專利名稱：具有集成t/r開關的rf前端的制作方法
具有集成T/R開關的RF前端
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本公開要求于2010年5月21日提交的美國臨時申請61/347，112的優先權，并且為了所有目的而通過引用并入本文。技術領域
本發明總體涉及無線通信電路，并且特別是涉及發射和接收開關。
背景技術：
除非在此給出相反指示，本節中所述的方法并非是本申請中權利要求的現有技術，并且不被承認是包括在該節中的現有技術。
當前無線通信設備中較為重要的部件之一為RF(射頻)開關。RF開關的目的在于連接/斷開發射器電路和接收器電路之間的天線。因此，這些開關通常稱作T/R開關(發射/接收)。T/R設計通常包括阻抗匹配電路以引導高功率發射信號至天線而同時阻止信號進入本地接收器的靈敏前端(發射模式)，并且也允許在天線和接收器之間的低損連接 (接收模式)。
對于無線應用(例如移動裝置)而言，需要的是減小RF板的尺寸并且降低成本。 這兩個目標可以通過完全集成片上T/R開關來實現；換言之，使用集成電路技術以在集成電路(IC)芯片上形成T/R開關。圖6顯示了基于CMOS (互補金屬-氧化物半導體)技術的T/R開關電路的傳統完全集成片上布置的示意圖。
圖6中的IC芯片包括可以輸出待由天線廣播的發射信號的功率放大器。低噪聲放大器可以接受由天線感測的、待進一步放大以用于處理的接收信號。功率放大器和低噪聲放大器可以是構成收發器電路的部件。位于功率放大器和低噪聲放大器之間的電路布置可以統稱為T/R開關。T/R開關包括開關元件(例如晶體管MT、MKS和Mkp)以及阻抗匹配部件 (例如諸如電感器Lks之類的電感器和電容器Cc、CKS和Cs)。IC芯片包括單個 tx /rx管腳以輸出用于由天線發射的發射信號以及輸入由天線感測的接收信號。開關元件控制是在tx/rx管腳上輸出發射信號還是經由tx/rx管腳輸入由天線感測到的信號。阻抗匹配部件提供在功率放大器和天線之間、以及在低噪聲放大器和天線之間的阻抗匹配。
IC芯片通常組裝在印刷電路板(PCB)上并且連接至“片外”部件。例如，巴侖 (balun)(平衡-不平衡)濾波器是與天線一起使用的典型的片外部件，并且與IC芯片一同裝配在PCB上。IC芯片的單個tx/rx管腳可以經由形成在PCB上的位于tx/rx管腳與巴侖濾波器上的管腳之間的跡線而連接至巴侖濾波器。備選地，tx/rx管腳和巴侖管腳可以連接至PCB上的相應焊盤，并且可以將鍵合引線焊接至焊盤以形成連接。
由于金屬電阻和硅襯底的損耗特性，因此片上匹配部件(特別是電感器)的品質因子通常相當差。差的品質因子導致有限的發射功率和接收靈敏度性能。采用片上匹配部件，精細微調RF開關的靈活性受損。因為電感器和電容器為片上制造，因此在需要精細微調的情形下無法變化它們的部件值，例如為了適應天線/巴侖濾波器組件中的阻抗改變。此外，片上匹配元件的部件值要經受工藝變化，并且因此可以隨著一批至另一批芯片而變化。此外，適應不同封裝設計的靈活性也受損。
本發明的各實施例單獨地以及共同地解決這些問題和其他一些問題。發明內容
根據本發明的一些實施例的電路配置包括具有第一開關元件和第二開關元件的集成電路(1C)。第一開關元件可以提供發射信號至天線。第二開關元件可以接收由天線感測到的接收信號。IC包括第一管腳和第二管腳以分別發射和接收信號。片外阻抗匹配電路與IC分離，但是電連接至1C。阻抗匹配電路包括去往天線的單個電連接。
在一個實施例中，阻抗匹配電路包括一個或多個電容性或者電感性部件。
