CN113131959A - 一种射频前端装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种射频前端装置，包括至少两路射频收发通路，每一所述射频收发通路包括功率放大器、匹配网络、开关组以及滤波器，其中：所述功率放大器的输入端输入射频信号，以及该功率放大器的输出端连接所述匹配网络的输入端；所述开关组包括第一单刀单掷开关、第二单刀单掷开关、第三单刀单掷开关、第一电容以及第二电容；所述第一单刀单掷开关的一端连接所述匹配网络的输出端、另一端连接所述滤波器的输入端，所述第二单刀单掷开关连接所述匹配网络的输出端、另一端通过第一电容接地，所述第三单刀单掷开关连接所述所述滤波器的输入端、另一端通过第二电容与射频信号接收端连接。本发明可以有效降低整个射频前端装置的成本、提高射频开关隔离度以及提高射频前端装置的集成度。

Description

一种射频前端装置

技术领域

本发明涉及电子通信技术器件领域，尤其涉及一种射频前端装置。

背景技术

射频前端装置是手持移动通信产品(例如手机)的重要组成部分之一， 其位于靠近手持移动通信产品天线的位置，关系到手持移动通信产品射频信 号的接收和发射，其性能的好坏直接决定了手持移动通信产品通信质量的好 坏。下面，结合图1对现有技术中常见的射频前端装置的结构进行介绍。请参 考图1，图1是现有技术中常见的射频前端装置的结构示意图，该射频前端装 置适用于在两个不同频段上工作的手持移动通信产品。如图所示，该射频前 端装置包括低频功率放大器(图中以LB PA表示)、低频匹配网络、高频功率放大器(图中以HB PA表示)、高频匹配网络以及射频开关。其中，低频功 率放大器和低频匹配网络构成低频发射路径，高频功率放大器和高频匹配网 络构成高频发射路径，射频开关采用单刀四掷开关，该单刀四掷开关分别用 S1、S2、S3以及S4表示，其中，低频发射路径(通过发射端Tx_LB)与S1连 接，高频发射路径(通过发射端Tx_HB)与S2连接，S3(通过接收端Rx_LB) 与低频接收路径连接，S4(通过接收端Rx_HB)与高频接收路径连接。具体 地，当S1闭合，S2、S3以及S4断开时，射频前端装置工作在低频信号发射状 态下，低频信号通过低频发射路径到达S1后由天线进行发射；当S3闭合，S1、 S2以及S4断开时，射频前端装置工作在低频信号接收状态下，天线接收的射 频信号到达S3后进入低频接收路径；当S2闭合，S1、S3以及S4断开时，射频 前端装置工作在高频信号发射状态下，高频信号通过高频发射路径到达S2后 由天线进行发射；当S4闭合，S1、S2以及S3断开时，射频前端装置工作在高 频信号接收状态下，天线接收的射频信号达到S4后进入高频接收路径。

通过上述描述可知，射频开关的作用主要是在不同的频段之间以及信号 发射与接收之间进行功能切换并提供足够高的隔离度。需要说明的是，在射 频开关工作的过程中，射频开关需要通过较大功率的信号，承受的电压也较 高。这样就需要设计能够承受功率较高和电压摆幅较大的射频开关，否则将 会导致射频开关的击穿损坏。

由于SOI工艺具有绝缘衬底和较高的功率承受容量，因此，在现有技术中， 通常采用SOI工艺来实现射频开关以满足上述设计要求。但是，采用SOI工艺 的射频开关仍存在以下的不足之处：

第一、相较于CMOS等工艺，SOI工艺的实现成本较高，也就是说，采用 SOI工艺实现射频开关将相应导致整个射频前端装置成本的提高；

第二、功率放大器设计的趋势是采用CMOS工艺，由于SOI工艺与CMOS 工艺之间存在一定的差异性，因此，采用SOI工艺的射频开关与采用CMOS 工艺的功率放大器无法集成在一起，不利于产品集成度的提高。

发明内容

为了克服现有技术中的上述缺陷，本发明提供了一种射频前端装置，该 射频前端装置包括至少两路射频收发通路，每一所述射频收发通路包括功率 放大器、匹配网络、开关组以及滤波器，其中：

