CN112134585B - 多模多频收发电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多模多频收发电路，包括：主射频感应结构和次射频感应结构相邻设置，射频能量能在所述主射频感应结构和次射频感应结构之间转化。主射频感应延伸结构和次射频感应延伸结构相邻一一对应布置，所述主射频感应延伸结构与主射频感应结构串联，所述主射频感应延伸结构与主射频感应结构之间设置第一控制结构，所述次射频感应延伸结构与次射频感应结构串联，所述次射频感应延伸结构与次射频感应结构之间设置第二控制结构。本发明的多模多频收发电路相比现有技术结构更简单，面积更小，生产成本更低，适用范围更广。

Description

多模多频收发电路
技术领域
本发明涉及集成电路领域，特别是涉及一种多模多频收发电路。
背景技术
随着多模多频移动通信的发展，在射频前端集成电路设计中，对于多模多频收发电路的需求越来越多。近年来，通讯电子产品(如智慧型手机)开始朝支持多模多频传输的趋势发展，以同时适用不同国家和地区的的无线通讯技术。采用多模多频技术可让装置切换于不同的通讯模式，例如2G/3G/4G通讯模式，并支持各通讯模式下不同工作频带的信号传输。多模多频收发电路应具有尽可能宽的工作频带、尽可能低的插入损耗(InsertionLoss，IL，简称插损)、尽可能高的隔离度(Isolation)以及尽可能高的线性度指标。
第五代移动通信标准，也称第五代移动通信技术(5G)。5G系统目前分为专用网(SA)模式和非专用网(NSA)模式两种，其中NSA模式向下兼容。其中每代模式根据不同国家或者地区划分了不同的多个频段。例如：4G系统工作的频带可以划分为0.7GHz～0.9GHz以下的低频段(LB)、1.7GHz～2.0GHz的中频段(MB)和2.5GHz～2.7GHz的高频段(HB)。而5G系统目前在中国的频段有2.5GHz～2.7GHz(n41)、3.3GHz～3.6GHz(n78)和4.4GHz～4.9GHz(n79)。对于射频前端的元件(如收发电路)而言，支持多模多频操作需支持不同工作频段并且提供多个输入/传输端。
参考图1，是第一种传统的多模多频发射电路采用多路单独的传输结构。每一个射频频段，都需要一个独立的收发模块，在最终的天线端(共享)还需要一个SP3T的单刀三掷开关来合并三路射频信号。这样的话，每一路的射频收发电路，都必须经历两个开关的插损，造成了不小的射频能量的损失。
参考图2，是一种可能改进的多模多频发射电路。虽然每个射频频段仍然采用了单独的发射模块(射频功率放大器)，但是在接收端已经合并成了单个低噪声放大器模块(LNA)，只在接收通路的输出将射频通路分成了三个频段的线路(通过单刀三掷开关)，不仅非常可观地节省了芯片面积，而且由于单刀三掷开关是在LNA的输出，只影响了LNA的增益，而不会影响LNA最重要的指标参数噪声系数(noise figure)。
参考图3，是一种进一步改进的多模多频发射电路。在每个射频频段上，无论是发射还是接收通路，都合并成了一个模块，即单个功率放大器(PA)模块和单个低噪声放大器(LNA)模块，不仅大大减少了射频芯片的总面积，而且在PA模块的输出，只经历了一个开关的插损；在LNA的输入，也只经历了一个开关的插损并且由于这个开关是一个单刀双掷开关(SP2T)，建构比较简单，所以插损更加小，优化了这个系统的射频性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种适用于各种移动通信尤其是5G通信系统，与现有技术相比结构简单，具有更小面积的多模多频收发电路。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种多模多频收发电路，包括：主射频感应结构和次射频感应结构；所述主射频感应结构和次射频感应结构相邻设置，射频能量能在所述主射频感应结构和次射频感应结构之间转化。
进一步改进所述多模多频收发电路，还包括：N个主射频感应延伸结构和N个次射频感应延伸结构，其中N≥0；
所述主射频感应延伸结构和次射频感应延伸结构相邻一一对应布置，所述主射频感应延伸结构与主射频感应结构串联，所述主射频感应延伸结构与主射频感应结构之间设置第一控制结构，所述第一控制结构能控制与其对应的主射频感应延伸结构是否参与射频感应，所述次射频感应延伸结构与次射频感应结构串联，所述次射频感应延伸结构与次射频感应结构之间设置第二控制结构，所述第二控制结构能控制与其对应的次射频感应延伸结构是否参与射频感应。
