CN104467776A - 一种单芯片射频天线开关模块及射频前端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单芯片射频天线开关模块，该开关模块包括：基板、管芯、第一低通滤波器和第二低通滤波器，其中，第一低通滤波器的电感和第二低通滤波器的电感由基板上的金属走线和/或键合线实现；管芯安装在基板上，管芯中集成有射频天线开关、逻辑控制器、第一低通滤波器的电容和第二低通滤波器的电容，逻辑控制器用于根据逻辑信号导通或断开射频天线开关。这种实现方式易于实现，能够使得整个射频天线开关模块的基板面积得到充分利用，从而减小整个开关模块的体积并降低成本。

Description

一种单芯片射频天线开关模块及射频前端

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，具体地说，涉及一种单芯片射频天线开关模块及射频前端。

背景技术

随着移动通信技术的发展，出现了五种移动通信模式并存的局面，如GSM/EGDE,WCDMA,TD-CDMA,FDD-LTE以及TD-LTE等等。多模技术将这些移动通信模式有效的融合同一个多模手持终端，使同一部手持终端同时兼容上述的通信模式。由于上述通信模式的频段各异，使得射频天线开关必须覆盖上述模式全部的工作频率。

一个典型的多模射频天线开关模块如图1所示。由图1可以看到，该多模射频天线开关模块101是一个单刀十二掷射频开关，其单刀射频端口连接到了天线105，十二掷分别接到了十二个射频信号端口，即GSM低频段信号发射端口GSM_TX、GSM高频段信号发射端口DCS_TX和UMTS/LTE信号端口。其中，UMTS/LTE信号端口包括十路发射接收信号，即UMTS/LTE_TRX1～UMTS/LTE_TRX10,其中UMTS/LTE_TRX8～UMTS/LTE_TRX10可分别作为GSM第一信号接收端口GSM_RX1、GSM第二信号接收端口GSM_RX2和GSM第三信号接收端口GSM_RX3。

射频天线开关模块101还设置有供电电源端口AVDD、使能信号端口VIO、数据信号端口SDATA以及时钟信号端口SCLK，根据这些信号端口接收到信号，由MIPI的数据信号和时钟信号控制寄存器产生不同逻辑组态，以控制射频天线开关模块中的天线端口连接到不同射频通路。为了满足GSM移动通信标准对于天线发射信号中谐波分量的抑制要求，如图1所示，通常需要在GSM低频段信号发射端口GSM_TX以及GSM高频段信号发射端口DCS_TX与射频天线开关端口之间分别接入低通滤波器103、低通滤波器104，以滤除带外谐波信号。

射频天线开关模块中的射频开关102，通常采用半导体工艺技术制造为一颗管芯，如采用SOI或SOS工艺制造。理论上，低通滤波器103和低通滤波器104，也可以采用同样的半导体工艺技术与射频开关制造在同一颗管芯上，以提高集成度。但是由于滤波器中的电感元件会占用较大的管芯面积，将使得集成滤波器的射频开关管芯不具备成本优势。并且，通常半导体工艺技术中的电感品质因子(Q值)较低，使得滤波器的插入损耗较大，恶化了整个射频发射前端的性能。

现有技术实现射频天线开关模块的方式主要有三种。

第一种为采用专用的滤波器制造工艺技术(如SAW、BAW等工艺)制造分立的滤波器，然后再将分立制造的滤波器与射频开关管芯封装在同一个模块中。这种多管芯模块的实现方式通常会使得射频天线开关模块尺寸较大，不利于GSM手机终端的小型化。例如RDA公司的GSM单刀九掷射频天线开关产品RDAES95就采用了这种实现方式，其外形尺寸为3.2×4.5mm。

第二种为采用低温共烧陶瓷(LTCC)或类似技术，在封装基板中集成埋入其中的滤波器，然后将射频开关管芯封装在该基板上。这种实现方式可以得到小型化的射频天线开关，如Hitachi Metals公司的GSM单刀九掷射频天线开关产品ESHS-P085C9就采用了这种实现方式。但是由于LTCC基板造价高昂，并且通常还需要在LTCC基板上贴装一些额外的表面贴装无源器件，使得这种实现方式不具备成本优势。

