CN104541405B - 前端并联谐振开关 - Google Patents

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Abstract

公开了一种前端并联谐振开关(102)。在示例性实施例中，一种装置包括配置成将第一RF传输(112)耦合到天线(110)的电感器(L2)和电容器(C1)，以及至少一个开关(SW1、SW2、SW3)，该至少一个开关(SW1、SW2、SW3)配置成在从天线(110)发射第一RF传输(112)时将电感器(L2)连接到电容器(C1)以形成匹配网络，并且在从天线(110)发射第二RF传输(122)时将电感器(L2)连接到电容器(C1)以形成并联谐振电路。该谐振开关在不使用直插模式开关的情况下进行操作，以消除与使用直插模式开关相关联的插入损耗。谐振开关还操作用于控制一个发射信号在其他发射信号上的加载效应，从而减小信号衰退。

Description

前端并联谐振开关
背景技术
领域
本申请一般涉及电子电路的操作和设计，尤其涉及模拟前端的操作和设计。
背景
常规的多频带前端使用一个功率放大器和匹配网络。模式开关被用来在多个信号路径之间进行选择以启用多个频带中的一个。来自模式开关的插入损耗造成了前端总效率的降级。因此，需要消除这种插入损耗。
一些前端利用提供多个功率放大器的组合芯片，其中每个功率放大器激励选定频带中的信号。放大器输出共享将放大器输出耦合到天线的共用RF输入/输出(RFIO)端子。管理一个路径在其他路径上的加载效应是主要的挑战。
相应地，公开了一种新颖的前端并联谐振开关，其允许在多个功率放大器输出之间进行切换而同时控制一个发射路径在其他发射路径上的加载效应。
附图简述
通过参照以下结合附图考虑的描述，本文中所描述的以上方面将变得更易于明了，在附图中：
图1解说了包括新颖的并联谐振开关的前端的示例性实施例；
图2示出了图1中所示的谐振开关的具体示例性实施例；
图3示出了控制器的示例性实施例；
图4示出了用于提供并联谐振开关以最小化插入损耗并控制信号路径加载的示例性方法；
图5示出了用于在单端系统中使用的并联谐振开关的具体示例性实施例；以及
图6示出了并联谐振开关装置的示例性实施例。
详细描述
下面结合附图阐述的详细描述旨在作为对本发明的示例性实施例的描述，而非旨在代表可在其中实践本发明的仅有实施例。贯穿本描述使用的术语“示例性”意指“用作示例、实例或解说”，并且不应一定解释成优于或胜于其它示例性实施例。本具体实施例部分包括具体细节以提供对本发明的示例性实施例的透彻理解。对于本领域技术人员将显而易见的是，没有这些具体细节也可实践本发明的示例性实施例。在一些实例中，公知的结构和设备以框图形式示出以免湮没本文中给出的示例性实施例的新颖性。
图1解说了包括新颖的并联谐振开关102的前端100的示例性实施例。例如，前端100适于用在无线设备中。前端100包括输出WLAN发射(Tx)信号122的WLAN功率放大器(PA)104和输出蓝牙(BT)Tx信号124的BT功率放大器106。WLAN-Tx信号122在RFIO端子108处被接收，RFIO端子108进一步连接到天线110。BT-Tx信号124在并联谐振开关102处被接收，并联谐振开关102输出同样在RFIO端子108处被接收的开关输出信号112。
谐振开关102包括控制器114，控制器114从无线设备处的另一实体(诸如基带(BB)处理器)接收Tx模式控制信号116并且使用该Tx模式控制信号116来生成开关输出信号112。RFIO端子108还耦合成从天线接收两个收到(Rx)信号(即，BT-Rx 118和WLAN-Rx 120)，这两个收到(Rx)信号被传递到无线设备处的接收机电路系统。如在以下更具体地讨论的，谐振开关102操作用于在两个发射信号(122和112)之间切换而不使用直插(in-line)模式开关，以消除与使用直插模式开关相关联的插入损耗。谐振开关102还操作用于控制一个发射信号在其他发射信号上的加载效应，从而减小信号降级。
图2示出了图1中所示的谐振开关102的具体示例性实施例。谐振开关102包括具有输入电感器L1和输出电感器L2的变压器202。输入电感器L1耦合到输出BT Tx信号124的BT-PA 106。电感器L2的第一端子连接到开关(SW1)的第一端子和第二开关(SW2)的第一端子。电感器L2的第二端子连接到第三开关(SW3)的第一端子和电容器(C1)的第一端子。电容器(C1)的第二端子连接到第二开关(SW2)的第二端子并且输出被连接到RFIO端子108的开关输出信号112。第一开关(SW1)和第三开关(SW3)具有接地的第二端子。控制器114输出操作用于控制(即，断开和闭合)开关SW1、SW2和SW3的三个开关控制信号(sw1、sw2和sw3)。如在图2中进一步解说的，RFIO端子108在开关输出112、WLAN Tx 122、BT Rx 118和WLAN Rx 120信号之间共享。
在操作期间，变压器202通过使用开关SW1和SW3改变接地端口位置而起到模式开关的作用。因为开关SW1和SW3被连接至地，它们对插入损耗的贡献非常小。控制器114操作用于基于Tx模式信号116来生成开关控制信号(sw1、sw2和sw3)。Tx模式信号116可以被设置为指示以下模式中的任何一种。
BT发射模式
