CN105471397A - 一种双频射频功率放大模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双频射频功率放大模块，包括：功放单元，用于放大两个频段的射频信号并输出具有一定功率的输出信号；匹配单元，与所述功放单元相连接，进行阻抗匹配以使两个频段的输出信号分别在各自频段内进行最大功率传输；隔离单元，与所述匹配单元相连接，抑制各频段内的高次谐波输出以使两个频段之间的输出信号相互隔离；控制单元，根据时序要求协调所述功放单元与所述隔离单元的动作。该双频射频功率放大模块使双频射频功放裸片由两个减少为一个，同时简化了外围设计电路，减少了手机板占用空间，降低成本。

Description

一种双频射频功率放大模块

技术领域

本发明涉及移动通信领域，尤其涉及一种双频射频功率放大模块。

背景技术

在现代无线通信系统中，射频功率放大器是实现射频信号无线传输的关键部件。由于移动通信用户数量的增加，单一的频率资源远远不能满足用户通话的需求，要求移动通信商开辟新的频段来扩大用户容量，因此多频手机得到广泛的应用。多频手机是指在同一个移动通信网络标准中能采用不同频段进行传输的手机。由于采用了不同频段进行传输，因此在手机中也需要应用不同频段的射频功率放大器来实现。

现有技术采用应用于不同的频段多个射频功率放大器来实现上述功能。具体方法主要有两种形式：一种是每个频段对应一个独立封装的单频射频功率放大器芯片，输入输出匹配网络也分别设计，如图1a所示。另一种是将两个频段的单频射频功率放大器裸片以及对应的输入输出网络封装至一个芯片，实现双频工作，如图1b所示。另外，在图1a和图1b中，输出匹配网络输出的不同频段的射频信号均通过射频开关输出至天线，射频开关也为独立封装的芯片。

上述两种实现方式在实际应用中存在如下缺点，由于采用多个芯片(图1a所示方案)或集成多个单频射频功率放大器裸片(图1b所示方案)，以及均采用独立封装的射频开关芯片连接射频功率放大器与天线端，因此占用手机板空间较大，同时，均需在芯片外部布置外围电路，导致手机板布局的复杂性和手机体积的增加，最终使得整体解决方案成本增高。

综上，亟需对手机现有的多频射频放大方案进行改进以降低其成本，增加产品的竞争力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是需要对手机现有的多频射频放大方案进行改进以降低其成本。

为了解决上述技术问题，本申请的实施例首先提供了一种双频射频功率放大模块，包括：功放单元，用于放大两个频段的射频信号并输出具有一定功率的输出信号；匹配单元，与所述功放单元相连接，进行阻抗匹配以使两个频段的输出信号分别在各自频段内进行最大功率传输；隔离单元，与所述匹配单元相连接，抑制各频段内的高次谐波输出以使两个频段之间的输出信号相互隔离；控制单元，根据时序要求协调所述功放单元与所述隔离单元的动作。

优选地，所述两个频段包括GSM频段和DCS频段。

优选地，所述功放单元包括依次连接的三级放大电路，其中，第一级放大电路用于分别接收GSM频段与DCS频段的射频信号，第二级放大电路与第三级放大电路用于对接收到的射频信号进行功率放大。

优选地，所述第一级放大电路设置有第一功率放大晶体管与第二功率放大晶体管，所述第一功率放大晶体管与第二功率放大晶体管的集电极耦接在一起作为第一级放大电路的输出端；所述第二级放大电路设置有第三功率放大晶体管，所述第三级放大电路设置有第四功率放大晶体管，所述第三功率放大晶体管的集电极与所述第四功率放大晶体管的基极通过级间匹配网络相连接。

优选地，所述第一级放大电路还设置有第一偏置网络与第二偏置网络，分别控制所述第一功率放大晶体管与第二功率放大晶体管的开启与关闭，其中，当输入GSM频段信号时，第一功率放大晶体管开启，第二功率放大晶体管关闭；当输入DCS频段信号时，第一功率放大晶体管关闭，第二功率放大晶体管开启。

