CN108400791B - 射频收发装置及其射频发射机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及射频收发装置及其射频发射机。一种射频发射机，包含：功率合并器及差动放大器。功率合并器电性耦接于天线，将一差动输出信号转换为单端输出信号传送至天线。差动放大器包含：一对共源极输入晶体管、一对共栅极输出晶体管及开关模块。共源极输入晶体管放大差动输入信号并输出放大的差动信号。共栅极输出晶体管包含电性耦接于共源极输入晶体管的源极、电性耦接于功率合并器的漏极以与门极，依据放大的差动信号产生差动输出信号。差动开关模块设置于共栅极输出晶体管的栅极间，在射频发射机工作时使栅极电性耦接，并在射频接收机工作时使栅极电性隔离。

Description

射频收发装置及其射频发射机

技术领域

本发明是有关于一种射频通信技术，且特别是有关于一种射频收发装置及其射频发射机。

背景技术

在射频收发装置中，为了成本考虑，常使射频接收机和射频发射机共享同一个天线。在这样的架构下，通常射频发射机会在射频接收机工作时关闭，而射频接收机会在射频发射机工作时关闭。然而，在射频频率下操作时，射频接收机和射频发射机彼此会看到各自的负载阻抗，而增加电路的损耗。部分技术是采用阻抗匹配的方式增加射频接收机和射频发射机间的隔离性。但是射频收发装置的电路中的寄生电容，往往会使阻抗匹配的效果下降，而无法达到降低损耗的目的。

因此，如何设计一个新的射频收发装置及其射频发射机，以解决上述的问题，乃为此一业界亟待解决的问题。

发明内容

因此，本发明的一实施例在于提供一种射频发射机，射频发射机包含：功率合并器以及差动放大器。功率合并器用以将差动输出信号转换为单端输出信号，并传送单端输出信号至天线。差动放大器包含：一对共源极(common source)输入晶体管、一对共栅极(common gate)输出晶体管以及开关模块。共源极输入晶体管用以放大差动输入信号并输出放大的差动信号。共栅极输出晶体管包含电性耦接于共源极输入晶体管的一对源极、电性耦接于功率合并器的一对漏极以及一对栅极，共栅极输出晶体管用以根据放大的差动信号产生差动输出信号。开关模块设置于栅极间，用以在射频发射机工作时使栅极电性耦接，并在射频接收机工作时使栅极电性隔离。

本发明的另一实施例在于提供一种射频收发装置，包含：天线、射频接收机以及射频发射机。射频接收机电性耦接于天线。射频发射机电性耦接于天线，包含：功率合并器以及差动放大器。功率合并器用以将差动输出信号转换为单端输出信号，并传送单端输出信号至天线。差动放大器包含：一对共源极输入晶体管、一对共栅极输出晶体管以及开关模块。共源极输入晶体管用以放大差动输入信号并输出放大的差动信号。共栅极输出晶体管包含电性耦接于共源极输入晶体管的一对源极、电性耦接于功率合并器的一对漏极以及一对栅极，共栅极输出晶体管用以根据放大的差动信号产生差动输出信号。开关模块设置于栅极间，用以在射频发射机工作时使栅极电性耦接，并在射频接收机工作时使栅极电性隔离。

本发明的又一实施例在于提供一种射频发射机，电性耦接于天线，射频发射机包含：功率合并器以及差动放大器。功率合并器电性耦接于天线，并用以将一差动输出信号转换为单端输出信号，并传送单端输出信号至天线。差动放大器包含：一对共源极输入晶体管、一对共栅极输出晶体管以及电容。共源极输入晶体管用以放大差动输入信号并输出放大的差动信号。共栅极输出晶体管包含电性耦接于共源极输入晶体管的一对源极、电性耦接于功率合并器的一对漏极以及一对栅极，共栅极输出晶体管用以根据放大的差动信号产生差动输出信号。电容电性耦接于栅极间。

应用本发明的优点在于藉由射频收发装置中，开关模块或是电容的设计，可以在射频接收机工作时，分别使差动放大器的寄生电容浮接或是使寄生电容的容值下降，避免寄生电容对于功率合并器的可变电容与变压模块的等效阻值造成影响，进而使射频接收机正常的运作。

