CN101159441B - 无线收发器的前端电路结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线收发器的前端电路结构，尤指一种可达到阻抗匹配及减少芯片脚位数目的前端电路结构，主要包括有一天线单元、一接收单元及一发射区块，其中接收单元、天线单元及发射区块彼此电性相连接，而在天线单元及接收单元之间未设置切换单元，使得接收信号可直接由天线单元传送至接收单元，以避免接收路径因为经过切换单元所造成的噪声指数的增加，并有利于提高接收路径的灵敏度。

Description

无线收发器的前端电路结构 
技术领域
本发明涉及一种无线收发器的前端电路结构，特别是涉及一种可达到阻抗匹配及减少芯片脚位数目的前端电路结构。 
背景技术
请参考图1，为常用无线收发器的方块示意图。无线收发器(transceiver)包括有前端电路构造10及后端电路结构，前端电路结构10为一用以发射及接收无线信号的结构，并包括有天线单元11、收发开关13、接收单元171及发射单元173，其中接收单元171及发射单元173整合于同一芯片17内部。 
收发开关13主要是作为无线收发器的发射或接收的控制开关，在以无线收发器的前端电路结构10接收无线信号时，可将收发开关13切换至a端，使得天线单元11经由收发开关13与接收单元171电性连接，并将天线单元11所接收的无线信号传送至接收单元171。反之，在以无线收发器的前端电路结构10发射无线信号时，便可将收发开关13切换至b端，使得天线单元11经由收发开关13而与发射单元173电性连接，并将发射单元173所传送的发射信号传送至天线单元11。 
再有，为了减少信号在传输过程中造成损失，一般会在天线单元11内设置有一第一外部匹配电路113，并在天线单元11与接收单元171之间设置有一第二外部匹配电路151，而天线单元11与发射单元173之间则设置有一第三外部匹配电路153。借助第一外部匹配电路113、第二外部匹配电路151及第三外部匹配电路153的设置，将可使天线单元11分别与接收单元171及发射单元173达到阻抗匹配。 
请参考图2，为另一种常用无线收发器的方块示意图。无线收发器同样包括有前端电路结构20及后端电路结构，与上述前端电路结构10相异之处在于，前端电路结构20中收发开关23、接收单元271及发射单元273是整合在芯片27内部，以简化前端电路结构20。将收发开关23设置在芯片27内部虽然可 简化前端电路结构20，但也会造成芯片27的脚位数目(pin count)增加。 
此外，上述的前端电路结构10/20中，都是通过收发开关13/23来控制前端电路结构10/20的发射或接收，且在接收或发射的过程中信号都会经过收发开关13/23。然而信号在经过收发开关13/23时势必会有所损耗，在接收信号时将会造成噪声指数(Noise Figure)的增加，而在发射信号时则可能会使得输出功率(Output Power)无法有效提升，造成前端电路结构10/20无法适用于需要低噪声指数或高输出功率的无线收发器。 
发明内容
本发明提供一种无线收发器的前端电路结构，不仅可降低芯片的脚位数目(pin count)，更可适应使用上的需要而选择降低接收路径的噪声指数或提高发射路径的输出功率。 
本发明的主要目的在于提供一种无线收发器的前端电路结构，其中接收单元与天线单元的接收路径上未设置切换单元(Switch)，可以避免接收路径因为经过切换单元所造成的噪声指数的增加。 
本发明的次要目的在于提供一种无线收发器的前端电路结构，其中发射单元与天线单元的发射路径上未设置切换单元(Switch)，而有利于发射路径输出功率的提升。 
本发明的又一目的在于提供一种无线收发器的前端电路结构，其中切换单元、第二匹配电路、发射单元及接收单元都设置于同一芯片内，借此可减少芯片上的脚位数目，并可视阻抗匹配等其它情形选择是否需要设置第二匹配电路。 
本发明的又一目的在于提供一种无线收发器的前端电路结构，其中第二匹配电路设置于发射区块内部，以降低接收路径的噪声指数(Noise Figure)，并使得天线单元分别与发射路径与接收路径达到阻抗匹配。 
本发明的又一目的在于提供一种无线收发器的前端电路结构，其中第二匹配电路设置于接收区块内部，使发射路径具有较高的输出功率(OutputPower)，并使得天线单元分别与发射路径及接收路径达到阻抗匹配。 
为了实现上述目的，本发明提供一种无线收发器的前端电路结构，主要包括有：一天线单元，包括有一天线及一第一匹配电路；一接收单元，连接天线单元，该接收单元在该前端电路结构发送无线信号时关闭；及一发射区块，连接天线单元及接收单元，并包括有一发射单元及一第一切换单元，在该前端电路结构发送无线信号时，该第一切换单元切换为通路，使该发射区块与该天线单元及接收单元建立连接，在该前端电路结构接收无线信号时，该第一切换单元切换为断路，使得该发射区块断开与该天线单元及接收单元的连接，接收单元及发射区块设置于一芯片内部，并使得天线单元分别与接收单元及发射区块达到阻抗匹配。 
