CN111600557A - 射频前端模块和无线装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种射频前端模块和无线装置，应用于射频电路技术领域，用于解决射频前端工作过程中功率信号过强导致可靠性较低的器件烧毁的问题。该射频前端模块包括设置在发射路径上的功率放大器、滤波器和射频开关；所述射频开关包括多个并联的晶体管阵列，每一个晶体管阵列由多个晶体管串联组成；所述射频开关被配置为接收控制信号，以根据控制信号控制所述射频开关中各个晶体管阵列的开启或关断，所述控制信号指示所述功率放大器的输出功率，其中，所述功率放大器的输出功率越高，则所述射频开关中开启的晶体管阵列越少。

Description

射频前端模块和无线装置
技术领域
本发明涉及射频电路技术领域，尤其涉及射频前端模块和无线装置。
背景技术
射频前端模块工作时，大多需要通过功率放大器将手机中的信号进行放大处理，然后将放大后的信号经由发射路径传输至天线进行发射。为了保证信号的质量，在功率放大器的发射路径中通常会设置有滤波器或者包括滤波器的器件，比如双工器。目前，滤波器器件的可靠性一般较低，特别是声表面波滤波器、体表面波滤波器和双工器，当功率放大器输出功率不稳定时，很容易烧毁滤波器器件。为了防止滤波器器件被烧毁，市面上的射频前端模块往往设置有功率放大器的控制电路，对功率放大器的输出功率进行监测和限制，以防止功率放大器输出过大的功率，避免滤波器器件被烧毁。
但是，当射频前端模块在工作过程中，若发射路径上的功率过大(例如，电路发生异常)，很容易致使一些可靠性较低的器件(例如：滤波器器件)烧毁。面对这种情况，目前市面上的控制电路均难以起到保护可靠性较低的器件的作用。
发明内容
本发明实施例提供一种射频前端模块和无线装置，以解决射频前端工作过程中功率信号过强导致可靠性较低的器件烧毁的问题。
本发明提供一种射频前端模块，包括设置在发射路径上的功率放大器、滤波器和射频开关；
所述射频开关包括多个并联的晶体管阵列，每一个晶体管阵列由多个晶体管串联组成；
所述射频开关被配置为接收控制信号，以根据控制信号控制所述射频开关中各个晶体管阵列的开启或关断，所述控制信号指示所述功率放大器的输出功率，其中，所述功率放大器的输出功率越高，则所述射频开关中开启的晶体管阵列越少。
可选地，还包括控制电路；
所述控制电路包括采样电路和控制信号产生电路，所述控制信号产生电路的输入端与所述采样电路电连接，其输出端与所述射频开关电连接；
所述射频前端模块工作时，所述采样电路采集所述功率放大器的输出功率信号并发送至所述控制信号产生电路，所述控制信号产生电路将所述输出功率信号与预设的基准信号进行比较，并根据比较结果输出控制信号至所述射频开关。
可选地，所述射频开关设置在所述射频前端模块的发射路径上、且位于所述功率放大器的输出后端；
所述射频开关为频段选择开关、所述发射路径的切换开关、天线切换开关中的一个或多个。
可选地，所述控制信号产生电路配置为：将所述输出功率信号与若干预设的基准信号阈值进行比较，确定所述输出功率信号所处的目标阈值区间；根据预设区间开关对应关系确定与所述目标阈值区间对应的目标开关阵列数量；根据所述目标开关阵列数量生成并输出控制信号，以控制所述射频开关当前接入电路所述目标开关阵列数量个晶体管阵列。
可选地，还包括带有电阻接入开关的电阻；
所述控制信号产生电路还配置为：若所述射频开关仅开启一个晶体管阵列，且所述功率放大器的输出功率大于预设超载阈值，则输出过载保护信号更改所述电阻接入开关的配置，以控制所述电阻接入所述发射路径的电路。
可选地，还包括设置在发射路径上的耦合器；
所述采样电路配置为：采集所述耦合器输出功率的信号作为所述功率放大器的输出功率信号。
可选地，所述控制信号产生电路为CMOS电路，所述射频开关为SOI开关，所述CMOS电路与所述SOI开关电连接。
可选地，所述射频前端模块还包括偏置电路，所述偏置电路与所述功率放大器的输入端电连接；
所述控制信号产生电路还配置为：若所述比较结果满足第一预设条件，则通过调整所述偏置电路降低所述功率放大器的输出功率。
可选地，所述射频前端模块还包括所述功率放大器的通断开关；