所述功率放大器的输入端输入射频信号，以及该功率放大器的输出端连 接所述匹配网络的输入端；

所述开关组包括第一单刀单掷开关、第二单刀单掷开关、第三单刀单掷 开关、第一电容以及第二电容；

所述第一单刀单掷开关的一端连接所述匹配网络的输出端、另一端连接 所述滤波器的输入端，所述第二单刀单掷开关连接所述匹配网络的输出端、 另一端通过第一电容接地，所述第三单刀单掷开关连接所述所述滤波器的输 入端、另一端通过第二电容与射频信号接收端连接。

根据本发明的一个方面，该射频前端装置中，所述功率放大器、所述第 一单刀单掷开关、所述第二单刀单掷开关以及所述第三单刀单掷开关采用 CMOS工艺实现。

根据本发明的另一个方面，该射频前端装置中，所述功率放大器、所述 第一单刀单掷开关、所述第二单刀单掷开关以及所述第三单刀单掷开关采用GaAs工艺实现。

根据本发明的又一个方面，该射频前端装置中，所述功率放大器、所述 第一单刀单掷开关、所述第二单刀单掷开以及所述第三单刀单掷开关关集成 在同一晶圆上。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：针对于射频前端装置中射频开 关部分，本发明利用单刀单掷开关组以及滤波器代替现有技术中的单刀多掷 开关。一方面，单刀单掷开关组中每一单刀单掷开关均无需承受较高的功率 以及摆幅较大的电压，因此，本发明所提供的射频前端装置对于射频开关的 实现工艺要求比较低，可以采用例如CMOS等低成本工艺实现射频开关，而无 需像现有技术一样选择SOI工艺这种高成本工艺来实现射频开关，如此一来， 在保证射频前端装置性能的前提下，可以有效地降低整个射频前端装置的成 本；另一方面，由于采用单刀单掷开关组的设计，因此射频开关的尺寸可以 做的很小，如此一来，具有简化设计并降低整个射频前端装置成本的优势(需 要说明的是，由于本发明的射频开关尺寸小于传统射频开关的尺寸，因此， 即使仍然采用SOI工艺实现射频开关，本发明所提供的射频前端装置的成本也 低于采用传统射频开关的射频前端装置的成本)；又一方面，相较于一个单刀 多掷开关，由于单刀单掷开关组中的单刀单掷开关之间相互独立，因此具有 更好的隔离度。此外，当射频前端装置中的功率放大器和单刀单掷开关组中的单刀单掷开关采用相同工艺实现时，还可以将功率放大器和单刀单掷开关 组集成在同一晶圆上，如此一来，可以有效地减小射频前端装置的器件尺寸 以及提高器件的集成度。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发 明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是现有技术中常见的射频前端装置的结构示意图；

图2是根据本发明的一个具体实施例的射频前端装置的结构示意图；

图3(a)和图3(b)分别是图2所示低频开关组在低频信号发射状态和低频信 号接收状态下的结构示意图；

图4是根据本发明的另一个具体实施例的射频前端装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发 明的实施例作详细描述。

本发明提供了一种射频前端装置，该射频前端装置包括至少两路射频收 发通路，每一所述射频收发通路包括功率放大器、匹配网络、开关组以及滤 波器，其中：

所述功率放大器的输入端输入射频信号，以及该功率放大器的输出端连 接所述匹配网络的输入端；

所述开关组包括第一单刀单掷开关、第二单刀单掷开关、第三单刀单掷 开关、第一电容以及第二电容；

所述第一单刀单掷开关的一端连接所述匹配网络的输出端、另一端连接 所述滤波器的输入端，所述第二单刀单掷开关连接所述匹配网络的输出端、 另一端通过第一电容接地，所述第三单刀单掷开关连接所述所述滤波器的输 入端、另一端通过第二电容与射频信号接收端连接。

在对本发明所提供的射频前端装置的结构进行具体描述之前，需要说明 的是，本发明所提供的射频前端装置适用于工作在至少两个频段上的手持移 动通信产品。下文中，将以现有技术中典型的工作在两个不同频段上的手持 移动通信产品为例对本发明所提供的射频前端装置进行说明，其中，该手持 移动通信产品工作的两个频段分别以低频频段和高频频段表示。

