CN108540164B - 一种射频前端系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射频前端系统，所述射频前端系统包括功率放大器、陷波网络、接收匹配网络、接收开关电路和天线开关；所述功率放大器的输入端作为所述射频前端系统的发射输入端，所述功率放大器的输出端经所述陷波网络与所述天线开关连接；所述接收匹配网络的输出端作为所述射频前端系统的接收输出端，所述接收匹配网络的输入端与所述接收开关电路的一端连接，所述接收开关电路的另一端经所述陷波网络与所述天线开关连接；所述接收开关电路用于根据所述射频前端系统的收发状态进行切换。

Description

一种射频前端系统

技术领域

本发明涉及电子技术，尤其涉及一种射频前端系统。

背景技术

目前，随着移动终端产品小型化的发展，应用环境对射频前端芯片的封装尺寸和集成度提出了更高的要求，现有的射频前端芯片设计如图1所示，射频前端芯片由功率放大器、接收滤波网络、发射滤波网络和天线开关构成，具有集成度低、成本高以及面积大的缺点。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例期望提供一种射频前端系统，用于提高现有射频前端的集成度，实现射频前端的小型化。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供了一种射频前端系统，所述射频前端系统包括功率放大器、陷波网络、接收匹配网络、接收开关电路和天线开关；

所述功率放大器的输入端作为所述射频前端系统的发射输入端，所述功率放大器的输出端经所述陷波网络与所述天线开关连接；

所述接收匹配网络的输出端作为所述射频前端系统的接收输出端，所述接收匹配网络的输入端与所述接收开关电路的一端连接，所述接收开关电路的另一端经所述陷波网络与所述天线开关连接；

所述接收开关电路用于根据所述射频前端系统的收发状态进行切换。

其中，所述射频前端系统设置为半双工传输模式。

其中，所述射频前端系统的发射频率与接收频率相同或相近。

其中，所述接收开关电路包括第一双向开关、第二双向开关和隔直电容；

所述第一双向开关的第一端与所述接收匹配网络连接；所述第一双向开关的第一端经所述第二双向开关接地；所述第一双向开关的第二端经所述隔直电容与所述功率放大器的输出端连接；

当所述射频前端系统处于接收状态时，所述第一双向开关导通并且所述第二双向开关断开；

当所述射频前端系统处于发射状态时，所述第一双向开关断开并且所述第二双向开关导通。

其中，所述接收开关电路还包括双向开关和隔直电容；

所述双向开关的第一端与所述接收匹配网络连接；所述双向开关的第二端经所述隔直电容与所述功率放大器的输出端连接；

当所述射频前端系统处于接收状态时，所述双向开关导通；

当所述射频前端系统处于发射状态时，所述双向开关断开。

本发明实施例还提供了一种射频前端系统，所述射频前端系统包括功率放大器核、匹配陷波网络、接收匹配网络、接收开关电路和天线开关；

所述功率放大器核的输入端作为所述射频前端系统的发射输入端，所述功率放大器核的输出端经所述匹配陷波网络与所述天线开关连接；

所述接收匹配网络的输出端作为所述射频前端系统的接收输出端，所述接收匹配网络的输入端与所述接收开关电路的一端连接，所述接收开关电路的另一端经所述匹配陷波网络与所述天线开关连接；

所述接收开关电路用于根据所述射频前端系统的收发状态进行切换。

其中，所述射频前端系统设置为半双工传输模式；或者，

所述射频前端系统的发射频率与接收频率相同或相近。

其中，所述接收开关电路包括第一双向开关、第二双向开关和隔直电容；

所述第一双向开关的第一端与所述接收匹配网络连接；所述第一双向开关的第一端经所述第二双向开关接地；所述第一双向开关的第二端经所述隔直电容与所述功率放大器核的输出端连接；

