CN202772878U - 多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端收发***及其应用 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端收发***及其应用，包括：LTE多样化接收机，用于对预设频谱的射频信号，进行至少包括跟踪滤波、混频、可变增益中频和/或低噪声放大、功率探测与AD转换的前端处理；单一频率合成器，用于对所得前端处理结果，进行至少包括多模数分频、鉴相、振荡、低通滤波与调制的频率合成处理；发射机，用于对所得频率合成结果，进行至少包括射频DA转换、信号衰减与变频的频率转换处理，并进行高、中、低三端输出。本实用新型所述***，可以克服现有技术中成本高、***复杂度高、兼容性差与占用空间大等缺陷，以实现成本低、***复杂度低、兼容性好与占用空间小的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及四代移动通信技术领域，具体地，涉及多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端收发***及其应用。
背景技术
随着智能手机和平板电脑的发展，移动数据的业务量大幅增长。分时长期演进（Time Division Long Term Evolution，简称TD-LTE，是由阿尔卡特-朗讯、诺基亚西门子通信、大唐电信、华为技术、中兴通讯、***等业者，所共同开发的***即4G移动通信技术与标准）提高了频谱利用率，增加了传输速率和可处理的数据的容量。LTE技术的成功与否取决于它所存在的生态***的发展，与基础设施的实施到位相比，收发机技术必须以同样或更快的速度发展。
由于预期到的数据使用量的***性增长，这促使运营商必须有效使用频谱资源的和尽快实施频段超多的LTE技术。这是一个收发器设计的挑战。第三代合作伙伴项目（3GPP）已经用统一频分双工（Frequency Division Duplexing ，简称FDD）和时分双工（Time Division Duplexing，简称TDD）技术的方法来回应这个挑战。目前，无线通信频谱（高达3.8 GHz）分为43频带，1到33频段被列为LTE-FDD，而33至43被列为的LTE-TDD。
从收发机的角度来讲，存在的挑战是：
⑴多频段：如此众多的LTE频带，必须要求多波段收发器；
⑵多模式：在传统的经营网络，如宽带码分多址（Wideband Code Division Multiple Access，简称WCDMA），EVDO【即EV-DO，是三Evolution（演进）与Data Only的缩写，全称为：CDMA2000 1xEV-DO】的时分同步码分多址（Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，简称TD-SCDMA），以及码分多址（Code Division Multiple Access，简称CDMA）和全球移动通讯***（Global System of Mobile communication，简称GSM）等的漫游，要求多模式收发器；
⑶双技术：双技术收发器需要同时支持TDD和FDD技术。
0.7至2.7 GHz频段的收发器需要同时处理FDD和TDD技术，如表1，以支持1-21的FDD频段和33-41的TDD频段。这里，需要大量的数字计算处理能力的问题，通过分配基带处理器和收发器处理器之间运算负荷来解决。例如，收发器配戴嵌入式ARM??处理器，来降低对基带处理的要求。同时降低功耗，提高动态调整能力和加快了响应时间。
除了多模式，多频段的要求外，当前的多功能射频收发器还需要以下特色：低功耗、小尺寸、标准化的基带接口、灵活的射频接口、载波聚合能力、以及与3GPP标准兼容。
表1：四代无线通信频谱分配表
***已经开始在手机上支持四频段的高斯滤波最小频移键控（Gaussian Filtered Minimum Shift Keying，简称GMSK）/通用分组无线服务技术（General Packet Radio Service，简称GPRS）/增强型数据速率GSM演进技术（Enhanced Data Rate for GSM Evolution，简称EDGE）（即GGE），TD-SCDMA，和TD-LTE标准，预期在2012年开始大规模使用。
为了有竞争力的面对这个正在开发的市场，一些技术方面的问题必须解决。在考虑这个市场上竞争的最佳策略时，必须权衡频段分配，同步的语音和数据传输，浏览器对象模型（Browser Object Model，简称BOM）成本，性能指标。
虽然智能手机是进入中国4G LTE市场的的一开始的主要目标，硬件和软件开发计划也要考虑其他的细分市场。考虑因素还包括像欧洲和北美这样的成熟市场，区域共享的也以TD-LTE为焦点的区域性的新兴市场如印度，还有像加密狗，数据卡这样的不需要语音服务的其他的硬件产品。
这些额外的因素会影响的硬件和软件的设计，必须与针对***的设计目标权衡考量。必须避免以高端世界级电话平台为目标的极端状况，比如像能应用***于所有地区的高通，富士通和ST爱立信的芯片组。可以有效地解决任何和所有地区的芯片组。这些芯片作为中端产品不符合成本效益。初步的市场调研和技术讨论的结论是优化的区域性的手机，具有成本低，高性能，低电流。如包络跟踪DCDC转换器，天线调谐/驻波补偿电路和闭环功率控制等特色，将差异化所设计的产品及解决方案。
图1显示了富士通Fujitsu MB86Lxxx 系列芯片***功能框图，八路发射器输出来驱动片外功率放大器，九路主要输入和五路次要输入支持GSM（GSM850、EGSM900、DCS1800和PCS1900）WCDMA（频段I、 II、III、IV、V、VI、VIII、IX、X和XI），LTE（FDD频段 1、3、4、6、7、8、9、10、11、13、17，和TDD频段38或40）。
