射频前端装置
技术领域
本发明实施例涉及信号处理技术,尤其涉及一种射频前端装置。
背景技术
近十多年来,由于蓝牙、数字蜂窝移动电话以及全球定位系统等无线通信技术的广泛应用,使得射频的相关电路的开发和研究得到了迅猛的发展。
在射频信号收发装置中,射频前端是无法被射频芯片集成的重要射频器件,其所采用的系统结构对其性能有决定性的影响,它是每个射频收发装置与外界通讯必不可少的核心模块。射频前端作为接收射频前端时(还可同时作为发射射频前端),主要的作用是对天线接收的射频信号做去噪处理,同时还可将去噪后的射频信号进行放大,有的还将放大后的射频信号做变频处理。
由于与射频前端相连的射频芯片的信号接收范围是由芯片本身的电路结构决定的,因此该信号接收范围是固定不变的且是有限的,如果经射频前端处理后的射频信号超出了射频芯片的接收范围,不但会引起射频芯片接收的饱和,增加射频芯片的接收自动增益调整时间,还可能会导致射频芯片输出数据不准确,严重时可导致射频芯片烧毁。
发明内容
有鉴于此,本发明实施例提供了一种射频前端装置,以避免当射频前端需要接收的射频信号大大超出射频芯片的接收范围时,不但会引起接收芯片的饱和,大大增加射频芯片的自动增益调整时间,甚至会烧毁射频芯片的问题。
本发明实施例提供了一种射频前端装置,包括:第一滤波器110、耦合器120和限幅器130;
所述耦合器120的输入端与所述第一滤波器110的输出端相连,所述耦合器120的输出端与所述限幅器130的输入端相连,所述限幅器130的输出端与所述射频芯片2的第一接收信号输入端相连,所述耦合器120的耦合端与射频芯片2的第二接收信号输入端相连;
所述第一滤波器110将输入的所述射频接收信号进行滤波后形成的第一滤波信号输出至所述耦合器120,所述耦合器120将输入的所述第一滤波信号输出至所述限幅器130,所述限幅器130将输入的所述第一滤波信号进行限幅后形成的限幅信号输出至所述射频芯片2,由所述耦合器120、所述限幅器130和所述射频芯片2组成第一接收通路的前端通路;所述耦合器120将输入的所述第一滤波信号进行耦合后形成的耦合信号输出至所述射频芯片2,由所述耦合器120和所述射频芯片2组成第二接收通路的前端通路。
在上述装置中,优选的是,还包括:天线140和开关150;
所述天线140与所述开关150的公共端口相连,所述开关150的第一闭合端口与所述第一滤波器110的输入端相连;
所述天线140用于将接收的所述射频接收信号输出至所述开关150,所述开关150的第一闭合端口将所述射频接收信号输出至所述第一滤波器110。
在上述装置中,优选的是,还包括:第二滤波器160和功率放大器170;
所述射频芯片2的发射信号输出端与所述功率放大器170的输入端相连,所述功率放大器170的输出端与所述第二滤波器160的输入端相连,所述第二滤波器160的输出端与所述开关150的第二闭合端口相连;
所述射频芯片2将射频发射信号输出至所述功率放大器170,所述功率放大器170将输入的所述射频发射信号经过放大后形成的放大信号输出至所述第二滤波器160,所述第二滤波器160将输入的所述放大信号进行滤波后形成的第二滤波信号输出至所述开关150,所述开关150的公共端口输出所述第二滤波信号至所述天线140。
在上述装置中,优选的是,还包括:
所述耦合器120的隔离端与负载相连。
在上述装置中,优选的是,还包括:
所述射频芯片2与基带芯片3相连;
所述射频芯片2的第一基带信号输出端将所述限幅信号经过处理后形成的基带限幅信号输出至所述基带芯片3的第一基带信号输入端,所述射频芯片2的第二基带信号输出端将所述耦合信号经过处理后形成的基带耦合信号输出至所述基带芯片的第二基带信号输入端。
在上述装置中,优选的是,所述负载包括电阻。
在上述装置中,优选的是,所述电阻的阻值为50欧姆。
在上述装置中,优选的是,所述耦合器120的耦合度为30dB。
在上述装置中,优选的是,所述耦合器120的耦合度为33dB。
