CN104218958A - 多模多频射频发射机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多模多频射频发射机，包括第一基带增益可调放大器、第二基带增益可调放大器、第一正交混频器、第二正交混频器、第一高功率驱动器、第二高功率驱动器、第一选频网络、以及第二选频网络，所述第一正交混频器连接所述第一基带增益可调放大器和第二基带增益可调放大器，所述第二正交混频器连接所述第一基带增益可调放大器和第二基带增益可调放大器，所述第一选频网络被配置为匹配由多个通信频段组成的第一频带，所述第二选频网络被配置为匹配由多个通信频带组成的第二频带，其中所述第一选频网络和第二选频网络中的至少一个包括巴伦匹配电路以及连接于所述巴伦匹配电路中的电容值可变的电容阵列。

Description

多模多频射频发射机

技术领域

本发明涉及移动通信终端，尤其是涉及多模移动通信终端的多模多频射频发射机。

背景技术

移动通信的快速发展和标准的激烈竞争，使得不同世代和竞争性的多种通信制式同时并存，目前主流的移动通信模式就包括GSM/GPRS/EDGE（合并称为GGE）、IS-95(CDMA)、CDMA2000、TD-SCDMA、WCDMA、LTE TDD和LTE FDD等。在这种情况下，对支持多个网络的终端，即多模终端的需求也随之增加。

目前移动通信终端产品中以双模多频为主，即支持多个通信频段，但是仅支持两种通信模式。尽管对支持更多模式的移动终端的需求一直存在，但是其技术难点尚未被有效克服，难点主要在于频率跨度大。下表1列出集中常见的通信模式的频率覆盖范围。

表1

从表1可以看出，5种通信模式的频率跨度为704MHz-2570MHz，传统的单通道结构很难覆盖这样的超宽带频率。

尽管已出现了采用多通道分别匹配，完成高中低频率（900MHz、1900MHz、2500MHz）宽带覆盖的三模方案。但是这一方案的频率覆盖范围有限。而且由于使用分别匹配的方案，存在芯片占用面积大、价格高、多通道高频寄生大、性能指标较差等缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多模多频射频发射机，以实现超宽带阻抗匹配。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种多模多频射频发射机，包括第一基带增益可调放大器、第二基带增益可调放大器、第一正交混频器、第二正交混频器、第一高功率驱动器、第二高功率驱动器、第一选频网络、以及第二选频网络，所述第一正交混频器、第一高功率驱动器和第一选频网络依次连接并构成第一通道，所述第二正交混频器、第二高功率驱动器和第二选频网络依次连接并构成第二通道，所述第一正交混频器连接所述第一基带增益可调放大器和第二基带增益可调放大器，所述第二正交混频器连接所述第一基带增益可调放大器和第二基带增益可调放大器，所述第一选频网络被配置为匹配由多个通信频段组成的第一频带，所述第二选频网络被配置为匹配由多个通信频带组成的第二频带，其中所述第一选频网络和第二选频网络中的至少一个包括巴伦匹配电路以及连接于所述巴伦电路中的电容值可变的电容阵列。

在本发明的一实施例中，所述第一频带覆盖GGE、TD-SCDMA、TDD-LTE、WCDMA、FDD-LTE中的至少三种通信模式的中高档通信频段。

在本发明的一实施例中，所述第一频带至少覆盖1710MHz-2570MHz。

在本发明的一实施例中，所述第一选频网络包括巴伦匹配电路以及连接于所述巴伦电路中的电容值可变的电容阵列。

在本发明的一实施例中，所述第二频带至少覆盖GGE、WCDMA、FDD-LTE的低档通信频段。

在本发明的一实施例中，所述第二频带至少覆盖700MHz-1000MHz。

在本发明的一实施例中，所述电容阵列的最大电容值和最小电容值的比值是根据对应频带的最高频率和最低频率的比值确定。

在本发明的一实施例中，所述电容阵列为二进制电容阵列。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，通过可以覆盖多个通信频段的选频网络，将几种通信模式的通信频段都覆盖进来，从而可以兼容三种以上通信模式。并且，由于覆盖了较宽的频带，可以减少信号通道而减小芯片面积，无多频之间干扰问题，提高芯片的性能指标。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1示出本发明一实施例的多模多频射频发射机的电路图。