虽然上述解决方法声称与世界范围的工业标准兼容，手机持有者可以在世界范围内漫游，但是在世界标准还没有完全确定的情况下，如此的设计的主要问题是成本太高，不适用于中底档的手机、平板电脑和数据卡中。成本高的主要原因有二，首先由于射频输入输出较多（27个），导致芯片封装较大（6.5mm x 9.0mm x 1.0mm），而且设计受制于接口数量。其次因为众多的射频前端放大器导致芯片面积较大，价格没有竞争优势。
由于2G第二代手机（参见图2）市场已经非常成熟，从硬件和软件的重复利用，以及产品上市时间的角度考虑，手机的***方案是在原来的2G语音方案的基础上增加LTE/3G的宽带数据功能，所以手机解决方案通常包括6个功能模块: 4G/3G/2G射频前端收发器、功率放大器（Power Amplifier）、基带处理器（Baseband）、应用***处理器（Application Processor）、存储器（Memory）与电源管理模块（Power Management Unit）。当前多标准手机的功耗和性能等技术问题至使其不能大规模上市和推广的原因之一，就是因为设计不够专一和细化，片面追求多标准、世界型而牺牲芯片性能。
为了覆盖TD-LTE，TD-SCDMA以及4频GSM（Quad-GSM）所有频段，在图3所示的传统移动用户终端芯片的射频前端收发***中，接收机前端必须使用声表面滤波器（SAW filter）来减小频段之间的互相干扰，34、38、39和40波段，四个波段需要四个声表面滤波器，LTE接收机要求多样化（diversity）来提高数据率和灵敏度，所以另外三个声表面滤波器给三个LTE波段，38、39、和40波段。为了兼容2代手机（参见图2），需要支持个人通讯服务（Personal Communications Service，简称PCS）标准的2波段、分布式控制***（Distributed Control System，简称DCS）标准的3波段、增强型全球移动通信***（Enhanced Global System for Mobile Communications，简称EGSM）标准的5波段、以及GSM标准的8波段，所以接收机需要11个声表面滤波器，一共11个接收输入端。
在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术中至少存在成本高、***复杂度高、兼容性差与占用空间大等缺陷。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，针对上述问题，提出多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端收发***，以实现成本低、***复杂度低、兼容性好与占用空间小的优点。
本实用新型的另一目的在于，提出多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端收发***的应用***，即至少包括基于该射频前端收发***的多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端***。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端收发***，包括：
LTE多样化接收机，用于对预设频谱（如天线单端接收频率为869-2620MHz）的射频信号，进行至少包括跟踪滤波、混频、可变增益中频和/或低噪声放大、功率探测与AD转换操作中任意多种的前端处理；
单一频率合成器，用于基于所述LTE多样化接收机进行前端处理所得前端处理结果，进行至少包括多模数分频、鉴相、振荡、低通滤波与调制操作中任意多种的频率合成处理；
发射机，用于基于所述单一频率合成器发送的频率合成结果，进行至少包括射频DA转换、信号衰减与变频操作中任意多种的频率转换处理，并将频率转换处理所得频率转换结果（如频率为2300-2620MHz的高频信号、频率为1880-2025MHz的中频信号、以及频率为824-915MHz的低频信号），分别从高频输出端、中频输出端及低频输出端进行三端输出。
进一步地，所述LTE多样化接收机，包括并行设置的两个信号处理通道、以及配合设置在所述两个信号处理通道之间的功率探测器；
每个信号处理通道，包括依次信号连接的LNA/ VGA、混频器、PGA/ LPF、以及并行设置的两个ADC，以及信号连接在LNA/ VGA输出端的至少为Q增强型和/或Q可调型的跟踪滤波器；
所述两个ADC的第一输出端，分别用作LTE多样化接收机的多样化正交I输出端RXI_diversity与多样化正交Q输出端RXQ_diversity、或者用作LTE接收机的正交I输出端RXI与接收机正交Q输出端RXQ；两个ADC的第二输出端相连，用于接收从频率合成器来的信号作为采样频率；
所述功率探测器，连接在两个信号处理通道中LNA/VGA输出端之间；功率探测器的输出端，用于输出功率探测结果。
进一步地，在所述跟踪滤波器内部，设有片内Q值矫正单元；所述片内Q值矫正单元，包括LNA、滤波模块、本振产生器、比较器与数字矫正中央控制器；其中：
所述LNA的输出端，分别与滤波模块的输入端、以及比较器的第一输入端连接；本振产生器的输出端与比较器的第二输入端连接，比较器的输出端与数字矫正中央控制器的输入端连接，数字矫正中央控制器的输出端与滤波模块的控制端连接。
进一步地，所述频率合成器，包括与每个信号处理通道中的两个ADC连接的MMD，与每个信号处理通道中的混频器连接的接收本振产生器，分别与所述MMD及接收本振产生器连接的发射本振产生器，依次与发射本振产生器连接的自动频率控制器、PFD/CP、以及数控晶振，以及分别与自动频率控制器及PFD/CP连接的调制器。
