CN103427852A - 射频前端 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种射频前端，支持至少一第一无线通信频带与一第二无线通信频带。该射频前端包含一共享接收器前端。该共享接收器前端包含一混频器，用以当该共享接收器前端依据该第一无线通信频带执行接收操作时，混合一接收信号与一第一本地振荡信号，以及当该共享接收器前端依据该第二无线通信频带执行接收操作时，混合该接收信号与一第二本地振荡信号，其中该第一本地振荡信号及第二本地振荡信号在频率上不相同。本发明提供的支持多重无线通信频带的射频前端，可大大降低芯片面积及引脚数量。

Description

射频前端
【技术领域】
本发明关于射频前端，尤其关于一种包含共享射频架构的射频前端。
【背景技术】
无线保真（wireless fidelity，Wi-Fi）及蓝牙（Bluetooth，BT）均运行在工业、科学及医学（Industrial,Scientific and Medical，ISM）领域内空闲的2.4GHz频带内；通常，公众能够了解Wi-Fi及蓝牙是在消费电子设备中广泛使用的两种无线技术。因此，越来越多的手持设备具备Wi-Fi及蓝牙功能。
然而，在嵌入式设备中使用分离的Wi-Fi及蓝牙会增加成本、芯片面积及引脚数量。虽然已经提出一些解决方案来将Wi-Fi和蓝牙功能模块共置（co-locate）在一集成芯片中以降低成本，但是这些解决方案并没有专注减少芯片面积及引脚数量的问题。请参考图1，图1为一传统架构的二元模块（dual-mode）（Wi-Fi及蓝牙）前端100的方块示意图。二元模块前端100包含Wi-Fi模块120及蓝牙模块140。Wi-Fi模块120包含Wi-Fi接收器（RX）前端122，Wi-Fi发射器（TX）前端124及Wi-Fi中频（intermediate frequency，IF）电路126。蓝牙模块140包含蓝牙接收器前端142，蓝牙发射器前端144及蓝牙中频电路146。由图1所示，Wi-Fi接收器前端122及蓝牙接收器前端142是彼此分离的，因此它们具有各自的混频器、合成器、本地振荡产生器（local oscillation（LO）generator）等。
因此有必要提出一种能够支持多种无线通信频带的共享射频架构的射频前端以减少芯片面积。
【发明内容】
有鉴于此，有必要提供一种能够支持多种无线通信频带的共享射频架构的射频前端，以解决上述问题。
依据本发明第一实施例，提供一种示范性射频前端，支持至少一第一无线通信频带及一第二无线通信频带。该射频前端包含：一共享接收器前端，包含一混频器，用以当该共享接收器前端通过该第一无线通信频带执行接收操作时，混合一接收信号与一第一本地振荡信号，以及当该共享接收器前端通过该第二无线通信频带执行接收操作时，混合该接收信号与一第二本地振荡信号，其中该第一本地振荡信号及第二本地振荡信号在频率上不相同。
依据本发明第二实施例，提供一种示范性射频前端，支持至少一第一无线通信频带及一第二无线通信频带。该射频前端包含：至少一发射器前端，用以通过该第一无线通信频带执行一传输操作；一共享接收器前端，用以通过该第一无线通信频带或该第二无线通信频带执行一接收操作；一第一合成器，用以产生一第一频率信号；一第二合成器，用以产生一第二频率信号；以及一本地振荡产生器，用以分别参考该第一频率信号产生该第一本地振荡信号及参考该第二频率信号产生该第二本地振荡信号，并当一相应的接收操作被执行时，输出该第一本地振荡信号与该第二本地振荡信号其中之一至该发射器前端及该共享接收器前端其中之一。其中该第一本地振荡信号及第二本地振荡信号在频率上不相同。
依据本发明第三实施例，提供一种示范性射频前端，支持至少一第一无线通信频带及一第二无线通信频带。该射频前端包含：一共享前端，用以通过该第一无线通信频带或该第二无线通信频带执行一操作；一第一合成器，用以产生一第一频率信号；一第二合成器，用以产生一第二频率信号；以及一本地振荡产生器，用以分别参考该第一频率信号产生该第一本地振荡信号及参考该第二频率信号产生该第二本地振荡信号，并当一相应的操作被执行时，输出该第一本地振荡信号与该第二本地振荡信号其中之一至该共享前端；其中，该射频前端可工作在一时分双工机制，以及该第一合成器及该第二合成器对于时分双工机制所操作的一时隙的一期间都是起作用的。