在BT发射模式中，控制器输出开关控制信号(sw1、sw2和sw3)使得仅有开关SW1闭合，而开关SW2和SW3断开。BT Tx信号124的输出功率通过耦合电容器C1被耦合到RFIO端子108。在该模式中，WLAN PA 104处于关闭状态，并且因此在RFIO端子108处没有WLAN Tx信号122。因为SW1开关是闭合的并且被置于接地路径中(而非置于信号路径中)，因此跨其漏极-源极出现非常少的RF信号，并且其仅呈现小“导通”电阻，从而提供良好的线性。
WLAN发射模式
在WLAN Tx模式中，开关SW2和SW3闭合，开关SW1断开，并且BT-PA 106被关闭。因此，电感器L2和电容器C1并联地连接以形成配置成在WLAN PA 104的工作频率处谐振的并联谐振电路，以在RFIO端子108处呈现高阻抗。该并联谐振电路防止WLAN PA 104的输出功率被浪费在倘若开关(SW1-SW3)不被使用则会与变压器202相关联的低输出阻抗上。此外，闭合的开关SW3跨该开关维持非常低的电压摆幅，其防止开关在WLAN PA 104的输出的大电压摆幅下被击穿。
BT或者WLAN接收模式
在BT或者WLAN接收模式中，如上文所描述的，开关SW2和SW3闭合并且开关SW1断开。RFIO端子108处的阻抗因由L2和C1形成的并联谐振电路而增加，并且因此没有很多Rx输入功率被浪费。
本文中描述的示例性实施例公开了在多个发射信号(122和112)和多个接收信号(118和120)之间共享共用端子(RFIO 108)的机制，同时减小了启用的发射信号在其他信号上的加载效应。在加载效应被减小的同时，TX开关的损伤也被减小，因为该开关不处于信号路径中。总之，开关SW1-SW3被配置成在从天线发射第一RF传输(输出信号112)时连接电感器L2和电容器C1以形成匹配网络，并在从天线发射第二RF传输(WLAN Tx信号122)时连接电感器L2和电容器C1以形成并联谐振电路。并联谐振开关102提供了改善的线性并且在BT PA106未被使用时提供合理的高输出阻抗。
图3示出了控制器114的示例性实施例。控制器114包括处理器302和开关接口304，这二者皆耦合成在总线306上通信。应当注意，控制器114仅是一个实现，并且其他实现是可能的。
开关接口304包括操作用于允许控制器114设置开关控制信号(sw1、sw2和sw3)以启用特定操作模式的硬件和/或执行软件的硬件。例如，开关控制信号(sw1、sw2和sw3)被设置以启用上文所描述的操作模式。开关接口304通过使用总线306与处理器302通信来被控制。
处理器302包括CPU、处理器、门阵列、硬件逻辑、存储器元件、和/或执行存储在或者实施在存储器中的软件的硬件中的至少一者。处理器302操作用于控制开关接口304以执行本文中所描述的功能。
在示例性实施例中，处理器302从基带处理器或者其他实体接收发射模式控制信号116，并且操作用于基于发射模式控制信号116来控制开关接口304生成开关控制信号(sw1、sw2、sw3)，从而闭合及断开恰适的开关以如上所述地启用所需要的操作模式。例如，下表解说了与若干操作模式相关联的开关位置。
图4示出了用于提供并联谐振开关以最小化插入损耗并控制信号路径加载的示例性方法400。例如，方法400适于由图3中所示的控制器114使用。在一个实现中，处理器302执行存储或实施在存储器中的一个或多个代码或指令集以控制控制器114执行以下描述的功能。
在框402，接收发射模式控制信号。例如，处理器302从基带处理器接收发射模式控制信号116。该发射模式控制信号指示了选定的操作模式，该操作模式将由处理器302启用。
在框404，确定发射模式控制信号是否指示了WLAN Tx模式。处理器302做出此确定。若发射模式控制信号指示需要WLAN Tx模式，则该方法行进至框410。若否，则该方法行进至框406。
在框410，开关(SW1-SW3)被设置为启用WLAN Tx模式。在示例性实施例中，处理器302控制开关接口304以设置开关控制信号(sw1、sw2、sw3)，使得如上文的模式描述中所指示的，SW1＝断开、SW2＝闭合、并且SW3＝闭合。
在框406，确定发射模式控制信号是否指示了BT Tx模式。处理器302做出此确定。若发射模式控制信号指示需要BT Tx模式，则该方法行进至框412。若否，则该方法行进至框408。
在框412，开关(SW1-SW3)被设置为启用BT Tx模式。在示例性实施例中，处理器302控制开关接口304以设置开关控制信号(sw1、sw2、sw3)，使得如上文的模式描述中所指示的，SW1＝闭合、SW2＝断开、并且SW3＝断开。
在框408，确定发射模式控制信号是否指示了BT/WLAN Rx模式。处理器302做出此确定。若发射模式控制信号指示需要BT/WLAN Rx模式，则该方法行进至框414。若否，则该方法结束。
在框414，开关(SW1-SW3)被设置为启用BT/WLAN Rx模式。在示例性实施例中，处理器302控制开关接口304以设置开关控制信号(sw1、sw2、sw3)，使得如上文的模式描述中所指示的，SW1＝断开、SW2＝闭合、并且SW3＝闭合。
因此，方法400提供了用于提供并联谐振开关以最小化插入损耗并控制发射信号路径加载的方法。应当注意，方法400仅是一个实现并且方法400的各操作可被重新安排或以其他方式被修改，以使得其它实现也是可能的。