进一步地，所述发射机包括与发射本振产生器的1880-2025MHz射频信号输出端连接的中频发射单元，与发射本振产生器的2300-2620MHz射频信号输出端连接的高频发射单元，以及与发射本振产生器的低频射频信号输出端连接的低频发射单元；
所述高频发射单元的第一输入端与中频发射单元的第一输入端，为发射机正交输入端TXI；高频发射单元的第二输入端与中频发射单元的第二输入端，为发射机正交输入端TXQ。
进一步地，所述高频发射单元，包括并行设置的两个RFDAC，以及原边与所述两个RFDAC的输出端交叉连接的高波段变压器；
所述中频发射单元，包括并行设置的两个RFDAC，以及原边与所述两个RFDAC的输出端交叉连接的中波段变压器；
所述低频发射单元，包括功放驱动器（PAD），以及与所述PAD的输出端连接的低波段变压器。
进一步地，每个RFDAC，用于接收由BBIC提供的时钟为ClockBB的数据，包括依次与BBIC信号连接的DAC及混频器。
进一步地，每个RFDAC单元还包括数字控制单元，所述数字控制单元分别与DAC及混频器信号连接；
在Quad-GSM模式，所述数字控制单元，用于采用编程的方式，将TD-LTD模式与TD-SCDMA模式的数据线断开，使RFDAC的混频及DA转换功能暂停，仅实现对LOGEN来到信号Lop和Lon的缓冲放大功能
同时，本实用新型采用的另一技术方案是：基于以上所述的多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端收发***的应用***，至少包括基于所述射频前端收发***的多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端***；
该多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端***，包括基带处理芯片（BBIC），与所述BBIC信号连接、用于实现多频段信号收发、且基于所述射频前端收发***的射频集成电路（RFIC），分别与所述RFIC信号连接的多频段功率放大器（PA），分别与RFIC及多频段PA信号连接的高功率RF开关，以及分别与RFIC及高功率RF开关信号连接的天线。
进一步地，所述高功率RF开关，至少包括高功率单刀5掷开关（SP5T）；所述多频段PA，包括并行信号连接在RFIC与SP5T之间的34及49波段PA、38及40波段PA、以及800-900MHz波段PA。
本实用新型各实施例的多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端收发***及其应用，由于该***包括：LTE多样化接收机，用于对预设频谱的射频信号，进行至少包括跟踪滤波、混频、可变增益中频和/或低噪声放大、功率探测与AD转换的前端处理；单一频率合成器，用于对所得前端处理结果，进行至少包括多模数分频、鉴相、振荡、低通滤波与调制的频率合成处理；发射机，用于对所得频率合成结果，进行至少包括射频DA转换、信号衰减与变频的频率转换处理，并进行高、中、低三端输出；可以减少硬件成本和封装接口，减小***的复杂度、提高***的可行性；从而可以克服现有技术中成本高、***复杂度高、兼容性差与占用空间大的缺陷，以实现成本低、***复杂度低、兼容性好与占用空间小的优点。
本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图1为Fujitsu MB86Lxxx系列芯片***的工作原理示意图；
图2为TD-LTE/TD-SCDMA/2G兼容手机的工作原理示意图；
图3为传统移动用户终端芯片的射频前端***的工作原理示意图；
图4为基于本实用新型的多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端***的工作原理示意图；
图5为基于本实用新型的多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端收发***【具体为TD-LTE/TD-SCDMA射频集成电路（RFIC）前端部分】的工作原理示意图；
图6为显示片***频滤波器校正原理的框图；
图7a为不同Q值的滤波波形；
图7b为滤波器Q值矫正框图；
图7c为射频数模转换器（RFDAC）的电气原理示意图；
图7d为RFDAC编程为缓冲器的电气原理示意图；
图7e为跟踪滤波器的电气原理示意图；
图7f为基于图7e的Q增强量可调节的跟踪滤波器的电气原理示意图；
图7g为基于图7e的Q增强型宽带的跟踪滤波器的电气原理示意图;
图8为TD-SCDMA模式 34波段和39波段射频集成电路（RFIC）前端收发***的工作原理示意图；
图9为TD-SCDMA模式40波段射频集成电路（RFIC）前端收发***的工作原理示意图；
图10为TD-LTE模式38波段射频集成电路（RFIC）前端收发***的工作原理示意图；
图11为TD-LTE模式39波段射频集成电路（RFIC）前端收发***的工作原理示意图；
图12为Quad-GSM模式2、3、5、8波段射频集成电路（RFIC）前端收发***的工作原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
射频前端收发***实施例
根据本实用新型实施例，如图5-图12所示，提供了多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端收发***，以实现成本和性能优化的TD-LTE/TD-SCDMA/Quad-GSM射频前端***架构，集中研究频谱相对集中的LTE-TDD频段，从1850MHz到2660MHz，同时支持TD-SCDMA（3G），LTE-TDD（4G）以及成熟的四波段2G标准：
