CN105099484A - 全球频段的射频前端模块及其系统 - Google Patents

Abstract

本公开是有关于一种全球频段射频功率放大器、一种全球频段射频前端模块及其系统。该全球频段功率放大器可以包含至少一个连接到一开关的宽带功率放大器，该开关能引导一射频输入信号至多个传输路径，每个传输路径为了不同的频率而被组配。该全球频段射频前端模块是全球频段功率放大器的更加整合的版本，它可以包含宽带射频功率放大器、开关、逻辑控制、滤波器、双工器及其他有源及无源元件。

Description

全球频段的射频前端模块及其系统

技术领域

本专利申请为了所有目的，将2013年2月20日提出的序号为61/766,889之美国临时专利申请的全部内容通过引用而被并入。

本发明是有关于一种移动装置，特别是指一种能于多个频段进行通讯的放大器及前端模块及伴随的方法。

背景技术

电子信号的射频(radiofrequency,RF)传输需要为预定的传输有相应的功率放大。射频信号通常的频谱范围可以从几百万赫(MHz)到几十个吉赫(GHz)及更高。手机的一个主要元件是射频功率放大器。线性射频功率放大器(PowerAmplifier,PA)现有上是为半导体单片微波集成电路(MonolithicMicrowaveIntegratedCircuit,MMIC)的形式，可以使用砷化镓(GaAs)、硅锗(SiGe)、互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor,CMOS)、绝缘体上硅(SilicononInsulator,SOI)等制成。射频功率放大器和其它有源及无源元件，例如基频、收发器、滤波器、开关，通常是组装在一印刷电路板(printedcircuitboard,PCB)。随着新的无线通信标准(长期演进(LongTermEvolution,LTE)/长期演进-高级(LongTermEvolution-Advanced,LTE-A)、超级Wi-Fi(SuperWi-Fi)等)和新的通讯频段(B40、B41、B17、B12等)的扩散和引入，无线通信装置(手机、个人数字助理(personaldigitalassistants,PDA’s)、平板计算机、笔记本电脑等)必须能够通过多个标准和多个频段来取得无线服务。在目前支持多个频率和多个无线标准的无线装置设计中，无线装置的成本、尺寸和复杂性可能会产生问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能于多个频段进行通讯的放大器及前端模块及伴随的方法。

本发明用于射频前端系统的整合模块，包含一宽带功率放大器及一第一开关模块。

该宽带功率放大器被组配以放大一射频信号。

该第一开关模块连接到该宽带功率放大器，所述第一开关模块含有至少一个开关，其可选择性地操作以耦合射频信号至多个传输路径的其中之一，每个传输路径被组配以传输一个不同的频段。

较佳地，该宽带功率放大器和所述第一开关模块是单一芯片的一部分。

较佳地，所述频段包括频段38、40、41，及7。

较佳地，所述模块还包含多个滤波器及一第二开关模块。

所述滤波器连接到所述发送路径。

该第二开关模块耦合到所述滤波器并能够在698MHz至3.8GHz的范围内输出频率。

较佳地，该宽带功率放大器与另一模块堆叠。

本发明用于射频前端系统的整合模块的另一实施态样包含多个宽带功率放大器及一第一开关模块。

所述宽带功率放大器各自被组配以放大一射频信号。

该第一开关模块连接到所述宽带功率放大器，所述第一开关模块是一个含有多个开关可选择地运作以耦合该射频信号至多个传输路径的其中之一的多极、多掷开关，每个传输路径被组配以传输一个不同的频段。

较佳地，所述宽带功率放大器和所述第一开关模块是单一芯片的一部分。

较佳地，所述频段的频率是在698MHz至2.7GHz的范围内。

较佳地，所述宽带功率放大器包括至少两个宽带功率放大器。

较佳地，所述模块还包含多个连接到所述第一开关模块的输出的滤波器。

较佳地，所述模块还包含一第二开关模块，耦合到所述滤波器并能够在698MHz至3.8GHz的范围内输出频率。

较佳地，所述模块还包含一第三开关模块。

该第三开关模块位于多个至整合模块的射频输入以及所述宽带功率放大器之间。

每一个连接到该第三开关模块的输出的传输路径被配置以传输一个不同频段。

较佳地，所述宽带功率放大器的数量为三个；

其中，该第三开关模块位于至该模块的该射频输入以及所述三个宽带功率放大器之间，并且连接到所述三个宽带功率放大器；

其中，至该第三开关模块的一个单一输入包括在698至915MHz或1.7至2.1GHz的范围内的频率。

较佳地，所述模块还包含一第三开关模块及一第三射频输入。

该第三开关模块位于两个至整合模块的射频输入以及所述宽带功率放大器之间，其中每一个连接到该第三开关模块的输出的传输路径被配置以传输一个不同频段。

该第三射频输入直接连接到所述宽带功率放大器的其中之一。

较佳地，所述整合模块还包含一个晶粒载具，其为一种低温共烧陶瓷。

较佳地，所述整合模块还包含一个晶粒载具，其为一种高温共烧陶瓷。

较佳地，该宽带功率放大器中的至少一个还包括一个堆叠的第二模块，其被电耦合到该至少一个的该宽带功率放大器。

较佳地，所述宽带功率放大器是通过焊线耦合到一个晶粒载具，且该第一开关模块是一个覆晶芯片。

较佳地，所述宽带功率放大器是覆晶芯片，且该第一开关模块是通过焊线耦合被耦合到一个晶粒载具。

本发明用于射频前端系统的整合模块的另一实施态样包含一第一宽带功率放大器及一第二宽带功率放大器。

所述第一宽带功率放大器被组配为饱和运作，并能放大在2G频段的射频信号。

所述第一宽带功率放大器连接到一第一开关模块，所述第一开关模块包含至少一个开关，其可选择性地运作以耦合该射频信号至多个传输路径的其中之一，每个传输路径被组配以传输一个不同的频段。