第三种为采用IPD或类似技术制造单片滤波器，利用3D倒扣封装技术，将IPD滤波器置于射频开关管芯的下方。这种实现方式可以得到小型化的射频天线开关，如Skyworks公司的多模单刀十二掷射频天线开关产品SKY13488就采用了这种实现方式。但是由于其采用了两颗管芯以及两颗管芯的3D封装，使得这种实现方式不具备成本优势。

基于上述情况，亟需一种多模射频天线开关模块，其具有较小的外形尺寸和较高的集成度，并且同时具有低廉的制造成本和高性能。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种单芯片射频天线开关模块，所述开关模块包括：基板、管芯、第一低通滤波器和第二低通滤波器，其中，

所述第一低通滤波器的电感和第二低通滤波器的电感由所述基板上的金属走线和/或键合线实现；

所述管芯安装在所述基板上，所述管芯中集成有射频天线开关、逻辑控制器、第一低通滤波器的电容和第二低通滤波器的电容，所述逻辑控制器用于根据逻辑信号导通或断开所述射频天线开关。

根据本发明的一个实施例，所述第一低通滤波器和/或第二低通滤波器包括第一端口、第二端口、第一电感、第二电感、第三电感、第一电容和第二电容，其中，

所述第一电感连接在所述第一端口和第二端口之间，所述第二电感和第一电容串联在所述第一端口与地之间，所述第三电感和第二电容串联在所述第二端口与地之间。

根据本发明的一个实施例，所述第一电感包括所述基板上的相应金属走线绕成的线圈。

根据本发明的一个实施例，所述第二电感和第三电感由所述基板上的相应金属走线和/或键合线构成。

根据本发明的一个实施例，所述基板包括至少三层金属走线层，并且顶层金属走线层在电气上连接到地。

根据本发明的一个实施例，所述逻辑控制器包括：

逻辑编码电路，其用于将接收到的串行数据信号进行译码处理，得到并行数据信号；

电平移位电路，其与所述逻辑编码电路连接，用于对所述并行数据信号进行电压扩展。

根据本发明的一个实施例，所述射频天线开关包括：

第三滤波电路，其与所述电平移位电路连接；

开关单元，其包括三个端口，其中第一端口与所述第三滤波电路连接，用于根据滤波后的并行控制信号导通或断开第二端口与第三端口之间的连接。

根据本发明的一个实施例，所述开关单元包括叠层串联的多个电阻和场效应晶体管。

本发明还提供了一种射频前端，所述射频前端包括：射频功率放大器、天线和如上所述的单芯片射频天线开关模块，所述单芯片射频天线开关模块连接在所述射频功率放大器与天线之间。

根据本发明的一个实施例，所述单芯片射频天线开关模块包括所述射频功率放大器的全部或部分输出匹配网络。

本发明所提出的单芯片射频天线开关模块中，GSM低频段信号低通滤波器(即第一低通滤波器)和GSM高频段信号低通滤波器(即第二低通滤波器)中的第一电感均由基板上的金属走线绕成的线圈组成，谐振网络中的接地电感由基板上的金属走线以及键合线构成。这种实现方式显然使得整个射频天线开关模块的基板面积得到充分利用，更加符合多模高线性射频天线开关的设计理念，减小整个开关模块的体积。并且，基板上的金属走线绕成的线圈电感的高Q值也使得滤波器具有更低的插入损耗。

同时，在本发明的不同实施例中，为了得到所需的不同电感值，GSM低频段信号低通滤波器中的第一电感可以通过调整金属走线绕成的线圈的内径、外径、线宽以及圈数等参数来来实现。

此外，本发明还将第一低通滤波器和第二低通滤波器中的第一电感在空间上保持了一定的距离，并且用处于基板上的不同金属层的金属走线绕制。这样能够有效避免第一低通滤波器中的第一电感与第二低通滤波器中的第一电感在工作时出现电磁感应，恶化开关性能。

另外，由于采用了具有稳定性较强基板上的金属走线绕成的线圈来实现滤波器中的电感元件，这也使得滤波器具有更强的鲁棒性，增强了整个射频天线开关模块对制造工艺容差的容忍度，有助于提高制造良品率。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是现有的单芯片射频天线开关模块的电路原理图；