Band 2: 1930~1990MHz RX, 1850-1910MHz TX (PCS)；
Band 3: 1805~1880MHz RX, 1710-1785MHz TX (DCS)；
Band 5: 869~894MHz RX, 824~849MHz TX (EGSM)；
Band 8: 925~960MHz RX, 880~915MHz TX (GSM)；
Band 34: 2010~2025MHz (TD-SCDMA)；
Band 38: 2570~2620MHz (TD-LTE)；
Band 39F: 1880~1900MHz (TD-LTE)；
Band 39S: 1900~1920MHz (TD-SCDMA)；
Band 40: 2300~2400MHz (TD-SCDMA)。
如图5所示，本实施例的多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端收发***，包括依次信号连接的LTE多样化接收机、频率合成器与发射机。
其中，上述LTE多样化接收机，用于对预设频谱（如天线单端接收频率为869-2620MHz）的射频信号，进行至少包括跟踪滤波、混频、可变增益中频和/或低噪声放大、功率探测与AD转换操作中任意多种的前端处理，并将所得前端处理结果发送至单一频率合成器。
需要说明的是，该接收机（Receiver）包括两路，两路结构完全相同，上面接收机标有多样化（Divercity）标识，是专门为实现LTE的标准要求，利用多样化、多信道来提高数据率和灵敏度。接收机部分第一模块为低噪声放大器（Low Noise Amplifier，简称LNA），在保证本身低噪声的同时，通过其增益一致后端模块的噪声；其后的可变增益模块(Varibl Gain Amplifier，简称VGA)，用于控制低噪声放大器的增益，来满足接收机动态范围的要求，也就是根据使接收机可以根据输入信号的大小来调节其增益的大小。跟踪滤波器（Tracking Filter)根据接收频道信息，调整滤波器中心频率，滤除带外干扰，保护之后的混频器工作在它的线性度范围。功率探测器感知滤波后的信号功率大小，为基带处理器提供信号功率信息来设置接收机。混频器把本振发生器的频率信号与接收频率混频，把接收到的频率信号转化为低频信号，中频可编程增益放大器（Programmable Gain Amplifier，简称PGA），进一步把小信号放大到模数转换器可处理的幅度，同时控制增益来适应不同的输入信号幅度。低通滤波器（Low Pass Filter，简称LPF）进一步在中频滤除带外干扰信号，确保信号处于数模转换器（Analog to Digital Converter，简称ADC）可处理的信号动态范围内。数模转换器把模拟信号转换为数字信号，以供数字基带处理器（Baseband，简称BB）处理。
上述单一频率合成器，用于基于上述LTE多样化接收机进行前端处理所得前端处理结果，进行至少包括多模数分频、鉴相、振荡、低通滤波与调制操作中任意多种的频率合成处理，并将所得频率合成结果发送至发射机。
需要说明的是，数字控制晶振（Digital ControledControlled Crystal OscilatorOscillator，简称DCXO)利用较为精确片外晶振，与片内振荡电路结合产生精确的26MHz频率信号作为频率合成器的参考源，压控振荡器（Voltage COntroled Ocsilator，简称VCO）产生的频率信号经过模拟除发器除2后由多模式除发器（Multi-Modulas Divider，简称MMD)后的26MHz频率信号，通过鉴相器（Phase Frequency Detector，简称PFD）与数控晶振产生的参考源比较，它们的频率和相位的不同之处通过电压泵（Charge Pump,CP）转化为电压，来反馈调整压控振荡器的电压，从而输出稳定精确的频率信号，为抑制数字多磨分频器引入的杂扰，在电压泵和压控振荡器之间加环路滤波器（Loop Filter，简称LP）。自动频率控制（Automatic Frequency Control，简称AFC），对压控振荡器在锁定之前的频率进行粗调。Delata-Sigma调制器（Delat-Sigma Modulator，简称DSM）通过调整多模分频器的分频倍数，引入调制信号。为GMSK的频率合成器直接调制模式使用。
上述发射机，用于基于频率合成器进行频率合成处理所得频率合成结果，进行至少包括射频DA转换、信号衰减与变频操作中任意多种的频率转换处理，并将频率转换处理所得频率转换结果（如频率为2300-2620MHz的高频信号、频率为1880-2025MHz的中频信号、以及频率为824-915MHz的低频信号），分别从高频输出端、中频输出端及低频输出端进行三端输出。
需要说明的是，高、中、低各波段的正交I输出和Q输出在变压器处相加，取消镜像信号，由于是差分设计，本振泄漏也在此处取消。中波段的本振正交I和Q输入信号频率为1880MHz到2025MHz，高波段的本振正交I和Q输入信号频率为23000MHz到2620MHz。在TD-SCDMA，TD-LTEh和EDGE模式，高波段和中波段部分分别接受由基带处理器而来的正交输入信号TXI和TXQ，RFDAC为射频数模转换器，后面有详细描述。在GMSK模式，调制信号直接由频率合成器的Delta-Sigma调制器接入，中频（PCS和DCS波段）RFDAC将有基带处理器编程为缓冲放大器，如图7d所示，而低频（GSM和EGSM）的GMSK信号将有功放驱动器直接输出。
具体地，如图5所示，上述LTE多样化接收机，包括并行设置的两个信号处理通道、以及配合设置在两个信号处理通道之间的功率探测器；每个信号处理通道，包括依次信号连接的LNA/ VGA、混频器、PGA/ LPF、以及并行设置的两个ADC，以及信号连接在LNA/ VGA输出端的至少为Q增强型和/或Q可调型的跟踪滤波器；