在一個實施例中，阻抗匹配電路可以固定至印刷電路板(PCB)，并且IC可以固定至PCB或者單獨的PCB。
在一個實施例中，IC包括片上阻抗匹配網絡。
在一個實施例中，一種用于電路的方法包括在IC芯片上接收發射信號并且輸出該發射信號至IC芯片的第一管腳。發射信號由相對于IC芯片為片外的阻抗匹配網絡接收。 發射信號繼而經由阻抗匹配網絡的端子輸出至天線。該方法進一步包括在阻抗匹配網絡的端子處接收由天線感測的接收信號并且輸出該接收信號至IC芯片的第二管腳。在一個實施例中，接收信號由IC芯片的第二放大器所接收。
根據本發明的一些實施例的電路配置包括印刷電路板，該印刷電路板具有設置在其上的 天線組件、阻抗匹配網絡和收發器集成電路。阻抗匹配網絡包括去往天線組件的單個連接。收發器集成電路包括配置為在第一管腳上輸出發射信號的第一放大器，以及配置為在第二管腳上接收接收信號的第二放大器。阻抗匹配網絡提供在收發器集成電路的第一管腳和第二管腳與連接至天線組件的單個端子之間的阻抗匹配。
在一個實施例中，收發器集成電路并不包括任意的阻抗匹配網絡電路。
在一個實施例中，收發器集成電路包括片上阻抗匹配網絡電路。
以下詳述的說明書和附圖提供了對于本發明的特征和優點的更好理解。
圖1A示出了本發明的高層級框圖。
圖1B示出了本發明的一個實施例。
圖2示出了根據本發明的一個備選電路配置。
圖3示出了板載匹配網絡的一個實施例。
圖3A示出了板載匹配網絡的一個特定實施方式。
圖4示出了板載匹配網絡和片上匹配網絡的一個特定實施方式。
圖5示出了包含本發明的一個電路配置的無線系統。
圖6不出了 T/R開關電路的傳統設置。
具體實施方式
在此所述的是用于RF前端的T/R開關電路布置的一些示意性實施例。
在下文中，為了解釋的目的，闡述了多個示例和特定細節以便于提供本發明的完整理解。然而，對于本領域技術人員明顯的是，如權利要求所限定的本發明可以單獨包括這些示例中的一些或所有特征，或者與以下所述的其他特征組合，并且可以進一步包括在此所述的特征和概念的修改以及等效形式。
圖1A是根據本發明的發射/接收(T/R)電路的高層級框圖。收發器電路2可以包括用于產生適用于由(在天線組件6中的)天線發射的信號的發射電路以及用于接收由天線所感測到的接收信號的接收器電路。收發器電路2可以包括發射/接收開關以在輸出發射信號或接收接收信號之間切換。匹配網絡4提供在天線組件6和收發器電路2之間的阻抗匹配以便于最大化功率傳輸，減少信號反射等等。天線組件6可以包括天線其自身并且可以包括其他支持電路，例如巴侖濾波器。
參照圖1B，根據本發明的T/R(發射/接收)電路布置包括IC芯片108，芯片108 包括用于發射信號和接收信號的電路以及對應的開關電路以在發射模式和接收模式之間切換。在一個實施例中，匹配網絡4(圖1A)可以包括板載匹配網絡124以用于在天線104 和IC芯片108中的電路之間匹配阻抗。此外根據本發明，板載匹配網絡124相對于IC芯片108是“片外”的。換言之，板載匹配網路124不是制造在IC芯片108上的部件，而是與 IC芯片物理分離的部件。在一個實施例中，板載匹配網絡124安裝在印刷電路板(PCB) 102 上。IC芯片108可以例如經由鍵合引線112、114連接至PCB 102。可以在PCB 102上安裝包括天線104和巴侖濾波器106的天線組件。
板載匹配網絡124可以包括配置成接收輸入信號的端子124a、配置成輸出輸出信號的端子124b、以及配置成輸出待由天線104發射的信號并且接收由天線感測到或者接收到的信號的端子124c。鍵合引線112、114可以具有電感特性。因此，在一個實施例中， 鍵合引線112、114可以視作板載匹配網絡124的一部分。
