Title:
Passive Entzerrer für Richtkoppler
Kind Code:
A1
Abstract:

Gemäß einer Ausführungsform enthält eine Einrichtung einen Richtkoppler mit einem Eingangsport, einem übertragenen Port, einen gekoppelten Port und einen getrennten Port. Die Einrichtung enthält auch einen ersten passiven Entzerrer mit einem an einen ersten eines gekoppelten Ports und eines getrennten Ports des Richtkopplers gekoppelten ersten Anschluss. Der erste passive Entzerrer enthält einen Resonator mit einem ersten Induktor und einem ersten Kondensator, wobei der Resonator zwischen den ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss des ersten passiven Entzerrers gekoppelt ist. Der erste passive Entzerrer enthält auch einen ersten Widerstand und einen zweiten Widerstand, die seriell zwischen den ersten und den zweiten Anschluss des ersten passiven Entzerrers geschaltet sind, wobei der erste Widerstand mit dem zweiten Widerstand an einem ersten Knoten verbunden ist. Der erste Entzerrer enthält weiterhin ein Nebenschlussnetzwerk, das zwischen einem Referenzanschluss und dem ersten Knoten gekoppelt ist.



Inventors:
Greene, Jake (Cambridgeshire, GB)
Solomko, Valentyn (81479, München, DE)
Application Number:
DE102016125769A
Publication Date:
07/06/2017
Filing Date:
12/28/2016
Assignee:
Infineon Technologies AG, 85579 (DE)
International Classes:
Attorney, Agent or Firm:
Puschmann Borchert Bardehle Patentanwälte Partnerschaft mbB, 82041, Oberhaching, DE
Claims:
1. Einrichtung, umfassend:
einen Richtkoppler mit einem Eingangsport, einem übertragenen Port, einem gekoppelten Port und einem getrennten Port; und
einen ersten passiven Entzerrer mit einem an einem ersten eines gekoppelten Ports und eines getrennten Ports des Richtkopplers gekoppelten ersten Anschluss, wobei der erste passive Entzerrer Folgendes umfasst:
einen Resonator, umfassend einen ersten Induktor und einen ersten Kondensator, wobei der Resonator zwischen den ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss des ersten passiven Entzerrers gekoppelt ist;
einen ersten Widerstand und einen zweiten Widerstand, die seriell zwischen den ersten und den zweiten Anschluss des ersten passiven Entzerrers geschaltet sind, wobei der erste Widerstand mit dem zweiten Widerstand an einem ersten Knoten verbunden ist; und
ein Nebenschlussnetzwerk, das zwischen einen Referenzanschluss und den ersten Knoten gekoppelt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine an einen zweiten des gekoppelten Ports und des getrennten Ports des Richtkopplers gekoppelte Abschlusslast.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin umfassend einen an einen zweiten des gekoppelten Ports und des getrennten Ports des Richtkopplers gekoppelten zweiten passiven Entzerrer.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin umfassend einen zwischen den Richtkoppler und den ersten passiven Entzerrer gekoppelten Schalter, wobei der Schalter eine erste Position und eine zweite Position besitzt, wobei:
in der ersten Position des Schalters der erste Anschluss des ersten passiven Entzerrers an den gekoppelten Port des Richtkopplers gekoppelt ist und der getrennte Port des Richtkopplers abgeschlossen ist; und
in der zweiten Position des Schalters der erste Anschluss des ersten passiven Entzerrers an den getrennten Port des Richtkopplers gekoppelt ist und der gekoppelte Port des Richtkopplers abgeschlossen ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Resonator einen ersten Induktor und einen ersten Kondensator umfasst, die parallel zwischen den ersten und den zweiten Anschluss des ersten passiven Entzerrers gekoppelt sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, wobei das Nebenschlussnetzwerk einen zwischen den Referenzanschluss und den ersten Knoten gekoppelten zweiten Kondensator umfasst.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, wobei eine Kapazität des ersten Kondensators verstellbar ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 6, wobei der erste und der zweite Widerstand einen gleichen Widerstandswert R besitzen, wobei R = √L/C, wobei L die Induktanz des ersten Induktors und C die Kapazität des zweiten Kondensators ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der erste passive Entzerrer konfiguriert ist zum Bereitstellen einer frequenzselektiven Kerbe außerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereichs.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Resonator einen ersten Induktor und einen ersten Kondensator umfasst, die seriell zwischen den ersten und den zweiten Anschluss des ersten passiven Entzerrers geschaltet sind.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, wobei das Nebenschlussnetzwerk einen zweiten Induktor und einen ersten Kondensator umfasst, die parallel zwischen den Referenzanschluss und den ersten Knoten gekoppelt sind.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, wobei der erste und der zweite Widerstand einen gleichen Widerstandswert R besitzen, wobeiwobei C1 die Kapazität des ersten Kondensators ist, L1 die Induktanz des ersten Induktors ist, L2 die Induktanz des zweiten Induktors ist, C2 die Kapazität des zweiten Kondensators ist und ω die Winkelfrequenz ist.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Richtkoppler und der erste passive Entzerrer auf einem Halbleitersubstrat monolithisch integriert sind.

14. Integrierte Schaltung (IC), umfassend:
einen Richtkoppler, der auf einem Halbleitersubstrat angeordnet ist;
einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter, die an einen gekoppelten Port bzw. einen getrennten Port des Richtkopplers gekoppelt sind, wobei jeder des ersten Schalters und des zweiten Schalters eine erste Position und eine zweite Position besitzt; und
einen passiven Entzerrer mit einem an einen des ersten Schalters und des zweiten Schalters gekoppelten ersten Anschluss, wobei der passive Entzerrer Folgendes umfasst:
eine Resonatorschaltung, die zwischen den ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss des passiven Entzerrers gekoppelt ist,
einen ersten Widerstand, der seriell mit einem zweiten Widerstand an einem Knoten verbunden ist, wobei der erste und der zweite Widerstand zwischen den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss des passiven Entzerrers gekoppelt sind, und
ein Nebenschlussnetzwerk, das zwischen den Knoten und einen Referenzanschluss gekoppelt ist, wobei in jeweiligen ersten Positionen des ersten und des zweiten Schalters der erste Anschluss des passiven Entzerrers an den gekoppelten Port des Richtkopplers gekoppelt ist und der getrennte Port des Richtkopplers abgeschlossen ist und in jeweiligen zweiten Positionen des ersten und des zweiten Schalters der erste Anschluss des passiven Entzerrers an den getrennten Port des Richtkopplers gekoppelt ist und der gekoppelte Port des Richtkopplers abgeschlossen ist.

15. IC nach Anspruch 14, wobei die Resonatorschaltung einen ersten Induktor und einen ersten Kondensator umfasst, die parallel zwischen den ersten und den zweiten Anschluss des passiven Entzerrers gekoppelt sind.

16. IC nach Anspruch 15, wobei das Nebenschlussnetzwerk einen zwischen den Knoten und den Referenzanschluss gekoppelten zweiten Kondensator umfasst.

17. IC nach Anspruch 15 oder 16, wobei eine Kapazität des ersten Kondensators der Resonatorschaltung verstellbar ist.

18. IC nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei der passive Entzerrer weiterhin einen zwischen den ersten Kondensator und einen des ersten und des zweiten Anschlusses des passiven Entzerrers gekoppelten dritten Schalter umfasst.

19. IC nach einem der Ansprüche 15 bis 18, weiterhin umfassend:
einen dritten Kondensator, der parallel zum ersten Kondensator gekoppelt ist; und
einen vierten Schalter, der zwischen den dritten Kondensator und einen des ersten und des zweiten Anschlusses des passiven Entzerrers gekoppelt ist.

20. IC nach einem der Ansprüche 14 bis 19, wobei der passive Entzerrer Variationen eines Koppelfaktors des Richtkopplers über eine vorbestimmte Bandbreite reduziert, eine im Wesentlichen konstante Impedanz über die vorbestimmte Bandbreite bereitstellt und eine frequenzselektive Kerbe außerhalb der vorbestimmten Bandbreite zum Unterdrücken einer Menge vorbestimmter Frequenzen umfasst.

21. IC nach einem der Ansprüche 14 bis 20, wobei die Resonatorschaltung einen ersten Induktor und einen ersten Kondensator umfasst, die seriell zwischen den ersten und den zweiten Anschluss des passiven Entzerrers gekoppelt sind.

