CN101971511A - 前端电路 - Google Patents

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Abstract

本发明规定有一种用于至少一个FDD移动无线电系统和至少一个TDD移动无线电系统的前端电路，所述FDD移动无线电系统和所述TDD移动无线电系统二者都使用共享的频带，其中共享的发射滤波器可以连接到所述TDD移动无线电系统的发射路径或者所述FDD移动无线电系统的发射路径。

Description

前端电路
技术领域
本发明涉及一种用于具有多模式运行的移动无线电设备的前端电路。
背景技术
如今的移动电话必须能够以不同的移动无线电标准运行以及服务于若干的不同频带、优选地为每种无线电标准中的频带。为了减小为此所需的不同部件的巨大数目并且由此减小移动电话的尺寸以及重量和成本，努力寻求的是：尽可能一次以上地使用部件并且根据需求交替地运行在不同的移动无线电系统中。
在这种情况下，应将移动无线电标准理解成是指信号处理和发射的类型并且具体来说是指：如何区分所发射的信号和所接收的信号。举例来说，TDD(时分复用)和FDD(频分复用)系统是已知的。TDD系统在不同时刻(其被称为时隙)进行发送和接收，其中发送和接收甚至常常在借助于开关(swtich)被切换的不同的频带中进行。在FDD系统中，所发射的信号与所接收的信号之间的隔离排他地借助于为此在双工器中所使用的不同的频带来进行，其中所述双工器为无源运行的频率滤波器的形式。
已知的TDD系统是在欧洲频繁使用的GSM系统，而美国和日本广泛使用为FDD系统的WCDMA系统。
图1中以例子的方式示出了已知的标准前端电路。该电路可以用于以两种不同标准运行5个移动无线电系统。第一和第二FDD系统(WCDMA)运行在不同的频率范围中、例如以850或900MHz运行和以1800或1900MHz运行。频率范围分别覆盖大致1个倍频程。在倍频程内，频率加倍。所述两个FDD系统每个都具有双工器，所述双工器的一端连接到天线连接，并且所述双工器的另一端分别连接到发射路径和接收路径。所述发射路径含有另外的发射滤波器以及发射放大器，而所述接收路径在没有进一步的滤波的情况下直接通向RFIC形式的接收机电路。所述3个TDD系统的所有发射和接收路径都借助于天线开关选择性地连接到天线连接。每个TDD发射路径都具有发射放大器和发射滤波器。所述接收路径每个都含有仅仅一个接收滤波器。
所述TDD系统中的彼此靠近并且因此处于相同频率范围(例如1GHz的范围)内的两个频带使用共享的发射放大器，其中所述两个发射过滤器借助于开关选择性地连接到所述发射放大器。在这种情况下，处于较高频率范围(例如2GHz范围)中的TDD系统的发射路径具有仅仅一个巴伦(balun)，所述巴伦具有对所述发射路径够用的初步滤波功能。因此，仅仅一个芯片部件被不同的移动无线电系统使用。
发明内容
因此，本发明的目的是规定一种用于多频带/多模式运行的前端电路，所述前端电路具有进一步减小数目的部件，而不由此损害其运行。
该目的借助于具有权利要求1的特征的前端电路来实现。本发明的进一步的改进方案可以在剩余的从属权利要求中找到。
本发明规定有一种用于至少一个FDD系统和至少一个TDD系统的前端电路，所述FDD系统和TDD系统使用共享的频带，其中发射滤波器可以连接到所述TDD系统的发射路径或者所述FDD系统的发射路径。与图1中的已知电路相比，因此省去一个发射滤波器。所述反射滤波器被用于滤除不期望的频率分量、例如在相对高频率下发生的谐波或者来自发射放大器的噪声。该功能可以由属于不同标准的两个移动无线电系统的共享的发射滤波器没有问题地在不存在损耗并且与已知前端电路相比不需要无源匹配网络形式的附加适配的情况下执行。
因此，所述前端电路省去一个发射滤波器，并且因此省去成本和复杂度，并且允许进一步减小所需的基底尺寸或模块尺寸。
因此，被设计为用于运行在二者都使用相同频带的第一TDD移动无线电系统和第一FDD移动无线电系统中的前端电路包括用于第一FDD移动无线电系统的第一FDD发射路径，所述第一FDD发射路径包括发射放大器和双工器的发射滤波器元件。用于第一TDD移动无线电系统的第一TDD发射路径含有发射放大器。天线连接可以连接到所述双工器或者第一TDD发射路径。(共享的)发射滤波器可以借助于开关装置连接到第一FDD发射路径或者第一TDD发射路径。
