CN108023609A - 多模多频的收发器、射频前端电路及应用其的射频系统 - Google Patents

多模多频的收发器、射频前端电路及应用其的射频系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种射频系统，包括收发器以及射频前端电路。收发器具有信号发送端，该信号发送端选择性地传递第一射频信号或第二射频信号，该第一射频信号对应第一通讯模式以及第一频带，该第二射频信号对应第二通讯模式以及第二频带。射频前端电路耦接该收发器，并包括传递路径切换器以及天线切换器。传递路径切换器将该信号发送端电性连接至多条信号传递路径中的选定信号传递路径。天线切换器耦接该些信号传递路径，并将该选定信号传递路径电性连接至天线模块。

Description

多模多频的收发器、射频前端电路及应用其的射频系统
技术领域
本发明是有关于一种收发器、射频前端电路及应用其的射频系统，且特别是有关于一种适用多模多频(Multi-Mode Multi-Band,MMMB)传输的收发器、射频前端电路及应用其的射频系统。
背景技术
近年来，通讯电子产品(如智慧型手机)开始朝支持多模多频传输的趋势发展，以适用不同的无线通讯技术。采用多模多频技术可让装置切换于不同的通讯模式，例如2G/3G/4G通讯模式，并支持各通讯模式下不同操作频带的信号传输。
对于射频前端的元件(如收发器)而言，支持多频多模操作将使信号传输端(如晶片脚位)的数量增加。举例来说，收发器可能需针对2G通讯模式的不同操作频带(如824MHz～915MHz、1710MHz～1910MHz等频带)提供多个信号传输端，并针对3G/4G通讯模式的不同操作频带(如2300MHz～2700MHz、1700MHz～2000MHz、700MHz～900MHz等频带)提供多个传输端。然而，大量的信号传输端常会使电路的布线变得复杂、电路面积增大，进而导致电路成本增加。而这对于电路设计与整合而言是不利的。
因此，如何提出一种可有效减少多模多频射频元件的信号传输端数量的技术，乃待解决的课题之一。
发明内容
本发明有关于一种适用多模多频传输的收发器、射频前端电路及应用其的射频系统，可通过单一路径传递对应不同通讯模式及/或频带的射频信号，藉此缩减元件的信号传输端的数量。
根据本发明一方面，提出一种射频系统，其包括收发器以及射频前端电路。收发器具有信号发送端，该信号发送端选择性地传递第一射频信号或第二射频信号，该第一射频信号对应第一通讯模式以及第一频带，该第二射频信号对应第二通讯模式以及第二频带。射频前端电路耦接该收发器，并包括传递路径切换器以及天线切换器。传递路径切换器用以将该信号发送端电性连接至多条信号传递路径中的选定信号传递路径。天线切换器耦接该些信号传递路径，用以将该选定信号传递路径电性连接至天线模块。
根据本发明另一方面，提出一种收发器，其包括控制器以及驱动放大器。控制器用以提供频带切换信号。驱动放大器受控于该控制器，并耦接该收发器的信号发送端。驱动放大器包括频率相依性负载集合、频带选择器以及放大电路。频率相依性负载集合包括多个频率相依性负载。频带选择器用以回应于该频带切换信号，切换于该些频率相依性负载。放大电路耦接该频带选择器，并通过该频带选择器电性连接至该些频率相依性负载其中之一，其中当该放大电路耦接至该些频率相依性负载中的第一频率相依性负载，该放大电路输出第一射频信号至该信号发送端；当该放大电路耦接至该些频率相依性负载中的第二频率相依性负载，该放大电路输出第二射频信号至该信号发送端，其中该第一射频信号对应第一通讯模式以及第一频带，该第二射频信号对应第二通讯模式以及第二频带。
