CN102340322B

CN102340322B - 无线收发装置

Info

Publication number: CN102340322B
Application number: CN201010238299.6A
Authority: CN
Inventors: 林义杰; 陈又新
Original assignee: Realtek Semiconductor Corp
Current assignee: Realtek Semiconductor Corp
Priority date: 2010-07-26
Filing date: 2010-07-26
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2030-07-26
Also published as: CN102340322A

Abstract

本发明提供一种无线收发装置。该无线收发装置包含信号传输电路、电路单元及信号接收电路，信号传输电路具有第一输出端并用于在传输模式时经由第一输出端输出第一传送信号，电路单元耦接至信号传输电路的第一输出端，以及信号接收电路具有第一接收端并用于在接收模式时经由第一接收端接收第一无线通信信号；第一输出端耦接第一接收端于第一节点，以及电路单元在接收模式时形成共振模式，致使增加由第一节点向该信号传输电路所看到的阻抗值。

Description

无线收发装置

技术领域

本发明涉及一种无线收发机制，尤指一种共享天线模块的无线收发装置。

背景技术

在无线通信系统中，传输/接收开关(transmitting/receivingswitch，一般简写为T/R switch)的设计以传输过程中的信号插入损耗(insertion loss)、传输信号与接收信号之间的信号隔离程度(isolation)以及功率处理能力(power handling capability)的性能作为主要考虑，实施中，不论是用现成的产品或以其它方式实现传输/接收开关，都会有成本及电路板元件复杂度的考虑，因此，近年来，随着工艺的改进及对成本的要求，越来越多的产品以同时将功率放大器和传输/接收开关结合至芯片内为目标。而多数结合传输/接收开关的设计，其原理都是利用分别控制发射端或接收端电路的路径是否导通来决定工作模式；请参照图1，图1是目前现有技术下实现共享一个天线模块的装置100的电路示意图。装置100包含有两传输/接收开关元件101A与101B，其中开关元件101A耦接至天线模块105与功率放大器110(发射端的电路)，而开关元件101B耦接至天线模块105与低噪声放大器115(接收端的电路)。现有技术使用信号S TR控制开关元件101A与101B是否导通，其中某一信号路径会具有一反相器以使两开关元件101A与101B的导通状态有所不同。

然而，由于无论是发射信号或是接收信号都会通过开关元件101A或101B，因此，在互补式金属氧化层半导体工艺中，杂散效应将使得即便关闭了另一种模式(例如传输模式)，还是会令信号承受一定的损耗，进而影响其增益与线性度。而目前现有的作法是尝试降低路径上所泄漏出去的信号，或是改变晶体管的基底的寄生阻值，然而，这些做法最显著的影响是造成芯片面积大幅增加，且也只能应用于收发窄频信号的电路。为此，另有设计提出在有源元件基底串联电阻(body floating technique)来改善传输/接收开关的功率处理能力，但由于处理功率的能力需要精确掌握，因此必须另外开发描述功率的模型，而此将耗费较多的设计时间。

发明内容

因此，为解决上述的问题，本发明的目的之一在于提供一种共享天线模块的无线收发装置，其中天线模块并不会直接通过开关元件来连接到传输端的电路或是接收端的电路，无线通信信号(传输信号或接收信号)也不会直接通过开关元件，因此，有助于减轻信号损耗，并增进信号隔离程度及功率处理能力。

根据本发明的实施例，其披露了一种无线收发装置。无线收发装置包含信号传输电路、电路单元及信号接收电路。信号传输电路具有第一输出端并用于在传输模式时经由第一输出端输出第一传送信号；电路单元耦接至信号传输电路的第一输出端；以及信号接收电路具有第一接收端并用于在接收模式时经由第一接收端接收第一无线通信信号。第一输出端耦接第一接收端于第一节点，以及电路单元在接收模式时形成共振模式，致使增加由第一节点向该信号传输电路所看到的阻抗值。