所述第二宽带功率放大器被组配为线性操作，并能放大在3G及标准频段的射频信号。

所述第二宽带功率放大器连接到一第二开关模块，所述第二开关模块包含至少一个开关，其可选择性地运作以耦合该射频信号至多个传输路径的其中之一，每个传输路径被组配以传输一个不同的频段。

本发明用于射频前端系统的整合模块的另一实施态样包含一宽带功率放大器及一模式控制。

该宽带功率放大器被组配以接收及放大在2G、3G和4G标准范围的信号。

该模式控制能切换该宽带功率放大器于线性和饱和运作之间。

较佳地，所述整合模块还包含多个位于宽带功率放大器的每一级的功率传感器。

本发明用于射频前端系统的整合模块的另一实施态样包含一宽带功率放大器及一模式控制。

该宽带功率放大器能接收在2G、3G、4G和WiFi频段中的信号。

该模式控制能切换该宽带功率放大器的运作于线性和饱和模式之间。

本发明用于射频前端系统的整合模块的另一实施态样包含一宽带功率放大器、一射频功率感测电路，及一模式控制。

所述宽带功率放大器被组配以接收及放大在2G，3G和4G频段的射频信号。

所述宽带功率放大器耦合至一第一开关模块，所述第一开关模块包含至少一个开关，其可选择性地运作以耦合该射频信号至多个传输路径其中之一，每个传输路径被组配以传输一个不同的频段。

所述射频功率感测电路连接到宽带功率放大器的输出且被组配以控制一至宽带功率放大器的电源根据宽带功率放大器的输出功率等级来进行偏压。

所述模式控制能切换该宽带功率放大器于线性及和饱和运作之间。

较佳地，所述模块还包含一个直流/直流转换器，位于所述模块内且连接至该射频功率感测电路，也连接至该电源以及该宽带功率放大器。

较佳地，该射频功率感测电路能感测前进及反射功率两者。

本发明射频前端系统，包含一单一模块及一第一开关模块。

该单一模块，包含：至少一宽带功率放大器，被组配以接收并放大射频信号。该第一开关模块连接到所述至少一宽带功率放大器，所述开关模块包含至少一个开关，其可选择地运作以耦合该射频信号至多个传输路径的其中之一，每个传输路径被组配以传输一个不同的频段。

所述传输路径耦合到在该单一模块外部的第二开关模块，所述第二开关模块输出该射频信号。

本发明的有益效果在于：本文所公开的全球频段功率放大器及全球频段射频前端模块通过引入可以覆盖多个频段和多个标准的宽带放大器，使得电子元件可以缩小尺寸，同时覆盖多个频段，并可以包含其他的有源及无源元件，例如开关、滤波器，和/或双工器(duplexers)，以减少射频前端的整体尺寸。

