動站的發送器部分和接收器部分需要同時進行工作。例如，在圖1中示出了無線收發器的典型射頻FDD前端單頻帶方框圖。
[0005]在射頻前端中的雙工器用於分離發送和接收信號。對抑制無用信號和/或幹擾的雙工器規格要求非常高。通常，需要55 dB或更大的隔離，以抑制傳輸信號洩漏到接收器內，並且最小需要45 dB，以抑制在接收器頻帶中的發送器噪音。通過雙工器進入發送器的過度傳輸洩漏會造成減少接收器的敏感度的互調製和/或交叉調製幹擾。具有適度的阻抑(rejection)水平(通常為20 dB)的外部SAW濾波器通常位於LNA之後，以放寬對混頻器線性和雙工器阻抑的要求。然而，SAW濾波器過去已經顯示了對集成和頻率可調性的不適用性,從而會增大整體收發器的尺寸、元件數以及成本。
[0006]為了解決這些問題，已經提出了諸如YIG濾波器這樣的可調解決方案。這些濾波器顯示了低損耗以及寬調諧帶寬的特性，但是需要外部施加的靜磁場，由於滯後效應而具有緩慢的調諧時間，並且具有高功耗。
[0007]其他選項包括分布式濾波器設計，其使用諧振印刷結構的耦合部分，例如，負載組合濾波器、負載迴路諧振器或互交叉(interdigitated)濾波器。然而，在設計為以典型的手機頻帶(700MHz-2.7GHz)進行操作時,這些設計所需要的大的佔用面積(footprint)成為任何分布式實現方式的主要缺點。通常，聲學或可調的集總元件濾波器必須用於滿足手機實際狀態的約束條件。已經研製出了不可調陷波濾波器，該濾波器使用以MT頻帶(TX:1.92-1.98GHz, RX:2.11-2.17GHz)進行操作的接合線電感器，但是對於這種系統可測量到低抑制水平(大約為12dB)和高插入損耗(3dB)。此外，由於該設計具有不可調的性質，所以抑制水平在操作頻帶內顯示出大幅變化。
[0008]在蜂窩系統中，使行動電話操作頻率信道化。根據系統，信道頻率間隔僅僅為IOOkHz到200kHz。因此，窄帶陷波濾波器頻率對於2.5G和3G的移動站(信道間隔為200kHz)需要具有在IOOkHz內的頻率精確度，或者對於LTE的移動站(信道間隔為IOOKHz)需要具有在50kHz內的頻率精確度。如果濾波器的有效帶寬窄到接近信號帶寬的程度，那麼在這種應用中的陷波濾波器的頻率精確度需要至少為大約10-5。包括陷波濾波器的元件的精確度僅僅為1%。在這種情況下，單獨的陷波濾波器使用固定的查找表以對收發器操作頻率進行濾波跟蹤(filter tracking)，這不切實際。因此，可調濾波器最好能夠動態跟蹤收發器操作。
【發明內容】
[0009]根據本公開，提供了可調陷波濾波器(例如，微電子機械系統(MEMS )可調陷波濾波器)以及控制迴路系統和方法。一方面，提供了一種可調濾波和控制系統。該可調濾波和控制系統可包括:可調陷波濾波器，提供阻帶；傳感電路，與可調陷波濾波器進行通信，並且適於確定在參考信號與從可調陷波濾波器中反射的信號之間相位變化；以及控制迴路，與可調陷波濾波器和傳感電路進行通信，控制迴路可用於調節可調陷波濾波器，從而修改相位變化。
[0010]另一方面，一種用於阻抑在可調濾波和控制系統的輸入上的最強信號的方法可包括:在可調陷波濾波器處接收參考信號，其中，至少一部分參考信號由可調陷波濾波器反射；感應在參考信號與從可調陷波濾波器中反射的信號之間相位變化；以及調節可調陷波濾波器，以修改相位變化。
[0011]雖然在上文中已經闡明了在本文中所公開的主題的一些方面，並且通過目前所公開的主題完全或部分實現了這些方面，但是隨著與在下文中最佳地進行描述的附圖相結合進行描述，其他方面將變得顯而易見。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]通過應結合僅僅以示例性方式給出的附圖和非限制性的示例來閱讀的以下詳細描述，更容易理解本主題的特徵和優點，並且其中:
[0013]圖1為根據傳統的先有技術的系統配置的CDMA/WCDMA移動收發器的射頻前端方框圖；
[0014]圖2為根據目前所公開的主題的一個實施方式的製造的SPSZ可調濾波器設計的電路不意圖；
[0015]圖3a為示出理想的LC陷波濾波器S21幅度和相位的頻率響應的示圖；
[0016]圖3b為示出理想的LC陷波濾波器S11幅度和相位的頻率響應的示圖；
[0017]圖4為根據目前所公開的主題的一個實施方式的窄帶陷波濾波器頻率控制迴路的方框圖；
[0018]圖5為根據目前所公開的主題的一個實施方式的窄帶陷波濾波器頻率控制迴路的方框圖；
[0019]圖6為供單載波發送器信號使用的根據目前所公開的主題的一個實施方式的窄帶陷波濾波器頻率控制迴路的方框圖；
[0020]圖7為示出用於二階濾波器響應的閉合式表達式與ADS仿真的比較的示圖；
[0021]圖8為示出用於不同的Qci值的模擬濾波器頻率控制迴路瞬態響應的示圖；
[0022]圖9和10為示出用於不同的ωο值的模擬的濾波器頻率控制迴路瞬態響應的示圖；
[0023]圖11為示出用於不同的τ值的模擬濾波器頻率控制迴路瞬態響應的示圖；
[0024]圖12為示出根據目前所公開的主題的一個實施方式的集成陷波濾波器部分的可調數字電容器陣列的示意圖；
[0025]圖13和14為示出根據目前所公開的主題的實施方式的SPSZ可調濾波器的傳輸和回波損耗特性的測量結果的示圖；以及
[0026]圖15和16為示出用於目前所公開的主題的實施方式的所測量的濾波器頻率控制迴路瞬態響應的示圖。
【具體實施方式】
[0027]—種可調窄帶陷波濾波器可用於行動電話接收器的前端內，以大幅抑制對應的發送器功率洩漏到接收器中。該濾波器也可用於必須抑制幹擾信號的任何其他射頻應用中。在蜂窩系統中，當行動電話收發器與一個基站進行的通信移交到另一個基站時，切換行動電話收發器的操作頻率。本主題提供了濾波器頻率控制迴路以及一種方法，該方法用於自動調諧陷波濾波器中心頻率，以跟蹤行動電話收發器操作頻率開關，以及用於補償例如在一系列環境溫度上可造成的製造公差以及操作變化。頻率控制迴路可利用發送器本地振蕩器(LO)頻率的相位，或者將發送器洩漏直接用作參考，並且檢測陷波濾波器的所反射的LO或發送器洩漏信號的相位是否變化。根據所反射的LO或發送器洩漏的相位變化，頻率控制迴路可拉動陷波濾波器中心頻率，使其等於現有發送器操作頻率。因此，無論收發器的操作頻率是多少，都可有效地抑制功率從發送器中洩漏到接收器中。可選地，可調陷波濾波器可用於其他系統中，以阻抑在可調陷波濾波器的輸入上的任何最強信號，用於保護下遊電路。
[0028]在實際的陷波濾波器設計中，單帶通通常設計為共存在陷波頻率附近。在這種情況下，該設計也稱為單極單零濾波器，表示濾波器傳遞函數中的唯一的極和零。在圖2中顯示了用於使用可調元件的可調陷波濾波器電路(總體上表示為10)的配置。陷波濾波器可包括串聯LC諧振器(例如，參考在圖2中的虛線框中所示的具有第一電容C1的第一電容器Cl、具有第二電容C2的第二電容器C2以及具有電感L1的第一電感器LI)以及兩個分流電容器(例如，具有第三電容C3的第三電容器C3以及具有第四電容C4的第四電容器C4)，其中，該串聯的LC諧振器以發送器 頻率提供信號陷波或阻抑，該兩個分流電容器與串聯的LC諧振器的過量電抗相結合，以在對應的接收頻率形成低損耗通帶。該技術可實現單獨地調諧陷波濾波器抑制和帶通濾波器插入損耗。在該濾波器中使用的所有可調電容器例如可為射頻微電子機械(MEMS)電容器。
[0029]串聯的LC塊可在如下表示的陷波頻率諧振:
[0030]
【權利要求】
1.一種可調濾波和控制系統，包括: 可調陷波濾波器，提供阻帶； 傳感電路，與所述可調陷波濾波器進行通信，並適於在參考信號與從所述可調陷波濾波器反射的信號之間確定相位變化；以及 控制迴路，與所述可調陷波濾波器和所述傳感電路進行通信，所述控制迴路能夠用於調節所述可調陷波濾波器，以修改所述相位變化。
2.根據權利要求1所述的系統，其中，所述可調陷波濾波器不對稱以在所述阻帶附近實現低損耗通帶。
3.根據權利要求2所述的系統，其中，所述可調陷波濾波器包括一個或多個極零元件。
4.根據權利要求2所述的系統，其中，所述可調陷波濾波器包括串聯LC諧振器，所述串聯LC諧振器被配置為以可調陷波頻率諧振。
5.根據權利要求1所述的系統，其中，所述傳感電路集成在所述可調陷波濾波器內。
6.根據權利要求1所述的系統，其中，所述傳感電路包括: 第一射頻放大器，被配置為接收從所述可調陷波濾波器反射的所述信號並且生成放大後的反射信號； 第二射頻放大器，被配置為接收所述參考信號並且生成放大後的參考信號；以及 相位檢測器，被配置為比較所述放大後的反射信號和所述放大後的參考信號。
7.根據權利要求1所述的系統，其中，所述可調陷波濾波器、所述傳感電路以及所述控制迴路集成在單個模塊內。
8.根據權利要求1所述的系統，其中，所述控制迴路能夠用於改變所述陷波濾波器的中心頻率，以使反射時的所述相位變化為O度。
9.根據權利要求1所述的系統，其中，所述可調陷波濾波器和所述傳感電路與輸入射頻信號源進行通信； 其中，所述參考信號包括發送器洩漏信號，所述發送器洩漏信號包含在來自所述輸入射頻信號源的輸入射頻信號中；以及 其中，所述控制迴路能夠用於改變所述陷波濾波器的中心頻率，以抑制來自所述輸入射頻信號的被發送的洩漏信號。
10.根據權利要求9所述的系統，其中，所述傳感電路包括方向耦合器，所述方向耦合器與所述可調陷波濾波器和所述輸入射頻信號源進行通信。
11.根據權利要求1所述的系統，包括一個額外的可調陷波濾波器，所述額外的可調陷波濾波器與所述控制迴路和輸入射頻信號源進行通信，其中，所述控制迴路能夠用於改變所述額外的陷波濾波器的中心頻率，以抑制來自所述輸入射頻信號源的輸入射頻信號的無用信號。
12.根據權利要求11所述的系統，其中，所述傳感電路包括循環器，所述循環器與所述可調陷波濾波器和參考信號源進行通信。
13.根據權利要求11所述的系統，其中，所述傳感電路包括方向耦合器，所述方向耦合器與所述可調陷波濾波器和參考信號源進行通信。
14.一種用於阻抑在可調濾波和控制系統的輸入上的最強信號的方法，所述方法包括:在可調陷波濾波器處接收參考信號，其中，至少一部分所述參考信號由所述可調陷波濾波器反射； 感應在所述參考信號與從所述可調陷波濾波器反射的所述信號之間的相位變化；以及 調節所述可調陷波濾波器，以修改所述相位變化。
15.根據權利要求14所述的方法，其中，接收參考信號包括接收發送器本地振蕩器信號。
16.根據權利要求14所述的方法，其中，接收參考信號包括接收發送器洩漏信號。
17.根據權利要求14所述的方法，其中，調節所述可調陷波濾波器包括將反射時的所述相位變化修改成O度。
18.根據權利要求14所述的方法，其中，調節所述可調陷波濾波器包括將所述陷波濾波器的中心頻率設定為等於所述參考信號的頻率。
【文檔編號】H03H7/18GK103503314SQ201180067143
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2011年12月12日 優先權日:2010年12月10日
【發明者】顧其諍, 哈維爾·R·德·路易斯, 阿瑟·S·莫裡斯三世 申請人:維斯普瑞公司