本发明还提供一种无线收发器的前端电路结构，主要包括有：一天线单元，包括有一天线及一第一匹配电路；一发射单元，连接天线单元，该发射单元在该前端电路结构接收无线信号时关闭；及一接收区块，连接天线单元及发射单元，并包括有一接收单元及一第一切换单元，在该前端电路结构接收无线信号时，该第一切换单元切换为通路，使该接收区块与该天线单元及发射单元建立连接，在该前端电路结构发送无线信号时，该第一切换单元切换为断路，使得该接收区块断开与该天线单元及发射单元的连接，其中接收区块及发射单元设置于一芯片内部，并使得天线单元分别与接收区块及发射单元达到阻抗匹配。 
附图说明
图1为常用无线收发器的前端电路结构的方块示意图； 
图2为常用无线收发器的前端电路结构的方块示意图； 
图3为本发明无线收发器的前端电路结构一较佳实施例的方块示意图； 
图4为本发明无线收发器的前端电路结构又一实施例的方块示意图； 
图5为本发明无线收发器的前端电路结构又一实施例的方块示意图； 
图6为本发明无线收发器的前端电路结构又一实施例的方块示意图； 
图7为本发明无线收发器的前端电路结构又一实施例的方块示意图； 
图8为本发明无线收发器的前端电路结构又一实施例的方块示意图； 
图9为本发明无线收发器的前端电路结构又一实施例的方块示意图。 
其中，附图标记： 
10     前端电路结构    11  天线单元        113 第一匹配电路 
13     收发开关        151 第二匹配电路    153 第三匹配电路 
17、27 芯片            171 接收单元        173 发射单元 
20     前端电路结构    23  收发开关        271 接收单元      273 发射单元 
30    前端电路结构    300  前端电路结构 
31  天线单元          311  天线 
313  第一匹配电路     33  发射区块 
330  发射区块         331  第二匹配电路 
333  第一切换单元     35    发射单元 
351  放大器           37  接收单元 
37 1  放大器          373  混波器 
39  芯片              391  脚位 
40  前端电路结构      400  前端电路结构 
43  接收区块          430  接收区块 
45  发射单元          47  接收单元 
49  芯片              491  脚位 
50  前端电路结构      51    第一天线单元 
511  天线             513  第一匹配电路 
52  第二天线单元      521  天线 
523  第三匹配电路     53  发射区块 
531  第二匹配电路     533  第一切换单元 
54  第二切换单元      55  发射单元 
57  接收单元          59  芯片 
591  脚位             593  脚位 
60  前端电路结构      63  接收区块 
65  发射单元          69  芯片 
70  前端电路结构      71  天线单元 
73  接收区块          731  第二匹配电路 
733  第一切换单元     733 1第一切换开关 
7333第二切换开关      75  发射单元 
77  接收单元          79  芯片 
791  脚位             793  脚位 
具体实施方式
首先，请参考图3，为本发明无线收发器一较佳实施例的方块示意图。无线收发器(transceiver)包括有一前端电路结构30及后端电路结构，其中前端电路结构30包括有一天线单元31、一接收单元37及一发射区块33的连接。 
前端电路结构30的天线单元31包括有一天线311及一第一匹配电路313，并作为无线收发器30接收或发射无线信号的传输接口。接收单元37及发射区块33设置于同一芯片39内部，并共享芯片39上的脚位(pin)391与天线单元31的第一匹配电路313相连接。在进行无线信号的接收步骤时，天线单元31可将所接收到的无线信号经由脚位391传送至芯片39；而在进行无线信号的发送时，芯片39则经由脚位391将信号传送至天线单元31。 
