CN112422146B

CN112422146B - 无线收发装置

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Publication number: CN112422146B
Application number: CN201910783888.3A
Authority: CN
Inventors: 陈家源; 施冠宇; 李珈谊
Original assignee: Realtek Semiconductor Corp
Current assignee: Realtek Semiconductor Corp
Priority date: 2019-08-23
Filing date: 2019-08-23
Publication date: 2022-03-11
Anticipated expiration: 2039-08-23
Also published as: CN112422146A

Abstract

本公开提供一种无线收发装置，包含一天线单元可接收第一射频信号或发射第二射频信号。一第一匹配单元电性连接天线单元及一接收电路，第一匹配单元与接收电路形成一第一信号接收通道，用以在第一射频信号为高低增益射频信号时，接收第一射频信号。一第二匹配单元电性连接天线单元及一发射电路，第二匹配单元与发射电路形成一信号发射通道，用以发射第二射频信号。一旁路耦合电路电性连接接收电路及第二匹配单元，第二匹配单元、旁路耦合电路及接收电路形成一第二信号接收通道，用以在第一射频信号为中等增益射频信号时，接收第一射频信号。

Description

无线收发装置

技术领域

本公开涉及一种射频(RF)前端技术，特别涉及一种具有良好线性度的无线收发装置。

背景技术

在现有射频收发电路中，主要由发射电路(TX)和接收电路(RX)组成，此两电路通常是单独设计的，并通过适当的匹配单元与天线结合，用以发射或接收无线射频信号。

为了达到宽接收功率范围，有多种选项可以衰减或增强在接收电路中的信号功率。然而，在设计不同的增益设置时，线性度可能会受到与信号路径并联的关闭状态(off-state)开关元件的限制，当接收到较大的功率信号时，关闭状态的开关元件将会受到大信号摆动(signal swing)的影响，导致接收电路的线性度降低，这种情况尤其会发生在中等增益(middle-gain)的信号时。

发明内容

有鉴于此，本公开提出一种无线收发装置，包含一天线单元、一第一匹配单元、一接收电路、一第二匹配单元、一发射电路以及一旁路耦合电路。天线单元可接收第一射频信号或发射第二射频信号。第一匹配单元电性连接天线单元及接收电路，第一匹配单元与接收电路形成一第一信号接收通道，用以在第一射频信号为高低增益射频信号时，接收第一射频信号。第二匹配单元电性连接天线单元及发射电路，第二匹配单元与发射电路形成一信号发射通道，用以发射第二射频信号。旁路耦合电路电性连接接收电路及第二匹配单元，第二匹配单元、旁路耦合电路及接收电路形成一第二信号接收通道，用以在第一射频信号为中等增益射频信号时，接收第一射频信号。

本公开还提出一种无线收发装置，包含一天线单元、一第一匹配单元、一接收电路、第二匹配单元、一发射电路、一第三匹配电路以及一旁路耦合电路。天线单元可以接收第一射频信号或发射第二射频信号。第一匹配单元电性连接天线单元及接收电路，第一匹配单元与接收电路形成一第一信号接收通道，用以在第一射频信号为高低增益射频信号时，接收第一射频信号。第二匹配单元电性连接天线单元及发射电路，第二匹配单元与发射电路形成一信号发射通道，用以发射第二射频信号。第三匹配单元电性连接天线单元及旁路耦合电路，且旁路耦合电路电性连接接收电路，第三匹配单元、旁路耦合电路及接收电路形成一第二信号接收通道，用以在第一射频信号为中等增益射频信号时，接收第一射频信号。

依据一些实施例，上述的旁路耦合电路为电容分压式耦合电路、电阻分压式耦合电路或主动元件式耦合电路。

综上所述，为克服线性度(linearity)的限制，本公开提出的无线收发装置可以在信号接收模式下利用旁路耦合电路搭配匹配单元来接收中等增益射频信号，以提高接收电路的线性度，并可使无线收发电路的电路设计更具弹性。