根据本发明又一方面，提出一种射频前端电路，其包括传递路径切换器以及天线切换器。传递路径切换器用以将收发器的一信号发送端选择性地电性连接至多条信号传递路径其中之一。天线切换器耦接该些信号传递路径，用以将来自该些信号传递路径的信号传递至天线模块；其中当该信号发送端传递第一射频信号，该传递路径切换器将该信号发送端电性连接至该些信号传递路径中的第一信号传递路径，以传递该第一射频信号至该天线模块，当该信号发送端传递第二射频信号，该传递路径切换器将该信号发送端电性连接至该些信号传递路径中的第二信号传递路径，以传递该第二射频信号至该天线模块，其中该第一射频信号对应第一通讯模式以及第一频带，该第二射频信号对应第二通讯模式以及第二频带。
为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：
附图说明
图1绘示依据本发明的一实施例的射频系统的方块图。
图1A绘示依据本发明的一实施例的射频系统的方块图。
图2绘示依据本发明的一实施例的收发器的局部方块图。
图3A至3C绘示依据本发明不同实施例的频率相依性负载集合与频带选择器的结合示意图。
其中，附图标记：
10、10’：射频系统
12：收发器
14：射频前端电路
16：天线模块
TP1、TP2、TPi：信号发送端
RP1、RP2：信号接收端
110_1、110_2、110_i：驱动放大器
112_1、112_2：低噪声放大器
102_Tx：传递路径切换器
102_Rx：接收路径切换器
108：天线切换器
104：功率放大器集合
104_1～104_4：功率放大器
106、106’：滤波元件集合
UL1～UL4、UL1’～UL4’：信号传递路径
DL1、DL2、DL2’、DL3’：信号接收路径
1604：双工器
1602、1606、1608：滤波器
1610：切换器
202：频率相依性负载集合
202_1～202_N：频率相依性负载
204：频带选择器
206：放大电路
SEL：频带选择信号
208：控制器
L1～L3、L1’、L2’：电感器
C1～C3、C1’、C2’：电容器
SW：开关
具体实施方式
在本文中，参照所附图式仔细地描述本发明的一些实施例，但不是所有实施例都有表示在图示中。实际上，这些发明可使用多种不同的变形，且并不限于本文中的实施例。相对的，本发明提供这些实施例以满足应用的法定要求。图式中相同的参考符号用来表示相同或相似的元件。
图1绘示依据本发明的一实施例的射频系统10的方块图。射频系统10支持多模多频的信号传输，以适用载波聚合(Carrier Aggregation,CA)技术。射频系统10主要包括收发器12以及射频前端电路14。
收发器12可收发射频信号。举例来说，收发器12可将射频信号传递至射频前端电路14以进行放大、滤波等处理，再通过天线模块16作无线传输。而接收自天线模块16的信号在经过射频前端电路14的处理(如滤波)后，将被送至收发器12，以转换为基频处理晶片可处理的形式。
收发器12具有一或多个用以和外部元件沟通信号的信号传输端(如晶片接脚)，其中，用以对外输出射频信号的信号传输端称为信号发送端，用以自外部接收射频信号的信号传输端称为信号接收端。如图1所示，收发器12具有信号发送端TP1、TP2以及信号接收端RP1、RP2，其中信号发送端TP1及TP2分别耦接驱动放大器110_1及110_2，信号接收端RP1、RP2分别耦接低噪声放大器112_1及112_2。
依据本发明实施例，收发器12可通过单一个信号传输端来传输对应不同通讯模式及/或频带的射频信号，藉此减少收发器12为了支持多模多频信号传输所需的信号传输端数量。
举例来说，信号发送端TP1可选择性地传递第一射频信号或第二射频信号，其中第一射频信号对应第一通讯模式以及第一频带，第二射频信号对应第二通讯模式以及第二频带。
本发明的信号传输端，也可以选择性地传递同一通讯模式下的不同频带信号，例如信号发送端TP1可选择性地传递第一射频信号或第二射频信号，其中第一射频信号对应第一通讯模式的第一频带，第二射频信号对应该第一通讯模式的第二频带。