下面，将结合图2、图3(a)以及图3(b)对本发明所提供的射频前端装置的结 构进行说明。其中，图2是根据本发明的一个具体实施例的射频前端装置的结 构示意图，图3(a)和图3(b)分别是图2所示低频开关组在低频信号发射状态和低 频信号接收状态下的结构示意图。

具体地，如图2所示，所述射频前端装置包括两路射频收发通路，即低频 收发通路以及高频收发通路。需要说明的是，由于低频收发通路和高频收发 通路的结构以及工作原理类似，为了简明起见，下面仅对低频收发通路的结 构以及工作原理进行具体描述。

如图2所示，所述低频收发通路包括低频功率放大器(以LB PA表示)、低 频匹配网络、低频开关组以及与该低频频段相对应的低通滤波器，其中，所 述低频开关组的结构请参考图3(a)和图3(b)，如图3(a)和图3(b)所示，所述低频 开关组包括第一单刀单掷开关SW1、第二单刀单掷开关SW2、第三单刀单掷 开关SW3、第一电容C_1以及第二电容C_2。具体地，所述低频功率放大器和 所述低频匹配网络构成低频发射路径，所述低频功率放大器的输入端连接低 频信号输入端，用于输入低频信号，所述低频功率放大器的输出端连接低频匹配网络的输入端，所述低频匹配网络的输出端(即低端发射路径的发射端 Tx_LB)连接所述第一单刀单掷开关SW1的一端，所述第一单刀单掷开关SW1 的另一端连接低频滤波器的输入端，低通滤波器的输出端连接天线；第二单 刀单掷开关SW2的一端连接低端发射路径的发射端Tx_LB、另一端通过第一电 容C_1连接地；第三单刀单掷开关SW3的一端连接低频滤波器的输入端、另一 端连接第二电容C_2的一端，第二电容C_2的另一端连接低频接收路径的接收 端Rx_LB。其中，所述第一单刀单掷开关SW1、所述第二单刀单掷开关SW2 以及所述第三单刀单掷开关SW3可以采用PIN管开关、FET开关或BJT开关。

如图3(a)所示，当第一单刀单掷开关SW1和第二单刀单掷开关SW2均处于 闭合状态、第三单刀单掷开关SW3处于断开状态时，第一电容C_1将作为低频 匹配网络的一部分，在这种状态下，第一单刀单掷开关SW1可以被视为一个 小阻值的导通电阻，此时尽管第一单刀单掷开关SW1承受着约为35dBm的大 信号传输，但是第一单刀单掷开关SW1两端无明显电压差，所以第一单刀单 掷开关SW1始终处于安全状态，而第二单刀单掷开关SW2由于导通，因而两 端也具有很小的电压摆幅。如此一来，即使第一单刀单掷开关SW1及第二单 刀单掷开关SW2均采用成本较低的工艺(例如CMOS工艺)实现，该摆幅很小 的电压也不会对第一单刀单掷开关SW1及第二单刀单掷开关SW2造成损坏。 第三单刀单掷开关SW3的两端只有很小的接收信号，即不会承受较高的功率 以及摆幅较大的电压，因此第三单刀单掷开关SW3也不会被损坏。如图3(b) 所示，第一单刀单掷开关SW1和第二单刀单掷开关SW2均处于断开状态、第 三单刀单掷开关SW3处于闭合状态时，低频匹配网络与低频接收路径分离开，不会对低频接收路径造成影响，此时，此时第三单刀单掷开关SW3承受着一 定的大信号传输，但是第三单刀单掷开关SW3两端无明显电压差，所以第三 单刀单掷开关SW3始终处于安全状态。第一单刀单掷开关SW1和第二单刀单 掷开关SW2的两端只有很小的接收信号，即不会承受较高的功率以及摆幅较 大的电压，因此第一单刀单掷开关SW1和第二单刀单掷开关SW2也不会被损 坏。此外需要说明的是，当低频信号发射时，由于第二单刀单掷开关SW2导通到地、第三单刀单掷开关SW3断开，因而发射端Tx_LB与接收端Rx_LB间具 有很高的隔离度；当低频信号接收时，由于第一单刀单掷开关SW1和第二单 刀单掷开关SW2断开，因而发射端Tx_LB与接收端Rx_LB间仍具体很高的隔离 度。

