涉及发射和接收射频信号之间的改善的隔离的系统和方法

涉及发射和接收射频信号之间的改善的隔离的系统和方法
【专利摘要】公开了用于改善发射和接收射频(RF)信号之间的隔离的系统和方法。在一些实施例中，可以实施用于在Tx和Rx操作期间隔离RF信号的系统。该系统可以包括Tx路径和Rx路径，其中Tx路径具有滤波器。在一些实施例中，Tx路径可以包括具有多个中间级和一输出级的功率放大器，并且滤波器可以在一个中间级处以及输出级之前实施。该系统还可以包括分别连接至Tx和Rx路径的第一和第二天线。Tx路径、Rx路径和/或第一和第二天线可以被配置为在Tx和Tx路径中的RF信号之间产生期望水平的隔离。
【专利说明】涉及发射和接收射频信号之间的改善的隔离的系统和方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2012年4月12日提交并且名称为"SYSTEMS AND METHODS RELATED TO MPROVED ISOLATION BETWEEN TRANSMIT AND RECEIVE RADIO-FREQUENCY SIGNALS" 的 美国临时申请No. 61/623，434的优先权，其全部内容通过引用而被明确结合于此。

【技术领域】
[0003] 本公开总地涉及用于改善发射和接收射频（RF)信号之间的隔离的系统和方法。

【背景技术】
[0004] 诸如无线装置的射频（RF)装置通常包括分别用于产生Tx信号和处理Rx信号的 发射器和接收器。这种信号在其各自的去往和来自一个或多个天线的路径上的隔离是重要 的性能考虑。例如，Tx和Rx信号之间的隔离可以帮助改善或优化无线电通信链路。


【发明内容】

[0005] 在一些实施方式中，本公开涉及用于在Tx和Rx操作期间隔离射频（RF)信号的系 统。该系统包括被配置用于传递第一 RF信号的发射路径。该系统还包括沿发射路径布置 并且配置为对第一 RF信号滤波的第一滤波器。该系统还包括连接至发射路径并被配置为 发射第一 RF信号的第一天线。该系统还包括连接至接收路径并被配置为接收第二RF信号 的第二天线。第一和第二天线相互分开以在发射和接收路径之间产生期望水平的隔离。
[0006] 在一些实施例中，该系统还可包括第二滤波器，该第二滤波器沿接收路径布置并 被配置为将第二RF信号滤波以便被接收器电路处理。接收路径可以包括分集接收路径。 至少部分因为分开的第一和第二天线，第一和第二滤波器的每一个可以包括放松的滤波要 求。放松的滤波要求可以允许发射和接收路径两者的插入损耗的减少。放松的滤波要求可 以包括放松的带外衰减要求。
[0007] 在一些实施例中，第一和第二滤波器的每一个可以包括带通滤波器（BPF)。
[0008] 在一些实施例中，发射路径可以包括具有多个中间级（interstage)的功率放大 器。在一些实施例中，第一滤波器可以布置在一个中间级处以及功率放大器的输出级之前。 中间级可以包括被配置为补偿在第一滤波器处的插入损耗的变化的可变增益级。插入损耗 的变化可以包括因为频率或温度改变导致的插入损耗变化。
[0009] 在一些实施例中，该系统还可以包括被配置为促进利用第一天线执行发射和接 收操作两者的双工器模式的双工器路径。在一些实施例中，该系统还可包括双工器旁路 以及一个或多个开关以允许在双工器模式和使用第一和第二天线两者的双工器旁路模式 之间切换。双工器旁路模式可以被用于在动态范围的选定区域上绕过双工器以优化性 能。在一些实施例中，发射路径、接收路径和双工器路径的每一个可以包括用于促进多频 带操作的多个信道。在一些实施例中，多频带操作可以包括用于3GPP通信标准的四频带 (quad-band)〇
[0010] 在一些实施例中，该系统还可包括被配置为检测用于在双工器模式和双工器旁路 模式之间切换的条件的检测系统。该条件可以代表天线隔离环境。可以通过RX分集测量 (measurement)分析、正向和反射稱合功率测量（forward and reflected coupled power measurement)、发射的第一 RF信号的直接测量或者与一个或多个校准的参考值的比较而 检测天线隔离环境条件。