图5示出了用于在单端系统中使用的并联谐振开关500的具体示例性实施例。谐振开关500包括电感器L2，电感器L2的第一端子502连接成接收BT-PA504的单端输出。第一端子502也被连接到电容器C1。电容器C1的输出端子506输出被RFIO端子508接收的开关输出信号112，RFIO端子508耦合到天线510。电感器L2的第二端子512被连接到第一开关(SW1)，第一开关(SW1)也连接到电源VDD。电感器L2的第二端子512被连接到第二开关(SW2)，第二开关(SW2)也连接到电容C1的端子506。控制器114被修改为基于接收到的Tx模式信号116生成仅两个开关控制信号(sw1和sw2)。如在图5中进一步解说的，RFIO端子508在开关输出112、WLAN Tx 122、BT Rx 118和WLAN Rx 120信号之间共享。
在操作期间，控制器114操作用于根据下表基于Tx模式信号116生成开关控制信号(sw1和sw2)。
图6示出了并联谐振开关装置600的示例性实施例。例如，装置600适于用作具有图1-5中解说的各方面和实施例的并联谐振开关114。在一方面，装置600由配置成提供如本文所描述的功能的一个或多个模块来实现。例如，在一方面，每个模块包括硬件和/或执行软件的硬件。
装置600包括第一模块，该第一模块包括用于接收传输模式指示符的装置(602)，该装置(602)在一方面包括处理器302。
装置600还包括第二模块，该第二模块包括用于若传输模式指示符指示第一传输模式则在从天线进行第一RF传输期间形成匹配网络的装置(604)，该装置(604)在一方面包括开关(SW1、SW2和SW3)。
装置600还包括第三模块，该第三模块包括用于若传输模式指示符指示第二传输模式则在从天线进行第二RF传输期间将匹配网络切换成并联谐振电路的装置(606)，该装置(606)在一方面包括开关(SW1、SW2和SW3)。
装置600还包括第四模块，该第四模块包括用于若传输模式指示符指示第三传输模式则利用并联谐振电路从天线接收第三RF传输的装置(608)，该装置(608)在一方面包括开关(SW1、SW2和SW3)。
本领域技术人员将理解，信息和信号可使用各种不同技术和技艺中的任何一种来表示或处理。例如，以上描述通篇可能引述的数据、指令、命令、信息、信号、位(比特)、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光粒子、或其任何组合来表示。还应注意晶体管的类型和技术可被替换、重新安排或以其他方式修改以达成相同的结果。例如，可以把示为利用PMOS晶体管的电路修改为使用NMOS晶体管，反之亦然。由此，本文中所公开的放大器可以使用各种晶体管类型和技术来实现，并且不受限于附图中所示的这些晶体管类型和技术。例如，可以使用诸如BJT、GaAs、MOSFET之类的晶体管类型或任何其他的晶体管技术。
本领域技术人员将进一步领会，结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑框、模块、电路、和算法步骤可被实现为电子硬件、计算机软件、或两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、块、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员可针对每种特定应用以不同方式来实现所描述的功能性，但此类实现决策不应被解读为致使脱离本发明的示例性实施例的范围。
结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑块、模块、和电路可用设计成执行本文所描述的功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件组件、或其任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协同的一个或多个微处理器或任何其它此类配置。
结合本文所公开的实施例描述的方法或算法的各个步骤可直接用硬件、由处理器执行的软件模块或两者的组合来实现。软件模块可驻留在随机存取存储器(RAM)、闪存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦式可编程ROM(EEPROM)、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质被耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读和写信息。替换地，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。替换地，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。
在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现，则各功能可以作为一条或多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括非瞬态计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地到另一地的转移的任何介质。非瞬态存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的期望程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合应当也被包括在计算机可读介质的范围内。