图2是T型低通滤波器的电路图；

图3是Pi型低通滤波器的电路原理图；

图4是根据本发明一个实施例的单芯片射频天线开关模块的电路原理图；

图5是现有的GSM低频段Pi型低通滤波器的电路原理图；

图6是图5所示的GSM低频段Pi型低通滤波器的频率响应曲线；

图7是根据本发明一个实施例的改进的GSM低频段Pi型低通滤波器的电路原理图；

图8是根据图7所示的改进的GSM低频段Pi型低通滤波器的频率响应曲线；

图9是现有的GSM高频段Pi型低通滤波器的电路原理图；

图10是图9所示的GSM高频段Pi型低通滤波器的频率响应曲线；

图11是根据本发明一个实施例的改进的GSM高频段Pi型低通滤波器的电路原理图；

图12是图11所示的改进的GSM高频段Pi型低通滤波器的频率响应曲线；

图13是根据本发明一个实施例的单芯片射频天线开关模块的实现示意图；

图14是根据本发明一个实施例的管芯的结构示意图；

图15是根据本发明一个实施例的开关单元的电路示意图；

图16是根据本发明一个实施例的射频前端的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。

另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

为了使得射频开关模块具有紧凑结构，从而得到更小的外形尺寸，与GSM信号端口所连接的低通滤波器必须选择较为简单的拓扑结构。常用的一阶低通滤波器拓扑结构包括Pi型低通滤波器网络及T型低通滤波器网络，如图2示出了一种常用的T型低通滤波器的电路原理图，图3则示出了一种常用的Pi型低通滤波器的电路原理图。

如图2所示，T型低通滤波器包括电感L201、电感L202和电容C203。其中，电感L201和电感L202串联在端口port1与端口port2之间，电容C203的一端与电感L201和电感L202的公共端连接，另一端与地连接。

如图3所示，Pi型低通滤波器包括电感L301、电容C302和电容C303。其中，电感L301连接在端口port1与端口port2之间；电容C302的一端与端口port1连接，另一端与地连接；电容C303的一端与端口port2连接，另一端与地连接。

由此可以看出，由于T型低通滤波器的电路中包含两个串联电感元件(即电感L201和电感L202)，相比于仅有一个电感元件(即电感L301)的Pi型低通滤波网络，T型低通滤波器将占用更大的电路面积。并且在实际实现中，T型低通滤波器网络中的两个串联电感元件之间会存在较强的电磁耦合效应，从而恶化滤波器的性能。因此，Pi型低通滤波器网络是射频开关模块中GSM低通滤波器的优选方案。

图4示出了本实施例所提供的单芯片射频天线开关模块的电路原理图。

如图4所示，本实施例所提供的单芯片射频天线开关模块包括了第一低通滤波器401、第二低通滤波器402和管芯403。为了满足GSM移动通信标准对于天线发射信号中谐波分量的抑制要求，本实施例所提供的单芯片射频天线开关模块将第一低通滤波器401连接在GSM低频段发射信号输入端口GSM_TX与管芯403的相应端口(即GSM低频段发射信号输入端口GSM_TX_2)之间，将第二低通滤波器402连接在GSM高频段发射信号输入端端口DCS_TX与管芯403的相应端口(即GSM高频段发射信号输入端口DCS_TX_2)之间。

本实施例所提供的第一低通率滤波器401和第二低通滤波器402均采用了改进的Pi型低通滤波器结构。

如图4所示，本实施例所提供的第一低通滤波器401包括第一端口(即与GSM_TX端口连接的端口)、第二端口(即与GSM_TX_2端口连接的端口)、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。其中，第一电感L1连接在第一端口与第二端口之间，第一电容C1的一端与第一端口连接，另一端与第二电感L2的一端连接，第二电感L2的另一端与地连接。第二电容C2的一端与第二端口连接，另一端与第三电感L3的一端连接，第三电感L3的另一端与地连接。

本实施例中，第二低通滤波器402与第一低通滤波器401的电路结构相同，同样也包括第一端口(即与DCS_TX端口连接的端口)、第二端口(即与DCS_TX_2端口连接的端口)、第一电感L4、第二电感L5、第三电感L6、第一电容C3和第二电容C4。其中，第一电感L4连接在第一端口与第二端口之间，第一电容C3的一端与第一端口连接，另一端与第二电感L5的一端连接，第二电感L5的另一端与地连接。第二电容C4的一端与第二端口连接，另一端与第三电感L6的一端连接，第三电感L6的另一端与地连接。