附图说明

图1A和1B是示例性的手机(图1A)和可携式无线平板计算机(图1B)的部分示意图，其具有与本文之实施例所公开的一致的全球频段放大器和全球频段射频前端模块。

图1C是一示例性无线通信系统的一移动装置的方块图，说明本文所公开之一包含该全球频段放大器或全球频段射频前端模块的射频前端。

图1D是一包括一运行于2.3至2.7GHz之范围的全球频段功率放大器之发射器的前端系统的一示例性部分的方块图。

图1E是一个包括全球频段功率放大器的发射器/接收器的一个前端系统的一部分的方块图。

图2是一个包括运行于698-915MHz、1.7-2.1GHz，及2.3至2.7GHz之范围的全球频段功率放大器的另一实施例的发射器的前端系统的一部分的方块图。

图3是一方块图，说明运行于698-915MHz、1.7-2.1GHz、2.3至2.7GHz，及3.3至3.8GHz之范围的全球频段功率放大器的一实施例。

图4是一方块图，说明运行于698-915MHz、1.7-2.1GHz、2.3至2.7GHz，及3.3至3.8GHz之范围的全球频段射频前端模块。

图5是一方块图，说明运行于698-915MHz、1.7-2.1GHz、2.3至2.7GHz，及3.3至3.8GHz之范围的全球频段射频前端模块的另一实施例。

图6是一方块图，说明运行于698-915MHz、1.7-2.1GHz、2.3至2.7GHz，及3.3至3.8GHz之范围的全球频段射频前端模块的一实施例。

图7是一方块图，说明运行于698-915MHz、1.7-2.1GHz、2.3至2.7GHz，及3.3至3.8GHz之范围的全球频段射频前端模块的一实施例。

图8是一方块图，说明运行于698-915MHz、1.7-2.1GHz、2.3至2.7GHz，及3.3至3.8GHz之范围的全球频段射频前端模块的一实施例。

图9是一方块图，说明具有线性和饱和运作两个分开路径的全球频段射频前端模块的一实施例。

图10是一方块图，说明设有线性和饱和运作模式控制的全球频段射频前端模块的一实施例。

图11是一方块图，说明能以WiFi运作的全球频段射频前端模块的一实施例。

图12A及12B是方块图，说明包含偏压及线性控制的宽带功率放大器的一实施例。

图13是一个多芯片模块的分解图，说明一全球频段射频前端模块的典型结构。

图14A及图14B分别是多芯片模块的立体图与对应的功能方块图，示出堆叠的宽带功率放大器。

图15A及图15B分别是该多芯片模块的另一实施例的立体图与相应的功能方块图，示出宽带功率放大器与开关整合在同一芯片上，滤波器以及一开关位于所述封装的外部。

图16A及图16B是该多芯片模块的另一实施例的立体图与相应的功能方块图，亦示出宽带功率放大器与开关整合在不同芯片上，滤波器位于所述封装的外部。

图17A及图17B是该多芯片模块的另一实施例的立体图与相应的功能方块图，示出宽带功率放大器与开关整合在同一芯片上。

图18A是图14之该多芯片模块的侧视图，示出宽带功率放大器与开关整合在同一芯片上。

图18B为图18A中多芯片模块经封装后的一相应的侧视图。

图19是一图表，示出了演进的通用移动通信系统(UMTS)陆地无线存取(E-UTRA)运作频段。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

本发明提供了一种全球频段射频功率放大器(“全球频段功率放大器”)的详细描述和一个全球频段射频前端(radiofrequencyfrontend,RFFE)模块和伴随的方法。该全球频段功率放大器可以含有至少一种宽带射频功率放大器，其相连于一开关，该开关可以导引射频输入信号至多个传输路径，每个传输路径被组配为不同的频率。全球频段射频前端模块是全球频段功率放大器的更加整合的版本，其可以包含宽带射频功率放大器、开关、逻辑控制、滤波器，双工器(duplexers)和其他有源及无源元件。随着新的无线频段和无线标准被引入并与先前的无线频段一并被结合于单一装置中，射频的复杂性和移动装置内部的成本变得更大，同时装置却不断变得更小以及更便宜。诸如笔记型个人计算机、平板计算机和手机等具有无线通信能力的便携设备，被发展为具有多频段及多标准，为了使用便利性也一直在缩小尺寸以及增加复杂性。相应地，其电子元件也必须缩小尺寸，同时覆盖多个频段，并提供有效的无线传输性能。然而，相关于无线射频系统的相当高的射频复杂性，增加了对传输元件进行微型化的难度。例如，通讯装置所支持的每个频段将需要一个单独的射频功率放大器，且于某些情况下，每一个标准将需要一个额外的功率放大器，进而又提高了整体成本。本文所公开的全球频段功率放大器及全球频段射频前端模块通过引入可以覆盖多个频段(例如，698MHz至3.8GHz)和多个标准(例如，2G，3G，4G等)的宽带放大器解决了这个问题，并可以包含其他的有源及无源元件，例如开关、滤波器，和/或双工器(duplexers)，以减少射频前端的整体尺寸。

图1A是示例性手机10被组配用于发送和接收射频信号(以及WiFi信号，在一些本文所公开的实施例中)。手机包括一个全球频段射频前端模块12(或全球频段功率放大器)，其安装到手机10的外壳内一个更大的印刷电路板14上。图1B是示例性无线电子平板计算机16，也含有用于发送和接收射频信号(以及在一些实施例中WiFi信号)的全球频段射频前端模块12(或全球频段功率放大器)。

图1C是一方块图，示例说明一通讯装置20包含一个射频前端28，其包括全球频段射频前端模块(或全球频段功率放大器)。处理及用户界面22是由计算器处理单元(CPU)中、应用处理器、图形处理单元(GPU)、存储器、液晶驱动器、摄影传感器，影音控制器和其他处理界面所组成。基频24执行信号处理和及时无线传输操作。多模式、多频段射频收发器26执行数字基频和模拟射频信号之间的转换。射频前端28包含发送/接收射频的有源及无源元件，如功率放大器、滤波器、开关、双工器，分频器(diplexers)、低噪声放大器(low-noiseamplifiers,LNAs)及其他，其中一部分被整合于全球频段放大器或全球频段射频前端模块。天线30可以是多模式、多频段天线。