所述的通讯模式指通讯系统所采用的无线通讯技术，如2G行动通讯的全球移动通讯系统(Global System for Mobile Communications,GSM)技术、3G行动通讯的宽频分码多工多重撷取(Wideband Code Division Multiple Access,WCDMA)技术、4G行动通讯的长期演进技术(Long Term Evolution,LTE)技术等。所述的频带指一特定的频率范围，其划分方式在不同的通讯模式下有不同的定义。以LTE为例，当中定义了43个频带(Band 1～Band43)以作使用。
以一示意性的应用作说明，第一射频信号例如为2G行动通讯的信号，其频带范围落在824MHz～915MHz，第二射频信号例如为4G行动通讯的信号，其频带范围落在LTE定义下的第40频带(Band 40)。两者皆可通过同一信号传输端(如信号发送端TP1)进行传输。
在一实施例中，驱动放大器110_1/110_2可切换地改变其负载，以选择性地输出第一射频信号或第二射频信号至信号发送端TP1/TP2。
可理解本发明并不限于此。在一些实施例中，收发器12的单一信号发送端可支持二种以上不同多频多模信号的传输。例如，通过单一信号发送端来传递2G、3G及4G的行动通讯信号。
射频前端电路14耦接收发器12，其主要包括传递路径切换器102_Tx以及天线切换器108。
传递路径切换器102_Tx与天线切换器108之间包括多条由功率放大器集合104以及滤波元件集合106所定义的信号传递路径UL1～UL4，其中功率放大器集合104包括多个对应不同频带的功率放大器104_1～104_4，滤波元件集合106包括多个对应不同频带的滤波元件(如滤波器、双工器等)。
在一实施例中，各信号传递路径UL1～UL4分别包括一或多个功率放大器以及一或多个滤波元件。
以图1为例，信号传递路径UL1定义为信号依序经过功率放大器104_1、滤波元件集合106中的某一滤波元件至天线切换器108的路径；信号传递路径UL2定义为信号依序经过功率放大器104_2、滤波元件集合106中的某一滤波元件至天线切换器108的路径，以此类推。
传递路径切换器102_Tx可将信号发送端TP1/TP2电性连接至多条信号传递路径UL1～UL4中的一选定信号传递路径。收发器12所发送的射频信号会经由该选定信号传递路径到达天线切换器108。一般而言，信号传递路径的选择取决于欲发送的射频信号的频带范围。也就是说，选定信号传递路径中的功率放大器和滤波元件的频带需支持射频信号的频带，以适当地对射频信号进行放大、滤波等处理。
天线切换器108耦接信号传递路径UL1～UL4，并可将用来传递欲发送的射频信号的选定信号传递路径电性连接至天线模块16，以通过天线模块16无线地发送该射频信号。举例来说，天线切换器108可切换于天线模块16中的多支天线，以通过适当的天线来发送射频信号。
在图1的例子中，射频前端电路14更包括接收路径切换器102_Rx，其耦接于收发器12的信号接收端RP1、RP2，用以使信号接收端RP1、RP2切换于定义在接收路径切换器102_Rx与天线切换器108之间的多条信号接收路径DL1、DL2。在一实施例中，各信号接收路径DL1、DL2包括一或多个滤波元件。
接收路径切换器102_Rx可将对应不同通讯模式及/或频带的射频信号传递至收发器12的单一个信号传输端(如信号接收端RP1/RP2)。
举例来说，若信号接收路径DL1及DL2分别用以传递第三射频信号以及第四射频信号，其中第三射频信号对应第三通讯模式以及第三频带(如操作于一特定频带的2G行动通讯信号)，第四射频信号对应第四通讯模式以及第四频带(如操作于另一特定频带的3G/4G行动通讯信号)，接收路径切换器102_Rx可将信号接收路径DL1及DL2切换地电性连接至信号接收端RP1，以实现通过单一个信号接收端RP1接收不同通讯模式、不同频带的射频信号。
本发明的信号接收端，也可以选择性地接收同一通讯模式下的不同频带信号，例如信号接收端RP1可选择性地接收第三射频信号或第四射频信号，其中第三射频信号对应第三通讯模式的第三频带，第四射频信号对应该第三通讯模式的第四频带。