附图说明

图1为本发明一实施例中，一种射频收发装置的方块图；

图2A及图2B分别为本发明一实施例中，射频收发装置在不同工作状态下的电路图；

图3A及图3B分别为本发明另一实施例中，射频收发装置在不同工作状态下的电路图；

图4A及图4B分别为本发明另一实施例中，射频收发装置在不同工作状态下的电路图；以及

图5为本发明一实施例中，射频收发装置的电路图。

具体实施方式

请参照图1。图1为本发明一实施例中，一种射频收发装置1的方块图。射频收发装置1包含：天线100、射频接收机102以及射频发射机104。

射频接收机102以及射频发射机104均电性耦接于天线100，以共享天线100。射频接收机102用以在工作时，通过天线100从其它电子装置接收射频信号RFin。射频发射机104用以在工作时，通过天线100传送射频信号RFout至其它电子装置。

在一实施例中，当射频接收机102工作时，射频发射机104即停止工作。而当射频发射机104工作时，射频接收机102即停止工作。

请参照图2A及图2B。图2A及图2B分别为本发明一实施例中，射频收发装置1在不同工作状态下的电路图。射频发射机104包含：功率合并器20以及差动放大器22。

功率合并器20电性耦接于天线，并用以将来自差动放大器22的一差动输出信号Vo+及Vo-转换为单端输出信号，亦即前述的射频信号RFout，并传送射频信号RFout至天线100传送出去。

在一实施例中，功率合并器20包含变压模块200以及可变电容202。变压模块200包含用以接收差动输出信号Vo+及Vo-的二变压输入端，以及电性耦接于天线100并输出射频信号RFout的变压输出端。可变电容202电性耦接于二变压输入端，用以在射频接收机102工作时调降电容值，以使可变电容202与变压模块200的等效阻值相对射频接收机102为高阻抗。因此，在理想的状况下，射频接收机102所接受的信号将由于射频发射机104的高阻抗而不会受到影响。

差动放大器22包含：一对共源极(common source)输入晶体管M1、M2、一对共栅极(common gate)输出晶体管M3、M4以及开关模块220。

在本实施例中，共源极输入晶体管M1、M2为N型金氧半晶体管，并分别包含栅极，用以放大一差动输入信号Vi+及Vi-并输出放大的差动信号。并且，共源极输入晶体管M1、M2的源极共同电性耦接于一个接地电位GND。

共栅极输出晶体管M3、M4包含一对源极、一对漏极以及一对栅极。其中，源极电性耦接于共源极输入晶体管M1、M2。漏极电性耦接于功率合并器20的二变压输入端。其中，漏极用以根据放大的差动信号产生差动输出信号Vo+及Vo-。

在一实施例中，开关模块220为N型金氧半晶体管、P型金氧半晶体管、传输闸或其组合。开关模块220设置于共栅极输出晶体管M3、M4的栅极间。如图2A所示，开关模块220用以在射频发射机104工作，亦即射频接收机102停止工作时，使栅极电性耦接，产生交流短路。进一步地，如图2B所示，开关模块220在射频接收机102工作，亦即射频发射机104停止工作时，使栅极电性隔离，产生交流断路，使得共栅极输出晶体管M3、M4在实际的工作情境中，于漏极以与门极间具有的寄生电容Cgd1，Cgd2断接。

因此，当射频接收机102工作时，虽然功率合并器20中的可变电容202可改变电容值，但是却容易受到寄生电容Cgd1以及Cgd2的影响，而使可变电容202、寄生电容Cgd1以及Cgd2与变压模块200的等效阻值小于理想的高阻抗值。

因此，藉由开关模块220的设计，可以在射频接收机102工作时，分别使寄生电容Cgd1以及Cgd2浮接，避免寄生电容Cgd1以及Cgd2对于可变电容202与变压模块200的等效阻值造成影响，进而使射频接收机102正常的运作。

依据本发明的一实施例，共源极输入晶体管M1、M2采用的是低压晶体管，而共栅极输出晶体管M3、M4采用的是高压晶体管。

请参照图3A及图3B。图3A及图3B分别为本发明另一实施例中，射频收发装置1在不同工作状态下的电路图。类似于图2A及图2B的结构，射频发射机104亦包含功率合并器20以及差动放大器22，且差动放大器22亦包含共源极输入晶体管M1、M2、共栅极输出晶体管M3、M4以及开关模块220。因此，以下不再对于相同的组件进行赘述。

然而，本实施例的差动放大器22还包含第一接地电容Cg1、第二接地电容Cg2、第一接地开关模块300以及第二接地开关模块302。

第一接地电容Cg1以及第二接地电容Cg2分别电性耦接于共栅极输出晶体管M3、M4的栅极其中之一。第一接地开关模块300设置于第一接地电容Cg1与接地电位GND间，第二接地开关模块302设置于第二接地电容Cg2与接地电位GND间。