当所述射频前端系统处于接收状态时，所述第一双向开关导通并且所述第二双向开关断开；

当所述射频前端系统处于发射状态时，所述第一双向开关断开并且所述第二双向开关导通。

其中，所述接收开关电路还包括双向开关和隔直电容；

所述双向开关的第一端与所述接收匹配网络连接；所述双向开关的第二端经所述隔直电容与所述功率放大器核的输出端连接；

当所述射频前端系统处于接收状态时，所述双向开关导通；

当所述射频前端系统处于发射状态时，所述双向开关断开。

其中，所述匹配滤波网络包括：多级LC匹配电路；

所述多级LC匹配电路的每一级上设置有电容与电感串联组成的谐振单元；

所述多级LC匹配电路的级数根据需要抑制的谐波数目和抑制程度确定；

所述谐振单元的谐振频率设置为所述射频前端系统的谐波频率或谐波附近的频率。

本发明实施例的技术方案中，射频前端系统包括功率放大器、陷波网络、接收匹配网络、接收开关电路和天线开关；所述功率放大器的输入端作为所述射频前端系统的发射输入端，所述功率放大器的输出端经所述陷波网络与所述天线开关连接；所述接收匹配网络的输出端作为所述射频前端系统的接收输出端，所述接收匹配网络的输入端与所述接收开关电路的一端连接，所述接收开关电路的另一端经所述陷波网络与所述天线开关连接；所述接收开关电路用于根据所述射频前端系统的收发状态进行切换，如此，复用一个陷波器作为发射陷波器和接收陷波器，减小了系统中的陷波器的数目，进而降低了射频前端系统的制造成本，提高了系统的集成度。

本发明实施例的技术方案中，另一种射频前端系统是将发射陷波网络与功率放大器集成，即将功率放大器的输出匹配网络设计成具有陷波功能的匹配陷波网络，所述射频前端系统包括功率放大器核、匹配陷波网络、接收匹配网络、接收开关电路和天线开关；所述功率放大器核的输入端作为所述射频前端系统的发射输入端，所述功率放大器核的输出端经所述匹配陷波网络与所述天线开关连接；所述接收匹配网络的输出端作为所述射频前端系统的接收输出端，所述接收匹配网络的输入端与所述接收开关电路的一端连接，所述接收开关电路的另一端经所述匹配陷波网络与所述天线开关连接；所述接收开关电路用于根据所述射频前端系统的收发状态进行切换，如此，在集成接收陷波网络和发射陷波网络的基础上，进一步提高了射频前端系统的集成度，实现射频前端的小型化。

附图说明

图1为现有时分双工系统的射频前端芯片的结构示意图；

图2为本发明实施例的一种射频前端系统的结构示意图；

图3为本发明实施例的一种接收开关电路的结构示意图；

图4为本发明实施例的一种接收开关电路的结构示意图；

图5为本发明实施例的另一种射频前端系统的结构示意图；

图6为本发明实施例的一种射频前端系统的电路结构示意图；

图7为本发明实施例的匹配滤波网络的频率响应曲线示意图；

图8为本发明实施例的另一种射频前端系统的电路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在半双工的射频前端系统中，信号发射和接收在不同时间进行，发射和接收采用相同或不同的工作频率。信号发射通路和信号接收通路都需要滤波器来滤除无用信号。发射滤波网络主要用于抑制发射频带外的杂散信号；接收滤波网络主要用于抑制接收频带外的强干扰信号，保证带内信号接收的灵敏度。由于射频系统中存在非线性器件，主要的发射杂散信号位于射频前端系统工作频率的谐波频点，因此在某些情况下，只要抑制几个谐波信号就可以满足发射频谱的要求，例如，当功率放大器由于非线性产生谐波能力时，一般越高阶的谐波，能量越低，因此通常需要抑制最低的几阶谐波的能量，例如第2，3，4次谐波的能量；在某些通讯系统中只要求在某一截截止频率下的谐波能量不能超过标准，对高于该截止频率的谐波能量不需要进行抑制。谐波抑制可以用陷波网络或陷波器来实现，陷波网络或陷波器的实现比滤波器简单。

图2为本发明实施例的一种射频前端系统的结构示意图，如图2所示，本发明实施例记载的射频前端系统包括：功率放大器201、陷波网络202、接收匹配网络203、接收开关电路204和天线开关205；

其中，功率放大器201的输入端作为射频前端系统的发射输入端，功率放大器201的输出端经陷波网络202与天线开关205连接；

接收匹配网络203的输出端作为射频前端系统的接收输出端，接收匹配网络203的输入端与接收开关电路204的一端连接，接收开关电路204的另一端经陷波网络202与天线开关205连接；

