CN101917166B - 可配置射频功率放大器及包含该放大器的射频发射前端模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及可配置射频功率放大器及包含该放大器的射频发射前端模块。可配置射频功率放大器包括可配置射频功率放大器管芯和可配置输出阻抗匹配网络；可配置输出阻抗匹配网络中第一电感的一端分别与第三电感和第三电容的一端连接，第三电感的另一端接供电电压，第二电感分别与第一电容和第二电容的一端连接；第二电容的另一端接地；第一电容的另一端与第二射频开关的一端连接，第二射频开关的另一端接天线；第三电容的另一端与第一射频开关的一端连接，第一射频开关的另一端接天线；可配置射频功率放大器管芯的输出端分别与第一电感和第二电感的另一端连接。本发明克服了多功率模式射频发射前端模块面积大、集成度低并导致移动终端成本高的缺陷。

Description

可配置射频功率放大器及包含该放大器的射频发射前端模块
技术领域
本发明涉及移动终端射频领域，尤其是可配置射频功率放大器及包含该放大器的射频发射前端模块。
背景技术
在现代无线通信系统中，射频发射前端模块是实现射频信号无线传输的关键部件。在目前无线通信频段变得越来越拥挤的情况下，频段利用率较高的各种调制方式，如CDMA、WCDMA、TD-SCDMA等被越来越广泛地应用。这些调制方式都要求移动终端射频发射前端中的射频功率放大器具有较高的线性度以保证较高的语音通话及数据通信质量。然而，线性度的提高是以射频功率放大器平均效率的降低为牺牲的，使得移动终端的通话时间大幅缩短。考虑到射频功率放大器的输出功率随基站信号的强弱而改变，通常在输出功率较高时效率较高，而在输出功率较低时效率较低，如果采用单一功率模式的射频功率放大器，将使得移动终端电池续航时间非常短。以CDMA移动终端中射频功率放大器为例，如果采用单一功率放大器，当其输出功率为16dBm时，效率仅为10％，而且静态工作电流较大，最高可达100mA以上，严重影响手机通话时间。因此，为了提高线性射频功率放大器的平均效率，通常需要为射频功率放大器电路设置两种或几种功率模式，使得无论输出多大的射频功率，射频功率放大器都有较高的效率。
现有的多功率模式射频发射前端的解决方案如图1所示。图1中，高功率模式射频功率放大器107包括功率放大器管芯101及其输出匹配网络102；中功率模式射频功率放大器108包括功率放大器管芯103及其输出匹配网络104；低功率模式射频功率放大器109包括功率放大器管芯105及其输出匹配网络106。高功率模式射频功率放大器107、中功率模式射频功率放大器108和低功率模式射频功率放大器109分别输出高、中、低等级的射频功率，它们的输入端都连接到射频输入信号(RFIN)。由于每个射频功率放大器都为各自的输出功率等级单独设计，因此可以保证在各个功率模式下都有较高的效率。射频开关芯片114包括三个单独的射频开关111、112、113。高功率模式射频功率放大器107的输出端连接到射频开关111的一端，射频开关111的另外一端连接到天线115；中功率模式射频功率放大器108的输出端连接到射频开关112的一端，射频开关112的另外一端连接到天线115；低功率模式射频功率放大器106的输出端连接到射频开关113的一端，射频开关113的另外一端连接到天线115。输出匹配网络102将50欧姆天线阻抗转换为一个低阻抗作为高功率模式射频功率放大器管芯101的负载阻抗，使其输出较高功率；输出匹配网络104将50欧姆天线阻抗转换为一个中阻抗作为中功率模式射频功率放大器管芯103的负载阻抗，使其输出较低功率；输出匹配网络106将50欧姆天线阻抗转换为一个高阻抗作为低功率模式射频功率放大器管芯105的负载阻抗，使其输出较低功率。高功率模式射频功率放大器107、中功率模式射频功率放大器108和低功率模式射频功率放大器109在同一时刻只有其中之一工作，并且射频开关111、射频开关112和射频开关113也在同一时刻只有其中之一闭合。功率模式控制器芯片110控制高功率模式射频功率放大器107、中功率模式射频功率放大器108和低功率模式射频功率放大器109的工作状态(工作或不工作)，并且控制射频开关111、射频开关112和射频开关113的工作状态(闭合或打开)。