芯片39内设置有接收单元37及发射区块33，接收单元37及发射区块33在芯片39内部相连接，并经由同一个脚位391与天线单元31连接，以减少芯片39上的脚位数目(pin count)。发射区块33包括有一第一切换单元(Switch)333、一第二匹配电路331及一发射单元35，其中第一切换单元333是用来切换前端电路结构30的工作状态，例如发射或接收信号。 
在前端电路结构30进行无线信号的接收时，可将第一切换单元333切换为断路，使得发射区块33及发射单元35不与天线单元31电性连接，而天线单元31所接收的无线信号将会直接由接收路径PATH r传送到接收单元37。接收单元37包括有一混波器(mixer)373及一放大器371，例如低噪声放大器(Low Noise Amplifier；LNA)，其中放大器371是用以将所接收的信号进行放大，而混波器373则用以将放大后的信号转换为中频或低频信号，以利于后端电路结构进行信号处理。 
反之，在以前端电路结构30发送信号时，便可以将第一切换单元333切换为通路，使得发射区块33与天线单元31电性连接，并配合将接收单元37关闭，例如停止供应工作电源至接收单元37，则发射区块33会将信号传送至天线单元31。发射单元35包括有一放大器351，例如功率放大器(poweramplifier；PA)，并通过放大器351将后端电路结构所传送的信号进行放大，再将放大后的信号经由第二匹配电路331及第一切换单元333传送至天线单元31，以进行无线信号的发送。 
在本发明中天线单元31内设置有第一匹配电路313，发射区块33内则设 第二匹配电路331，借助第一匹配电路313及第二匹配电路331的设置，将可进行电路阻抗的调整，使得天线单元31分别与接收单元37及发射区块33达到阻抗匹配(impedance matching)。例如设计第二匹配电路331使得接收路径PATH r的阻抗与发射路径PATH t的阻抗相近，可使发射区块33与接收单元37通过芯片脚位391共享第一匹配电路313。一般来说阻抗匹配电路313/331可由变压器、电阻、电容及/或电感所构成。 
在本发明实施例中主要是将第一切换单元333及第二匹配电路331设置于发射区块33内，使得发射单元35与天线单元31之间的发射路径PATH t上设置有第一切换单元333及第二匹配电路331，以进行前端电路结构30的工作状态的切换。在接收单元37与天线单元31的接收路径PATH r上则未设置有切换单元及/或匹配电路，避免因加入切换单元所造成的电性损耗，可使得接收单元37的噪声指数(Noise Figure)较低，这样，前端电路结构30将可适用于对接收信号的质量要求较高的无线收发器。此外，前端电路结构30在进行信号的接收时，第一切换单元333是呈现一断路的状态，因此接收单元37将不会与发射区块33或发射单元35电性连接，可更进一步提高接收单元37的接收质量。 
当然发射区块33内部所设置的第二匹配电路331及第一切换单元333的设置位置可以交换，例如：使得发射单元35依序经由第二匹配电路331及第一切换单元333与天线单元31电性连接，或使得发射单元35依序经由第一切换单元333及第二匹配电路331与天线单元31电性连接。 
请参考图4，为本发明无线收发器又一实施例的方块示意图。无线收发器同样包括有一前端电路结构40及后端电路结构，其中前端电路结构40包括有一天线单元31、一接收区块43及一发射单元45的连接。 
接收区块43及发射单元45设置在同一个芯片49内部，并经由芯片49上的脚位491与天线单元31相连接。在本发明实施例中，接收区块43包括有一接收单元47、一第二匹配电路331及第一切换单元333，并使得接收单元47依序经由第二匹配电路331及第一切换单元333与天线单元31及发射单元45电性连接，其中第一切换单元333及第二匹配电路331的设置顺序可加以交换。 
在本发明实施例中，同样可以第一切换单元333来改变前端电路结构40 的工作状态，例如当第一切换单元333为断路时，发射单元45可将信号传送至天线单元31，并以天线单元31进行信号的发送，反之，当第一切换单元333为通路时，则暂停供应工作电源给发射单元45，而天线单元31所接收的信号将会经由第一切换单元333与第二匹配电路331而传送至接收单元47。 
第二匹配电路331及第一切换单元333设置于接收区块43内，而发射单元45与天线单元31之间则末设置切换单元及/或匹配电路，使得发射单元45所输出的信号可直接传送给天线单元31，并可避免发射单元45所输出的信号损耗在切换单元上，而有利于输出功率(Output Power)的提升。此外，借助第一匹配电路313及第二匹配电路331的设置，同样可使得天线单元31分别与接收区块43及发射单元45达到阻抗匹配。 