在所述前端电路中，所需发射放大器的数目可以变化。通常但不一定的是，用于不同移动无线电标准的相关联的移动无线电系统具有每个频带或每频率范围所分配的单独的发射放大器。
在一个实施例中，相应的发射放大器因此被配备给所述FDD移动无线电系统和所述TDD移动无线电系统。那样的话，所述开关装置将发射滤波器连接到FDD发射路径中的发射放大器或者TDD发射路径中的发射放大器。
在另一实施例中，共享的发射放大器被配备给FDD发射路径和TDD发射路径。那样的话，所述开关装置将共享的发射放大器连接到双工器的发射滤波器元件或者天线连接。而所述TDD系统的发射路径不需要对发射放大器下游的所发射信号进行进一步的滤波，所述FDD系统中的所发射信号仍然必须经过所述双工器的发射滤波器元件。
可以用部件扩展所提出的前端电路以用于另外的移动无线电系统。因此可以将第二发射滤波器配备给运行在与第一频带相邻的第二频带中的第二TDD移动无线电系统。所述开关装置将第一或第二发射滤波器连接到第一FDD发射路径或者第一TDD发射路径。
因此在该实施例中，不同的发射滤波器被用于相邻的频带。根据与FDD系统所匹配的频带，所述两个发射滤波器之一可以选择性地被用于第一FDD系统的发射路径。在两个发射滤波器之中进行选择这一选项允许将所述前端电路设计为使得可以给所述前端电路可替代地装备运行在第一或第二频带中的双工器，而不必为此对电路环境进行适配。
与共用发射路径或部分发射路径相比，可以给每TDD移动无线电系统配备单独的TDD接收路径。信号处理和生成在连接到所有发射和接收路径的发射/接收IC收发器中进行。在所述布置中，可以已经给每个路径都分配有收发器上的单独的输入端或输出端。然而，也可以给每频率范围配备仅仅一个发射输出端。如果所述发射输出端通向不同的发射路径，则可以配备用于切换到不同发射路径的开关。然而，也可以将发射路径并联连接到收发器上的相关共享输出端。
以不同标准的不同移动无线电系统的接收路径也可以并联连接到共享的接收输入端，但是也可以彼此分开地被指派给收发器上的不同输入端。
所述收发器可以处理对称和/或非对称的信号，并且因此可以具有平衡或不平衡的输出。由于天线通常需要单端(不平衡)的信号，因此在对称收发器连接的情况下需要在相关路径中配备巴伦。基于SAW或BAW滤波器的现代滤波器在被制造出时已经具有巴伦功能，这意味着，即使在收发器以对称方式运行的情况下也不需要附加的巴伦。
所述至少一个发射滤波器可以具有对称的输入和不平衡的输出。因此，接收滤波器可以具有不平衡的输入和对称的输出。
所述前端电路也可以包含多个FDD移动无线电系统。因此，在所述前端电路中，用于第二FDD移动无线电系统的第二双工器可以运行在第二频带中，其中所述第二频带例如对应于第二TDD系统的第二频带。第二双工器的发射滤波器元件被布置在第二FDD发射路径中。那样的话，所述前端电路的开关装置可以将第一或第二发射滤波器连接到第一或第二FDD发射路径或者TDD发射路径。
根据另一实施例，可以配备二者都使用相同频带的第三TDD移动无线电系统和第三FDD移动无线电系统，然而所述频带与第一频带相差1个倍频程，并且因此属于另一频率范围。第一频率范围覆盖例如600-1000MHz的频率，而第二频率范围例如可以覆盖1.5-2GHz的频率。这两个第三移动无线电系统的发射路径也可以配备有共享的第三发射滤波器，所述第三发射滤波器可以借助于开关装置连接到第三TDD发射路径或者第三FDD发射路径。
所述前端电路的部分可以为模块或子模块的形式。模块的特征是共享的模块基底、布置在里面或上面的互连，并且还可能是无源匹配部件、以及可以受共享的封装或覆盖物保护的电路部件。到子模块的分割是基于部件的功能方面和兼容性来进行的。举例来说，TDD移动无线电系统中的天线开关和发射放大器可以被布置在共享的功率开关模块上。附加地包括滤波器的模块也可以称为前端模块。
根据一个实施例，第一和第二发射滤波器为2合1(2-in-1)滤波器的形式。这些滤波器是尤其是使用相同的滤波技术的被生产在一个基底上的两个滤波器，并且例如被并联连接到共享的输入端。这进一步节省了模块或板面积。
