CN113228417B - 一种多频段射频前端器件，多频段接收机及多频段发射机 - Google Patents

Abstract

本文公开了一种具有低插入损耗和低芯片面积的多频段射频前端器件，多频段接收机以及多频段发射机，以满足5G毫米波通信的需求。该多频段射频前端器件，包括：第一射频前端电路，所述第一射频前端电路工作在第一频段；第二射频前端电路，所述第二射频前端电路工作在第二频段；第一输入/输出匹配网络；第二输入/输出匹配网络；所述第一输入/输出匹配网络和所述第二输入/输出匹配网络在版图上的走线呈环状且是嵌套设置的。

Description

一种多频段射频前端器件，多频段接收机及多频段发射机

技术领域

本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种多频段射频前端器件，多频段接收机及多频段发射机。

背景技术

第五代移动通信(5G)是新一代无线系统和网络架构，它将在毫米波(mmWave)频段中提供更快的数据速率，更低的延迟连接和更高的带宽，以支持许多高数据速率的应用，例如：5G手机，无线基础设施，无线千兆联盟(Wireless Gigabit Alliance，WiGig)，高级辅助驾驶系统(Advanced Driver Assistance Systems，ADAS)，小型蜂窝和宽带卫星通信等。随着5G时代的到来，支持多入多出(MIMO)的相控阵技术在5G系统中的应用得到空前发展，具有波束形成功能的多通道收发机广泛被研究和应用。

目前，3GPP(The 3rd Generation Partnership Praject，第三代合作伙伴项目)将5G通信频段划分为sub-6GHz和5G高频两大块。其中，频段n257，n258，n260及 n261是5G高频毫米波频段。其中，n257，n258和261集中在28GHz附近，而n260则集中在39GHz频率附近。通常，当5G高频频段商用时，不同的国家，或者不同的运营商所支持的频段是不一样的。比如，A国的运营商a支持n257频段，运营商b支持n258 频段，B国的运营商c支持n260频段，对于5G通信设备(例如智能终端，平板电脑等) 而言，如果要采用一个相控阵系统支持不同运营商所运营的频段，这就要求相控阵系统中的高频电路能够同时兼容28GHz/39GHz两个毫米波频段，以满足通信设备的低功耗、低面积、低成本等需求。

通常，高频电路需要采用匹配网络(包括输出匹配网络和输入匹配网络)对端口进行功率匹配以满足功率传输条件。变压器是匹配网络中的重要无源器件，为了实现兼容28GHz/39GHz两个毫米波频段，可通过调节变压器主、次线圈的匝数比，配合调节并联在变压器主、次线圈上的谐振电容来得到适当的阻抗变换比，从而实现功率匹配。

传统的实现兼容多频段的高频匹配网络的方式包括：

第一种：如图1所示，高频电路元件的输入、输出端口的阻抗匹配(即输入匹配网络和输出匹配网络)分别采用固定参数的变压器和谐振电容来实现，通过调节变压器的耦合系数，可以在28-39GHz频带内实现宽带功率匹配，其中，高频电路原价元件是一个级联(cascade)放大器。也就是说，它们分别用一个变压器实现了宽带匹配网络。

但是，该结构有以下两个缺点：

A：宽带匹配网络会引入较大的插入损耗，因此需要额外的功耗来补偿匹配网络带来的插损，从而增加了整个高频电路的功耗。尤其是在PA等对效率要求非常高的高频电路，采用超宽带匹配网络会大大降低模块的性能指标。

B：宽带匹配网络对于端口阻抗是非常敏感的，如果端口阻抗是高阻，宽带匹配网络通常需要尺寸很大的变压器来实现，且频带内的增益平坦度较差。这一方面增加了芯片的面积，另一方面也会对高频电路的性能带来影响。

第二种：如图2a-2b所示，同样以高频电路元件为cascade放大器为例，该高频电路是通过改变匹配网络的参数实现频带的切换，以兼容多频段，其中，图2a所示是通过改变分别与变压器的主、次线圈并联的谐振电容的容值实现频带的切换，图2b所示是通过改变变压器主次线圈的感值实现频带的切换。