如图3A所示，第一接地开关模块300用以在射频发射机104工作时使第一接地电容Cg1与接地电位GND间电性耦接，且第二接地开关模块302用以在射频发射机104工作时使第二接地电容Cg2与接地电位GND间电性耦接。

如图3B所示，第一接地开关模块300用以在射频接收机102工作时使第一接地电容Cg1与接地电位GND间电性隔离。第二接地开关模块302用以在射频接收机102工作时使第二接地电容Cg2与接地电位GND间电性隔离。

在部分使用情境中，在射频发射机104工作时，第一接地电容Cg1与第二接地电容Cg2是作用为旁路电容，通过第一接地开关模块300以及第二接地开关模块302使共栅极输出晶体管M3、M4的栅极交流短路，提供栅极电性耦合至地GND。因此，为了完全使寄生电容Cgd1以及Cgd2在射频接收机102工作时浮接，除了开关模块220外，亦需设置第一接地开关模块300以及第二接地开关模块302以达到目的。

请参照图4A及图4B。图4A及图4B分别为本发明又一实施例中，射频收发装置1在不同工作状态下的电路图。类似于图2A及图2B的结构，射频发射机104亦包含功率合并器20以及差动放大器22，且差动放大器22亦包含共源极输入晶体管M1、M2、共栅极输出晶体管M3、M4以及开关模块220。因此，以下不再对于相同的组件进行赘述。

在本实施例中，差动放大器22包含接地电容Cg。接地电容Cg电性耦接于连接点P以及接地电位GND。开关模块220还包含第一开关单元400A以及第二开关单元400B，分别设置于共栅极输出晶体管M3、M4的栅极其中之一和连接点P间。

如图4A所示，第一开关单元400A用以在射频发射机104工作时使共栅极输出晶体管M3的栅极与连接点P电性耦接。第二开关单元400B用以在射频发射机104工作时使共栅极输出晶体管M4的栅极与连接点P电性耦接。

如图4B所示，第一开关单元400A用以在射频接收机102工作时使共栅极输出晶体管M3的栅极与连接点P电性隔离。第二开关单元400B用以在射频接收机102工作时使共栅极输出晶体管M4的栅极与连接点P电性隔离。

在部分使用情境中，在射频发射机104工作时，接地电容Cg是作用为旁路电容，以通过第一开关单元400A以及第二开关单元400B使共栅极输出晶体管M3、M4的栅极交流短路，提供栅极电性耦合至地GND。因此，为了使寄生电容Cgd1以及Cgd2在射频接收机102工作时浮接，可设置第一开关单元400A以及第二开关单元400B以达到目的。

请参照图5。图5为本发明另一实施例中，射频收发装置1的电路图。类似于图2A及图2B的结构，射频发射机104亦包含功率合并器20以及差动放大器22，且差动放大器22亦包含共源极输入晶体管M1、M2以及共栅极输出晶体管M3、M4。因此，以下不再对于相同的组件进行赘述。

然而，与图2A及图2B相较下，本实施例的差动放大器22并未包含开关模块220，而包含电容Cp。

电容Cp电性耦接于共栅极输出晶体管M3、M4的栅极间，用以与寄生电容Cgd1以及Cgd2串联，以使寄生电容Cgd1以及Cgd2以及电容Cp的总电容值，小于寄生电容Cgd1以及Cgd2的寄生电容值。

因此，藉由电容Cp的设置，将可降低寄生电容Cgd1以及Cgd2对于可变电容202的影响，进而避免可变电容202与变压模块200的等效阻值由于寄生电容Cgd1以及Cgd2的存在降低。

虽然本案内容已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本案内容，任何本领域普通技术人员，在不脱离本案内容的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本案内容的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

符号说明

1：射频收发装置

102：射频接收机

20：功率合并器

202：可变电容

220：开关模块

302：第二接地开关模块

400B：第二开关单元

Cg2：第二接地电容

Cg：接地电容

GND：接地电位

M3、M4：共栅极输出晶体管

Vi+、Vi-：差动输入信号

RFin、RFout：射频信号100：天线

104：射频发射机

200：变压模块

22：差动放大器

300：第一接地开关模块

400A：第一开关单元

Cg1：第一接地电容

Cgd1、Cgd2：寄生电容

Cp：串联电容

M1、M2：共源极输入晶体管

P：连接点

Vo+、Vo-：差动输出信号。

Claims (10)

