Mems可调陷波滤波器频率自动控制回路系统和方法
【专利摘要】可调陷波滤波器和控制回路系统和方法可包括：可调陷波滤波器，其提供阻带；传感电路，其与可调陷波滤波器进行通信，并且适于在参考信号和从所述可调陷波滤波器中反射的信号之间确定相位变化；以及控制回路，其与所述可调陷波滤波器和传感电路进行通信，所述控制回路可用于调节所述可调陷波滤波器，从而修改相位变化。
【专利说明】MEMS可调陷波滤波器频率自动控制回路系统和方法
[0001]优先权声明
[0002]本申请要求于2010年12月10日提交的美国临时专利申请序列号61/459，303的权益和优先权,其公开内容不失其完整性地并入本文以作参考。
【技术领域】
[0003]在本文中所公开的主题总体上涉及电子滤波器。更具体而言，在本文中所公开的主题涉及陷波滤波器，例如，诸如用于移动电话中的陷波滤波器。
【背景技术】
[0004]在诸如CDMA和WCDMA这样的频分双工(FDD)无线收发器中，移动站的发送器部分和接收器部分需要同时进行工作。例如，在图1中示出了无线收发器的典型射频FDD前端单频带方框图。
[0005]在射频前端中的双工器用于分离发送和接收信号。对抑制无用信号和/或干扰的双工器规格要求非常高。通常，需要55 dB或更大的隔离，以抑制传输信号泄漏到接收器内，并且最小需要45 dB，以抑制在接收器频带中的发送器噪音。通过双工器进入发送器的过度传输泄漏会造成减少接收器的敏感度的互调制和/或交叉调制干扰。具有适度的阻抑(rejection)水平(通常为20 dB)的外部SAW滤波器通常位于LNA之后，以放宽对混频器线性和双工器阻抑的要求。然而，SAW滤波器过去已经显示了对集成和频率可调性的不适用性,从而会增大整体收发器的尺寸、元件数以及成本。
[0006]为了解决这些问题，已经提出了诸如YIG滤波器这样的可调解决方案。这些滤波器显示了低损耗以及宽调谐带宽的特性，但是需要外部施加的静磁场，由于滞后效应而具有缓慢的调谐时间，并且具有高功耗。
[0007]其他选项包括分布式滤波器设计，其使用谐振印刷结构的耦合部分，例如，负载组合滤波器、负载回路谐振器或互交叉(interdigitated)滤波器。然而，在设计为以典型的手机频带(700MHz-2.7GHz)进行操作时,这些设计所需要的大的占用面积(footprint)成为任何分布式实现方式的主要缺点。通常，声学或可调的集总元件滤波器必须用于满足手机实际状态的约束条件。已经研制出了不可调陷波滤波器，该滤波器使用以MT频带(TX:1.92-1.98GHz, RX:2.11-2.17GHz)进行操作的接合线电感器，但是对于这种系统可测量到低抑制水平(大约为12dB)和高插入损耗(3dB)。此外，由于该设计具有不可调的性质，所以抑制水平在操作频带内显示出大幅变化。
[0008]在蜂窝系统中，使移动电话操作频率信道化。根据系统，信道频率间隔仅仅为IOOkHz到200kHz。因此，窄带陷波滤波器频率对于2.5G和3G的移动站(信道间隔为200kHz)需要具有在IOOkHz内的频率精确度，或者对于LTE的移动站(信道间隔为IOOKHz)需要具有在50kHz内的频率精确度。如果滤波器的有效带宽窄到接近信号带宽的程度，那么在这种应用中的陷波滤波器的频率精确度需要至少为大约10-5。包括陷波滤波器的元件的精确度仅仅为1%。在这种情况下，单独的陷波滤波器使用固定的查找表以对收发器操作频率进行滤波跟踪(filter tracking)，这不切实际。因此，可调滤波器最好能够动态跟踪收发器操作。
【发明内容】
[0009]根据本公开，提供了可调陷波滤波器(例如，微电子机械系统(MEMS )可调陷波滤波器)以及控制回路系统和方法。一方面，提供了一种可调滤波和控制系统。该可调滤波和控制系统可包括:可调陷波滤波器，提供阻带；传感电路，与可调陷波滤波器进行通信，并且适于确定在参考信号与从可调陷波滤波器中反射的信号之间相位变化；以及控制回路，与可调陷波滤波器和传感电路进行通信，控制回路可用于调节可调陷波滤波器，从而修改相位变化。
[0010]另一方面，一种用于阻抑在可调滤波和控制系统的输入上的最强信号的方法可包括:在可调陷波滤波器处接收参考信号，其中，至少一部分参考信号由可调陷波滤波器反射；感应在参考信号与从可调陷波滤波器中反射的信号之间相位变化；以及调节可调陷波滤波器，以修改相位变化。