在一实施例中，耦接信号接收端RP1/RP2的低噪声放大器112_1/112_2可切换地改变其频带，以对应地放大第三射频信号或第四射频信号。
可理解本发明并不限于此。在一些实施例中，收发器12的单一信号接收端可支持二种以上不同的多频多模信号的传输。例如，通过单一信号接收端来接收2G、3G及4G的行动通讯信号。
此外，可理解的是，图1中各元件(如驱动放大器、低噪声放大器、功率放大器)、各信号传输端(如信号发送端、信号接收端)以及各信号路径(如信号传递路径、信号接收路经)的数量皆可是任意的。凡是通过单一个信号传输端来传递对应不同通讯模式及/或不同频带的射频信号，皆属本发明精神的范畴。
图1A绘示依据本发明的一实施例的射频系统10’的方块图。在图1A的例子中，滤波元件集合106’包括滤波器1602、1606及1608、双工器1604以及切换器1610。部分的信号传递路径和信号接收路径会先在滤波元件集合106中结合成一路径，再连接到天线切换器108，如信号传递路径UL2’以及信号接收路径DL2’，两者通过双工器1604合成单一路径而耦接至天线切换器108；信号传递路径UL3’以及信号接收路径DL3’则通过滤波器1608、切换器1610等元件合成单一路径而耦接至天线切换器108。
另一部分的信号传递路径和信号接收路径则是依循独立的路径耦接于天线切换器108与传递路径切换器102_Tx/接收路径切换器102_Rx之间，如信号传递路径UL1’、UL4’所示。
从图1A的例子可知，本发明所称的信号传递路径指传递路径切换器102_Tx的特定端与天线切换器108之间的特定信号路径，而信号接收路径则指接收路径切换器102_Rx的特定端与天线切换器108之间的特定信号路径，各信号路径在滤波元件集合106中可能与其他路径有部分的重叠，也可能独立于其他路径，端视不同的应用而定。
图2绘示依据本发明的一实施例的驱动放大器110_i的方块图。驱动放大器110_i可以是，但不限于，图1中收发器12的任一驱动放大器。
驱动放大器110_i的输出端耦接收发器的信号发送端TPi。
驱动放大器110_i主要包括频率相依性负载集合202、频带选择器204以及放大电路206。
频率相依性负载集合202例如包括N(N为正整数)个频率相依性负载202_1～202_N，其分别由阻抗值会随频率变化的元件来实现，例如电感器、电容器等。
频带选择器204例如是一切换开关，可切换于该些频率相依性负载202_1～202_N。
在一实施例中，收发器(如收发器12)更包括控制器208。控制器208可提供一频带选择信号SEL，使频带选择器204回应于该频带选择信号SEL而电性连接至频率相依性负载202_1～202_N其中之一。
放大电路206可由一或多个晶体管来实现，其耦接频带选择器204，以通过频带选择器204电性连接至频率相依性负载202_1～202_N其中之一。
藉由切换放大电路206所连接的频率相依性负载，可调整放大电路206的操作频带，以确保放大电路206能将通讯模式所需操作频带的输入信号转换为欲输出的射频信号。所述的输入信号例如是指经调变的载波信号，其所对应的通讯模式由基频处理晶片决定。
通过上述方式，单一个驱动放大器110_i可切换地输出对应不同通讯模式及/或频带的射频信号至信号发送端TPi，进而将不同的多模多频信号路径整合至单一信号路径。
举例来说，当放大电路206耦接至频率相依性负载202_1～202_N中的第一频率相依性负载(如202_1)，放大电路206将输出对应第一通讯模式以及第一频带的第一射频信号至信号发送端TPi；当放大电路206耦接至频率相依性负载202_1～202_N中的第二频率相依性负载(如202_2)，放大电路206将输出对应第二通讯模式以及第二频带的第二射频信号至信号发送端TPi。
依据本发明实施例，收发器中的低噪声放大器可具有类似驱动放大器110_i的配置，以切换地调整其操作频宽，但放大电路的信号传递方向相反，即放大电路的输入端耦接收发器的信号接收端。
