專利名稱：一種多模全頻段的射頻發射裝置及方法
技術領域：
本發明涉及射頻發射技術，尤其涉及一種多模全頻段的射頻發射裝置及方法。
背景技術：
射頻發射技術是應用于移動終端的射頻前端系統的，以下對移動終端的射頻前端 系統架構說明如下目前3G技術已經基本成熟，國內的運營商也正在主推各種制式的3G移動終端產 品。其中，時分同步碼分多址(TD-SCDMA)制式的移動通信系統正在由國內最大的移動運營 商中國移動運營。目前，中移正在著力推進TD-SCDMA的下一代移動制式標準一TDD-LTE。 因此，可以預見在未來的很長一段時間內，移動終端產品將會有GSM、TD-SCDMA以及LTE三 種制式共存于同一移動終端的需求，也就是說，未來對移動終端的射頻前端系統的設計，要 滿足多模制式共存的需求。常見的移動終端，比如手機中通常都有功率放大器(PA)，PA是射頻前端系統的硬 件電路中非常核心的部件。PA負責將最終的射頻調制信號放大到足夠大的功率，以便后端 的天線發射。整個手機射頻前端系統的基本射頻鏈路架構如圖1所示，圖1的手機支持GSM 或者TDD制式。目前市場上的PA產品全部都是單一制式的。如果手機需要支持多模制式，那么必 須使用多個分別支持不同類型制式的PA。下面以TD、GSM雙模手機的射頻前端系統為例， 其架構示意圖如圖2所示。綜上所述，如果未來需要設計滿足多模制式共存需求的移動終端，比如兼容GSM、 TD以及LTE的移動終端，按照以上現有的單一制式的設計思路，對于多個制式，將會使用至 少三個分立的PA模塊，以分別支持各自的制式。這無疑會增加整個射頻前端系統的設計難 度和生產成本。因此，為了避免PA的設計復雜度導致整個射頻前端系統的設計復雜度和生 產成本的提高，作為設計這種射頻前端系統的設備制造商，在考慮多模制式共存的兼容性 這一基礎上，進而還需要將集成性的設計需求作為將來的設計趨勢，即為既能滿足多模制 式共存的兼容性需求，又能滿足集成性的設計需求。其中，針對現有移動終端射頻前端系統中的射頻發射裝置而言，該射頻發射裝置 作為射頻前端系統中的核心裝置，以下對其內部的PA模塊說明如下現有GSM PA—般采用多晶片模塊(MCM，Mlti-chip Module)的封裝方式。該PA 模塊由基板(PCB)、主放大晶片、控制晶片以及一些無源匹配元件所組成。如圖3所示。由于GSM制式分為兩個頻段，現有技術已經能夠將主放大晶片做在一起，但是輸 出的匹配電路仍然是分不同頻段的支路走的。而且匹配元件中需要SMD表面貼片元件。如 果未來需要將TD、以及LTE等各個頻段均集成到該PA模塊中的話，按照以上現有的“輸出 的匹配電路分不同頻段的支路走”這一設計思路，則每個頻段都將做一個輸出匹配電路，多 路的輸入/輸出匹配電路會導致PA模塊的設計復雜度增大，現有多模PA內部架構如圖4 所示。而PA模塊的設計復雜度增大，必然會導致射頻發射裝置內部電路走線的復雜度，以及射頻發射裝置外部引腳的復雜度隨之增大。綜上所述，由于采用現有技術，針對既能滿足多模制式共存的兼容性需求，又能滿 足集成性的設計需求，都無法很好的得到滿足，從而無法從根本上降低系統設計復雜度和 生產成本，因此，目前迫切需要一種新的射頻發射裝置，來更好地滿足這一需求，以便從根 本上降低系統設計復雜度和生產成本。
發明內容
