CN101714852A - 双频射频功率放大器电路芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双频射频功率放大器电路芯片，所述芯片中的射频功率放大器电路包括射频功率放大器模块及其之后相互并联连接的两个输出匹配网络，所述两个输出匹配网络的输出都连接到一个高隔离射频开关，所述高隔离射频开关接通或断开选定的输出匹配网络，将该输出匹配网络的输出作为芯片的输出，之后连接到射频天线，还包括CMOS控制器，为射频功率放大器电路提供控制信号。本发明通过采用高隔离射频开关对输出匹配网络进行选择，其电路结构简单，并且将双频射频功率放大器电路中的各个部分都集成在同一个芯片上，提高了集成度，降低了成本，并且保证了性能不受影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体芯片，尤其是一种双频射频功率放大器电路芯片。
背景技术
在现代无线通信***中，射频功率放大器是实现射频信号无线传输的关键部件。由于移动通信用户数量的增加，单一的频率资源远远不能满足用户通话的需求，要求移动通信商开辟新的频段来扩大用户容量，因此多频手机得到广泛的应用。多频手机是指在同一个移动通信网络标准中能采用不同频段进行传输的手机。由于采用了不同频段进行传输，因此在手机中也需要应用不同频段的射频功率放大器来实现。
现有的技术是采用多个射频功率放大器应用于不同的频段。实现的方法主要有两个形式：
1.每个频段对应一个独立封装的单频射频功率放大器芯片，输入输出匹配网络分别设计，不同频段的射频信号输出再通过射频开关至天线。射频开关为独立封装芯片。
2.将两个频段的单频射频功率放大器裸片以及对应的输入输出网络封装至一个芯片，实现双频工作。不同频段的射频信号输出再通过射频开关至天线。射频开关为独立封装芯片。
但是，上述两种实现方式在实际应用中都存在不可避免的缺点。采用方式1，如图1所示，由于采用多个芯片，增加***电路，整体解决方案成本增高，占用手机板空间增大，增加了手机板布局的复杂性和手机整体的体积。采用方式2，如图12所示，相对于方式1，减少了芯片***电路，成本略有减低。但单频射频功率放大器裸片个数并未减少，因此成本降低幅度较小，约为10％。并且，现有的技术绝大多数是采用独立封装的射频开关连接射频功率放大器至天线端，因此占用手机板空间较大，增加了手机板布局的复杂性和手机整体的体积，整体解决方案成本增高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种双频射频功率放大器电路芯片，能够采用较为简单的电路结构，提高双频射频功率放大器电路芯片的集成度，并且保证其性能不受影响。
为解决上述技术问题，本发明双频射频功率放大器电路芯片的技术方案是，所述芯片中的射频功率放大器电路包括射频功率放大器模块及其之后相互并联连接的两个输出匹配网络，所述两个输出匹配网络的输出都连接到一个高隔离射频开关，所述高隔离射频开关接通或断开选定的输出匹配网络，将该输出匹配网络的输出作为芯片的输出，之后连接到射频天线，还包括CMOS控制器，为射频功率放大器电路提供控制信号。
本发明通过采用高隔离射频开关对输出匹配网络进行选择，其电路结构简单，并且将双频射频功率放大器电路中的各个部分都集成在同一个芯片上，提高了集成度，降低了成本，并且保证了性能不受影响。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明：
图1和图2为现有的射频功率放大器电路芯片的结构示意图；
图3为本发明双频射频功率放大器电路芯片的结构示意图；
图4为本发明双频射频功率放大器电路芯片输出匹配网络和高隔离开关的电路图；
图5为本发明双频射频功率放大器电路芯片一个实施例的示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种双频射频功率放大器电路芯片，如图3所示，所述芯片中的射频功率放大器电路包括射频功率放大器模块及其之后相互并联连接的两个输出匹配网络，所述两个输出匹配网络的输出都连接到一个高隔离射频开关，所述高隔离射频开关接通或断开选定的输出匹配网络，将该输出匹配网络的输出作为芯片的输出，之后连接到射频天线，还包括CMOS控制器，为射频功率放大器电路提供控制信号。