在此方案中，功率模式控制器110通常为采用CMOS工艺的单芯片；高功率模式射频功率放大器107、中功率模式射频功率放大器108和低功率模式射频功率放大器109可以是采用GaAs HBT等工艺的单芯片，也可以是模块形式，即其中的功率放大器管芯101、103、105采用GaAs HBT等工艺制造，而输出匹配网络102、104、106采用分立元件或半导体工艺，例如GaAsHBT、GaAs HEMT或集成无源器件(Integrated Passive Devices，IPD)等；射频开关芯片114通常采用GaAs HEMT工艺制造。综上，在此方案中，将有至少5块单独的芯片或模块，使得多功率模式射频发射前端模块的集成度很低，占用很大移动终端电路板面积，不利于移动终端的小型化，并且由于多块芯片或模块的存在也使得移动终端的成本较高。
发明内容
本发明为了克服现有多功率模式射频发射前端模块面积大、集成度低并导致移动终端成本高的缺陷，提供一种可配置射频功率放大器及包含该放大器的射频发射前端模块。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种可配置射频功率放大器200，其特征在于，包括可配置射频功率放大器管芯201和可配置输出阻抗匹配网络202；
所述可配置射频功率放大器管芯201的输出端与可配置输出阻抗匹配网络202连接；
所述可配置输出阻抗匹配网络202包括第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第一电容C1、第二电感C2、第三电感C3、第一射频开关113和第二射频开关112；
其中，第一电感L1的一端分别与第三电感L3和第三电容C3的一端连接，第三电感L3的另一端接供电电压，第二电感L2分别与第一电容C1和第二电容C2的一端连接；第二电容C2的另一端接地；第一电容C1的另一端与第二射频开关112的一端连接，第二射频开关112的另一端接天线115；第三电容C3的另一端与第一射频开关113的一端连接，第一射频开关113的另一端接天线115；
所述可配置射频功率放大器管芯201的输出端分别与第一电感L1和第二电感L2的另一端连接。
进一步地，其中，所述可配置射频功率放大器管芯201的偏置电压根据可配置射频功率放大器管芯201的工作模式确定，所述工作模式为低功率模式或中功率模式。进一步地，其中，
在低功率模式下，所述第一射频开关113闭合而所述第二射频开关112打开，所述可配置射频功率放大器管芯201的偏置电压为低功率模式对应的偏置电压；
在中功率模式下，所述第一射频开关113打开而所述第二射频开关112闭合，所述可配置射频功率放大器管芯201的偏置电压为中功率模式对应的偏置电压。
根据本发明的一个方面，本发明还提供了一种多功率模式射频发射前端模块，包括功率模式控制器110、高功率模式射频功率放大器107和第三射频开关111，高功率模式射频功率放大器107包括高功率模式射频功率放大器管芯101及第三输出匹配网络102，其特征在于，还包括如权利要求1所述的可配置射频功率放大器200；
所述可配置射频功率放大器200与功率模式控制器110连接，所述功率模式控制器110根据功率模式控制第一射频开关113、第二射频开关112和第三射频开关111的开启或闭合；
射频输入信号分别输入所述高功率模式射频功率放大器管芯101和所述可配置射频功率放大器管芯201。
进一步地，其中，还包括第四射频开关209；第四射频开关209与功率模式控制器110连接；射频输入信号直接输入所述第四射频开关209的一端，所述第四射频开关209的另一端接天线115；在旁路模式下，所述功率模式控制器110关闭所述第四射频开关209而打开所述第一射频开关(113、第二射频开关112和第三射频开关111，并控制所述高功率模式功率放大器107和所述可配置射频功率放大器200不工作。
根据本发明的一个方面，本发明还提供了一种移动终端，包括基带控制芯片61、前端芯片62、多功率模式射频发射前端模块63以及天线115、64，其特征在于，所述多功率模式射频发射前端模块63为如权利要求4或5中所述的多功率模式射频发射前端模块。
本发明减少了多功率模式射频前端的独立单元的数量，并在一个单模块中集成两块芯片，使得多功率模式射频发射前端模块占用移动终端电路板面积大幅减小，同时也大幅降低了移动终端的制造成本。
