CN112217535A - 一种多模射频前端集成芯片及工作方法 - Google Patents

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原怡菲
徐建辉
郭强
高宝宁
孙岩
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    • H04B—TRANSMISSION
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    • H04B1/38—Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
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Abstract

本发明公开了一种多模射频前端集成芯片，包括：与天线连接的单刀四掷开关，与所述单刀四掷开关连接的功率放大器组，与所述单刀四掷开关连接的低噪声放大器。本发明将宽带功率放大器的设计分解为设计三个窄带功率放大器，通过SP4T开关进行切换，极大降低了宽带功率放大器的设计难度，易于实现。同时采用半导体技术，将各射频模块集成在同一个芯片上，简化了应用电路的复杂度，提高了系统集成度，减小了体积，大大增强了电路工作的可靠性。

Description

一种多模射频前端集成芯片及工作方法
技术领域
本发明属于微电子、半导体、军用通信技术领域，涉及一种多模射频前端集成芯片。
背景技术
战术通信系统中，体积、重量、功耗是衡量其技术水平的重要指标。目前的手持式单兵电台中，射频前端使用分立器件，体积大、功耗大、可靠性差，故一体化单芯片的多模射频前端集成芯片成为现代军用通信领域的研究热点。在电台设计时，功耗和电台的某些性能相互制约，难以兼得。如：扩展频段意味着需要更大的PCB面积及体积，同时重量也会增加；提高通信速率意味着需要更大的发射功率来保证通信距离，功耗变大。因此，研究具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性高的通信芯片以应用在战术通信系统中具有十分重要的价值和现实意义。
在设计芯片时，发射信号的功率放大器工作频率往往只能覆盖到2.4GHz以下，2.4GHz－3.5GHz之间性能恶化严重，有的甚至无法正常工作。究其原因还是超宽带功率放大器设计难度大，导致射频前端电路发射信号时指标达不到要求。国内某些设计者采用反向设计的方法，对国外芯片解剖，反向提取电路，但此方法对于高频射频电路而言，参考意义不大，设计难度仍然不小，难以设计出工作在30MHz－3.5GHz满足射频指标要求的多模射频前端集成芯片。
发明内容
本发明为了解决现有技术的不足，提供了一种解决方案，将宽带功率放大器的设计分解为设计三个窄带功率放大器，通过SP4T开关进行切换，极大降低了宽带功率放大器的设计难度，易于实现。同时采用半导体技术，将各射频模块集成在同一个芯片上，简化了应用电路的复杂度，提高了系统集成度，减小了体积，大大增强了电路工作的可靠性。
为实现上述技术效果，本发明的实施例采用如下的技术方案：
本发明的实施例第一方面，提供一种多模射频前端集成芯片的工作方法，包括：
S100：处于发射状态时；根据射频信号的工作频段选择不同的功率放大器，经功率放大器处理后依次通过单刀四掷开关、天线发射出去；
S200：处于接收状态时；射频信号经天线、单刀四掷开关发送至低噪声放大器，经低噪声放大器处理后进入下一级单元进行处理。
本发明的实施例第二方面，提供一种多模射频前端集成芯片，包括：与天线连接的单刀四掷开关，与所述单刀四掷开关连接的功率放大器组，与所述单刀四掷开关连接的低噪声放大器；其中，所述功率放大器组包括第一功率放大器、第二功率放大器、以及第三功率放大器；所述第一功率放大器的输出端与单刀四掷开关的第一输出端连接，所述第二功率放大器的输出端与单刀四掷开关的第二输出端连接，所述第三功率放大器的输出端与单刀四掷开关的第三输出端连接，所述低噪声放大器的输入端与单刀四掷开关的第四输出端连接。
在本发明的实施例中，所述功率放大器组的工作频带在30MHz～3.5GHz之间。其中，所述第一功率放大器的工作频段在30MHz－225MHz之间，支持超短波信号通信；所述第二功率放大器的工作频段在225MHz－1GHz之间，支持宽带自组网和军用LTE信号通信；所述第三功率放大器的工作频段在1GHz－3.5GHz之间，支持北斗卫星和天通卫星信号通信。
本发明实施例的第三方面，还提供一个通信终端，包括多模射频前端集成芯片。
本发明针对传统多模射频前端集成芯片的设计难点，即单个功率放大器工作在宽频带(30MHz－3.5GHz)难以满足各个通信模式的指标要求，采用新的设计方法，即
将工作在宽频带(30MHz－3.5GHz)的功率放大器分成三段分别进行设计，每段分别覆盖不同的军用通信频段，不同通信频段间的通信模式切换及射频信号收发模式的切换通过单刀四掷(SP4T)开关实现。本发明采用的这种新的设计方法，极大降低了宽带功率放大器的设计难度，易于实现。同时采用半导体技术，将各射频模块(开关、功率放大器、低噪声放大器)集成在同一个芯片上，简化了应用电路的复杂度，提高了系统集成度，减小了体积，大大增强了电路工作的可靠性。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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为本发明实施例的多模射频前端集成芯片的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细的描述。
如图1所示，本发明提供的一种多模射频前端集成芯片，包括：与天线连接的单刀四掷开关，与所述单刀四掷开关连接的功率放大器组，与所述单刀四掷开关连接的低噪声放大器；其中，所述功率放大器组包括第一功率放大器、第二功率放大器、以及第三功率放大器；所述第一功率放大器的输出端与单刀四掷开关的第一输出端连接，所述第二功率放大器的输出端与单刀四掷开关的第二输出端连接，所述第三功率放大器的输出端与单刀四掷开关的第三输出端连接，所述低噪声放大器的输入端与单刀四掷开关的第四输出端连接。
所述功率放大器组的工作频带在30MHz～3.5GHz之间。所述第一功率放大器的工作频段在30MHz－225MHz之间，支持超短波信号通信；所述第二功率放大器的工作频段在225MHz－1GHz之间，支持宽带自组网和军用LTE信号通信；所述第三功率放大器的工作频段在1GHz－3.5GHz之间，支持北斗卫星和天通卫星信号通信。
具体的，其中射频信号通过第一通道输入，进入第一功率放大器2的输入端，第一功率放大器2的输出端与单刀四掷开关1的第一输出端相连，射频信号通过单刀四掷开关1的输入端经由天线发射出去；
射频信号通过第二通道输入，进入第二功率放大器3的输入端，第二功率放大器3的输出端与单刀四掷开关1的第二输出端相连，射频信号通过单刀四掷开关1的输入端经由天线发射出去；
射频信号通过第三通道输入，进入第三功率放大器4的输入端，第三功率放大器4的输出端与单刀四掷开关1的第三输出端相连，射频信号通过单刀四掷开关1的输入端经由天线发射出去；
射频信号由天线输入，进入单刀四掷开关1的输入端，单刀四掷开关1的第四输出端与低噪声放大器5的输入端连接，射频信号通过低噪声放大器5的输出端经由第四通道进入下一级处理。
所述射频芯片正常工作时：
芯片处于发射状态时，根据所发射的射频信号的工作频段来选择单刀四掷开关1选通其第一输出端、第二输出端还是第三输出端。对于30MHz－3.5GHz的工作频段，三个功率放大器分别覆盖不同的频段，每个频段支持不同的军用通信模式。
第一功率放大器2的工作频段为30MHz－225MHz，支持超短波信号通信；第二功率放大器3的工作频段为225MHz－1GHz，支持宽带自组网和军用LTE信号通信，第三功率放大器4的工作频段为1GHz－3.5GHz，支持北斗卫星和天通卫星信号通信。
假设目前需要进行宽带自组网信号通信，则需要第二功率放大器3工作，此时需将单刀四掷开关1选通其第二输出端，所要发射的射频信号经第二通道输入，通过第二功率放大器3进入单刀四掷开关1的第二输出端，从单刀四掷开关1的输入端经由天线发射出去。其他通信模式工作原理同上，不再赘述。
芯片处于接收状态时：
单刀四掷开关1选通其第四输出端，射频信号经天线端输入，通过单刀四掷开关1的第四输出端进入低噪声放大器5，从低噪声放大器5输出后进行下一级处理。
至此，所述的射频芯片支持多种通信模式及收发通信，性能稳定，集成度高。
进一步地，本发明还提供了一种通信终端，包括上述所述多模射频前端集成芯片。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (5)