在一些實施例中，IC芯片108可以包括功率放大器132和低噪聲放大器 (LNA) 134。放大器132、134可以是收發器電路(未示出)的部件。IC芯片108可以進一步包括T/R開關126、128。例如，圖1B中所示的T/R開關126、128是CMOS NPN晶體管。PA T/R開關126可以連接至功率放大器132的輸出。可以配置PA T/R開關126以啟用或者阻止發射信號沿著信號路徑116傳導。
LNA T/R開關128可以連接至放大器134的輸入。在一些實施例中，放大器134可以是接收并且放大由天線104感測到的信號的低噪聲放大器。可以配置LNA T/R開關128 以響應于控制信號(rx控制)而啟用或者阻止在片上匹配網絡122(如下所述)的輸出122d 出現的感測到的信號到放大器134的輸入的傳導。
在發射模式操作中，待發射的信號(tx信號)提供至功率放大器132。功率放大器 132的輸出構成發射信號，該發射信號基本上沿著信號路徑116朝向進行廣播的天線104。 在接收模式操作中，由天線104感測到(也即接收到)的信號基本上沿著信號路徑118朝向放大器134。放大器134放大感測到的信號以產生輸出，該輸出構成可以提供至下游電路 (未示出)以用于進一步處理的接收信號(rx信號)。
如上所述，根據本發明，匹配網絡4包括板載匹配網絡124。在一些實施例中，匹配網絡4可以進一步包括制造在IC芯片108上的片上阻抗匹配網絡122。片上匹配網絡122 可以包括配置成經由開關126來接收功率放大器132的輸出(發射信號)的端子122a。端子122b和122c可以連接至IC芯片108的相應外部管腳(未示出)。端子122b配置成輸出發射信號至外部管腳。配置端子122c配置成接收由天線104感測到的信號。端子122d 配置成將由天線104感測到的信號提供至放大器134。鍵合引線112、114可以具有電感特性。因此，在一個實施例中，鍵合引線112、114可以視作板載匹配網絡124的一部分。
參照圖2A，在一些實施例中，IC芯片108可以組裝在與板載匹配網絡122相同的 PCB 102上，并且通過形成在PCB 102上的跡線202而連接在一起。可以與PCB 102分離地提供天線104。在圖2B中，顯示了一個實施例，其中IC芯片108可以組裝在不同于PCB 102的PCB 102a上。合適的連接器204 (例如彎曲連接器)可以用于連接PCB 102和PCB 102a。應當理解，可以進一步配置匹配網絡(片上匹配網絡122或者板載匹配網絡124，或者兩者)以考慮(account of)出現在連接器204中的阻抗值。圖2C的放大區域示出了鍵合引線112、114連接至跡線202。
參照圖3，在一個實施例中，可以由板載匹配網絡124提供匹配網絡6(圖1)的所有阻抗匹配部件。換言之，所有匹配部件是“片外”的，即沒有匹配部件制造在IC芯片108 上。在該實施例中，IC芯片108中的片上匹配網絡122有效地缺失，從而僅包括形成在IC 芯片的金屬層中的跡線122x。板載匹配網絡124包括電抗性元件X1-X3，并且可以是電感器和/或電容器的任何合適組合。