附图说明
图1是现有技术中的多功率模式射频发射前端模块的结构图；
图2是本发明实施例一的具有可配置输出阻抗匹配网络的射频功率放大器的结构图；
图3是本发明实施例二的多功率模式射频发射前端模块的结构图；
图4是本发明实施例三的多功率模式射频发射前端模块的结构图；
图5是本发明实施例四的多功率模式射频发射前端模块的结构图；
图6是本发明实施例五的多功率模式射频发射前端模块的结构图；
图7是本发明实施例六的移动终端的结构示意图。
具体实施方式
通常移动终端中每个模式的射频功率放大器都有与该模式对应的放大器管芯及输出匹配网络组成，这样就导致了射频发射器前端的面积较大。同时，移动终端中的射频功率放大器管芯通常需要采用GaAs异质结双极型晶体管(Heterojunction Bipolar Transistor，HBT)工艺来制造，功率模式控制器采用CMOS工艺来制造，射频开关芯片则需要采用GaAs高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor，HEMT)工艺来制造，并且需要设计多个工作于不同功率模式的射频功率放大器管芯，使得整个射频发射前端的面积较大。为了解决现有上述的缺陷，本发明提供了如下的解决方案。
实施例一
如图2所示为本发明所提出的具有可配置输出阻抗匹配网络的射频功率放大器的实现方案。射频功率放大器包括射频功率放大器管芯201、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、射频开关112、射频开关113以及天线115。射频功率放大器的输入端连接到射频输入信号(RFIN)，输出端连接到第一电感L1和第二电感L2的一端；第一电感L1的另一端连接到第三电感L3的一端和第三电容C3的一端；第三电感L3的另外一端连接到射频功率放大器的直流供电端VCC；第三电容C3的另外一端通过射频开关113连接到天线115；第二电感L2的另外一端连接到第二电容C2的一端和第一电容C1的一端；第二电容C2的另外一端连接到地；第一电容C1的另外一端通过射频开关112连接到天线115。
在中功率模式下，射频功率放大器的偏置电压设置为中功率模式所需的中等级电压(该电压值与实际设计有关，但高于低功率模式下的低等级电压)，并且射频开关112闭合而射频开关113打开，此时射频功率放大器的输出匹配网络由第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第一电容C1和第二电容C2组成，为射频功率放大器提供中等程度的负载阻抗，使其能输出中功率模式的射频功率。在低功率模式下，射频功率放大器的偏置设置为低功率模式所需的低等级电压，并且射频开关112打开而射频开关113闭合，此时射频功率放大器的输出匹配网络由第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第二电容C2和第三电容C3组成，为射频功率放大器提供高等级的负载阻抗，使其输出较低的射频功率。
在一个用于800MHz通信的手机功率放大器的具体实施例中，射频功率放大器采用GaAs工艺实现，直流供电电压(VCC)为3.4V，第一电感L1的值为3nH，第二电感L2的值为3nH，第三电感L3的值为3nH，第一电容C1的值为1000pF，第二电容C2的值为4pF，第三电容C3的值为1000pF，射频开关112、113用GaAs工艺实现。在此元件值配置下，高功率模式下，射频开关112闭合射频开关112打开，输出匹配网络为射频功率放大器提供25欧姆的负载阻抗，输出射频功率为20dBm，功率附加效率为35％；低功率模式下，射频开关113闭合而射频开关112打开，输出匹配网络为射频功率放大器提供100欧姆的负载阻抗，输出射频功率为10dBm，功率附加效率为25％。
需要说明的是，直流供电电压VCC的值、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3的元件值，需要根据整个射频功率放大器的具体情况来设计，这对于本领域技术人员来讲是易于理解的。另外，需要说明的是，本发明所提出的技术方案中的射频功率放大器、匹配网络中的电感、电容以及开关的实现可以是采用分立元件的方法，也可以采用GaAs工艺、绝缘体硅工艺、集成无源器件工艺、CMOS工艺等半导体工艺或聚四氟乙烯基板工艺，但不限于上述实现方式。