两个ADC的第一输出端，分别用作LTE多样化接收机的多样化正交I输出端RXI_diversity与多样化正交Q输出端RXQ_diversity、或者用作LTE接收机的正交I输出端RXI与接收机正交Q输出端RXQ；两个ADC的第二输出端相连，用于接收从频率合成器来的信号作为采样频率；功率探测器，连接在两个信号处理通道中LNA/VGA输出端之间；功率探测器的输出端，用于输出功率探测结果。
在将上述LTE多样化接收机用作单端输入的多频段接收机的实现过程中，由于没有前端的滤波器，低噪声放大器（LNA）的前端跨导级（Gm）不仅能够放大微弱信号，同时在面对功率高达0dBm的带外干扰信号（Blocker）时，不能失真。为此，可以采取AB类和A类复合型跨导级，当带外干扰信号来临是，由AB类提供更多的电流来保证不失真，而由A类跨导级来保证小信号线性度和灵敏度。
可变增益放大器（VGA）用来保证接收机的动态范围。射频滤波器位于LNA输出端，由输出电感，电容库和负跨导三部分组成，1880～2620MHz目标频段比较有利于较高Q值片内电感的实现，频率不是很高而且电感值不用太大以至于需要很大的芯片面积，电容库用来调整目标频段，负跨导可以把整体Q值提高到20 以上。同时结合占空比25%本地振荡器信号被动混频器和之后的中频滤波，整体达到20dBc的20MHz带外信号抑制能力，能够达到***指标要求。
如图5所示，上述频率合成器，包括与每个信号处理通道中的两个ADC连接的MMD，与每个信号处理通道中的混频器连接的接收本振产生器，分别与MMD及接收本振产生器连接的发射本振产生器，依次与发射本振产生器连接的自动频率控制器、PFD/CP、以及数控晶振，以及分别与自动频率控制器及PFD/CP连接的调制器。
在将频率合成器用作单一频率合成器的过程中，因为TD-LTE和TD-SCDMA都是时分双工（time division duplex TDD）的***，接收发射分时（不同时）进行，所以接收器和发射器可以使用同一频率合成器，与双频率合成器***相比减少***复杂程度，同时由于减少芯片面积减少了成本。
如图5所示，上述发射机包括与发射本振产生器的1880-2025MHz射频信号输出端连接的中频发射单元，与发射本振产生器的2300-2620MHz射频信号输出端连接的高频发射单元，以及与发射本振产生器的低频射频信号输出端连接的低频发射单元；
高频发射单元的第一输入端与中频发射单元的第一输入端，为发射机正交输入端TXI；高频发射单元的第二输入端与中频发射单元的第二输入端，为发射机正交输入端TXQ。
上述高频发射单元，包括并行设置的两个RFDAC，以及原边与两个RFDAC的输出端交叉连接的高波段变压器；中频发射单元，包括并行设置的两个RFDAC，以及原边与两个RFDAC的输出端交叉连接的中波段变压器；低频发射单元，包括功放驱动器（PAD），以及与PAD的输出端连接的低波段变压器。
这里，发射机可以作为三输出发射器，如图4所示，由于发射机输出频谱纯净度，效率和线性度的要求，片外分为独立高频、中频和低频三路，高频的B38和B40，中频的B2，B3，B34和39，以及低频B5和B8。同样道理片内的信号通道也分为独立高频、中频和低频三路，以便单独优化设计。
基于图5所示的多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端收发***，可以构成如图4所示的多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端***。在图4中，采用频率合成器，对多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端收发***的前端部分进行优化；例如，可以兼容TD-LTE标准、TD-SCDMA标准与Quad-GSM标准等。
其中，接收机使用片内可校正、可重构的跟踪滤波器，这样，波段2、3、5、8、34、38、39和40，频率信号从869MHz到2620MHz共用同一个输入端，经由片内Q增强型的滤波器，根据接收频段不同对信号进行选择，与图1所示的现有技术相比，减小了11个声表面滤波器，从而减小了成本；芯片包装减小了10个接收机输入端，从而减小了***的复杂度和提高了***的可行性；然而这样的接收机需要面对高线性低噪声前端器件的设计和片内滤波处理的问题。
图6可以显示片***频滤波器的校正过程，图中深色模块为在校正过程中激活的功能模块，此时前端模块通过增加负跨导值编程为振荡器，振荡器频率与频率合成器信号混频后输出基带中频信号，由基带电路来检测频率，通过调整前端的电容库来设定射频滤波器，设定后通过减小负跨导使前端器件离开震荡状态，进入放大状态。此时射频滤波器Q值最高，滤波器的选择性最好，如图7a所示滤波器的Q值可以从3提高到100左右。
如图7b所示，在上述跟踪滤波器内部（即跟踪滤波器的芯片内部，Chip Inside），设有片内Q值矫正单元；片内Q值矫正单元，包括低噪声放大器（LNA）、滤波模块、本振产生器（Local Oscilator）、比较器与数字矫正中央控制器（Digital Calibration Engine）；其中：LNA的输出端，分别与滤波模块的输入端、以及比较器的第一输入端连接；本振产生器的输出端与比较器的第二输入端连接，比较器的输出端与数字矫正中央控制器的输入端连接，数字矫正中央控制器的输出端与滤波模块的控制端连接。
在图7b中，对跟踪滤波器的Q值进行校正，数字校正发动机控制整个校正过程和时序，校正过程包括：
⑴把LNA输入端从天线断开，通过增加负跨导把滤波器编程为振荡器；
⑵把本地振荡器（即本振产生器）编程为期望频段的中心频率。