22. IC nach Anspruch 21, wobei das Nebenschlussnetzwerk einen zweiten Induktor und einen zweiten Kondensator umfasst, die parallel zwischen den Knoten und den Referenzanschluss gekoppelt sind.

23. IC nach einem der Ansprüche 14 bis 22, wobei der Richtkoppler in einer oder mehreren Schichten über dem Halbleitersubstrat angeordnet ist.

24. Verfahren zum Betreiben eines Richtkopplers, umfassend:
Bereitstellen eines Eingangs-HF-Signals an einen eines Eingangsports und eines Ausgangsports des Richtkopplers; und
Entzerren eines Ausgangssignals an einem eines gekoppelten Ports und eines getrennten Ports des Richtkopplers unter Verwendung eines passiven Entzerrers, wobei der passive Entzerrer Folgendes umfasst:
einen ersten Anschluss, der an den einen des gekoppelten Ports und des getrennten Ports des Richtkopplers gekoppelt ist;
einen Resonator, der zwischen den ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss des passiven Entzerrers gekoppelt ist;
einen ersten und einen zweiten Widerstand, die seriell zwischen den ersten und den zweiten Anschluss des passiven Entzerrers geschaltet sind; und
einen zweiten Kondensator, der zwischen einen Referenzanschluss und einen Knoten gekoppelt ist, wobei der Knoten mit dem ersten und dem zweiten Widerstand verbunden ist.

25. Verfahren nach Anspruch 24, weiterhin umfassend das Messen einer Leistung eines gekoppelten HF-Ausgangssignals an dem zweiten Anschluss des passiven Entzerrers unter Verwendung eines Leistungsdetektors.

26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, wobei der Resonator einen ersten Induktor und einen ersten Kondensator umfasst, die parallel geschaltet sind, und das Verfahren weiterhin das Variieren einer Kapazität des ersten Kondensators zum Ändern einer Stelle einer frequenzselektiven Kerbe zum Unterdrücken eines vorbestimmten Satzes von Frequenzen umfasst.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, wobei der Resonator einen ersten Induktor und einen ersten Kondensator umfasst, die seriell verbunden sind, und der passive Entzerrer weiterhin einen zweiten Induktor umfasst, der parallel zum zweiten Kondensator gekoppelt ist, um einen Nebenschlussresonator auszubilden, und das Verfahren weiterhin das Abstimmen des ersten Resonators und des Nebenschlussresonators auf eine Resonanzfrequenz an einem unteren Ende einer vorbestimmten Bandbreite umfasst.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 27, wobei der Resonator einen ersten Induktor und einen ersten Kondensator umfasst, die seriell verbunden sind, und der passive Entzerrer weiterhin einen zweiten Induktor umfasst, der parallel zum zweiten Kondensator gekoppelt ist, um einen Nebenschlussresonator auszubilden, und das Verfahren weiterhin das Abstimmen des ersten Resonators und des Nebenschlussresonators auf eine Resonanzfrequenz an einem unteren Ende einer vorbestimmten Bandbreite umfasst.

Description:

Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein das technische Gebiet der elektronischen Einrichtungen und insbesondere ein System und Verfahren für passive Entzerrer für Richtkoppler.

Richtkoppler, die elektronische Einrichtungen sind, die in einer bestimmten Richtung übertragene Leistung detektieren können, werden in einer großen Vielzahl an Hochfrequenzschaltungen (HF-Schaltungen) verwendet, beispielsweise kann ein Richtkoppler in einem Radarsystem verwendet werden, um eine reflektierte Welle durch Trennen der einfallenden Welle von der reflektierten Welle zu detektieren, oder kann in einer Schaltung verwendet werden, die die Impedanzfehlanpassung von Übertragungsleitungen misst. Funktional besitzt ein Richtkoppler einen Vorwärtsübertragungsweg und einen gekoppelten Übertragungsweg. Der Vorwärtsübertragungsweg besitzt allgemein einen geringen Verlust, während der gekoppelte Übertragungsweg einen Anteil der Übertragungsleistung koppelt, der sich in einer bestimmten Richtung ausbreitet. Es kann viele verschiedene Arten von Kopplerarchitekturen geben, die unter Verwendung unterschiedlicher Topologien und Materialien in Abhängigkeit von der Arbeitsfrequenz und der Arbeitsumgebung implementiert werden können.

Eine übliche Anwendung für einen Richtkoppler ist die Detektion der reflektierten und übertragenen Leistung in einer tragbaren Hochfrequenzeinrichtung (HF-Einrichtung) wie etwa einem Mobiltelefon oder einer tragbaren Recheneinrichtung. Die Messung der übertragenen Leistung kann in einer Regelschleife zum Verstellen der Ausgabe eines Leistungsverstärkers verwendet werden, während die Messung der reflektierten Leistung in Verbindung mit der Messung der übertragenen Leistung zum Verstellen verstellbarer Antennenanpassungsnetzwerke verwendet werden kann. Ein Parameter, der die Genauigkeit solcher übertragener Leistungsmessungen begrenzt, ist der Koppelfaktor des Richtkopplers. Es wurden Forschung und Entwicklung durchgeführt, um die Leistung von Richtkopplern zu verbessern.

Gemäß einer Ausführungsform enthält eine Einrichtung einen Richtkoppler mit einem Eingangsport, einem übertragenen Port, einem gekoppelten Port und einem getrennten Port. Die Einrichtung enthält auch einen ersten passiven Entzerrer mit einem an einen ersten eines gekoppelten Ports und eines getrennten Ports des Richtkopplers gekoppelten ersten Anschluss. Der erste passive Entzerrer enthält einen Resonator mit einem ersten Induktor und einem ersten Kondensator, wobei der Resonator zwischen den ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss des ersten passiven Entzerrers gekoppelt ist. Der erste passive Entzerrer enthält auch einen ersten Widerstand und einen zweiten Widerstand, die seriell zwischen den ersten und den zweiten Anschluss des ersten passiven Entzerrers geschaltet sind, wobei der erste Widerstand mit dem zweiten Widerstand an einem ersten Knoten verbunden ist. Der erste Entzerrer enthält weiterhin ein Nebenschlussnetzwerk, das zwischen einen Referenzanschluss und den ersten Knoten gekoppelt ist.

Für ein umfassenderes Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird nun auf die folgenden Beschreibungen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen. Zuerst werden die beiliegenden Zeichnungen kurz beschrieben:

1 veranschaulicht den Koppelfaktor eines Richtkopplers in einigen Ausführungsformen;

2A2C veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen eines Richtkopplersystems, das einen Richtkoppler und mindestens einen passiven Entzerrer umfasst, gemäß einiger Ausführungsformen;

3 veranschaulicht eine Ausführungsform eines passiven Entzerrers;

4A4C veranschaulichen verschiedene Beispiele von passiven Entzerrern mit abstimmbaren Stellen einer Frequenzkerbe bei einigen Ausführungsformen;

5 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform eines passiven Entzerrers;

6 veranschaulicht den Koppelfaktor eines Richtkopplersystems mit einem passiven Tiefpass-Entzerrer bei einigen Ausführungsformen;

7 veranschaulicht den Koppelfaktor eines weiteren Richtkopplersystems mit einem passiven Bandpass-Entzerrer bei einigen Ausführungsformen;

8 veranschaulicht ein Hochfrequenzsystem (HF-System), das ein Richtkopplersystem umfasst, bei einigen Ausführungsformen;

9A und 9B veranschaulichen Querschnittsansichten von integrierten Schaltungen mit einem Richtkoppler und einem passiven Entzerrer bei einigen Ausführungsformen; und

10 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Richtkopplers bei einigen Ausführungsformen.

Entsprechende Zahlen und Symbole in verschiedenen Figuren beziehen sich allgemein auf entsprechende Teile, sofern nicht etwas anderes angegeben ist. Die Figuren wurden gezeichnet, um die relevanten Aspekte der bevorzugten Ausführungsformen klar zu veranschaulichen, und sie sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet. Zum klaren Veranschaulichen gewisser Ausführungsformen kann auf eine Figurzahl ein Buchstabe folgen, der Variationen der gleichen Struktur, des gleichen Materials oder des gleichen Prozessschritts anzeigt.