上述的技术方案使得能够实现高、中、低功率模式的多功率模式射频发射前端模块只需要两个放大器管就能正常工作，从而能够减少多功率模式射频发射前端模块所需要的面积。应用了本发明所提供的可配置射频功率放大器的多模式射频发射前端模块，如图3-6所示，包括：功率模式控制器110、高功率模式射频功率放大器107、可配置功率射频放大器200和第三射频开关111，高功率模式射频功率放大器107包括高功率模式射频功率放大器管芯101及第三输出匹配网络102；可配置射频功率放大器200与功率模式控制器110连接，功率模式控制器110根据功率模式控制第一射频开关113、第二射频开关112和第三射频开关111的开启或闭合；射频输入信号分别输入高功率模式射频功率放大器管芯101和可配置射频功率放大器管芯201。
虽然上述的技术方案已经减小了多功率模式射频发射前端模块所需的面积，但为了进一步减少多功率模式射频发射前端模块所需的面积，并且提高集成度，下面通过实施例详细描述应用了具有可配置输出阻抗匹配网络的射频功率放大器的多功率模式射频发射前端模块的实现方案。
实施例二
本发明所提出的第一种多功率模式射频发射前端模块的结构如图3所示。整个射频发射前端被集成为一个单模块，其中包括第一芯片203和第二芯片204。第一芯片203上集成了高功率模式射频功率放大器管芯101及其输出匹配网络102和具有可配置输出阻抗匹配网络202的可配置射频功率放大器200，可配置射频功率放大器200包括可配置输出阻抗匹配网络202和可配置射频功率放大器管芯201，可配置射频功率放大器管芯201的偏置电压可以改变；第一芯片203通常采用GaAs HBT工艺制造。第二芯片204上集成了功率模式控制器110和射频开关111。第二芯片采用绝缘体硅工艺(SOI)制造。由于SOI一方面与传统的CMOS工艺兼容，可以方便用于实现功率模式控制器110；并且另外一方面其具有与GaAs工艺类似的高电阻率衬底(电阻率大于300Ω·cm)和高击穿电压，可以用于实现低损耗的射频开关111，因此可以采用SOI工艺集成功率模式控制器110及射频开关111，从而大幅提高射频发射前端的集成度。可配置射频功率放大器管芯201和高功率模式射频功率放大器管芯101的输入端连接到射频输入信号(RFIN)；可配置射频功率放大器管芯201和高功率模式射频功率放大器管芯101的输出端分别连接到可配置输出阻抗匹配网络202、输出匹配网络102的一端；输出匹配网络102的另外一端连接到射频开关111的一端，可配置输出阻抗匹配网络202的另外一端连接到天线115；射频开关111的另外一端连接到天线115。功率模式控制器110控制可配置射频功率放大器管芯201的工作状态(工作或不工作，工作时在何种偏置电压下工作)和高功率模式射频功率放大器管芯101的工作状态(工作或不工作)，并控制射频开关111和可配置输出阻抗匹配网络202中的射频开关112、113的状态(闭合或打开)。
在此技术方案中，可以实现三种功率模式，即低功率模式、中功率模式和高功率模式。在低功率模式下，功率模式控制器110控制可配置射频功率放大器管芯105在低等级的偏置电压下工作而高功率模式射频功率放大器管芯101不工作，并且控制射频开关113闭合而射频开关111及射频开关112打开。此时，来自于移动终端中射频收发器(Transceiver)的输入射频信号(RFIN)经可配置射频功率放大器200放大再经过射频开关113之后连接到天线115，而高功率模式射频功率放大器管芯101不工作。在中功率模式下，功率模式控制器110控制可配置射频功率放大器管芯105在中等级的偏置电压下工作而高功率模式射频功率放大器管芯101不工作，并且控制射频开关112闭合而射频开关111及射频开关113打开。此时，来自于移动终端中射频收发器(Transceiver)的输入射频信号(RFIN)经可配置射频功率放大器200放大再经过射频开关112之后连接到天线115，而高功率模式射频功率放大器管芯101不工作。在高功率模式下，功率模式控制器110控制高功率模式射频功率放大器管芯101工作、可配置射频功率放大器管芯201不工作，并且控制射频开关112和射频开关113打开而射频开关111闭合；此时，高功率模式射频功率放大器管芯101工作，输出高等级功率。