这种电路结构的缺点在于：切换匹配网络的感值、容值需要通过开关来实现。但是在毫米波频段，CMOS(互补金属氧化物半导体，Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor)工艺并不能提供性能良好的开关。特别是，在切换匹配网络的感值、容值的过程中，毫米波开关会引入较大的损耗，从而降低匹配网络中的无源器件的品质因子，而品质因子的降低会引起放大器增益的降低，以及噪声性能的恶化。

鉴于5G的商用进程不断加快，亟需一种能兼容多频段且具有低功耗、低面积、低成本的设计方案，以满足5G毫米波通信的需求。

发明内容

本申请实施例公开了一种具有低插入损耗和低芯片面积的多频段射频前端器件，多频段接收机及多频段发射机，以满足5G毫米波通信的需求。

第一方面，本申请实施例提供了一种多频段射频前端器件，包括：第一射频前端电路，所述第一射频前端电路工作在第一频段；第二射频前端电路，所述第二射频前端电路工作在第二频段；所述第一频段的频率高于所述第二频段的频率；第一匹配网络，耦合至所述第一射频前端电路；第二匹配网络，耦合至所述第二射频前端电路；所述第一匹配网络和所述第二匹配网络在版图上的走线呈环状且是嵌套设置的。

在一种可能实施方式中，所述第一匹配网络包括：第一输出匹配网络，耦合至所述第一射频前端电路的输出端；所述第二匹配网络包括：第二输出匹配网络，耦合至所述第二射频前端电路的输出端；所述第一输出匹配网络和所述第二输出匹配网络在版图上的走线呈环状且是嵌套设置的。

在一种可能的实施方式中，所述第一匹配网络包括：第一输入匹配网络，耦合至所述第一射频前端电路的输入端；所述第二匹配网络包括：第二输入匹配网络，耦合至所述第二射频前端电路的输入端；所述第一输入匹配网络和所述第二输入匹配网络在版图上的走线呈环状且嵌套设置。

本申请中，在版图上将第一输出网络和第二输出网络嵌套设置在一起之后，所占用的版图面积与传统的单个匹配网络所占用的版图面积相当，因此可以减少芯片面积，从而节约成本。同时，由于不需要像现有技术1的方案一样引入额外的功耗进行补偿，可以节省功耗。

在一种可能实施方式中，所述第一输出匹配网络，所述第一输入匹配网络，所述第二输出匹配网络和所述第二输入匹配网络均为固定参数的匹配网络。

在上一种实施方式中，所述第一输出匹配网络和所述第一输入匹配网络的参数分别根据所述第一频段设定，所述第二输出匹配网络和所述第二输入匹配网络的参数根据所述第二频段设定。

通过采用固定参数的输入/输出匹配网络，可以避免现有的可调式匹配网络在频带切换时对于品质因子，增益以及噪声的不利影响。

在一种可能的实施方式中，该第一射频前端电路和所述第二射频前端电路可以是功率放大器，低噪声放大器，可变增益放大器，滤波器，移相器或混频器中的任意一种。

在一种可能的实施方式中，所述第一输出匹配网络和所述第二输出匹配网络均为变压器，电感或巴伦中的一种。

在一种可能的实施方式中，所述第一输出匹配网络包括：第一主线圈以及第一次级线圈，所述第二输出匹配网络包括：第二主线圈以及第二次级线圈，所述第一主线圈嵌设于所述第二主线圈中，所述第一次级线圈嵌设于所述第二次级线圈中。

结合前一种实施方式，在另一种实施方式中，当所述第一主线圈，所述第二主线圈，所述第一次级线圈和所述第二次级线圈的线圈匝数均为1时，所述第一主线圈和所述第二主线圈嵌设于同一层中，所述第一次级线圈和所述第二次级线圈嵌设于另一个层中。

可选的，在另一种实施方式中，当所述第一主线圈和所述第二主线圈的线圈匝数为n时，n为大于1的整数，则所述所述第一主线圈和所述第二主线圈设置在至少两个层中，且在任一层中，所述第一主线圈嵌设于所述第二主线圈中。

可选的，在另一种实施方式中，当所述第一次级线圈和所述第二次级线圈的线圈匝数为n时，n为大于1的整数，则所述所述第一次级线圈和所述第二次级线圈设置在至少两个层中，且在任一层中，所述第一次级线圈嵌设于所述第二次级线圈中。