[0011]虽然在上文中已经阐明了在本文中所公开的主题的一些方面，并且通过目前所公开的主题完全或部分实现了这些方面，但是随着与在下文中最佳地进行描述的附图相结合进行描述，其他方面将变得显而易见。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]通过应结合仅仅以示例性方式给出的附图和非限制性的示例来阅读的以下详细描述，更容易理解本主题的特征和优点，并且其中:
[0013]图1为根据传统的先有技术的系统配置的CDMA/WCDMA移动收发器的射频前端方框图；
[0014]图2为根据目前所公开的主题的一个实施方式的制造的SPSZ可调滤波器设计的电路不意图；
[0015]图3a为示出理想的LC陷波滤波器S21幅度和相位的频率响应的示图；
[0016]图3b为示出理想的LC陷波滤波器S11幅度和相位的频率响应的示图；
[0017]图4为根据目前所公开的主题的一个实施方式的窄带陷波滤波器频率控制回路的方框图；
[0018]图5为根据目前所公开的主题的一个实施方式的窄带陷波滤波器频率控制回路的方框图；
[0019]图6为供单载波发送器信号使用的根据目前所公开的主题的一个实施方式的窄带陷波滤波器频率控制回路的方框图；
[0020]图7为示出用于二阶滤波器响应的闭合式表达式与ADS仿真的比较的示图；
[0021]图8为示出用于不同的Qci值的模拟滤波器频率控制回路瞬态响应的示图；
[0022]图9和10为示出用于不同的ωο值的模拟的滤波器频率控制回路瞬态响应的示图；
[0023]图11为示出用于不同的τ值的模拟滤波器频率控制回路瞬态响应的示图；
[0024]图12为示出根据目前所公开的主题的一个实施方式的集成陷波滤波器部分的可调数字电容器阵列的示意图；
[0025]图13和14为示出根据目前所公开的主题的实施方式的SPSZ可调滤波器的传输和回波损耗特性的测量结果的示图；以及
[0026]图15和16为示出用于目前所公开的主题的实施方式的所测量的滤波器频率控制回路瞬态响应的示图。
【具体实施方式】
[0027]—种可调窄带陷波滤波器可用于移动电话接收器的前端内，以大幅抑制对应的发送器功率泄漏到接收器中。该滤波器也可用于必须抑制干扰信号的任何其他射频应用中。在蜂窝系统中，当移动电话收发器与一个基站进行的通信移交到另一个基站时，切换移动电话收发器的操作频率。本主题提供了滤波器频率控制回路以及一种方法，该方法用于自动调谐陷波滤波器中心频率，以跟踪移动电话收发器操作频率开关，以及用于补偿例如在一系列环境温度上可造成的制造公差以及操作变化。频率控制回路可利用发送器本地振荡器(LO)频率的相位，或者将发送器泄漏直接用作参考，并且检测陷波滤波器的所反射的LO或发送器泄漏信号的相位是否变化。根据所反射的LO或发送器泄漏的相位变化，频率控制回路可拉动陷波滤波器中心频率，使其等于现有发送器操作频率。因此，无论收发器的操作频率是多少，都可有效地抑制功率从发送器中泄漏到接收器中。可选地，可调陷波滤波器可用于其他系统中，以阻抑在可调陷波滤波器的输入上的任何最强信号，用于保护下游电路。
[0028]在实际的陷波滤波器设计中，单带通通常设计为共存在陷波频率附近。在这种情况下，该设计也称为单极单零滤波器，表示滤波器传递函数中的唯一的极和零。在图2中显示了用于使用可调元件的可调陷波滤波器电路(总体上表示为10)的配置。陷波滤波器可包括串联LC谐振器(例如，参考在图2中的虚线框中所示的具有第一电容C1的第一电容器Cl、具有第二电容C2的第二电容器C2以及具有电感L1的第一电感器LI)以及两个分流电容器(例如，具有第三电容C3的第三电容器C3以及具有第四电容C4的第四电容器C4)，其中，该串联的LC谐振器以发送器 频率提供信号陷波或阻抑，该两个分流电容器与串联的LC谐振器的过量电抗相结合，以在对应的接收频率形成低损耗通带。该技术可实现单独地调谐陷波滤波器抑制和带通滤波器插入损耗。在该滤波器中使用的所有可调电容器例如可为射频微电子机械(MEMS)电容器。
[0029]串联的LC块可在如下表示的陷波频率谐振:
[0030]
【权利要求】