如图2所示，高频收发通路包括高频功率放大器(以HB PA表示)、高频匹 配网络、高频开关组以及该高频频段相对应的带通滤波器。由于高频收发通 路和低频收发通路的结构以及工作原理类似，为了简明起见，在此不再对高 频收发通路的结构进行具体描述。

本领域技术人员可以理解的是，图2中所示的低通滤波器和带通滤波器可 以由双工器提供，即低频开关组连接至双工器中相应的低通滤波器以及高频 开关组连接至双工器中相应的带通滤波器。进一步地，若射频前端装置工作 在三个或三个以上频段的时候，与每一频段对应的开关组所连接的滤波器可 以由三工器或多工器提供。

请参考图4，图4是根据本发明的另一个具体实施例的射频前端装置的结 构示意图。如图所示，优选地，当低频功率放大器、高频功率放大器、低频 开关组中的单刀单掷开关以及高频开关组中的单刀单掷开关采用相同的工艺 实现，例如均采用CMOS工艺实现或均采用GaAs工艺等其他工艺实现，在这 种情况下，低频功率放大器、高频功率放大器、低频开关组以及高频开关组 可以集成在同一晶圆上，而低频匹配网络、高频匹配网络、低通滤波器以及 带通滤波器可以通过例如IPD工艺集成在一块芯片上。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：针对于射频前端装置中射频开 关部分，本发明利用单刀单掷开关组以及滤波器代替现有技术中的单刀多掷 开关。一方面，单刀单掷开关组中每一单刀单掷开关均无需承受较高的功率 以及摆幅较大的电压，因此，本发明所提供的射频前端装置对于射频开关的 实现工艺要求比较低，可以采用例如CMOS等低成本工艺实现射频开关，而无 需像现有技术一样选择SOI工艺这种高成本工艺来实现射频开关，如此一来， 在保证射频前端装置性能的前提下，可以有效地降低整个射频前端装置的成 本；另一方面，由于采用单刀单掷开关组的设计，因此射频开关的尺寸可以 做的很小，如此一来，具有简化设计并降低整个射频前端装置成本的优势(需 要说明的是，由于本发明的射频开关尺寸小于传统射频开关的尺寸，因此， 即使仍然采用SOI工艺实现射频开关，本发明所提供的射频前端装置的成本也 低于采用传统射频开关的射频前端装置的成本)；又一方面，相较于一个单刀 多掷开关，由于单刀单掷开关组中的单刀单掷开关之间相互独立，因此具有 更好的隔离度。此外，当射频前端装置中的功率放大器和单刀单掷开关组中的单刀单掷开关采用相同工艺实现时，还可以将功率放大器和单刀单掷开关 组集成在同一晶圆上，如此一来，可以有效地减小射频前端装置的器件尺寸 以及提高器件的集成度。

以上所揭露的仅为本发明的几种较佳的实施例而已，当然不能以此来限 定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明 所涵盖的范围。

Claims (4)

1.一种射频前端装置，该射频前端装置包括至少两路射频收发通路，每一所述射频收发通路包括功率放大器、匹配网络、开关组以及滤波器，其中：

所述功率放大器的输入端输入射频信号，以及该功率放大器的输出端连接所述匹配网络的输入端；

所述开关组包括第一单刀单掷开关、第二单刀单掷开关、第三单刀单掷开关、第一电容以及第二电容；

所述第一单刀单掷开关的一端连接所述匹配网络的输出端、另一端连接所述滤波器的输入端，所述第二单刀单掷开关连接所述匹配网络的输出端、另一端通过第一电容接地，所述第三单刀单掷开关连接所述所述滤波器的输入端、另一端通过第二电容与射频信号接收端连接。

2.根据权利要求1所述的射频前端装置，其中：

所述功率放大器、所述第一单刀单掷开关、所述第二单刀单掷开关以及所述第三单刀单掷开关采用CMOS工艺实现。

3.根据权利要求1所述的射频前端装置，其中：

所述功率放大器、所述第一单刀单掷开关、所述第二单刀单掷开关以及所述第三单刀单掷开关采用GaAs工艺实现。

4.根据权利要求1至3中任一所述的射频前端装置，其中：

所述功率放大器、所述第一单刀单掷开关、所述第二单刀单掷开以及所述第三单刀单掷开关关集成在同一晶圆上。

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