附图说明

图1是根据本公开无线收发装置的一实施例的方框示意图。

图2是根据本公开无线收发装置的一实施例的电路示意图。

图3是根据本公开无线收发装置的另一实施例的方框示意图。

图4是根据本公开无线收发装置的另一实施例的电路示意图。

图5是根据本公开一实施例的使用电容分压式耦合电路的无线收发装置的电路示意图。

图6是根据本公开一实施例的使用电阻分压式耦合电路的无线收发装置的电路示意图。

图7是根据本公开一实施例的使用主动元件式耦合电路的无线收发装置的电路示意图。

符号说明

10 无线收发装置

12 天线单元

121 天线

122 开关电路

14 第一匹配单元

16 接收电路

161 低噪声放大器

162 混频器

18 第二匹配单元

181 电感对

20 旁路耦合电路

22 发射电路

24 模拟数字转换电路

26 处理器

28 数字模拟转换电路

30 第三匹配单元

301 电感对

C1、C1’、C2、C3、C4、C5、C6、C7 电容

L1 第一电感

L2、L2’ 第二电感

L3、L3’ 第三电感

R1、R2、R3、R4 电阻

SW1、SW2、SW3、SW4、SW5 开关元件

T1、T2、T3、T4 晶体管元件

具体实施方式

图1是根据本公开无线收发装置的一实施例的方框示意图，请参阅图1所示，无线收发装置10包含有一天线单元12、一第一匹配单元14、一接收电路16、一第二匹配单元18、一旁路耦合电路20以及一发射电路22。天线单元12用以接收一第一射频信号或发射一第二射频信号，其中天线单元12更进一步包含一天线121及一开关电路122，天线121电性连接至开关电路122，以利用开关电路122切换信号发射模式或信号接收模式。第一匹配单元14电性连接天线单元12及接收电路16，接收电路16进一步电性连接至后端的模拟数字转换电路24，模拟数字转换电路24再电性连接至处理器26，无线收发装置10在信号接收模式时，天线单元12接收第一射频信号后，使第一射频信号经过第一匹配单元14传送至接收电路16，接收电路16再将模拟信号的第一射频信号传送至模拟数字转换电路24转换为数字信号后，传送至处理器26处理。第二匹配单元18电性连接天线单元12及发射电路22，发射电路22进一步电性连接至后端的数字模拟转换电路28，数字模拟转换电路28再电性连接至处理器26，无线收发装置10在信号发射模式时，处理器26将待传送的数字信号传送给数字模拟转换电路28，数字模拟转换电路28将此数字信号转换为模拟信号并传送给发射电路22，发射电路22根据此模拟信号产生第二射频信号再按序经过第二匹配单元18及天线单元12发射出去。

其中，第一匹配单元14与接收电路16形成一第一信号接收通道，用以在第一射频信号为高低增益射频信号时，接收第一射频信号。第二匹配单元18与发射电路22形成一信号发射通道，用以发射第二射频信号。而为了克服线性度的限制，本公开增设有旁路耦合电路20，其电性连接接收电路16及第二匹配单元18，旁路耦合电路20与发射电路22共用第二匹配单元18，使第二匹配单元18、旁路耦合电路20及接收电路16形成一第二信号接收通道，用以在第一射频信号为中等增益射频信号时，接收第一射频信号。由于在传输中等增益射频信号的路径(第二信号接收通道)上，并没有开关元件存在，所以不会受到关闭状态的开关元件影响，故可以提高接收电路16的线性度。

在一实施例中，天线单元12接收到第一射频信号，第一射频信号可依据信号所需的增益大小来区分为高增益射频信号、中等增益射频信号及低增益射频信号，当所需的增益数值在-30dBm以上时为高增益射频信号，当所需的增益数值介于-50dBm～-30dBm之间时为中等增益射频信号，当所需的增益数值在-50dBm以下时为低增益射频信号。“高低增益射频信号”表示该信号为高增益射频信号或低增益射频信号。然而以上数值仅为举例，本发明并不以此为限，只要将信号所需的增益大小至少区分为高、中、低三范围者，均属本发明的范围。

