CN101176266B - 前端模块及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种移动通信终端的前端模块(FEM)以及制造该FEM的方法。FEM包括线以及安装于衬底上的多频带RF开关单元，该线的一端连接到天线的输入端的接合盘，另一端连接到多频带RF开关单元的接合盘，该线产生用于信号通频带中的电感峰化的电感。

Description

前端模块及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种移动通信终端的前端模块以及制造该前端模块的方法。
背景技术
随着移动通信系统的发展，诸如蜂窝电话和个人数字助理之类的移动通信终端的使用迅速得到普及，且针对移动通信系统提供了可工作于诸如800MHz到1GHz以及1.5GHz到2.0GHz频带的收发器系统。
随着高性能小型移动通信终端的发展，集成、小型且重量轻的部件也得到了发展。
此外，正在开发新的用于移动通信终端的通信方法。例如，已经开发出使用单天线在不同的频带中进行通信的多频带天线，或已经开发出用于在多个频带上发送和接收信号的具有集成部件的多频带前端模块(FEM)。
图1示出了相关技术的双频带FEM 10的框图。
参考图1，FEM 10置于天线11和收发器端20之间。FEM 10包括静电放电(ESD)保护单元12、RF开关单元13以及滤波单元14。
ESD保护单元12保护RF开关单元13，使其免受来自天线11的输入端的静电放电输入的影响。
RF开关单元13从诸如增强型全球移动通信系统(EGSM)频带、数字蜂窝系统(DCS)频带以及个人通信业务(PCS)频带之类的多个频带中选择具体信道，并通过所选择的信道发送RF信号给天线11或收发器端20。
滤波单元14包括作为发送(Tx)滤波器的第一低通滤波器(LPF)15和第二LPF 16。滤波单元14还包括作为接收(Rx)滤波器的第一声表面波(SAW)滤波器17和第二SAW滤波器18。因此，滤波单元14可以对通过由RF开关单元13选择的信道所发送/接收的RF信号进行滤波。
第一LPF 15连接到EGSM Tx端子21，第二LPF 16连接到DCS Tx端子22。第一SAW滤波器17连接到DCS Rx端子23，第二SAW滤波器18连接到EGSM Rx端子24。
通过FEM 10来发送/接收的RF信号在通过诸如天线11、RF开关单元13以及滤波单元14之类的部件时，由这些部件所引起的插入损耗导致了这些RF信号的衰减。插入损耗对于发送和接收信号具有不良的影响，由此降低了使用FEM 10的通信终端的可靠性。
尽管在天线11和RF开关单元13之间可以使用片式电感器或片式电容器来减小FEM 10中的插入损耗，但是使用这样的片可能引起由该片的寄生成分以及在天线11的输入端的静电放电所导致的FEM 10的故障。此外，FEM 10的故障可能会缩短其寿命并降低FEM 10的可靠性。
发明内容
技术问题
本发明提供了一种能够通过在多频带的带内频率下产生电感峰化(inductive peaking)来减小插入损耗的前端模块，以及制造该前端模块的方法。
技术方案
本发明提供一种前端模块，该前端模块包括线，所述线连接到天线，以便于产生用于在一预定的频率范围内引起谐振的预定电感，本发明也提供一种用于制造该前端模块的方法。
本发明还提供一种前端模块，该前端模块包括连接到天线的线和连接到滤波单元的另一线，以便能够在预定的频率下产生谐振，本发明也提供一种用于制造该前端模块的方法。
有益效果
根据本发明的前端模块以及制造该前端模块的方法，利用线和前端模块中的寄生电容共同产生LC谐振，以便于减小多频带的带内频率下的插入损耗。
此外，所述前端模块可以具有简单的结构，从而使得该前端模块的制造方法简单。
而且，通过使用本发明的前端模块可以提高通信终端的可靠性。
附图说明
图1是根据相关技术的双频带前端模块(FEM)的框图。
图2是根据本发明的一个实施例的FEM的框图。
图3是根据本发明的一个实施例的FEM的截面图
图4是针对不同线长的增益频率曲线图。
图5是根据本发明的一个实施例的针对不同线长的FEM的S参数-频率曲线图，该图示出了在EGSM Tx频带内相对于线长的插入损耗减小。
图6是根据本发明的一个实施例的针对不同线长的FEM的S参数-频率曲线图，该图示出了在DCS及PCS Tx频带内相对于线长的插入损耗减小。
具体实施方式
现在将结合附图对前端模块(FEM)以及制造该FEM的方法进行描述，附图中示出了本发明的示范性实施例。
参考图2，FEM 100连接到通信终端的收发器端160，以发送和接收多个频带中的信号。