在一种可能的实施方式中，所述第一输入匹配网络和所述第二输入匹配网络均为变压器，电感或巴伦中的一种。

在一种可能的实施方式中，所述第一输出匹配网络和所述第二输出匹配网络在封装后的输出方式包括差分输出或单端输出。

在一种可能的实施方式中，所述第一频段覆盖n260频段，所述第二频段覆盖n257，n258或n261中的至少一个频段。

第二方面，本申请实施例提供了一种多频段接收机，应用于毫米波通信，包括：第一接收通道，用于处理n260频段的信号；第二接收通道，用于处理n257，n258 或n261中的至少一个频段的信号；所述第二接收通道包括第二匹配网络，所述第一匹配网络支持n260频段；所述第一接收通道包括第一匹配网络，所述第二匹配网络支持n257，n258和n261中频段。

在一种可能的实施方式中，所述第一匹配网络和所述第二匹配网络在版图上的走线呈环状且是嵌套设置的。

本申请中，由于对第一匹配网络和第二匹配网络进行嵌套设计，使得多频段射频接收机在实现兼容28GHz/39GHz毫米波通信的同时，具备低插入损耗，低芯片面积以及低功耗等优势，从而满足通信设备对于低功耗，低面积以及低成本的需求。

在一种可能的实施方式中，所述多频段接收机为相控阵接收机。

第三方面，本申请实施例提供了一种多频段发射机，应用于毫米波通信，包括：第一发射通道，用于处理n260频段的信号；第二发射通道，用于处理n257，n258 或n261中的至少一个频段的信号；所述第二发射通道包括第二匹配网络，所述第一匹配网络支持n260频段；所述第一发射通道包括第一匹配网络，所述第二匹配网络支持n257，n258和n261中频段。

在一种可能的实施方式中，所述第一匹配网络和所述第二匹配网络在版图上的走线呈环状且是嵌套设置的。

本申请中，由于对第一匹配网络和第二匹配网络进行嵌套设计，使得多频段射频发射机在实现兼容28GHz/39GHz毫米波通信的同时，具备低插入损耗，低芯片面积以及低功耗等优势，从而满足通信设备对于低功耗，低面积以及低成本的需求。

在一种可能的实施方式中，所述多频段发射机为相控阵发射机。

附图说明

图1是现有的宽带匹配网络的示意图；

图2a-2b是现有的可调匹配网络的示意图；

图3a-图3d是本申请实施例提供的一种多频段射频前端器件的结构示意图；

图4a是图3a所示多频段射频前端器件在28GHz频段工作时的仿真示意图；

图4b是图3a所示多频段射频前端器件在39GHz频段工作时的仿真示意图；

图5是图3a所示的多频段射频前端器件的封装结构示意图；

图6a是本申请实施例提供的一种应用于5G毫米波通信的多频段射频收发机的结构示意图；

图6b是图6a所示的收发机中的射频前端器件的封装结构示意图。

具体实施方式

下面结合本申请实施例中的附图对本申请实施例进行详细地描述。

本申请的说明书、权利要求书及附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上，“至少两个(项)”是指两个或三个及三个以上，“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

如图3a所示，本申请实施例提供了一种多频段的射频前端器件30的电路结构示意图。图3a中，该射频前端器件30包括：

第一射频前端电路31，第二射频前端电路32，其中，第一射频前端电路31工作在第一频段，第二射频前端电路32工作在第二频段，第一频段和第二频段均为毫米波频段，且第一频段的频率大于第二频段的频率；

第一输出匹配网络33，耦合至第一射频前端电路31的输出端，用于实现输出功率匹配；

第二输出匹配网络34，耦合至第二射频前端电路32的输出端，用于实现输出功率匹配；

第一输入匹配网络35，耦合至第一射频前端电路31的输入端，用于实现输入功率匹配；以及

第二输入匹配网络36，耦合至第二射频前端电路32的输入端，用于实现输入功率匹配。

本领域技术人员应当知道，在移动通信系统中，射频前端电路作为收发机(transceiver)重要组成部分，主要用于将天线接收的空间信号中的有用的射频信号完整且不失真地提取出来，并输送给后级的下转换电路，或者，将上转换电路转换的信号进行功率放大后经天线发送出去。这里第一射频前端电路31和第二射频前端电路32 中的任一射频前端电路主要可以包括：功率放大器(PA)，低噪声放大器(LNA)和可变增益放大器(VGA)等功放器件，此外，还可以包括：滤波器，移相器，混频器等器件，具体参考现有技术，这里不再详细描述。