Unten werden veranschaulichende Ausführungsformen im Detail beschrieben. Insbesondere werden die Herstellung und die Verwendung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen unten ausführlich erörtert. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung viele anwendbare erfindungsgemäße Konzepte liefert, die in einer großen Vielzahl spezifischer Kontexte verkörpert werden können. Die erörterten spezifischen Ausführungsformen veranschaulichen lediglich spezifische Wege zum Herstellen und Verwenden der Erfindung und beschränken nicht den Schutzbereich der Erfindung.

Die vorliegende Erfindung wird bezüglich verschiedener Ausführungsformen in einem spezifischen Kontext, einem System und Verfahren für ein Richtkopplersystem mit mindestens einem passiven Entzerrer beschrieben. In einigen Fällen ist es wünschenswert, dass ein Richtkoppler einen flachen Koppelfaktor über ein breites relevantes Frequenzband besitzt; Richtkoppler liefern jedoch typischerweise nicht immer einen flachen Koppelfaktor über eine große Bandbreite. Ein Beispiel dafür kann in „elektrisch kurzen” Richtkopplern beobachtet werden, wo die Kopplerstruktur viel kleiner ist als 90 Grad elektrischer Länge, während der Koppelfaktor über eine große Bandbreite eine Hochpass-Kennlinie erster Ordnung von etwa 20 dB/Dekade besitzen kann. Ein Beispiel ist in 1 dargestellt, das den Koppelfaktor eines typischen Richtkopplers über eine große Bandbreite von etwa 6 GHz zeigt. Wie in 1 gezeigt, besitzt der Koppelfaktor eine Hochpass-Kennlinie (z. B. nimmt der Koppelfaktor mit der Frequenz zu). Bei 700 MHz und 2,7 GHz, die dem unteren und oberen Ende des Frequenzbandes für den Standard 4G Long-Term Evolution (LTE) verwendeten entspricht, betragen die Koppelfaktoren etwa –28,7 dB bzw. etwa –17,1 dB. Eine große Variation des Koppelfaktors (z. B. etwa 11,6 dB) wird über das LTE-Band beobachtet, was, falls es unkompensiert bleibt, die Gesamtsystemleistung beeinträchtigen könnte.

Um eine gute Systemleistung zu erzielen, könnten Entzerrer, auch als Filternetzwerke oder Filter bezeichnet, zum Entzerren der gekoppelten Antwort und zum Reduzieren der Variation beim Koppelfaktor über ein gewünschtes Frequenzband verwendet werden. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwenden passive Entzerrer (z. B. durch passive Komponenten ausgebildete Entzerrer) zum Entzerren von Richtkopplern. Einige Ausführungsformen von passiven Entzerrern enthalten ein Filternetzwerk mit einem negativen bandinternen Roll-Off. Als ein Ergebnis dessen, dass ein Filternetzwerk mit einer Tiefpass-Roll-Off-Kennlinie hinter einem Richtkoppler mit einer Hochpass-Kennlinie platziert wird, ist die kombinierte Antwort hinter dem Filternetzwerk (z. B. am Anschluss 112 des passiven Entzerrers 108 in 2A) über den gewünschten Frequenzbereich hinweg flacher. Außerdem liefert das Filternetzwerk eine konstante Eingangs- und Ausgangsimpedanz, die an die charakteristische Impedanz des Systems (z. B. an eine gekoppelte Übertragungsleitung angepasst) innerhalb des Arbeitsfrequenzbereichs angepasst ist, so dass die Direktivität des Richtkopplers nicht durch das Filternetzwerk beeinträchtigt wird. Weitere Details bezüglich Richtkopplersystemen, die einen Richtkoppler und einen oder mehrere passive Entzerrer umfassen, werden im Folgenden erörtert.

2A veranschaulicht ein Richtkopplersystem 100 mit einem passiven Entzerrer 108 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 2A gezeigt, enthält das Richtkopplersystem 100 einen Richtkoppler 102, einen passiven Entzerrer 108 und eine Abschlusslast 110. Der Richtkoppler 102 besitzt bei einigen Ausführungsformen einen Eingangsport 103, einen übertragenen Port 104, einen gekoppelten Port 105 und einen getrennten Port 106. Der passive Entzerrer 108 besitzt zwei Anschlüsse, ein erster Anschluss 111 ist an den gekoppelten Port 105 des Richtkopplers 102 gekoppelt, ein zweiter Anschluss 112 des passiven Entzerrers 108 kann als ein entzerrter gekoppelter Port des Richtkopplersystems 100 fungieren und an eine nicht gezeigte nachfolgende Schaltung des Systems gekoppelt sein, gemäß einigen Ausführungsformen. Als ein Beispiel könnten der passive Entzerrer 108 und die Abschlusslast 110 mit einem Richtkoppler 102 in eine integrierte Schaltung (IC) integriert sein, und der Anschluss 112 könnte als der entzerrte gekoppelte Port der IC dienen. Details bezüglich des passiven Entzerrers 108 werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die 3, 4A4C und 5 erörtert. Gemäß einigen Ausführungsformen wird der getrennte Port 106 des Richtkopplers 102 durch eine Abschlusslast 110 abgeschlossen. Ein Fachmann versteht, dass die Abschlusslast 110 an eine charakteristische Impedanz des Systems (z. B. 50 Ω oder 75 Ω) angepasst sein kann und zwischen den getrennten Port 106 und einen Referenzanschluss 114 gekoppelt sein kann. Bei einigen Ausführungsformen ist der Referenzanschluss 114 ein Masseanschluss.

Ein Fachmann versteht, dass bei einigen Ausführungsformen ein Richtkoppler 102 eine symmetrische Einrichtung sein kann. Dies bedeutet, dass die Rollen des Eingangsports 103 und des übertragenen Ports 104 zusammen mit Rollen des getrennten Ports 106 und des gekoppelten Ports 105 vertauscht werden können. Wenn beispielsweise der gekoppelte Port 105 abgeschlossen ist und ein in den übertragenen Port 104 einfallendes Signal eingeführt wird, wird das eingeführte Signal zum Eingangsport 103 übertragen und wird an den getrennten Port 106 gekoppelt. Es versteht sich, dass symmetrische Richtkoppler in den verschiedenen, hierin beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden können.

2B veranschaulicht ein bidirektionales Kopplersystem 100 mit zwei passiven Entzerrern 108a/108b gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 2B ist der Koppler 102 ein bidirektionaler Koppler, ein erster Anschluss 111a eines ersten passiven Entzerrers 108a ist an einen ersten der gekoppelten/getrennten Ports 105/106 gekoppelt, und ein erster Anschluss 111b eines zweiten passiven Entzerrers 108b ist an einen zweiten der gekoppelten/getrennten Ports 105/106 gekoppelt. Gemäß einigen Ausführungsformen besitzen der erste passive Entzerrer 108a und der zweite passive Entzerrer 108b die gleiche Struktur. Der zweite Anschluss 112a des ersten passiven Entzerrers 108a und des zweiten Anschlusses 112b des zweiten passiven Entzerrers 108b können bei einigen Ausführungsformen jeweils als ein entzerrter gekoppelter/getrennter Port des Richtkopplersystems 100 fungieren.

2C veranschaulicht ein bidirektionales Kopplersystem 100 mit einem passiven Entzerrer 108 und wählbarem gekoppelten Port gemäß einigen Ausführungsformen. Wie in 2C gezeigt, enthält die Ausführungsform eines Richtkopplersystems 100 den bidirektionalen Koppler 102, den passiven Entzerrer 108, die Abschlusslast 110 und zwei Schalter Sa und Sb. Gemäß einigen Ausführungsformen besitzt der Schalter Sa zwei wählbare Positionen T1 und T2, und der Schalter Sb besitzt zwei wählbare Positionen T3 und T4. Die Schalter Sa und Sb sind so synchronisiert, dass sich in ihren jeweiligen ersten Positionen der Schalter Sa in Position T2 befindet und der Schalter Sb sich in Position T4 befindet; und in den jeweiligen zweiten Positionen der Schalter Sa und Sb befindet sich Schalter Sa in Position T1 und der Schalter Sb befindet sich in Position T3. Obwohl 2C zwei Schalter Sa und Sb zeigt, sind andere Anzahlen und/oder Arten von Schalter möglich und liegen innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Offenbarung, beispielsweise können die Schalter Sa und Sb durch einen zweipoligen Umschalter ersetzt werden, der den gekoppelten/getrennten Port 105/106 verbindet und die gleiche oder ähnliche Funktion wie die Schalter Sa und Sb durchführt.