所述控制信号产生电路还配置为：若所述比较结果满足第二预设条件，则输出断流保护信号更改所述通断开关的配置，以控制所述功率放大器的偏置电路断路。
本发明还提供一种天线装置，包括天线，以及与所述天线电连接的射频前端模块；
所述射频前端模块包括设置在发射路径上的功率放大器、滤波器和射频开关；
所述射频开关包括多个并联的晶体管阵列，每一个晶体管阵列由多个晶体管串联组成；
所述射频开关被配置为接收控制信号，以根据控制信号控制所述射频开关中各个晶体管阵列的开启或关断，所述控制信号指示所述功率放大器的输出功率，其中，所述功率放大器的输出功率越高，则所述射频开关中开启的晶体管阵列越少。
本发明提供的一种射频前端模块能够利用射频开关自带的等效阻抗来削弱发射路径上的功率强度，功率信号经过射频开关等效阻抗的消耗而变小，能够有效避免可靠性较低的器件(例如滤波器器件)因功率信号过强导致过载，防止了可靠性较低的器件被烧毁。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种射频前端模块第一个示例的电路图；
图2为本发明一种射频开关第一个示例的电路图；
图3为本发明一种射频开关第二个示例的电路图；
图4为本发明一种射频开关第三个示例的电路图；
图5为本发明一种射频前端模块第二个示例的电路图；
图6为本发明一种射频前端模块第三个示例的电路图；
图7为本发明一种射频前端模块第四个示例的电路图；
图8为本发明一种射频前端模块第五个示例的电路图；
图9为本发明一种射频前端模块第六个示例的电路图；
图10为本发明一种射频前端模块第七个示例的电路图；
图11为本发明一种射频前端模块第八个示例的电路图。
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作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。
为了针对性地解决射频前端工作过程中功率信号过强导致可靠性较低的器件过载的问题，本发明提出的射频前端模块利用射频开关自带的等效阻抗来削弱发射路径上的功率强度，功率信号经过射频开关等效阻抗的消耗而变小，能够有效避免可靠性较低的器件因功率信号过强导致过载，防止了可靠性较低的器件被烧毁(以下以滤波器器件为例)。
图1为本发明一种射频前端模块一个示例的电路图。该射频前端模块包括设置在发射路径100上的功率放大器101、滤波器102和射频开关103，以及控制电路；所述控制电路包括采样电路104和控制信号产生电路105，所述控制信号产生电路105的输入端与所述采样电路104电连接，其输出端与所述射频开关103电连接。
特别地，在该发射路径100上，如图1所示，功率放大器101、滤波器102和射频开关103依次连接，采样电路104可以与该功率放大器101的输出端电连接(也可以连接在功率放大器101的输入端)，以采集所述功率放大器101的输出功率作为输出功率信号。需要说明的是，采样电路104的设置的位置并非必须为功率放大器101的输出端，还可以是其它地方，只要该采样电路104能够采集到可以直接或间接体现该功率放大器101输出功率的信号即可。比如，该输出功率信号可以是功率放大器101的输出电流或者与输出电流相关的信号，例如，输出电流的镜像电流；或者，该输出功率信号可以为发射路径100上耦合器106上的耦合信号，或者，功率放大器101的输入电流(例如基极电流)或者与输入电流相关的信号，等等。
所述射频前端模块工作时，所述采样电路104采集所述功率放大器101的输出功率信号并发送至所述控制信号产生电路105，所述控制信号产生电路105将所述输出功率信号与预设的基准信号进行比较，并根据比较结果输出控制信号至所述射频开关103，以控制所述射频开关103中各个开关阵列的开启或关断，其中，所述功率放大器101的输出功率越高，则控制所述射频开关103开启的开关阵列越少。
在一些实施例中，采样电路104可以将采集到的输出功率信号直接发送至控制信号产生电路105，也可以将采集到的输出功率信号进行信号转化之后再发送至控制信号产生电路105。
该控制信号产生电路105在接收到输出功率信号之后，需要根据至少部分的输出功率信号做出判断，以决定输出的控制信号，控制该射频开关103开启或关断多少个开关阵列。