进一步改进所述多模多频收发电路，所述第一控制结构是并联在主射频感应延伸结构与主射频感应结构两连接端之间的开关，所述第二控制结构是并联在次射频感应延伸结构与次射频感应结构两连接端之间的开关。
进一步改进所述多模多频收发电路，所述主射频感应结构包括第一调谐电路和第一感应结构；所述第一调谐电路连接在第一感应结构第一连接端和第二连接端之间。
进一步改进所述多模多频收发电路，所述第一感应结构的第一连接端还连接第一射频IO辅助电路，所述第一感应结构的第二连接端还连接地。
进一步改进所述多模多频收发电路，所述第一感应结构的第二连接端通过第一接地电路连接地(ground)，第一接地电路可以是导线，或者是隔直电容。
其中，所述第一感应结构是电感。
进一步改进所述多模多频收发电路，所述第一调谐电路包括结构相同并联的P个分路，其中P≥1；
所述分路包括顺序串联的第二电容、第一开关和第三电容。
进一步改进所述多模多频收发电路，所述第一调谐电路包括结构相同并联的P个分路，其中P≥1；
所述分路包括串联的第二电容和第一开关，第一电阻与第一开关并联。
进一步改进所述多模多频收发电路，所述次射频感应结构包括第二调谐电路和第二感应结构；所述第二调谐电路连接在第二感应结构第一连接端和第二连接端之间。进一步改进所述多模多频收发电路，所述第二感应结构的第一连接端和第二连接端还连接第二射频IO辅助电路。
进一步改进所述多模多频收发电路，所述第二调谐电路包括结构相同并联的Q个分路，其中Q≥1；
所述分路包括顺序串联的第二电容、第一开关和第三电容。
进一步改进所述多模多频收发电路，所述第二调谐电路包括结构相同并联的Q个分路，其中Q≥1；
所述分路包括串联的第二电容和第一开关，第一电阻与第一开关并联。其中，所述第二感应结构是电感。
进一步改进所述多模多频收发电路，所述主射频感应延伸结构包括第三感应结构和第一电阻，所述第三感应结构与第一感应结构串联在一起，并且通过第一电阻连接预设偏置电压Vbias。
其中，所述第三感应结构是电感。
进一步改进所述多模多频收发电路，所述次射频感应延伸结构包括第四感应结构和第二电阻；所述第四感应结构与第二感应结构串联在一起，并且通过第二电阻连接预设偏置电压Vbias。
其中，所述第四感应结构是电感。
变压器由于其结构紧凑，并且拥有较好的带宽性能，因此在射频电路中被广泛应用。变压器的核心是互感线圈，由于互感的系数不可能达到最大值1，而一般在0.6～0.7之间，因此变压器在主次两端都会有漏电感，这需要主次两级加上电容来调谐。一旦调谐电容大小适合，形成的阻抗变换网络的带宽是比较大的，一般做到50％的相对带宽都能够实现。
在5G NR应用场景下，n41(2.5GHz～2.7GHz)到n79(4.4GHz～4.9GHZ)的跨度非常大，就算用变压器作为阻抗变换网络的核心，也比较困难，因为在不同频段的下，需要的变压器的互感线圈的电感值也不一样，一般规律是，频率越高，需要的电感量就越小。
本发明的原理图如图4所示，如果所有图上射频开关都打开(off)的情况下，三个变压器形成串联电路，而如果所有开关都闭合的情况下，只有一个变压器参与了射频能量的感应，这样就提供了一种机制，使得可以由射频开关来选择适合于不同频段的变压器的大小，在不增加芯片面积的情况下，用同一套射频电路就能在相隔很远的不同射频频段上工作。
由于主次射频感应结构本身构成了第一组互感，因此在有N(N≥0)组延伸结构的时候，将会有N+1组互感的可能。
因此，本发明相比现有技术结构更简单，面积更小，生产成本更低，适用范围更广。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是一种现有的多模多频收发电路结构示意图。
图2是一种改进的多模多频收发电路结构示意图。
图3是一种进一步改进的多模多频收发电路结构示意图。
图4是本发明多模多频收发电路的原理示意图。
图5是本发明多模多频收发电路第一实施例的结构示意图，其为N＝0，P＝1，Q＝1的情况。
图6是本发明多模多频收发电路第二实施例的结构示意图，其为N＝2，P＝3，Q＝3的情况。
图7是本发明第一调谐电路第一实施例的结构示意图。
图8是本发明第二调谐电路第一实施例的结构示意图。
图9是本发明第一射频IO辅助电路第一实施例的结构示意图。
图10是本发明第二射频IO辅助电路第一实施例的结构示意图。
附图标记说明
开关网络SP3T
开关网络SP4T
开关网络SP2T
主射频感应结构1
第一调谐电路1.1