[0011] 在一些实施例中，Tx和Rx操作可以大体上同时执行。
[0012] 根据多个实施方式，本公开涉及包括被配置为容纳多个部件的封装基板的射频 (RF)模块。该模块还包括被配置为在Tx和Rx操作期间提供RF信号的隔离的电路。该电 路包括被配置用于传递第一 RF信号的发射路径、沿发射路径布置并被配置为将第一 RF信 号滤波的第一滤波器以及用于连接至第一天线以发射第一 RF信号的发射节点。该电路还 包括配置为接收来自第二天线的第二RF信号的接收路径。发射路径和接收路径被配置为 在它们之间产生期望水平的隔离。该模块还包括被配置为在电路和封装基板之间提供电连 接的多个连接器。
[0013]在多个实施方式中，本公开涉及包括被配置为处理RF信号的收发器的射频（RF) 装置。该RF装置还包括与收发器通信以促进RF信号的发射和接收的第一和第二天线。该 RF装置还包括被配置为在Tx和Rx操作期间提供RF信号的隔离的电路。该电路包括被配 置用于传递第一 RF信号的发射路径、沿发射路径布置并被配置为将第一 RF信号滤波的第 一滤波器以及用于连接至第一天线以发射第一 RF信号的发射节点。该电路还包括被配置 为接收来自第二天线的第二RF信号的接收路径。发射路径和接收路径被配置为在它们之 间产生期望水平的隔离。
[0014]根据一些实施方式，本公开涉及用于在Tx和Rx操作期间隔离射频（RF)信号的方 法。该方法包括通过发射路径传递第一 RF信号。该方法还包括沿发射路径将第一 RF信号 滤波。该方法还包括将第一 RF信号传递至第一天线以发射第一 RF信号。该方法还包括通 过第二天线接收第二RF信号。该方法还包括通过接收路径传递第二RF信号。第一和第二 天线相互分开以在发射和接收路径之间产生期望水平的隔离。
[0015]在一些实施方式中，本公开涉及用于制造具有隔离电路的装置的方法。该方法包 括形成或提供发射路径。该方法还包括沿发射路径形成或提供滤波器。该方法还包括在发 射路径和第一天线之间形成或提供连接以允许第一 RF信号的发射。该方法还包括形成或 提供连接至第二天线的接收路径使得发射和接收路径被隔离期望的水平。
[0016] 为总结本公开的目的，这里描述了本发明的某些方面、优点和新特征。应理解的 是，不一定所有这些优点可以根据本发明的任何特定实施例达到。因此，明可以以达到或优 化这里所教导的一个优点或一组优点的方式实施或实行本发明，而不一定达到这里可能教 导或建议的其它优点。

【专利附图】

【附图说明】
[0017] 图1示意性地示出了隔离电路。
[0018] 图2示出了图1的隔离电路可以在滤波配置中实施。
[0019] 图3示出了配置为提供Tx-Rx隔离、Tx-天线隔离以及天线-R X隔离的示例双工 器。
[0020] 图4示出了可实施以便向具有第一和第二天线的射频（RF)系统提供天线-天线 隔离的过程。
[0021] 图5A示出了可实施以实现图4的RF系统的发射部分的过程。
[0022] 图5B示出了可实施以实现图4的RF系统的接收部分的过程。
[0023] 图6示出了具有分别与Tx和Rx路径通信的分开的Tx和Rx天线的示例RF系统， 其中每条路径包括诸如带通滤波器的滤波器。
[0024] 图7示出了可实施以将要发射的部分放大的RF信号滤波的过程。
[0025] 图8示出了具有分别与Tx和Rx路径通信的分开的Tx和Rx天线的示例RF系统， 其中Tx路径具有功率放大器链以及在功率放大器链中的带通滤波器。
[0026] 图9示出了可实施以实现通过多个天线接收RF信号的过程。
[0027] 图10示出了可实施以在图9的接收模式中选择接收模式的过程。
[0028] 图11示出了可实施以实现与图10的选择过程相关的改变的过程。
[0029] 图12示出了具有多个天线并且被配置为促进与图9-11的过程相关的各种功能的 示例RF系统。