本实施例中，第一输出匹配网络33和第一输入匹配网络35的参数第一频段设定，第二输出匹配网络34和第二输入匹配网络36根据第二频段设定，第一频段和第二频段均为毫米波频段。采用固定参数的匹配网络，可以避免如图2a-2b所示的现有技术因为采用毫米波开关进行频带切换而导致的品种因子降低，增益降低以及噪声恶化等问题。

具体的，第一输出匹配网络33和第一输入匹配网络35可以根据第一频段的频率范围设定。

图3b示出了图3a所示的射频前端器件30的版图设计示意图，需要说明的是，由于第一射频前端电路31和第二射频前端电路32均是采用传统的版图设计，且针对不同的射频前端电路，版图设计的复杂程度不同，因此，图3b中至示出了第一输出匹配网络 33、第二输出匹配网络34、第一输入匹配网络35和第二输入匹配网络36各自的版图，对于第一射频前端电路31和第二射频前端电路32使用了电路元件的符号来代替。

在一种可能的实施方式中，参考图3b，第一输出匹配网络33和第二输出匹配网络34均为变压器，其中，第一输出匹配网络33包括第一主线圈33a以及第一次级线圈33b，类似地，第二输出匹配网络34包括第二主线圈34a以及第二次级线圈34b。

进一步地，如图3b所示，第一输入匹配网络35和第二输入匹配网络36均为电感。

需要说明的是，本实施例中，第一输入匹配网络35和第二输入匹配网络36也可以是电感。类似地，第一输入匹配网络35和第二输入匹配网络36也可以是变压器。因此，本实施例中，输出匹配网络和输入匹配网络可以是任何能够实现阻抗匹配的元件，包括但不限于：变压器，电感，巴伦，或带调谐电容的变压器等。输出匹配网络和输入匹配网络的版图设计可以相互参考。

本实施例中，所述第一输出匹配网络33和所述第二输出匹配网络34在版图上的走线呈环状且是嵌套设置的，所述第一输入匹配网络35和所述第二输入匹配网络36在版图上的走线也是呈环状且嵌套设置的。应当理解，本文所述的环状，可以是规则的圆环形，或者是六边形、八边形等形状，因为两个匹配网络对应的工作频段不同，实现阻抗匹配时需要的电感不一样，它们在版图上的走线的长度(或者叫尺寸)也就不一样。当它们的走线按环状弯曲时，长度较长的走线就可以将较短的走线包围在内，这样就可以将较长的走线所围住的版图面积中未布线部分，提供给较短的走线布线，从而提高了版图面积的利用率，有利于降低芯片面积。关于两个输入/输出匹配网络的走线尺寸的问题，下文中有详细描述。

具体的，当第一输出匹配网络33和第二输出匹配网络34采用变压器进行阻抗匹配时，参考图3b，在版图中，第一主线圈33a嵌设于第二主线圈34a中，而第一次级线圈 33b同样嵌设于第二次级线圈34b中。

示例性的，如图3a-3b所示，本实施例中将第一频段标示为39GHz频段，将第二频段标示为28GHz频段。本领域技术人员应当知道，5G的毫米波频段包括n257(26500 MHz-29500MHz)，n258(24250MHz-27500MHz)，n260(37000MHz-40000MHz)和n261 (27500MHz-28350MHz)，其中，n257和n261的频率范围集中在28GHz频点附近，通常称为28GHz频段，而n260的频率集中在39GHz附近，通常称为39GHz频段，n258的频率集中在26GHz附近，通常称为26GHz频段，由于26GHz频段与28GHz频段接近，因此，采用一个中心频率为28GHz的第二频段，其频率范围为(24250MHz-29500MHz)，即可以同时覆盖n257，n258和n261，此外，采用一个中心频率为39GHz的第一频段覆盖 n260。需要说明的是，这里提到的28GHz和39GHz两个中心频率只是示例性，具体实现时，第一频段和第二频段的中心频率也可以是其它数值，比如38GHz和27GHz，只要第一频段能够覆盖n260，而第二频段能够覆盖n257，n258和n261即可，本申请对此不作具体限制。此外，虽然5G当前在毫米波波段只制定了上述几个NR频段，应当理解，本申请提供的技术方案也适用于毫米波波段的其它频段，以及其他高频频段。