图2示出本发明一实施例的发射机输出端的BALUN匹配电路的电路图。

图3示出本发明一实施例的发射机的电容阵列。

图4示出本发明一实施例的多模多频射频发射机的中高档频率覆盖1.7G～2.66GHz的仿真结果。

图5示出本发明一实施例的多模多频射频发射机的低档频率覆盖700M～1GHz的仿真结果。

具体实施方式

本发明的实施例提出一种多模多频射频发射机，实现超宽带阻抗匹配，以使得信号能正常大功率发射。本发明的一个特点是，采用BALUN（巴伦，平衡-不平衡变换器）匹配电路实现差分到单端输出，并利用等效电感和电容阵列，实现宽带匹配。因此，频率跨度大的多个频段将得以在合并一个通道中实现匹配而不是在多个通道中分别匹配。这一设计的优势是，发射机可以涵盖更多通信模式及其频段。下面将以五模发射机为例描述本发明的实施例。

图1示出本发明一实施例的多模多频射频发射机的电路图。参照图1所示，该发射机10包括第一、第二基带增益可调放大器(Baseband Variable GainAmplifier,BBVGA)11a、11b。发射机10所输入的低频IQ信号分别经基带增益可调放大器11a、11b经驱动放大后分别进入两个通道，其中一个通道（后文称第一通道）覆盖1.7-2.66GHz频段，另一个通道（后文称第二通道）覆盖0.7-1GHz频段。

第一通道包含依次连接的第一正交混频器12a、第一高功率驱动器(PAdriver)13a以及第一选频网络14a。第二通道包含依次连接的第二正交混频器12b、第二高功率驱动器13b以及第二选频网络14b。第一正交混频器12a连接到第一、第二基带增益可调放大器以接收IQ信号。第二正交混频器12b连接到第一、第二基带增益可调放大器以接收IQ信号。正交混频器12a、12b，高功率驱动器13a、13b均为已知的电路，在此不再展开描述。

经过基带增益可调放大器11a、11b放大后的信号通过正交混频器12a、12b分别与本振信号(LO:BAND)混频，进行上变频。此后，信号通过高功率驱动器13a、13b输出，最后通过选频网络14a、14b匹配输出。

在此，选频网络14a、14b负责实现宽带匹配输出。其中，选频网络14a用来匹配1.7-2.66GHz的频率，选频网络14b用来匹配0.7-1GHz的频率。更进一步，1.7G-2.66GHz被细分为1.7-2GHz，2.3-2.4GHz，2.5-2.6GHz三个频段。与表1所示的目前主流通信模式比较可知，这些频段已覆盖了主流通信模式的中高档频率。同样，0.7G-1GHz被细分为700-800MHz，800-900MHz，900-1000MHz三个频段。与表1所示的目前主流通信模式比较可知，这些频段已覆盖了主流通信模式的低档频率。

选频网络14a、14b是通过LC负载谐振实现选频输出的。其中，BALUN等效电感为负载电感，结合连接于BALUN电路中的电容阵列，实现宽度匹配。

图2示出本发明一实施例的发射机输出端的BALUN匹配电路的电路图。参照图2所示，一个基本的BALUN匹配电路分为初级线圈和次级线圈。设初级线圈等效电感为L1_equ，次级线圈等效电感为L2_equ；初级线圈等效电阻为Rp，初级线圈可变等效电容为Cp。

为实现阻抗匹配，必须满足下式：

Rp=N²×50   (1)

阻抗匹配频率f_matching公式如下：

$f_{\mathrm{matching}}=\frac{1}{2\mathrm{\Π}\sqrt{L1\_\mathrm{equ}\×\mathrm{Cp}}}---\left(2\right)$

S参数中的阻抗匹配值S11公式如下：

$S11=20*\mathrm{Lg}\frac{Z_{\mathrm{equ}}-Z_0}{Z_{\mathrm{equ}}+Z_0}---\left(3\right)$

上式(3)中，Zequ为等效输出阻抗，Z0为特征阻抗50ohm。

由上式可知，通过调整等效电容Cp，可以改变阻抗匹配的频率，满足S11<-10dB即可，因此只需要满足：

$\frac{Z_0}{2}<Z_{\mathrm{equ}}<2Z_0$

假设要匹配的频率范围是：最高频率为2570MHz，最低频率为1710MHz，则二者频率比值为1.5，小于2。根据频率比值可以确定等效电容的变化范围，这将在后文描述。

由于要求等效电容是可变的，本发明的实施例中引入了电容阵列。

对于中高频档射频带宽1710-2570MHz，宽带阻抗匹配实现，采用电容阵列Ｃp，分析如下：

${\mathrm{\&omega;}}_{\max }=\frac{1}{2\mathrm{\&Pi;}\sqrt{L1\_\mathrm{equ}\&CenterDot;C{p}_{\min }}}$