提供了对所公开的示例性实施例的描述是为了使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本发明。对这些示例性实施例的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且本文中定义的一般原理可被应用于其他实施例而不会脱离本发明的精神或范围。因此，本发明并非意在被限定于本文中所示出的示例性实施例，而是应当被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广义的范围。

Claims (20)

1.一种电子装置，包括：
配置成将第一RF传输和第二RF传输耦合到天线的电感器和电容器；以及
至少一个开关，配置成在从所述天线发射所述第一RF传输时将所述电感器连接到所述电容器以形成匹配网络，其中所述电容器具有连接到所述天线的第一电容器端子，并且所述至少一个开关配置成在从所述天线发射第二RF传输时将第一电感器端子直接连接到所述第一电容器端子以形成并联谐振电路。
2.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述至少一个开关配置成将所述电感器串联地连接到所述电容器以形成所述匹配网络。
3.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述至少一个开关配置成将所述电感器并联地连接到所述电容器以形成所述并联谐振电路。
4.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于，进一步包括配置成基于发射模式信号来控制所述至少一个开关的控制器。
5.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述电感器包括变压器的输出电感器，所述变压器配置成接收所述第一RF传输作为差分信号。
6.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述电感器配置成接收所述第一RF传输作为单端信号。
7.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述第一RF传输包括蓝牙(BT)传输，并且所述第二RF传输包括无线局域网(WLAN)传输。
8.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述至少一个开关包括：
第一开关，所述第一开关连接到所述电感器的所述第一电感器端子并且能操作用于选择性地将所述第一电感器端子接地，所述电感器的第二电感器端子连接到所述电容器的第二电容器端子；
第二开关，所述第二开关连接到所述第一电感器端子，并且能操作用于选择性地将所述第一电感器端子连接到所述电容器的第一电容器端子及所述天线；以及
第三开关，所述第三开关连接到所述第二电感器端子并且能操作用于选择性地将所述第二电感器端子接地。
9.如权利要求8所述的电子装置，其特征在于，所述第一、第二以及第三开关配置成将所述电感器串联地连接到所述电容器以形成所述匹配网络，以及将所述电感器并联地连接到所述电容器以形成所述并联谐振电路。
10.如权利要求8所述的电子装置，其特征在于，所述第一、第二和第三开关配置成在从所述天线接收第三RF传输时将所述电感器并联地连接到所述电容器以形成所述并联谐振电路。
11.如权利要求8所述的电子装置，其特征在于，进一步包括配置成基于发射模式信号来选择性地断开和闭合所述第一、第二和第三开关的控制器。
12.一种用于电子电路的方法，包括：
接收传输模式指示符；
若所述传输模式指示符指示第一传输模式，则形成匹配网络以从天线传送第一RF信号；以及
若所述传输模式指示符指示第二传输模式，则将所述匹配网络切换成并联谐振电路以从所述天线传送第二RF信号，以及其中所述第一RF信号和所述RF信号是输入到所述匹配网络的不同节点的。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述形成包括将电感器串联地连接到电容器以形成所述匹配网络。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述切换包括将所述电感器并联地连接到所述电容器以形成所述并联谐振电路。
15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，进一步包括若需要第三传输模式，则利用所述并联谐振电路从所述天线接收第三RF传输。
16.一种电子设备，包括：
用于接收传输模式指示符的装置；
用于若所述传输模式指示符指示第一传输模式，则形成匹配网络以从天线传送第一RF信号的装置；以及
用于若所述传输模式指示符指示第二传输模式，则将所述匹配网络切换成并联谐振电路以从所述天线传送第二RF信号的装置，以及其中所述第一RF信号和所述第二RF信号是输入到所述匹配网络的不同节点的。
17.如权利要求16所述的电子设备，其特征在于，所述用于形成的装置包括用于将电感器串联地连接到电容器以形成所述匹配网络的装置。
18.如权利要求17所述的电子设备，其特征在于，所述用于切换的装置包括用于将所述电感器并联地连接到所述电容器以形成所述并联谐振电路的装置。
19.如权利要求16所述的电子设备，其特征在于，进一步包括用于若所述传输模式指示符指示第三传输模式，则利用所述并联谐振电路从所述天线接收第三RF传输的装置。
20.如权利要求16所述的电子设备，其特征在于，所述第一RF传输包括蓝牙(BT)传输，并且所述第二RF传输包括无线局域网(WLAN)传输。
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