本实施例中，需要说明的是，当射频前端器件30工作时，若当前处理的是n260频段的信号，则从39GHz的输入端口看，28GHz频段对应的输入/输出匹配网络呈高阻态，因此不会对39GHz频段造成干扰，反之亦然。

进一步地，第一射频前端电路31和第二射频前端电路32各自具有独立控制的有源偏置电路，当使用，第一射频前端电路31处理n260信号时，可以将第二射频前端电路 32对应的有源偏置电路关闭，类似的，当使用第二射频前端电路32处理n257，n258 或n261信号时，可以将第一射频前端电路31对应的有源偏置电路关闭。

本实施例中，由于第一射频前端电路31工作在中心频率为39GHz的第一频段，在第一射频前端电路31的输入端以及输出端分别实现阻抗匹配时，所需的电感值是小于第二射频前端电路32实现阻抗匹配所需的电感的。因此，第一输出匹配网络33中的第一主线圈33a的尺寸是小于第二输出匹配网络34中的第二主线圈34a的尺寸的，所以在版图设计中，第一主线圈33a嵌设于第二主线圈34a内，第二主线圈34a包围第一主线圈33a。类似地，第一次级线圈33b同样嵌设于第二次级线圈34b中。对于所述第一输入匹配网络35和所述第二输入匹配网络36而言，由于实现阻抗匹配时，所述第一输入匹配网络35采用的电感的尺寸小于所述第二输入匹配网络36采用的电感尺寸，因此，所述第一输入匹配网络35的电感是嵌设在所述第二输入匹配网络36的电感中。

进一步地，针对28GHz和39GHz等高频毫米波频段，在实现阻抗匹配时，无论输出匹配网络还是输入匹配网络所需的电感值都比较小，可以用匝数为1的线圈作为主线圈或次级线圈。因此，无论是电感，主线圈还是次级线圈，都可以用一个单层走线来实现。参考图3c，其中，第一主线圈33a和第二主线圈34a设置于同一个层(layer 1)中，为了避免次级线圈跟主线圈在走线上出现交叉，第一次级线圈33b和第二次级线圈34b 需要设置于另一个层(layer 2)中。本领域技术人员应当知道，如果主线圈或次级线圈的匝数为n，n为大于1的整数，在版图设计中，主线圈和次级线圈就分别需要设置于至少两个层中，对于其中任一层而言，尺寸小的线圈需要嵌设在尺寸大的线圈之中。

本实施例中，图3a所示的第一射频前端电路31是一个晶体管组成的放大电路。进一步地，如图3d所示，第一射频前端电路31还可以是由多个晶体管组成的移相器。此外，第一射频电路31还可以是如图1所示的级联(cascode)电路，或者称为共源共栅电路。也就是说，本实施例中，第一射频前端电路31的具体电路结构可以参考现有技术中提供的功率放大器(PA)，低噪声放大器(LNA)，滤波器，移相器，双工器和可变增益放大器(VGA)等射频前端器件的电路结构，这里不作具体限定。由于第二射频前端电路32与第一射频前端电路31为同一类型的电路，比如同为LNA，或者同为PA，因此，第二射频前端电路32的电路结构与第一射频前端电路31类似，不再赘述。

图4a-4b示出了本申请提供的多频段射频前端器件30的仿真结果示意图。如图4a所示，当多频段射频前端器件30工作在第一频段时，也就是多频段射频前端器件30中的第一射频前端电路31工作时，多频段射频前端器件30的传输系数S21在26.8GHz频点处取得最大值，同时反射系数S11和S22取得最小值，本领域技术人员应当知道，对于射频前端器件而言，传输系数S21越大，反射系数S11和S22越小，意味着射频前端器件的传输效率越高，插入损耗越低。进一步地，如图4b所示，当多频段射频前端器件30工作在第二频段时，也就是多频段射频前端器件30中的第二射频前端电路32工作时，多频段射频前端器件30的传输系数S21在39.6GHz频点处取得最大值，同时反射系数S11和S22取得最小值，插入损耗同样较小。由此可见，采用本申请提供的技术方案，相比于图1和图2a-2b所示的现有技术，可以使射频前端器件在支持多频段的同时实现低插入损耗，并且由于多频段的射频前端器件在版图设计中是嵌套设置在一起的，相当于占用了传统的单频段的射频器件的芯片面积实现了多频段射频器件的功能，可以节约芯片面积，从而满足了通信设备对于低功耗、低面积、低成本等需求。