Wie in 2C gezeigt, ist, wenn sich die Schalter Sa und Sb in ihren jeweiligen ersten Positionen befinden (z. B. T2 und T4), der gekoppelte/getrennte Port 105 des bidirektionalen Kopplers 102 an den ersten Anschluss 111 des passiven Entzerrers 108 gekoppelt, und der gekoppelte/getrennte Port 106 des bidirektionalen Kopplers 102 wird durch die Abschlusslast 110 abgeschlossen; wenn sich die Schalter Sa und Sb in ihren jeweiligen zweiten Positionen befinden (z. B. T1 und T3), wird der gekoppelte/getrennte Port 105 des bidirektionalen Kopplers 102 durch die Abschlusslast 110 abgeschlossen und der gekoppelte/getrennte Port 106 des bidirektionalen Kopplers 102 ist an den ersten Anschluss 111 des passiven Entzerrers 108 gekoppelt. Der zweite Anschluss 112 des passiven Entzerrers 108 kann gemäß einigen Ausführungsformen als der entzerrte gekoppelte Port des Richtkopplerssystems 100 fungieren.

In 2C wird das bidirektionale Kopplersystem 100 durch Anbringen von Schaltern (z. B. Schaltern Sa und Sb) zwischen den gekoppelten/getrennten Ports 105/106 und den passiven Entzerrer 108 und der Abschlusslast 110 implementiert. Die Schalter wählen die Richtung zum Erfassen, beispielsweise Vorwärtserfassung oder Rückwärtserfassung. Infolge der in 2C gezeigten flexiblen Architektur werden nur ein passiver Entzerrer 108 und eine Abschlusslast 110 in dem bidirektionalen Kopplersystem 100 verwendet (z. B. verglichen mit 2B, wo zwei Entzerrer verwendet werden), was die Komponentenkosten des Systems senkt. Weiterhin gestattet eine gutgesteuerte Abschlusslastimpedanz an dem getrennten Port ein hohes Richtvermögen über einen großen Frequenzbereich. Der passive Entzerrer 108, die Schalter Sa und Sb und die Abschlusslast 110 können monolithisch mit dem bidirektionalen Koppler 102 auf einem Halbleitersubstrat als eine integrierte Schaltung (IC) integriert sein, wobei dann das in 2C gezeigte Design unter Verwendung eines passiven Entzerrers und einer Abschlusslast auch zu signifikanten Einsparungen bezüglich Siliziumfläche führen könnte. Der passive Entzerrer 108 besitzt einen oder mehrere Induktoren (siehe Induktor L in 3 und Induktoren L1 und L2 in 5), und da üblicherweise eine große Siliziumfläche erforderlich ist, um chipinterne Induktoren zu implementieren, könnte eine Reduktion bei der Anzahl der passiven Entzerrer die erforderliche Die-Fläche signifikant reduzieren.

Das in 2C gezeigte Design besitzt einen weiteren Vorteil, dass die Richtwirkung von Kopplern nur von der Genauigkeit der Abschlusslast 110 abhängt und nicht von den Genauigkeiten der Komponenten des passiven Entzerrers 108 abhängt. Infolgedessen kann ein hohes Richtvermögen des Kopplersystems 100 in einer Massenproduktion erzielt werden.

Die Struktur des passiven Entzerrers 108 wird nun unter Bezugnahme auf die 3, 4A4C und 5 ausführlich erörtert. Unter Bezugnahme auf 3 wird eine Struktur für einen passiven Entzerrer 108 gezeigt, der eine Tiefpasstopologie besitzt und der im Folgenden als das Tiefpassdesign bezeichnet werden kann. Wie in 3 dargestellt, enthält der passive Entzerrer 108 einen zwischen den ersten Anschluss 111 und den zweiten Anschluss 112 des passiven Entzerrers 108 gekoppelten Resonanzkreis, der einen parallel zu einem Induktor L gekoppelten ersten Kondensator Cn enthält. Aufgrund der parallelen Kopplung zwischen dem ersten Kondensator Cn und dem Induktor L kann der in 3 gezeigte Resonanzkreis im Folgenden auch als ein Parallelresonanzkreis bezeichnet werden. Der Fachmann versteht, dass ein Resonanzkreis auch als ein Resonator, eine LC-Schaltung oder eine Tankschaltung bezeichnet werden kann. Es sei weiterhin angemerkt, dass Resonanzkreise unter Verwendung beliebiger geeigneter elektrischer Komponenten, wie etwa keramischer Kondensatoren, akustischer Oberwellenfilter (AOW-Filter) und von Übertragungsleitungen, gebaut werden können.

Ein erster Widerstand R1 und ein zweiter Widerstand R2 sind bei einigen Ausführungsformen seriell zwischen den ersten Anschluss 111 und den zweiten Anschluss 112 des passiven Entzerrers 108 gekoppelt. Wie in 3 gezeigt, ist der erste Widerstand R1 mit dem zweiten Widerstand R2 an einem ersten Knoten 122 verbunden. Der passive Entzerrer kann weiterhin bei einigen Ausführungsformen einen zwischen einen Referenzanschluss 114 und den ersten Knoten 122 gekoppelten zweiten Kondensator C enthalten. Der zweite Kondensator C kann hier auch als ein Nebenschlusskondensator C oder ein Nebenschlussnetzwerk bezeichnet werden. Der Referenzanschluss 114 ist gemäß einigen Ausführungsformen ein Masseanschluss.

Wie oben erörtert, ist der passive Entzerrer 108 ein nicht reflektierender Entzerrer, der eine spektrale Abflachung für die gekoppelten Signale bereitstellt, während er wenig oder keine Fehlanpassung in dem Weg, an dem er angebracht ist, aufweist. Außerdem erzeugt für die in 3 gezeigten Tiefpassdesigns der Parallelresonanzkreis eine frequenzselektive Kerbe (siehe die um 5,5 GHz in 6 zentrierte frequenzselektive Kerbe) in der Frequenzantwort der entzerrten Ausgabe des passiven Entzerrers 108, wobei die frequenzselektive Kerbe außerhalb oder innerhalb des relevanten Bands eingeführt werden kann, um unerwünschte Frequenzen zu unterdrücken bzw. um die Frequenzantwort des entzerrten Ausgangs weiter zu formen. Die durch den Resonatorkreis bereitgestellte frequenzselektive Kerbe ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Offenbarung gegenüber existierenden Designs.

Die 4A4C veranschaulichen mehrere Ausführungsformen von passiven Entzerrern 108 mit abstimmbaren Stellen für die frequenzselektive Kerbe. In 4A ist die Ausführungsform eines passiven Entzerrers 108 ähnlich dem Tiefpassdesign in 3, besitzt aber einen zusätzlichen Schalter S, der zwischen den ersten Kondensator Cn und einen des ersten und des zweiten Anschlusses 111/112 des passiven Entzerrers 108 gekoppelt ist, z. B. zwischen den ersten Kondensator Cn und den ersten Anschluss 111. Gemäß einigen Ausführungsformen bildet, wenn der Schalter S geschlossen ist, der erste Kondensator Cn einen Parallelresonanzkreis mit dem Induktor L und liefert eine frequenzselektive Kerbe; wenn der Schalter S offen ist, wird der erste Kondensator Cn in dem passiven Entzerrer 108 umgangen und kein Resonanzkreis wird gebildet.

4B veranschaulicht einen passiven Entzerrer 108 ähnlich dem in 4A gezeigten passiven Entzerrer, aber mit einen verstellbaren ersten Kondensator Cn. Das Design in 4B bietet die gleiche Option zum Umgehen des Resonanzkreises wie das in 4A gezeigte Design. Außerdem bietet das Design in 4B die zusätzliche Flexibilität des Variierens der Kapazität Cn, um die Stelle der frequenzselektiven Kerbe zu steuern, um Frequenzen an anderen Stellen zu unterdrücken, oder um mehr Flexibilität beim Formen der Frequenzantwort der entzerrten Ausgabe bereitzustellen.

