CN112272045A - 一种接收通道带bypass功能的射频前端模组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种接收通道带bypass功能的射频前端模组，包括：逻辑控制电路、射频开关电路、LNA输入匹配电路、LNA输出匹配电路、主通路以及bypass旁路电路，其中，逻辑控制电路用于为其他各电路提供控制信号；射频开关电路用于切换接收/发送通道；LNA输入匹配电路用于对输入信号进行阻抗匹配；主通路用于正常工作时为模组提供信号通道；bypass旁路电路用于断电或停机时为模组提供信号通道；LNA输出匹配电路的输入端分别连接主通道和bypass旁路电路的输出端，用于为输出信号进行阻抗匹配。本发明有效阻止了泄漏信号进入接收通道，大大提高了隔离度；同时还改善了高增益和Bypass模式下接收通路的输出回波损耗。

Description

一种接收通道带bypass功能的射频前端模组

技术领域

本发明涉及射频技术领域，具体为一种接收通道带bypass功能的射频前端模组。

背景技术

射频前端是指在通讯系统中靠近天线部分的设备，是天线和中频(或基带)电路之间的部分，在这一段信号里以射频形式传输。射频前端模组主要由射频开关、低噪声放大器(Low Noise Amplifier，简称LNA)和功率放大器(Power Amplifier，简称PA)构成。其中，射频开关负责发送通道和接收通道的切换；功率放大器PA负责发射通道的射频信号放大；低噪声放大器LNA用于接收通道的小信号放大。常见的射频开关工艺采用GaAs pHEMT工艺、CMOS SOI工艺等，其中GaAs pHEMT工艺器件属于符合半导体工艺，其集成度很低，同时不兼容CMOS制程，SOI工艺虽然可以兼容CMOS制层，但成本相对较高。目前LNA大多采用GaAsHEMT/HBT工艺、SiGe HBT工艺、CMOS SOI工艺和普通Si-CMOS工艺，GaAs HEMT/HBT工艺成本较高且不易集成，Si-CMOS工艺成本低且容易集成化。而SiGe BiCMOS工艺不仅兼顾了电路中CMOS工艺的低成本、高集成度的优点以及SiGe HBT工艺的高效、高线性及高集成度等优点，最适合单一芯片实现小尺寸的射频前端模组。

基于SiGe BiCMOS工艺射频前端模组现有结构有三种工作模式，分别为高增益模式、Bypass模式和Tx(Transmit，发送)模式。

然而现有技术中，当其工作在Tx模式时，射频开关要容纳发射通道功率放大器放大的高频信号，由于接收通道的隔离度很低，发射通道的强射频信号会泄露到接收通道上，从而影响接收模组及系统的正常工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种接收通道带bypass功能的射频前端模组，旨在提高接收通道的隔离度。

本发明是这样实现的：

一种接收通道带bypass功能的射频前端模组，其特征在于，包括：逻辑控制电路、射频开关电路、LNA输入匹配电路、LNA输出匹配电路、主通路以及bypass旁路电路，其中，

所述逻辑控制电路用于为其他各电路提供控制信号；

所述射频开关电路用于切换接收/发送通道；

所述LNA输入匹配电路的输入端连接所述射频开关电路，用于对输入信号进行阻抗匹配；

所述主通路的输入端连接所述LNA输入匹配电路的输出端，用于正常工作时为模组提供信号通道；

所述bypass旁路电路的输入端连接所述LNA输入匹配电路，用于断电或停机时为模组提供信号通道；

所述LNA输出匹配电路的输入端分别连接所述主通道和bypass旁路电路的输出端，用于为输出信号进行阻抗匹配；

其中，所述bypass旁路电路包括第一至第十开关管、第一电容、第二电容和第一电阻，所述第一开关管和第二开关管并联连接，其并联的一端与LNA输入匹配电路的输出端连接，其并联的另一端分别与第三开关管和由第四开关管、第五开关管组成的并联电路串联，第四开关管和第五开关管并联连接后还依次串联由第六开关管、第七开关管组成的并联电路和第八开关管、第一电容组成的并联电路，第一电容和第八开关管并联的一端连接LNA输出匹配电路，第九开关管和第二电容并联连接后串联第十开关管和第一电阻组成的并联电路，第九开关管和第二电容并联的一端也连接LNA输出匹配电路，第三开关管的一端接地，第四开关管和第五开关管并联的一端接地，第十开关管和第一电阻并联的一端接地。