使用满足相应移动无线电标准的需求的滤波技术来实施所述滤波器。在FDD系统(例如WCDMA)中的双工器需要最高的要求以及由此还有最高质量的滤波器。那样的话，这些滤波器优选地为SAW或FBAR滤波器。还可以使用不同的技术生产发射和接收滤波器元件，使得双工器可以具有彼此相邻的SAW滤波器和FBAR滤波器。
所述发射滤波器可以以较简单的构造来生产，因为通常对发射滤波器的带通性质未提出这样的高要求。因此，所述发射滤波器可以被实施成LC滤波器，或当然同样可以被实施成SAW或FBAR滤波器。
在一个实施例中，所述前端电路被生产在陶瓷多层基底上，其中所述滤波器的互连以及所述滤波器的匹配电路或者其它无源电路部件被至少部分地或者完全布置为被集成在多层基底中。
所述前端电路的开关装置、即将共享的发射滤波器分配给不同发射路径的开关以及用于将天线连接连接到各个发射和接收路径的天线开关为CMOS开关、PIN二极管的形式、或者GaAs开关的形式，并且作为分立部件被布置在所述前端电路的基底上。
附图说明
下面参考示例性实施例以及相关联的附图更详细地说明本发明。所述附图仅仅用于帮助理解本发明，并且因此仅仅是示意性的并且不是按照比例的。因此，可能从所述附图中既不能得出度量的相对表示，也不能得出度量的绝对表示。
在附图中，
图1示出了一种已知的前端电路；
图2示出了用于第一频率范围的具有两个发射放大器的第一示例性实施例；
图3示出了第二示例性实施例，其具有用于第一频率范围的发射路径的共享发射放大器；
图4示出了第四示例性实施例，其具有用于三个另外的移动无线电系统的共享发射放大器和部件；以及
图5示出了第三示例性实施例，其具有用于第一频率范围的发射路径的共享发射放大器、以及用于三个另外的移动无线电系统的部件。
具体实施方式
图1示出了已经在开头描述的已知前端电路，其中给第一频率范围(所述频率范围在该情况下至大致1GHz)配备有两个如下的移动无线电系统：其具有TDD运行以及相应的发射滤波器TXF1、TXF2，所述发射滤波器的输入端并联连接到收发器IC的共享的发射输出端。所述发射滤波器的输出端借助于开关S连接到TDD发射路径。
给第一FDD移动无线电系统配备有：双工器DU；FDD发射路径，其具有FDD发射滤波器TXFF1、FDD发射放大器PAF1；以及FDD接收路径。给第二频率范围配备有具有类似设计的第二FDD移动无线电系统以及第二TDD移动无线电系统的部件，所述第二FDD移动无线电系统具有第二双工器DU2。此外，给每个TDD移动无线电系统都配备有具有相应接收滤波器RXF1和RXF2的单独的接收路径。
图2中示出了相比之下经过改进的前端电路的第一示例性的实施例。天线开关AS可以用于将第一TDD移动无线电系统(例如GSM 850或GSM 900)的发射和接收路径以及第一FDD移动无线电系统(例如WCDMA 850或WCDMA 900)的双工器DU选择性地连接到天线连接AN。第一TDD移动无线电系统的发射路径包含第一TDD发射放大器PAT。第一FDD移动无线电系统的发射路径包含FDD发射放大器PAF。第一FDD移动无线电系统的接收路径将双工器DU的接收滤波器元件TF1直接连接到收发器IC。第一TDD移动无线电系统的接收路径包含TDD接收滤波器RXF1。
收发器IC的发射输出端使其连接到发射滤波器TXF1，所述发射滤波器TXF1又可以借助于SPDT开关形式的开关装置SM连接到第一TDD移动无线电系统的发射路径或者第一FDD移动无线电系统的发射路径。
第一TDD系统的接收路径包含接收滤波器RXF1。相关联的输入放大器(LNA)被集成在收发器IC中。
图3示出了第二示例性的实施例，其中第一TDD和第一FDD移动无线电系统的共享发射路径附加地含有共享的发射放大器PAM，所述发射放大器PAM可以放大TDD移动无线电系统和FDD移动无线电系统二者的所发射的信号。在该情况下也是SPDT开关的开关装置SM将共享的发射放大器连接到双工器DU的发射滤波器元件TFT(以用于运行在FDD系统中)或者天线连接AN(以用于运行在TDD移动无线电系统中)。