[0030] 图13示出了配置为实施本公开的一个或多个特征的示例多频带RF系统。
[0031] 图14示意性地示出了具有本公开的一个或多个特征的隔离电路可以在一个或多 个模块中实施。
[0032] 图15示意性地示出了具有本公开的一个或多个特征的隔离电路可以在RF装置中 实施。
[0033] 图16示意性地示出了具有本公开的一个或多个特征的示例无线装置。

【具体实施方式】
[0034] 这里所提供的标题（如果有）仅是为了方便，并且并不一定影响所要求保护的发 明的范围或含义。
[0035] 这里所公开的是涉及在射频（RF)信号之间的改善的隔离的系统和方法。图1示 出了隔离电路10,其被配置为接收和输出第一 RF信号（RF1) 12 (例如，发射信号），以及还 接收和输出第二RF信号（RF2)14(例如，接收信号）。这里为了说明的目的，将分别在发射 和接收信号的上下文中描述RF1和RF2。但是，应理解的是，本公开的一个或多个特征也可 以在其它RF信号隔离情况中实施。
[0036] 图2示出了在一些实施例中，图1的隔离电路10可以在滤波配置20中实施。这 样的配置被示出为提供发射（Tx)信号22和接收（Rx)信号24的传递。这里描述的滤波配 置20的各种非限制性示例可以在Tx和Rx信号22、24之间提供改善的隔离。
[0037] Tx和Rx信号之间的隔离可以促进无线电通信链路的改善或优化，所述无线电通 信链路例如为涉及显著的带外噪声和杂散（spurious)滤波的那些无线电通信链路。作为 示例，频分双工（FDD)系统可以包括在同一无线电设备中同时但在不同频带操作的发射 (Tx)和接收（Rx)电路。发射的发射器载波功率的干扰连同发射器的噪声和杂散带外信号 可能损害接收器准确地解调期望的进入信号的能力，特别是当它们处于低功率以及接近Rx 能够解决它们的灵敏度极限时。
[0038] 图3示出了可实施以将发射器的这些效应与接收链的敏感输入隔离的示例双工 滤波配置50。来自Tx电路（未示出）的发射信号可以在输入节点52处被接收以通过放大 器54放大。放大的发射信号被示出为通过双工器56以经由天线60被发射。同一天线60 可以接收通过双工器56并经由节点58被路由到Rx电路（未示出）的进入信号。
[0039] 图3中所描述的双工器滤波器56可以提供多种功能。在发射侧，带外噪声和杂散 信号可以在去往天线的途中被衰减以例如避免对符合小区规划和标准主体的要求的辐射 违反（radiated violation)。在接收侧，可以从天线衰减Rx频带的带外噪声和杂散信号 的相似滤波以例如避免或减少Rx电路中的性能劣化。双工滤波器56可以被配置为使得将 Tx和Rx滤波器耦合在一起能够增强直接在Tx和Rx之间的隔离特征，并且进一步将Rx直 接与Tx载波和噪声相隔尚。
[0040] 与图3的双工器滤波器配置相关联的缺点例如可以包括相对大的尺寸以及增加 的电子设备解决方案面积。双工器滤波器配置还可能显著地增加给定的应用频带的成本， 并且这样的双工器滤波通常与使用FDD操作的每个频带相关联。因此，成本问题可能被整 个无线电设备中的频带数目放大。此外，这样的配置可以在Tx的通带中有损耗（导致发射 更高的功率以克服Tx滤波器插入损耗）以及在Rx的通带中有损耗（导致接收器的噪声本 底（noise floor)进一步地劣化）的性能。
[0041] 为达到双工滤波器的一个或多个隔离性能设计参数的一些或者全部限制，通常可 以使Tx的通带和Rx的通带与所述滤波器是分开的Tx和Rx滤波器时相比有更多的损耗。 与3端子双工器（Tx、Rx和Ant)的调谐相关联的耦合、加载以及匹配可以增加大于或超出 所述滤波器在它们是分开的时的损耗的损耗；并且在一些大的隔离度要求的情况下，更是 如此。