附图说明

图1为目前现有技术下实现共享天线模块的装置的示意图。

图2为本发明第一实施例的无线收发装置的示意图。

图3为本发明第二实施例的无线收发装置的示意图。

图4为本发明第三实施例的无线收发装置的示意图。

【主要元件符号说明】

100 现有的收发装置

101A、101B 传输/接收开关

105、205、30 5天线模块

110 功率放大器

115 低噪声放大器

200、300、400 无线收发装置

210、310、410 信号传输电路

215、315、415 信号接收电路

220、320、420 电路单元

225、325、425 控制电路

230、330 静电放电防护电路

235、335 阻抗匹配电路

3101 功率放大器

3205 对称-不对称转换器

具体实施方式

请参照图2，图2是本发明第一实施例的无线收发装置200的示意图。无线收发装置200经由阻抗匹配电路235的耦接而电连接至天线模块205，无线收发装置200并包含有节点N1、信号传输电路210(例如包含功率放大器)、信号接收电路215(例如包含低噪声放大器)、电路单元220、控制电路225及静电放电防护电路230。信号传输电路210具有输出端N_OUT1并用于在传输模式时经由输出端N_OUT1输出传送信号S_T1；电路单元220耦接至信号传输电路210的输出端N_OUT1；以及信号接收电路215具有接收端N_IN1并用于在接收模式时经由接收端N_IN1接收无线通信信号S_R1。也即，信号传输电路210产生单端输出信号，而信号接收电路215接收单端输入信号。然而，不论无线收发装置200处于传输模式还是接收模式，节点N1均耦接至信号传输电路210的输出端N_OUT1与信号接收电路215的接收端N_IN1，并且电路单元220在接收模式时形成频率共振的模式，致使增加由节点N1向信号传输电路210所看到的阻抗值。换言之，可利用频率共振的特性，使信号(也即无线通信信号S_R1)自节点N1向信号传输电路210所看到的阻抗值增加成为高阻抗，因而可减小信号传输电路210在接收模式下对信号接收电路215的影响，并且再利用阻抗匹配电路235匹配此时整个无线收发装置200的输入阻抗，使得输入信号可进入无线收发装置200后仅流入信号接收电路215。

具体而言，电路单元220包含有开关元件SW1及电容元件C1。开关元件SW1具有第一端、第二端与控制端。开关元件SW1的第一端耦接至参考电位(在本实施例中为接地电位VSS)，开关元件SW1的第二端耦接至电容元件C1，而控制电路225产生S_C1至开关元件SW1的控制端以控制开关元件SW1是否导通。信号传输电路210中包含有电感元件L1，电感元件L1具有第一端与第二端，电感元件L1的第一端耦接至信号传输电路210的输出端N_OUT1，而电感元件L1的第二端耦接至另一参考电位(也即电源供应电位VDD)，以交流信号来说，电源供应电位VDD视为接地；以及，电容元件C1耦接至开关元件SW1的第二端与电感元件L1的第一端，也即电容元件C1将电连接至信号传输电路210的输出端N_OUT1。

当无线收发装置200工作在接收模式时，信号传输电路210被关闭(disabled)，信号接收电路215被启动(enabled)以接收来自天线模块205的无线通信信号S_R1，而控制电路225输出控制信号S_C1，控制开关元件SW1为导通(conductive)，而电容元件C1会经由开关元件SW1耦接至接地电位VSS，在本实施例的设计下，此时电容元件C1与电感元件L1组成电感电容共振腔架构而形成共振，共振时将使节点N1向信号传输电路210看入的输入阻抗增大为高阻抗，由于高阻抗的关系，交流耦合电容C并不会影响到信号接收电路215的信号，因此可有效降低关闭信号传输电路210时对信号接收电路215所造成的影响。交流耦合电容C的设置作为当无线收发装置200工作在传输模式下，信号传输电路210进行信号传输时所需的阻抗匹配使用。然而，此并非本发明的限制，交流耦合电容C在本实施例中是非必要元件。如此根据适当地调整电容元件C1的电容值即可使其在接收模式时与信号传输电路210的电感元件L1共振，将其共振频率

取为与工作频率相同，即可在电路工作频率下形成高阻抗，使得无线通信信号S_R1流入信号接收电路215而不会流到信号传输电路210造成信号损耗；反之，如果不加入此共振电容(也即电容元件C1)，则在接收信号时有部分信号会直接从电感元件L1流入信号传输电路210，造成信号损耗，影响接收电路增益(gain)。再者，当无线收发装置200工作在传输模式时，信号接收电路215被关闭，信号传输电路210被启动以输出传送信号S_T1至天线模块205。控制电路225输出控制信号S_C1，控制开关元件SW1为不导通(non-conductive)，使电容元件C1到地的路径被断开而处于浮接状态(floating)，如此电容元件C1即不影响信号传输电路210所输出的传送信号S_T1的信号质量。此外，连接天线模块205与信号传输电路210的信号路径以及连接天线模块205与信号接收电路215的信号路径在本实施例中均可设置额外的电容元件以对信号(传送信号S_T1或无线通信信号S_R1)进行信号的交流耦合；另外，如图2所示，这两个信号路径上均未设置任何有源元件，例如：开关元件，也即，有源元件并未经由串联信号传输路径或信号接收路径而连接至信号传输电路210或信号接收电路215。因此，通过的传送信号S_T1或无线通信信号S_R1不会面临因为通过有源元件而造成信号损耗的问题，与现有技术相比，本实施例中的信号增益与线性度可获得提升。此外，由于本实施例可仅利用电容元件C1及晶体管所实现的开关元件SW1来与信号传输电路210中的电容元件L1实现共振以实现降低损耗并提高增益及线性度的目的，所以在实施上与目前现有技术相比，本实施例所需的电路板元件相对较少，可有效地避免占用到芯片的面积，有助于成本的降低。此外，无线收发装置200所另外包含的静电放电防护电路230可用于对无线收发装置200内的电路元件进行静电放电保护。

