用于檢測(cè)向rf信號(hào)施加的相移的電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于檢測(cè)向RF信號(hào)施加以在RF信號(hào)路徑中產(chǎn)生經(jīng)移相的RF信號(hào)的相移量的RF電路及其對(duì)應(yīng)方法。本發(fā)明還涉及包括所述RF電路的RF加熱裝置。本發(fā)明還涉及操作RF加熱裝置的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前對(duì)高功率固態(tài)放大器的制造的改善引起了在新領(lǐng)域中的應(yīng)用，例如微波烹飪、點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)效率以及醫(yī)療器件和療法。
[0003]通常，諸如微波爐等的RF加熱裝置使用熟知為磁控管(magnetron)的器件產(chǎn)生要引入腔體中的RF功率。磁控管是通常僅在單一頻率(例如，2.5GHz)提供RF能量的振蕩放大器。
[0004]由微波爐提供的加熱效率依賴于引入烤爐腔體的RF能量中由正在加熱的食物或飲料實(shí)際吸收的比例。一般地，引入腔體中的RF能量的至少一部分被反射回磁控管，由此減小了加熱裝置的功率效率。公知的是腔體內(nèi)RF能量的反射依賴于多個(gè)因素，例如RF輻射的波長、相位和幅度；食物或飲料的尺寸、形狀和橫截面；以及腔體本身的尺寸和形狀。
[0005]因此，公知的一種用于對(duì)由正在加熱的食物或飲料吸收的RF能量的大小進(jìn)行優(yōu)化的方式是調(diào)整(trim)RF輻射的物理參數(shù)以最小化反射信號(hào)。這些參數(shù)包括輻射的幅度、頻率和/或相位。盡管磁控管是相對(duì)便宜的組件，但是它不允許進(jìn)行這種類型的調(diào)整。另一方面，固態(tài)器件可以提供調(diào)整，這是由于它們可以使用多個(gè)路徑實(shí)現(xiàn)多頻率、多相位的操作。
[0006]圖1示出了包括固態(tài)組件的RF電路10的示例，可以使用固態(tài)組件來實(shí)現(xiàn)上述類型的調(diào)整。電路10包括多個(gè)路徑A、B、C。每個(gè)路徑包括鎖相環(huán)(PLL)2A、2B、2C，以產(chǎn)生RF信號(hào)。如虛線所示，在一些示例中，PLL 2B和2C可以是被禁用的(或簡(jiǎn)單地省略的)，使得PLL 2A可以用于針對(duì)每個(gè)路徑提供RF信號(hào)。在這些示例中，PLL2A因而是由每一路徑A、B、C共享的公共PLL，并且路徑A、B、C中的每一個(gè)路徑通常將在同一頻率(即，PLL 2A的操作頻率)操作。在針對(duì)每一路徑提供單獨(dú)的PLL(例如，2A、2B、2C)的情況下，可以實(shí)現(xiàn)多頻率操作。
[0007]PLL 2A、2B、2C中的每一個(gè)的輸出端(或如上所述，公共或共享PLL 2A的輸出端)連接到移相器4A、4B、4C。移相器4A、4B和4C可用于在微控制器14的控制下，向每一路徑的RF信號(hào)施加相移。因此，微控制器14可以調(diào)整每一路徑的相位，以調(diào)整由系統(tǒng)產(chǎn)生的RF輻射。應(yīng)注意，微控制器還可以控制PLL 2A、2B、2C以調(diào)整路徑A、B、C中的每一路徑中的RF信號(hào)的頻率。
[0008]然后，可以將經(jīng)移相的信號(hào)提供給可變?cè)鲆娣糯笃?A、6B、6C，然后將其提供給功率放大器8A、8B、8C，以便隨后通過相應(yīng)天線12A、12B、12C將RF輻射引入加熱裝置的腔體。
[0009]當(dāng)每一路徑工作在同一操作頻率時(shí)，重要的是，路徑之間的相位是準(zhǔn)確的且不隨時(shí)間變化的。通常，只有在以下情況下才能實(shí)現(xiàn)這種特性:路徑之一向其他路徑中的每一路徑提供相位參考(例如，由PLL2A使用的參考信號(hào))，使得可以在本地且單獨(dú)的基礎(chǔ)上向移相器4A、4B、4C提供相位相干信號(hào)，而無需改變?nèi)窒辔幌喔尚浴?br>[0010]圖2示出了上述類型的RF信號(hào)的調(diào)整和優(yōu)化。具體地，對(duì)于多個(gè)信號(hào)路徑，圖2說明對(duì)信號(hào)路徑之間的相位的嚴(yán)密且精確的控制對(duì)于高效地進(jìn)行調(diào)整是十分重要的。在操作頻率F-和相對(duì)相位Φ _下獲得圖2中的最佳加熱效率(盡管這里假定兩個(gè)路徑，但是這里所述的原理理所當(dāng)然地可以擴(kuò)展到三個(gè)或更多個(gè)路徑)。