1.一种多模射频前端集成芯片的工作方法，其特征在于，包括：
S100：处于发射状态时；
根据射频信号的工作频段选择不同的功率放大器，经功率放大器处理后依次通过单刀四掷开关、天线发射出去；
S200：处于接收状态时；
射频信号经天线、单刀四掷开关发送至低噪声放大器，经低噪声放大器处理后进入下一级单元进行处理。
2.一种多模射频前端集成芯片，其特征在于，包括：与天线连接的单刀四掷开关，与所述单刀四掷开关连接的功率放大器组，与所述单刀四掷开关连接的低噪声放大器；其中，
所述功率放大器组包括第一功率放大器、第二功率放大器、以及第三功率放大器；
所述第一功率放大器的输出端与单刀四掷开关的第一输出端连接，所述第二功率放大器的输出端与单刀四掷开关的第二输出端连接，所述第三功率放大器的输出端与单刀四掷开关的第三输出端连接，所述低噪声放大器的输入端与单刀四掷开关的第四输出端连接。
3.如权利要求2所述的多模射频前端集成芯片，其特征在于，所述功率放大器组的工作频带在30MHz～3.5GHz之间。
4.如权利要求3所述的多模射频前端集成芯片，其特征在于：
所述第一功率放大器的工作频段在30MHz－225MHz之间，支持超短波信号通信；
所述第二功率放大器的工作频段在225MHz－1GHz之间，支持宽带自组网和军用LTE信号通信；
所述第三功率放大器的工作频段在1GHz－3.5GHz之间，支持北斗卫星和天通卫星信号通信。
5.一种通信终端，其特征在于，包括根据权利要求2～4任一项所述的多模射频前端集成芯片。
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