FEM 100可以是双频带、三频带或四频带FEM。例如，FEM 100可以被设计成在相对低的频带和相对高的频带中的至少两个频带上发送和接收信号。低频带的实例包括全球移动通信系统(GSM)频带和增强型全球移动通信系统(EGSM)频带，高频带的实例包括数字蜂窝系统(DCS)频带和个人通信业务(PCS)频带。
FEM 100设置于天线110和收发器端160之间。FEM 100包括静电放电(ESD)保护单元115、电感产生单元120、RF开关单元130、解码单元135以及滤波单元150。
ESD保护单元115保护RF开关单元130和FEM 100中的其它部件，使它们免受来自于天线110的输入端111的静电放电输入的影响。
电感产生单元120将天线110的输入端111电连接到RF开关单元130。电感产生单元120产生一电感。天线110的输入端111的电感由该电感产生单元120来控制。
由电感产生单元120产生的电感和在天线110的输入端111与RF开关单元130的输入端131之间产生的寄生电容成分共同产生LC谐振。
这里，寄生电容成分的大小可以影响电感产生单元120产生的电感的大小。因此，预先在天线110的输入端111与RF开关单元130的输入端131之间测量寄生电容成分，然后基于该测量结果来确定电感产生单元120的电感的大小。
电感产生单元120可以由线形成。在这种情况下，由于该电感产生单元120的电感与线的长度成比例，因此，根据所测量的寄生电容成分的大小，通过对线的长度进行选择，可以在预定的频率范围内发生LC谐振。因此，可以在多频带的带内频率范围内利用电感峰化现象。
如上所述，电感产生单元120的电感和寄生电容成分可以在预定的频带内产生LC谐振。也就是说，LC谐振频率可以被设置于多频带的带内频率范围内，这样，在希望的频带内可以减小插入损耗。这里，多频带的带内频率包括GSM、EGSM、DCS和PCS频带的Tx和Rx频率。
RF开关单元130具有1∶n的开关(SPnT)结构，如SPDT(单刀双掷)、SP4T和SP5T。FEM 100可以包括一个或多个RF开关单元。RF开关单元130执行开关操作，以便选择用于通过天线110来发送或接收RF信号的信道。
解码单元135控制RF开关单元130的开关操作和其它操作。解码单元135接收来自供电单元140的主电源电压Vcc以及控制电压Vctr 1、Vctr 2和Vctr 3。解码单元135利用主电源Vcc来驱动RF开关单元130，并利用控制电压Vctr 1、Vctr 2和Vctr 3来控制RF开关单元130的开关操作。这里，控制电压的数量可以根据RF开关单元130的Tx/Rx信道的数量而改变。
滤波单元150设置在RF开关单元130和收发器端160之间，以便于对在多个频带上发送或接收的RF信号进行滤波。为此，滤波单元150包括第一低通滤波器(LPF)151、第二LPF 152(至少两个LPF)、第一SAW滤波器153、第二SAW滤波器154以及第三SAW滤波器155。第一LPF 151对从EGSM Tx端子(Tx1)161发送的RF信号进行滤波；第二LPF 152对从DCS/PCS Tx端子(Tx2/Tx3)162发送的RF信号进行滤波。第一SAW滤波器153对RF信号进行滤波，并发送这些RF信号到EGSM Rx端子(Rx1)163；第二SAW滤波器154对RF信号进行滤波，并发送这些RF信号到DCS Rx端子(Rx2)164；第三SAW滤波器155对RF信号进行滤波，并发送这些RF信号到PCS Rx端子(Rx3)165。这里，SAW滤波器153、154和155为带通滤波器，其仅使在选择的频带内的频率通过。
RF开关单元130通过连接元件145电接合到各个滤波器151至155。连接元件145可以是线或接合图案等。
收发器端160包括EGSM Tx1 161、DCS/PCS Tx2/Tx3 162、EGSMRx1 163、DCS Rx2 164以及PCS Rx3 165。收发器端160接收来自FEM100的经过滤的RF信号或将RF信号发送到FEM 100。收发器端160还可以包括用于在GSM频带内操作的GSM Tx端子和GSM Rx端子。
图3为图2所示的FEM 100的截面图。
参考图3，ESD保护单元115和滤波单元150通过表面安装被安装在FEM衬底170上，RF开关单元130通过使用导电环氧树脂进行的晶片附着而被安装在该FEM衬底170上。
FEM衬底170可以具有多层结构。优选地，FEM衬底170可以使用印刷电路板(PCB)或低温共烧陶瓷(LTCC)板来形成。
电感产生单元120可以由至少一个线a1来形成。当电感产生单元120由两个或多个线形成时，这些线可以长度相同或长度不同。
线a1的两端分别与接合盘(bonding pad，焊盘)(或电极盘)171和132接合。接合盘171和132产生寄生电容，且该寄生电容的大小与接合盘171和132的尺寸成比例。