本实施例中，管芯403还包括十路信号发射/接收端口，即UMTS/LTE_TRX1～UMTS/LTE_TRX10。其中，UMTS/LTE_TRX8～UMTS/LTE_TRX10可分别作为GSM第一信号接收端口GSM_RX1、GSM第二信号接收端口GSM_RX2和GSM第三信号接收端口GSM_RX3。此外，管芯403还设置有供电电源端口AVDD、使能信号端口VIO、数据信号端口SDATA以及时钟信号端口SCLK。

GSM通信标准中发射信号通常有4个频段：824-849MHz，880-915MHz，1710-1785MHz，1850-1910MHz，并且前两个频段统称为GSM低频段，后两个频段统称为GSM高频段。

以下通过比较本实施例所提供的改进的低通滤波器与现有的通用Pi型低通滤波器的频率响应，来更加清楚地说明本实施例所提供的改进的低通滤波器的优点。

图5示出了一个具体的通用GSM低频段Pi型低通滤波器的电路图，图6则示出了该通用GSM低频段Pi型低通滤波器的频率响应曲线。

如图5所示，该通用Pi型低通滤波器的结构与图3所示的Pi型低通滤波器的电路结构相同，在此不再赘述。其中，电感L301的感值为8.8nH，电容C302和电容C303的容值均为3pF。

在此元件值配置下，该通用Pi型低通滤波器可以实现在GSM低频段内的50欧姆到50欧姆阻抗匹配。从图6示出的该GSM低频段Pi型低通滤波器的频率响应曲线可以看出，在GSM低频段内该通用Pi型低通滤波器具有很低的插入损耗，而在GSM低频段外的高频具有较大的衰减，可以滤除GSM低频段发射信号的谐波信号。

图7示出了本实施例所提供的一个具体的改进的GSM低频段Pi型低通滤波器的电路图，图8则示出了该改进的GSM低频段Pi型低通滤波器的频率响应曲线。

如图7所示，该改进的GSM低频段Pi型低通滤波器的结构与图4所示的第一低通滤波器401的电路结构相同，在此不再赘述。其中，第一电感L1的感值为8.8nH，第二电感L2和第三电感L3的感值分别为3.5nH和1.4nH，第一电容C1和第二电容C2的容值分别为2.4pF和2.65pF。

从图7中可以看出，第一电容C1与第二电感L2组成了第一电容-电感串联谐振网络，第二电容C2和第三电感L3组成了第二电容-电感串联谐振网络。电容-电感串联谐振网络的谐振频率f_c与电容值C_c和电感值L_c的关系为根据本实施例的元件值配置状态，该改进的GSM低频段发射信号Pi型滤波器可以实现GSM低频段内的50欧姆到50欧姆阻抗匹配，第一电容-电感串联谐振网络谐振于GSM低频段信号的2次谐波，第二电容-电感串联谐振网络谐振于GSM低频段信号的3次谐波。

从图8示出的该改进的GSM低频段Pi型低通滤波器的频率响应曲线可以看出，在GSM低频段内，该改进的GSM低频段Pi型低通滤波器具有很低的插入损耗，而在GSM低频段外的高频具有较大的衰减，并且在GSM低频段信号的2次谐波及3次谐波处有非常大的衰减。

对比图6和图8可以看出，本实施例所提供的改进的GSM低频段Pi型滤波器中由于存在分别谐振在GSM低频段信号2次谐波和3次谐波处的电容-电感串联谐振网络，相比现有的通用GSM低频段Pi型滤波器具有更强的谐波信号抑制能力，有助于提升多模射频开关模块的性能。

图9示出了一个具体的通用GSM高频段Pi型低通滤波器的电路图，图10则示出了该通用GSM高频段Pi型低通滤波器的频率响应曲线。

如图9所示，该通用GSM高频段Pi型低通滤波器的结构与图3所示的Pi型低通滤波器的电路结构相同，在此不再赘述。其中，电感L301的感值为4.25nH，电容C302和电容C303的容值均为1.44pF。

在此元件值配置下，该通用GMS高频段Pi型低通滤波器可以实现在GSM高频段内的50欧姆到50欧姆阻抗匹配。从图10示出的该GSM高频段Pi型低通滤波器的频率响应曲线可以看出，在GSM高频段内该通用GSM高频段Pi型低通滤波器具有很低的插入损耗，而在GSM高频段外的高频具有较大的衰减，可以滤除GSM高频段信号中的谐波信号。