4C veranschaulicht einen passiven Entzerrer 108, der ein programmierbares Kondensatorarray verwendet. Bei einigen Ausführungsformen enthält das Kondensatorarray mehrere parallel zum ersten Induktor L gekoppelte Kondensatoren Cn1, Cn2, .... Cnn, wobei mehrere Schalter S1, S1, ... Sn zwischen einen jeweiligen der mehreren Kondensatoren Cn1, Cn2, .... Cnn und einen des ersten und zweiten Anschlusses 111/112 des passiven Entzerrers 108 gekoppelt sind. Durch Schließen oder Öffnen der mehreren Schalter S1, S1, ... Sn kann die Gesamtkapazität des Resonatorkreises (z. B. Summe der Kapazität der Kondensatoren in Cn1, Cn2, .... Cnn mit einem jeweiligen geschlossenen Schalter) variiert werden, was eine ähnliche Funktionalität wie der verstellbare Kondensator Cn in 4B bereitstellt.

Für die in 3 und 4A4C gezeigten Tiefpassdesigns beschreiben die Gleichungen (1)–(3) die Beziehung zwischen den Komponenten im passiven Filter 108 (z. B. Induktanz L des ersten Induktors, Kapazität Cn des ersten Kondensators und Kapazität C des Nebenschlusskondensators) und der charakteristischen Impedanz Z0 des passiven Filters 108. In den Gleichungen (1)–(3) ist Z2 die Impedanz der LC-Schaltung, die L und Cn umfasst, Z2 ist die Impedanz des Nebenschlusskondensators C, R ist die Eingangs-/Ausgangsimpedanz des passiven Filters 108 und ω ist die Winkelfrequenz am unteren Rand des nutzbaren Frequenzbands. Wenn der Wert von Cn viel kleiner ist als C, kann die Gleichung (3) zu Gleichung (4) vereinfacht werden.

Für eine angepasste Schaltung besitzen beide Widerstände R1 und R2 bei einigen Ausführungsformen übereinstimmende Widerstandswerte R, die beide im Wesentlichen vom Wert gleich Z0 sind. Gemäß einigen Ausführungsformen liegt der Arbeitsfrequenzbereich des Kopplers unter der Resonanzfrequenz des Parallelresonanztanks, z. B.Wenn ω viel kleiner alsist (z. B. kann Gleichung (3) durch Gleichung (4) approximiert werden. Da Gleichung (4) von ω unabhängig ist, könnte eine im Wesentlichen konstante Anpassungsimpedanz durch den Entzerrer 108 im gewünschten Arbeitsfrequenzbereich des Kopplers bereitgestellt werden. Gemäß einigen Ausführungsformen besitzt die Induktanz L des ersten Induktors einen Wert zwischen etwa 1 nH bis etwa 10 nH, der Widerstandswert R besitzt einen Wert zwischen etwa 30 Ω und etwa 100 Ω, die Kapazität Cn besitzt einen Wert zwischen etwa 0,5 pF und etwa 10 pF und die Kapazität C besitzt einen Wert zwischen etwa 0,5 pF und etwa 10 pF. Alternativ dazu können andere Werte außerhalb der obigen Bereiche verwendet werden.

Für das Tiefpassdesign werden bei einigen Ausführungsformen die Parameter für die reaktiven Komponenten, z. B. Induktanz L und Kapazität C, zum Steuern der Grenzfrequenz und der Roll-Off-Kennlinie des passiven Entzerrers 108 gewählt, was wiederum die Flachheit des gekoppelten Ausgangs des Richtkopplersystems 100 über das relevante Frequenzband hinweg steuert. Außerdem bildet der Kondensator Cn einen Parallelresonator mit dem Induktor L, und seine Kapazität Cn kann variiert werden, um eine abstimmbare, frequenzselektive Kerbe zum Unterdrücken unerwünschter Frequenzen an vorbestimmten Stellen bereitzustellen, wie oben unter Bezugnahme auf die 3 und 4A4C erörtert.

5 veranschaulicht einen passiven Entzerrer 108 mit einer Bandpasstopologie und kann im Folgenden als das Bandpassdesign bezeichnet werden. Bei einigen Ausführungsformen kann das Bandpassdesign von 5 eine flachere Frequenzantwort für den gekoppelten Ausgang des Richtkopplersystems 100 als die in 3 und 4A4C gezeigten Tiefpassdesigns erzielen. Das in 5 gezeigte Bandpassdesign liefert jedoch bei einigen Ausführungsformen keine zusätzliche Frequenzunterdrückung für Außerbandsignale.

Wie in 5 gezeigt, enthält der passive Entzerrer 108 einen Resonanzkreis, der einen seriell mit einem ersten Kondensator C1 gekoppelten ersten Induktor L1 besitzt, wobei der Resonanzkreis zwischen den ersten Anschluss 111 und den zweiten Anschluss 112 des passiven Entzerrers 108 gekoppelt ist. Aufgrund der seriellen Kopplung des ersten Induktors L1 und des ersten Kondensators C1 kann der in 5 gezeigte Resonanzkreis im Weiteren als eine Reihenresonatorschaltung bezeichnet werden. Ein erster Widerstand R1 und ein zweiter Widerstand R2 sind bei einigen Ausführungsformen seriell zwischen den ersten Anschluss 111 und den zweiten Anschluss 112 des passiven Entzerrers 108 gekoppelt. Wie in 5 gezeigt, ist der erste Widerstand R1 an den zweiten Widerstand R2 an einem ersten Knoten 122 gekoppelt. Der passive Entzerrer 108 kann weiterhin bei einigen Ausführungsformen einen zweiten Kondensator C2 und einen zweiten Induktor L2 enthalten, die parallel zwischen einen Referenzanschluss 114 und den ersten Knoten 122 gekoppelt sind. Der zweite Kondensator C2 und der zweite Induktor L2 bilden ein Nebenschlussnetzwerk in der Form eines Parallelresonanzkreises, der auch als ein Nebenschlussresonator bezeichnet werden kann. Gemäß einigen Ausführungsformen ist der Referenzanschluss 114 ein Masseanschluss.

Das in 5 gezeigte Bandpassdesign weist bei einigen Ausführungsformen ein steileres Roll-Off auf als das des Tiefpassdesigns, wenn sowohl der Reihenresonator als auch der Nebenschlussresonator auf eine Resonanzfrequenz am unteren Ende des relevanten Bands abgestimmt sind. Bei anderen Ausführungsformen können der Reihenresonator und der Nebenschlussresonator auf eine erste Resonanzfrequenz bzw. eine zweite Resonanzfrequenz am unteren Ende des relevanten Bands abgestimmt sein, wo die erste und die zweite Resonanzfrequenz näher beieinanderliegen. Beispielsweise können für einen für LTE verwendeten Richtkoppler (z. B. von 700 MHz bis 2,7 GHz) der Reihenresonator und der Nebenschlussresonator beide auf ein unteres Ende des Bands bei z. B. etwa 700 MHz abgestimmt sein. Durch Abstimmen sowohl des Reihen- als auch des Nebenschlussresonators liefert das Bandpassdesign von 5 die Fähigkeit zum Optimieren der In-Band-Flachheit und liefert eine hervorragende Verstärkungsfaktorflachheit für die gekoppelten Signale. Das Bandpassdesign bietet jedoch nicht die zusätzliche Frequenzselektivität (z. B. Zurückweisung von Außerbandfrequenzen bei etwa 5,5 GHz im WLAN-Band für den Arbeitsfrequenzbereich von 700 MHz bis 2,7 GHz), wie durch den Parallelresonator diktiert, der L und Cn umfasst, in den in 3 und 4A4C dargestellten Tiefpassdesigns. Gemäß einigen Ausführungsformen betragen die Gütefaktoren der reaktiven Komponenten der Resonatoren (z. B. Kondensator C1/C2 und Induktor L1/L2 des Reihen- und Nebenschlussresonators) 10 oder darüber. Hohe Gütefaktoren (z. B. 10 oder darüber) reduzieren bei einigen Ausführungsformen den Effekt der Bandbreiten der Resonatoren (z. B. des Reihen- und des Nebenschlussresonators) auf die Gesamtantwort des passiven Entzerrers 108. Aufgrund der hohen Gütefaktoren beeinflussen die Bandbreiten der Resonatorschaltungen möglicherweise die Antwort des passiven Entzerrers 108 nicht signifikant.

Wie bei dem Tiefpassdesign sollten die beiden Widerstände R1 und R2 in dem Bandpassdesign von 5 für eine optimale Kopplerleistung an die charakteristische Impedanz Z0 in Gleichung (7) angepasst sein. Die Impedanzen ZS und ZP des Reihenresonators und des Nebenschlussresonators im passiven Entzerrer 108 von 5 sind in den Gleichungen (5) bzw. (6) angegeben. Gleichung (7) liefert die Eingangs- und Ausgangsimpedanz R des Entzerrers 108.