图1D公开一种通讯装置的发送器的射频前端系统100的一部分及方法，通讯装置是例如个人数字助理(PDA)、手机、笔记本电脑中的插卡、无线平板计算机等。射频前端系统100包括电路，如放大器、滤波器、开关、双工器、天线调谐器、高级功率追踪芯片和其他前端元件。如图1D中所示之射频前端系统100的一部分包括一个全球频段功率放大器110和伴随的传递射频输入信号102(例如：2.3至2.7GHz)的射频元件。本文中所公开的全球频段功率放大器110的设计能使全球频段功率放大器110来传输多个频段(例如：频段38、40、41，及7)。全球频段功率放大器110包含一个单一的宽带射频功率放大器112，其具有多个可以一起被制造于单一集成芯片中或者分别被制成单独之芯片的射频开关114。全球频段功率放大器110可以由例如砷化镓(GaAs)、互补金属氧化物半导体(CMOS)、硅锗(SiGe)、绝缘体上硅(SOI)和其它半导体材料制成。可用于全球频段功率放大器110的宽带射频功率放大器112的一个例子被公开于共同拥有的公告于2012年8月28日美国专利号8,253,496，在此通过引用将其全部内容并入本文。将在本申请中公开的全球频段功率放大器的其它实施例可以类似方式建构。开关模块114促成(enable)在一系列至滤波器(120、122、124、126)的传输路径中的选择。在运作时，切换动作是根据该射频输入信号的频率，将放大的射频信号提供给对应的滤波器来进行。开关模块114可以是单极多掷开关(single-pole,multiplethrowswitch,SPNT)，其中“N”指的是分开的滤波器的数量，也就是全球频段功率放大器110支持的运作频段和标准的数量。如图1D所示的开关模块114是单极四掷(SP4T)射频开关，但如本文所公开的其他实施例所公开，也可能是一个单极八掷射频开关(SP8T)，或者也可以是一个多极多掷开关，取决于功率放大器和工作频段的数量。开关模块114可以采用砷化镓(GaAs)、互补金属氧化物半导体(CMOS)、蓝宝石基底上硅(silicononsapphire,SOS)，或其它材料或制程来建构。滤波器(120、122、124、126)位于全球频段功率放大器110的外部。该滤波器可以是表面声波(surfaceacousticwave,SAW)滤波器，体声波(bulkacousticwave,BAW)滤波器，或任何其它类型的合适的过滤器。在运作时，滤波器120可传递在2.57至2.62GHz之范围内的频率；滤波器122可传递在2.3至2.46GHz之范围内的频率；滤波器124可传递在2.496至2.690GHz之范围内的频率；而滤波器126可传递在2.5至2.57GHz之范围内的频率。开关模块130可被连接到用于传输的天线30(例如，多频段天线)。频段之选择可以利用射频前端系统100控制引脚和天线开关控制引脚(未图示)来经由基频24而控制。虽然天线30可能被本文中描述为单个天线，实施例可能并不如此受限。例如，天线30可以是分开的多个天线，专用于发送和接收。电源电压(Vcc)与偏压(Bias)控制电路111和逻辑控制器311被并入与宽带射频功率放大器112相同的封装中。逻辑控制器311是用于控制全球频段功率放大器110的不同的特征，例如开关模块114。该逻辑控制器311可用于引导开关模块114在不同的无线频段进行选择。该逻辑控制器311还控制电源电压，即Vcc，和电源电压与偏压控制电路111的偏压设定点，成为宽带射频功率放大器112的输出的函数。该电源电压与偏压控制电路111及逻辑控制器311是存在于本文公开的全部的全球频段功率放大器和全球频段射频前端模块实施例。

图1E公开一个射频前端系统150的通讯系统(如个人数字助理(PDA)，手机，无线平板计算机等)的发射器/接收器。本公开全文中，相同的参考标号被描述关于一图式所执行的功能与使用在其他图式时相同。如图1D中所示，所公开的射频前端系统100和150部分是相似的，除了是使用双工器132、134和136而非滤波器120、122、124和126。双工器(132a和132b，134a和134b，136a和136b)能以射频收发器26通过开关138和放大器139来双向通讯。双工器(132、134、136)可以例如是频分双工器(frequencydivisionduplexers,FDD)。在本说明书中通篇所描述的实施例中，该滤波器可以双工器代替，以将发射器之前端变换为发射器/接收器之前端，相反地亦然。

图2说明射频前端系统200的一部分及方法的另一实施例，其中更多频段被支持。在本实施例中，全球频段功率放大器210是由多个具有不同频率的宽带射频功率放大器212、214和216所组成。特定频段的射频信号被发送到对应的宽带射频功率放大器212，214，和216。全球频段功率放大器210还包括一个具有开关218a、218b、218c的开关模块218，其可以被制造成单一芯片或制造成分开的芯片而成为宽带射频功率放大器212、214和216。射频输入202是在698至915MHz的范围内，被引导到宽带射频功率放大器212。射频输入204是在1.7至2.1GHz的范围内，被引导到宽带射频功率放大器214。射频输入206是在2.3至2.7GHz的范围内，被引导到宽带射频功率放大器216。在运作时，经放大的射频信号由宽带射频功率放大器212、214和216传递到开关模块218。开关模块218是由控制器111引导以从放大器212、214及216发送经放大的射频信号到所需的滤波器220、222、224、226、228、230或232。开关218a在滤波器220和222之间切换，开关218b在滤波器224和226之间切换，而开关218c在滤波器228、230、232之间切换。在本实施例中，滤波器位于全球频段功率放大器210之外。开关模块240可选择地通过开关240a将信号从七个滤波器其中之一连接至天线30连接。举例而言，本设计可允许全球频段功率放大器210涵盖整个国际移动电话通讯(InternationalmobileTelecommunications,IMT)和3GPP频段(例如450MHz-3.8GHz)。在另一实施例中，射频前端系统200可以是一个发射器/接收器，而滤波器220、222、224、226、228、230及232则是双工器。