第一感应结构1.2；
第一感应结构的第一连接端1.2.1
第一感应结构的第二连接端1.2.2
第一射频IO辅助电路1.3
次射频感应结构2
第二调谐电路2.1
第二感应结构2.2；
第二感应结构的第一连接端2.2.1
第二感应结构的第二连接端2.2.2
第二射频IO辅助电路2.3
主射频感应延伸结构3
第三感应结构3.1
第一电阻3.2
次射频感应延伸结构4
第四感应结构4.1
第二电阻4.2
第一控制结构a
第二控制结构b
第一～第九电容C1～C9
电阻R
第一～第三开关S1～S3
电感一L1
电感二L2
预设偏置电压Vbias
第一射频IO辅助的第一连接端C。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容充分地了解本发明的其他优点与技术效果。本发明还可以通过不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点加以应用，在没有背离发明总的设计思路下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。并且，下述实施例附图的各感应结构的形状并不作为限定，在满足物理规则以及版图距离的条件下，各感应结构可以根据需要设计成各种图形(包括规则或不规则图形)。
如图5所示，本发明提供的一种多模多频收发电路第一实施例，即N＝0，P＝1，Q＝1的情况，包括：主射频感应结构1和次射频感应结构2；所述主射频感应结构1和次射频感应结构2相邻设置，射频能量能在所述主射频感应结构和次射频感应结构之间转化。
所述主射频感应结构1包括第一调谐电路1.1和第一感应结构1.2；所述第一调谐电路1.1连接在第一感应结构1.2第一连接端1.2.1和第二连接端1.2.2之间。所述第一感应结构的第一连接端1.2.1还连接第一射频IO辅助电路1.3，所述第一感应结构1.2的第二连接端1.2.2通过第一接地电路ground连接地。其中，本实施例的接地电路ground是第一电容C1(隔直电容)，第一感应结构是电感。
所述次射频感应结构2包括第二调谐电路2.1和第二感应结构2.2；所述第二调谐电路2.1连接在第二感应结构2.2第一连接端2.2.1和第二连接端2.2.2之间。所述第二感应结构2.2的第一连接端2.2.1和第二连接端2.2.2之间还连接第二射频IO辅助电路2.3。
如图6所示，本发明提供的一种多模多频收发电路第二实施例，其在上述第一实施例的基础上，增加两个主射频感应延伸结构3和两个次射频感应延伸结构4，即N＝2，P＝3，Q＝3的情况；
所述主射频感应延伸结构3和次射频感应延伸结构4相邻一一对应布置，所述主射频感应延伸结构3与主射频感应结构1串联在一起，所述主射频感应延伸结构3与主射频感应结构1之间设置第一控制结构a，所述第一控制结构a能控制与其对应的主射频感应延伸结构3是否参与射频感应，所述次射频感应延伸结构4与次射频感应结构2串联在一起，所述次射频感应延伸结构4与次射频感应结构2之间设置第二控制结构b，所述第二控制结构b能控制与其对应的次射频感应延伸结构是否参与射频感应。
所述第一控制结构a是并联在主射频感应延伸结构3与主射频感应结构1两连接端之间的开关，所述第二控制结构b是并联在次射频感应延伸结构4与次射频感应结构2两连接端之间的开关。以本实施例包含的两个主射频感应延伸结构其中之一进行示例性说明，该主射频感应延伸结构3包括第三感应结构3.1和第一电阻3.2，所述第三感应结构3.1与第一感应结构1.2串联在一起，所述第三感应结构3.1通过第一电阻3.2连接预设电压Vbias，所述第三感应结构3.1是电感。以本实施例包含的两个次射频感应延伸结构其中之一进行示例性说明，该次射频感应延伸结构4包括第四感应结构4.1和第二电阻4.2，所述第四感应结构4.1与第二感应结构2.2串联在一起，所述第四感应结构4.1通过第二电阻4.2连接预设电压Vbias，所述第四感应结构4.1是电感。
如图7所示，是P＝2的情况。所述第一调谐电路的第一实施例，包括结构相同并联的两个分路；组成所述调谐电路的分路都并联在第一感应结构1.2第一连接端1.2.1和第二连接端1.2.2之间。
所述分路包括顺序串联的第二电容C2、第一开关S1和第三电容C3。
如图8所示，是Q＝2的情况。所述第二调谐电路的第一实施例，包括结构相同并联的两个分路；组成所述调谐电路的分路都并联在第二感应结构2.2第一连接端2.2.1和第二连接端2.2.2之间。