1.一种可调滤波和控制系统，包括: 可调陷波滤波器，提供阻带； 传感电路，与所述可调陷波滤波器进行通信，并适于在参考信号与从所述可调陷波滤波器反射的信号之间确定相位变化；以及 控制回路，与所述可调陷波滤波器和所述传感电路进行通信，所述控制回路能够用于调节所述可调陷波滤波器，以修改所述相位变化。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述可调陷波滤波器不对称以在所述阻带附近实现低损耗通带。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述可调陷波滤波器包括一个或多个极零元件。
4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述可调陷波滤波器包括串联LC谐振器，所述串联LC谐振器被配置为以可调陷波频率谐振。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述传感电路集成在所述可调陷波滤波器内。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述传感电路包括: 第一射频放大器，被配置为接收从所述可调陷波滤波器反射的所述信号并且生成放大后的反射信号； 第二射频放大器，被配置为接收所述参考信号并且生成放大后的参考信号；以及 相位检测器，被配置为比较所述放大后的反射信号和所述放大后的参考信号。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述可调陷波滤波器、所述传感电路以及所述控制回路集成在单个模块内。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制回路能够用于改变所述陷波滤波器的中心频率，以使反射时的所述相位变化为O度。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述可调陷波滤波器和所述传感电路与输入射频信号源进行通信； 其中，所述参考信号包括发送器泄漏信号，所述发送器泄漏信号包含在来自所述输入射频信号源的输入射频信号中；以及 其中，所述控制回路能够用于改变所述陷波滤波器的中心频率，以抑制来自所述输入射频信号的被发送的泄漏信号。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述传感电路包括方向耦合器，所述方向耦合器与所述可调陷波滤波器和所述输入射频信号源进行通信。
11.根据权利要求1所述的系统，包括一个额外的可调陷波滤波器，所述额外的可调陷波滤波器与所述控制回路和输入射频信号源进行通信，其中，所述控制回路能够用于改变所述额外的陷波滤波器的中心频率，以抑制来自所述输入射频信号源的输入射频信号的无用信号。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述传感电路包括循环器，所述循环器与所述可调陷波滤波器和参考信号源进行通信。
13.根据权利要求11所述的系统，其中，所述传感电路包括方向耦合器，所述方向耦合器与所述可调陷波滤波器和参考信号源进行通信。
14.一种用于阻抑在可调滤波和控制系统的输入上的最强信号的方法，所述方法包括:在可调陷波滤波器处接收参考信号，其中，至少一部分所述参考信号由所述可调陷波滤波器反射； 感应在所述参考信号与从所述可调陷波滤波器反射的所述信号之间的相位变化；以及 调节所述可调陷波滤波器，以修改所述相位变化。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，接收参考信号包括接收发送器本地振荡器信号。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，接收参考信号包括接收发送器泄漏信号。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，调节所述可调陷波滤波器包括将反射时的所述相位变化修改成O度。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，调节所述可调陷波滤波器包括将所述陷波滤波器的中心频率设定为等于所述参考信号的频率。
【文档编号】H03H7/18GK103503314SQ201180067143
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2011年12月12日 优先权日:2010年12月10日
【发明者】顾其诤, 哈维尔·R·德·路易斯, 阿瑟·S·莫里斯三世 申请人:维斯普瑞公司