图11示出了本实施例所提供的一个具体的改进的GSM高频段Pi型低通滤波器的电路图，图12则示出了该改进的GSM高频段Pi型低通滤波器的频率响应曲线。

如图11所示，该改进的GSM高频段Pi型低通滤波器的结构与图4所示的第二低通滤波器402的电路结构相同，在此不再赘述。其中，第一电感L4的感值为4.25nH，第二电感L5和第三电感L6的感值分别为1.4nH和0.66nH，第一电容C3和第二电容C4的容值分别为1.38pF和1.3pF。

从图11中可以看出，第一电容C3与第二电感L5组成了第三电容-电感串联谐振网络，第二电容C4和第三电感L6组成了第四电容-电感串联谐振网络。电容-电感串联谐振网络的谐振频率f_c与电容值C_c和电感值L_c的关系为根据本实施例的元件值配置状态，该改进的GSM高频段Pi型滤波器可以实现GSM高频段内的50欧姆到50欧姆阻抗匹配，第三电容-电感串联谐振网络谐振于GSM高频段信号的2次谐波，第四电容-电感串联谐振网络谐振于GSM高频段信号的3次谐波。

从图12示出的该改进的GSM高频段Pi型低通滤波器的频率响应曲线可以看出，在GSM高频段内，该改进的GSM高频段Pi型低通滤波器具有很低的插入损耗，而在GSM高频段外的高频具有较大的衰减，并且在GSM高频段信号的2次谐波及3次谐波处有非常大的衰减。

对比图10和图12可以看出，本实施例所提供的改进的GSM高频段Pi型滤波器中由于存在分别谐振在GMS高频段信号2次谐波和3次谐波处的电容-电感串联谐振网络，相比现有的通用GSM高频段Pi型滤波器具有更强的谐波信号抑制能力，有助于提升多模射频开关模块的性能。

本实施例所提出的技术方案采用了如图7和图11所示的GSM低频段和GSM高频段信号低通滤波器的拓扑结构。需要说明的是，前文所描述的低通滤波器中的电容、电感的元件值仅作为示例，而不是对于本发明的限制。在本发明的不同实施例中，实际低通滤波器中各个电容以及电感的元件值需要根据电路的具体情况来设定，例如在具体实现中还需要考虑到天线及射频开关对滤波器端口阻抗的影响来对滤波器的元件值进行调整，本发明不限于此。

图13示出了本实施例所提供的单芯片射频天线开关模块的实现示意图。

如图13所示，本实施例所提供的单芯片射频天线开关模块包括基板1301和贴装载基板1301上的管芯1302。其中，基板1301中集成有第一低通滤波器401和第二低通滤波器402，第一低通滤波器401和第二低通滤波器402中至少有一个电感是由基板1301上的金属走线及键合线实现。管芯1302中集成有射频天线开关和逻辑控制器，逻辑控制器用于根据逻辑信号导通或断开射频天线开关。

由于管芯1302是贴装在基板1301上，所以为了更清楚地说明基板1301的结构特性，以下以管芯1302的部分结构以及基板1301为例来进行说明。

如图13所示，本实施例所提供的基板1301包括四层金属走线层，即顶层金属走线层、次层金属走线层、第三层金属走线层和第四层金属走线层。其中，顶层金属包括金属走线区域1303，金属走线区域1303在电气上是接地的。管芯1302贴合到基板1301上时处于金属走线区域1303上方。

GSM低频段信号发射端口GSM_TX由相应的基板管、金属走线及键合线连接到管芯202上的相应键合焊盘上。金属走线1304和键合线1305连接GSM低频段信号低通滤波器(即第一低通滤波器)的位于管芯1302内的第一电容C1的第一端口，第一电容C1的第二端口通过键合线1306和金属走线1307连接到顶层金属的电气接地部分。第一电容C1的第一端口还连接到了由金属走线1308绕成的线圈构成的第一电感L1的第一端口，第一电感L1的第二端口通过键合线1309连接管芯1302上相应焊盘以及位于管芯1302内的第二电容C2的第一端口。第二电容C2的第二端口通过键合线1310连接到基板1301上电气接地的焊盘GND。

本实施例中，金属走线1304和金属走线1307属于顶层金属，金属走线1308属于次层金属。当然，在本发明的其他实施例中，上述金属走线还可以布局在其他合理金属层，本发明不限于此。