优选地，所述级间匹配网络设置有第一电容、第二电容与第一电感，其中，所述第一电容与第二电容串接于所述第三功率放大晶体管的集电极与所述第四功率放大晶体管的基极之间，所述第一电感耦接于所述第一电容与第二电容之间的节点与地之间。

优选地，所述匹配单元包括：GSM匹配电路：设置有第二电感、第三电感、第三电容与第四电容，所述第二电感与第三电感串接于所述功放单元与所述隔离单元的GSM输入端之间，所述第三电容耦接于所述第二电感与第三电感之间的节点与地之间，所述第四电容耦接于所述第三电感的另一端与地之间；DCS匹配电路：设置有第四电感、第五电感、第五电容与第六电容，所述第四电感与第五电感串接于所述功放单元与所述隔离单元的DCS输入端之间，所述第五电容耦接于所述第四电感与第五电感之间的节点与地之间，所述第六电容耦接于所述第五电感的另一端与地之间。

优选地，所述隔离单元包括第七电容、第八电容、第九电容、第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管以及第四晶体管；所述第七电容作为所述隔离单元的GSM输入端，其一端耦接于所述第三电感与第四电容之间的节点，另一端与所述第四晶体管的漏极耦接；所述第八电容作为所述隔离单元的DCS输入端，其一端耦接于所述第五电感与第六电容之间的节点，另一端与所述第一晶体管的漏极耦接；所述第一晶体管的源极与所述第三晶体管的漏极耦接，所述第二晶体管的源极与所述第九电容的一端耦接，其漏极与第九电容的另一端分别耦接于所述第一晶体管与第三晶体管之间的节点与地；所述第三晶体管的源极与所述第四晶体管的源极耦接在一起作为所述隔离单元的输出端。

优选地，当利用该双频射频功率放大模块放大GSM信号时，所述第二晶体管与所述第四晶体管开启，所述第一晶体管与所述第三晶体管关闭；GSM信号的基波经由所述第七电容与第四晶体管的串联支路传输至发射端，GSM信号的二次谐波经由所述第二晶体管与第九电容的串联支路传输至地。

优选地，当利用该双频射频功率放大模块放大DCS信号时，所述第一晶体管与所述第三晶体管开启，所述第二晶体管与所述第四晶体管关闭；DCS信号的基波经由所述第八电容、第一晶体管与第三晶体管的串联支路传输至发射端。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

通过利用宽带射频放大电路对两个频段的射频信号进行放大，使双频射频功放裸片由两个减少为一个，同时简化了外围设计电路，减少了手机板占用空间，降低成本。

本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，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

附图用来提供对本申请的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分。其中，表达本申请实施例的附图与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，但并不构成对本申请技术方案的限制。

图1a-图1b为现有技术的双频射频功率放大器的结构示意图；

图2为本发明实施例的双频射频功率放大模块的结构示意图；

图3为本发明实施例的双频射频功率放大模块的一示例的结构示意图；

图4为本发明实施例的双频射频功率放大模块的一示例的功放单元的结构示意图。

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，并达成相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

图2为本发明实施例的双频射频放大模块的结构示意图，图3为本发明实施例的双频射频功率放大模块的一示例的结构示意图，下面结合图2和图3详细说明该双频射频放大模块的组成。

如图2所示，双频射频功率放大模块包括功放单元21、匹配单元22、隔离单元23及控制单元24。其中，功放单元21接收前端射频收发器芯片的输出信号，该输出信号可以是分别属于不同频段的射频信号。例如一个频段为GSM频段，其频率范围为880MHz～915MHz，一个频段为DCS频段，其频率范围为1710MHz～1910MHz。以下实施例中将以GSM/DCS双频段射频信号为例进行说明。