接收开关电路204用于根据所述射频前端系统的收发状态进行切换。

下面参照图2具体说明本发明实施例的射频前端系统的工作原理：

当射频前端系统处于发射状态时，接收开关电路204处于断开状态，将接收输出端与发射通路隔离，信号从发射端口TX进入，经过功率放大器201放大之后，再经过陷波网络202过滤掉信号中对系统产生干扰的谐波分量，最后通过天线接口ANT发出；当射频前端系统处于接收状态时，功率放大器201关闭，接收开关电路204处于通路状态，信号从天线接口ANT进入，经过陷波网络202过滤掉信号中对系统产生干扰的谐波分量、接收开关电路204、接收匹配网络203后到达接收输出端；其中，TRX表示天线开关上的其他收发端口。

本发明实施例中，射频前端系统设置为半双工传输模式，以保证射频前端系统在工作时，接收与发射不同时进行。

本发明实施例中，射频前端系统的发射频率与接收频率相同或相近(发射频率与接收频率相近指代发射频段和接收频段的频率间隔为几十MHz到上百MHz的情况)，从而可以实现采用一个陷波网络202覆盖整个发射和接收频段以及提供相应谐波频段的抑制；本发明实施例的陷波网络202可以采用一个陷波器或LC并联陷波网络实现，其中，当采用LC并联陷波网络实现时，可将LC并联陷波网络每一级上的谐振单元的谐振频率设置在射频前端系统工作频率的谐波频率处，以达到抑制谐波信号的目的。

本发明实施例中，接收开关电路204的一种实现方式如图3所示，接收开关电路204包括第一双向开关301、第二双向开关302和隔直电容303；

其中，第一双向开关301的第一端与接收匹配网络203连接；第一双向开关301的第一端经第二双向开关302接地；第一双向开关301的第二端经隔直电容303与功率放大器201的输出端连接；

当所述射频前端系统处于接收状态时，第一双向开关301导通并且第二双向开关302断开；

当所述射频前端系统处于发射状态时，第一双向开关301断开并且第二双向开关302导通。

具体地，隔直电容303用于隔离功率放大器201输出端的直流电压。第二双向开关302主要用于提高发射状态下，射频前端系统的发射输入端到接收输出端的隔离度。当射频前端系统对发射输入端和接收输出端的隔离度要求不高时，第二双向开关302可以省略，即在此情况下，可以采用如图4所示的接收开关电路结构，包括双向开关401和隔直电容402；双向开关401的第一端与接收匹配网络203连接；双向开关401的第二端经隔直电容402与功率放大器201的输出端连接；当所述射频前端系统处于接收状态时，双向开关401导通；当所述射频前端系统处于发射状态时，双向开关401断开。

其中，第一双向开关301、第二双向开关302以及双向开关401的导通或断开的控制是由例如基带芯片等其他射频前端系统的部件完成的，例如基带芯片可根据射频前端系统的收发状态，基于前述的接收开关电路的实现方法对相应的开关进行控制。

本发明实施例中，第一双向开关301、第二双向开关302与双向开关401可以采用各种半导体工艺实现，例如采用互补金属氧化物半导体(CMOS，Complementary Metal OxideSemiconductor)、绝缘衬底上的硅-互补金属氧化物半导体(SOI CMOS，Silicon-On-Insulator Complementary Metal Oxide Semiconductor)、PIN二极管等实现。

本发明实施例通过复用一个陷波器作为射频前端系统的发射陷波器和接收陷波器，减小了系统中的陷波器的数目，进而降低了射频前端系统的制造成本，提高了射频前端系统的集成度。

图5为本发明实施例记载的另一种射频前端系统的结构示意图，如图5所示，本发明实施例记载的射频前端系统包括：功率放大器核501、匹配陷波网络502、接收匹配网络503、接收开关电路504和天线开关505；

功率放大器核501的输入端作为所述射频前端系统的发射输入端，功率放大器核501的输出端经匹配陷波网络502与天线开关505连接；

接收匹配网络503的输出端作为射频前端系统的接收输出端，接收匹配网络503的输入端与接收开关电路504的一端连接，接收开关电路504的另一端经匹配陷波网络502与天线开关505连接；

接收开关电路504用于根据所述射频前端系统的收发状态进行切换。

图5所示的射频前端系统将发射陷波网络与功率放大器集成，即将功率放大器的输出匹配网路设计为具有陷波功能的匹配陷波网络，其中，功率放大器核501表示仅包含除匹配陷波网络以外的所有有源和无源部分，匹配陷波网络502同时实现了输出阻抗变换以及陷波网络的作用。