图2是根据本公开无线收发装置的一实施例的电路示意图。在一实施例中，请同时参阅图1及图2所示，在无线收发装置10中，接收电路16至少包含一低噪声放大器(LNA)161及一混频器(Mixer)162，低噪声放大器161电性连接第一匹配单元14，高低增益射频信号经过第一匹配单元14匹配之后会进入低噪声放大器161，低噪声放大器161对高低增益射频信号进行信号衰减或放大；混频器162电性连接低噪声放大器161及后端电路(模拟数字转换电路24)，用以接收高低增益射频信号并进行降频后传输到后端做信号处理。另一方面，旁路耦合电路20亦电性连接混频器162，使混频器162用以接收来自旁路耦合电路20的中等增益射频信号并进行降频后传输到后端做信号处理。

在一实施例中，第一匹配单元14包含一第一电感L1及一开关元件SW1，第一电感L1电性连接天线单元12及低噪声放大器161，开关元件SW1的一端电性连接至第一电感L1及低噪声放大器161之间，开关元件SW1的另一端则电性连接至接地端。无线收发装置10在信号接收模式时，当开关元件SW1为非导通状态(开路)时，利用第一电感L1、低噪声放大器161及混频器162形成的第一信号接收通道传输高低增益射频信号；当开关元件SW1为导通状态(短路)时，低噪声放大器161为关闭状态，此时利用第二匹配单元18、旁路耦合电路20及混频器162形成的第二信号接收通道传输中等增益射频信号。而在无线收发装置10处于信号发射模式时，由于第二射频信号的功率较大，为了避免功率较大的第二射频信号影响接收电路16的低噪声放大器161，此时开关元件SW1为导通状态，以便将多余的功率导通至接地端，并借此保护接收电路16的低噪声放大器161。

在一实施例中，第二匹配单元18包含有至少一被动元件以及一电感对181，被动元件在此是以电容C1为例但不限于此，电容C1电性连接至天线单元12及接地端，电感对181具有一第二电感L2及一第三电感L3，第二电感L2并联电容C1，第三电感L3电性连接发射电路22，且第三电感L3亦电性连接至旁路耦合电路20，电感对181用以将单一信号转换为差分信号，或是将差分信号转换为单一信号。

请参阅图1及图2所示，无线收发装置10在信号接收模式时，当第一射频信号为高低增益射频信号，处理器26控制开关元件SW1保持非导通状态时，利用第一电感L1、低噪声放大器161及混频器162形成的第一信号接收通道，用以接收并传输高低增益射频信号。当第一射频信号变为中等增益射频信号时，处理器26控制开关元件SW1由非导通状态转换为导通状态时，且处理器26亦控制低噪声放大器161为关闭状态，此时，在信号接收模式下旁路耦合电路20利用第二匹配单元18，亦即利用电容C1、第二电感L2、第三电感L3、旁路耦合电路20及混频器162形成的第二信号接收通道来接收并传输中等增益射频信号。另外，在无线收发装置10处于信号发射模式时，处理器26控制开关元件SW1呈现导通状态，此时，利用发射电路22及第三电感L3、第二电感L2与电容C1形成的信号发射通道来传输第二射频信号，并通过天线单元12发射出去。在一实施例中，发射电路22的电路结构并非本公开重点，故于此不特别说明其细节。

图3是根据本公开无线收发装置的另一实施例的方框示意图，请参阅图3所示，无线收发装置10包含有天线单元12、第一匹配单元14、接收电路16、第二匹配单元18、发射电路22、第三匹配单元30以及旁路耦合电路20。

天线单元12选择性接收一第一射频信号或发射一第二射频信号。第一匹配单元14电性连接天线单元12及接收电路16，第一匹配单元14与接收电路16形成第一信号接收通道，用以在第一射频信号为高低增益射频信号时，接收并传输第一射频信号。第二匹配单元18电性连接天线单元12及发射电路22，第二匹配单元18与发射电路22形成一信号发射通道，用以传输并发射第二射频信号。第三匹配单元30电性连接天线单元12及旁路耦合电路20，且旁路耦合电路20电性连接接收电路16，第三匹配单元30、旁路耦合电路20及接收电路16形成第二信号接收通道，用以在第一射频信号为中等增益射频信号时，接收并传输第一射频信号。