上述射频前端可降低芯片面积及引脚数量。
【附图说明】
图1为一二元模块（dual-mode）前端100传统架构的方块示意图；
图2为依据本发明实施例的支持多重无线通信标准的射频前端200的方块示意图；
图3为第一合成器240及第二合成器250的预开机制的时序图。
【具体实施方式】
在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属领域技术人员应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同样的元件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区别元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区别的基准。在通篇说明书及权利要求书当中所提及的「包含」为一开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。此外，「耦接」一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述一第一装置电性连接于一第二装置，则代表该第一装置可直接连接于该第二装置，或通过其他装置或连接手段间接地连接至该第二装置。
本发明的一个观念为共享通过不同的无线通信频带而运行的一接收器的一个或多个前端元件。无线通信频带可包含于由第一及第二无线通信标准（例如蓝牙标准及Wi-Fi标准）中至少其一来定义的特定频谱内，以减少芯片面积及引脚数量。举例来说，无线通信频带可都包含于由第一通信标准定义的不同特定频谱（例如，蓝牙2.4G频带及5G频带）内，或者某些无线通信频带可包含于由第一通信标准定义的特定频谱（例如，蓝牙2.4G频带）内而其他无线通信频带可包含于由第二通信标准定义的相同特定频谱（例如，Wi-Fi2.4G频带）内，或者某些无线通信频带可包含于由第一通信标准定义的特定频谱（例如，蓝牙5G频带）内而其他无线通信频带可包含于由第二通信标准定义的不同特定频谱（例如，Wi-Fi2.4G频带）内。由于接收器的前端元件为共享的，所以共享的元件间的踪迹（trace）也是共享的，因此更能减少芯片面积及引脚数量。更多细节描述如下文。
请参考图2，图2为依据本发明实施例的支持多种无线通信标准的射频前端200的方块示意图。举例来说，但不限于此，多种无线通信标准可包含至少一蓝牙标准和Wi-Fi标准。射频前端200包含但不限于共享接收器前端（shared RXfront-end）210、第一发射器前端（TX front-end）220、第二发射器前端230、第一合成器240、第二合成器（synthesizer）250、本地振荡产生器（local oscillation(LO)generator）260及分频器（divider）270。共享接收器前端210包含混频器（mixer）212及低噪声放大器（low-noise amplifier，LNA）214。第一合成器240用以依据第一无线通信标准（例如，蓝牙标准）来产生第一频率信号S_FQ1，第二合成器250用以依据第二无线通信标准（例如，Wi-Fi标准）来产生第二频率信号S_FQ2。本地振荡产生器260耦接于第一合成器240及第二合成器250，用以参考第一频率信号S_FQ1产生第一本地振荡信号S_LO1及参考第二频率信号S_FQ2产生第二本地振荡信号S_LO2，并当共享接收器前端210执行接收操作时，本地振荡产生器260输出第一本地振荡信号S_LO1及第二本地振荡信号S_LO2之一至混频器212。