本发明实施例中，射频前端系统设置为半双工传输模式，以保证射频前端在工作时，接收与发射不同时进行，从而可以利用接收开关电路504进行收发状态切换；

本发明实施例中，射频前端系统的发射频率与接收频率相同或相近，从而可以实现采用一个匹配陷波网络502覆盖整个发射和接收频段以及提供相应谐波频段的抑制；

本发明实施例中，接收开关电路504电路结构可参照图3或图4实现，接收开关电路504的工作原理以及双向开关材料的选用均可参照前述接收开关电路204的相关描述来实现，在此不再赘述。

图6为本发明实施例的一种射频前端系统的电路结构示意图，如图6所示，匹配陷波网络包括多级LC匹配电路；所述多级LC匹配电路的每一级上设置有电容与电感串联组成的谐振单元；所述多级LC匹配电路的级数根据需要抑制的谐波数目和抑制程度确定；所述谐振单元的谐振频率设置为所述射频前端系统的谐波频率或谐波附近的频率；具体地，电感L_s1～L_s3以及电容C₁～C₂构成三级LC匹配电路，该LC匹配电路可将输出端口的阻抗匹配到适合功率放大器的负载阻抗位置；电容C₁和电感L_p1、电容C₂和电感L_p2、电容C₃和电感L_p3构成三个串联谐振单元，在谐振频率上，LC并联阻抗极小，能够有效对谐振频率附件的信号进行衰减抑制，一般发射的带外无用频谱主要是功率放大器的谐波分量，可将串联谐振频率设置在射频前端系统工作频率的谐波频率处，在某些情况下，也可以将串联谐振频率设置为谐波附近的频率，例如实际应用中，需要抑制一定带宽的谐波信号时，将谐振频率设置在谐波附近的频率处可能会有更佳的技术效果。以图6为例，图中仅表示三个串联谐振单元的情况，匹配滤波网络的频率响应如图7所示，三个串联谐振单元的谐振频率分别为f₁、f₂、f₃，通过调节电路中相应的电容与电感的大小，将f₁、f₂、f₃大小设置为对应的射频前端系统工作的谐波频率大小，即可完成对射频前端系统谐波频率的抑制。在实际应用中，具体需要设置多少个串联谐振单元是由实际应用中需要抑制的谐波数目和程度来确定。

图6除匹配陷波网络以外，还表示出了功率放大器核与接收开关电路以及匹配滤波网络的连接方式，其中，接收开关电路与匹配陷波网络的连接点(节点A)不一定位于功率放大器核的输出节点位置，根据发射陷波性能与接收陷波性能的不同要求，接收开关电路与匹配陷波网络的连接点可以位于L_s1～L_s2之间的节点处或L_s2～L_s3之间的节点处。须要说明的是，节点A位置的选择方法并不局限于图6所示的三级LC匹配陷波网络的情况，可推广至多级LC匹配陷波网络。

本发明实施例中，接收开关电路与接收输出端RX之间可选择加入接收匹配网络，例如，当接收开关与接收输出端RX之间需要一个接收匹配网络以实现接收输出端RX的50ohm的阻抗，如图6所示，采用并联一个电感L₁来表示该接收匹配网络，通常功率放大器的负载阻抗低于50ohm，通过调节接收开关电路中的电容C₀与接收匹配网络中的L₁大小可以将该负载阻抗匹配至50ohm，以减小接收输出端RX的回波损耗。

图8为本发明实施例记载的另一种射频前端系统的电路结构示意图，如图8所示，匹配陷波网络中设置有并联接地的开关电容C₀₁～C_0n，可采用复用开关电容C₀₁～C_0n中的一个电容作为接收开关电路中的隔直电容。

本发明实施例所提供的射频前端系统复用了一个匹配陷波网络作为射频前端系统的发射匹配陷波网络和接收匹配陷波网络，减少了射频前端系统中陷波器或陷波网络的数量，降低了射频前端系统的制造成本和射频前端系统的面积，而其中一种实施例的实现方式中，采用将功率放大器的输出匹配网络与陷波网络共同设计的方式，进一步降低了射频前端系统的成本，实现了射频前端系统小型化的目标。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种射频前端系统，其特征在于，所述射频前端系统设置为半双工传输模式，所述射频前端系统的发射频率与接收频率相同或相近；所述射频前端系统包括功率放大器、陷波网络、接收匹配网络、接收开关电路和天线开关；