${\mathrm{\&omega;}}_{\min }=\frac{1}{2\mathrm{\&Pi;}\sqrt{L1\_\mathrm{equ}\&CenterDot;C{p}_{\max }}}$

$\frac{C{p}_{\max }}{C{p}_{\min }}={\left(\frac{{\mathrm{\&omega;}}_{\max }}{{\mathrm{\&omega;}}_{\min }}\right)}^2={\left(\frac{2570}{1710}\right)}^2=2.25$

阻抗匹配要求Zin_max=4Zin_min,只要满足Cp_max<4Cp_min，就满足宽带输入阻抗匹配，而Cp_max=2.25Cp_min，所以通过调整电容阵列Cp，可以实现中高频率可以复用一个BALUN电路，减小芯片面积。

图3示出本发明一实施例的发射机的电容阵列。其中C₄=2C₃=2²C₂=2³C₁=2⁴C₀，为二进制阵列组合。电容阵列使用晶体管进行控制以改变电容值。

对于700-1000MHz的频率范围，设计思路是类似的，在此不展开描述。

通过CADENCE软件，电路设计仿真匹配结果如图4和图5所示。图4示出中高档频率覆盖1.7G～2.66GHz的仿真结果。图5示出低档频率覆盖700M～1GHz的仿真结果。因此，此技术方案从发射机输出端利用BALUN实现了超宽带阻抗匹配，覆盖范围分别为700M-1GHz和1.7G-2.66GHz，这完全满足GGE/TD-SCDMA/WCDMA/FDD-LTE/TDD-LTE五模多频的要求。

更重要的是，本发明的上述实施例复用了中高档所有频率电路，减小了芯片面积，无多频之间干扰问题，提高了芯片的性能指标。

本发明实施例的多模多频射频发射机中可以用于多模移动通信终端，例如移动电话、平板电脑或其他具有移动通信功能的电子设备中。

上述实施例虽然仅描述了700M-1GHz和1.7G-2.66GHz这些频段，但可以理解本发明并不局限于此。根据本发明的原理，本发明的实施例实际上还可以在更宽频段上实施。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (9)

1.一种多模多频射频发射机，包括第一基带增益可调放大器、第二基带增益可调放大器、第一正交混频器、第二正交混频器、第一高功率驱动器、第二高功率驱动器、第一选频网络、以及第二选频网络，所述第一正交混频器、第一高功率驱动器和第一选频网络依次连接并构成第一通道，所述第二正交混频器、第二高功率驱动器和第二选频网络依次连接并构成第二通道，所述第一正交混频器连接所述第一基带增益可调放大器和第二基带增益可调放大器，所述第二正交混频器连接所述第一基带增益可调放大器和第二基带增益可调放大器，所述第一选频网络被配置为匹配由多个通信频段组成的第一频带，所述第二选频网络被配置为匹配由多个通信频带组成的第二频带，其中所述第一选频网络和第二选频网络中的至少一个包括巴伦匹配电路以及连接于所述巴伦匹配电路中的电容值可变的电容阵列。

2.如权利要求1所述的多模多频射频发射机，其特征在于，所述第一频带覆盖GGE、TD-SCDMA、TDD-LTE、WCDMA、FDD-LTE中的至少三种通信模式的中高档通信频段。

3.如权利要求1所述的多模多频射频发射机，其特征在于，所述第一频带至少覆盖1710MHz-2570MHz。

4.如权利要求3所述的多模多频射频发射机，其特征在于，所述第一选频网络包括巴伦匹配电路以及连接于所述巴伦电路中的电容值可变的电容阵列。

5.如权利要求1所述的多模多频射频发射机，其特征在于，所述第二频带至少覆盖GGE、WCDMA、FDD-LTE的低档通信频段。

6.如权利要求5所述的多模多频射频发射机，其特征在于，所述第二频带至少覆盖700MHz-1000MHz。

7.如权利要求1所述的多模多频射频发射机，其特征在于，所述电容阵列的最大电容值和最小电容值的比值是根据对应频带的最高频率和最低频率的比值确定。

8.如权利要求1所述的多模多频射频发射机，其特征在于，所述电容阵列为二进制电容阵列。

9.一种多模移动通信终端，包括如权利要求1-8任一项所述的多模多频射频发射机。