图3说明可容纳的更大数量之频段的射频前端系统的全球频段功率放大器300的一实施例。全球频段功率放大器300是由多个具有开关模块318的宽带射频功率放大器312、314及316所组成，开关模块318可被制造成单一芯片或制造成分开的芯片而成为宽带射频功率放大器312、314及316。射频输入302在698至915MHz范围内被连接到宽带射频功率放大器312；射频输入304在1.7至2.1GHz的范围内被连接到宽带射频功率放大器314；而射频输入306在2.3至2.7GHz或3.3至3.8GHz的范围被连接到宽带射频功率放大器316。宽带射频功率放大器312、314、316连接到开关模块318。在本实施例中，开关模块318(由开关318a、318b、318c所组成)能处理的“n”个输出320而非图2的实施例所公开的7个。电源电压与偏压控制电路310提供一个电源电压(从图中未示的电池或其它来源)和偏压控制至宽带射频功率放大器312、314，及316。在本实施例中，电源电压与偏压控制电路310被并入与宽带射频功率放大器312、314，及316相同的封装中。逻辑控制器311也被整合到与宽带射频功率放大器312、314，及316相同的封装中，并被用于控制全球频段功率放大器300的不同的特征，例如开关模块318。该逻辑控制器311可用于引导开关模块318在不同的无线频段(例如：B1、B2)的选择。该逻辑控制器311还可以用来选择节电模式及功率加强模式。逻辑控制器311控制电源电压Vcc和电源电压与偏压控制电路310的偏压设定点作为宽带射频功率放大器312、314，及316之输出的函数。在另一实施例中，全球频段功率放大器300可以在发射器/接收器前端系统中使用并被组配如图1E中所公开。

图4公开全球频段射频前端模块400及方法，其为图3的全球频段功率放大器300的加强版，还并入了多个滤波器410，其被整合到与宽带射频功率放大器(312、314及316)、开关模块318、电源电压与偏压控制电路310及逻辑控制器311相同的封装中。在另一实施例中，全球频段射频前端模块400可以被用在发射器/接收器前端系统并被组配如图1E中所公开。

图5是类似于图4，除了在本实施例中，全球频段射频前端模块500及方法还包括一个射频开关模块510(具有开关510a)在封装中。在另一实施例中，全球频段射频前端模块500及方法可以被用于一个发射器/接收器前端系统中并被组配如图1E中所公开。

图6是全球频段射频前端模块600及方法的一个实施例，其具有一个射频开关610，切换射频输入620于宽带射频功率放大器312及314之间。射频输入620可以在698至915MHz或1.7至2.1GHz的范围内。射频输入640是在2.3至2.7GHz或3.3至3.8GHz的范围内，被引导至宽带射频功率放大器316。在另一实施例中，全球频段射频前端模块600可以被用在发射器/接收器前端系统中并被组配如图1E中所公开。

图7公开全球频段射频前端模块700及方法，包括一个接受一个射频输入720并引导传输至适当的宽带射频功率放大器(312、314、316)的射频开关710。射频输入720是在698至915MHz；1.7至2.1GHz；2.3至2.7GHz；或3.3至3.8GHz的范围内。因此，到天线的射频输出320可以在698MHz至3.8GHz的范围内。在另一实施例中，全球频段射频前端模块700可以被用在发射器/接收器前端系统中并被组配如图1E中所公开。

图8公开全球频段射频前端模块800及方法，其接收射频输入810并引导传输至宽带射频功率放大器820。射频输入810可在400MHz至700MHz、698至915MHz；1.7至2.1GHz；2.3至7.2GHz；或3.3至3.8GHz的范围内。开关318将放大的射频信号传递至八个滤波器410的其中之一。因此，到天线的射频输出320可以在400MHz至3.8GHz的范围内。在另一实施例中，全球频段射频前端模块800可以被用在发射器/接收器前端系统中并被组配如图1E中所公开。

图9公开全球频段射频前端模块900及方法，其中有两个分开的射频路径供线性和饱和(saturated)运作以支持通讯装置中不同的调制标准(modulationstandards)。射频输入910连接到宽带射频功率放大器920供饱和运作(例如，2G频段)。在饱和运作中，放大后的信号通过射频开关930、滤波器940、射频开关950而发送到射频输出960再到频率大约为850MHz、900MHz、1.8GHz、1.9GHz的天线。射频输入912被连接到宽带射频功率放大器922供线性运作(例如，3G、4G频段)。在线性运作中，放大后的信号通过射频开关932、滤波器942、射频开关952发送到射频输出962再到698至3800MHz范围内的天线。在另一实施例中，全球频段射频前端模块900可以被用在发射器/接收器前端系统中并被组配如图1E中所公开。

图10公开全球频段射频前端模块1000及方法，其中已有加入线性与饱和模式控制1010，使宽带射频功率放大器820根据的射频输入1020运作在合适的模式。参考标号1020表示一个在698至915MHz；1.7至2.1GHz；2.3至7.2GHz；或3.3至3.8GHz之范围内的射频输入。在另一实施例中，全球频段射频前端模块1000可以被用在发射器/接收器前端系统中并被组配如图1E中所公开。

图11公开全球频段射频前端模块1100及方法，其中的线性与饱模式控制1010可以引导宽带射频功率放大器820来处理中698至915MHz；1.7至2.1GHz；2.3至7.2GHz；或3.3至3.8GHz之范围内的射频输入1110以及一个WiFi标准信号输入。在另一实施例中，全球频段射频前端模块1100可以被用在发射器/接收器前端系统中并被组配如图1E中所公开。