通过混频器的中频输出端DC直流偏置检测到振荡器的起振。
减小负跨导值，直到前端振荡消失，记录负跨导值设置。
增加一个固定的负跨导值设置余量来保证前端放大滤波稳定。此时Q值最佳。
如图7c所示，每个RFDAC，用于接收由BBIC提供的时钟为ClockBB的数据，包括依次与BBIC信号连接的DAC及混频器。
图7c可以显示上述实施例采用的RF-DAC式的发射机电路，使用fLO/2频率来作为DAC的采样频率，这样DAC采样频率2倍频fLO为输出信号，不须滤除，可以与发射机输出信号直接叠加后输出，增强了输出信号功率，而3倍频以上的DAC重复频谱由于频率很高，可以由输出端射频变压器的选择性滤除，这样***不需要低通滤波器，也不需要电流电压的转换接口模块，从而与传统的发射机相比，减小了功耗和噪声。由于采用数字化单元设计，多单元的加权可以驱动片外的功放，所以此***也不需要功放驱动器（PAD）模块。
如图7d所示，每个RFDAC单元还包括数字控制单元，数字控制单元分别与DAC及混频器信号连接；在Quad-GSM模式，数字控制单元，用于采用编程的方式，将TD-LTD模式与TD-SCDMA模式的数据线断开，使RFDAC的混频及DA转换功能暂停，仅实现对LOGEN来到信号Lop和Lon的缓冲放大功能。
在Quad-GSM模式，为了满足严格***的噪声的要求，也由于此模式信号带宽200KHz较窄，比较适于基带信号直接调制频率合成器的方式，所以此模式发射机不需要数模转换器，为了与其他模式共用中频段（MB）输出模块及片内变压器，可以采用可编程的方式，通过数字控制单元把数模转换器编程为输出缓冲器。可以把其他模式使用的数据线断开，把DAC单元的器件接入固定电平，如高电平给NMOS，使之处于导通状态，此时，RF-DAC没有混频和数模转换功能，只有对LOGEN来到信号Lop和Lon的缓冲放大功能。
以下为各种不同模式的***框图，深色的功能模块为该模式时需要激活的模块，浅色的模块在此模式时关闭，以节省电流。各种模式时频率合成器产生相应模式的频率信号，所有接收和发射相关的模块都设置为该模式的频率及带宽。
在图7e和图7f中，采用单端输入共删放大器设计，输入从器件M1的源极加入，漏极输出，它的的输入阻抗匹配是宽带的，只要满足1/g 
，
为M1的跨导。但是，共删设计的缺点是噪声系数（Noise Figure）大于3dB，所以我们采用热噪声取消的设计，增加共源的器件M2，信号从M2删极进入，漏极输出，这样M1的删极热噪声Vn1经由M1的源极在M2的删极相位不变，然而在M2的漏极相位相反，经由级联器件相位不变，输出端OUTn的相位与Vn1相反，同时Vn1经由M1的漏极相位反向，经由级联器件会在输出端OUTp的相位也与Vn1相反，这样M1的删极热噪声Vn1在差分输出端OUTp和OUTn体现为共模噪声，从而抑制抵消。为了使噪声抵消，必须满足：
；
其中，
为器件通道热噪声系数。为了减小对NF的影响，设计
>,同时
>
。这样同时实现了抑制噪声和单端输入到差分输出的转换。
峰值探测器（Peak Detector）用来探测输入信号的大小，由于它连接在没有频率选择性的输入端，能够感知到带外的大信号，当干扰信号超过阈值时，接入更多的输入器件M1和M2（如虚线所示），降低他们的直流偏置，使其工作在class AB模式，而不是通常的class A模式，AB模式是电流模式，当信号太大，电压域受电源电压的限制没有空间时，采用电流模式使信号不至于饱和。
另外，输出电感并接电容库，针对不同的频段通过控制信号Band进行调整，使输出端有频率的选择性，滤除带外干扰，由于片内电感的品质因数都不高，通常Q值在10，当增加电容值把***设置为低频段时，有效Q值最低，因为
，其中
为调节的频率，
为电感的寄生电阻。Q值接近3，对带外干扰没有太多的抑制效果，所有我们使用
值增强技术，如图7e右边所示，使用负跨导产生
与输出腔有效阻抗Rp并联，因为：
当
值增加到1/Rp时，
的理论值为无穷大，会使这个放大器开始振荡。
因为，不同的频段所需的-
值都不同，如图9所示，我们设计可数字编程控制的-模块，根据不同的频段，设置不同的-
值，使Q值最大化，而不振荡。因为，
；
所以最低频段的Rp值最小，所以需要最大的
值。
在图7g中，采用两个措施来应对带外大信号干扰，首先采用峰值探测器和CLASS AB电流域设计使放大器不至饱和，如右侧部分所示，峰值探测器报警后通过控制信号Bias_BLK和BLK来设置class AB模式。此时由于是大信号模式，电流较大，输入的阻抗匹配不再重要。其次通过Q增强型的输出LC腔来选择接收信号，滤除干扰信号，使之不能进入下一个模块，下变频混频器：
上述实施例的多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端收发***，鉴于传统的低噪声放大器的问题和不足，采用一个单端输入，使用单一电感，满足噪声性能，同时能够滤除带外大信号，覆盖TD-LTE、TD-SCDMA和四波段GSM的宽带放大器。
图8-图12为各种不同模式的***框图，深色的功能模块为该模式时需要激活的模块，浅色的模块在吃模式时关闭，以节省电流。各种模式时频率合成器产生相应模式的频率信号，所有接收和发射相关的模块都设置为该模式的频率及带宽。
在图8中，涉及的波段包括：
Band 34: 2010~2025MHz (TD-SCDMA)；
Band 39 S: 1900~1920MHz (TD-SCDMA)。
在图9中，涉及的波段包括：
Band 40: 2300~2400MHz (TD-SCDMA)。
在图10中，涉及的波段包括：
Band 38: 2570~2620MHz (TD-LTE)。
在图11中，涉及的波段包括：
Band 39 F: 1880~1900MHz (TD-LTE)。
在图12中，涉及的波段包括：