在一实施例中，请同时参阅图3及图4所示，第一匹配单元14、接收电路16、第二匹配单元18的详细电路与前述实施例相同，故于此不再赘述。于此实施例中，旁路耦合电路20不使用第二匹配单元18，而是单独使用第三匹配单元30，且第三匹配单元30可以与第二匹配单元18使用相同或不相同的电路结构，在此是以使用相同的电路结构为例，因此，第三匹配单元30包含至少一被动元件以及一电感对301，被动元件在此是以电容C1’为例但不限于此，电容C1’电性连接至天线单元12及接地端，电感对301具有一第二电感L2’及一第三电感L3’，第二电感L2’并联电容C1’，第三电感L3’电性连接至旁路耦合电路20。

请参阅图3及图4所示，无线收发装置10在信号接收模式时，当第一射频信号为高低增益射频信号，处理器26控制开关元件SW1保持非导通状态时，利用第一电感L1、低噪声放大器161及混频器162形成的第一信号接收通道，用以接收并传输高低增益射频信号。当第一射频信号变为中等增益射频信号时，处理器26控制开关元件SW1由非导通状态转换为导通状态时，且处理器26亦控制低噪声放大器161为关闭状态，此时，同样在信号接收模式下，利用电容C1’、第二电感L2’、第三电感L3’、旁路耦合电路20及混频器162形成的第二信号接收通道来接收并传输中等增益射频信号。另外，在无线收发装置10处于信号发射模式时，处理器26控制开关元件SW1呈现导通状态，此时，利用发射电路22及第三电感L3、第二电感L2与电容C1形成的信号发射通道来传输第二射频信号。

不管是在图1及图2所示的无线收发装置10中使用的旁路耦合电路20，亦或是在图3及图4所示的无线收发装置10中使用的旁路耦合电路20，皆可具有不同的电路结构设计，以下是以图2所示的实施例来进一步说明旁路耦合电路20的各种实施例。

在一实施例中，请参阅图5所示，旁路耦合电路20为电容分压式耦合电路，此旁路耦合电容20包含四个电容C2、C3、C4、C5及两个开关元件SW2、SW3，此开关元件SW2、SW3的动作由后端的处理器控制，并与开关元件SW1同步运行。当开关元件SW2、SW3导通时，此旁路耦合电路20导通而与电容C1、第二电感L2、第三电感L3及混频器162形成第二信号接收通道，故可在信号接收模式下，接收并传输中等增益射频信号。

在一实施例中，请参阅图6所示，旁路耦合电路20为电阻分压式耦合电路，此旁路耦合电容20包含四个电阻R1、R2、R3、R4及两个开关元件SW4、SW5，此开关元件SW4、SW5的动作由后端的处理器控制，并与开关元件SW1同步运行。当开关元件SW4、SW5导通时，此旁路耦合电路20导通而与电容C1、第二电感L2、第三电感L3及混频器162形成第二信号接收通道，故可在信号接收模式下，接收并传输中等增益射频信号。

在一实施例中，请参阅图7所示，旁路耦合电路20为主动元件式耦合电路，此旁路耦合电路20包含两个电容C6、C7及四个晶体管元件T1、T2、T3、T4，这些晶体管元件T1、T2、T3、T4的动作由后端的处理器控制，并与开关元件SW1同步运行。当晶体管元件T1、T2、T3、T4导通时，此旁路耦合电路20导通而与电容C1、第二电感L2、第三电感L3及混频器162形成第二信号接收通道，故可在信号接收模式下，接收并传输中等增益射频信号。

当然，前述图5至图7所使用的旁路耦合电路20亦可以应用于图4所示的无线收发装置10中，故可以参考前述实施范例而简单转用，于此不再赘述。

因此，本公开提出的无线收发装置可以在信号接收模式下利用旁路耦合电路来接收中等增益射频信号，使旁路耦合电路可以共用发射路径上的匹配单元(第二匹配单元)或是配置成使用独立的匹配单元(第三匹配单元)，所以在接收信号时不会受到关闭状态(非导通状态)的开关元件影响，故可以提高接收电路的线性度，并可使无线收发电路的电路设计更具弹性，以提供一个线性度佳的信号传输方式。

以上所述的实施例仅为说明本公开的技术思想及特点，其目的在于使本领域技术人员能够了解本公开的内容并据以实施，当不能以之限定本公开的权利要求，即大凡依本申请所公开的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本公开的权利要求内。

