CN110474657A - 一种高频收发开关集成电路及其方法 - Google Patents

一种高频收发开关集成电路及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高频收发开关集成电路及其方法，包括天线连接引脚，天线连接引脚的第一端连接天线，天线连接引脚的第二端连接接收端电路，包括依次连接的电感L1、电容C31和低噪声放大器，电感L1和电容C31的连接节点还通过电容C1连接至MOS管M1的栅极，MOS管M1的源极接地；天线连接引脚的第三端连接发射端电路，包括依次连接的电容C32、谐振电路和功率放大器，天线连接引脚的第三端与电容C32的连接节点还通过电容C4连接至MOS管M2的栅极，MOS管M2的源极接地。本发明最大限度的减少片外以及片上元件，芯片前端无电感，无电容，无BALUN，片上无BALUN。降低芯片面积，减小成本，实现收发匹配和发射谐波抑制。

Description

一种高频收发开关集成电路及其方法
技术领域
本发明涉及及射频集成电路技术领域，特别涉及一种高频收发开关集成电路及其方法。
背景技术
目前市场上有同时支持2.4G无线局域网802.11b和蓝牙Bluetooth系统，收发分时工作，常规采用单刀双掷开关控制收发，单刀双掷开关控制收发通道工作，一端连接天线端，另两端分别连接接收通道和发射通道，当接收通道工作时候，开关连接接收通道，当发射通道工作时候，开关连接发射通道。
目前第二种方案采用集成无源器件(IPD，integrated passive device)工艺实现无源电感电容进行匹配，集成电容和电感元器件进行输入输出匹配，具有小型化和提高系统性能的优势，但是采用非互补金属氧化物半导体(CMOS，Complementary Metal OxideSemiconductor)工艺实现，集成度不高，成本也高。
目前第三种方案采用集成RF收发开关方案，收发开关集成在芯片中，只有一个，当低噪声放大器(LNA，Low Noise Amplifier)工作时候，功率放大器(PA，Power Amplifier)功放关闭，接收通道工作；当功放发射通道工作时候，接收通道LNA关闭。但是，实现单双转换的平衡－不平衡变换器(BALUN，Balance-unbalance)在片外，并没有集成在芯片内，使得集成度不高。
因此，如何提供一种能够保证实现发射和接收匹配以及发射谐波抑制的同时，减少片外及片上元件，降低芯片面积的高频收发开关集成电路及其方法是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明针对上述研究现状和存在的问题，提供了一种高频收发开关集成电路及其方法。本发明实现高频收发开关集成方案，最大限度的减少片外以及片上元件，芯片射频前端无电感，无电容，无BALUN，片上无BALUN。降低芯片面积，减小成本，实现收发匹配和发射谐波抑制。
本发明提供了一种高频收发开关集成电路，包括天线连接引脚，所述天线连接引脚的第一端连接天线，所述天线连接引脚的第二端连接接收端电路，包括依次连接的电感L1、电容C31和低噪声放大器，所述电感L1和电容C31的连接节点还通过电容C1连接至MOS管M1的栅极，所述MOS管M1的源极接地；所述天线连接引脚的第三端连接发射端电路，包括依次连接的电容C32、谐振电路和功率放大器，所述天线连接引脚的第三端与电容C32的连接节点还通过电容C4连接至MOS管M2的栅极，所述MOS管M2的源极接地。
优选的，所述谐振电路为电感L2和电容C2组成的谐振电路。
优选的，所述低噪声放大器和所述功率放大器最终连接至数字信号接口。
本发明提供了一种所述高频收发开关集成电路方法：
无线信号接收状态时，功率放大器关断，MOS管M1栅极工作在高电压，MOS管M2工作在低电压，电感LI和电容C1构成负载牵引匹配电路，电容C31为隔直电容；
无线信号发射状态时，低噪声放大器关断，MOS管M2栅极工作在高电压，MOS管M1工作在低电压，电感L2和电容C2构成谐振电路，电容C32为隔直电容。
优选的，在无线信号发射状态时，所述电感L2和电容C2工作在三倍的工作频率上，将所述功率放大器输出的三阶谐波断路，对所述功率放大器输出的三阶谐波功率进行抑制。
优选的，在无线信号发射状态时，复用接收端电路，低噪声放大器关断时电感L1和接收端等效电容CRX-Coff谐振在二倍的工作频率处，对所述功率放大器输出的二阶谐波短路到地，对所述功率放大器输出的二阶谐波功率进行抑制。
本发明还公开了所述高频收发开关集成电路和/或高频收发开关集成电路方法在多模多频收发机无线通信系统中的应用，包括在蓝牙、WiFi无线射频通信芯片中的应用。
本发明相较现有技术具有以下有益效果：
本发明高频收发开关集成电路及其方法，集成收发开关，控制接收和发射模块使能，实现射频端片外无元器件。利用接收前端的输入匹配，采用片上电感和电容实现。利用发射端的负载牵引匹配，采用片上的电感和电容实现，且复用接收端的电路，同时实现对输出端二、三阶谐波的抑制。电路结构简单，低成本，整体应用芯片面积小等优点，可以集成电感电容元器件，实现高频收发开关集成。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为现有技术中采用单刀双掷开管关控制收发的设计图；
图2为现有技术中采用非CMOS工艺实现的设计图；
图3为现有技术中集成RF收发开关方案实现单双转换的设计图；
图4为本发明实施例提供的片上集成收发开关与匹配设计图；
图5为本发明实施例提供的片上集成收发开关接收状态图；
图6为本发明实施例提供的片上集成收发开关发射状态图。
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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的集成射频收发开关，将最大限度的减少片外元件，除了天线，射频前端无电感，无电容，无BALUN。片上采用简单的单入单出架构实现低噪声放大器和功率放大器，无平衡不平衡转换器BALUN，仅采用片上电感和电容实现片上集成射频收发开关，并同时实现发射和接收的匹配以及发射的谐波抑制。
本发明提供了一种高频收发开关集成电路，包括天线连接引脚，天线连接引脚的第一端连接天线，天线连接引脚的第二端连接接收端电路，包括依次连接的电感L1、电容C31和低噪声放大器，电感L1和电容C31的连接节点还通过电容C1连接至MOS管M1的栅极，MOS管M1的源极接地；天线连接引脚的第三端连接发射端电路，包括依次连接的电容C32、谐振电路和功率放大器，天线连接引脚的第三端与电容C32的连接节点还通过电容C4连接至MOS管M2的栅极，MOS管M2的源极接地。其中，谐振电路为电感L2和电容C2组成的谐振电路。低噪声放大器和功率放大器最终连接至数字信号接口。
本发明实施例还提供了一种高频收发开关集成电路方法：
无线信号接收状态时，功率放大器关断，MOS管M1栅极工作在高电压，MOS管M2工作在低电压，电感LI和电容C1构成负载牵引匹配电路，电容C31为隔直电容；
无线信号发射状态时，低噪声放大器关断，MOS管M2栅极工作在高电压，MOS管M1工作在低电压，电感L2和电容C2构成谐振电路，电容C32为隔直电容。电感L2和电容C2工作在三倍的工作频率上，将功率放大器输出的三阶谐波断路，对功率放大器输出的三阶谐波功率进行抑制。
同时，在无线信号发射状态时，复用接收端电路，低噪声放大器关断时电感L1和接收端等效电容CRX-Coff谐振在二倍的工作频率处，对功率放大器输出的二阶谐波短路到地，对功率放大器输出的二阶谐波功率进行抑制。
对于在接收端电路和发射端电路中片上封装线电感分别等效于天线连接引脚的第二端与电感L1之间串联的电感LRX_bondingwire以及天线连接引脚的第三端与电容C3和C4连接节点之间的电感LRX_bondingwire。
本发明还公开了高频收发开关集成电路和/或高频收发开关集成电路方法在多模多频收发机无线通信系统中的应用，可应用但不限应用于WLAN:Wireless Local Areanetwork无线局域网；包含802.11a/b/g标准，同时支持2.4G和5GHz无线局域网系统；以及Bluetooth蓝牙、BLE系统。
本发明无片外电感，电容，BALUN,等元器件，成本大大减小，PCB面积同样减小；通过片上控制低噪声放大器和功率放大器，实现收发通路控制，另外采用片上的电感和电容实现匹配，无BALUN设计，低噪声放大器和功率放大器均采用单入单出方案。
以上对本发明所提供的一种高频收发开关集成电路及其方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (8)