由于上述图3及图4所述的实施例各具有不同的特点，因此在使用时可依据无线收发器的需求选择不同的前端电路结构30/40，例如对于希望接收路径得到较低噪声指数的无线收发器来说，便可以选择图3所示的前端电路结构30；而对发射信号的输出功率要求较高的无线收发器来说，便可以选择图4所示的前端电路结构40。 
请参考图5及图6，分别为本发明又一实施例的方块示意图。如图所示，本发明实施例的前端电路结构300/400主要是将图3及图4所述的第二匹配电路331省略，也就是说，在发射区块330及接收区块430内部都未设置有第二匹配电路331。 
在本发明的实施例中，在未设置有第二匹配电路331时，接收路径PATH r的阻抗便与发射路径PAHT t的阻抗相近，因此在发射区块330及接收区块430内部都不用设置有第二匹配电路331，或者当第二匹配电路331的设置会增加芯片的面积或造成更多的信号损耗时，在成本或收发器的操作质量的考虑下，在发射区块330及接收区块430内部都不设置第二匹配电路331。 
在图5所述的前端电路结构300中，发射区块330内的第一切换单元333直接与发射单元35相连接，使得发射单元35通过第一切换单元333连接天线单元31及接收单元37；而在图6所述的前端电路结构400中，接收区块430内的第一切换单元333则与接收单元47相连接，使得接收单元47通过第一切换单元333连接天线单元31及发射单元45。 
请参考图7，为本发明前端电路结构又一实施例的方块示意图。如图所示， 前端电路结构50包括有两个天线单元(第一天线单元51及第二天线单元52)、一第二切换单元54、一发射区块53及一接收单元57，其中发射区块53及接收单元57借助第二切换单元54与第一天线单元51及第二天线单元52相连接。且发射区块53、接收单元57及第二切换单元54部设置于芯片59内部。 
在本发明实施例中天线单元的数目为两个，分别为第一天线单元51及第二天线单元52，并经由第二切换单元54与发射区块53及接收单元57相连接，以减少前端电路结构50在接收或发送信号的过程中出现死角，而有利于无线信号的接收或发送。借助第二切换单元54的使用，将可以在第一天线单元51及第二天线单元52中选择一个适当的天线单元进行信号的接收或发送，例如当第二切换单元54切换至a点时，前端电路结构50便可以第一天线单元51进行信号的发送或接收，反之，当第二切换单元54切换至b点时，前端电路结构50将会以第二天线单元52进行信号的接收或发射。 
上述第二切换单元54仅是用来选择第一天线单元51或第二天线单元52来进行信号的发送或接收。而发射区块53包括有第一切换单元533、第二匹配电路531及发射单元55，并以第一切换单元533来控制前端电路结构50的工作状态，例如发射或接收信号。 
第一天线单元51包括有一天线511及一第一匹配电路513；第二天线单元52则包括有一天线521及第三匹配电路523；而发射区块53则包括有一第二匹配电路531。借此将可以选择适当的第一匹配电路513、第二匹配电路531及第三匹配电路523，使得在选取第一天线单元51做信号收发时，第一天线单元51分别与发射区块53及接收单元57达到阻抗匹配，而在选取第二天线单元做信号收发时，第二天线单元52分别与发射区块53及接收单元57达到阻抗匹配。 
由于前端电路结构50还包括有一第二切换单元54，因此在进行阻抗匹配时便要进一步考虑第二切换单元54的阻抗，例如第二切换单元54可选择为一两路对称的切换单元，则当接收路径PATH r的阻抗与发射路径PAHT t的阻抗相近时，芯片59的第一脚位591上的阻抗Z1将与第二脚位593上的阻抗Z2相近。 
此外，接收单元57与第一天线单元51或第二天线单元52之间仅存在有第二切换单元54，而不另外设置其它切换单元或匹配电路，将有利于接收单 元57得到一个较小的噪声指数，并使得前端电路结构50可适用于对接收信号质量要求较高的无线收发器。 
请参考图8，为本发明前端电路结构又一实施例的方块示意图。如图所示，前端电路结构60包括有第一天线单元51、第二天线单元52、一第二切换单元54、一接收区块63及一发射单元65，具中接收区块63及发射单元65借助第二切换单元54与第一天线单元51及第二天线单元52相连接，并借助第二切换单元54进行第一天线单元51及第二天线单元52的选择。且接收区块63、发射单元65及第二切换单元54都设置于芯片69内部。 
上述前端电路结构60的工作状态(发射或接收)是由第一切换单元533来进行控制的，并可以适当的调整第一匹配电路513、第二匹配电路531及第三匹配电路523，使得在选取第一天线单元51做信号收发时，第一天线单元51分别与接收区块63及发射单元65达到阻抗匹配，而在选取第二天线单元做信号收发时，第二天线单元52分别与接收区块63及发射单元65达到阻抗匹配。 