本发明实施例提供的射频前端装置,通过增加耦合器110和限幅器130,并使耦合器120的输入端与所述第一滤波器110的输出端相连,所述耦合器120的输出端与所述限幅器130的输入端相连,所述限幅器130的输出端与所述射频芯片2的第一接收信号输入端相连,所述耦合器120的耦合端与射频芯片2的第二接收信号输入端相连,避免了当射频前端需要接收的射频信号大大超出射频芯片的接收范围时,不但会引起接收芯片的饱和,大大增加射频芯片的自动增益调整时间,甚至会烧毁射频芯片的问题,实现了当射频前端接收的射频信号大大超出射频芯片的接收范围时,可将射频前端输出的射频信号调整至射频芯片的信号接收范围内,提高了射频方案的最大可接收功率,保证了射频芯片接收信号的自动增益调整时间,从而扩展了射频方案的接收信号动态范围。
附图说明
图1a是本发明实施例一提供的一种射频前端装置的结构图;
图1b是本发明实施例一提供的耦合器120输入端输入电平与限幅器130输出端输出电平和耦合器120耦合端输出电平间的对应关系;
图1c是本发明实施例一提供的一种射频前端装置的结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合附图对本发明具体实施例作进一步的详细描述。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。
另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是,一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理,但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外,各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止,但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。
实施例一
图1a为本发明实施例一提供的一种射频前端装置的结构图,本实施例射频前端装置的结构具体包括:
耦合器120的输入端与第一滤波器110的输出端相连,耦合器120的输出端与限幅器130的输入端相连,限幅器130的输出端与射频芯片2的第一接收信号输入端相连,耦合器120的耦合端与射频芯片2的第二接收信号输入端相连;
第一滤波器110将输入的射频接收信号进行滤波后形成的第一滤波信号输出至耦合器120,耦合器120将输入的第一滤波信号输出至限幅器130,限幅器130将输入的第一滤波信号进行限幅后形成的限幅信号输出至射频芯片2,由耦合器120、限幅器130和射频芯片2组成第一接收通路的前端通路;耦合器120将输入的第一滤波信号进行耦合后形成的耦合信号输出至射频芯片2,由耦合器120和射频芯片2组成第二接收通路的前端通路。
进一步地,还包括:天线140和开关150,天线140与开关150的公共端口相连,开关150的第一闭合端口与第一滤波器110的输入端相连,天线140用于将接收的射频接收信号输出至开关150,开关150的第一闭合端口将射频接收信号输出至第一滤波器110。
进一步地,还包括:耦合器120的隔离端与负载相连。
进一步地,还包括:射频芯片2与基带芯片3相连,射频芯片2的第一基带信号输出端将限幅信号经过处理后形成的基带限幅信号输出至基带芯片3的第一基带信号输入端,射频芯片2的第二基带信号输出端将耦合信号经过处理后形成的基带耦合信号输出至基带芯片的第二基带信号输入端。
进一步地,负载包括电阻。
在本实施例中,当天线140接收到射频接收信号之后,会将射频接收信号输出给开关150的公共端口,开关150在公共端口和第一闭合端口接通的状态下,会将该射频接收信号从第一闭合端口输出至第一滤波器110,其中,开关150的公共端口与第一闭合端口和第二闭合端口之间的连接状态具体可以是由基带芯片3或射频芯片2进行控制的等,开关150典型的可以是单刀双掷开关或单刀多掷开关等。第一滤波器110的输入端接收到射频接收信号之后,将该信号进行滤波得到第一滤波信号,然后将第一滤波信号从输出端输出至耦合器120。
耦合器120的输入端输入第一滤波信号,输出端直接将该第一滤波信号输出至限幅器130的输入端,由于耦合器的插损的存在,使得耦合器120的输出端输出的第一滤波信号的电平值较输入端输入的第一滤波信号的电平值有所下降,但是耦合器的插损一般较小,因此,在选择耦合器时,应尽量选择插损较小的,耦合器120典型的可以是定向耦合器等。