Claims

1.一种无线收发装置，包含：

一天线单元，用以接收一第一射频信号或发射一第二射频信号；

一第一匹配单元，电性连接该天线单元；

一接收电路，电性连接该第一匹配单元，该第一匹配单元与该接收电路形成一第一信号接收通道，用以在该第一射频信号为高增益射频信号或低增益射频信号时，接收该第一射频信号；

一第二匹配单元，电性连接该天线单元；

一发射电路，电性连接该第二匹配单元，该第二匹配单元与该发射电路形成一信号发射通道，用以发射该第二射频信号；以及

一旁路耦合电路，电性连接该接收电路及该第二匹配单元，该第二匹配单元、该旁路耦合电路及该接收电路形成一第二信号接收通道，用以在该第一射频信号为中等增益射频信号时，接收该第一射频信号。

2.如权利要求1所述的无线收发装置，其中该接收电路还包含：

一低噪声放大器，电性连接该第一匹配单元，以接收经过该第一匹配单元匹配的该高增益射频信号或低增益射频信号并进行信号放大；

一混频器，电性连接该低噪声放大器，用以接收该高增益射频信号或低增益射频信号并进行降频后传输到后端处理；以及

该旁路耦合电路电性连接该混频器，使该混频器用以接收该中等增益射频信号并进行降频后传输到后端处理。

3.如权利要求2所述的无线收发装置，其中该第一匹配单元还包含：

一第一电感，电性连接该天线单元及该低噪声放大器；以及

一开关元件，其一端电性连接该第一电感及该低噪声放大器之间，另一端连接至一接地端；该开关元件为非导通状态时，利用该第一电感、该低噪声放大器及该混频器形成的该第一信号接收通道传输该高增益射频信号或低增益射频信号；该开关元件为导通状态时，该低噪声放大器为关闭状态，利用该第二匹配单元、该旁路耦合电路及该混频器形成的该第二信号接收通道传输该中等增益射频信号。

4.如权利要求3所述的无线收发装置，其中该第二匹配单元还包含：

至少一被动元件，电性连接至该天线单元及该接地端；以及

一电感对，具有一第二电感及一第三电感，该第二电感并联该被动元件，且该第三电感电性连接该发射电路及该旁路耦合电路。

5.如权利要求1所述的无线收发装置，其中该旁路耦合电路为电容分压式耦合电路、电阻分压式耦合电路或主动元件式耦合电路。

6.一种无线收发装置，包含：

一第一匹配单元，电性连接该天线单元；

一第二匹配单元，电性连接该天线单元；

一发射电路，电性连接该第二匹配单元，该第二匹配单元与该发射电路形成一信号发射通道，用以发射该第二射频信号；

一第三匹配单元，电性连接该天线单元；以及

一旁路耦合电路，电性连接该第三匹配单元及该接收电路，该第三匹配单元、该旁路耦合电路及该接收电路形成一第二信号接收通道，用以在该第一射频信号为中等增益射频信号时，接收该第一射频信号。

7.如权利要求6所述的无线收发装置，其中该接收电路还包含：

8.如权利要求7所述的无线收发装置，其中该第一匹配单元还包含：

一第一电感，电性连接该天线单元及该低噪声放大器；以及

一开关元件，其一端电性连接该第一电感及该低噪声放大器之间，另一端连接至一接地端；该开关元件为非导通状态时，利用该第一电感、该低噪声放大器及该混频器形成的该第一信号接收通道传输该高增益射频信号或低增益射频信号；该开关元件为导通状态时，该低噪声放大器为关闭状态，利用该第三匹配单元、该旁路耦合电路及该混频器形成的该第二信号接收通道传输该中等增益射频信号。

9.如权利要求8所述的无线收发装置，其中该第二匹配单元还包含：

至少一被动元件，电性连接至该天线单元及该接地端；以及

一电感对，具有一第二电感及一第三电感，该第二电感并联该被动元件，且该第三电感电性连接该发射电路。

10.如权利要求8所述的无线收发装置，其中该第三匹配单元还包含：

至少一被动元件，电性连接至该天线单元及该接地端；以及

一电感对，具有一第二电感及一第三电感，该第二电感并联该被动元件，且该第三电感电性连接该旁路耦合电路。