Band 2: 1930~1990MHz RX, 1850-1910MHz TX (PCS)；
Band 3: 1805~1880MHz RX, 1710-1785MHz TX (DCS)；
Band 5: 869~894MHz RX, 824~849MHz TX (EGSM)；
Band 8: 925~960MHz RX, 880~915MHz TX (GSM)。
在Quad-GSM模式，为了满足严格***的噪声的要求，也由于此模式信号带宽200KHz较窄，比较适于基带信号直接调制频率合成器的方式，所以此模式发射机不需要数模转换器，为了与其他模式共用中频段（MB）输出模块及片内变压器，可以采用可编程的方式，通过数字控制单元把数模转换器编程为输出缓冲器。如图7d所示，把其他模式使用的数据线断开，把DAC单元的器件接入固定电平，如高电平给NMOS，使之处于导通状态，此时，RF-DAC没有混频和数模转换功能，只有对LOGEN来到信号Lop和Lon的缓冲放大功能。
上述实施例的多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端收发***，鉴于传统的低噪声放大器的问题和不足，采用一个单端输入，使用单一电感，满足噪声性能，同时能够滤除带外大信号，覆盖TD-LTE、TD-SCDMA和四波段GSM的宽带放大器。
上述实施例的本实用新型多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端收发***，至少可以达到以下有益效果：
⑴要求片外器件少，降低***成本；
⑵芯片管脚少，减小***复杂度，降低成本；
⑶个性化，专一TD设计，优化了性能，单一频率合成器方案，减少成本而减少复杂度；
⑷接收机前端现场校正，提高了性能；
⑸***方案与现有2G***兼容，缩短上市时间。
射频前端收发***的应用***（即射频前端***）实施例
基于射频前端收发***实施例，本实施例提供了基于射频前端收发***的应用***之一，即基于射频前端收发***的多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端***。
如图4所示，本实施例的多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端***，包括BBIC，与BBIC信号连接、用于实现多频段信号收发、且基于射频前端收发***的射频集成电路RFIC，分别与RFIC信号连接的多频段功率放大器PA，分别与RFIC及多频段PA信号连接的高功率RF开关，以及分别与RFIC及高功率RF开关信号连接的天线。
这里，上述高功率RF开关，至少包括高功率单刀5掷开关SP5T；多频段PA，包括并行信号连接在RFIC与SP5T之间的34及49波段PA、38及40波段PA、以及800-900MHz波段PA。
在图4中，采用单一频率合成器，对多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端***的前端部分进行优化；例如，可以兼容TD-LTE标准、TD-SCDMA标准与Quad-GSM标准等。
其中，接收机使用片内可校正、可重构的跟踪滤波器，这样，波段2、3、5、8、34、38、39和40，频率信号从869MHz到2620MHz共用同一个输入端，经由片内Q增强型的滤波器，根据接收频段不同对信号进行选择，与图3所示的现有技术相比，减小了11个声表面滤波器，从而减小了成本；芯片包装减小了10个接收机输入端，从而减小了***的复杂度和提高了***的可行性；然而这样的接收机需要面对高线性低噪声前端器件的设计和片内滤波处理的问题。
在图4中，使用的器件名称和型号包括：
34、49波段功率放大器（B34,B39 PA；Skyworks SKY77712）；
38、40波段功率放大器（B38,B40PA；Skyworks SKY77441）；
800-900MHz高线性功率放大器（B5,B8 PA；Skyworks SKY65126-21）；
高功率单刀5掷开关（High-Power Single Pole Five Throw，SP5T；Skyworks，SKY13415-485LF）；
LTE基带芯片（BBIC，TD-LTE/TD-SCDMA/GSM Baseband Modem，Spreadtrum，SC9610）；
Band 2: 1930~1990MHz RX, 1850-1910MHz TX (PCS)；
Band 3: 1805~1880MHz RX, 1710-1785MHz TX (DCS)；
Band 5: 869~894MHz RX, 824~849MHz TX (EGSM)；
Band 8: 925~960MHz RX, 880~915MHz TX (GSM)；
Band 34: 2010~2025MHz (TD-SCDMA)；
Band 38: 2570~2620MHz (TD-LTE)；
Band 39 F: 1880~1900MHz (TD-LTE)；
Band 39 S: 1900~1920MHz (TD-SCDMA)；
Band 40: 2300~2400MHz (TD-SCDMA)。
在上述射频前端***实施例中，关于RFIC的内部结构及性能，可参见图5-图12及射频前端收发***实施例的相关说明，在此不再赘述。
最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端收发***，其特征在于，包括：
LTE多样化接收机，用于对预设频谱的射频信号，进行至少包括跟踪滤波、混频、可变增益中频和/或低噪声放大、功率探测与AD转换操作中任意多种的前端处理；