图2为本发明一种射频开关103一个示例的电路图。在该示例中，射频开关103可以包括多个并联连接的晶体管阵列，每一晶体管阵列由多个晶体管串联而成。一个晶体管阵列可以包括多个晶体管串联而成，例如，2个、3个、4个或者更多。所述射频开关被配置为接收控制信号，以根据控制信号控制所述射频开关中各个晶体管阵列的开启或关断，所述控制信号指示所述功率放大器的输出功率，其中，所述功率放大器的输出功率越高，则所述射频开关中开启的晶体管阵列越少。控制信号产生电路105输出的控制信号控制射频开关103中每一晶体管的开启和关断。其中，同一晶体管阵列中的晶体管的开启或者关断的逻辑是相同的。在该示例中，由于各个晶体管阵列之间是并联连接，因此，接入电路的晶体管阵列越多，则射频开关103整体的等效阻抗越小；反之，接入电路的晶体管阵列越少，则射频开关103整体的等效阻抗越大。基于此，功率放大器101的输出功率越高，控制信号产生电路105应当控制该射频开关103开启的晶体管阵列越少。在功率放大器101的输出功率增大到一定的阈值之后，通过减少接入电路中的晶体管阵列，从而增加了射频开关103的等效阻抗，使得增加的一部分功率可以由射频开关103承担，避免烧坏其他器件，比如滤波器102。
在一些实施例中，为了更加精准、有效地控制射频开关103中开关阵列接入电路的数量，在保护器件的同时保证射频前端模块的正常工作，可以预先设置后若干个基准信号阈值，以及由这些基准信号阈值限定的阈值区间对应并联连接的开关阵列数量。比如，当功率输出功率信号大于等于第一阈值且小于第二阈值时，控制信号产生电路105控制射频开关103开启或断开若干开关阵列，使得射频开关103当前接入电路的开关阵列为第一数量个；当功输出功率信号大于等于第二阈值且小于第三阈值时，控制信号产生电路105控制射频开关103开启或断开若干开关阵列，使得射频开关103当前接入电路的开关阵列为第二数量个；当功输出功率信号大于等于第三阈值且小于第四阈值时，控制信号产生电路105控制射频开关103开启或断开若干开关阵列，使得射频开关103当前接入电路的开关阵列为第三数量个，依次类推。可以理解地，第一数量大于第二数量，第二数量大于第三数量。需要注意的是，当射频开关103只剩下一个开关阵列时，射频开关103的等效阻抗达到最大值。即，所述控制信号指示所述功率放大器的输出功率体现为功率输出功率信号与若干个基准信号阈值的比较结果。
因此，该控制信号产生电路105可以配置为：将所述输出功率信号与若干预设的基准信号阈值进行比较，确定所述输出功率信号所处的目标阈值区间；根据预设区间开关对应关系确定与所述目标阈值区间对应的目标开关阵列数量；根据所述目标开关阵列数量生成并输出控制信号，以控制所述射频开关103当前接入电路所述目标开关阵列数量个开关阵列。
在一些应用场景中，减少接入电路中的开关阵列后，射频开关103的等效阻抗已达到最大值，但功率放大器101的输出功率可能依旧大于预设超载阈值，此时，发射路径100上的器件，尤其是滤波器102器件仍可能被烧毁。为避免这种情形，该射频前端模块还可以包括带有电阻接入开关的电阻，该电阻可以额外串联在射频开关103的开关阵列之外，通过额外增加的电阻值以进一步增加射频开关103的等效阻抗，从而保证功率放大器101的输出功率不会过大，避免烧坏其他器件。此时，该控制信号产生电路105还可以配置为：若所述射频开关103仅开启一个开关阵列，且所述功率放大器101的输出功率大于预设超载阈值，则输出过载保护信号更改所述电阻接入开关的配置，以控制所述电阻接入所述发射路径100的电路。需要说明的是，由于额外增加电阻同时也会带来一定的电流损耗，因此，在额外增加电阻时，需考虑电流损耗这一因素给整个射频前端带来的影响，本实施例对此不再展开讨论。
优选地，在一些实施例中，该射频开关103设置在所述射频前端模块的发射路径100上、且位于所述功率放大器101的输出后端。
优选地，在一些实施例中，该射频开关103为频段选择开关、所述发射路径100的切换开关、天线切换开关中的一个或多个。如图3所示，该射频开关103可以为功率放大器101和每一滤波器102之间的发射接收路径的切换开关，和/或与外部天线连接的多刀多掷开关(天线切换开关)；如图4所示，该射频开关可以为发射路径和接收路径之间的切换开关，和/或与外部天线连接的多刀多掷开关(天线切换开关)。