另外，本发明的技术精神也可应用在传送信号为差动信号的信号传输电路中。请参照图3，图3是本发明第二实施例的无线收发装置300的示意图。无线收发装置300经由阻抗匹配电路335耦接至天线模块305，并包含有节点N2、产生单端传送信号S_T的信号传输电路310(例如包含功率放大器3101)、信号接收电路315(例如包含低噪声放大器)、电路单元320、控制电路325以及静电放电防护电路330。信号传输电路310所包含的功率放大器3101具有第一输出端N_OUT2与第二输出端N_OUT2’，并用于在传输模式时经由第一输出端N_OUT2输出第一差动信号S_T2以及经由第二输出端N_OUT2’输出第二差动信号S_T2’，其中两差动信号S_T2、S_T2’是同一组差动传送信号。此外，信号传输电路310另外包括有对称-不对称转换器(balun)3205。对称-不对称转换器3205耦接至功率放大器3101，并具有两个输入端与一个输出端，其两个输入端分别连接至功率放大器3101的两输出端N_OUT2、N_OUT2’，而其输出端连接至节点N2以及电路单元320。对称-不对称转换器3205用于经由该两个输入端接收信号传输电路310所输出的差动传送信号(S_T2与S_T2’)、将该组差动传送信号转换成一个单端传送信号S_T以及经由该输出端输出该单端传送信号S_T至节点N2及电路单元320。另外，电路单元320耦接至对称-不对称转换器3205的输出端，并包含有电容元件C2与开关元件SW2，其中电路单元320具有耦接至对称-不对称转换器3205的输出端的第一端以及耦接至参考电位(例如接地电位VSS)的第二端，其中电路单元320在接收模式时耦接其第一、第二端，并在传输模式时断开其第一、第二端的耦接关系。具体来说，开关元件SW2具有第一端、第二端与控制端，开关元件SW2的第一端耦接至接地电位VSS，而其第二端耦接至电容元件C2，以及控制电路325输出控制信号S_C2至开关元件SW2的控制端以控制开关元件SW2是否导通；电容元件C2则耦接至开关元件SW2的第二端以及对称-不对称转换器3205与天线模块305之间。

当无线收发装置300工作在接收模式时，信号传输电路310被关闭，信号接收电路315被启动以接收来自天线模块305的无线通信信号S_R2，而控制电路325输出控制信号S_C2，控制开关元件SW2为导通，电容元件C2此时经由开关元件SW2耦接至接地电位VSS，此时电容元件C2与对称-不对称转换器3205的线圈的电感元件L2将组成电感电容共振腔架构而形成共振，共振时将使节点N2向信号传输电路310看入的输入阻抗增大为高阻抗，由于高阻抗的关系，交流耦合电容C并不会影响到信号接收电路315的信号，因此可有效降低关闭信号传输电路310时对信号接收电路315所造成的影响；而交流耦合电容C的用途在于当无线收发装置300工作在传输模式下，信号传输电路310进行信号传输时所需的阻抗匹配使用。无线收发装置300的频率共振的工作与原理相似于无线收发装置200的工作，在此不再赘述。再者，当无线收发装置300工作在传输模式时，信号接收电路315被关闭，信号传输电路310被启动以输出差动传送信号S_T2、S_T2’至对称-不对称转换器3205以产生单端传送信号S_T，控制电路325输出控制信号S_C2，控制开关元件SW2为不导通，使电容元件C2到地的路径被断开而处于浮接状态，如此电容元件C2即不影响信号传输电路310所输出的单端传送信号S_T的信号质量。在本实施例中，对称-不对称转换器3205将功率放大器3101的双端差动输出S_T2、S_T2’转为单端输出S_T，以及信号接收电路315为接收单端输入而产生双端输出(single-in differential-out)的架构，可节省使用到外部芯片的对称-不对称转换器，且又保留差动电路架构中具有滤除共模噪声的特性。此外，考虑到对称-不对称转换器3205的高损耗可能会大幅提高信号接收电路315的低噪声放大器的噪声指数(noise figure)进而影响整体信号接收电路315的灵敏度(sensitivity)，在本实施例中并不实行将单端输入信号经由不对称-对称转换器转为双端差动输出的做法。