功放单元21可以用于将输入的两个频段的射频小信号分别放大为具有一定功率的输出信号，通过同一个输出端进行输出。一般的，功放单元21可以设置为宽带射频放大电路，如图4所示，本发明的功放单元21采用三级放大电路的形式。其中，第一级放大电路用于分别接收GSM频段与DCS频段的射频信号。第一级放大电路包括由第一射频功率放大晶体管Q_1a和第二射频功率放大晶体管Q_1b各自组成的独立的两条支路。Q_1a的基极作为输入端输入一个频段的射频信号f_a(例如GSM频段)，Q_1b的基极作为另一个输入端输入另一个频段的射频信号f_b(例如DCS频段)。进一步地，Q_1a的开启和关闭由第一偏置网络1a控制，Q_1b的开启和关闭由第二偏置网络1b控制。Q_1a和Q_1b的集电极耦接在一起作为第一级放大电路的输出端。

第二级放大电路与第三级放大电路用于对接收到的射频信号进行功率放大。其中，第二级放大电路设置有第三射频功率放大晶体管Q₂与偏置网络2，第三级放大电路设置有第四射频功率放大晶体管Q₃与偏置网络3，通过偏置网络使晶体管Q₂和Q₃均工作于AB类放大器，Q₂的集电极与Q₃的基极通过级间匹配网络相连接，Q₃的集电极作为功放单元21的输出端，分别连接对应于频段f_a和对应于频段f_b的匹配单元22。

当GSM频段的射频信号输入时，偏置网络1a控制第一级功率放大晶体管Q_1a开启，偏置网络1b控制第一级功率放大晶体管Q_1b关闭，GSM频段的射频信号通过Q_1a，Q₂和Q₃放大输出。同样地，当DCS频段的射频信号输入时，偏置网络1b控制第一级功率放大晶体管Q_1b开启，偏置网络1a控制第一级功率放大晶体管Q_1a关闭，DCS频段的射频信号通过Q_1b，Q₂和Q₃放大输出。

在上述实现功率放大的过程中，级间匹配网络作为第二级放大电路的输出匹配网络，需要具有低损耗以及提高输出功率等功能，同时其作为第三级放大电路的输入匹配网络，需要具有提高增益及平坦度以及保持电路的稳定性等功能。如图4所示，级间匹配网络设置有第一电容C1、第二电容C2与第一电感L1，其中，第一电容C1与第二电容C2串接于第三功率放大晶体管Q₂的集电极与第四功率放大晶体管Q₃的基极之间，第一电感L1耦接于第一电容C1与第二电容C2之间的节点与地之间。级间匹配网络的结构参数由具体应用频段决定，举例而言，对于GSM/DCS频段，可取L1＝4nH，C1＝2pF，C2＝4pF。

功放单元21的输出端与匹配单元22相连接。匹配单元22设置有两路阻抗匹配网络，分别为GSM匹配电路与DCS匹配电路。匹配单元22接收功放单元21的输出信号，用于进行阻抗匹配以实现两个频段的输出信号分别在各自频段内的最大功率传输。

具体为，如图3所示，功放单元21分别连接GSM匹配电路和DCS匹配电路。其中，GSM匹配电路设置有第二电感L2、第三电感L3、第三电容C3与第四电容C4，第二电感L2与第三电感L3串接于功放单元21与隔离单元23(GSM输入端)之间，第三电容C3耦接于第二电感L2与第三电感L3之间的节点与地之间，第四电容C4耦接于第三电感L3的另一端与地之间。DCS匹配电路设置有第四电感L4、第五电感L5、第五电容C5与第六电容C6，第四电感L4与第五电感L5串接于功放单元21与隔离单元23(DCS输入端)之间，第五电容C5耦接于第四电感L4与第五电感L5之间的节点与地之间，第六电容C6耦接于第五电感L5的另一端与地之间。