有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種多模全頻段的射頻發射裝置及方法， 能從根本上降低系統設計復雜度和生產成本。為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的一種多模全頻段的射頻發射裝置，該裝置包括裝置內部的射頻主放大晶片和控制 晶片，該裝置還包括位于所述射頻主放大晶片后級的射頻開關晶片，用于集成所有固體開 關元件；所述固體開關元件中包括實現可變電容和可變電感對取值大小進行控制時所采用 的切換開關；所述可變電容和可變電感，用于對輸入開關匹配電路/輸出開關匹配電路中無源 元件的取值大小進行控制，實現一路的輸入/輸出匹配電路。其中，所述可變電容，用于適應不同頻段輸入/輸出匹配的需要，并隨著頻率的升 高，所需的電容值減小；所述可變電感，用于適應不同頻段輸入/輸出匹配的需要，并隨著頻率的升高，所 需的電感值減小。其中，該裝置還包括裝置外部的引腳，所述引腳的架構適應于所述裝置內部的架 構；其中，所述引腳包括以下引腳類型引腳類型1 射頻信號統一輸入端的引腳；引腳類型2 射頻發射裝置電源的引腳；引腳類型3 發射模式和接收模式切換的引腳；引腳類型4 模擬功率控制輸入端的引腳；引腳類型5 組成邏輯控制位的選擇射頻頻段的引腳；引腳類型6 射頻信號接收端的引腳；引腳類型7 公共端的引腳；引腳類型8 射頻接天線端口的引腳。其中，所述引腳類型1以Rfin標識、所述引腳類型2以Vbatt標識、所述引腳類型 3以TX/RX標識、所述引腳類型4以Vr標識、所述引腳類型5以BS1，BS2，BS3和BS4標識、 所述引腳類型6以RX1，RX2，RX3，RX4，RX5和RX6標識、所述引腳類型7以GND標識、所述 引腳類型8以ANT標識的情況下，所述Rfin、所述Vbatt、所述TX/RX、所述Vr、所述BS1，BS2，BS3和BS4標識位于所 述裝置的一側，皆作為裝置輸入側的引腳；所述RX1，RX2，RX3，RX4，RX5和RX6、所述GND、所 述ANT位于所述裝置的另一側，皆作為裝置輸出側的引腳；其中，所述Rfin與所述輸入開關匹配電路相連；所述輸入開關匹配電路，經由所述射頻 主放大晶片和所述輸出開關匹配電路與所述射頻開關晶片相連；
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所述Vr、所述BS1，BS2和BS3分別與所述控制晶片相連；所述控制晶片與所述所 述射頻主放大晶片相連，且所述控制晶片還與所述射頻開關晶片相連；所述RX1，RX2，RX3，RX4，RX5和RX6、所述ANT分別與所述射頻開關晶片相連。一種多模全頻段的射頻發射方法，該方法包括在裝置內部，通過射頻開關晶片集成所有固體開關元件；其中，所述固體開關元件 中包括實現可變電容和可變電感對取值大小進行控制時所采用的切換開關；通過所述可變電容和可變電感，對輸入開關匹配電路/輸出開關匹配電路中無源 元件的取值大小進行控制，實現一路的輸入/輸出匹配電路。其中，該方法還包括采用所述可變電容適應不同頻段輸入/輸出匹配的需要，并 隨著頻率的升高，所需的電容值減小；采用所述可變電感適應不同頻段輸入/輸出匹配的需要，并隨著頻率的升高，所 需的電感值減小。其中，該方法還包括在裝置外部，設置適應于所述裝置內部的架構的引腳；其 中，所述引腳包括以下引腳類型引腳類型1 射頻信號統一輸入端的引腳；引腳類型2 射頻發射裝置電源的引腳；引腳類型3 發射模式和接收模式切換的引腳；引腳類型4 模擬功率控制輸入端的引腳；引腳類型5 組成邏輯控制位的選擇射頻頻段的引腳；引腳類型6 射頻信號接收端的引腳；引腳類型7 公共端的引腳；引腳類型8 射頻接天線端口的引腳。本發明通過射頻開關晶片集成所有固體開關元件；所述固體開關元件中包括實現 可變電容和可變電感對取值大小進行控制時所采用的切換開關；通過可變電容和可變電 感，對輸入開關匹配電路/輸出開關匹配電路中無源元件的取值大小進行控制，實現一路 的輸入/輸出匹配電路。本發明的多模全頻段的射頻發射裝置，主要應用于未來多模制式移動終端的射頻 前端系統設計，針對既能滿足多模制式共存的兼容性需求，又能滿足集成性的設計需求，都 能很好的得到滿足，所實現的一路的輸入/輸出匹配電路，區別于現有技術所實現的多路 的輸入/輸出匹配電路，從而，能從根本上降低系統設計復雜度和生產成本。
