CN111342860A

CN111342860A - 一种射频收发开关集成电路及收发方法

Info

Publication number: CN111342860A
Application number: CN201911354624.2A
Authority: CN
Inventors: 姜雨晴
Original assignee: Kweifa Semiconductor Suzhou Co ltd
Current assignee: Kweifa Semiconductor Suzhou Co ltd
Priority date: 2019-12-25
Filing date: 2019-12-25
Publication date: 2020-06-26

Abstract

本发明揭示了一种射频收发开关集成电路及收发方法，天线直接连接发射电路和接收电路，通过切换不同的接地开关实现了发射电路和接收电路之间的切换，避免了传统的天线引脚与接收电路和发射电路之间设置大开关管带来的问题，从而消除了电路的插入损耗，接地开关相对于传统的大开关管的尺寸要求降低、寄生效应降低；且第一电容同时实现了发射信号时抑制发射端信号的大幅波动保护低噪声放大器、接收信号时与电感结合形成阻抗匹配的复用作用，电路的集成度更高。

Description

一种射频收发开关集成电路及收发方法

技术领域

本发明涉及射频集成电路领域，尤其涉及一种射频收发开关集成电路及收发方法。

背景技术

射频前端模块中，天线与接收通路和发射通路之间设置开关，通过开关在不同的通路之间切换，实现天线的传播模式切换为接收模式或发射模式。射频收发开关在设计时需要考虑的是将发射信号和接收电路进行隔离来避免接收机链路被发射机干扰。

目前的收发开关通过开关管将天线与发射通路，以及接收通路相连。通过开关的切换实现发射与接收功能，因此收发开关需要同时满足很高的隔离度和很低的插入损耗。为了减小插入损耗，开关管需要非常大的尺寸，但是随着工艺的进一步减小，开关管受到芯片的面积成本约束。并且随着频率的提高，开关管的寄生效应导致收发之间的隔离越来越差。

发明内容

为解决现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种射频收发开关集成电路及收发方法。

为实现上述发明目的之一，本发明一实施例提供了一种射频收发开关集成电路，包括天线、与天线连接的接收电路和发射电路；

所述接收电路包括低噪声放大器、第一电容、第一开关、第二电容、第二开关和电感，所述第一电容和所述第一开关均一端连接所述低噪声放大器，另一端接地，所述电感串联于所述天线与所述低噪声放大器之间，所述第二电容一端连接第二开关后接地，另一端与所述电感和所述天线的连接端连接；

所述发射电路包括功率放大器、巴伦、第三电容和第三开关，所述巴伦串联于所述天线与所述功率放大器之间，所述第三电容一端连接第三开关后接地，另一端连接所述巴伦。

作为本发明一实施例的进一步改进，所述第一电容与所述电感组成匹配电路。

作为本发明一实施例的进一步改进，所述第三电容、所述巴伦的次级线圈和所述第三开关组成谐振电路。

作为本发明一实施例的进一步改进，所述巴伦的初级线圈连接所述功率放大器，所述巴伦的次级线圈的输出端连接所述天线，所述次级线圈的中心抽头连接所述第三电容。

作为本发明一实施例的进一步改进，所述中心抽头设置为滑动抽头。

作为本发明一实施例的进一步改进，包括接收状态和发射状态：

于所述接收状态，所述第一开关和所述第二开关均打开，所述第三开关闭合；

于所述发射状态，所述第一开关和所述第二开关均闭合，所述第三开关打开。

作为本发明一实施例的进一步改进，所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关采用射频MOS管。

作为本发明一实施例的进一步改进，本发明还提供了一种根据上述的射频收发开关集成电路的收发方法，包括：

发射无线信号时，所述第一开关闭合，所述低噪声放大器的输入端通过所述第一开关和所述第一电容接地，所述第三开关打开，所述功率放大器通过所述巴伦将无线信号耦合到所述天线；

接收无线信号时，所述第一开关打开，所述第一电容与所述电感组成的匹配电路形成阻抗匹配，所述第三开关闭合，所述巴伦的次级线圈与第三电容形成共振。

作为本发明一实施例的进一步改进，发射无线信号时，所述第二开关闭合，所述第二电容通过所述第二开关接地，所述电感通过所述第一开关接地，所述第二电容与所述电感形成共振。