再者，本发明的技术精神也可应用在输出差动信号的信号传输电路以及接收差动信号的信号接收电路中。请参照图4，图4是本发明第三实施例的无线收发装置400的示意图。无线收发装置400耦接至天线模块(在图4中未示出)，并包含有节点N3、N3’、可产生差动输出信号的信号传输电路410(例如包含功率放大器)、可接收差动输入信号的信号接收电路415(例如包含低噪声放大器)、电路单元420以及控制电路425。如前所述，信号传输电路410的工作与功能相似于图3所示的信号传输电路310的工作与功能，信号传输电路410的第一输出端N_OUT3与第二输出端N_OUT3’分别耦接至节点N3与N3’，并包含有第一电感元件L3与第二电感元件L3’，两电感元件L3、L3’分别耦接至电源供应电位VDD，该电源供应电位VDD在交流信号看来视为接地，而信号传输电路410在传输模式时经由两输出端N_OUT3与N_OUT3’输出一组差动传送信号(包含S_T3与S_T3’)至节点N3与N3’，以将该组差动传送信号传送至天线模块。信号接收电路415则具有分别耦接至节点N3与节点N3’的第一接收端N_IN3与第二接收端N_IN3’，并用于在接收模式时分别经由第一接收端N_IN3与第二接收端N_IN3’接收一组差动无线通信信号(包含第一、第二无线通信信号S_R3与S_R3’)。电路单元420耦接至信号传输电路410的两个输出端N_OUT3、N_OUT3’，并包含有两组用于在接收模式时形成共振模式的电路，第一组电路耦接至输出端N_OUT3并包含有第一开关元件SW3及第一电容元件C3，而第二组电路耦接至输出端N_OUT3’并包含有第二开关元件SW3’及第二电容元件C3’。

当无线收发装置400工作在接收模式时，信号传输电路410被关闭，信号接收电路415被启动以接收来自天线模块的无线通信信号S_R3与S_R3’，而控制电路425输出控制信号S_C3，控制开关元件SW3与SW3’为导通，电容元件C3此时经由开关元件SW3耦接至接地电位VSS，而电容元件C3’则经由开关元件SW3’耦接至接地电位，此时电容元件C3与电感元件L3以及电容元件C3’与电感元件L3’分别组成电感电容共振腔架构而形成频率共振，频率共振的原理与工作如同图2所示的无线收发装置200的操作，为减少篇幅过长，在此不再赘述。再者，当无线收发装置400工作在传输模式时，信号接收电路415被关闭，信号传输电路410被启动以输出一组差动传送信号(包含S_T3与S_T3’)分别至节点N3与N3’，以将该组差动传送信号传送至天线模块，控制电路425输出控制信号S_C3，控制开关元件SW3与SW3’为不导通，使电容元件C3与C3’到地路径被断开而处于浮接状态，如此电容元件C3与C3’即不影响信号传输电路410所输出的传送信号的信号质量。

综上所述，本发明的上述实施例的无线收发装置200、300、400的工作特性为，其信号传送路径与信号接收路径上并未直接设置任何的传送/接收开关元件(为有源元件)，换言之，信号并未直接通过传送/接收开关元件，因此有源元件不会经由串联信号传送路径或信号接收路径而连接至上述实施例中的信号传输电路或信号接收电路，通过的传送信号或无线通信信号不会面临因为通过有源元件而造成信号损耗的问题。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求书所做的均等变化与修饰，均应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种无线收发装置，包含有：

一信号传输电路，具有一第一输出端，并用于在一传输模式时经由所述第一输出端输出一第一传送信号；

一电路单元，耦接至所述信号传输电路的所述第一输出端；以及

一信号接收电路，具有一第一接收端，并用于在一接收模式时经由所述第一接收端接收一第一无线通信信号；

其中，所述第一输出端耦接所述第一接收端于一第一节点，所述电路单元在所述接收模式时形成一频率共振模式，以增加由所述第一节点向所述信号传输电路所看到的阻抗值。

2.根据权利要求1所述的无线收发装置，其中，所述信号传输电路在所述传输模式时将一组差动传送信号转换为所述第一传送信号，所述信号传输电路包含有：

一对称-不对称转换器，具有两输入端和一输出端，并用于经由所述两输入端接收所述一组差动传送信号、将所述一组差动传送信号转换成所述第一传送信号以及经由所述输出端输出所述第一传送信号至一天线模块；以及