耦合器120的隔离端连接负载,在本实施例中,将负载具体化为电阻,电阻一端连接耦合器120,另外一端接地,电阻的阻值典型的可以是50欧姆。本领域技术人员可以理解的是,耦合器在进行信号耦合并从耦合端输出耦合信号时,如果射频芯片2的第二接收信号输入端和耦合器120的隔离端阻抗匹配不理想会产生回波,回波会对输入端的输入信号产生影响。耦合器120的隔离端与电阻相连,可以使回波从隔离端被吸收,这样就不会对输入端输入的第一滤波信号造成影响。
耦合器120的耦合端将输入的第一滤波信号进行耦合后形成的耦合信号输出至射频芯片2,耦合信号的电平值与输入的第一滤波信号的电平值之间的差值即为耦合器120的耦合度,可以根据不同的应用场景选择具有不同耦合度的耦合器,在本实施例中,耦合器120的耦合度典型的可以是:30dB或33dB等。
本领域技术人员可以理解的是,由于网络覆盖及网络成本等方面的要求,专用基站会增加输出射频信号的最大电平值,当信号的电平值超过射频芯片的信号接收范围的最大电平值时,会使射频芯片产生饱和失真,甚至被烧毁。因此,在本实施例中,使用限幅器130对大于射频芯片2接收范围的第一滤波信号进行限幅,以保证射频芯片2的第一接收信号输入端的输入信号不会烧毁射频芯片2;同时,当耦合器120的耦合度足够大时,还可以保证射频芯片2的第二接收信号输入端的输入信号不会使射频芯片2产生饱和失真。
由于不同网络对收发系统的要求各不相同,使得不同网络对接收射频信号的最大电平值要求各不相同,因此,在不同的射频信号收发系统中,射频接收前端中的耦合器的耦合度需求各不相同,耦合度的选取在保证耦合器的耦合端输出的耦合信号的电平值在射频芯片的信号接收范围内的同时,还要保证耦合度不会因为过高而使得耦合端输出的耦合信号大部分都低于射频信号的信号接收范围的最小电平值。
具体而言,选取耦合度时,可以根据本射频信号收发系统的射频接收信号的最大电平值减去射频芯片信号接收范围的最大电平值的差值,再加上接收通路前端的插损所得到的数值来确定,其中,在本实施例中,接收通路前端的插损具体是指开关150、第一滤波器110、耦合器120和限幅器130的插损之和。
限幅器130将输入的第一滤波信号进行限幅后形成的限幅信号输出至射频芯片2。本领域技术人员可以理解的是,限幅器可以按照限定的范围削平信号电压波幅,也就是说,限幅器可以把输出信号幅度限定在一定的范围内,当输入电压超过或低于某一参考值后,输出电压将被限制在某一电平(称作限幅电平),且再不随输入电压变化。因此,只要根据限幅器的限幅电平选取适当的限幅器,就可以保证限幅器输出至射频芯片2的限幅信号不会超过射频芯片的信号接收范围的最大电平值。
在一个具体的例子中,如图1b所示,耦合器120的输入端的输入电平值分别与耦合器120的耦合端的输出电平值和限幅器130的输出端的输出电平值之间的对应关系。其中,假设射频芯片2的信号接收范围是-97dBm至-15dBm,射频芯片2的烧毁门限是4dBm,也就是说,当射频芯片2的输入信号的电平值属于-15dBm至4dBm的范围内时,射频芯片2会处于饱和失真的状态,当射频芯片2的输入信号的电平值大于4dBm时,射频芯片2可能会被烧毁。同时,假设限幅器130的限幅电平为2dBm,耦合器120的耦合度为30dB。
如图1b所示,当耦合器120的输入端输入电平值小于或等于2dBm时,对应的限幅器130的输出端的输出电平值与其相等;当耦合器120的输入端输入电平值大于2dBm时,对应的限幅器130的输出端的输出电平值均为2dBm,以保证射频芯片2的输入信号不会使其烧毁。如图1b所示,耦合器120的耦合端输出电平值较耦合器120的输入端输入电平值减小了30dB,即耦合器120的耦合度。
射频芯片2的第一接收信号输入端RX1和第二接收信号输入端RX2分别接收到限幅信号和耦合信号后,射频芯片2会对这两路输入信号分别进行处理,以使处理后的两路信号,即基带限幅信号和基带耦合信号都满足基带芯片3的信号输入范围,由于射频芯片对接收到的射频信号的处理过程属于现有技术,在这里不再进行详细阐述。