图12A公开一个全球频段射频前端模块1200和方法，包括利用射频功率传感器的宽带射频功率放大器控制。全球频段射频前端模块1200包含偏压及线性控制1210，其控制宽带射频功率放大器1220的偏压电压(电源电压Vcc)。全球频段射频前端模块1200还可以包含一个射频功率感测电路，如图中之射频功率传感器1230，其测量宽带射频功率放大器1220的射频输出。射频功率传感器1230的输出被用于控制来自宽带射频功率放大器的电源1240(例如、电池)的直流电源电压根据于功率放大器的输出功率等级来偏压。在另一实施例中，射频功率传感器1230还可以具有多个功率传感器。宽带射频功率放大器可以由放大器1220a、1220b和1220c组成，而功率传感器1230a、1230b、1230c、1230d可以位于宽带射频功率放大器1220的任何一级(stage)，如图12B所公开。功率传感器1230a、1230b、1230c、1230d可能是双重的、双向的功率传感器，能感测前进或反射功率。射频功率传感器1230感测的反射功率可用于检测不良天线条件，例如高电压驻波比(highvoltagestandingwaveratio,VSWR)，从而降低宽带射频功率放大器1220的输出功率或偏压，以保护功率放大器。直流电源1240的电压输出被自动调节，以基于所述射频功率传感器1230的输出控制宽带射频功率放大器的偏压。直流电源1240可包括一个直流/直流转换器1240a，以提供增加的直流偏压给宽带射频功率放大器。当宽带射频功率放大器在高功率等级运作时高偏压被使用，而当宽带射频功率放大器1220在低功率等级运作时低偏压被使用。射频功率传感器1230也可以被用来在高功率等级输出的情况中提供线性控制。例如，在线性模式运作时，当宽带射频功率放大器的输出为高时，电源电压可以适当地增加，以避免功率放大器进入非线性饱和状态下运作。在结构上，直流/直流转换器1240a可以被整合在全球频段射频前端模块1200里面，或者可以是全球频段射频前端模块1200外部的装置。参考标号1250表示的电路可具有线性和饱和模式控制及功率放大器保护电路。在另一实施例中，全球频段射频前端模块1200可以被用在发射器/接收器前端系统中并被组配如图1E中所公开。

图13是一个多芯片模块1300的分解视图，其中包含在单一封装的多个芯片，例如功率放大器、开关、滤波器、双工器、互补金属氧化物半导体(CMOS)控制器、包络线追踪及其他电路及装置。多芯片模块1300及方法说明可以如何建构在图1A-12B中所公开的全球频段功率放大器和全球频段射频前端模块。封装多芯片模块1300是由塑料成型层1300c覆盖于具有多个有源和无源元件1300b的多晶粒载具1300a上而组成。晶粒载具1300a可以是低温共烧陶瓷(lowtemperatureco-firedceramic,LTCC)、高温共烧陶瓷(hightemperaturecofiredceramic,HTCC)、印刷电路板，或类似物。有源及无源元件也可以被嵌入于覆盖在塑料成型层1300c中的低温共烧陶瓷、高温共烧陶瓷或类似材料。图14A是晶粒载具1300a和元件1300b的更详细的视图。如上述所讨论，宽带射频功率放大器312、314、316可以在单个模块1300中覆盖多个频段。该功率放大器可以使用绝缘体上硅(SOI)制程、砷化镓(GaAs)制程、互补金属氧化物半导体(CMOS)制程，硅锗(SiGe)制程和类似制程来制成。在前端系统中，理想上要减少在印刷电路板(PCB)上所需的尺寸以安装所有欲实施前端系统所需的元件。因此，宽带射频功率放大器312、314和316可以是单一堆叠(例如：314)或者多层堆叠模块(例如：312和312a、316和316a)。该多层堆叠模块可以由一个功率放大器模块和一个通过焊线或通过导通孔电耦合到所述功率放大器模块的第二模块制成。该第二模块312a中可能是如一个阻抗匹配网络或参照图12A及12B所讨论的功率感测电路1230，或一些其它类型的电路。在结构上，多层堆叠模块可以是如CMOS层堆叠在GaAs层之上或CMOS层堆叠在CMOS层之上。堆叠可用于使功率放大器较小并使焊线更长，实现阻抗匹配的目的。参考标号1430表示包络追踪控制器，其确保对于给定的瞬时输出功率要求，宽带射频功率放大器312、314和316是在峰值效率运作。该包络线追踪控制器1430示于图14A位于多芯片模块1300的内部，但是它们也可以位于的封装1300的外部。滤波器410也可位于模块1300的内部或模块1300的外部。该滤波器410可以用体声波(bulkacousticwave,BAW)制程、面声波(surfaceacousticwave,SAW)制程，或者其它类似的方法制成。参考标号1440为以多条焊线1450(其全部位于封装1300中)连接所述元件的多个焊垫的例子。参考标号1460标示整个封装1300中被使用的电感电容(LC)电路。图14B是图14A的封装1300的对应功能方块图。