进一步，所述逻辑控制电路包括：第一与门、第二与门、第一非门、第二非门、或门和反相器，所述第一非门的输入端连接LNA_EN信号，所述第一非门的输出端输出第一控制信号，所述第一控制信号分别连接第一与门和第二与门的第一输入端，所述第一与门和第二与门的第二输入端均连接电源信号，所述第一与门的输出端输出第二控制信号，所述第二与门的输出端输出第三控制信号，所述第二非门的输入端输入电源信号，所述第二非门的输出端连接或门的第一输入端，所述或门的第二输入端连接LNA_EN信号，所述或门的输出端输出第四控制信号；所述反相器的输入端连接PA_EN信号，所述反相器的输出端输出PA_EN_N信号。

进一步，所述第一开关管的控制端连接第二控制信号，所述第二开关管、第六开关管和第十开关管的控制端连接第一控制信号，所述第三开关管的控制端连接电源信号，所述第四开关管的控制端连接第四控制信号，第五开关管、第八开关管和第九开关管的控制端连接PA_EN信号，所述第七开关管的控制端连接第三控制信号。

进一步，所述射频开关电路包括第十一开关管、第十二开关管和第十三开关管，所述第十一开关管和第十二开关管串联后与第十三开关管并联，所述第十一开关管和第十二开关管的输入端连接天线端，控制端连接PA_EN_N信号，所述第十三开关管的控制端连接PA_EN信号。

进一步，所述LNA输入匹配电路包括：第一匹配电容和第一电感，所述第一匹配电容的一端分别连接射频开关电路和第一电感的一端，所述第一匹配电容的另一端连接主通路，所述第一电感的另一端接地。

进一步，所述主通路包括：单级晶体管和第二电感，所述单级晶体管的基极连接LNA输入匹配电路，所述单级晶体管的发射极连接第二电感，所述单级晶体管的集电极连接LNA输出匹配电路。

进一步，所述LNA输出匹配电路包括第三电感和第二匹配电容，所述第二匹配电容的一端分别连接第三电感的一端和主通路，所述第二匹配电容的另一端连接信号接收RX端，所述第三电感的另一端接地。

进一步，所述模组还包括偏置电路，用于为LNA输入匹配电路和LNA输出匹配电路进行信号偏置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过在bypass旁路电路中设置第一至第十开关管、第一电容、第二电容以及第一电阻，使得该射频前端模组工作在Tx模式时，在发射通道的信号泄漏到输出匹配电路时能够将其引地输出，有效阻止了泄漏信号进入接收通道，大大提高了隔离度；同时该结构还改善了高增益和Bypass模式下接收通路的输出回波损耗，改善了噪声系数。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是本申请的一种接收通道带bypass功能的射频前端模组的结构图；

图2-1是本申请的逻辑控制电路的电路图一；

图2-2是本申请的逻辑控制电路的电路图二；

图2-3是本申请的逻辑控制电路的电路图三；

图3是本申请的射频前端模组的接收通道在高增益模式下的交流等效电路图；

图4是本申请的射频前端模组的接收通道在bypass模式下的交流等效电路图；

图5是本申请的射频前端模组的接收通道在Tx模式下的交流等效电路图；

图6是本申请的偏置电路的电路示意图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，一种接收通道带bypass功能的射频前端模组，包括：逻辑控制电路、射频开关电路、LNA输入匹配电路、LNA输出匹配电路、主通路以及bypass旁路电路，其中，