圖1為現有手機射頻前端系統的基本射頻鏈路架構圖；圖2為現有TD、GSM雙模手機的射頻前端系統架構圖；圖3為現有GSM PA的內部架構圖；圖4為現有多模PA的內部架構圖；圖5為本發明可變電容的架構示意圖；圖6為本發明可變電感的架構示意圖；圖7為本發明射頻開關晶片的內部架構示意6
圖8為本發明射頻發射裝置的內部架構及外部引腳設計的示意圖。
具體實施例方式本發明的基本思想是通過射頻開關晶片集成所有固體開關元件；所述固體開關 元件中包括實現可變電容和可變電感對取值大小進行控制時所采用的切換開關；通過可變 電容和可變電感，對輸入開關匹配電路/輸出開關匹配電路中無源元件的取值大小進行控 制，實現一路的輸入/輸出匹配電路。下面結合附圖對技術方案的實施作進一步的詳細描述。本發明的設計思路主要是就射頻發射裝置的內部而言，首先利用低溫陶瓷共燒 技術(LTCC)實現輸入/輸出匹配電路，區別于現有技術中采用的SMD表面貼片元件。并且 針對輸入/輸出匹配電路，電容元件、電感元件均為可調元件，從而可以對輸入/輸出匹配 電路中無源元件的取值大小進行控制，以便使其適應不同頻段輸入輸出匹配的要求，從而， 通過引入可變電容和可變電感的控制，可以將現有技術中原本多路的輸入/輸出匹配電路 轉化為一路輸入/輸出匹配電路，也就是說在保證兼容性的基礎上降低了設計復雜度和生 產成本。然后，考慮到集成性，將包括控制電容元件及電感元件的切換開關等固體開關元件 集成到射頻開關晶片中，可以進一步降低設計復雜度和生產成本。本發明區別于現有技術， 相應于射頻發射裝置簡化的內部設計，還在射頻發射裝置的外部實現了引腳的設計，以適 應于射頻發射裝置的內部設計。以下具體闡述。一種多模全頻段的射頻發射裝置，主要包括以下內容一 針對可變電容和可變電感而言，以下分別闡述。1)可變電容設計輸入/輸出匹配電路時，隨著頻率的升高，所需的電容值減小。
當頻段按照頻率從低往高排序依次為頻段1、頻段2.......頻段n-1、頻段n時，相應地，設
計選取C1為頻段n的電容、C1+C2為頻段n-1的電容，以此類推，C1+C2+......+Cn_l+Cn為
頻段1的電容。可變電容的架構如圖5所示。2)可變電感設計輸入/輸出匹配電路時，隨著頻率的升高，所需的電感值減小。
當頻段按照頻率從低往高排序依次為頻段1、頻段2.......頻段n-1、頻段n時，相應地，設
計選取L1為頻段1的電感、L1并聯L2為頻段2的電感，以此類推，Ll，L2......Ln全部并
聯為頻段n的電感。可變電感的架構如圖6所示。二、針對將所有固體開關元件集成到射頻開關晶片而言，以下具體闡述。將PA外部的各個射頻開關器件，即所述固體開關元件集成到射頻發射裝置中，具 體為在射頻發射裝置內部，將射頻通路的單刀七置開關、以及實現可變電容和可變電感這 種可調元件對取值大小進行控制時所采用的切換開關全部做到一個晶片上，該晶片即為圖 8中的射頻開關晶片。如圖8所示為射頻發射裝置的內部結構及外部引腳設計的示意圖； 如圖7所示為射頻開關晶片中開關內部的結構示意圖。這里需要指出的是可變電容和可 變電感是通過一系列的切換開關，來實現對取值大小的調整控制，切換開關是被集成到射 頻開關晶片中去的，也就是說，控制可變電容和可變電感的該切換開關在射頻開關晶片中， 而可變電容和可變電感的其他部分是在射頻開關晶片外的，如圖7所示。三、針對整個射頻發射裝置而言，以下具體闡述。整個射頻發射裝置以LTCC為基板，只包含3個晶片，分別為控制晶片，射頻放大主