Unter Bezugnahme auf 5 werden die Parameter für die reaktiven Komponenten des passiven Entzerrers 108, wie etwa Induktanz L1 und Kapazität C1 des Reihenresonators, Induktanz L2 und Kapazität C2 des Nebenschlussresonators, bei einigen Ausführungsformen gemäß Gleichung (7) gewählt. Gemäß einigen Ausführungsformen besitzt die Induktanz L1 einen Wert zwischen etwa 1 nH bis etwa 20 nH, die Kapazität C1 besitzt einen Wert zwischen etwa 0,5 pF und etwas 20 pF, die Impedanz R besitzt einen Wert zwischen etwa 30 Ω und etwa 70 Ω, die Kapazität C2 besitzt einen Wert zwischen etwa 0,5 pF und etwa 20 pF und die Induktanz L2 besitzt einen Wert zwischen etwa 1 nH und etwa 20 nH. Alternativ dazu können andere Werte außerhalb der obigen Bereiche verwendet werden.

Wenn für das Bandpassdesign der erste Induktor L1 und der zweite Induktor L2 eine gleiche Induktanz L besitzen und wenn der erste Kondensator C1 und der zweite Kondensator C2 eine gleiche Kapazität C besitzen, reduziert sich die charakteristische Impedanz Z0 in Gleichung (7) auf die folgende Gleichung (8), die den gleichen Ausdruck besitzt wie Gleichung (4) für das in 3 und 4A4C gezeigte Tiefpassdesign. Die Werte von L1, L2, C1 und C2 bestimmen die Arbeitsbandbreite und das Frequenz-Roll-Off des in 5 gezeigten Bandpassdesigns. Bei einigen Ausführungsformen ist der Reihenresonator auf eine erste Resonanzfrequenzabgestimmt wobei ω1 = 2πf1, und der Parallelresonanzkreis (z. B. Nebenschlussresonator) ist auf eine zweite Resonanzfrequenzabgestimmt, wobei ω2 = 2πf2. In den obigen Gleichungen können ω1 und ω2 die gleiche Resonanzfrequenz sein (z. B. ω1 = ω2) oder zwei eng beabstandete Resonanzfrequenzen (z. B. ω1 ≈ ω2) am unteren Ende des relevanten Bandes (z. B. an oder nahe der untersten Frequenz des relevanten Bandes).

Sowohl für das Tiefpassdesign als auch das Bandpassdesign ist es möglich, den passiven Entzerrer abzustimmen, um ein Roll-Off zu erhalten, das steiler ist als ein Roll-Off, das bei Verwendung der Gleichungen (1)–(4) und (5)–(8) erhalten werden. Allgemein beinhaltet dies das Beeinträchtigen der Qualität der Impedanzanpassung der Schaltung an ihr jeweiliges Z0 und kann das Richtvermögen des Kopplers, mit dem der Entzerrer verbunden ist, herabsetzen. Dies kann jedoch gestatten, dass die Entzerrer über größere Bandbreiten verwendet werden und eine flachere Kopplung erzielt wird als die einer angepassten Schaltung.

Die in den 2A2C dargestellten Richtkopplersysteme 100 werden bei einigen Ausführungsformen als eine diskrete Lösung implementiert. Beispielsweise könnte der passive Entzerrer 108 unter Verwendung diskreter Komponenten wie etwa diskreter Induktoren und diskreter Kondensatoren implementiert werden. Der diskrete passive Entzerrer 108, der Richtkoppler 102, die Abschlusslast 110 und ein oder mehrere Schalter können auf einem geeigneten Substrat wie etwa einer Leiterplatte (PCB) montiert werden. Bei anderen Ausführungsformen wird der passive Entzerrer 108 in das Design des Richtkopplers 102 als eine Hilfsschaltung integriert, und die in 2A2C gezeigten Richtkopplersysteme 100 werden als eine integrierte Lösung implementiert, z. B. als eine integrierte Schaltung (IC), die auf einem monolithischen Halbleitersubstrat wie etwa Silizium, Galliumarsenid, Galliumnitrid, Indiumphosphid, Silizium-auf-Isolator (SOI) oder anderen geeigneten Halbleitersubstraten hergestellt wird. Die integrierte Lösung kann zusätzliche Vorteile wie etwa reduzierte Größe, Kosten und Leistungsverbrauch im Vergleich mit der diskreten Lösung liefern.

6 zeigt Simulationsergebnisse für den Koppelfaktor eines Richtkopplersystems unter Verwendung des Tiefpassdesigns für den passiven Entzerrer. Insbesondere wird in 6 ein passiver Entzerrer mit einem Tiefpassdesign, wie etwa jenen in 2 und 3A3C gezeigten, in den gekoppelten Weg eines Richtkopplers eingesetzt und simuliert. Zu Vergleichszwecken ist der in der Simulation verwendete Richtkoppler der gleiche wie der beim Generieren der Simulationsergebnisse von 1 verwendete Richtkoppler.

Unter Bezugnahme auf 6 beträgt bei 700 MHz und 2,7 GHz der Koppelfaktor etwa –30,5 dB bzw. –28,3 dB. Die Variation der Koppelfaktoren zwischen dem unteren und oberen Ende des LTB-Bands wurde auf etwa 2,2 dB reduziert, was viel kleiner ist als die in 1 beobachtete Variation von 11,6 dB für den gleichen Richtkoppler ohne den passiven Entzerrer. Außerdem hat der Parallelresonanzkreis, der den Kondensator Cn und den Induktor L umfasst, eine Frequenzkerbe bei etwa 5,5 GHz erzeugt. Im Vergleich mit 1 wird eine Zurückweisung von 30 dB für Außerbandfrequenzen bei etwa 5,5 GHz bereitgestellt. Obwohl nicht dargestellt, könnte der Kondensator Cn des Parallelresonanzkreises auch abgestimmt werden, um die Stelle der Frequenzkerbe auf beispielsweise 2,4 GHz zu ändern, um WLAN 802.11 bg-Signale zu unterdrücken, während die niederfrequenten LTE-Kanäle zwischen 700 MHz und 900 MHz genutzt werden.

7 veranschaulicht Simulationsergebnisse für den Koppelfaktor eines Richtkopplersystems unter Verwendung des Bandpassdesigns für den passiven Entzerrer. Ein passiver Entzerrer mit einem Bandpassdesign, wie in 5 gezeigt, wird in den gekoppelten Weg des gleichen, in 1 verwendeten Richtkopplers eingefügt und simuliert. Ein im Wesentlichen flacher Koppelfaktor wird über eine große Bandbreite hinweg beobachtet. Beispielsweise betragen die Kopplerfaktoren bei 700 MHz und 2,7 GHz etwa –29,3 dB bzw. –29,1 dB. Eine kleine Variation von etwa 0,2 dB wird zwischen dem oberen und unteren Ende des LTE-Bands beobachtet. Die ausgezeichnete Koppelflachheit (z. B. eine Variation von etwa 0,2 dB) des Bandpassdesigns demonstriert einen weiteren Vorteil der vorliegenden Offenbarung gegenüber existierenden Designs.

8 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Hochfrequenzsystems (HF-Systems) 550 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das System 550 enthält einen über eine Ausführungsform des Richtkopplersystems 504 an die Antenne 512 gekoppelten HF-Sendeempfänger 552. Der Ausgang des Richtkopplersystems 504 ist über den Leistungsdetektor 508 an den Controller 510 gekoppelt. Das System 550 kann beispielsweise zum Messen übertragener und reflektierter Leistung in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung durch Wählen einer Position eines Schalters innerhalb des Richtkopplersystems 504 verwendet werden. Das Richtkopplersystem 504 kann beispielsweise unter Verwendung einer Ausführungsform von hierin offenbarten Richtkopplersystemen 100 implementiert werden.