所述逻辑控制电路用于为其他各电路提供控制信号；

所述射频开关电路用于切换接收/发送通道；

所述LNA输入匹配电路的输入端连接所述射频开关电路，用于对输入信号进行阻抗匹配；

所述主通路的输入端连接所述LNA输入匹配电路的输出端，用于正常工作时为模组提供信号通道；

所述bypass旁路电路的输入端连接所述LNA输入匹配电路，用于断电或停机时为模组提供信号通道；

所述LNA输出匹配电路的输入端分别连接所述主通道和bypass旁路电路的输出端，用于为输出信号进行阻抗匹配；

其中，所述bypass旁路电路包括第一至第十开关管(M1-M10)、第一电容Cb1、第二电容Cb1和第一电阻R0，所述第一开关管M1和第二开关管M2并联连接，其并联的一端与LNA输入匹配电路的输出端连接，其并联的另一端分别与第三开关管M3和由第四开关管M4、第五开关管M5组成的并联电路串联，第四开关管M4和第五开关管M5并联连接后还依次串联由第六开关管M6、第七开关管M7组成的并联电路和第八开关管M8、第一电容Cb1组成的并联电路，第一电容Cb1和第八开关管M8并联的一端连接LNA输出匹配电路，第九开关管和第二电容并联连接后串联第十开关管和第一电阻R0组成的并联电路，第九开关管M9和第二电容Cb2并联的一端也连接LNA输出匹配电路，第三开关管M3的一端接地，第四开关管M4和第五开关管并联M5的一端接地，第十开关管M10和第一电阻R0并联的一端接地。

在本申请实施例中，第一开关管和M1和第二开关管M2并联构成第一大开关管SW1，第六开关管M6和第七开关管M7并联构成第二大开关管SW2。

进一步，如图2-1、图2-2和图2-3所示，所述逻辑控制电路包括：第一与门、第二与门、第一非门、第二非门、或门和反相器，所述第一非门的输入端连接LNA_EN信号，所述第一非门的输出端输出第一控制信号OT1，所述第一控制信号OT1分别连接第一与门和第二与门的第一输入端，所述第一与门和第二与门的第二输入端均连接电源信号V3，所述第一与门的输出端输出第二控制信号OT3，所述第二与门的输出端输出第三控制信号OT5，所述第二非门的输入端输入电源信号V3，所述第二非门的输出端连接或门的第一输入端，所述或门的第二输入端连接LNA_EN信号，所述或门的输出端输出第四控制信号OT7；所述反相器的输入端连接PA_EN信号，所述反相器的输出端输出PA_EN_N信号。

在本申请实施例中，LNA_EN信号是低噪声放大器的工作使能信号，当低噪声放大器工作时，LNA_EN信号为高电平。PA_EN是功率放大器工作时的工作使能信号，当功率放大器工作时，PA_EN信号为高电平，当PA_EN为高电平时，PA_EN_N信号为低电平。

在本申请实施例中，该射频模组有三种工作模式，即高增益模式，bypass模式和TX模式。当电源信号V3为高电平，LNA_EN信号为高电平，PA_EN信号为低电平时，射频模组为高增益模式；接收通道开启工作，当电源信号V3为高电平，LNA_EN信号为低电平，PA_EN信号为低电平时，射频模组为Bypass模式；即停机或断电情况下，由bypass旁路电路开启工作，保证信号的正常传输。当电源信号V3为低电平，LNA_EN信号为低电平，PA_EN信号为高电平时，射频模组为Tx模式，即发射通道开启工作。

具体的，如图2-1，图2-2和图2-3所示，当工作在高增益模式时，第一控制信号OT1为低电平，第二控制信号OT3为高电平，第三控制信号OT5为高电平，第四控制信号OT7为高电平。