在一些实施例中，如图5所示，该射频前端模块还包括设置在发射路径100上的耦合器106。该采样电路104可以配置为：采集所述耦合器106输出功率的信号作为所述功率放大器101的输出功率信号。类似地，同样地，采样电路104在采用到耦合器106输出功率的信号时，将该信号发送至控制信号产生电路105，或者通过信号转化之后发送到控制信号产生电路105。随后，控制信号产生电路105将从采样电路104采集到的耦合器106上的输出功率信号与一个或者多个基准信号进行比较，根据比较结果输出控制信号，控制信号用于控制射频开关103中不同开关阵列的开启或关断。可知，采样耦合器106上输出功率的信号的具体实现原理和过程，与采样功率放大器101输出功率的信号的具体实现原理和过程相似，可根据实际情况择一选取，此处不再赘述。
优选地，在一些实施例中，如图1和图6所示，本发明中所说的功率放大器101具体可以为多级功率放大器101，滤波器102(图中未示出)和射频开关103均设置在该多级功率放大器101的输出级(最后一级)功率放大管的输出端。采样电路104通过一个镜像晶体管对多级功率放大器101的输出级(最后一级)功率放大管的输出端电流进行采样。
优选地，在一些实施例中，如图1和图7所示，所述控制信号产生电路105为CMOS电路，所述射频开关103为SOI开关，所述CMOS电路与所述SOI开关电连接。可以理解的是，通过CMOS电路+SOI开关的高度集成，可以有利于该射频前端模块的集成度和小型化，提升其在市场上的竞争力。
更进一步地，如图10和图11所示，利用CMOS电路的强大性能，在需要时，还可以采用一个CMOS电路同时负载两个以上射频前端模块的采样和控制工作，也即同时担任两个以上的采样电路104和控制信号产生电路105，在特定应用场景下，有利于进一步提高射频前端模块所在电路结构的集成度和小型化。
优选地，在一些实施例中，如图1和图8所示，该射频前端模块还可以包括偏置电路，所述偏置电路与所述功率放大器101的输入端电连接。所述控制信号产生电路105还可以配置为：若所述比较结果满足第一预设条件，则通过调整所述偏置电路降低所述功率放大器101的输出功率。可以理解的是，当射频开关103只剩下一个开关阵列时，射频开关103的等效阻抗达到最大值。若在射频开关103的最大等效阻抗的消耗下，该功率放大器101的输出功率仍旧大于预设阈值(即满足第一预设条件)，也即超出发射路径100上器件的承载能力，从而可能导致器件烧毁。作为前述方案的补充，该射频前端模块还可以通过调整偏置电路主动降低所述功率放大器101的输出功率，结合射频开关103等效阻抗的“被动”消耗以及偏置电路的“主动”降低功率，可以有效地减弱发射/接收路径上的电流值，起到保护发射/接收路径上器件的作用。具体地，可以减小偏置电路耦合至功率放大器的基极电流或者基极电压以主动降低所述功率放大器101的输出功率。
更进一步地，如图1和图9所示，在偏置电路的基础上，该射频前端模块还可以包括所述功率放大器101的通断开关107。所述控制信号产生电路105还可以配置为：若所述比较结果满足第二预设条件，则输出断流保护信号更改所述通断开关107的配置，以控制所述功率放大器101的偏置电路断路。可以理解的是，在某些极端的情况下，结合射频开关103等效阻抗的“被动”消耗以及偏置电路的“主动”降低功率之后，该功率放大器101的输出功率仍存在烧毁器件的风险，比如其输出功率仍旧大于预设阈值(即满足第二预设条件)，此时，控制信号产生电路105可以直接断开该通断开关107，使得该功率放大器101的偏置电路不再接入电路，从而进一步确保了发射/接收路径上器件不被烧毁。
由上述各个实施例内容可知，本发明涉及的射频前端模块能够利用射频开关自带的等效阻抗来削弱发射路径上的功率强度，功率信号经过射频开关等效阻抗的消耗而变小，能够有效避免滤波器器件因功率信号过强导致过载，防止了滤波器器件被烧毁。更进一步地，所述控制信号产生电路为CMOS电路，射频开关103采用SOI开关，通过CMOS+SOI开关的高度集成，可以有利于该射频前端模块的集成度和小型化，提升其在市场上的竞争力。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