所述射频功率放大器模块通过一个输出端连接到所述两个输出匹配网络。所述射频功率放大器模块中只包含一个射频功率放大器。
如图4所示，所述高隔离射频开关包括4个场效应管，所述4个场效应管都是源极和漏极连接在电路中，而栅极作为控制端用来控制每个场效应管的通断，其中第一场效应管F1和第三场效应管F3串联在第二输出匹配网络与芯片输出端之间，第二场效应管F2与一个电容C7串联在第一场效应管F1与第三场效应管F3连接的节点与地之间；第四场效应管F4串联连接在第一输出匹配网络与芯片输出端之间；第一场效应管F1与第二输出匹配网络之间、第四场效应管F4与第一输出匹配网络之间、以及芯片输出端与射频天线之间各串联有一个电容。
由于现有的双频射频功率放大器电路是采用多个射频功率放大器应用于不同的频段，并采用独立封装的射频开关连接射频功率放大器至天线端，因此占用多频手机的手机板空间较大，整体解决方案成本较高。以GSM射频功率放大器为例，GSM低频段的工作频率为880MHz～915MHz，其二次谐波频率范围为1760MHz～1830MHz，而DCS频段信号为1710MHz～1910MHz，因此如果只是简单地将芯片和开关集成至同一模块，GSM频段射频信号的二次谐波可通过空间耦合和射频开关DCS端至天线。本发明中，应用一个射频功率放大器实现双频功率放大功能，射频功率放大器裸片由原来的两个减少为一个，芯片成本降低50％，并且将该射频功率放大器单片与射频开关芯片、射频功率放大器输出匹配网络、CMOS控制器封装至一个芯片，组成射频前端模块，简称FEM(Front-end Module)。其中射频开关采用高隔离开关，极大地降低了两个频段之间的射频干扰。采用此结构的射频模块简化了***设计电路，减少了手机板占用空间，使得整体解决方案成本大幅降低。
作为本发明的一个实施例，如图3所示，前端芯片(即射频收发器)不同频率的信号进入射频功率放大器电路芯片，所述芯片中的射频功率放大器电路包括一个射频功率放大器PA及其之后相互并联连接的两个输出匹配网络，分别为输出匹配网络1和输出匹配网络2，所述每个输出匹配网络的输出端即为所述射频功率放大器的信号输出端，输出后的信号进入高隔离射频开关。
所述射频功率放大器为多级功率放大器。如图5所示，多级功率放大器电路由射频功率放大管Q2和Q3，以及射频功率放大管Q2和Q3之间的级间匹配网络组成。所述射频功率放大管Q2的基极连接有偏置网络2，射频功率放大管Q3的基极连接有偏置网络3，所述级间匹配网络包括串联连接的两个电容C9和C10，以及这两个电容中间接地的电感L5，前一电容C9的前端连接射频功率放大管Q2的集电极，后一电容C10的后端连接射频功率放大管Q3的基极。
所述射频功率放大器电路还包括输入级电路及多个信号输入端，所述输入级电路选择特定的输入端的信号进行功率放大，所述信号输入端的个数和信号输出端的个数相同。
所述输入级电路包括有多路，每路包括一级射频功率放大管和一个偏置网络，所述射频功率放大管的基极连接信号输入端，发射极接地，集电极同时连接电源端和所述功率放大器的信号输入端，所述偏置网络控制是否选择对该射频功率放大管所输入的信号进行功率放大。如图5所示，包括有两路输入信号，一路由RFINa输入，通过Q1a连接到射频功率放大器，这路信号由偏置网络1a控制；另一路由RFINb输入，通过Q1b连接到射频功率放大器，这路信号由偏置网络1b控制。
所述输出匹配网络包括串联连接的两个电感，前一电感的前端连接所述功率放大器的输出端，后一电感的两端各通过一个电容接地，后一电感的后端通过又一个电容连接到所述射频功率放大器电路的输出端。如图5所示，包括两个输出匹配网络，其中输出匹配网络1包括串联连接的两个电感L1和L2，前一电感L1的前端连接射频功率放大管Q3的集电极，后一电感L2的两端各通过一个电容C1和C2接地，后一电感L2的后端通过又一个电容C3连接到所述射频功率放大器电路的输出端RFOUTa；输出匹配网络2包括串联连接的两个电感L3和L4，前一电感L3的前端连接射频功率放大管Q3的集电极，后一电感L4的两端各通过一个电容C3和C4接地，后一电感L4的后端通过又一个电容C6连接到所述射频功率放大器电路的输出端RFOUTb。
如图5所示，将射频功率放大器电路的第一级分成两个独立的输入端，对应于相应的放大频段，其余各级放大器共用，在输出端对应不同的匹配网络，实现双频功率放大功能。