隔离单元23，与匹配单元22相连接，设置有抑制各频段内高次谐波输出的电路以使两个频段之间输出信号相互隔离。对于GSM/DCS双频信号，GSM低频段的工作频率为880MHz-915MHz，其二次谐波频率范围为1760MHz-1830MHz，而DCS频段信号为1710MHz-1910MHz，因此当功放单元设计为能同时放大两个频段内的射频信号时，如果只是简单地将芯片和开关集成在一起，GSM频段射频信号的二次谐波可通过空间耦合至DCS端并传输到天线。

如图3所示，隔离单元23包括第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第一晶体管F1、第二晶体管F2、第三晶体管F3以及第四晶体管F4。其中，第七电容C7作为隔离单元23的GSM输入端，接收匹配单元22的输出信号，C7的一端耦接于第三电感L3与第四电容C4之间的节点，另一端与第四晶体管F4的漏极耦接。第八电容C8作为隔离单元23的DCS输入端，接收匹配单元22的输出信号，C8的一端耦接于第五电感L5与第六电容C6之间的节点，另一端与第一晶体管F1的漏极耦接。第一晶体管F1的源极与第三晶体管F3的漏极耦接，第二晶体管F2的源极与第九电容C9的一端耦接，其漏极与第九电容的另一端分别耦接于第一晶体管F1与第三晶体管F3之间的节点与地。第三晶体管F3的源极与第四晶体管F4的源极耦接在一起作为隔离单元23的输出端。该输出端经由第十电容C10连接至发射端的天线。

本发明实施例应用一个射频功率功放单元实现双频段射频信号的功率放大功能，由控制单元24根据时序要求协调功放单元21与隔离单元23之间的动作。具体为：

当利用本申请实施例的双频射频功率放大模块放大GSM信号时，控制单元24控制第二晶体管F2与第四晶体管F4开启，第一晶体管F1与第三晶体管F3关闭。GSM信号的基波经由第七电容C7与第四晶体管F4的串联支路传输至发射端，同时，GSM信号的二次谐波通过空间耦合经由第二晶体管F2与第九电容C9的串联支路传输至地。

当利用本申请实施例的双频射频功率放大模块放大DCS信号时，控制单元24控制第一晶体管F1与第三晶体管F3开启，第二晶体管F2与第四晶体管F4关闭，DCS信号的基波经由第八电容C8、第一晶体管F1与第三晶体管F3的串联支路传输至与上述GSM信号共用的同一个发射端。

在本申请的实施例中，双频射频功放裸片由两个减少为一个，芯片成本降低50％，并且将该射频功放单片与隔离单元(相当于图1中的射频开关芯片)、匹配单元(相当于图1中的射频功放的输入输出匹配网络)以及控制单元封装至一个芯片，组成射频前端模块(Front-endModule，FEM)，简化了外围设计电路，减少了手机板的占用空间，使得整体解决方案成本大幅度降低。

在本申请的实施例中，采用了具有高隔离结构的隔离单元。在GSM/DCS的双频放大中，GSM频段信号的二次谐波无法通过射频开关DCS端传输至天线，根据实验测定，DCS端与GSM端隔离度高达-80dbc，显著地降低了两个频段之间的射频干扰，提高了通信质量。

另外需要说明的是，在上述实现双频功率放大及射频信号的传输过程中，匹配单元22及隔离单元23内各晶体管的面积由具体电路决定。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种双频射频功率放大模块，包括：