另一方面，本发明还涉及一种无线装置，该无线装置包括天线，以及与所述天线电连接的、上述任一实施例中描述的射频前端模块。该射频前端模块包括设置在发射路径上的功率放大器、滤波器和射频开关；
所述射频开关包括多个并联的晶体管阵列，每一个晶体管阵列由多个晶体管串联组成；
所述射频开关被配置为接收控制信号，以根据控制信号控制所述射频开关中各个晶体管阵列的开启或关断，所述控制信号指示所述功率放大器的输出功率，其中，所述功率放大器的输出功率越高，则所述射频开关中开启的晶体管阵列越少。
可以理解的是，无线装置中的射频前端模块不限于本发明实施例中提到的任意一种射频前端模块，因此，上述实施例中描述到的射频前端模块的技术特征和预期达到的技术效果，该无线装置同样具备，此处不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种射频前端模块，其特征在于，包括设置在发射路径上的功率放大器、滤波器和射频开关；
所述射频开关包括多个并联的晶体管阵列，每一个晶体管阵列由多个晶体管串联组成；
所述射频开关被配置为接收控制信号，以根据控制信号控制所述射频开关中各个晶体管阵列的开启或关断，所述控制信号指示所述功率放大器的输出功率，其中，所述功率放大器的输出功率越高，则所述射频开关中开启的晶体管阵列越少。
2.根据权利要求1所述的射频前端模块，其特征在于，还包括控制电路；
所述控制电路包括采样电路和控制信号产生电路，所述控制信号产生电路的输入端与所述采样电路电连接，其输出端与所述射频开关电连接；
所述射频前端模块工作时，所述采样电路采集所述功率放大器的输出功率信号并发送至所述控制信号产生电路，所述控制信号产生电路将所述输出功率信号与预设的基准信号进行比较，并根据比较结果输出控制信号至所述射频开关。
3.根据权利要求1所述的射频前端模块，其特征在于，所述射频开关设置在所述射频前端模块的发射路径上、且位于所述功率放大器的输出后端；
所述射频开关为频段选择开关、所述发射路径的切换开关、天线切换开关中的一个或多个。
4.根据权利要求2所述的射频前端模块，其特征在于，所述控制信号产生电路配置为：将所述输出功率信号与若干预设的基准信号阈值进行比较，确定所述输出功率信号所处的目标阈值区间；根据预设区间开关对应关系确定与所述目标阈值区间对应的目标开关阵列数量；根据所述目标开关阵列数量生成并输出控制信号，以控制所述射频开关当前接入电路所述目标开关阵列数量个晶体管阵列。
5.根据权利要求4所述的射频前端模块，其特征在于，还包括带有电阻接入开关的电阻；
所述控制信号产生电路还配置为：若所述射频开关仅开启一个晶体管阵列，且所述功率放大器的输出功率大于预设超载阈值，则输出过载保护信号更改所述电阻接入开关的配置，以控制所述电阻接入所述发射路径的电路。
6.根据权利要求2所述的射频前端模块，其特征在于，还包括设置在发射路径上的耦合器；
所述采样电路配置为：采集所述耦合器输出功率的信号作为所述功率放大器的输出功率信号。
7.根据权利要求2所述的射频前端模块，其特征在于，所述控制信号产生电路为CMOS电路，所述射频开关为SOI开关，所述CMOS电路与所述SOI开关电连接。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的射频前端模块，其特征在于，所述射频前端模块还包括偏置电路，所述偏置电路与所述功率放大器的输入端电连接；
所述控制信号产生电路还配置为：若所述比较结果满足第一预设条件，则通过调整所述偏置电路降低所述功率放大器的输出功率。
9.根据权利要求8所述的射频前端模块，其特征在于，所述射频前端模块还包括所述功率放大器的通断开关；
所述控制信号产生电路还配置为：若所述比较结果满足第二预设条件，则输出断流保护信号更改所述通断开关的配置，以控制所述功率放大器的偏置电路断路。
10.一种天线装置，其特征在于，包括天线，以及与所述天线电连接的如权利要求1至9中任一项所述的射频前端模块。
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