接合盘171与天线110的输入端111连接，接合盘132与RF开关单元130连接。接合盘171形成在FEM衬底170上，与天线110的输入端111及ESD保护单元115电连接。
电感产生单元120产生一电感，可以基于与接合盘171和132接合的线a1两端之间的距离d1来对该电感进行调节。例如，通过将线a1两端之间的距离从d1改变到d4，可以将线a1的长度调节到一个期望值。当电感产生单元120由两个或多个线形成时，由电感产生单元120产生的总电感可以确定为由各个线产生的电感的总和。
图4是通过将线a1增加到天线110的输入端111作为电感产生单元120来获得的增益频率曲线图。参考图4，线a1的电感根据其长度而变化。
当寄生成分低时，线a1可以产生高质量的电感。通常，线a1可以产生大约1nH/mm的电感。
电感的计算等式可以如下表示：
L(nH)(2sl[1n(2l/r)-1.0]
其中“l”是以厘米表示的线a1的长度，“r”是以厘米表示的线a1的半径。
例如，当l＝1mm且r＝12.7μm时，利用等式计算出的结果是0.8nH/mm。根据寄生电容的大小或多频带的带内频率范围，线a1的长度可以从0.5mm调节到1.5mm。
线a1(电感产生单元120)既被用作电路连接元件，又被用作电感峰化现象产生元件。
接合盘171和132的寄生电容与线a1的电感在特定频率范围产生LC谐振。因此，可以在诸如带内Tx频率或带内Rx频率之类的特定频率下利用电感峰化现象。
线a1(电感产生单元120)的电感和长度对应于接合盘171和132的寄生电容。
FEM 100可以通过将LC谐振频率设置为多频带的带内Tx或Rx频率来以更小的插入损耗发送信号，其中LC谐振频率由电感产生单元120的电感与接合盘171和132的电容产生。
由于接合有线a1的接合盘171和132呈现为产生寄生电容的并联电容器，因此三阶峰化滤波器可以由并联电容器-串联电感器-并联电容器的结构来形成。三阶峰化滤波器可以在通频带中产生电感峰化。也就是说，可以通过改变线a1的长度来调节线a1的电感，以将LC谐振频率设置在带内频率范围附近。
电感产生单元120可以以接合图案的形式形成于FEM衬底170上。也就是说，电感产生单元120可以是形成于接合盘171和RF开关单元130的接合盘132之间的FEM衬底170上的金属图案。
RF开关单元130通过诸如线的连接元件145而连接到滤波单元150的接合盘172。连接线145分别连接在RF开关单元130和滤波单元150的各滤波器之间，这样，频带之间的电感差可以通过调节连接线145的长度而得到补偿。也就是说，允许针对高频带和低频带进行较小的改变。
RF开关单元130和滤波单元150可以以芯片或封装的形式安装在FEM衬底170上。
为此，FEM衬底170包括使层之间能够电连接的导通孔176、用于接纳表面安装部件的焊盘174、形成于底表面上的输出端子173和175以及使用环氧树脂形成于顶表面上的盖或保护层178。
图5和6示出了针对线长a1、a2、a3和a4的FEM 100的S参数(S21)对频率的曲线，该图示出了在EGSM、DCS以及PCS Tx频带内相对于线长的插入损耗减小。这里，S参数(插入损耗(IL))曲线是通过采用绝对值而绘制的，线长a1＝0.6mm，a2＝0.8mm，a3＝1.0mm，以及a4＝1.2mm。
参考图5，在EGSM Tx频带内，对于线长a1，S21在点P1处为1.22dB；对于线长a2，S21在点P2处为1.19dB；对于线长a3，S21在点P3处为1.18dB；以及对于线长a4，S21在点P4处为1.16dB。因此，随着线长的增加，插入损耗(IL)减小(DN：下降)，这是因为电感峰化在EGSM频带内随线长成比例地增长。
参考图6，在DCS发送频带内，对于线长a1，S21在点P11处为1.62dB；对于线长a2，S21在点P12处为1.49dB；对于线长a3，S21在点P13处为1.36dB；以及对于线长a4，S21在点P14处为1.32dB。因此，随着线长的增加，插入损耗(IL)减小(DN：下降)，这是因为电感峰化在DCS频带内随线长成比例地增长。
在PCS发送频带内，对于线长a1，S21在点P15处为1.86dB；对于线长a2，S21在点P16处为1.69dB；对于线长a3，S21在点P17处为1.54dB；以及对于线长a4，S21在点P18处为1.50dB。因此，随着线长的增加，插入损耗(IL)减小(DN：下降)，这是因为电感峰化在DCS频带内随线长成比例地增长。
如图5和6所示，虽然由于线的电感随线长成比例的增加，插入损耗(IL)在不必要的较低频带内随着线长从a1增加到a4而增加(UP)，但是在诸如EGSM Tx频带(880MHz到915MHz)、DCS Tx频带(1710MHz到1785MHz)以及PCS Tx频带(1850MHz到1910MHz)之类的信号通频带内，插入损耗(IL)由于电感峰化而降低(DN)。