图5示出了如下的前端电路，其与第一和第二示例性实施例相比被扩充两个另外的TDD移动无线电系统和第二FDD移动无线电系统。第一和第二TDD移动无线电系统例如使用为GSM 850和GSM 900MHz的相邻频带，而第三TDD移动无线电系统的频带运行在高达2GHz的频率范围中。具有第一双工器DU1的第一FDD移动无线电系统与同第一或第二TDD系统相同的频带相关联。
与第一示例性实施例相比，两个发射滤波器TXF1和TXF2被配备给第一和第二TDD系统，所述发射滤波器-其在每种情况下都被对称地起动-都并联电连接到收发器IC的发射输出端。使用第一和第二开关装置SM1和SM2(这些开关装置也可以被实施成切换相应数目的信道的单个开关)，第一或第二发射滤波器的输出端连接到第一TDD系统的发射放大器PAT1或者第一双工器的发射放大器PAF。这是四种切换选项，然而实际上在前端电路的运行期间可以切换到所述选项之中的仅仅两种，因为FDD发射路径仅仅连接到具有相关频带的发射滤波器。其它两种切换选项被配备为用于如下选项：用运行在第二频带中的双工器代替具有第一频带的第一双工器DU1；或者给前端电路装备运行在第二频带中的双工器。第一TDD发射放大器可以放大第一和第二频带的发射频率。
运行在2GHz频率范围中的第三TDD系统的发射路径具有用于第二频率范围的发射放大器PAT2和巴伦BA。在这种情况下，运行在第二频率范围中的第二FDD系统以常规的方式利用单独的发射和接收路径连接到收发器IC和天线连接AN。功率开关模块PSM包括：天线开关，其用于将不同的发射和接收路径选择性地连接到共享的天线连接AN；以及两个发射放大器PAT1和PAT2。
图4示出了第四前端电路，所述前端电路与第三示例性实施例中的前端电路相比被简化，并且其中全部运行在第一频率范围中的两个TDD移动无线电系统和第一FDD移动无线电系统的发射放大器由运行在混合模式中的共享的发射放大器PAM来实施。所述发射放大器借助于第一开关装置SM1连接到第一或第二发射滤波器TXF1或TXF2。第二开关装置SM2将共享的发射放大器PAM的输出端连接到第一双工器DU1的发射滤波器元件(以用于运行在FDD系统中)或者天线连接AN(以用于运行在TDD系统中)。在这种情况下，所述前端电路的天线侧的区别在于免除了功率开关模块，这意味着：天线开关和放大器被作为分立部件配备。
所述前端电路的其余部件对应于第三示例性实施例中的部件。所有的接收放大器LNA都被集成在收发器IC中。在这种情下，共享的发射路径也对称地连接到收发器IC，而接收路径不平衡。然而，也可以将共享的发射路径以不平衡的形式连接到收发器IC并且将接收路径对称地连接到收发器IC，或者将所有路径都对称地连接到收发器IC。在那种情况下，要么如第三TDD移动无线电系统的发射路径中那样需要各自的巴伦BA，要么需要具有集成巴伦功能的适当的发射或接收滤波器，因为天线连接通常以不平衡的形式被起动。
也可以在此和在其它示例性的实施例中将所有的部件集成到前端模块上。
本发明并不限于所述示例性的实施例，并且可以包括所示各个特征的组合。也可以用部件扩展所述前端电路以用于另外的移动无线电系统。在第二频率范围中，也可以如第一发射滤波器中那样根据本发明针对TDD和FDD移动无线电系统进行共用。
附图标记列表
IC                  RFIC或收发器
PSM                 功率开关模块
PAF                 发射放大器(FDD系统)
PAT                 发射放大器(TDD系统)
PAM                 发射放大器(多模式：FDD系统和TDD系统)
DU1，DU2            双工器
TXF1，TXF2          第一和第二发射滤波器(用于Tx)
TFT                 (双工器的)发射滤波器元件
TFR                 (双工器的)接收滤波器元件
RXF                 接收滤波器
BA                  巴伦
AN                  天线连接
AS                  天线开关
S                   开关
SM1，SM2            开关装置，可以包括多个开关
移动无线电标准         可以具有多个频带
频带                包括Tx频带和Rx频带