其中，所述电路单元具有耦接至所述对称-不对称转换器的一第一端及耦接至一参考电位的一第二端，所述电路单元在所述接收模式时耦接所述第一端、所述第二端，并在所述传输模式时断开所述第一端、所述第二端的耦接关系。

3.根据权利要求2所述的无线收发装置，其中，所述电路单元包含有：

一开关元件，具有一第三端、一第四端与一控制端，所述开关元件的所述第三端耦接至所述参考电位；以及

一第一电容元件，耦接至所述开关元件的所述第四端与所述对称-不对称转换器之间；以及

所述无线收发装置进一步包含有一控制电路，所述控制电路用于产生一控制信号以控制所述开关元件的导通状态。

4.根据权利要求3所述的无线收发装置，其中，在所述共振模式时，所述控制电路输出所述控制信号，控制所述开关元件为导通，使所述第一电容元件与所述对称-不对称转换器的一电感元件形成共振，致使增加由所述第一节点向所述信号传输电路所看到的一阻抗值。

5.根据权利要求3所述的无线收发装置，其中，在所述传输模式时，所述控制电路输出所述控制信号，控制所述开关元件为不导通，使所述第一电容元件处于浮接状态。

6.根据权利要求1所述的无线收发装置，其中，所述信号传输电路包含：

一电感元件，所述电感元件一端耦接至所述信号传输电路的所述第一输出端，而所述电感元件的另一端耦接至一参考电位；以及

所述电路单元包含有：

一开关元件，具有一第一端、一第二端与一控制端，所述开关元件的所述第一端耦接至所述参考电位；以及

一电容元件，耦接至所述开关元件的所述第二端及所述电感元件的所述第一端；

其中，所述无线收发装置还包含有一控制电路，所述控制电路用于产生一控制信号以控制所述开关元件的导通状态。

7.根据权利要求6所述的无线收发装置，其中，在所述接收模式时，所述控制电路输出所述控制信号，控制所述开关元件为导通，使所述电容元件与所述电感元件形成共振。

8.根据权利要求7所述的无线收发装置，其中，在所述传输模式时，所述控制电路输出所述控制信号，控制所述开关元件为不导通，使所述电容元件处于浮接状态。

9.根据权利要求1所述的无线收发装置，还包含有：

一控制电路，用于控制所述电路单元；

其中，所述信号接收电路还具有一第二接收端，并用于在所述接收模式时经由所述第二接收端接收一第二无线通信信号，所述第一无线通信信号、所述第二无线通信信号是一组差动无线通信信号；所述信号传输电路还具有一第二输出端，并用于在所述传输模式时经由所述第二输出端输出一第二传送信号，所述第一传送信号、所述第二传送信号是一组差动传送信号，其中所述第二输出端耦接所述第二接收端于一第二节点，以及所述信号传输电路包括有：

一第一电感元件，耦接至所述信号传输电路的所述第一输出端；以及

一第二电感元件，耦接至所述信号传输电路的所述第二输出端；以及

所述电路单元包含有：

一第一开关元件，具有一第一端、一第二端与一第一控制端，所述第一开关元件的所述第一端耦接至一参考电位；

一第一电容元件，耦接至所述第一开关元件的所述第二端、所述信号传输电路的所述第一输出端；

一第二开关元件，具有一第三端、一第四端与一第二控制端，所述第二开关元件的所述第三端耦接至所述参考电位；

一第二电容元件，耦接至所述第二开关元件的所述第二端、所述信号传输电路的所述第二输出端；以及

其中，所述控制电路控制所述第一开关元件、所述第二开关元件的导通状态。

10.根据权利要求9所述的无线收发装置，其中，在所述共振模式时，所述控制电路控制所述第一开关元件、所述第二开关元件为导通，使所述第一电容元件、所述第二电容元件分别与所述第一电感元件、所述第二电感元件形成共振；以及，在所述传输模式时，所述控制电路控制所述第一开关元件、所述第二开关元件为不导通，使所述第一电容元件、所述第二电容元件处于浮接状态。

11.根据权利要求1所述的无线收发装置，其中，所述信号传输电路还包含一输出功率放大器，以及所述信号接收电路包含一输入低噪声放大器。