1.一种高频收发开关集成电路，其特征在于，包括天线连接引脚，所述天线连接引脚的第一端连接天线，所述天线连接引脚的第二端连接接收端电路，包括依次连接的电感L1、电容C31和低噪声放大器，所述电感L1和电容C31的连接节点还通过电容C1连接至MOS管M1的栅极，所述MOS管M1的源极接地；所述天线连接引脚的第三端连接发射端电路，包括依次连接的电容C32、谐振电路和功率放大器，所述天线连接引脚的第三端与电容C32的连接节点还通过电容C4连接至MOS管M2的栅极，所述MOS管M2的源极接地。
2.根据权利要求1所述一种高频收发开关集成电路，其特征在于，所述谐振电路为电感L2和电容C2组成的谐振电路。
3.根据权利要求1所述一种高频收发开关集成电路，其特征在于，所述低噪声放大器和所述功率放大器最终连接至数字信号接口。
4.根据权利要求1所述一种高频收发开关集成电路，其特征在于，高频收发开关集成电路片上采用单入单出架构，无平衡不平衡转换器，采用片上电感和电容实现片上集成射频收发开关，并同时实现发射和接收的匹配以及发射的谐波抑制。
5.一种根据权利要求1-4中任一项所述高频收发开关集成电路方法，其特征在于，
无线信号接收状态时，功率放大器关断，MOS管M1栅极工作在高电压，MOS管M2工作在低电压，电感LI和电容C1构成负载牵引匹配电路，电容C31为隔直电容；
无线信号发射状态时，低噪声放大器关断，MOS管M2栅极工作在高电压，MOS管M1工作在低电压，电感L2和电容C2构成谐振电路，电容C32为隔直电容。
6.根据权利要求4所述一种高频收发开关集成电路方法，其特征在于，在无线信号发射状态时，所述电感L2和电容C2工作在三倍的工作频率上，将所述功率放大器输出的三阶谐波断路，对所述功率放大器输出的三阶谐波功率进行抑制。
7.根据权利要求5所述一种高频收发开关集成电路方法，其特征在于，在无线信号发射状态时，复用接收端电路，低噪声放大器关断时电感L1和接收端等效电容CRX-Coff谐振在二倍的工作频率处，对所述功率放大器输出的二阶谐波短路到地，对所述功率放大器输出的二阶谐波功率进行抑制。
8.根据权利要求1-4中任一项所述高频收发开关集成电路和/或权利要求5-8中任一项所述的高频收发开关集成电路方法的应用，其特征在于，在多模多频收发机无线通信系统中的应用，包括在蓝牙、WiFi无线射频通信芯片中的应用。
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