7晶片以及射頻開關晶片。集成了 n個頻段的整個射頻發射裝置的內部結構及外部引腳設計 的示意圖如圖8所示，引腳也可以稱為輸入輸出端子引腳。其中，引腳的架構中包括多種引腳類型，所設計的每個引腳類型的功能描述如下 所示RFin 射頻信號統一輸入端；Vbatt 射頻發射裝置電源；TX/RX 發射模式和接收模式切換；Vr 模擬功率控制輸入端，在GSM模式時，作為輸出功率的模擬控制端；在TD和 LTE模式時，作為PA高低功率檔的切換控制端；BS1, BS2, BS3, BS4 組成邏輯控制位的選擇射頻頻段；RX1，RX2，RX3，RX4，RX5，RX6 射頻信號接收端；GND 公共端，表示地線或0線；ANT 射頻接天線端口，后直接接天線。這里需要指出的是上述引腳類型均為必選項。綜上所述，可見如圖8所示，本發明的多模全頻段的射頻發射裝置，合理地利用 了射頻主放大晶片后級的射頻開關晶片作為固體開關的載體，通過射頻開關晶片中的切換 開關對可變電容和可變電感的有效控制，實現對匹配電路中無源元件取值大小的控制，以 便使其適應不同頻段輸入輸出匹配的要求。同時也提出了與射頻發射裝置內部結構設計相 對應的、射頻發射裝置外部引腳的設計，從而，使射頻發射裝置的內、外部的設計都能得到 最大程度的簡化設計。采用本發明，極大的降低了未來多模移動終端射頻前端系統的設計 復雜度和生產成本，可以為將來的更高制式的移動終端的兼容和集成的普及作出貢獻。其 中，所述固體開關即為如圖7所示射頻開關晶片中的所有開關元件，包括實現可變電容和 可變電感對取值大小進行控制時所采用的切換開關。一種多模全頻段的射頻發射方法，該方法主要包括以下內容—、在裝置內部，通過射頻開關晶片集成所有固體開關元件；其中，所述固體開關 元件中包括實現可變電容和可變電感對取值大小進行控制時所采用的切換開關。二、通過可變電容和可變電感，對輸入開關匹配電路/輸出開關匹配電路中無源 元件的取值大小進行控制，實現一路的輸入/輸出匹配電路。這里，該方法還包括采用可變電容適應不同頻段輸入/輸出匹配的需要，并隨著 頻率的升高，所需的電容值減小；采用可變電感適應不同頻段輸入/輸出匹配的需要，并隨 著頻率的升高，所需的電感值減小。這里，該方法還包括在裝置外部，設置適應于所述裝置內部的架構的引腳；其 中，引腳包括以下引腳類型引腳類型1 射頻信號統一輸入端的引腳；引腳類型2 射頻發射裝置電源的引腳；引腳類型3 發射模式和接收模式切換的引腳；引腳類型4 模擬功率控制輸入端的引腳；引腳類型5 組成邏輯控制位的選擇射頻頻段的引腳；引腳類型6 射頻信號接收端的引腳；
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引腳類型7 公共端的引腳；引腳類型8 射頻接天線端口的引腳。這里需要指出的是上述引腳類型均為必選項。這里，對附圖中所涉及的英文進行說明ANT表示天線；RF Switch表示射頻開關；SAW表示聲表面濾波器；RF Transceiver表示射頻收發器；GSM&TDDual Mode RF Transceiver表示GSM和TD雙模射頻收發器。以上所述，僅為本發明的較佳實施例而已，并非用于限定本發明的保護范圍。
權利要求
一種多模全頻段的射頻發射裝置，該裝置包括裝置內部的射頻主放大晶片和控制晶片，其特征在于，該裝置還包括位于所述射頻主放大晶片后級的射頻開關晶片，用于集成所有固體開關元件；所述固體開關元件中包括實現可變電容和可變電感對取值大小進行控制時所采用的切換開關；所述可變電容和可變電感，用于對輸入開關匹配電路/輸出開關匹配電路中無源元件的取值大小進行控制，實現一路的輸入/輸出匹配電路。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述可變電容，用于適應不同頻段輸入/ 輸出匹配的需要，并隨著頻率的升高，所需的電容值減小；所述可變電感，用于適應不同頻段輸入/輸出匹配的需要，并隨著頻率的升高，所需的 電感值減小。