发射单元65与第一天线单元51或第二天线单元52之间仅存在有第二切换单元54，而不另外设置其它切换单元或匹配电路，以使得发射单元65所输出的信号不会消耗在其它切换单元及/或匹配电路上，并可以得到一个较大的输出功率。 
最后，请参考图9，为本发明前端电路结构又一实施例的方块示意图。在本发明上述实施例中，主要是以单端的射频前端电路结构(single-end RFfront-end circuit)为说明实施例，然而在实际应用时也可将本发明应用在对称性的双端射频前端电路结构(differential RF front-end circuit)，如图9所示。 
在本发明实施例的前端电路结构70中，天线单元71与芯片79上的脚位791/793相连接，并经由脚位791/793连接接收区块73及发射单元75，其中接收区块73包括有接收单元77、第二匹配电路731及第一切换单元733，且第一切换单元733包括有第一切换开关7331及第二切换开关7333，借此将可以第一切换单元733切换前端电路结构70的工作状态，例如发射或接收信号，其中第一切换单元733及第二匹配电路731的设置顺序可加以交换，另外可视阻抗匹配等其它情形选择是否需要设置第二匹配电路。 
当然在本发明上述所有的实施例中都可以实际信号传输的需求，而选择以 单端的射频前端电路结构或双端射频前端电路结构进行信号的传输，并将图9所述的构件应用在图3至图8的实施例中。 
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。 

Claims (16)

1.一种无线收发器的前端电路结构，其特征在于，主要包括有：
一天线单元，包括有一天线及一第一匹配电路；
一接收单元，连接该天线单元，该接收单元在该前端电路结构发送无线信号时关闭；及
一发射区块，连接该天线单元及该接收单元，并包括有一发射单元及一第一切换单元，在该前端电路结构发送无线信号时，该第一切换单元切换为通路，使该发射区块与该天线单元及接收单元建立连接，在该前端电路结构接收无线信号时，该第一切换单元切换为断路，使得该发射区块断开与该天线单元及接收单元的连接；
其中该接收单元及该发射区块设置于一芯片内部。
2.根据权利要求1所述的前端电路结构，其特征在于，该发射区块还包括有一第二匹配电路，使得天线单元分别与接收单元及发射区块达到阻抗匹配。
3.根据权利要求2所述的前端电路结构，其特征在于，该发射单元依序通过该第一切换单元及该第二匹配电路连接该天线单元。
4.根据权利要求2所述的前端电路结构，其特征在于，该发射单元依序通过该第二匹配电路及该第一切换单元连接该天线单元。
5.根据权利要求2所述的前端电路结构，其特征在于，该天线单元的数目为两个，并通过一第二切换单元与该发射区块及该接收单元相连接。
6.根据权利要求5所述的前端电路结构，其特征在于，该天线单元包括有一第一天线单元及一第二天线单元。
7.根据权利要求6所述的前端电路结构，其特征在于，该第一天线单元及该第二天线单元通过该第二切换单元连接该发射区块及该接收单元。
8.根据权利要求2所述的前端电路结构，其特征在于，该第一切换单元包括有一第一切换开关及一第二切换开关。
9.一种无线收发器的前端电路结构，其特征在于，主要包括有：
一天线单元，包括有一天线及一第一匹配电路；
一发射单元，连接该天线单元，该发射单元在该前端电路结构接收无线信号时关闭；及
一接收区块，连接该天线单元及该发射单元，并包括有一接收单元及一第一切换单元，在该前端电路结构接收无线信号时，该第一切换单元切换为通路，使该接收区块与该天线单元及发射单元建立连接，在该前端电路结构发送无线信号时，该第一切换单元切换为断路，使得该接收区块断开与该天线单元及发射单元的连接；
其中该接收区块及该发射单元设置于一芯片内部。
10.根据权利要求9所述的前端电路结构，其特征在于，该接收区块还包括有一第二匹配电路，使得天线单元分别与接收区块及发射单元达到阻抗匹配。
11.根据权利要求10所述的前端电路结构，其特征在于，该接收单元依序通过该第一切换单元及该第二匹配电路连接该天线单元。
12.根据权利要求10所述的前端电路结构，其特征在于，该接收单元依序通过该第二匹配电路及该第一切换单元连接该天线单元。
13.根据权利要求10所述的前端电路结构，其特征在于，该天线单元的数目为两个，并通过一第二切换单元与该发射单元及该接收区块相连接。
14.根据权利要求13所述的前端电路结构，其特征在于，该天线单元包括有一第一天线单元及一第二天线单元。
15.根据权利要求14所述的前端电路结构，其特征在于，该第一天线单元及该第二天线单元通过该第二切换单元连接该发射单元及该接收区块。
16.根据权利要求10所述的前端电路结构，其特征在于，该第一切换单元包括有一第一切换开关及一第二切换开关。
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