基带芯片3的第一基带信号输入端BB-IQI1和第二基带信号输入端BB-IQI2在分别接收到基带耦合信号和基带限幅信号后,会分别计算出天线140此时接收到的射频接收信号的实际电平值,然后,基带芯片3会将该实际电平值与电平切换门限进行比较,再根据比较结果在基带耦合信号和基带限幅信号中选取一个作为有效信号,并对该有效信号进行后续的数据处理。其中,电平切换门限具体可以是预先存储在基带芯片的设定存储区域中的,也可以是存储在其他存储设备中的,本实施例对此不进行限制,电平切换门限典型的可以是-40dBm。
在本实施例中,由耦合器120、限幅器130和射频芯片2组成第一接收通路的前端通路,其中,第一接收通路具体是指从耦合器120,到限幅器130,到射频芯片2,最后到基带芯片3的信号通路;由耦合器120和射频芯片2组成第二接收通路的前端通路,其中,第二接收通路具体是指从耦合器120,到射频芯片2,最后到基带芯片3的信号通路,耦合器120和限幅器130经过对输入的第一滤波信号进行不同的处理形成了这两路接收通路的输入信号,即限幅信号和耦合信号,然后,两路接收通路中的器件顺对对各自接收的信号进行相应地处理,最后,基带芯片3的两个基带信号输入端分别对处理后的两路基带信号进行接收。
在一个具体的例子中,如图1b所示,假设电平切换门限是-40dBm,那么,当基带芯片3计算出的天线140此时接收到的射频接收信号的实际电平值大于-40dBm时,则选取基带耦合信号作为有效信号;当基带芯片3计算出的天线140此时接收到的射频接收信号的实际电平值小于-40dBm时,则选取基带限幅信号作为有效信号。
本发明实施例提供的射频前端装置,通过增加耦合器110和限幅器130,并使耦合器120的输入端与所述第一滤波器110的输出端相连,所述耦合器120的输出端与所述限幅器130的输入端相连,所述限幅器130的输出端与所述射频芯片2的第一接收信号输入端相连,所述耦合器120的耦合端与射频芯片2的第二接收信号输入端相连,避免了当射频前端需要接收的射频信号大大超出射频芯片的接收范围时,不但会引起接收芯片的饱和,大大增加射频芯片的自动增益调整时间,甚至会烧毁射频芯片的问题,实现了当射频前端接收的射频信号大大超出射频芯片的接收范围时,可将射频前端输出的射频信号调整至射频芯片的信号接收范围内,提高了射频方案的最大可接收功率,保证了射频芯片接收信号的自动增益调整时间,从而扩展了射频方案的接收信号动态范围。
如图1c所示,在上述实施例的基础上,还包括:第二滤波器160和功率放大器170,射频芯片2的发射信号输出端TX与功率放大器170的输入端相连,功率放大器170的输出端与第二滤波器160的输入端相连,第二滤波器160的输出端与开关150的第二闭合端相连,射频芯片2将射频发射信号输出至功率放大器170,功率放大器170将输入的射频发射信号经过放大后形成的放大信号输出至第二滤波器160,第二滤波器160将输入的放大信号进行滤波后形成的第二滤波信号输出至开关150,开关150的公共端口输出第二滤波信号至天线140。
在这里对图1a和图1c中的射频芯片的区别进行解释。图1c中的射频芯片2具有TX管脚,TX管脚具体是指射频芯片用于输出射频发射信号的管脚,也就是说,具有TX管脚的射频芯片为射频收发芯片,因此,图1c中的射频芯片2为射频收发芯片,射频芯片2为收发芯片时,射频芯片2配置有基带信号输入端IQI,用于接收基带芯片3的基带信号输出端BB-IQO输出的基带发射信号。图1a中的所有器件之间传输的信号仅涉及射频接收信号,均不涉及射频发射信号,因此,图1a中的射频芯片2既可以是射频接收芯片,也可以是射频收发芯片。
这样设置的好处是:当射频芯片为射频收发芯片时,可以同时实现射频信号的接收和发送,扩展射频前端装置的功能。
注意,上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解,本发明不限于这里所述的特定实施例,对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明,但是本发明不仅仅限于以上实施例,在不脱离本发明构思的情况下,还可以包括更多其他等效实施例,而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。