当工作在bypass模式时，第一控制信号OT1为高电平，第二控制信号OT3为高电平，第三控制信号OT5为高电平，第四控制信号OT7为低电平。

当工作在TX模式时，第一控制信号OT1为高电平，第二控制信号OT3为高电平，第三控制信号OT5为高电平，第四控制信号OT7为低电平。

进一步，所述第一开关管M1的控制端连接第二控制信号OT3，所述第二开关管M2、第六开关管M6和第十开关管M10的控制端连接第一控制信号OT1，所述第三开关管M3的控制端连接电源信号V3，所述第四开关管M4的控制端连接第四控制信号OT7，第五开关管M5、第八开关管M8和第九开关管M9的控制端连接PA_EN信号，所述第七开关管M9的控制端连接第三控制信号OT5。

在本申请实施例中，第一控制信号OT1和第二控制信号OT3控制第一大开关SW1的开关，当第一控制信号OT1和第二控制信号OT3均为高电平时，第一大开关SW1闭合，等效为第一导通电阻R1,当第一控制信号OT1或第二控制信号OT3为低电平时，第一大开关SW1断开，等效为第一关断电容Co1。

电源信号V3控制第三开关管M3的开关，当电源信号V3为高电平时，第三开关管M3闭合，等效为第二导通电阻R2。

第一控制信号OT1和第三控制信号OT5控制第二大开关SW2的开关，当第一控制信号OT1和第三控制信号OT5均为高电平时，第二大开关SW2闭合，等效为第三导通电阻R3，当第一控制信号OT1和第三控制信号OT5均为低电平，第二大开关SW2闭合，等效为第二关断电容C02。

第四控制信号OT7控制第四开关管M4的开关，当第四控制信号OT7为高电平时，第四开关管M4闭合，等效为第四导通电阻R4,当第四控制信号OT7为低电平时，第四开关管M4断开，等效为第三关断电容Co4。

PA_EN信号控制第五开关管M5、第八开关管M8和第九开关管M9的开关。当PA_EN信号为高电平时，第五开关管M5闭合，等效为第五导通电阻R5；第八开关管M8闭合，等效为第六导通电阻R8，第九开关管M9闭合，等效为第七导通电阻R9；当PA_EN为低电平，第五开关管M5断开，等效为第四关断电容Co5，第八开关管M8断开，等效为第五关断电容Co8，第九开关管M9断开，等效为第六关断电容Co9。

第一控制信号控制第十开关管M10，当第一控制信号OT1为高电平时，第十开关管M10闭合，等效为第八导通电阻R10，当第一控制信号OT1为低电平时，第十开关管M10断开，等效为第七关断电容C10。

根据上述的等效原理，可以将射频前端模组的结构图等效为如图3-图4所示的交流等效电路图。

具体的，当工作在高增益模式时，等效成如图3所示的电路图，第一控制信号OT1为低电平，第二控制信号OT3为高电平，第一大开关管等效为第一关断电容Co1；电源信号V3为高电平，第三开关管等效为第二导通电阻R2；第四开关管等效为第四导通电阻R4，第五开关管等效为第四关断电容Co5，依次类推，在此不再赘述。且将bypass旁路电路和LNA输出匹配电路共同等效为输出匹配单元。

其中，在该输出匹配单元中，由于第一电容Cb1与第五关断电容Co8，第四导通电阻R4与第四管关断电容Co5、第一电阻R0与第七关断电容C10以及第二电容Cb2与第六关断电容Co9为并联关系。第一电容Cb1与第五关断电容Co8并联的等效电容值相比第一电容Cb1与第五关断电容Co8都要大一些，等效阻抗较小，从单级晶体管HP的集电极反射回输入的信号一部分能够通过第一电容Cb1、第五关断电容Co8、第二关断电容Co2、第四导通电阻R4和第四关断电容Co5的通路以及第二电容Cb2、第六关断电容Co9、第一电阻R0、第七关断电容C10通路接地处理，减少了信号反射，相对现有技术输出回波损耗改善了1dB。