实施例三
本发明所提出的第二种多功率模式射频发射前端模块的结构如图4所示。整个射频发射前端被集成为一个单模块，其中包括第三芯片205和第四芯片206。第三芯片205上集成了高功率模式射频功率放大器管芯101和可配置射频功率放大器管芯201；第三芯片205通常采用GaAs HBT工艺制造。第四芯片206上集成了功率模式控制器110，射频开关111，高功率模式射频功率放大器的输出匹配网络102，以及可配置射频功率放大器200的可配置输出阻抗匹配网络202。第四芯片采用绝缘体硅工艺(SOI)制造。由于SOI一方面与传统的CMOS工艺兼容，可以方便用于实现功率模式控制器110；并且另外一方面其具有与GaAs工艺类似的高电阻率衬底(电阻率大于300Ω·cm)和高击穿电压，可以用于实现低损耗的射频开关111，因此可以采用SOI工艺集成功率模式控制器110，射频开关111，功率模式射频功率放大器的输出匹配网络102，以及可配置射频功率放大器200的可配置输出阻抗匹配网络202，从而大幅提高射频发射前端的集成度。可配置射频功率放大器管芯201和高功率模式射频功率放大器管芯101的输入端连接到射频输入信号(RFIN)；可配置射频功率放大器管芯201和高功率模式射频功率放大器管芯101的输出端分别连接到可配置输出阻抗匹配网络202、输出匹配网络102的一端；输出匹配网络102的另外一端连接到射频开关111的一端，可配置输出阻抗匹配网络202的另外一端连接到天线115；射频开关111的另外一端连接到天线115。功率模式控制器110控制可配置射频功率放大器管芯201的工作状态(工作或不工作，工作时在何种偏置电压下工作)和高功率模式射频功率放大器管芯101的工作状态(工作或不工作)，并控制射频开关111和可配置输出阻抗匹配网络202中的射频开关112、113的状态(闭合或打开)。
在此技术方案中，可以实现三种功率模式，即低功率模式、中功率模式和高功率模式。在低功率模式下，功率模式控制器110控制可配置射频功率放大器管芯105在低等级的偏置电压下工作而高功率模式射频功率放大器管芯101不工作，并且控制射频开关113闭合而射频开关111及射频开关112打开。此时，来自于移动终端中射频收发器(Transceiver)的输入射频信号(RFIN)经可配置射频功率放大器200放大再经过射频开关113之后连接到天线115，而高功率模式射频功率放大器管芯101不工作。在中功率模式下，功率模式控制器110控制可配置射频功率放大器管芯105在中等级的偏置电压下工作而高功率模式射频功率放大器管芯101不工作，并且控制射频开关112闭合而射频开关111及射频开关113打开。此时，来自于移动终端中射频收发器(Transceiver)的输入射频信号(RFIN)经可配置射频功率放大器200放大再经过射频开关112之后连接到天线115，而高功率模式射频功率放大器管芯101不工作。在高功率模式下，功率模式控制器110控制高功率模式射频功率放大器管芯101工作、可配置射频功率放大器管芯201不工作，并且控制射频开关112和射频开关113打开而射频开关111闭合；此时，高功率模式射频功率放大器管芯101工作，输出高等级功率。
实施例四
本发明所提出的第三种多功率模式射频发射前端模块的结构如图5所示。
整个射频发射前端被集成为一个单模块，其中包括第五芯片207和第六芯片208。第五芯片207上集成了高功率模式射频功率放大器管芯101；第五芯片205通常采用GaAs HBT工艺制造。第六芯片206上集成了功率模式控制器110，射频开关111，可配置射频功率放大器管芯201，高功率模式射频功率放大器的输出匹配网络102，以及可配置射频功率放大器200的可配置输出阻抗匹配网络202。第六芯片采用绝缘体硅工艺(SOI)制造。由于SOI一方面与传统的CMOS工艺兼容，可以方便用于实现功率模式控制器110；并且另外一方面其具有与GaAs工艺类似的高电阻率衬底(电阻率大于300Ω·cm)和高击穿电压，可以用于实现低损耗的射频开关111，因此可以采用SOI工艺集成功率模式控制器110，射频开关111，可配置射频功率放大器管芯201，功率模式射频功率放大器的输出匹配网络102，以及可配置射频功率放大器200的可配置输出阻抗匹配网络202，从而大幅提高射频发射前端的集成度。