进一步地，如图5所示，多频段射频前端器件30在封装时，可以封装在同一个封装结构(图中阴影部分)中，相比单频段的射频前端器件而言，在不增加芯片面积的同时，可以支持更多的频段，因此，可以更好地支持5G毫米波波段的应用。

进一步地，在封装时，可以将第一输出匹配网络33和第二输出匹配网络34各自的一个差分输出端耦合至第一输出管脚(pin A)，将第一输出匹配网络33和第二输出匹配网络34各自的另一个差分输出端耦合至第二输出管脚(pin B)，从而得到一个差分输出的多频段射频前端器件30。

需要说明的是，将第一输出管脚(pin A)和第二输出管脚(pin B)中的任一管脚接地，则多频段射频前端器件30又可以作为单端输出的器件。

通常，其它的前级的射频前端器件会跟多频段射频前端器件30封装在同一个封装结构中，因此，第一输入匹配网络35和第二输入匹配网络36是通过片内的走线接收前级的射频前端器件输入的射频信号，所以第一输入匹配网络35和第二输入匹配网络36不会连接管脚。但是，如果一个封装结构中只包括多频段的射频前端器件30时，第一输入匹配网络35和第二输入匹配网络36对应的管脚设计可以参考前述第一输出匹配网络 33和第二输出匹配网络34的管脚设计，这里不再赘述。

本申请实施例还提供了一种应用于5G毫米波通信的多频段收发机，所述收发机包括多个通道，每个通道包括如前述实施例所述的多频段射频前端器件30。

具体的，如图6a所示，该收发机具体可以包括：

第一接收通道，包括低噪声放大器LNA 61a，射频可变增益放大器RFVGA 62a，无源移相器(passive phase shifter，PPS)63a，混频器64a，中频可变增益放大器IFVGA 65a，中频滤波器66a等射频前端电路，其中，所述第一接收通道用于处理n260频段的信号，第一接收通道包括第一匹配网络；

第二接收通道，包括低噪声放大器LNA 61a′，RFVGA 62a′，PPS 63a′，混频器64a′，IFVGA 65a′，中频滤波器66a′等射频前端电路，所述第二接收通道用于处理n257、n258 或n261频段中的至少一个频段的信号，第二接收通道包括第二匹配网络；

其中，第一匹配网络和第二匹配网络均对应于同一类型的射频前端电路，例如：LNA 61a的输入匹配网络为第一匹配网络，对应的，LNA 61a′的输入匹配网络为第二匹配网络。

相应的，所述第一匹配网络支持n260频段，所述第二匹配网络支持n257，n258 和n261频段。

需要说明的是，图6a所示的收发机同样适用于零中频架构。此外，由于在相控阵系统中才需要使用PPS 33a和PPS 63a′，对于其它类型的接收机，PPS 33a和PPS 63a′可以省略，或者通过旁路(bypass)电路，连接RFVGA和混频器。

本实施例中，第一接收通道和第二接收通道中的任意一对射频前端电路，例如：(LNA 61a和LNA 61a′)，或者，(RFVGA 62a和RFVGA 62a′)，或者，(PPS 63a和PPS 63a′)，或(混频器64a和混频器64a′)，即前述实施例所述的多频段射频前端器件中的两个射频前端电路。示例性的，将LNA 61a和LNA 61a′以及它们各自的匹配网络的整体，视为前述实施例所述的多频段射频前端器件。相应的，所述第一匹配网络和所述第二匹配网络(即它们各自的输入/输出匹配网络)在版图上的走线均是嵌套设置的，具体的版图设计可以参考前述实施例以及附图3a-3d的描述，这里不再赘述。

当如图6a所示的收发机采用如前述实施例所述的多频段射频前端器件30时，可以兼容26GHz，28GHz和39GHz等5G NR频段，同时具备多频段射频前端器件30的低插损，低芯片面积等优点结合起来，可以更好地满足5G智能手机等通信设备的需求。