[0011]精確控制頻率以調(diào)整為F-是易于在微控制器的控制下使用PLL實(shí)現(xiàn)的。然而，精確控制相對(duì)相位是較為困難的，這是由于相位的瞬時(shí)特性:在同一頻率下的兩個(gè)信號(hào)之間存在延遲。在高頻，對(duì)于幾度，這種延遲可以小到幾皮秒。
[0012]US 3，906，361 A描述了一種用于測(cè)量?jī)蓚€(gè)信號(hào)之間的相位差并且具有數(shù)字讀數(shù)的系統(tǒng)。兩個(gè)信號(hào)中的每一信號(hào)被饋送到施密特觸發(fā)器電路，施密特觸發(fā)器電路將正弦波信號(hào)轉(zhuǎn)換為方波。在鑒別器中比較這兩個(gè)方波的一致性，通過邏輯電路將鑒別器的輸出轉(zhuǎn)換為用于顯示兩個(gè)信號(hào)的數(shù)字相位差的形式。
[0013]US 6，351，153描述了一種精確檢測(cè)兩個(gè)輸入的相位的相位檢測(cè)器。減去了由于溫度變化和電源電壓波動(dòng)而引起的公共誤差(common error)。相位檢測(cè)器和方法使用諸如異或門和差分放大器等的數(shù)字電路來執(zhí)行準(zhǔn)確的相位檢測(cè)?？梢运p或過濾輸入和輸出，以產(chǎn)生期望結(jié)果。
[0014]W0 2013/156060 A1描述了一種提供從-180 DEG到+180 DEG的線性相位信息的相位檢測(cè)器。該相位檢測(cè)器包括分頻器、移相器和混頻器電路。分頻器和移相器的輸出端口與混頻器電路的輸入端口相連。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]在所附的獨(dú)立權(quán)利要求和從屬權(quán)利要求中闡述了本發(fā)明的多個(gè)方面?？梢赃m當(dāng)?shù)貙碜詮膶贆?quán)利要求的特征組合與獨(dú)立權(quán)利要求的特征相結(jié)合，而不僅限于權(quán)利要求中明確闡述的形式。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于檢測(cè)向RF信號(hào)施加以在RF信號(hào)路徑中產(chǎn)生經(jīng)移相的RF信號(hào)的相移量的電路，所述電路包括:
[0017]移相器，可操作用于向參考信號(hào)施加相移以提供經(jīng)移相的參考信號(hào)；
[0018]相位檢測(cè)器，可操作用于檢測(cè)經(jīng)移相的RF信號(hào)和經(jīng)移相的參考信號(hào)之間的相位差，其中相較于相位檢測(cè)器在低于經(jīng)移相的RF信號(hào)的頻率的頻率處的輸入范圍，所述相位檢測(cè)器在經(jīng)移相的RF信號(hào)的頻率處具有減小的輸入范圍；以及
[0019]控制器，可操作用于控制移相器以設(shè)置經(jīng)移相的參考信號(hào)的相位，使得經(jīng)移相的RF信號(hào)和經(jīng)移相的參考信號(hào)之間的相位差落入所述相位檢測(cè)器的減小的輸入范圍內(nèi)。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種檢測(cè)向RF信號(hào)施加以在RF信號(hào)路徑中產(chǎn)生經(jīng)移相的RF信號(hào)的相移量的方法，所述方法包括:
[0021]接收參考信號(hào)并向參考信號(hào)施加相移以產(chǎn)生經(jīng)移相的參考信號(hào)；
[0022]使用相位檢測(cè)器檢測(cè)經(jīng)移相的RF信號(hào)和經(jīng)移相的參考信號(hào)之間的相位差，其中相較于相位檢測(cè)器在低于經(jīng)移相的RF信號(hào)的頻率的頻率處的輸入范圍，所述相位檢測(cè)器在經(jīng)移相的RF信號(hào)的頻率處具有減小的輸入范圍；以及
[0023]設(shè)置經(jīng)移相的參考信號(hào)的相位，使得經(jīng)移相的RF信號(hào)和經(jīng)移相的參考信號(hào)之間的相位差落入所述相位檢測(cè)器的減小的輸入范圍內(nèi)。