作为本发明一实施例的进一步改进，接收无线信号时，所述匹配电路形成的阻抗匹配的阻抗值为50欧姆。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明的天线直接连接发射电路和接收电路，通过切换不同的接地开关实现了发射电路和接收电路之间的切换，避免了传统的天线引脚与接收电路和发射电路之间设置大开关管带来的问题，从而消除了电路的插入损耗，接地开关相对于传统的大开关管的尺寸要求降低、寄生效应降低；且第一电容同时实现了发射信号时抑制发射端信号的大幅波动保护低噪声放大器、接收信号时与电感结合形成阻抗匹配的复用作用，电路的集成度更高。

附图说明

图1是本发明一实施例射频收发开关集成电路的电路结构示意图；

其中，1、天线；2、接收电路；21、低噪声放大器；3、发射电路；31、功率放大器；32、巴伦；321、中心抽头；K1、第一开关；K2、第二开关；K3、第三开关；C1、第一电容；C2、第二电容；C3、第三电容；L、电感。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

本发明一实施例提供一种射频收发开关集成电路及收发方法，该集成电路实现了发射电路3和接收电路2与天线1的耦合，且接收信号或发射信号时不会被另一个电路干扰。

具体地，本实施例提供了一种射频收发开关集成电路，包括天线1、与天线1连接的接收电路2和发射电路3，接收电路2和发射电路3均直接与天线1连接，通过接收电路2和发射电路3上的接地开关的切换实现接收和发射无线信号的相互隔离。

接收电路2包括低噪声放大器21、第一电容C1、第一开关K1、第二电容C2、第二开关K2和电感L，第一电容C1和第一开关K1均一端连接低噪声放大器21，另一端接地，低噪声放大器21始终连接着接地的第一电容C1，在第一开关K1闭合时，低噪声放大器21的输入端接地；电感L串联于天线1与低噪声放大器21之间，第二电容C2一端连接第二开关K2后接地，另一端与电感L和天线1的连接端连接，在第二开关K2闭合后，第二电容C2接地。

发射电路3包括功率放大器31、巴伦32、第三电容C3和第三开关K3，巴伦32串联于天线1与功率放大器31之间，第三电容C3一端连接第三开关K3后接地，另一端连接巴伦32。

第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3，以及第一电容C1均连接公共接地端，第二电容C2通过第二开关K2接地，第三电容C3通过第三开关K3接地。

进一步地，第一电容C1与电感L组成匹配电路，实现接收电路2片内的匹配，电容实现了收发切换的复用作用，提高电路的集成度。

进一步地，包括接收状态和发射状态：

于接收状态，第一开关K1和第二开关K2均打开，第三开关K3闭合；

于发射状态，第一开关K1和第二开关K2均闭合，第三开关K3打开。

进一步地，巴伦32包括初级线圈和次级线圈，初级线圈的两端连接至功率放大器31的两端，次级线圈的一端与天线1连接，另一端接地，次级线圈的中心抽头321连接第三电容C3，第三电容C3、巴伦32和第三开关K3组成谐振电路。

该中心抽头321可以固定设置在巴伦32的次级线圈的中间位置，也可以滑动设置，中心抽头321设置为滑动抽头，滑动抽头通过在次级线圈上滑动改变巴伦32的次级线圈的电感值，减少工艺偏差带来的影响。由于流片后芯片的电容电感和设计时因工艺偏差会产生不同，通过巴伦32的次级线圈的电感值的调节可以使工艺偏差的影响尽可能减小。具体操作是，在发射状态下，打开第三开关K3，此时第三电容C3不接地，第三电容C3连接巴伦32的次级线圈的中间位置；在接收状态下，可以通过滑动抽头将巴伦32的次级线圈的电感值微调，保证谐振在最大阻抗。

进一步地，第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3采用射频MOS管，第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3的打开和闭合状态，可以通过改变射频MOS管的栅源电压实现导通和截止，实现打开和闭合的控制状态。

射频MOS管的栅端和衬底都串入大电阻，且尺寸一般选取最小栅长，减小寄生电容的影响，同时宽应尽可能大，使得导通电阻越大越好。由于信号通路不再经过背景技术中所提及的开关管传输到接收电路2和发射电路3中，电路的插入损耗得到了改善。并且通过该结构使得第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3的性能要求得到降低，即各开关的尺寸可以适当减小，收发性能取决于电感L和各个电容的合理取值，不再依赖开关管的尺寸与寄生电容的大小。

进一步地，本申请一实施例还提供一种根据上述的射频收发开关集成电路的收发方法，包括：

发射无线信号时，第一开关K1闭合，低噪声放大器21的输入端通过第一开关K1和第一电容C1接地，第三开关K3打开，功率放大器31通过巴伦32将无线信号耦合到天线1。此时功率放大器31工作，低噪声放大器21关闭，功率放大器31的输出信号通过发射端变换器巴伦32耦合到天线1端。此时第一开关K1的射频MOS管等效为一个闭合的开关，等效为闭合开关的射频开关管一端接低噪声放大器21的接收端，另一端接地，相当于将低噪声放大器21接地。