在此实施例中，低噪声放大器214耦接于射频前端200的天线201及混频器212之间，用以接收来自天线201的接收信号S_R并据以产生一放大的接收信号S_R’。天线201被共享接收器前端210、第一发射器前端220、第二发射器前端230通过「1-3」开关所共享。混频器212用以当相应的接收操作被执行时，混合放大的接收信号S_R’与本地振荡输入，该本地振荡输入来自第一本地振荡信号S_LO1或第二本地振荡信号S_LO2。第一发射器前端220用以依据第一无线通信标准（例如，蓝牙标准）来执行传送操作，第二发射器前端230用以依据第二无线通信标准（例如，Wi-Fi标准）来执行传送操作。分频器270耦接于混频器212与本地振荡产生器260之间，用以提供同相（in-phase）正交（quadrature）的本地振荡信号至混频器212。同相正交的本地振荡信号从第一本地振荡信号S_LO1或第二本地振荡信号S_LO2产生，取决于当前从本地振荡产生器260产生哪一本地振荡信号。
值得注意的是，第一本地振荡信号S_LO1或第二本地振荡信号S_LO2应该在不同的频域（frequency domain），这样一来射频前端200可工作在时分双工（time division duplexing，TDD）机制。也就是说，在时分双工机制每一时隙（timeslot）期间，只有第一发射器前端220、第二发射器前端230及共享接收器前端210其中之一是起作用的（active），而其他剩余两个为不起作用的（inactive）。举例来说，在指定用于第一无线通信标准（例如，蓝牙标准）的时分双工机制一时隙期间，当共享接收器前端210依据第一无线通信标准执行接收操作时，混频器212可混合放大的接收信号S_R’与来自第一本地振荡信号S_LO1的同相正交的本地振荡信号。在指定用于第二无线通信标准（例如，Wi-Fi标准）的时分双工机制一时隙期间，当共享接收器前端210依据第二无线通信标准执行接收操作时，混频器212可混合放大的接收信号S_R’与来自第二本地振荡信号S_LO2的同相正交的本地振荡信号。在指定用于第一无线通信标准的时分双工机制一时隙期间，第一发射器前端220依据第一无线通信标准（例如，蓝牙标准）执行传送操作，在指定用于第二无线通信标准的时分双工机制一时隙期间，第二发射器前端230依据第二无线通信标准（例如，Wi-Fi标准）执行传送操作。总之，时分双工机制的时隙被指定用于第一无线通信标准（例如，蓝牙标准）或第二无线通信标准（例如，Wi-Fi标准），且被指定的时隙可仅用于信号接收或信号传送。在时分双工机制的任意给定时隙期间，只有第一发射器前端220、第二发射器前端230及共享接收器前端210其中之一允许工作（in operation），而其他两个不工作。请注意这只是作为说明的目的，并非用来作为本发明的限制。当考虑较少占用空间的网络环境（less-occupied ambient network）时，在某些时隙期间，由于缺少接收及传输请求，有可能第一发射器前端220、第二发射器前端230及共享接收器前端210都不工作。
在此实施例中，当共享接收器前端210可工作在第一无线通信标准（例如，蓝牙标准）时，共享接收器前端210操作于第一操作模式下，以及当共享接收器前端210可工作在第二无线通信标准（例如，Wi-Fi标准）时，共享接收器前端210操作于第二操作模式下。由于射频前端200可工作在时分双工机制，因此共享接收器前端210的性能与第一操作模式及第二操作模式之间的转换效能高度相关。为了使共享接收器前端210平稳缓和第一操作模式及第二操作模式之间的转换，第一合成器240及第二合成器250可采用预开（pre-on）机制。这就是说第一合成器240及第二合成器250会预先打开以锁定/校准第一频率信号S_FQ1及第二频率信号S_FQ2至所需频率。