移动无线电系统        移动无线电标准和频带的组合
频率范围            在这种情况下：第一和第二频率范围，其每个
                    都覆盖一个倍频程

Claims (14)

1.一种用于移动无线电的前端电路，
-其被设计为用于运行在第一TDD移动无线电系统和第一FDD移动无线电系统中，所述TDD移动无线电系统和所述FDD移动无线电系统二者都使用相同频带；
-具有用于第一FDD移动无线电系统的第一FDD发射路径，所述第一FDD发射路径包括发射放大器(PAF)和双工器(DU)的发射滤波器元件(TFT)；
-具有用于第一TDD移动无线电系统的第一TDD发射路径，所述第一TDD发射路径含有发射放大器(PAT)；
-具有天线连接(AN)，所述天线连接(AN)能够连接到双工器(DU)或者第一TDD发射路径；
-具有至少一个发射滤波器(TXF)；
-具有开关装置(SM)，所述开关装置(SM)能够用于将所述至少一个发射滤波器(TXF)连接到第一FDD发射路径或者第一TDD发射路径。
2.根据权利要求1所述的前端电路，
-其中相应的发射放大器(PAT，PAF)被配备给所述TDD和FDD移动无线电系统；
-其中开关装置(SM)将发射滤波器(TXF)连接到FDD发射路径中的发射放大器(PAF)或者TDD发射路径中的发射放大器(PAT)。
3.根据权利要求1所述的前端电路，
-其中共享的发射放大器(PAM)被配备给FDD发射路径和TDD发射路径；
-其中开关装置(SM)将所述共享的发射放大器连接到双工器(DU)的发射滤波器元件(TFT)或者天线连接(AN)。
4.根据权利要求1-3之一所述的前端电路，
-其中第二发射滤波器(TXF2)被配备给运行在与第一频带相邻的第二频带中的第二TDD移动无线电系统；
-其中开关装置(SM)将第一或第二发射滤波器(TXF1，TXF2)连接到第一FDD发射路径或者第一TDD发射路径。
5.根据权利要求1-4之一所述的前端电路，
-其中给每TDD移动无线电系统配备单独的TDD接收路径；
-其中发射/接收IC形式的收发器(IC)连接到所有的发射和接收路径。
6.根据权利要求1-5之一所述的前端电路，
-其中至少一个发射滤波器(TXF1，TXF2)具有对称的输入和不平衡的输出。
7.根据权利要求4-6之一所述的前端电路，
-其中第二双工器(DU2)被配备给运行在第二频带中的第二FDD移动无线电系统；
-其中第二双工器的发射滤波器元件(TFT2)被布置在第二FDD发射路径中；
-其中开关装置(SM)将第一或第二发射滤波器(TXF1，TXF2)连接到第一或第二FDD发射路径或者TDD发射路径。
8.根据权利要求1-7之一所述的前端电路，
-其中配备二者都使用相同频带的第三TDD移动无线电系统和第三FDD移动无线电系统，然而所述频带与第一频带相差1个倍频程，并且因此属于另一频率范围；
-其中所述两个第三移动无线电系统的发射路径还配备有共享的第三发射滤波器，所述第三发射滤波器能够借助于开关装置连接到第三TDD发射路径或者第三FDD发射路径。
9.根据权利要求1-8之一所述的前端电路，
其中TDD移动无线电系统中的发射放大器(PAT)和天线开关(AS)被布置在共享的功率开关模块(PSM)上。
10.根据权利要求1-9之一所述的前端电路，
其中第一和第二发射滤波器(TXF1，TXF2)为2合1滤波器的形式。
11.根据权利要求1-10之一所述的前端电路，
其中双工器(DU1，DU2)和接收滤波器(RXF)为SAW或FBAR滤波器的形式。
12.根据权利要求1-11之一所述的前端电路，
其中发射滤波器(TXF)为SAW或FBAR滤波器的形式。
13.根据权利要求1-12之一所述的前端电路，
所述前端电路被生产在陶瓷多层基底上；
其中所述滤波器和开关设备的互连以及所述滤波器的匹配电路被布置为被集成在多层基底中。
14.根据权利要求1-13之一所述的前端电路，
其中开光装置(SM)为CMOS开关、PIN二极管、或者GaAs开关的形式，并且作为至少一个分立部件被布置在所述前端电路的基底上。
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