在接收模式操作期間，PA T/R開關126和LNA T/R開關128斷開，從而天線104 所感測到的信號將基本上沿著信號路徑118。因此，引起的阻抗包括在端子124b處看到的低噪聲放大器134的輸入阻抗 以及在元件X2處看到的一些寄生阻抗。X1和X3元件構成了 L-匹配網絡，并且可以設計成具有基于低噪聲放大器134的輸入阻抗和寄生阻抗的元件值，從而轉換這些阻抗以匹配天線104和巴侖濾波器106組件的阻抗，例如50 Ω。
在發射模式操作期間，PA T/R開關126和LNA T/R開關128導通，LNA T/R開關用作至接地的分流，因此旁通去往低噪聲放大器134的輸入。因此，期間引起的阻抗包括由于分流而在端子124b處看到的低阻抗路徑(例如若干歐姆)。可以將X1元件以及X2和X3 元件一起設計成在發射頻率處與巴侖濾波器106諧振，從而最大化遞送至天線104的發射輸出功率。
圖3A示出了一個更具體實施例的示例。電容器C2和C3以及電感器LI提供成片外的。例如，電容器C2和C3以及電感器LI可以是分立元件。電容器C2和C3可以是以分立形式提供的IC部件并且可以在片外組裝。圖3A中所示的特定實施例在適應匹配網絡6 的改變方面賦予最大的靈活性，因為其片外地包含在板載匹配網絡124中。然而，具有排他性片外部件的成本可以構成在制造上不可接受的成本。例如，低成本分立片外電容器可以是可用的，而分立電感器往往更昂貴。
在一個實施例中，匹配網絡6(圖1)可以包括芯片上部件，也即匹配網絡的一些部件可以集成在IC芯片108上。因此，圖4中所示的實施例提供了包括電容器C2、C3的板載匹配網絡124以及包括電感器LI的片上匹配網絡12。制造在IC芯片108上的電感器，也即其與片外的電容器C2、C3相比是芯片上的。該配置可以在制造成本方面更易于接受。例如，電感器LI可以具有數納亨的量級，這有助于集成的可能性。分立部件的成本與部件的集成電路版本的性能的下降之間的權衡可以有利于集成。
圖5說明了包含本發明一個實施例的無線通信系統502。例如，無線通信系統502可以是任何手持裝置，諸如移動通信裝置(例如蜂窩電話)、具有無線通信能力的計算裝置 (例如膝上型電腦、筆記本電腦)、具有無線通信能力的手持游戲裝置(例如由蘋果公司制造和銷售的iPod Touch)等等。無線通信系統502可以使用任何通信標準，諸如各種IEEE 802格式(例如藍牙、802.1ln,802.1lg等等)。
如在此說明書以及權利要求全文中所使用，“一”、“一個”和“該”包括復數形式 ， 除非上下文明確給出相反指示。此外，也如在此說明書以及權利要求全文中所使用的， “在...中”的意思包含“中”和“上”除非上下文給出明確相反指示。
上述說明書說明了本發明的各種實施例以及如何實施本發明的各方面的示例。上述示例和實施例不應視作僅僅為實施例，而是應視為說明了如由以下權利要求所限定的本發明的靈活性和優點。基于上述公開和以下權利要求，其他設置、實施例、實施方式和等價物對于本領域技術人員而言是明顯的、并且可以被采用而不脫離由權利要求所限定的本發明的精神和范圍。
權利要求
1.一種電路布置,包括集成電路(IC)芯片，具有配置成接收由天線發射的第一信號的第一開關元件以及配置成將由天線所感測到的信號作為第二信號接收的第二開關元件，所述IC芯片具有配置成從所述第一開關元件接收所述第一信號的第一管腳，所述IC芯片具有配置成接收由所述天線感測的信號的第二管腳；以及阻抗匹配電路，與所述IC芯片分離并且電連接，所述阻抗匹配電路具有去往所述IC芯片的第一管腳的第一連接以及去往所述IC芯片的第二管腳的第二連接，所述阻抗匹配電路進一步具有與所述天線的單個電連接。
2.根據權利要求1所述的電路布置，其中，所述阻抗匹配電路包括一個或多個電容性或電感性部件。