可配置射频功率放大器管芯201和高功率模式射频功率放大器管芯101的输入端连接到射频输入信号(RFIN)；可配置射频功率放大器管芯201和高功率模式射频功率放大器管芯101的输出端分别连接到可配置输出阻抗匹配网络202、输出匹配网络102的一端；输出匹配网络102的另外一端连接到射频开关111的一端，可配置输出阻抗匹配网络202的另外一端连接到天线115；射频开关111的另外一端连接到天线115。功率模式控制器110控制可配置射频功率放大器管芯201的工作状态(工作或不工作，工作时在何种偏置电压下工作)和高功率模式射频功率放大器管芯101的工作状态(工作或不工作)，并控制射频开关111和可配置输出阻抗匹配网络202中的射频开关112、113的状态(闭合或打开)。
在此技术方案中，可以实现三种功率模式，即低功率模式、中功率模式和高功率模式。在低功率模式下，功率模式控制器110控制可配置射频功率放大器管芯105在低等级的偏置电压下工作而高功率模式射频功率放大器管芯101不工作，并且控制射频开关113闭合而射频开关111及射频开关112打开。此时，来自于移动终端中射频收发器(Transceiver)的输入射频信号(RFIN)经可配置射频功率放大器200放大再经过射频开关113之后连接到天线115，而高功率模式射频功率放大器管芯101不工作。在中功率模式下，功率模式控制器110控制可配置射频功率放大器管芯105在中等级的偏置电压下工作而高功率模式射频功率放大器管芯101不工作，并且控制射频开关112闭合而射频开关111及射频开关113打开。此时，来自于移动终端中射频收发器(Transceiver)的输入射频信号(RFIN)经可配置射频功率放大器200放大再经过射频开关112之后连接到天线115，而高功率模式射频功率放大器管芯101不工作。在高功率模式下，功率模式控制器110控制高功率模式射频功率放大器管芯101工作、可配置射频功率放大器管芯201不工作，并且控制射频开关112和射频开关113打开而射频开关111闭合；此时，高功率模式射频功率放大器管芯101工作，输出高等级功率。
实施例五
图1所示的多功率模式射频发射前端模块能够实现高、中、低3中功率模式，为了进一步降低移动终端待机时的功率，本发明还提供了一种旁路模式，其具体的结构如图6所示。
该多功率模式射频发射前端模块包括功率模式控制器110，高功率模式射频功率放大器107，可配置射频功率放大器200，射频天线111、209；高功率模式射频功率放大器107包括高功率模式射频功率放大器管芯101和输出匹配网络102，可配置射频功率放大器200包括可配置射频功率放大器管芯201和可配置输出阻抗匹配网络202；射频天线209的一端、可配置射频功率放大器管芯201和高功率模式射频功率放大器管芯101的输入端连接到射频输入信号(RFIN)；可配置射频功率放大器管芯201和高功率模式射频功率放大器管芯101的输出端分别连接到可配置输出阻抗匹配网络202、输出匹配网络102的一端；输出匹配网络102的另外一端连接到射频开关111的一端，可配置输出阻抗匹配网络202的另外一端连接到天线115；射频开关111、209的另外一端连接到天线115。功率模式控制器110控制可配置射频功率放大器管芯201的工作状态(工作或不工作，工作时在何种偏置电压下工作)和高功率模式射频功率放大器管芯101的工作状态(工作或不工作)，并控制射频开关111、209和可配置输出阻抗匹配网络202中的射频开关112、113的状态(闭合或打开)。
在此技术方案中，可以实现四种功率模式，即旁路模式、低功率模式、中功率模式和高功率模式。在旁路模式，功率模式控制器110控制可配置射频功率放大器管芯105和高功率模式射频功率放大器管芯101不工作，并且控制射频开关209闭合而射频开关111、射频开关112及射频开关113打开。此时，来自于移动终端中射频收发器(Transceiver)的输入射频信号(RFIN)直接经射频开关209之后连接到天线115，而可配置射频功率放大器管芯105和高功率模式射频功率放大器管芯101不工作。在低功率模式下，功率模式控制器110控制可配置射频功率放大器管芯105在低等级的偏置电压下工作而高功率模式射频功率放大器管芯101不工作，并且控制射频开关113闭合而射频开关111及射频开关112打开。