结合图4和图13可以看出，GSM低频段信号低通滤波器(即第一低通滤波器401)中的第一电容-电感串联谐振网络由基板1301上的金属走线1304、金属走线1307、键合线1305、键合线1306和位于管芯1302内的第一电容C1构成，第二电容-电感串联谐振网络由基板1301上的键合线1309、键合线1310和位于管芯1302内的第二电容C2构成。该GSM低频段低通滤波器中的第一电感L1由金属走线1308绕成的线圈构成。

由于GSM低频段信号频率相对较低，所以该频段信号所对应的滤波器中电感的感值就需要较大，例如用在定频段信号滤波器中的电感的感值通常都大于5nH，谐振网络中的接地电感通常大于1nH。

本实施例所提出的单芯片射频天线开关模块中，GSM低频段信号低通滤波器(即第一低通滤波器)中的第一电感由基板上的金属走线绕成的线圈组成，谐振网络中的接地电感由基板上的金属走线以及键合线构成。这种实现方式显然使得整个射频天线开关模块的基板面积得到充分利用，更加符合多模高线性射频天线开关的设计理念。并且，基板上的金属走线绕成的线圈电感的高Q值也使得滤波器具有更低的插入损耗。

需要说明的是，在本发明的不同实施例中，为了得到所需的不同电感值，GSM低频段信号低通滤波器中的第一电感可以通过调整金属走线绕成的线圈的内径、外径、线宽以及圈数等参数来来实现，本发明不限于此。

另外需要说明的是，由于采用了具有稳定性较强基板上的金属走线绕成的线圈来实现滤波器中的电感元件，这也使得滤波器具有更强的鲁棒性，增强了整个射频天线开关模块对制造工艺容差的容忍度，有助于提高制造良品率。

GSM高频段信号发射端口DCS_TX由基板管脚、金属走线以及键合线连接到管芯1302上的相应键合焊盘上。基板金属走线1311和键合线1312连接到GSM高频段信号低通滤波器(即第二低通滤波器)的位于管芯1302内的第一电容C3的第一端口，第一电容C3的第二端口通过键合线1313和金属走线1314连接到顶层金属的电气接地部分。第一电容C3的第一端口还连接到了由金属走线1315绕成的线圈构成的第一电感L4的第一端口，第一电感L4的第二端口通过键合线1317连接到管芯1302上的相应焊盘以及第二低通滤波器的位于管芯1302内的第二电容C4的第一端口。第二电容C4的第二端口通过键合线1317连接到电气接地的焊盘GND。

本实施例中，金属走线1311和金属走线1314属于顶层金属，金属走线1315属于第三金属。当然，在本发明的其他实施例中，上述金属走线还可以布局在其他合理金属层，本发明不限于此。

结合图4和图13可以看出，GSM高频段信号低通滤波器(即第二低通滤波器402)中的第一电容-电感串联谐振网络由基板1301上的金属走线1311、金属走线1314、键合线1312、键合线1313和位于管芯1302内的第一电容C3构成，第二电容-电感串联谐振网络由基板1301上的键合线1316、键合线1317和位于管芯1302内的第二电容C4构成。该GSM高频段低通滤波器中的第一电感L4由金属走线1315绕成的线圈构成。

由于GSM高频段信号频率相对较高，所以该频段信号所对应的滤波器中电感的感值就需要较小，例如该低通滤波器中电感的值通常都小于5nH。

本实施例所提出的单芯片射频天线开关模块中，GSM高频段信号低通滤波器(即第二低通滤波器)中的第一电感由基板上的金属走线绕成的线圈组成，谐振网络中的接地电感由基板上的金属走线以及键合线构成。这种实现方式显然使得整个射频天线开关模块的基板面积得到充分利用，更加符合多模高线性射频天线开关的设计理念。并且，基板上的金属走线绕成的线圈电感的高Q值也使得滤波器具有更低的插入损耗。

需要说明的是，在本发明的不同实施例中，为了得到所需的不同电感值，GSM低频段信号低通滤波器中的第一电感可以通过调整金属走线绕成的线圈的内径、外径、线宽以及圈数等参数来来实现，本发明不限于此。同时，为了避免第一低通滤波器中的第一电感L1与第二低通滤波器中的第一电感L4出现电磁感应，恶化开关性能，这两个电感线圈在空间上必须有一定的距离，并且用处于基板上的不同金属层的金属走线绕制。