[0042] 在一些实施方式中，Tx和Rx电路可以通过移除双工器并且作为替代而用分开的 Tx滤波器和分开的Rx滤波器替代该双工器而被隔离开。此外，Tx和Rx路径可以连接至分 开的专用Tx和Rx天线。图4示出了可实施以达到提供有第一和第二天线这样的隔离配置 的过程100。图5A和5B示出了可实施以实现与Tx和Rx电路相关联的信号的单独滤波的 过程110、120。图6示出了示例配置200,其中这样的分开的滤波器可以与分开的天线一起 被实施以在Tx和Rx电路之间提供隔离。
[0043] 图4的过程100示出了在方框102中，可以形成用于用第一天线发射的第一路径。 在方框104中，可以形成用于用第二天线接收的第二路径以提供天线至天线的隔离。在一 些实施例中，第一天线可以是配置为促进发射RF信号的一个或多个频带的发射的专用发 射天线。
[0044] 图5A的过程110示出了在方框112中，可以放大要发射的RF信号。在方框114 中，放大的RF信号可以通过第一滤波器滤波。在方框116中，已滤波的RF信号可以被提供 至发射天线。
[0045] 图5B的过程120示出了在方框122中，从接收天线接收到的RF信号可以通过第 二滤波器滤波。在一些实施例中，第二滤波器可以是与对要发射的RF信号滤波的第一滤波 器分开的滤波器。在方框124中，已滤波的RF信号可以被提供至接收器电路。
[0046] 图6示出了可以是图1的隔离电路10的示例的配置200。示例配置200被示出 为包括分开的天线208、218,其中，一个（208)用于发射并且另一个（218)用于接收。发射 天线208被示出为接收来自滤波器206(例如，带通滤波器）的已滤波的RF信号。滤波器 206被示出为接收来自放大器204的放大的RF信号，该放大器继而通过输入节点202从Tx 电路（未示出）接收要发射的RF信号。为了说明的目的，示例功率放大器204可以包括多 级（例如，输入级、中间级和输出级220、222、224、226、228、230、232)。
[0047] 示例配置200的接收天线218被示出为将接收到的RF信号提供给滤波器216 (例 如，带通滤波器）。已滤波的接收到的RF信号被示出为通过Rx节点212被传递到Rx电路 (未示出）。
[0048] 在一些实施例中，分开的天线208、218可用来使Tx和Rx路径进一步地隔离。在一 些实施方式中，对于特定的天线隔离水平，Tx载波和噪声功率至少可以被抑制到与这里参 考图3所描述的基于双工器的配置近似相同的水平。示例配置200可以在Tx和Rx部分二 者上具有更少的内嵌（in-line)插入损耗，因为该配置可以经历较少的DC电流消耗和发射 功率、以及在Rx路径上的较少的插入损耗以及噪声指数劣化（noise figure degradation)。
[0049] 由图6的配置所提供的滤波器插入损耗的上下文中的示例性益处可以包括：与被 设计用于在大约1850MHz - 1910MHz的范围中的Tx操作频带的基于SAW(表面声波）滤波 器的双工器相关联的益处，其中最坏情况的Tx滤波带内插入损耗大约为3dB，而在Rx频率 (大约1930MHz - 1990MHz)处的带外Tx噪声的衰减可以大到大约50dB。如果没有利用大 隔离度要求限制相同的带通滤波器，则它可以达到大约2dB的损耗的最坏情况以及Rx频带 中的大约30dB的隔离度。相似地，双工器的Rx性能可以产生从天线至Rx的大约3. 5dB的 最坏情况插入损耗、以及大到大约55dB的Tx载波频率的衰减。如果没有利用大隔离度要 求限制相同的带通Rx滤波器，则它可以达到大约2dB的插入损耗的最坏情况以及Tx频带 中的大约30dB的隔离度。
[0050] 在一些实施方式中，对于提供与示例双工器性能近似相等的Tx至Rx的隔离度的 分开的滤波器，可以使天线的隔离度大约为20dB (考虑开关和实施损耗），然后可以通过Rx 滤波的Tx载波隔离度限制该系统。在一些配置中，在该示例中节省ldB的Tx滤波器损耗 可以转化为减小发射器中的最大功率处的至少20%的DC电流，这主要是因为在滤波器之 前，功率放大器（PA)少输出ldB的功率。根据来自Tx载波功率和Rx线性特性的其他去敏 感化（de-sensitization)，因为该路径的前端插入损耗减小ldB，Rx噪声指数可以减少多 达 ldB。