3.根據權利要求1所述的電路布置，其中，所述IC芯片固定至印刷電路板(PCB)，并且所述阻抗匹配電路固定至所述PCB。
4.根據權利要求1所述的電路裝置，其中，所述IC芯片固定至第一PCB，而所述阻抗匹配電路固定至不同于所述第一 PCB的第二 PCB。
5.根據權利要求1所述的電路布置，其中，所述IC芯片包括片上阻抗匹配電路，其中所述第一管腳或第二管腳的至少一個管腳連接至所述片上阻抗匹配電路，其中所述第一開關元件或第二開關元件的至少一個開關元件連接至所述片上阻抗匹配電路。
6.根據權利要求1所述的電路布置，其中，所述IC芯片包括第一放大器和第二放大器， 所述第一放大器具有連接至所述第一開關元件并且配置成輸出所述第一信號的輸出，所述第二放大器具有連接至所述第二開關元件以接收所述第二信號的輸入。
7.根據權利要求1所述的電路布置，其中，所述天線包括濾波器，并且去往所述天線的所述單個電連接包括去往所述濾波器的連接。
8.一種無線通信系統，包括根據權利要求1所述的電路布置。
9.一種用于電路的方法，包括在集成電路(IC)芯片上接收發射信號；從所述IC芯片的第一管腳輸出所述發射信號作為輸出信號；由相對于所述IC芯片為片外的阻抗匹配網絡來接收所述輸出信號；從所述阻抗匹配網絡經由所述阻抗匹配網絡的端子輸出所述輸出信號至天線；在所述阻抗匹配網絡的端子處接收由所述天線感測到的接收信號；以及從所述阻抗匹配網絡輸出所述接收信號至所述IC芯片的第二管腳。
10.根據權利要求9所述的方法，其中，所述發射信號由所述IC芯片的第一放大器放大，其中所述接收信號由所述IC芯片的第二放大器接收。
11.根據權利要求9所述的方法，其中，所述阻抗匹配網絡包括一個或多個電容性或電感性部件。
12.根據權利要求9所述的方法，其中，所述IC芯片和阻抗匹配網絡固定至印刷電路板 (PCB)。
13.根據權利要求9所述的方法，其中，所述IC芯片固定至第一PCB，而所述阻抗匹配網絡固定至不同于所述第一 PCB的第二 PCB。
14.根據權利要求9所述的方法，其中，從所述阻抗匹配網絡輸出所述輸出信號的步驟包括將所述輸出信號輸送至巴侖濾波器。
15.一種無線通信系統，配置成根據權利要求9所述的方法操作。
16.一種電路裝置，包括印刷電路板；天線組件，包括布置在所述印刷電路板上的至少一個部件；阻抗匹配網絡，布置在所述印刷電路板上并且具有連接至所述天線組件的單個端子；以及收發器集成電路，具有第一管腳和第二管腳，所述收發器集成電路包括配置成在所述第一管腳上輸出發射信號以及配置成在所述第二管腳上接收接收信號，所述阻抗匹配網絡，配置成在所述收發器集成電路的所述第一管腳和所述第二管腳以及連接至所述天線組件的單個端子之間提供阻抗匹配。
17.根據權利要求16所述的電路，其中，所述收發器集成電路缺少阻抗匹配網絡電路。
18.根據權利要求16所述的電路，其中，所述收發器集成電路包括片上阻抗匹配網絡電路。
19.根據權利要求16所述的電路，其中，所述天線組件包括濾波器。
全文摘要
本發明公開了一種發射/接收電路布置，其中包括發射/接收開關的收發器電路制造在集成電路芯片上。匹配網絡相對于集成電路芯片完全布置在片外。在實施例中，至少部分匹配網絡形成在片外并且部分匹配網絡形成在芯片上。
文檔編號H04B1/44GK103026634SQ201180025142
公開日2013年4月3日 申請日期2011年5月13日 優先權日2010年5月21日
發明者呂遠, R·維諾托, J·樸, 林莉, X·陳, 何明, D·西格諾夫, W·洛布 申請人:馬維爾國際貿易有限公司