另外需要说明的是，由于采用了具有稳定性较强基板上的金属走线绕成的线圈来实现滤波器中的电感元件，这也使得滤波器具有更强的鲁棒性，增强了整个射频天线开关模块对制造工艺容差的容忍度，有助于提高制造良品率。

为了保证基板以及管芯上各个元件工作时的稳定性，如图13所示，本实施例所提供的基板1301的第四层金属并不设置在第一低通滤波器的第一电感L1和第二低通滤波器的第一电感L4下方，而是设置在金属区域1318。

通过采用上述实现方式，本实施例所提供的集成滤波器的单芯片多模射频天线开关模块的外形尺寸能够达到不大于2.5×2.5mm，并且不需要采用在管芯上绕制电感以及昂贵的LTCC和多颗芯片3D封装等特殊制造工艺，仅需在半导体封装中常用的四层基板即可实现。

如上所述，通过滤波器拓扑结构的优化及采用基板上金属走线实现电感元件，本实施例提供了额提供了一种集成滤波器的多模射频天线开关，其具有紧凑的外形尺寸、低廉的制造成本及低插入损耗的集成滤波网络。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可以根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

图14示出了本实施例所提供的管芯的结构示意图。

如图14所示，本实施例所提供的管芯包括逻辑控制器1401和射频天线开关1402。其中，逻辑控制器1401用于接收使能信号VIO、数据信号SDATA以及时钟信号SCLK，并根据这些信号产生相应的开关控制信号，以控制与其连接的射频天线开关1402的通断，从而使得天线端口连接到相应的射频通路。

具体地，本实施例中，逻辑控制器1401包括逻辑编码电路1401a和电平移位电路1401b。其中，逻辑编码电路1401a接收到时钟信号SCLK、串行数据信号SDATA后，会对这些信号进行译码处理，得到并行数据信号。与逻辑编码电路1401a连接的电平移位电路1401b接收到上述并行数据信号后，会对该并行信号的逻辑低和逻辑高所对应的电压范围进行扩展。例如当逻辑马鞭电路输出的并行数据信号的电压在1.5V～1.8V范围内时，电平移位电路1401b输出的电平均可以保持在有效的逻辑高电平，从而使得单芯片多模多频段射频天线开关模块的可靠性得到提升。

电平移位电路1401b与射频天线开关1402连接，如图14所示，本实施例中，射频天线开关1402包括第三滤波电路1402a和开关单元1402b，其中，第三滤波电路1402a连接在电平移位电路1401b与开关单元1402b之间。

第三滤波电路1402a包括滤波电容C5，其中，滤波电容C5的一端与电平移位电路1401b的一个输出端连接，另一端与地连接。滤波电容C5的存在能够减弱射频信号对逻辑电路的干扰，同时滤波电容C5还能够使得电平移位电路1401b的输出阻抗为低阻抗，从而增大了电平移位电路1401b的驱动能力。

如图14所示，本实施例所提供的开关单元1402b包括电阻R1和场效应晶体管K1。其中，电阻R1连接在第三滤波电路1402a的输出端(本实施例中也就是电平移位电路1401a的一个输出端)与场效应晶体管K1的栅极(G)之间，场效应晶体管K1的漏极(D)和源极(S)分别连接到两个射频信号端口prot3和port4。当场效应晶体管K1的栅极电压为高电平时，场效应管K1导通，射频信号端口port3及port4之间形成导通射频通路；当场效应晶体管K1的栅极电压为低电平时，场效应管K1截止，射频信号端口port3及port4之间没有射频通路。

需要说明的是，如图15所示，在本发明的其他实施例中，开关单元也可以是多个场效应管及电阻的叠层串联，具体需要的场效应管叠层串联级数则需要根据电路具体情况来选择，本发明不对其进行限定说明。

本发明还提供了一种射频前端，图16示出了本实施例所提供的射频前端的结构示意图。

如图16所示，本实施例所提供的射频前端包括射频功率放大器1601、射频天线开关模块1602和天线1603。其中，射频天线开关模块1602采用上述实施例中所提供的射频天线开关模块，其连接在射频功率放大电路1601与天线1603之间。

前述实施例中所提供的单芯片射频天线开关模块中集成了用于滤除GMS低频段信号以及高频段信号的滤波器，从而使得射频天线开关模块的信号发射端口GSM_TX和DCS_TX都阻抗匹配到了50欧姆。