所述分路包括串联的第二电容C2和第一开关S1，电阻R与第一开关S1并联。
如图9所示，本发明提供第一射频IO辅助电路第一实施例，第一射频IO辅助电路可根据实际情况进行设计，本实施例仅为示例性说明。第一射频IO辅助电路包括：其第一连接端C(即与第一感应结构1.2第一连接端1.2.1相连一端)通过顺序串联的第六电容C6、第二开关S2和第七电容C7连接第一信号端，比如天线端(也是发射端TX的输出端)，通过顺序串联的第八电容C8、第三开关S3和第九电容C9连接地。
如图10所示，第二射频IO辅助电路可根据实际情况进行设计，本实施例仅为示例性说明。本发明提供第二射频IO辅助电路第一实施例，包括低噪声放大器LNA输入端分别连接第四电容C4和第五电容C5，低噪声放大器LNA输出端连接电感一L1，电感二L2与电感一L1相邻设置，电感二L2一端连接地，电感二L2另一端作为第二信号端，比如信号接收端RX。L1和L2形成互感变压器，转换射频能量，并且提供适当的阻抗变换。
以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种多模多频收发电路，其特征在于，包括：主射频感应结构和次射频感应结构；所述主射频感应结构和次射频感应结构相邻设置，射频能量能在所述主射频感应结构和次射频感应结构之间转化，还包括：N个主射频感应延伸结构和N个次射频感应延伸结构，其中N≥0；
所述主射频感应延伸结构和次射频感应延伸结构相邻一一对应布置，所述主射频感应延伸结构与主射频感应结构串联，所述主射频感应延伸结构与主射频感应结构之间设置第一控制结构，所述第一控制结构能控制与其对应的主射频感应延伸结构是否参与射频感应，所述次射频感应延伸结构与次射频感应结构串联，所述次射频感应延伸结构与次射频感应结构之间设置第二控制结构，所述第二控制结构能控制与其对应的次射频感应延伸结构是否参与射频感应；
所述主射频感应结构包括第一调谐电路和第一感应结构；所述第一调谐电路连接在第一感应结构第一连接端和第二连接端之间；
所述次射频感应结构包括第二调谐电路和第二感应结构；所述第二调谐电路连接在第二感应结构第一连接端和第二连接端之间；
所述主射频感应延伸结构包括第三感应结构和第一电阻，所述第三感应结构与第一感应结构串联在一起，并且通过第一电阻连接预设偏置电压（Vbias）；
所述次射频感应延伸结构包括第四感应结构和第二电阻；所述第四感应结构与第二感应结构串联在一起，并且通过第二电阻连接预设偏置电压（Vbias）。
2.如权利要求1所述多模多频收发电路，其特征在于：所述第一控制结构是并联在主射频感应延伸结构与主射频感应结构两连接端之间的开关，所述第二控制结构是并联在次射频感应延伸结构与次射频感应结构两连接端之间的开关。
3.如权利要求1所述多模多频收发电路，其特征在于：所述第一感应结构的第一连接端还连接第一射频IO辅助电路，所述第一感应结构的第二连接端还连接地。
4.如权利要求3所述多模多频收发电路，其特征在于：所述第一感应结构的第二连接端通过第一接地电路连接地（ground）。
5.如权利要求4所述多模多频收发电路，其特征在于：所述第一接地电路是导线或隔直电容。
6.如权利要求1所述多模多频收发电路，其特征在于：所述第一感应结构是电感。
7.如权利要求1所述多模多频收发电路，其特征在于：所述第一调谐电路包括结构相同并联的P个分路，其中P≥1；
所述分路包括顺序串联的电容一、开关一和电容二。
8.如权利要求1所述多模多频收发电路，其特征在于：所述第一调谐电路包括结构相同并联的P个分路，其中P≥1；
所述分路包括串联的电容一和开关一，电阻一与开关一并联。
9.如权利要求1所述多模多频收发电路，其特征在于：所述第二感应结构的第一连接端和第二连接端还连接第二射频IO辅助电路。
10.如权利要求1所述多模多频收发电路，其特征在于：所述第二调谐电路包括结构相同并联的Q个分路，其中Q≥1；
所述分路包括顺序串联的电容三、开关二和电容四。
11.如权利要求1所述多模多频收发电路，其特征在于：所述第二调谐电路包括结构相同并联的Q个分路，其中Q≥1；
所述分路包括串联的电容三和开关二，电阻二与开关二并联。
12.如权利要求1所述多模多频收发电路，其特征在于：所述第二感应结构是电感。
13.如权利要求1所述多模多频收发电路，其特征在于：所述第三感应结构是电感。
14.如权利要求1所述多模多频收发电路，其特征在于：所述第四感应结构是电感。
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