1.一种射频发射机，电性耦接于一天线，该射频发射机包含：

一功率合并器，用以将一差动输出信号转换为一单端输出信号，并传送该单端输出信号至该天线；以及

一差动放大器，包含：

一对共源极输入晶体管，用以放大一差动输入信号并输出一放大的差动信号；以及

一对共栅极输出晶体管，包含电性耦接于该对共源极输入晶体管的一对源极、电性耦接于该功率合并器的一对漏极以及一对栅极，该对共栅极输出晶体管用以根据该放大的差动信号产生该差动输出信号；以及

一开关模块，设置于该对栅极间，用以在该射频发射机工作时使该对栅极电性耦接，并在射频接收机工作时使该对栅极电性隔离。

2.如权利要求1所述的射频发射机，其中该差动放大器还包含：

一第一接地电容以及一第二接地电容，分别电性耦接于该对共栅极输出晶体管的该对栅极其中之一；以及

一第一接地开关模块以及一第二接地开关模块，分别设置于该第一接地电容与一接地电位间以及该第二接地电容与该接地电位间，用以在该射频发射机工作时使该第一接地电容以及该第二接地电容分别与该接地电位间电性耦接，并在该射频接收机工作时使该第一接地电容以及该第二接地电容分别与该接地电位间电性隔离。

3.如权利要求1所述的射频发射机，其中该差动放大器还包含一接地电容，电性耦接于一连接点以及一接地电位，且该开关模块还包含一第一开关单元以及一第二开关单元，分别设置于该对栅极其中之一和该连接点间，用以在该射频发射机工作时使该对栅极与该连接点电性耦接，并在该射频接收机工作时使该对栅极与该连接点电性隔离。

4.如权利要求1所述的射频发射机，其中该开关模块包含一N型金氧半晶体管、一P型金氧半晶体管、一传输闸或其组合。

5.如权利要求1所述的射频发射机，其中该开关模块用以在该射频接收机工作时，使该对共栅极输出晶体管在该对漏极与该对栅极间的一对寄生电容浮接。

6.如权利要求1所述的射频发射机，其中该功率合并器包含：

一变压模块，包含电性耦接于该对共栅极输出晶体管的该对漏极的二变压输入端以及电性耦接于该天线的一变压输出端；以及

一可变电容，电性耦接于该二变压输入端，用以在该射频接收机工作时调降一电容值，以使该可变电容与该变压模块的一等效阻值相对该射频接收机为高阻抗。

7.如权利要求1所述的射频发射机，其中该对共源极输入晶体管为一低压组件，该对共栅极输出晶体管为一高压组件。

8.一种射频收发装置，包含：

一天线；

一射频接收机，电性耦接于该天线；以及

一射频发射机，电性耦接于该天线，包含：

一功率合并器，电性耦接于该天线，用以将一差动输出信号转换为一单端输出信号，并传送该单端输出信号至该天线；以及

一差动放大器，包含：

一对共源极输入晶体管，用以放大一差动输入信号并输出一放大的差动信号；以及

一对共栅极输出晶体管，包含电性耦接于该对共源极输入晶体管的一对源极、电性耦接于该功率合并器的一对漏极以及一对栅极，该对共栅极输出晶体管用以根据该放大的差动信号产生该差动输出信号；以及

一开关模块，设置于该对栅极间，用以在该射频发射机工作时使该对栅极电性耦接，并在该射频接收机工作时使该对栅极电性隔离。

9.如权利要求8所述的射频收发装置，其中该差动放大器还包含：

一第一接地电容以及一第二接地电容，分别电性耦接于该对共栅极输出晶体管的该对栅极其中之一；以及

一第一接地开关模块以及一第二接地开关模块，分别设置于该第一接地电容与一接地电位间以及该第二接地电容与该接地电位间，用以在该射频发射机工作时使该第一接地电容以及该第二接地电容分别与该接地电位间电性耦接，并在该射频接收机工作时使该第一接地电容以及该第二接地电容分别与该接地电位间电性隔离。

10.一种射频发射机，电性耦接于一天线，该射频发射机包含：

一功率合并器，电性耦接于该天线，并用以将一差动输出信号转换为一单端输出信号，以传送该单端输出信号至该天线；以及

一差动放大器，包含：

一对共源极输入晶体管，用以放大一差动输入信号并输出一放大的差动信号；以及

一对共栅极输出晶体管，包含电性耦接于该对共源极输入晶体管的一对源极、电性耦接于该功率合并器的一对漏极以及一对栅极，该对共栅极输出晶体管用以根据该放大的差动信号产生该差动输出信号；以及

一电容，电性耦接于该对栅极间。

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