事实上，本发明所提供的单芯片射频天线开关模块中集成的滤波器的端口阻抗也可以匹配到50欧姆以外的合理的阻抗。例如，单芯片射频天线开关模块中集成的滤波器可以构成射频功率放大电路1601正常工作所需要的负载阻抗，这对于本领域的技术人员是容易理解的。

当然，在本发明的其他实施例中，射频功率放大电路1601正常工作所需要的输出阻抗匹配玩了过在实现形式上既可以全部包含在射频天线开关模块1602内部，也可以部分包含在射频功率放大电路1601内部、部分包含在射频天线开关模块1602内部，本发明不限于此。此外，射频功率放大电路1601和射频天线开关模块1602也可以在一个射频前端模块中，这样可以有效减小移动终端中射频前端的体积。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

为了方便，在此使用的多个项目、结构单元、组成单元和/或材料可出现在共同列表中。然而，这些列表应解释为该列表中的每个元素分别识别为单独唯一的成员。因此，在没有反面说明的情况下，该列表中没有一个成员可仅基于它们出现在共同列表中便被解释为相同列表的任何其它成员的实际等同物。另外，在此还可以连同针对各元件的替代一起来参照本发明的各种实施例和示例。应当理解的是，这些实施例、示例和替代并不解释为彼此的等同物，而被认为是本发明的单独自主的代表。

此外，所描述的特征、结构或特性可以任何其他合适的方式结合到一个或多个实施例中。在上面的描述中，提供一些具体的细节，例如感值、容值、形状等，以提供对本发明的实施例的全面理解。然而，相关领域的技术人员将明白，本发明无需上述一个或多个具体的细节便可实现，或者也可采用其它方法、组件、材料等实现。在其它示例中，周知的结构、材料或操作并未详细示出或描述以免模糊本发明的各个方面。

虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理，但对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的原理和思想的情况下，明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此，本发明由所附的权利要求书来限定。

Claims (10)

1.一种单芯片射频天线开关模块，其特征在于，所述开关模块包括：基板、管芯、第一低通滤波器和第二低通滤波器，其中，

所述第一低通滤波器的电感和第二低通滤波器的电感由所述基板上的金属走线和/或键合线实现；

所述管芯安装在所述基板上，所述管芯中集成有射频天线开关、逻辑控制器、第一低通滤波器的电容和第二低通滤波器的电容，所述逻辑控制器用于根据逻辑信号导通或断开所述射频天线开关。

2.如权利要求1所述的开关模块，其特征在于，所述第一低通滤波器和/或第二低通滤波器包括第一端口、第二端口、第一电感、第二电感、第三电感、第一电容和第二电容，其中，

所述第一电感连接在所述第一端口和第二端口之间，所述第二电感和第一电容串联在所述第一端口与地之间，所述第三电感和第二电容串联在所述第二端口与地之间。

3.如权利要求2所述的开关模块，其特征在于，所述第一电感包括所述基板上的相应金属走线绕成的线圈。

4.如权利要求2或3所述的开关模块，其特征在于，所述第二电感和第三电感由所述基板上的相应金属走线和/或键合线构成。

5.如权利要求1所述的开关模块，其特征在于，所述基板包括至少三层金属走线层，并且顶层金属走线层在电气上连接到地。

6.如权利要求1～5中任一项所述的开关模块，其特征在于，所述逻辑控制器包括：

逻辑编码电路，其用于将接收到的串行数据信号进行译码处理，得到并行数据信号；

电平移位电路，其与所述逻辑编码电路连接，用于对所述并行数据信号进行电压扩展。

7.如权利要求6所述的开关模块，其特征在于，所述射频天线开关包括：

第三滤波电路，其与所述电平移位电路连接；

开关单元，其包括三个端口，其中第一端口与所述第三滤波电路连接，用于根据滤波后的并行控制信号导通或断开第二端口与第三端口之间的连接。

8.如权利要求7所述的开关模块，其特征在于，所述开关单元包括叠层串联的多个电阻和场效应晶体管。

9.一种射频前端，其特征在于，所述射频前端包括：射频功率放大器、天线和如权利要求1～8中任一项所述的单芯片射频天线开关模块，所述单芯片射频天线开关模块连接在所述射频功率放大器与天线之间。

10.如权利要求9所述的射频前端，其特征在于，所述单芯片射频天线开关模块包括所述射频功率放大器的全部或部分输出匹配网络。