请参考图3，图3为图2所示第一合成器240及第二合成器250的预开机制的时序图。在图3中，时分双工机制的第一时隙被指定用于第一无线通信标准（例如，蓝牙标准），时分双工机制的第二时隙被指定用于第二无线通信标准（例如，Wi-Fi标准），时分双工机制的第三时隙被指定用于第一无线通信标准（例如，蓝牙标准）。因此，第一合成器240在时分双工机制的第一时隙及第三时隙期间应该为起作用的，第二合成器250在时分双工机制的第二时隙期间应该为起作用的。如图3所示，第二合成器250在时间T1预先被打开以使第二频率信号S_FQ2在T1至t1的期间依据第二无线通信标准被锁定在指定频谱。如此一来，第二频率信号S_FQ2在时分双工机制的第二时隙的开始处会被采用。类似地，第一合成器240时间T2预先被打开以使第一频率信号S_FQ1在T2至t2的期间依据第一无线通信标准被锁定在指定频谱。如此一来，第一频率信号S_FQ1在时分双工机制的第三时隙的开始处会被采用。第一合成器240及第二合成器250的锁定/校准时间不会妨碍共享接收器前端210的吞吐量。然而，图3所示的时隙命令及安排仅作为说明的目的，时隙指定的实际应用可与图3中的不同。例如，像蓝牙、蓝牙、Wi-Fi、蓝牙、蓝牙、Wi-Fi或者蓝牙、Wi-Fi、蓝牙、Wi-Fi。换言之，时隙指定可在蓝牙与Wi-Fi之间不交替变化。另外，预开机制不一定涉及到每一时隙指定变化中。
预开机制意味着第一合成器240及第二合成器250在由时分双工机制操作的一时隙期间都是起作用的；由于本地振荡产生器260被第一合成器240及第二合成器250所共享，本地振荡产生器260在由时分双工机制操作的时隙期间会接收第一频率信号S_FQ1及第二频率信号S_FQ2。因此，本地振荡产生器260以第一因子（divisor）分频第一频率信号S_FQ1及以第二因子分频第二频率信号S_FQ2，如此一来被分频的第一频率信号S_FQ1’及被分频的第二频率信号S_FQ2’便不会彼此干扰。本地振荡产生器260接着分别产生第一本地振荡信号S_LO1及第二本地振荡信号S_LO2。
请注意，第一发射器前端220及第二发射器前端230也共享本地振荡产生器260。在另一实施例中，第一发射器前端220及第二发射器前端230可集成到一个发射器前端。此外，由于共享接收器前端210、第一发射器前端220及第二发射器前端230都共享相同的本地振荡产生器260，在又一实施例中，共享接收器前端210、第一发射器前端220及第二发射器前端230可被当做一个共享的前端区块以求简洁。
总之，本发明提供支持多种无线通信频带的射频前端的一共享架构。该射频前端包含共享的低噪声放大器、射频前端接收器共享的混频器、共享的本地振荡产生器、共享的同相正交分频器，及/或在这些共享元件间的踪迹。芯片面积及引脚数量都可大大降低。
任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视本发明的权利要求所界定者为准。

Claims (20)

1.一种射频前端，支持至少一第一无线通信频带与一第二无线通信频带，其特征在于，该射频前端包含：
一共享接收器前端，包含：
一混频器，用以当该共享接收器前端通过该第一无线通信频带执行接收操作时，混合一接收信号与一第一本地振荡信号，以及当该共享接收器前端通过该第二无线通信频带执行接收操作时，混合该接收信号与一第二本地振荡信号，其中该第一本地振荡信号及该第二本地振荡信号的频率不相同。
2.如权利要求1所述的射频前端，其特征在于，该第一无线通信频带与该第二无线通信频带包含于由一第一无线通信标准及一第二无线通信标准中至少其一所定义的特定频谱中。
3.如权利要求2所述的射频前端，其特征在于，该射频前端可工作在一时分双工机制。
4.如权利要求3所述的射频前端，其特征在于，该射频前端更包含：
一第一发射器前端，用以依据该第一无线通信标准来执行一传送操作；以及
一第二发射器前端，用以依据该第二无线通信标准来执行一传送操作；
其中，在该时分双工机制的每一时隙期间，只有该第一发射器前端、该第二发射器前端及该共享接收器前端其中之一是起作用的，而其他两个为不起作用的。
5.如权利要求2所述的射频前端，其特征在于，该射频前端更包含：
一第一合成器，用以产生一第一频率信号；
一第二合成器，用以产生一第二频率信号；以及