图4所示电路采用三级放大的电路形式，第一级射频功率放大管分别由Q1a和Q1b独立的两部分组成。射频功率放大管Q1a的输入端输入频段fa的射频信号，射频功率放大管Q1b的输入端输入频段fb的射频信号，偏置网络1a控制射频功率放大管Q1a的开启，偏置网络1b控制射频功率放大管Q1b的开启。第一级射频功率放大管Q1a和Q1b的输出合并，接入共用的第二级射频功率放大管Q2，第二级射频功率放大管Q2通过级间匹配网络接入第三级射频功率放大管Q3，Q3输出端连接对应于频段fa的输出匹配网络a和对应于频段fb的输出匹配网络b。当频段fa的射频信号输入时，偏置网络1a控制第一级功率放大晶体管Q1a开启，偏置网络1b控制第一级功率放大晶体管Q1b关闭，频段fa的射频信号通过Q1a、Q2和Q3三级放大至输出网络a。同样地，当频段fb的射频信号输入时，偏置网络1b控制第一级功率放大晶体管Q1b开启，偏置网络1a控制第一级功率放大晶体管Q1a关闭，频段fb的射频信号通过Q1b、Q2和Q3三级放大至输出网络b。应用此电路，实现对频段fa和频段fb的射频信号分别放大的功能。在上述实现功率放大过程中，级间匹配网络和输出匹配网络由具体应用频段决定。
本发明双频射频功率放大器电路芯片集成了一颗实现双频功率放大的射频单片、一颗CMOS控制器单片、一颗高隔离度射频开关单片、两个频段对应的输出匹配网络，由CMOS控制器控制双频功率放大器及射频开关。
以GSM/DCS双频功率放大前端模块阐述本专利的具体实施方式。射频功率放大器单片实现双频放大的功能，GSM频段和DCS频段射频信号分别由两个输入端口进入射频功率放大器进行射频功率放大，射频功率放大器单片的输出端为同一输出端，同时分别连接GSM频段输出匹配网络和DCS频段输出匹配网络。GSM频段射频信号通过GSM频段网络之后进入射频开关的GSM端，通过开关至天线输出；DCS频段射频信号通过DCS频段网络之后进入射频开关的DCS端，通过开关至天线输出。射频开关的DCS频段为高隔离结构，当模块放大GSM频段信号时，射频开关DCS端FET管F1、F3关闭，FET管F2开启，DCS端与GSM端隔离度高达-80dbc。因为GSM频段信号为880MHz～915MHz，其二次谐波频率范围为1760MHz～1830MHz，而DCS频段信号为1710MHz～1910MHz，因此GSM频段信号的二次谐波可通过DCS的输出匹配网络经过射频开关DCS端至天线。当射频模块传输GSM频段信号时，由于射频开关的DCS端为高隔离结构，因此GSM频段信号的二次谐波无法通过射频开关DCS端传输至天线，极大地降低了两个频段之间的射频干扰。
综上所述，本发明通过采用高隔离射频开关对输出匹配网络进行选择，其电路结构简单，并且将双频射频功率放大器电路中的各个部分都集成在同一个芯片上，提高了集成度，降低了成本，并且保证了性能不受影响。
Claims (4)
1.一种双频射频功率放大器电路芯片，所述芯片中的射频功率放大器电路包括射频功率放大器模块及其之后相互并联连接的两个输出匹配网络，其特征在于，所述两个输出匹配网络的输出都连接到一个高隔离射频开关，所述高隔离射频开关接通或断开选定的输出匹配网络，将该输出匹配网络的输出作为芯片的输出，之后连接到射频天线，还包括CMOS控制器，为射频功率放大器电路提供控制信号。
2.根据权利要求1所述的双频射频功率放大器电路芯片，其特征在于，所述射频功率放大器模块通过一个输出端连接到所述两个输出匹配网络。
3.根据权利要求2所述的双频射频功率放大器电路芯片，其特征在于，所述射频功率放大器模块中只包含一个射频功率放大器。
4.根据权利要求1所述的双频射频功率放大器电路芯片，其特征在于，所述高隔离射频开关包括4个场效应管，所述4个场效应管都是源极和漏极连接在电路中，而栅极作为控制端用来控制每个场效应管的通断，其中第一场效应管和第三场效应管串联在第二输出匹配网络与芯片输出端之间，第二场效应管与一个电容C7串联在第一场效应管与第三场效应管连接的节点与地之间；第四场效应管串联连接在第一输出匹配网络与芯片输出端之间；第一场效应管与第二输出匹配网络之间、第四场效应管与第一输出匹配网络之间、以及芯片输出端与射频天线之间各串联有一个电容。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20100526 |