此时第二开关K2闭合，即射频MOS管等效为一个闭合的开关，第二电容C2通过第二开关K2接地，电感L通过所述第一开关K1接地，第二电容C2与电感L形成共振，通过谐振产生的高阻隔断了发射端的大信号，保护了低噪声放大器21，从而使功率放大器31发射的信号尽可能少地耦合到低噪声放大器21的接收端，实现射频信号在功率放大器31的输出端和天线1端之间传输。功率放大器31、巴伦32、天线1形成发射通路。

同时，第一电容C1的一端接地，另一端与低噪声放大器21的输入端相连，抑制功率放大器31发射的大信号，也进一步地保护了低噪声放大器21。

接收无线信号时，第一开关K1打开，第一电容C1与电感L组成的匹配电路形成阻抗匹配，第三开关K3闭合，巴伦32的次级线圈与第三电容C3形成共振。

此时第一电容C1的一端接地，另一端接入电感L和低噪声放大器21的连接端，形成匹配电路，第一电容C1和电感L作为接收匹配网络进行接收阻抗匹配，实现射频信号在天线1端和低噪声放大器21之间传输。此时第三开关K3的射频MOS管等效为一个闭合的开关，通过发射端负载巴伦32的次级线圈与第三电容C3形成共振，产生的高阻将发射电路3与天线1发送给接收通路的信号隔开，相当于低噪声放大器21工作，功率放大器31被隔断。天线1端、第一电容C1、电感L、低噪声放大器21形成接收通路。

上述实施例中，射频收发开关集成电路及其子电路均位于同一个芯片内，可以实现射频信号传输路径在功率放大器31与天线1之间或者在天线1与低噪声放大器21之间切换。

同时，在发射信号和接收信号时，第一电容C1或者起到抑制发射端信号的大幅波动保护低噪声放大器21，或者起到与电感L组成的匹配电路形成阻抗匹配，第一电容C1实现了接收信号和发射信号切换的复用作用，提高电路的集成度。另外第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、电感L、巴伦32等器件均采用标准CMOS工艺中的片上电感和片上电容实现，可大大降低片外分立元器件的使用，有效降低成本和PCB面积，同时实现高性能，高集成度和低成本。

进一步地，接收无线信号时，匹配电路形成的阻抗匹配的阻抗值为50欧姆。

与现有技术相比，本实施例具有以下有益效果：

本发明的天线1直接连接发射电路3和接收电路2，通过切换不同的接地开关实现了发射电路3和接收电路2之间的切换，避免了传统的天线引脚与接收电路2和发射电路3之间设置大开关管带来的问题，从而消除了电路的插入损耗，接地开关相对于传统的大开关管的尺寸要求降低、寄生效应降低；且第一电容C1同时实现了发射信号时抑制发射端信号的大幅波动保护低噪声放大器21、接收信号时与电感L结合形成阻抗匹配的复用作用，电路的集成度更高。

上文所列出的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种射频收发开关集成电路，其特征在于，包括天线、与天线连接的接收电路和发射电路；

2.根据权利要求1所述的射频收发开关集成电路，其特征在于，所述第一电容与所述电感组成匹配电路。

3.根据权利要求1所述的射频收发开关集成电路，其特征在于，所述第三电容、所述巴伦的次级线圈和所述第三开关组成谐振电路。

4.根据权利要求3所述的射频收发开关集成电路，其特征在于，所述巴伦的初级线圈连接所述功率放大器，所述巴伦的次级线圈的输出端连接所述天线，所述次级线圈的中心抽头连接所述第三电容。

5.根据权利要求4所述的射频收发开关集成电路，其特征在于，所述中心抽头设置为滑动抽头。

6.根据权利要求1所述的射频收发开关集成电路，其特征在于，包括接收状态和发射状态：

7.根据权利要求1所述的射频收发开关集成电路，其特征在于，所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关设置为射频MOS管。

8.一种根据权利要求1～7中任一项所述的射频收发开关集成电路的收发方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的射频收发开关集成电路的收发方法，其特征在于，发射无线信号时，所述第二开关闭合，所述第二电容通过所述第二开关接地，所述电感通过所述第一开关接地，所述第二电容与所述电感形成共振。

10.根据权利要求8所述的射频收发开关集成电路的收发方法，其特征在于，接收无线信号时，所述匹配电路形成的阻抗匹配的阻抗值为50欧姆。