单一频率合成器，用于基于所述LTE多样化接收机进行前端处理所得前端处理结果，进行至少包括多模数分频、鉴相、振荡、低通滤波与调制操作中任意多种的频率合成处理；
所述发射机，用于基于所述单一频率合成器进行频率合成处理所得频率合成结果，进行至少包括射频DA转换、信号衰减与变频操作中任意多种的频率转换处理，并将频率转换处理所得频率转换结果，分别从高频输出端、中频输出端及低频输出端进行三端输出。
2.根据权利要求1所述的多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端收发***，其特征在于，所述LTE多样化接收机，包括并行设置的两个信号处理通道、以及配合设置在所述两个信号处理通道之间的功率探测器；
每个信号处理通道，包括依次信号连接的LNA/ VGA、混频器、PGA/ LPF、以及并行设置的两个ADC，以及信号连接在LNA/ VGA输出端的至少为Q增强型和/或Q可调型的跟踪滤波器；
所述两个ADC的第一输出端，分别用作LTE多样化接收机的多样化正交I输出端RXI_diversity与多样化正交Q输出端RXQ_diversity、或者用作LTE接收机的正交I输出端IRXI与接收机正交Q输出端RXQ；两个ADC的第二输出端相连，用于接收从频率合成器来的信号作为采样频率；
所述功率探测器，连接在两个信号处理通道中LNA/VGA输出端之间；功率探测器的输出端，用于输出功率探测结果。
3.根据权利要求2所述的多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端收发***，其特征在于，在所述跟踪滤波器内部，设有片内Q值矫正单元；所述片内Q值矫正单元，包括LNA、滤波模块、本振产生器、比较器与数字矫正中央控制器；其中：
所述LNA的输出端，分别与滤波模块的输入端、以及比较器的第一输入端连接；本振产生器的输出端与比较器的第二输入端连接，比较器的输出端与数字矫正中央控制器的输入端连接，数字矫正中央控制器的输出端与滤波模块的控制端连接。
4.根据权利要求1所述的多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端收发***，其特征在于，所述单一频率合成器，包括与每个信号处理通道中的两个ADC连接的MMD，与每个信号处理通道中的混频器连接的接收本振产生器，分别与所述MMD及接收本振产生器连接的发射本振产生器，依次与发射本振产生器连接的自动频率控制器、PFD/CP、以及数控晶振，以及分别与自动频率控制器及PFD/CP连接的调制器。
5.根据权利要求4所述的多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端收发***，其特征在于，所述发射机包括与发射本振产生器的1880-2025MHz射频信号输出端连接的中频发射单元，与发射本振产生器的2300-2620MHz射频信号输出端连接的高频发射单元，以及与发射本振产生器的低频射频信号输出端连接的低频发射单元；
所述高频发射单元的第一输入端与中频发射单元的第一输入端，为发射机正交输入端TXI；高频发射单元的第二输入端与中频发射单元的第二输入端，为发射机正交输入端TXQ。
6.根据权利要求5所述的多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端收发***，其特征在于，所述高频发射单元，包括并行设置的两个RFDAC，以及原边与所述两个RFDAC的输出端交叉连接的高波段变压器；
所述中频发射单元，包括并行设置的两个RFDAC，以及原边与所述两个RFDAC的输出端交叉连接的中波段变压器；
所述低频发射单元，包括功放驱动器PAD，以及与所述PAD的输出端连接的低波段变压器。
7.根据权利要求6所述的多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端收发***，其特征在于，每个RFDAC，用于接收由BBIC提供的时钟为ClockBB的数据，包括依次与BBIC信号连接的DAC及混频器。
8.根据权利要求7所述的多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端收发***，其特征在于，每个RFDAC单元还包括数字控制单元，所述数字控制单元分别与DAC及混频器信号连接；
在Quad-GSM模式，所述数字控制单元，用于采用编程的方式，将TD-LTD模式与TD-SCDMA模式的数据线断开，使RFDAC的混频及DA转换功能暂停，仅实现对LOGEN来到信号Lop和Lon的缓冲放大功能。
9.基于根据权利要求1所述的多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端收发***的应用，其特征在于，至少包括多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端***；
该多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端***，包括基带处理芯片BBIC，与所述BBIC信号连接、用于实现多频段信号收发、且基于所述射频前端收发***的射频集成电路RFIC，分别与所述RFIC信号连接的多频段功率放大器PA，分别与RFIC及多频段PA信号连接的高功率RF开关，以及分别与RFIC及高功率RF开关信号连接的天线。
10.根据权利要求9所述的多标准全兼容移动用户终端芯片的射频前端收发***的应用，其特征在于，所述高功率RF开关，至少包括高功率单刀5掷开关SP5T；所述多频段PA，包括并行信号连接在RFIC与SP5T之间的34及49波段PA、38及40波段PA、以及800-900MHz波段PA。
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