进一步地，本实施例中，所述第一接收通道中的LNA 61a需要通过第一输入匹配网络耦合至天线69，所述第二接收通道中的LNA 61a′需要通过第二输入匹配网络耦合至所述天线69，第一输入匹配网络和第二输入匹配网络在版图上的走线是嵌套设置的。它们各自的输入网络在封装时，可以参考图6b的设计，分别将LNA 61a的第一输入匹配网络的差分输入端的一个和LNA 61a′的第一输入匹配网络的差分输入端的一个耦合至一个输入管脚(pin A)，将LNA 61a的第一输入匹配网络的另一个差分输入端和LNA 61a′的第一输入匹配网络另一个的差分输入端耦合至另一个输入管脚(pin B)，然后通过这两个管脚耦合至天线69，接收自天线69输入的射频信号。应当知道，采用这种版图设计，相当于使用LNA(61a，61a′)各自的输入匹配网络实现单端转差分的功能。

类似的，可以将输入管脚pin A或pin B接地，从而使LNA(61a，61a′)成为单端输入器件。

进一步地，如图6b所示，当LNA(61a，61a′)与RFVGA(62a，62a′)之间分别进行阻抗匹配时，由于LNA(61a，61a′)和RFVGA(62a，62a′)可以在同一个封装结构 (图中阴影部分所示)中，因此，LNA(61a，61a′)的输出匹配网络和RFVGA(62a，62a′) 的输入匹配网络分别是通过片内走线进行连接的。

类似的，RFVGA(62a，62a′)和PPS(63a，63a′)，PPS(63a，63a′)和混频器64a，64a′)等射频前端器件，它们之间在连接时，也可以参考LNA(61a，61a′)和RFVGA(62a， 62a′)在阻抗匹配时的版图设计。

进一步地，如图6a所示，该收发机还包括：

第一发射通道，包括功率放大器PA 61b，射频可变增益放大器RFVGA 62b，无源移相器(passive phase shifter，PPS)63b，混频器64b，中频可变增益放大器IFVGA 65b，中频滤波器66b，其中，所述第一发射通道用于处理n260频段的信号；

第二发射通道，包括功率放大器PA 61b′，RFVGA 62b′，PPS 63b′，混频器64b′，IFVGA 65b′，中频滤波器66b′，所述第二发射通道用于处理n257、n258和n261频段中的至少一个频段的信号。

其中，第一发射通道包括第一匹配网络，第二发射通道包括第二匹配网络；

其中，第一匹配网络和第二匹配网络均对应于同一类型的射频前端电路，例如：PA61b的输出匹配网络为第一匹配网络，对应的，PA 61b′的输出匹配网络为第二匹配网络。

相应的，所述第一匹配网络支持n260频段，所述第二匹配网络支持n257，n258 和n261频段。

进一步地，所述第一匹配网络和所述第二匹配网络在版图上的走线均是嵌套设置的，具体的版图设计可以参考前述实施例以及附图3a-3d的描述，这里不再赘述。

应当知道，在接收通道中，是通过LNA(61a，61a′)接收天线69的输入信号，在发射通道中，则是通过PA(61b，61b′)将射频信号发送给天线69，并通过天线69辐射出去。其中，PA(61b，61b′)各自的输出匹配网络与天线69的连接关系，可以参考 LNA(61a，61a′)的输入匹配网络与天线69的连接关系，相应的，在封装时，PA(61b， 61b′)各自的输出匹配网络与管脚的封装方式，可以参考图6b的版图设计，不再赘述。

需要说明的是，为了便于描述，图6a中的多频段收发机是将接收机和发射机集成在一起的，接收通道和发射通道共享同一个天线69，接收机和发射机之间可以通过时分的方式进行工作。应当知道，接收机和发射机还可以是相互独立的。

应当理解，此处所描述的具体实施例仅为本发明的普通实施例而已，并不用以限制本发明，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 (15)