所述功率放大器的输入端作为所述射频前端系统的发射输入端，所述功率放大器的输出端经所述陷波网络与所述天线开关连接；其中，所述功率放大器的所述输出端还与所述接收开关电路的第一端连接，所述接收开关电路的第一端与所述陷波网络连接；

所述接收匹配网络的输出端作为所述射频前端系统的接收输出端，所述接收匹配网络的输入端与所述接收开关电路的第二端连接，所述接收开关电路的所述第一端经所述陷波网络与所述天线开关连接；

所述接收开关电路用于根据所述射频前端系统的收发状态进行切换；

所述陷波网络用于在发送信号或接收信号时过滤掉所述发送信号或接收信号中对所述系统产生干扰的谐波分量。

2.根据权利要求1所述的射频前端系统，其特征在于，所述接收开关电路包括第一双向开关、第二双向开关和隔直电容；

所述第一双向开关的第一端与所述接收匹配网络连接；所述第一双向开关的第一端经所述第二双向开关接地；所述第一双向开关的第二端经所述隔直电容与所述功率放大器的输出端连接；

当所述射频前端系统处于接收状态时，所述第一双向开关导通并且所述第二双向开关断开；

当所述射频前端系统处于发射状态时，所述第一双向开关断开并且所述第二双向开关导通。

3.根据权利要求1所述的射频前端系统，其特征在于，所述接收开关电路还包括双向开关和隔直电容；

所述双向开关的第一端与所述接收匹配网络连接；所述双向开关的第二端经所述隔直电容与所述功率放大器的输出端连接；

当所述射频前端系统处于接收状态时，所述双向开关导通；

当所述射频前端系统处于发射状态时，所述双向开关断开。

4.一种射频前端系统，其特征在于，所述射频前端系统设置为半双工传输模式，所述射频前端系统的发射频率与接收频率相同或相近；所述射频前端系统包括功率放大器核、匹配陷波网络、接收匹配网络、接收开关电路和天线开关；

所述功率放大器核的输入端作为所述射频前端系统的发射输入端，所述功率放大器核的输出端经所述匹配陷波网络与所述天线开关连接；其中，所述功率放大器的所述输出端还与所述接收开关电路的第一端连接，所述接收开关电路的第一端与所述匹配陷波网络连接；其中，功率放大器核表示包含除匹配陷波网络以外的所有有源和无源部分；

所述接收匹配网络的输出端作为所述射频前端系统的接收输出端，所述接收匹配网络的输入端与所述接收开关电路的第二端连接，所述接收开关电路的所述第一端经所述匹配陷波网络与所述天线开关连接；

所述接收开关电路用于根据所述射频前端系统的收发状态进行切换；

所述匹配陷波网络用于在发送信号或接收信号时过滤掉所述发送信号或接收信号中对所述系统产生干扰的谐波分量。

5.根据权利要求4所述的射频前端系统，其特征在于，所述接收开关电路包括第一双向开关、第二双向开关和隔直电容；

所述第一双向开关的第一端与所述接收匹配网络连接；所述第一双向开关的第一端经所述第二双向开关接地；所述第一双向开关的第二端经所述隔直电容与所述功率放大器核的输出端连接；

当所述射频前端系统处于接收状态时，所述第一双向开关导通并且所述第二双向开关断开；

当所述射频前端系统处于发射状态时，所述第一双向开关断开并且所述第二双向开关导通。

6.根据权利要求4所述的射频前端系统，其特征在于，所述接收开关电路还包括双向开关和隔直电容；

所述双向开关的第一端与所述接收匹配网络连接；所述双向开关的第二端经所述隔直电容与所述功率放大器核的输出端连接；

当所述射频前端系统处于接收状态时，所述双向开关导通；

当所述射频前端系统处于发射状态时，所述双向开关断开。

7.根据权利要求4所述的射频前端系统，其特征在于，所述匹配陷波网络包括：多级LC匹配电路；

所述多级LC匹配电路的每一级上设置有电容与电感串联组成的谐振单元；

所述多级LC匹配电路的级数根据需要抑制的谐波数目和抑制程度确定；

所述谐振单元的谐振频率设置为所述射频前端系统的谐波频率或谐波附近的频率。

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