此时，来自于移动终端中射频收发器(Transceiver)的输入射频信号(RFIN)经可配置射频功率放大器200放大再经过射频开关113之后连接到天线115，而高功率模式射频功率放大器管芯101不工作。在中功率模式下，功率模式控制器110控制可配置射频功率放大器管芯105在中等级的偏置电压下工作而高功率模式射频功率放大器管芯101不工作，并且控制射频开关112闭合而射频开关111及射频开关113打开。此时，来自于移动终端中射频收发器(Transceiver)的输入射频信号(RFIN)经可配置射频功率放大器200放大再经过射频开关112之后连接到天线115，而高功率模式射频功率放大器管芯101不工作。在高功率模式下，功率模式控制器110控制高功率模式射频功率放大器管芯101工作、可配置射频功率放大器管芯201不工作，并且控制射频开关112和射频开关113打开而射频开关111闭合；此时，高功率模式射频功率放大器管芯101工作，输出高等级功率。
为了减少图6所示的多功率模式射频发射前端所占用的电路板面积，可以进一步地对其进行集成。在集成时，可以选择下述的任意一种方案：
1、高功率模式射频功率放大器107和可配置射频功率放大器200集成到一个芯片，该芯片通常采用GaAs HBT工艺制造；功率模式控制器110和射频开关111、209集成到另一个芯片，该芯片通常采用绝缘体硅工艺制造；
2、高功率模式射频功率放大器管芯101和可配置射频功率放大器管芯201集成到一个芯片，该芯片通常采用GaAs HBT工艺制造；功率模式控制器110，射频开关111、209，高功率模式射频功率放大器管芯101的输出匹配网络102，以及可配置射频功率放大器管芯201的可配置输出阻抗配置网络集成到另一个芯片，该芯片通常采用绝缘体硅工艺制造；
3、高功率模式射频功率放大器管芯101集成到一个芯片，该芯片通常采用GaAs HBT工艺制造；功率模式控制器110，射频开关111、209，可配置射频功率放大器管芯201，高功率模式射频功率放大器管芯101的输出匹配网络102，以及可配置射频功率放大器管芯201的可配置输出阻抗配置网络集成到另一个芯片，该芯片通常采用绝缘体硅工艺制造。
实施例六
本发明提供的多功率模式射频发射前端模块可以应用于支持各种通信标准的移动终端中，例如GSM、CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA以及LTE等，也可以应用于双模或者多模移动终端中，例如GSM/CDMA双模移动终端以及WCDMA/TD-SCDMA双模移动终端。
图7显示了移动终端的结构示意图。移动终端包括基带控制芯片61、前端芯片(射频收发器)62、多功率模式射频发射前端模块63以及天线64。多功率模式射频发射前端模块63可以为上述实施例提供的任一多功率模式射频发射前端模块。基带控制芯片61用于合成将要发射的基带信号，或对接收到的基带信号进行解码；前端芯片62，对从基带控制芯片61传输来的基带信号进行处理而生成射频信号，并将所生成的射频信号发送到多功率模式射频发射前端模块63，或对从多功率模式射频发射前端模块63传输来的射频信号进行处理而生成基带信号，并将所生成的基带信号发送到基带控制芯片61；多功率模式射频发射前端模块63用于对从前端芯片62传输来的射频信号进行诸如功率放大的处理，或接收信号并将该接收信号处理后发送至前端芯片62；天线64，其与多功率模式射频发射前端模块63相连接，用于从外界接收信号或发射从多功率模式射频发射前端模块63传输来的信号。
具体而言，进行信号发射时，基带控制芯片61把要发射的信息编译成基带码(基带信号)并将其传输给前端芯片62，前端芯片62对该基带信号进行处理生成射频信号，并将该射频信号传输到多功率模式射频发射前端模块63，多功率模式射频发射前端模块63将从前端芯片62传输来的射频信号进行功率放大并通过天线64向外发射；进行信号接收时，多功率模式射频发射前端模块63将通过天线64接收的射频信号传输给前端芯片62，前端芯片62将从多功率模式射频发射前端模块63传输来的射频信号转换为基带信号，并将该基带信号传输到基带控制芯片61，最后由基带控制芯片61将从前端芯片62传输来的基带信号解译为接收信息。