Die 9A und 9B veranschaulichen Querschnittsansichten einer Ausführungsform von Halbleiterbauelementen (z. B. integrierten Schaltungen (ICs) 900 und 960). Das Halbleiterbauelement 900 (oder 960) enthält bei einigen Ausführungsformen einen Richtkoppler 920 und ein passives Netzwerk 930, die auf einem Halbleitersubstrat 910 integriert sind. Das Halbleitersubstrat 910 kann kristallines Silizium, kristallines Germanium, Siliziumgermanium und/oder einen III–V-Verbindungshalbleiter wie etwa GaAsP, AlInAs, AlGaAs, GaInAs, GaInP, GaInAsP und dergleichen umfassen. Das Halbleitersubstrat 910 kann auch ein Volumensiliziumsubstrat oder ein Silizium-auf-Isolator(SOI)-Substrat sein. Nichtgezeigte flache Grabenisolationsgebiete (STI-Gebiete) können im Halbleitersubstrat 910 ausgebildet werden, um die aktiven Gebiete im Halbleitersubstrat 910 zu isolieren.

Wie in 9A dargestellt, besitzt das Halbleiterbauelement 900 einen in/auf dem Substrat 910 ausgebildeten Transistor 905. Ein Richtkoppler 920 und ein passives Netzwerk 930 sind gemäß einigen Ausführungsformen in/auf dem Substrat 910 ausgebildet. Bei den Richtkopplern 920 kann es sich um einen beliebigen geeigneten Richtkoppler wie etwa den in 2A2C dargestellten Richtkoppler 102 handeln. Das passive Netzwerk 930 kann in der vorliegenden Offenbarung den passiven Entzerrer 108 enthalten und kann weiterhin zusätzliche passive Komponenten wie etwa eine Abschlusslast für den Richtkoppler 920 enthalten. Wenngleich nicht gezeigt, verbinden leitfähige Merkmale (z. B. leitfähige Linien und Vias) den Richtkoppler 920 und das passive Netzwerk 930 mit anderen Schaltungen im Halbleiterbauelement 900.

9B veranschaulicht eine weitere Ausführungsform eines Halbleiterbauelements 960, wobei gleiche Zahlen in 9B gleiche Teile in 9A bezeichnen. Wie in 9B dargestellt, ist eine Zwischenschichtdielektrikumsschicht (ILD-Schicht) 907 auf dem Substrat 910 ausgebildet. Die Struktur 909, die eine Intermetalldielektrikumsschicht (IMD-Schicht) oder eine Umverdrahtungsschicht (RDL) sein kann, ist über der ILD-Schicht 907 ausgebildet. Die Struktur 909 kann eine oder mehrere Dielektrikumsschichten umfassen, wobei leitfähige Merkmale wie etwa Metalllinien und Vias (nicht gezeigt) Zwischenverbindungsstrukturen in den Dielektrikumsschichten ausbilden. Die Dielektrikumsschichten der Struktur 909 umfassen bei einigen Ausführungsformen Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxynitrid, ein dielektrisches Low-k-Material oder ein beliebiges anderes geeignetes dielektrisches Material. Der Richtkoppler 920 und das passive Netzwerk 930 sind in der Struktur 909 ausgebildet und können sich, wie in 9B dargestellt, durch eine oder mehrere Dielektrikumsschichten der Struktur 909 erstrecken. Obwohl 9B den Richtkoppler 920 und das passive Netzwerk 930 in der oder den gleichen Schichten angeordnet zeigt, können der Richtkoppler 920 und das passive Netzwerk 930 in anderen Schichten des Halbleiterbauelements 900 angeordnet sein. Wenngleich nicht gezeigt, verbinden leitfähige Merkmale (z. B. leitfähige Linien und Vias) den Richtkoppler 920 und das passive Netzwerk 930 mit anderen Schaltungen im Halbleiterbauelement 960.

10 veranschaulicht ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Betreiben eines Richtkopplers gemäß einigen Ausführungsformen. Das in 10 gezeigte Flussdiagramm ist lediglich ein Beispiel, das den Schutzbereich der Ansprüche nicht unnötig beschränken sollte. Der Fachmann würde viele Variationen, Alternativen und Modifikationen erkennen. Verschiedene Schritte, wie in 10 dargestellt, können hinzugefügt, entfernt, ersetzt, umgeordnet und wiederholt werden.

Unter Bezugnahme auf 10 wird bei Schritt 1010 ein HF-Signal an einen eines Eingangsports und eines Ausgangsports des Richtkopplers geliefert. Bei Schritt 1020 wird ein Ausgangssignal an einem eines gekoppelten Ports und eines getrennten Ports des Richtkopplers unter Verwendung eines passiven Entzerrers entzerrt. Der passive Entzerrer besitzt einen an den einen des gekoppelten Ports und des getrennten Ports des Richtkopplers gekoppelten ersten Anschluss und einen ersten Resonator mit einem ersten Induktor und einem ersten Kondensator, wobei der erste Resonator zwischen den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss des passiven Entzerrers gekoppelt ist. Der passive Entzerrer besitzt auch einen ersten Widerstand und einen zweiten Widerstand, die seriell zwischen den ersten und den zweiten Anschluss des passiven Entzerrers gekoppelt sind, und einen zweiten Kondensator, der zwischen einen Referenzanschluss und einen Knoten gekoppelt ist, wobei der Knoten mit dem ersten und dem zweiten Widerstand verbunden ist.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden hier zusammengefasst. Andere Ausführungsformen können auch so verstanden werden, dass sie insgesamt die Patentschrift und die hierin eingereichten Ansprüche bilden. Ein allgemeiner Aspekt enthält eine Einrichtung mit einem Richtkoppler mit einem Eingangsport, einem übertragenen Port, einem gekoppelten Port und einem getrennten Port. Die Einrichtung enthält auch einen ersten passiven Entzerrer mit einem an einen ersten eines gekoppelten Ports und eines getrennten Ports des Richtkopplers gekoppelten ersten Anschluss, wobei der erste passive Entzerrer einen Resonator mit einem ersten Induktor und einem ersten Kondensator enthält, wobei der Resonator zwischen den ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss des ersten passiven Entzerrers gekoppelt ist. Der erste passive Entzerrer enthält auch einen ersten Widerstand und einen zweiten Widerstand, die seriell zwischen den ersten und den zweiten Anschluss des ersten passiven Entzerrers geschaltet sind, wobei der erste Widerstand mit dem zweiten Widerstand an einem ersten Knoten verbunden ist. Der erste passive Entzerrer enthält weiterhin ein Nebenschlussnetzwerk, das zwischen einen Referenzanschluss und den ersten Knoten gekoppelt ist.

Die Implementierungen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale enthalten. Die Einrichtung kann weiterhin eine Abschlusslast enthalten, die an einen zweiten des gekoppelten Ports und des getrennten Ports des Richtkopplers gekoppelt ist. Die Einrichtung kann weiterhin einen an einen zweiten des gekoppelten Ports und des getrennten Ports des Richtkopplers gekoppelten zweiten passiven Entzerrer enthalten. Die Einrichtung kann weiterhin einen zwischen den Richtkoppler und den ersten passiven Entzerrer gekoppelten Schalter enthalten, wobei der Schalter eine erste Position und eine zweite Position besitzt. In der ersten Position des Schalters ist der erste Anschluss des ersten passiven Entzerrers an den gekoppelten Port des Richtkopplers gekoppelt und der getrennte Port des Richtkopplers ist abgeschlossen; und in der zweiten Position des Schalters ist der erste Anschluss des ersten passiven Entzerrers an den getrennten Port des Richtkopplers gekoppelt und der gekoppelte Port des Richtkopplers ist abgeschlossen.

Der Resonator der Einrichtung kann einen ersten Induktor und einen ersten Kondensator enthalten, die parallel zwischen den ersten und den zweiten Anschluss des ersten passiven Entzerrers gekoppelt sind. Das Nebenschlussnetzwerk der Einrichtung kann einen zweiten Kondensator enthalten, der zwischen den Referenzanschluss und den ersten Knoten gekoppelt ist. Die Kapazität des ersten Kondensators kann verstellbar sein. Bei einigen Ausführungsformen besitzen der erste und der zweite Widerstand einen gleichen Widerstandswert R, wobeiwobei L die Induktanz des ersten Induktors ist und C die Kapazität des zweiten Kondensators ist. Der erste passive Entzerrer kann konfiguriert sein zum Bereitstellen einer frequenzselektiven Kerbe außerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereichs. Der Resonator kann einen ersten Induktor und einen ersten Kondensator enthalten, die seriell zwischen den ersten und den zweiten Anschluss des ersten passiven Entzerrers geschaltet sind. Das Nebenschlussnetzwerk kann einen zweiten Induktor und einen zweiten Kondensator enthalten, die parallel zwischen den ersten Referenzanschluss und den ersten Knoten gekoppelt sind. Bei einigen Ausführungsformen besitzen der erste und der zweite Widerstand einen gleichen Widerstandswert R, wobei wobei C1 die Kapazität des ersten Kondensators ist, L1 die Induktanz des ersten Induktors ist, L2 die Induktanz des zweiten Induktors ist, C2 die Kapazität des zweiten Kondensators ist und 6) die Winkelfrequenz ist. Der Richtkoppler und der erste passive Entzerrer können monolithisch auf einem Halbleitersubstrat integriert sein.