一本地振荡产生器，用以参考该第一频率信号产生该第一本地振荡信号及参考该第二频率信号产生该第二本地振荡信号，并当一相应的接收操作被执行时，输出该第一本地振荡信号与该第二本地振荡信号其中之一至该混频器。
6.如权利要求5所述的射频前端，其特征在于，该射频前端可工作在一时分双工机制，且该第一合成器及该第二合成器对于时分双工机制所操作的一时隙的一期间都是起作用的。
7.如权利要求5所述的射频前端，其特征在于，该本地振荡产生器用以藉由不同的因子来分频该第一频率信号与该第二频率信号。
8.如权利要求2所述的射频前端，其特征在于，该射频前端更包含：
一分频器，耦接于该混频器与该本地振荡产生器之间，用以提供自该第一本地振荡信号或该第二本地振荡信号产生的同相正交信号至该混频器。
9.如权利要求2所述的射频前端，其特征在于，该第一无线通信标准为一无线保真标准，以及该第二无线通信标准为一蓝牙标准。
10.一种射频前端，支持至少一第一无线通信频带及一第二无线通信频带，其特征在于，该射频前端包含：
至少一发射器前端，用以通过该第一无线通信频带执行一传送操作；
一共享接收器前端，用以通过该第一无线通信频带或该第二无线通信频带执行一接收操作；
一第一合成器，用以产生一第一频率信号；
一第二合成器，用以产生一第二频率信号；以及
一本地振荡产生器，用以参考该第一频率信号产生第一本地振荡信号及参考该第二频率信号产生第二本地振荡信号，并当一相应的接收操作被执行时，输出该第一本地振荡信号与该第二本地振荡信号其中之一至该发射器前端及该共享接收器前端其中之一，其中该第一本地振荡信号及该第二本地振荡信号的频率不相同。
11.如权利要求10所述的射频前端，其特征在于，该第一无线通信频带与该第二无线通信频带包含于由一第一无线通信标准及一第二无线通信标准中至少其一所定义的特定频谱中。
12.如权利要求11所述的射频前端，其特征在于，该射频前端可工作在一时分双工机制，以及该第一合成器及该第二合成器对于时分双工机制所操作的一时隙的一期间都是起作用的。
13.如权利要求11所述的射频前端，其特征在于，该本地振荡产生器用以藉由不同的因子来分频该第一频率信号与该第二频率信号。
14.如权利要求11所述的射频前端，其特征在于，该射频前端更包含：
一分频器，耦接于该至少一个发射器前端与该本地振荡产生器之间，用以提供自该第一本地振荡信号或该第二本地振荡信号产生的同相正交信号至该混频器。
15.如权利要求11所述的射频前端，其特征在于，该第一无线通信标准为一无线保真标准，以及该第二无线通信标准为一蓝牙标准。
16.一种射频前端，支持至少一第一无线通信频带及一第二无线通信频带，其特征在于，该射频前端包含：
一共享前端，用以通过该第一无线通信频带或该第二无线通信频带执行一操作；
一第一合成器，用以产生一第一频率信号；
一第二合成器，用以产生一第二频率信号；以及
一本地振荡产生器，用以分别参考该第一频率信号产生第一本地振荡信号及参考该第二频率信号产生第二本地振荡信号，并当一相应的操作被执行时，输出该第一本地振荡信号与该第二本地振荡信号其中之一至该共享前端；
其中，该射频前端可工作在一时分双工机制，以及该第一合成器及该第二合成器对于时分双工机制所操作的一时隙的一期间都是起作用的。
17.如权利要求16所述的射频前端，其特征在于，该第一无线通信频带与该第二无线通信频带包含于由一第一无线通信标准及一第二无线通信标准中至少其一所定义的特定频谱中。
18.如权利要求17所述的射频前端，其特征在于，该本地振荡产生器用以藉由不同的因子来分频该第一频率信号与该第二频率信号。
19.如权利要求17所述的射频前端，其特征在于，该射频前端更包含：
一分频器，耦接于该共享前端与该本地振荡产生器之间，用以提供自该第一本地振荡信号或该第二本地振荡信号产生的同相正交信号。
20.如权利要求17所述的射频前端，其特征在于，该第一无线通信标准为一无线保真标准，以及该第二无线通信标准为一蓝牙标准。
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