[0051] 在一些实施方式中，可以通过图8所示的电路400达到更低的PA后Tx插入损耗 以及保持双工间隔隔离性能的期望特征。这样的电路可以通过图7所示的过程300操作。 在方框302中，可以部分放大要发射的RF信号。在方框304中，可以将该部分放大的RF信 号滤波。在方框306中，该已滤波的RF信号可以进一步被放大以产生输出RF信号。在方 框308中，该输出RF信号可以被提供至发射天线。
[0052] 在图8的示例隔离电路400中，功率放大器（PA)404被示出为包括多个中间级和 一输出级（例如，420、422、424、426、428、430、432、434)。输入节点402可以接收要被放大 的RF信号，并且该放大的RF信号可以被提供至Tx天线208。示例配置400的接收天线218 被示出为将接收到的RF信号提供至滤波器216 (例如，带通滤波器）。该已滤波的接收到的 RF信号被示出为通过Rx节点212被传递至Rx电路（未示出）。
[0053] 在示例配置400中，在PA 404之后的Tx带通滤波器（BPF)(例如，诸如在图6所 示的示例中）可以被移除，并且可作为替代而将BPF 40放置在输出级之前的中间级中。在 示出的示例中，BPF 406被放置在第二中间级和输出级之间。在一些实施例中，输出级可以 主导电流消耗，因为在前述示例中证明了 DC电流对输出功率的强烈依赖。为进一步去除PA 之后的损耗，滤波器可以被移至中间级以提供对电流和噪声性能的期望影响。
[0054] 在一些实施方式中，在输出级432之前放置滤波器406可以具有显著的效果。 例如，进入该滤波器的功率至少可以低10倍，从而对于更低的功率处理额定值（power handling rating)允许生产要求的放松以及可能更小的尺寸。此外，效率影响（efficiency impact)在输出级上可以被极大地减小并且对驱动器级保持大体上相同。
[0055] 在一些实施例中，因为隔离限制放松，滤波器406自身可以被改善以获得更低的 插入损耗，并且PA 404的最后一级之前的所有东西的噪声贡献可以被大量地滤除，使得只 有最后一级有效地向PA输出贡献噪声。通过对于表1A-1D所示的具体示例将BPF 406滤 波器插入PA阵列（lineup)中，在PA的输出处的噪声从大致-135dBm/Hz下降至-149dBm/ Hz。表1A对应于BPF位于PA输出之后以产生3dB的PA后Tx DPX插入损耗（其中Vcc = 3. 4V)的配置的级1。表1B对应于表1A的配置的级2,其中总Icc为大约404. 61mA。表1C 对应于提供中间级BPF以在PA的输出级之前产生2dB的中间级滤波的配置的级1。表1D 对应于表1C的配置的级2,其中总Icc为大约212. 59mA。对于表1C的中间级BPF，当与级 1结合时，fTx分量具有大约2dB的衰减以产生大约14的净增益以及大约13dBm的净功率。 对于fRx分量，当与级1结合时，中间级BPF具有大约30dB的衰减、大约14的净增益以及 大约-172. 54的净噪声。

【权利要求】
1. 一种系统，用于在Tx和Rx操作期间隔离射频（RF)信号，该系统包括： 发射路径，被配置用于传递第一 RF信号； 第一滤波器，沿该发射路径布置并被配置为将该第一 RF信号滤波； 第一天线，连接至该发射路径并被配置为发射该第一 RF信号；以及 第二天线，连接至接收路径并被配置为接收第二RF信号，该第一和第二天线相互分开 以在该发射和接收路径之间产生期望水平的隔离。
2. 根据权利要求1所述的系统，还包括：沿该接收路径布置并被配置为将第二RF信号 滤波以便被接收器电路处理的第二滤波器。
3. 根据权利要求2所述的系统，其中，该接收路径包含分集接收路径。
4. 根据权利要求2所述的系统，其中，该第一和第二滤波器的每一个至少部分因为分 开的第一和第二天线而包含放松的滤波要求，该放松的滤波要求允许发射和接收路径两者 的插入损耗的减少。