如上所述，线电感随着天线与RF开关单元之间的线的长度的增加而增加，这样，对于在低于1GHz的Tx频带内和低于2GHz的Tx频带内的输出功率，插入损耗均降低。
根据本发明，对于FEM模块的设计可以集中于高频Tx频带(DCS和PCS)，而不是集中于高频Tx频带(DCS和PCS)和低频Tx频带(GSM和EGSM)二者。当对于低频带最理想的线长与对于高频带最理想的线长不相等时，可以根据高频带来确定线长，这是因为插入损耗对于高频传输带中的输出功率比对低频传输带中的输出功率更重要。
此外，对连接RF开关单元130和滤波单元中的各个滤波器的连接线可以进行调节，以补偿与每个频带的LC谐振频率相关的电感。
此外，通过将对线长的调节集中在带内Tx频率上，可以改善发送特性，继而可以根据因此而发生的天线输入阻抗的变化，通过在外部调节滤波单元的SAW滤波器的输出阻抗，来改善Rx特性。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行不同的修改和变化。这样，在对本发明的这些修改和变化落在所附权利要求及其等同形式的范围内的情况下，本发明旨在覆盖这些修改和变化。
工业实用性
在根据本发明的FEM及制造FEM的方法中，使用线作为电感产生单元与FEM的寄生电容一起来产生LC谐振，因此多频带的带内频率范围内的插入损耗可以被降低。
而且，由于不需要额外的电感器，FEM可以被简单地制造。
此外，通过使用本发明的FEM，可以提高通信终端的可靠性。

Claims (14)

1.一种前端模块(FEM)，包括：
RF开关单元，其执行多频带RF信号在发送与接收信道之间的切换；以及
电感产生单元，其连接RF开关单元和天线，并产生用于信号通频带中的电感峰化的电感，
其中所述电感产生单元包括将RF开关单元和天线的输入端电连接的线，并且
其中所述线产生一电感，该电感与在所述线的两端之间测得的寄生电容相互作用，以在预定频带内产生LC谐振。
2.如权利要求1所述的前端模块，其中所述电感为所述天线的输入端的电感。
3.如权利要求1所述的前端模块，其中所述信号通频带包括发送或接收带内频率。
4.如权利要求1所述的前端模块，还包括静电放电(ESD)保护单元，该静电放电保护单元保护内部部件免受来自所述天线的输入端的静电放电输入的影响。
5.如权利要求1所述的前端模块，还包括：
至少一个发送低通滤波器(LPF)，当所述RF信号通过RF开关单元被切换到发送信道时，所述至少一个发送低通滤波器对该RF信号进行滤波；以及
至少一个接收声表面波(SAW)，当所述RF信号通过RF开关单元被切换到接收信道时，所述至少一个接收声表面波对该RF信号进行滤波。
6.如权利要求1所述的前端模块，还包括解码单元，其对RF开关单元的开关操作和其它操作进行控制。
7.如权利要求1所述的前端模块，其中多频带RF信号包括：全球移动通信系统(GSM)频带RF信号、增强型全球移动通信系统(EGSM)频带RF信号、数字蜂窝系统(DCS)频带RF信号以及个人通信业务(PCS)频带RF信号中的至少两个。
8.一种前端模块，包括：
安装于衬底上的多频带RF开关单元；以及
线，该线的一端连接到天线的输入端的接合盘，另一端连接到多频带RF开关单元的接合盘，该线产生用于信号通频带中的电感峰化的电感，
其中所述线的电感连同在与所述线的两端连接的接合盘之间产生的寄生电容一起在带内频率下产生LC谐振。
9.如权利要求8所述的前端模块，其中所述线的长度为0.5mm到1.5mm。
10.如权利要求8所述的前端模块，其中所述线由金或铝形成。
11.如权利要求8所述的前端模块，其中所述线的长度对应于所述寄生电容。
12.如权利要求8所述的前端模块，其中所述线为第一线，所述前端模块还包括通过第二线分别与多频带RF开关单元的发送或接收信道连接的发送或接收滤波器。
13.如权利要求12所述的前端模块，其中第二线用于针对每个频带补偿第一线的电感。
14.一种制造前端模块的方法，包括：
在衬底上安装多频带RF开关芯片；
将线的两端分别与多频带RF开关芯片的接合盘以及天线的输入端连接，以及
利用该线的电感在信号通频带中产生电感峰化，
其中所述线的电感与所述接合盘的寄生电容相互作用，以便在多频带的带内发送或接收频率下产生LC谐振。
CN2006800166369A 2005-06-17 2006-05-30 前端模块及其制造方法 Expired - Fee Related CN101176266B (zh)

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