1.一种多频段射频前端器件，其特征在于，包括：

第一射频前端电路，所述第一射频前端电路工作在第一频段；

第二射频前端电路，所述第二射频前端电路工作在第二频段，所述第一频段的频率高于所述第二频段的频率；

第一匹配网络，耦合至所述第一射频前端电路；

第二匹配网络，耦合至所述第二射频前端电路；

所述第一匹配网络和所述第二匹配网络在版图上的走线呈环状且是嵌套设置的。

2.根据权利要求1所述的多频段射频前端器件，其特征在于，

所述第一匹配网络包括：第一输出匹配网络，耦合至所述第一射频前端电路的输出端；

所述第二匹配网络包括：第二输出匹配网络，耦合至所述第二射频前端电路的输出端；

所述第一输出匹配网络的参数分别根据所述第一频段设定，所述第二输出匹配网络的参数根据所述第二频段设定。

3.根据权利要求1或2所述的多频段射频前端器件，其特征在于，

所述第一匹配网络包括：第一输入匹配网络，耦合至所述第一射频前端电路的输入端；

所述第二匹配网络包括：第二输入匹配网络，耦合至所述第二射频前端电路的输入端；

所述第一输入匹配网络的参数根据所述第一频段设定，所述第二输入匹配网络的参数根据所述第二频段设定。

4.根据权利要求1或2所述的多频段射频前端器件，其特征在于，所述第一射频前端电路和所述第二射频前端电路包括：功率放大器，低噪声放大器，可变增益放大器，滤波器，移相器或混频器中的任意一种。

5.根据权利要求1或2所述的多频段射频前端器件，其特征在于，所述第一射频前端电路和所述第二射频前端电路分别具有独立的有源偏置电路。

6.根据权利要求2所述的多频段射频前端器件，其特征在于，所述第一输出匹配网络和所述第二输出匹配网络包括变压器，电感或巴伦中的一种。

7.根据权利要求6所述的多频段射频前端器件，其特征在于，

所述第一输出匹配网络包括：第一主线圈以及第一次级线圈，所述第二输出匹配网络包括：第二主线圈以及第二次级线圈，所述第一主线圈嵌设于所述第二主线圈中，所述第一次级线圈嵌设于所述第二次级线圈中。

8.根据权利要求7所述的多频段射频前端器件，其特征在于，当所述第一主线圈，所述第二主线圈，所述第一次级线圈和所述第二次级线圈的线圈匝数均为1时，所述第一主线圈和所述第二主线圈嵌设于同一层中，所述第一次级线圈和所述第二次级线圈嵌设于另一个层中。

9.根据权利要求7所述的多频段射频前端器件，其特征在于，当所述第一主线圈和所述第二主线圈的线圈匝数为n时，n为大于1的整数，则所述第一主线圈和所述第二主线圈设置在至少两个层中，且在任一层中，所述第一主线圈嵌设于所述第二主线圈中。

10.根据权利要求7或9所述的多频段射频前端器件，其特征在于，当所述第一次级线圈和所述第二次级线圈的线圈匝数为n时，n为大于1的整数，则所述第一次级线圈和所述第二次级线圈设置在至少两个层中，且在任一层中，所述第一次级线圈嵌设于所述第二次级线圈中。

11.根据权利要求2、6、7、8、9中任一所述的多频段射频前端器件，其特征在于，所述第一输出匹配网络和所述第二输出匹配网络在封装后的输出方式包括差分输出或单端输出。

12.根据权利要求3所述的多频段射频前端器件，其特征在于，所述第一输入匹配网络和所述第二输入匹配网络包括变压器，电感或巴伦中的一种。

13.根据权利要求1、2、6、7、8、9中任一所述的多频段射频前端器件，其特征在于，所述第一频段覆盖n260频段，所述第二频段覆盖n257，n258或n261中的至少一个频段。

14.一种多频段接收机，应用于毫米波通信，其特征在于，包括：

第一接收通道，用于处理n260频段的信号；

第二接收通道，用于处理n257，n258或n261中的至少一个频段的信号；

所述第二接收通道包括第二匹配网络，所述第二匹配网络支持n257，n258和n261中频段；

所述第一接收通道包括第一匹配网络，所述第一匹配网络支持n260频段；

其中，所述第一匹配网络和所述第二匹配网络在版图上的走线呈环状且是嵌套设置的。

15.一种多频段发射机，应用于毫米波通信，其特征在于，包括：

第一发射通道，用于处理n260频段的信号；

第二发射通道，用于处理n257，n258或n261中的至少一个频段的信号；

所述第二发射通道包括第二匹配网络，所述第二匹配网络支持n257，n258和n261中频段；

所述第一发射通道包括第一匹配网络，所述第一匹配网络支持n260频段；

其中，所述第一匹配网络和所述第二匹配网络在版图上的走线呈环状且是嵌套设置的。

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