图3A至3C绘示依据本发明不同实施例的频率相依性负载集合与频带选择器的结合的示意图。为方便说明，图3A至3C中与图2中相同或类似的元件采相同的元件符号。
在图3A的例子中，频率相依性负载集合202包括具有不同电感值的多个电感器L1～L3。频带选择器204包括开关SW。开关SW可回应于控制器(如控制器208)的控制，使节点NA选择性地电性连接至电感器L1～L3其中之一。
节点NA耦接放大电路(如放大电路206)中晶体管的一端。因此，放大电路的负载可切换地被调整，进而改变其操作频宽。
在图3B的例子中，频率相依性负载集合202包括具有不同电容值的多个电容器C1～C3。频带选择器204包括开关SW。开关SW可回应于控制器(如控制器208)的控制，使节点NA选择性地电性连接至电容器C1～C3其中之一。
在图3C的例子中，频率相依性负载集合202包括至少一电感器L1’、L2’以及至少一电容器C1’、C2’。频带选择器204包括开关SW。开关SW可回应于控制器(如控制器208)的控制，使节点NA选择性地电性连接至该至少一电感器L1’、L2’以及该至少一电容器C1’、C2’其中之一。
可理解的是，本发明并不以上述例示为限。频率相依性负载集合中电容器及/或电感器的数量及配置方式当可依不同的应用而加以调整。
综上所述，本发明提供的适用多模多频传输的收发器、射频前端电路及应用其的射频系统，可通过单一路径传递对应不同通讯模式及/或不同频带的射频信号，藉此缩减元件的信号传输端的数量。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (26)

1.一种射频系统，其特征在于，包括：
一收发器，具有一信号发送端，该信号发送端选择性地传递一第一射频信号或一第二射频信号，该第一射频信号对应一第一频带，该第二射频信号对应一第二频带；以及
一射频前端电路，耦接该收发器，该射频前端电路包括：
一传递路径切换器，用以将该信号发送端电性连接至多条信号传递路径中的一选定信号传递路径；以及
一天线切换器，耦接该些信号传递路径，用以将该选定信号传递路径电性连接至一天线模块。
2.根据权利要求1所述的射频系统，其特征在于，该第一射频信号对应一第一通讯模式以及该第一频带，该第二射频信号对应该第一通讯模式以及该第二频带。
3.根据权利要求1所述的射频系统，其特征在于，该第一射频信号对应一第一通讯模式以及该第一频带，该第二射频信号对应一第二通讯模式以及该第二频带。
4.根据权利要求1所述的射频系统，其特征在于，该收发器包括：
一控制器，用以提供一频率选择信号；以及
一驱动放大器，受控于该控制器并耦接该信号发送端，该驱动放大器包括：
一频率相依性负载集合，包括多个频率相依性负载；
一频带选择器，用以回应该频率选择信号，切换于该些频率相依性负载；以及
一放大电路，耦接该频带选择器，并通过该频带选择器电性连接至该些频率相依性负载其中之一，其中当该放大电路耦接至该些频率相依性负载中的一第一频率相依性负载，该放大电路输出该第一射频信号至该信号发送端；当该放大电路耦接至该些频率相依性负载中的一第二频率相依性负载，该放大电路输出该第二射频信号至该信号发送端。
5.根据权利要求4所述的射频系统，其特征在于，该频率相依性负载集合包括具有不同电感值的多个电感器。
6.根据权利要求4所述的射频系统，其特征在于，该频率相依性负载集合包括具有不同电容值的多个电容器。
7.根据权利要求4所述的射频系统，其特征在于，该频率相依性负载集合包括至少一电感器或至少一电容器。
8.根据权利要求1所述的射频系统，其特征在于，该收发器更具有一信号接收端，该射频前端电路更包括：
一接收路径切换器，耦接于该信号接收端，用以使该信号接收端切换于定义在该接收路径切换器与该天线切换器之间的多条信号接收路径；
其中该些信号接收路径之一用以传递一第三射频信号，该些信号接收路径之另一用以传递一第四射频信号。
9.根据权利要求8所述的射频系统，其特征在于，该第三射频信号对应一第三通讯模式的一第三频带，该第四射频信号对应该第三通讯模式的一第四频带。