当工作在bypass模式时，等效成如图4所示的电路图，其中第一电容Cb1与第五关断电容Co8、第三关断电容Co4和第四关断电容Co5、第二电容Cb2和第七关断电容Co9为并联关系，等效电容值较单个电容值大一些，等效阻抗更小，从单级晶体管HP集电极反射回输入的信号一部分能够通过第一电容Cb1、第五关断电容Co8、第三导通电阻R3、第三关断电容Co4和第四关断电容Co5组成的通路以及第二电容Cb2、第六关断电容Co9、第一电阻R0和第八导通电阻R10组成的通路接地处理,减少了信号反射。相对现有技术输出回波损耗改善了0.5dB，噪声系数改善0.1dB。

当工作在TX模式时，等效成如图5所示的电路图。在该结构中，将第一电容Cb1、第二电容Cb2和第三关断电容Co4电容值设置为很小的数值，使其等效阻抗很大；第三导通电阻R3、第五导通电阻R5、第六导通电阻R8和第七导通电阻R9的电阻值设置为很小的数值，使其近似为短路。当发射通道的Tx端泄露过来的信号到输出匹配单元时，第一电容Cb1被第六导通电阻R8短路，第二电容Cb2被第七导通电阻R9短路，第三导通电阻Co4被第五导通电阻R5短路，第一电阻R0被第八导通电阻R10短路，泄漏到接收通道输出匹配单元的信号通过第六导通电阻R8、第三导通电阻R3、第五导通电阻R5、第七导通电阻R9和第八导通电阻R10直接短路到地，RX端不受影响。相对现有技术隔离度提升10dB。

进一步，所述射频开关电路包括第十一开关管G1、第十二开关管G2和第十三开关管G3，所述第十一开关管G1和第十二开关管G2串联后与第十三开关管G3并联，所述第十一开关管G1和第十二开关管G2的输入端连接天线端ANT，控制端连接PA_EN_N信号，所述第十三开关管G3的控制端连接PA_EN信号。

在本申请实施例中，如图1所示，当PA_EN信号为低电平时，PA_EN_N信号为高电平，第十三开关管G3处于截止状态，第十一开关管G1和第十二开关管G2处于导通状态，即射频开关切换至接收通道，接收通道开始工作，接收天线端ANT发送的信号。当PA_EN信号为高电平时，PA_EN_N信号为低电平，则第十三开关管G3处于导通状态，第十一开关管G1和第十二开关管G2处于截止状态。

进一步，所述LNA输入匹配电路包括：第一匹配电容C1和第一电感L1，所述第一匹配电容C1的一端分别连接射频开关电路和第一电感L1的一端，所述第一匹配电容C1的另一端连接主通路，所述第一电感L1的另一端接地。LNA输入匹配电路将输入阻抗匹配至标准阻抗50欧姆。

进一步，所述主通路包括：单级晶体管HP和第二电感L2，所述单级晶体管HP的基极连接LNA输入匹配电路，所述单级晶体管HP的发射极连接第二电感L2，所述单级晶体管HP的集电极连接LNA输出匹配电路。

进一步，所述LNA输出匹配电路包括第三电感L3和第二匹配电容C3，所述第二匹配电容C3的一端分别连接第三电感L3的一端和主通路，所述第二匹配电容C3的另一端连接信号接收RX端，所述第三电感L3的另一端接地。

进一步，如图6所示，所述模组还包括偏置电路，采用电流镜结构的的自适应偏置结构，用于为LNA输入匹配电路和LNA输出匹配电路进行信号偏置。

以上仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种接收通道带bypass功能的射频前端模组，其特征在于，包括：逻辑控制电路、射频开关电路、LNA输入匹配电路、LNA输出匹配电路、主通路以及bypass旁路电路，其中，