功放单元，用于放大两个频段的射频信号并输出具有一定功率的输出信号；

匹配单元，与所述功放单元相连接，进行阻抗匹配以使两个频段的输出信号分别在各自频段内进行最大功率传输；

隔离单元，与所述匹配单元相连接，抑制各频段内的高次谐波输出以使两个频段之间的输出信号相互隔离；

控制单元，根据时序要求协调所述功放单元与所述隔离单元的动作。

2.根据权利要求1所述的双频射频功率放大模块，其特征在于，所述两个频段包括GSM频段和DCS频段。

3.根据权利要求2所述的双频射频功率放大模块，其特征在于，所述功放单元包括依次连接的三级放大电路，其中，

第一级放大电路用于分别接收GSM频段与DCS频段的射频信号，第二级放大电路与第三级放大电路用于对接收到的射频信号进行功率放大。

4.根据权利要求3所述的双频射频功率放大模块，其特征在于，

所述第一级放大电路设置有第一功率放大晶体管与第二功率放大晶体管，所述第一功率放大晶体管与第二功率放大晶体管的集电极耦接在一起作为第一级放大电路的输出端；

所述第二级放大电路设置有第三功率放大晶体管，所述第三级放大电路设置有第四功率放大晶体管，所述第三功率放大晶体管的集电极与所述第四功率放大晶体管的基极通过级间匹配网络相连接。

5.根据权利要求4所述的双频射频功率放大模块，其特征在于，所述第一级放大电路还设置有第一偏置网络与第二偏置网络，分别控制所述第一功率放大晶体管与第二功率放大晶体管的开启与关闭，其中，

当输入GSM频段信号时，第一功率放大晶体管开启，第二功率放大晶体管关闭；

当输入DCS频段信号时，第一功率放大晶体管关闭，第二功率放大晶体管开启。

6.根据权利要求4或5所述的双频射频功率放大模块，其特征在于，所述级间匹配网络设置有第一电容、第二电容与第一电感，其中，

所述第一电容与第二电容串接于所述第三功率放大晶体管的集电极与所述第四功率放大晶体管的基极之间，所述第一电感耦接于所述第一电容与第二电容之间的节点与地之间。

7.根据权利要求2所述的双频射频功率放大模块，其特征在于，所述匹配单元包括：

GSM匹配电路：设置有第二电感、第三电感、第三电容与第四电容，所述第二电感与第三电感串接于所述功放单元与所述隔离单元的GSM输入端之间，所述第三电容耦接于所述第二电感与第三电感之间的节点与地之间，所述第四电容耦接于所述第三电感的另一端与地之间；

DCS匹配电路：设置有第四电感、第五电感、第五电容与第六电容，所述第四电感与第五电感串接于所述功放单元与所述隔离单元的DCS输入端之间，所述第五电容耦接于所述第四电感与第五电感之间的节点与地之间，所述第六电容耦接于所述第五电感的另一端与地之间。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的双频射频功率放大模块，其特征在于，所述隔离单元包括第七电容、第八电容、第九电容、第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管以及第四晶体管；

所述第七电容作为所述隔离单元的GSM输入端，其一端耦接于所述第三电感与第四电容之间的节点，另一端与所述第四晶体管的漏极耦接；

所述第八电容作为所述隔离单元的DCS输入端，其一端耦接于所述第五电感与第六电容之间的节点，另一端与所述第一晶体管的漏极耦接；

所述第一晶体管的源极与所述第三晶体管的漏极耦接，所述第二晶体管的源极与所述第九电容的一端耦接，其漏极与第九电容的另一端分别耦接于所述第一晶体管与第三晶体管之间的节点与地；

所述第三晶体管的源极与所述第四晶体管的源极耦接在一起作为所述隔离单元的输出端。

9.根据权利要求8所述的双频射频功率放大模块，其特征在于，当利用该双频射频功率放大模块放大GSM信号时，所述第二晶体管与所述第四晶体管开启，所述第一晶体管与所述第三晶体管关闭；

GSM信号的基波经由所述第七电容与第四晶体管的串联支路传输至发射端，GSM信号的二次谐波经由所述第二晶体管与第九电容的串联支路传输至地。

10.根据权利要求8所述的双频射频功率放大模块，其特征在于，当利用该双频射频功率放大模块放大DCS信号时，所述第一晶体管与所述第三晶体管开启，所述第二晶体管与所述第四晶体管关闭；

DCS信号的基波经由所述第八电容、第一晶体管与第三晶体管的串联支路传输至发射端。