10.根据权利要求8所述的射频系统，其特征在于，该第三射频信号对应一第三通讯模式以及一第三频带，该第四射频信号对应一第四通讯模式以及一第四频带。
11.根据权利要求8所述的射频系统，其特征在于，该收发器包括：
一低噪声放大器，用以放大来自该信号接收端的信号。
12.根据权利要求8所述的射频系统，其特征在于，各该信号接收路径包括至少一滤波元件。
13.根据权利要求1所述的射频系统，其特征在于，各该信号传递路径包括至少一功率放大器以及至少一滤波元件。
14.一种收发器，其特征在于，包括：
一控制器，用以提供一频率选择信号；以及
一驱动放大器，受控于该控制器并耦接该收发器的一信号发送端，该驱动放大器包括：
一频率相依性负载集合，包括多个频率相依性负载；
一频带选择器，用以回应该频率选择信号，切换于该些频率相依性负载；以及
一放大电路，耦接该频带选择器，并通过该频带选择器电性连接至该些频率相依性负载其中之一，其中当该放大电路耦接至该些频率相依性负载中的一第一频率相依性负载，该放大电路输出一第一射频信号至该信号发送端；当该放大电路耦接至该些频率相依性负载中的一第二频率相依性负载，该放大电路输出一第二射频信号至该信号发送端。
15.根据权利要求14所述的收发器，其特征在于，该频率相依性负载集合包括具有不同电感值的多个电感器。
16.根据权利要求14所述的收发器，其特征在于，该频率相依性负载集合包括具有不同电容值的多个电容器。
17.根据权利要求14所述的收发器，其特征在于，该频率相依性负载集合包括至少一电感器或至少一电容器。
18.根据权利要求14所述的收发器，其特征在于，更包括：
一低噪声放大器，用以放大来自该收发器的一信号接收端的信号；
其中该信号接收端切换地与多条信号接收路径电性连接，该些信号接收路径之一用以传递一第三射频信号，该些信号接收路径之另一用以传递一第四射频信号。
19.一种射频前端电路，其特征在于，包括：
一传递路径切换器，用以将一收发器的一信号发送端选择性地电性连接至多条信号传递路径其中之一；以及
一天线切换器，耦接该些信号传递路径，用以将来自该些信号传递路径的信号传递至一天线模块；
其中当该信号发送端传递一第一射频信号，该传递路径切换器将该信号发送端电性连接至该些信号传递路径的一第一信号传递路径，以传递该第一射频信号至该天线模块；
当该信号发送端传递一第二射频信号，该传递路径切换器将该信号发送端电性连接至该些信号传递路径的一第二信号传递路径，以传递该第二射频信号至该天线模块。
20.根据权利要求19所述的射频前端电路，其特征在于，该第一射频信号对应一第一通讯模式的一第一频带，该第二射频信号对应该第一通讯模式的一第二频带。
21.根据权利要求19所述的射频前端电路，其特征在于，该第一射频信号对应一第一通讯模式以及一第一频带，该第二射频信号对应一第二通讯模式以及一第二频带。
22.根据权利要求19所述的射频前端电路，其特征在于，更包括：
一接收路径切换器，耦接一收发器的一信号接收端，用以使该信号接收端切换于定义在该接收路径切换器与该天线切换器之间的多条信号接收路径；
其中该些信号接收路径的一用以传递一第三射频信号，该些信号接收路径的另一用以传递一第四射频信号。
23.根据权利要求22所述的射频前端电路，其特征在于，该第三射频信号对应一第三通讯模式的一第三频带，该第四射频信号对应该第三通讯模式的一第四频带。
24.根据权利要求22所述的射频前端电路，其特征在于，该第三射频信号对应一第三通讯模式以及一第三频带，该第四射频信号对应一第四通讯模式以及一第四频带。
25.根据权利要求22所述的射频前端电路，其特征在于，各该信号接收路径包括至少一滤波元件。
26.根据权利要求19所述的射频前端电路，其特征在于，各该信号传递路径包括至少一功率放大器以及至少一滤波元件。
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