图15A是多芯片模块1500的立体图。在这个封装1500中，单芯片1510整合宽带射频功率放大器312、314、和316以及开关710及318。该芯片1510可以由砷化镓(GaAs)、硅锗(SiGe)、互补金属氧化物半导体(CMOS)或其它半导体材料制成。宽带射频功率放大器312、314和316在本实施例中基本上是平的无堆叠电路。图15B是图15A的芯片1510的对应功能方块图。

图16A是多芯片模块1600的立体图。在本实施例中，滤波器和/或双工器位于封装1600的外部。此外，宽带射频功率放大器312、314和316以及开关318是在不同的芯片上。图16B是图16A的封装1300的对应的功能方块图。

图17A是多芯片模块1700的立体图。在本实施例中，宽带射频功率放大器312、314和316以及开关318和718都被整合在同一芯片1700a上。滤波器和/或双工器位于封装1700之外。图17B是图17A的封装1700的对应的功能方块图。

图18A是多芯片模块1300的侧视图。欲组装用于本文所公开的全球频段射频前端模块的多芯片模块1300，覆晶制程及焊线制程都可以使用。焊线1450是用来调节电感及其他射频特性。焊线组装用焊线连接到焊垫1440。在本实施例中，开关710和318是覆晶而可以被焊接(soldered)1810至焊垫1440。该多芯片模块在相同封装中包括焊料接合及焊线接合。图18B是完全组装好的芯片与多芯片模块1300封装在塑料中的侧视图。

图19是列出了3GPP(3rdGenerationPartnershipProject,第三代合作伙伴计划)LTE(LongTermEvolution,长期演进技术)的指定频段的E-UTRA(EvolvedUniversalTerrestrialRadioAccess,演进的通用陆面无线存取)运作频段表。本文在图1A至图18B所公开的全球频段功率放大器和全球频段射频前端模块的每个实施例可以被组配以运作于图19所列出的频段的任何子集或全部，以及任何未来的可用的频段。

在本公开中，被描述为在彼此“通讯”或彼此“耦合”的装置不是必须彼此连续通讯或直接物理接触，除非另有明确地说明。相反地，这些装置只需要必要时或需要时彼此传输，且事实上可能大部分时间不用交换数据。例如，一台经由因特网与另一机器通讯或耦合的机器可能无法在一段长时间(例如一次数周)将数据传输到其他机器。此外，在彼此“通讯”或彼此“耦合”的装置可能是通过一个或多个中介直接或间接通信。

伴随每个本文所公开的实施方式是一个相关联的方法。虽然方法(process或method)的步骤可以被描述或请求在特定顺序，这些方法可以被组配以不同的顺序来作业。换句话说，对可能被明确地描述或请求的步骤的任何序列或顺序并不一定表明所述步骤需要以该顺序执行，除非特别指明。另外，一些步骤可以同时被执行，尽管被描述或暗示为非同时发生(例如，因为一个步骤是在另一步骤后描述)，除非特别指明。此外，在一图式中通过描绘的一方法的图示并不意味着所示的方法是不包括其他的变化和修饰，并不意味着所示的方法或其任何步骤是该实施例中必要的，以及并不意味着所示过程是优选的。

此外，前面的描述和实施例已被呈现以用于说明和描述的目的，并且不是旨在穷尽或在任何意义上将实施例限制为所公开的精确形式。根据上述教示的许多修饰和变化是可能的。实施例是以最能解释本公开及其实际应用的原理的方式被选择及被描述，从而使本领域其他技术人员能够最好地利用本文所公开的各种实施例以及带有适合于所思及的特定用途的各种修饰。此外，权利要求书中公开的特定方面或特征可以参照一个或多个特定实施例和/或图式来描述，但是应当理解，这些特征不限于使用在相关于其被描述的一个或多个特定的实施例或图式，除非另有特别指明。所描述的实施例的功能和/或特征可以由一个或多个其他被描述但未被明确描述为具有如此功能/特征的装置来被选择性地实施。在本发明的实际范围由权利要求来限定。

Claims (27)

1.一种用于射频前端系统的整合模块，其特征在于，包含：

一宽带功率放大器，被组配以放大一射频信号；及

一第一开关模块，连接到该宽带功率放大器，所述第一开关模块含有至少一个开关，其可选择性地操作以耦合射频信号至多个传输路径的其中之一，每个传输路径被组配以传输一个不同的频段。

2.如权利要求1所述整合模块，其特征在于：该宽带功率放大器和所述第一开关模块是单一芯片的一部分。

3.如权利要求1所述整合模块，其特征在于：所述频段包括频段38、40、41，及7。

4.如权利要求1所述整合模块，其特征在于，还包含：

多个滤波器，连接到所述发送路径；及

一第二开关模块，耦合到所述滤波器并能够在698MHz至3.8GHz的范围内输出频率。

5.如权利要求1所述整合模块，其特征在于：该宽带功率放大器与另一模块堆叠。

6.一种用于射频前端系统的整合模块，其特征在于，包含：

多个宽带功率放大器，各自被组配以放大一射频信号；及

一第一开关模块，连接到所述宽带功率放大器，所述第一开关模块是一个含有多个开关可选择地运作以耦合该射频信号至多个传输路径的其中之一的多极、多掷开关，每个传输路径被组配以传输一个不同的频段。