可选地，所述要发射的信息或接收信息可以包括音频信息、地址信息(手机号码、网站地址)、文字信息(短信息文字、网站文字)、图片信息等。
所述基带控制芯片的主要组件为处理器(DSP、ARM等)和内存(如SRAM、Flash)。可选地，该基带控制芯片由单一基带芯片实现。
优选地，所述前端芯片支持两种基带信号接口，可以支持带模拟基带功能的基带控制芯片，也可以同时支持纯数字的基带控制芯片。
需要说明的，本发明所提出的技术方案，可以应用于需要多功率模式的任何无线通信标准移动终端，而不受具体通信频段的限制；并且，高、中、低功率模式下所对应的具体功率值，根据通信标准的具体要求而定。任何在具体电路或芯片布局实现形式上的变化，都包括在本专利的涵盖范围之内。

Claims (6)

1.一种可配置射频功率放大器(200)，其特征在于，包括可配置射频功率放大器管芯(201)和可配置输出阻抗匹配网络(202)；
所述可配置射频功率放大器管芯(201)的输出端与可配置输出阻抗匹配网络(202)连接；
所述可配置输出阻抗匹配网络(202)包括第一电感(L1)、第二电感(L2)、第三电感(L3)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第一射频开关(113)和第二射频开关(112)；
其中，第一电感(L1)的一端分别与第三电感(L3)和第三电容(C3)的一端连接，第三电感(L3)的另一端接供电电压，第二电感(L2)分别与第一电容(C1)和第二电容(C2)的一端连接；第二电容(C2)的另一端接地；第一电容(C1)的另一端与第二射频开关(112)的一端连接，第二射频开关(112)的另一端接天线(115)；第三电容(C3)的另一端与第一射频开关(113)的一端连接，第一射频开关(113)的另一端接天线(115)；
所述可配置射频功率放大器管芯(201)的输出端分别与第一电感(L1)和第二电感(L2)的另一端连接。
2.如权利要求1所述的可配置射频功率放大器，其特征在于，所述可配置射频功率放大器管芯(201)的偏置电压根据可配置射频功率放大器管芯(201)的工作模式确定，所述工作模式为低功率模式或中功率模式。
3.如权利要求2所述的可配置射频功率放大器，其特征在于，
在低功率模式下，所述第一射频开关(113)闭合而所述第二射频开关(112)打开，所述可配置射频功率放大器管芯(201)的偏置电压为低功率模式对应的偏置电压；
在中功率模式下，所述第一射频开关(113)打开而所述第二射频开关(112)闭合，所述可配置射频功率放大器管芯(201)的偏置电压为中功率模式对应的偏置电压。
4.一种多功率模式射频发射前端模块，包括功率模式控制器(110)、高功率模式射频功率放大器(107)和第三射频开关(111)，高功率模式射频功率放大器(107)包括高功率模式射频功率放大器管芯(101)及第三输出匹配网络(102)，其特征在于，还包括如权利要求1所述的可配置射频功率放大器(200)；
所述可配置射频功率放大器(200)与功率模式控制器(110)连接，所述功率模式控制器(110)根据功率模式控制第一射频开关(113)、第二射频开关(112)和第三射频开关(111)的开启或闭合；
射频输入信号分别输入所述高功率模式射频功率放大器管芯(101)和所述可配置射频功率放大器管芯(201)。
5.如权利要求4所述的多功率模式射频发射前端模块，其特征在于，还包括第四射频开关(209)；第四射频开关(209)与功率模式控制器(110)连接；射频输入信号直接输入所述第四射频开关(209)的一端，所述第四射频开关(209)的另一端接天线(115)；在旁路模式下，所述功率模式控制器(110)关闭所述第四射频开关(209)而打开所述第一射频开关(113)、第二射频开关(112)和第三射频开关(111)，并控制所述高功率模式功率放大器(107)和所述可配置射频功率放大器(200)不工作。
6.一种移动终端，包括基带控制芯片(61)、前端芯片(62)、多功率模式射频发射前端模块(63)以及天线(64)，其特征在于，所述多功率模式射频发射前端模块(63)为如权利要求4或5中所述的多功率模式射频发射前端模块。
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