5. 根据权利要求4所述的系统，其中该放松的滤波要求包含放松的带外衰减要求。
6. 根据权利要求2所述的系统，其中，该第一和第二滤波器的每一个包含带通滤波器 (BPF)。
7. 根据权利要求1所述的系统，其中，该发射路径包含具有多个中间级的功率放大器。
8. 根据权利要求7所述的系统，其中，该第一滤波器布置在一个中间级处以及功率放 大器的输出级之前。
9. 根据权利要求8所述的系统，其中，该中间级包含被配置为补偿在该第一滤波器处 的插入损耗的变化的可变增益级。
10. 根据权利要求9所述的系统，其中，插入损耗的变化包含因为频率或温度改变导致 的插入损耗变化。
11. 根据权利要求1所述的系统，还包括：被配置为促进利用第一天线执行发射和接收 操作两者的双工器模式的双工器路径。
12. 根据权利要求11所述的系统，还包含双工器旁路以及一个或多个开关以允许在双 工器模式和使用第一和第二天线两者的双工器旁路模式之间切换。
13. 根据权利要求12所述的系统，其中，该双工器旁路模式被用于在动态范围的选定 区域上绕过该双工器以优化性能。
14. 根据权利要求13所述的系统，其中，该发射路径、接收路径和双工器路径的每一个 包括用于促进多频带操作的多个信道。
15. 根据权利要求14所述的系统，其中，该多频带操作包含用于3GPP通信标准的四频 带。
16. 根据权利要求12所述的系统，还包括：被配置为检测用于在双工器模式和双工器 旁路模式之间切换的条件的检测系统。
17. 根据权利要求16所述的系统，其中，该条件代表天线隔离环境。
18. 根据权利要求17所述的系统，其中，通过Rx分集测量分析、正向和反射耦合功率测 量、发射的第一 RF信号的直接测量或者与一个或多个校准的参考值的比较而检测该天线 隔离环境条件。
19. 一种射频（RF)装置，包括： 收发器，被配置为处理RF信号； 第一和第二天线，与该收发器通信以促进该RF信号的发射和接收；以及 电路，被配置为在Tx和Rx操作期间提供该RF信号的隔离，该电路包含配置用于传递 第一 RF信号的发射路径、沿发射路径布置并被配置为将第一 RF信号滤波的第一滤波器以 及用于连接至第一天线以发射第一 RF信号的发射节点，该电路还包含配置为接收来自第 二天线的第二RF信号的接收路径，所述发射路径和接收路径被配置为在它们之间产生期 望水平的隔离。
20. -种方法，用于在Tx和Rx操作期间隔离射频（RF)信号，该方法包括： 通过发射路径传递第一 RF信号； 沿该发射路径将第一 RF信号滤波； 将该第一 RF信号传递至第一天线以发射该第一 RF信号； 通过第二天线接收第二RF信号； 通过接收路径传递该第二RF信号，该第一和第二天线相互分开以在该发射和接收路 径之间产生期望水平的隔离。
21. -种射频（RF)模块，包括： 封装基板，被配置为容纳多个部件； 电路，被配置为在Tx和Rx操作期间提供该RF信号的隔离，该电路包含配置用于传递 第一 RF信号的发射路径、沿发射路径布置并被配置为将第一 RF信号滤波的第一滤波器以 及用于连接至第一天线以发射第一 RF信号的发射节点，该电路还包含配置为接收来自第 二天线的第二RF信号的接收路径，所述发射路径和接收路径被配置为在它们之间产生期 望水平的隔离；以及 多个连接器，被配置为在该电路和该封装基板之间提供电连接。
22. -种方法，用于制造具有隔离电路的装置，该方法包括： 形成或提供发射路径； 沿该发射路径形成或提供滤波器； 在该发射路径和第一天线之间形成或提供连接以允许第一 RF信号的发射；以及 形成或提供连接至第二天线的接收路径，使得该发射和接收路径被隔离期望的水平。
【文档编号】H04B7/04GK104335503SQ201380028387
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2013年4月12日 优先权日:2012年4月12日
【发明者】J.R.金, D.R.佩尔克 申请人:天工方案公司