Ein weiterer allgemeiner Aspekt beinhaltet eine integrierte Schaltung (IC) mit einem auf einem Halbleitersubstrat angeordneten Richtkoppler, einem ersten Schalter und einem zweiten Schalter, die an einen gekoppelten Port bzw. einen getrennten Port des Richtkopplers gekoppelt sind, wobei jeder des ersten und des zweiten Schalters eine erste Position und eine zweite Position besitzt, und einen passiven Entzerrer mit einem an einen des ersten und des zweiten Schalters gekoppelten ersten Anschluss. Der passive Entzerrer enthält eine Resonatorschaltung, die zwischen dem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss des passiven Entzerrers gekoppelt ist, einen ersten Widerstand, der seriell mit einem zweiten Widerstand an einem Knoten verbunden ist, wobei der erste und der zweite Widerstand zwischen den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss des passiven Entzerrers gekoppelt sind; und ein Nebenschlussnetzwerk, das zwischen den Knoten und einen Referenzanschluss gekoppelt ist. In jeweiligen ersten Positionen des ersten und des zweiten Schalters ist der erste Anschluss des passiven Entzerrers an den gekoppelten Port des Richtkopplers gekoppelt und der getrennte Port des Richtkopplers ist abgeschlossen. In jeweiligen zweiten Positionen des ersten und des zweiten Schalters ist der erste Anschluss des passiven Entzerrers an den getrennten Port des Richtkopplers gekoppelt und der gekoppelte Port des Richtkopplers ist abgeschlossen.

Bei einigen Ausführungsformen enthält die Resonatorschaltung einen ersten Induktor und einen ersten Kondensator, die parallel zwischen den ersten und den zweiten Anschluss des passiven Entzerrers gekoppelt sind. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Nebenschlussnetzwerk einen zweiten Kondensator, der zwischen den Knoten und den Referenzanschluss gekoppelt ist. Eine Kapazität des ersten Kondensators der Resonatorschaltung kann verstellbar sein. Der passive Entzerrer kann weiterhin einen dritten Schalter enthalten, der zwischen den ersten Kondensator und einen des ersten und des zweiten Anschlusses des passiven Entzerrers gekoppelt ist.

Gemäß einigen Ausführungsformen enthält der IC weiterhin einen dritten Kondensator, der parallel zu dem ersten Kondensator gekoppelt ist, und einen vierten Schalter, der zwischen den dritten Kondensator und einen des ersten und zweiten Anschlusses des passiven Entzerrers gekoppelt ist. Bei verschiedenen Ausführungsformen reduziert der passive Entzerrer Variationen eines Koppelfaktors des Richtkopplers über eine vorbestimmte Bandbreite, liefert eine im Wesentlichen konstante Impedanz über die vorbestimmte Bandbreite und liefert eine frequenzselektive Kerbe außerhalb der vorbestimmten Bandbreite, um einen Satz vorbestimmter Frequenzen zu unterdrücken. Bei anderen Ausführungsformen enthält die Resonatorschaltung einen ersten Induktor und einen ersten Kondensator, die seriell zwischen den ersten und den zweiten Anschluss des passiven Entzerrers geschaltet sind. Bei noch einer weiteren Ausführungsform enthält das Nebenschlussnetzwerk einen zweiten Induktor und einen zweiten Kondensator, die parallel zwischen den Knoten und den Referenzanschluss gekoppelt sind. Gemäß einigen Ausführungsformen ist der Richtkoppler in einer oder mehreren Schichten über dem Halbleitersubstrat angeordnet.

Ein weiterer allgemeiner Aspekt beinhaltet ein Verfahren zum Betreiben eines Richtkopplers einschließlich Bereitstellen eines Eingangs-HF-Signals an einen eines Eingangsports und eines Ausgangsports des Richtkopplers; und Entzerren eines Ausgangssignals an einem eines gekoppelten Ports und eines getrennten Ports des Richtkopplers unter Verwendung eines passiven Entzerrers. Der passive Entzerrer enthält einen ersten Anschluss, der an den einen des gekoppelten Ports und des getrennten Ports des Richtkopplers gekoppelt ist; einen Resonator, der zwischen den ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss des passiven Entzerrers gekoppelt ist; einen ersten und einen zweiten Widerstand, die seriell zwischen den ersten und den zweiten Anschluss des passiven Entzerrers geschaltet sind; und einen zweiten Kondensator, der zwischen einen Referenzanschluss und einen Knoten gekoppelt ist, wobei der Knoten mit dem ersten und dem zweiten Widerstand verbunden ist.

Bei einigen Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren weiterhin das Messen einer Leistung eines gekoppelten HF-Ausgangssignals an dem zweiten Anschluss des passiven Entzerrers unter Verwendung eines Leistungsdetektors. Bei anderen Ausführungsformen enthält der Resonator einen ersten Induktor und einen ersten Kondensator, die parallelgeschaltet sind, und das Verfahren beinhaltet weiterhin das Variieren einer Kapazität des ersten Kondensators zum Ändern einer Stelle einer frequenzselektiven Kerbe, um einen vorbestimmten Satz von Frequenzen zu unterdrücken. Bei noch einer weiteren Ausführungsform enthält der Resonator einen ersten Induktor und einen ersten Kondensator, die seriell verbunden sind, und der passive Entzerrer enthält weiterhin einen zweiten Induktor, der parallel zum zweiten Kondensator gekoppelt ist, um einen Nebenschlussresonator auszubilden, und das Verfahren beinhaltet weiterhin das Abstimmen des ersten Resonators und des Nebenschlussresonators auf eine Resonanzfrequenz an einem unteren Ende einer vorbestimmten Bandbreite. Bei verschiedenen Ausführungsformen enthält der Resonator einen ersten Induktor und einen ersten Kondensator, die seriell verbunden sind, und der passive Entzerrer enthält weiterhin einen zweiten Induktor, der parallel zum zweiten Kondensator gekoppelt ist, um einen Nebenschlussresonator auszubilden, und das Verfahren beinhaltet weiterhin das Abstimmen des ersten Resonators und des Nebenschlussresonators auf eine erste Resonanzfrequenz bzw. eine zweite Resonanzfrequenz an einem unteren Ende einer vorbestimmten Bandbreite.

Zu Vorteilen einiger Ausführungsformen der passiven Entzerrer zählt die Fähigkeit zum simultanen Bereitstellen einer flachen Kopplung über eine große Bandbreite und eine konstante resistive Anpassung über die große Bandbreite. Außerdem liefert das Tiefpassdesign von passiven Entzerrern weiterhin die Fähigkeit zum Abstimmen der Stelle einer frequenzselektiven Kerbe, um Außerbandfrequenzen zu unterdrücken, und das Bandpassdesign liefert weiterhin die Fähigkeit zum Optimieren der In-Band-Flachheit und liefert eine hervorragende Kopplungsflachheit. Der passive Entzerrer könnte mit dem Richtkoppler in eine IC integriert werden, um ein hohes Integrationsniveau sowie eine Reduktion bei Größe, Kosten und Leistungsverbrauch bereitzustellen. Das Richtvermögen eines Richtkopplersystems unter Verwendung des offenbarten passiven Entzerrers hängt nur von der Genauigkeit des Abschlusswiderstands ab und hängt nicht von den Genauigkeiten von Komponenten des passiven Entzerrers ab, was zu einem höheren Richtvermögen bei der Massenproduktion führt.

Wenngleich die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf veranschaulichende Ausführungsformen beschrieben worden ist, soll diese Beschreibung nicht in einem beschränkenden Sinne ausgelegt werden. Verschiedene Modifikationen und Kombinationen der veranschaulichenden Ausführungsformen sowie andere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich dem Fachmann bei Bezugnahme auf die Beschreibung.