[0024]本發(fā)明的實(shí)施例可以允許準(zhǔn)確檢測(cè)向在RF信號(hào)路徑中的RF信號(hào)施加的相移量。在RF頻率，相位檢測(cè)器通常具有減小的輸入范圍，在該減小的輸入范圍內(nèi)，可以準(zhǔn)確地測(cè)量相位檢測(cè)器的輸入端處的相位差。例如，相位檢測(cè)器的減小的輸入范圍可以以不準(zhǔn)確區(qū)為界，在該不準(zhǔn)確區(qū)內(nèi)，相位檢測(cè)器無法提供相位差的準(zhǔn)確測(cè)量值。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以設(shè)置參考信號(hào)的相位，使得經(jīng)移相的參考信號(hào)和經(jīng)移相的RF信號(hào)之間的相位差落入該相位檢測(cè)器的減小的輸入范圍內(nèi)，從而可以進(jìn)行準(zhǔn)確的相位測(cè)量。例如，這可以有利于準(zhǔn)確調(diào)整RF信號(hào)的相位，該RF信號(hào)用于將RF輻射引入RF加熱裝置的腔體內(nèi)。
[0025]在一個(gè)實(shí)施例中，控制器可以操作為控制RF信號(hào)路徑的移相器，以向RF信號(hào)施加預(yù)期的相移從而產(chǎn)生經(jīng)移相的RF信號(hào)。如上所述，施加到RF信號(hào)的相移可以例如用于調(diào)整向RF加熱裝置的腔體引入的RF輻射。由于信號(hào)路徑的組件的工藝變化，向RF信號(hào)施加的實(shí)際相移可能不等于預(yù)期的相移。由于可以準(zhǔn)確地確定調(diào)整量，因此本發(fā)明的實(shí)施例可以提高可以實(shí)現(xiàn)調(diào)整的準(zhǔn)確度。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，控制器可操作為根據(jù)由相位檢測(cè)器檢測(cè)到的相位差，來控制RF信號(hào)路徑的移相器以調(diào)整向RF信號(hào)施加以產(chǎn)生經(jīng)移相的RF信號(hào)的相移。在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)應(yīng)移相器和相位檢測(cè)器可以用于確定在多個(gè)單獨(dú)RF信號(hào)路徑中的每一路徑中施加的相移。在這種實(shí)施例中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)由不同天線產(chǎn)生的RF輻射的準(zhǔn)確調(diào)整。
[0026]在一個(gè)實(shí)施例中，相位檢測(cè)器的輸出端可以與模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連，以產(chǎn)生代表檢測(cè)到的相位差的數(shù)字字。可以將該數(shù)字字提供給控制器。這樣，控制器可以接收準(zhǔn)確的、數(shù)字化的反饋?zhàn)鳛橄蛟谠撔盘?hào)路徑中的RF信號(hào)施加的實(shí)際相移量，并且可以相應(yīng)地調(diào)節(jié)它對(duì)該信號(hào)路徑的控制。
[0027]在一個(gè)實(shí)施例中，控制器可以操作為根據(jù)多個(gè)因素控制RF電路的移相器以設(shè)置經(jīng)移相的參考信號(hào)的相位。這些因素可以包括:
[0028]向RF信號(hào)施加以產(chǎn)生經(jīng)移相的RF信號(hào)的預(yù)期相移；
[0029]該相位檢測(cè)器在經(jīng)移相的RF信號(hào)的頻率處的減小的輸入范圍。
[0030]如這里所述，可以組合這些因素以便確定要施加到參考信號(hào)從而準(zhǔn)確檢測(cè)在該信號(hào)路徑中施加的相移的正確相移。
[0031 ] 在一個(gè)實(shí)施例中，控制器可以對(duì)要施加以產(chǎn)生經(jīng)移相的參考信號(hào)的相移進(jìn)行初始估計(jì)。這種初始估計(jì)可以基于由相位檢測(cè)器得到的測(cè)量值，該測(cè)量值在該相位檢測(cè)器的減小的輸入范圍之外。隨后，控制器可以向參考信號(hào)施加相移以便確保后續(xù)的測(cè)量是準(zhǔn)確的。
[0032]在一些實(shí)施例中，可以提供多個(gè)特征