7.如权利要求6所述整合模块，其特征在于：所述宽带功率放大器和所述第一开关模块是单一芯片的一部分。

8.如权利要求6所述整合模块，其特征在于：所述频段的频率是在698MHz至2.7GHz的范围内。

9.如权利要求6所述整合模块，其特征在于：所述宽带功率放大器包括至少两个宽带功率放大器。

10.如权利要求6所述整合模块，其特征在于：该用于射频前端系统的整合模块还包含多个连接到所述第一开关模块的输出的滤波器。

11.如权利要求10所述整合模块，其特征在于:该用于射频前端系统的整合模块还包含一第二开关模块，耦合到所述滤波器并能够在698MHz至3.8GHz的范围内输出频率。

12.如权利要求11所述整合模块，其特征在于，该用于射频前端系统的整合模块还包含：

一第三开关模块，位于多个至整合模块的射频输入以及所述宽带功率放大器之间；及

每一个连接到该第三开关模块的输出的传输路径被配置以传输一个不同频段。

13.如权利要求12所述整合模块，其特征在于：所述宽带功率放大器的数量为三个；

其中，该第三开关模块位于至该整合模块的射频输入以及所述三个宽带功率放大器之间，并且连接到所述三个宽带功率放大器；

其中，至该第三开关模块的一个单一输入包括在698至915MHz或1.7至2.1GHz的范围内的频率。

14.如权利要求11所述整合模块，其特征在于，该用于射频前端系统的整合模块还包含：

一第三开关模块，位于两个至整合模块的射频输入以及所述宽带功率放大器之间，其中每一个连接到该第三开关模块的输出的传输路径被配置以传输一个不同频段；及

一第三射频输入，直接连接到所述宽带功率放大器的其中之一。

15.如权利要求6所述整合模块，其特征在于：该用于射频前端系统的整合模块还包含一个晶粒载具，其为一种低温共烧陶瓷。

16.如权利要求6所述整合模块，其特征在于：该用于射频前端系统的整合模块还包含一个晶粒载具，其为一种高温共烧陶瓷。

17.如权利要求6所述整合模块，其特征在于：所述宽带功率放大器中的至少一个还包括一个堆叠的第二模块，其被电耦合到该至少一个的该宽带功率放大器。

18.如权利要求6所述整合模块，其特征在于：所述宽带功率放大器是通过焊线耦合到一个晶粒载具，且该第一开关模块是一个覆晶芯片。

19.如权利要求6所述整合模块，其特征在于：所述宽带功率放大器是覆晶芯片，且该第一开关模块是通过焊线耦合被耦合到一个晶粒载具。

20.一种用于射频前端系统的整合模块，其特征在于，包含：

一第一宽带功率放大器，被组配为饱和运作，并能放大在2G频段的射频信号；

所述第一宽带功率放大器连接到一第一开关模块，所述第一开关模块包含至少一个开关，其可选择性地运作以耦合该射频信号至多个传输路径的其中之一，每个传输路径被组配以传输一个不同的频段；

一第二宽带功率放大器，被组配为线性操作，并能放大在3G及标准频段的射频信号；及

所述第二宽带功率放大器连接到一第二开关模块，所述第二开关模块包含至少一个开关，其可选择性地运作以耦合该射频信号至多个传输路径的其中之一，每个传输路径被组配以传输一个不同的频段。

21.一种用于射频前端系统的整合模块，其特征在于，包含：

一宽带功率放大器，被组配以接收及放大在2G、3G和4G标准范围的信号；及

一模式控制，能切换该宽带功率放大器于线性和饱和运作之间。

22.如权利要求21所述整合模块，其特征在于：该用于射频前端系统的整合模块还包含多个位于宽带功率放大器的每一级的功率传感器。

23.一种用于射频前端系统的整合模块，其特征在于，包含：

一宽带功率放大器，能接收在2G、3G、4G和WiFi频段中的信号；及

一模式控制，能切换该宽带功率放大器的运作于线性和饱和模式之间。

24.一种用于射频前端系统的整合模块，其特征在于，包含：

一宽带功率放大器，被组配以接收及放大在2G，3G和4G频段的射频信号；

所述宽带功率放大器耦合至一第一开关模块，所述第一开关模块包含至少一个开关，其可选择性地运作以耦合该射频信号至多个传输路径其中之一，每个传输路径被组配以传输一个不同的频段；

一射频功率感测电路，连接到宽带功率放大器的输出且被组配以控制一至宽带功率放大器的电源根据宽带功率放大器的输出功率等级来进行偏压；及

一模式控制，能切换该宽带功率放大器于线性及和饱和运作之间。

25.如权利要求24所述整合模块，其特征在于，该用于射频前端系统的整合模块还包含：

一个直流/直流转换器，位于所述整合模块内且连接至该射频功率感测电路，也连接至该电源以及该宽带功率放大器。

26.如权利要求24所述整合模块，其特征在于：该射频功率感测电路能感测前进及反射功率两者。

27.一种射频前端系统，其特征在于，包含：

一单一模块，包含：至少一宽带功率放大器，被组配以接收并放大射频信号；及一第一开关模块，连接到所述至少一宽带功率放大器，所述开关模块包含至少一个开关，其可选择地运作以耦合该射频信号至多个传输路径的其中之一，每个传输路径被组配以传输一个不同的频段；以及

所述传输路径耦合到在该单一模块外部的第二开关模块，所述第二开关模块输出该射频信号。