3.根據權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，該裝置還包括裝置外部的引腳，所 述引腳的架構適應于所述裝置內部的架構；其中，所述引腳包括以下引腳類型引腳類型1 射頻信號統一輸入端的引腳； 引腳類型2 射頻發射裝置電源的引腳； 引腳類型3 發射模式和接收模式切換的引腳； 引腳類型4 模擬功率控制輸入端的引腳； 引腳類型5 組成邏輯控制位的選擇射頻頻段的引腳； 引腳類型6 射頻信號接收端的引腳； 引腳類型7:公共端的引腳； 引腳類型8 射頻接天線端口的引腳。
4.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述引腳類型1以Rfin標識、所述引腳類 型2以Vbatt標識、所述引腳類型3以TX/RX標識、所述引腳類型4以Vr標識、所述引腳類 型5以BSl, BS2, BS3和BS4標識、所述引腳類型6以RXl, RX2, RX3, RX4, RX5和RX6標識、 所述引腳類型7以GND標識、所述引腳類型8以ANT標識的情況下，所述Rfin、所述Vbatt、所述TX/RX、所述Vr、所述BS1，BS2，BS3和BS4標識位于所述 裝置的一側，皆作為裝置輸入側的引腳；所述RX1，RX2，RX3，RX4，RX5和RX6、所述GND、所述 ANT位于所述裝置的另一側，皆作為裝置輸出側的引腳；其中，所述Rfin與所述輸入開關匹配電路相連；所述輸入開關匹配電路，經由所述射頻主放 大晶片和所述輸出開關匹配電路與所述射頻開關晶片相連；所述Vr、所述BS1，BS2和BS3分別與所述控制晶片相連；所述控制晶片與所述所述射 頻主放大晶片相連，且所述控制晶片還與所述射頻開關晶片相連；所述RXl，RX2，RX3，RX4，RX5和RX6、所述ANT分別與所述射頻開關晶片相連。
5.一種多模全頻段的射頻發射方法，其特征在于，該方法包括在裝置內部，通過射頻開關晶片集成所有固體開關元件；其中，所述固體開關元件中包 括實現可變電容和可變電感對取值大小進行控制時所采用的切換開關；通過所述可變電容和可變電感，對輸入開關匹配電路/輸出開關匹配電路中無源元件 的取值大小進行控制，實現一路的輸入/輸出匹配電路。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，該方法還包括采用所述可變電容適應不 同頻段輸入/輸出匹配的需要，并隨著頻率的升高，所需的電容值減小；采用所述可變電感適應不同頻段輸入/輸出匹配的需要，并隨著頻率的升高，所需的 電感值減小。
7.根據權利要求5或6所述的方法，其特征在于，該方法還包括在裝置外部，設置適 應于所述裝置內部的架構的引腳；其中，所述引腳包括以下引腳類型 引腳類型1 射頻信號統一輸入端的引腳； 引腳類型2 射頻發射裝置電源的引腳； 引腳類型3 發射模式和接收模式切換的引腳； 引腳類型4 模擬功率控制輸入端的引腳； 引腳類型5 組成邏輯控制位的選擇射頻頻段的引腳； 引腳類型6 射頻信號接收端的引腳； 引腳類型7:公共端的引腳； 引腳類型8 射頻接天線端口的引腳。
全文摘要
本發明公開了一種多模全頻段的射頻發射裝置，該裝置包括位于射頻主放大晶片后級的射頻開關晶片，用于集成所有固體開關元件；所述固體開關元件中包括實現可變電容和可變電感對取值大小進行控制時所采用的切換開關；所述可變電容和可變電感，用于對輸入開關匹配電路/輸出開關匹配電路中無源元件的取值大小進行控制，實現一路的輸入/輸出匹配電路。本發明還公開了一種多模全頻段的射頻發射方法，該方法包括通過可變電容和可變電感，對輸入開關匹配電路/輸出開關匹配電路中無源元件的取值大小進行控制，實現一路的輸入/輸出匹配電路。采用本發明的裝置及方法，能從根本上降低系統設計復雜度和生產成本。
文檔編號H04B1/02GK101814927SQ20101014841
公開日2010年8月25日 申請日期2010年4月14日 優先權日2010年4月14日
發明者劉鑫 申請人:中興通訊股份有限公司