所述逻辑控制电路用于为其他各电路提供控制信号；

所述射频开关电路用于切换接收/发送通道；

所述LNA输入匹配电路的输入端连接所述射频开关电路，用于对输入信号进行阻抗匹配；

所述主通路的输入端连接所述LNA输入匹配电路的输出端，用于正常工作时为模组提供信号通道；

所述bypass旁路电路的输入端连接所述LNA输入匹配电路，用于断电或停机时为模组提供信号通道；

所述LNA输出匹配电路的输入端分别连接所述主通道和bypass旁路电路的输出端，用于为输出信号进行阻抗匹配；

其中，所述bypass旁路电路包括第一至第十开关管、第一电容、第二电容和第一电阻，所述第一开关管和第二开关管并联连接，其并联的一端与LNA输入匹配电路的输出端连接，其并联的另一端分别与第三开关管和由第四开关管、第五开关管组成的并联电路串联，第四开关管和第五开关管并联连接后还依次串联由第六开关管、第七开关管组成的并联电路和第八开关管、第一电容组成的并联电路，第一电容和第八开关管并联的一端连接LNA输出匹配电路，第九开关管和第二电容并联连接后串联第十开关管和第一电阻组成的并联电路，第九开关管和第二电容并联的一端也连接LNA输出匹配电路，第三开关管的一端接地，第四开关管和第五开关管并联的一端接地，第十开关管和第一电阻并联的一端接地。

2.根据权利要求1所述的一种接收通道带bypass功能的射频前端模组，其特征在于，所述逻辑控制电路包括：第一与门、第二与门、第一非门、第二非门、或门和反相器，所述第一非门的输入端连接LNA_EN信号，所述第一非门的输出端输出第一控制信号，所述第一控制信号分别连接第一与门和第二与门的第一输入端，所述第一与门和第二与门的第二输入端均连接电源信号，所述第一与门的输出端输出第二控制信号，所述第二与门的输出端输出第三控制信号，所述第二非门的输入端输入电源信号，所述第二非门的输出端连接或门的第一输入端，所述或门的第二输入端连接LNA_EN信号，所述或门的输出端输出第四控制信号；所述反相器的输入端连接PA_EN信号，所述反相器的输出端输出PA_EN_N信号。

3.根据权利要求2所述的一种接收通道带bypass功能的射频前端模组，其特征在于，所述第一开关管的控制端连接第二控制信号，所述第二开关管、第六开关管和第十开关管的控制端连接第一控制信号，所述第三开关管的控制端连接电源信号，所述第四开关管的控制端连接第四控制信号，第五开关管、第八开关管和第九开关管的控制端连接PA_EN信号，所述第七开关管的控制端连接第三控制信号。

4.根据权利要求1所述的一种接收通道带bypass功能的射频前端模组，其特征在于，所述射频开关电路包括第十一开关管、第十二开关管和第十三开关管，所述第十一开关管和第十二开关管串联后与第十三开关管并联，所述第十一开关管和第十二开关管的输入端连接天线端，控制端连接PA_EN_N信号，所述第十三开关管的控制端连接PA_EN信号。

5.根据权利要求1所述的一种接收通道带bypass功能的射频前端模组，其特征在于，所述LNA输入匹配电路包括：第一匹配电容和第一电感，所述第一匹配电容的一端分别连接射频开关电路和第一电感的一端，所述第一匹配电容的另一端连接主通路，所述第一电感的另一端接地。

6.根据权利要求1所述的一种接收通道带bypass功能的射频前端模组，其特征在于，所述主通路包括：单级晶体管和第二电感，所述单级晶体管的基极连接LNA输入匹配电路，所述单级晶体管的发射极连接第二电感，所述单级晶体管的集电极连接LNA输出匹配电路。

7.根据权利要求1所述的一种接收通道带bypass功能的射频前端模组，其特征在于，所述LNA输出匹配电路包括第三电感和第二匹配电容，所述第二匹配电容的一端分别连接第三电感的一端和主通路，所述第二匹配电容的另一端连接信号接收RX端，所述第三电感的另一端接地。

8.根据权利要求1所述的一种接收通道带bypass功能的射频前端模组，其特征在于，所述模组还包括偏置电路，用于为LNA输入匹配电路和LNA输出匹配电路进行信号偏置。

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