CN114337553A - 一种被动式射频开关电路、射频控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种被动式射频开关电路、射频控制系统及其控制方法，被动式射频开关电路，包括：一基层电容和三个电感；所述三个电感依次首尾相连以形成三角形的封闭回路；每两个相邻电感之间的节点分别与射频前端模块中低噪声放大器的输出端口、射频前端模块中功率放大器的输入端口、主芯片的射频收发端口连接；所述射频收发端口所连接的节点与所述基层电容的第一端连接后接入对应的电感，所述基层电容的第二端接地。本发明有效降低PCB布局尺寸和成本。

Description

一种被动式射频开关电路、射频控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及数据处理技术领域，尤指一种被动式射频开关电路、射频控制系统及其控制方法。

背景技术

射频通讯技术是无线通信领域的一个重要组成部分，目前射频通讯技术广泛应用于自动识别、监控、军事、局域通信等领域。而随着物联网技术的不断发展，对射频芯片的低功耗，高增益，低噪声，小尺寸以及低成本等提出了更高的要求。

现有的射频控制系统中，LNA(Low Noise Amplifier，低噪声放大器)和PA(PowerAmplifier，功率放大器)是重要的两个用于通讯的模块。在射频控制系统中当一颗主芯片的射频输入/出端口为收发合路信号端口且为单端形式(Single-ended In/Out)时，若要外接一颗射频前端模块(RF Frond-end Module；RF FEM)，则必须在主芯片与RF FEM中间加入一颗如图1所示的单端口双通道(Single-pole，double-throw(SPDT)，也称作”单刀双掷”的主动射频开关(RF Switch)”，此主动射频开关也称作收/发开关。因此，增加了PCB布局(layout)的困难度，并且导致包含有主动射频开关电路的PCB尺寸大、成本高。

发明内容

本发明实施例提供一种被动式射频开关电路、射频控制系统及其控制方法，以解决PCB布局的困难，并且包含有主动射频开关电路的PCB尺寸大、成本高的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种被动式射频开关电路，包括：

三个基本元件；

所述三个基本元件依次首尾相连以形成三角形的封闭回路；

每两个相邻基本元件之间的节点分别与射频前端模块中低噪声放大器的输出端口、射频前端模块中功率放大器的输入端口、主芯片的射频收发端口连接。

第二方面，本发明实施例还提供了一种射频控制系统，包括第一方面所述的被动式射频开关电路，系统包括：

主芯片，所述主芯片包括射频收发端口；所述主芯片的射频收发端口复用射频发送功能和射频接收功能；

射频前端模块，所述射频前端模块包括主动射频开关、功率放大器和低噪声放大器；

所述主动射频开关的射频收发端口通过射频界面与射频天线连接，所述主动射频开关的第一通道端口与低噪声放大器的输入端口连接，所述主动射频开关的第二通道端口与功率放大器的输出端口连接；

所述被动式射频开关电路包括三个基本元件；

所述三个基本元件依次首尾相连以形成三角形的封闭回路；

每两个相邻基本元件之间的节点分别与射频前端模块中低噪声放大器的输出端口、射频前端模块中功率放大器的输入端口、主芯片的射频收发端口连接。

第三方面，本发明实施例还提供了一种射频控制系统，包括第一方面所述的被动式射频开关电路，系统包括：

主芯片，所述主芯片包括射频收发端口；所述主芯片的射频收发端口复用射频发送功能和射频接收功能；

射频前端模块，所述射频前端模块包括功率放大器和低噪声放大器；

两个所述被动式射频开关电路均分别包括三个基本元件；所述三个基本元件依次首尾相连以形成三角形的封闭回路；

第一被动式射频开关电路中每两个相邻基本元件之间的节点分别与射频前端模块中低噪声放大器的输出端口、射频前端模块中功率放大器的输入端口、主芯片的射频收发端口连接；

第二被动式射频开关电路中每两个相邻基本元件之间的节点分别与射频天线、射频前端模块中低噪声放大器的输入端口、射频前端模块中功率放大器的输出端口连接。

第四方面，本发明实施例还提供了一种射频控制方法，用于控制第二方面所述的射频控制系统，所述射频控制方法包括步骤：

在射频发射阶段，控制低噪声放大器为关闭状态，低噪声放大器的输出端口呈高阻抗状态；

在射频接收阶段，控制功率放大器为关闭状态，功率放大器的输入端口呈高阻抗状态。

第五方面，本发明实施例还提供了一种射频控制方法，用于控制第三方面所述的射频控制系统，所述射频控制方法包括步骤：

对于第一被动式射频开关电路的控制流程包括步骤：

在射频发射阶段，控制低噪声放大器为关闭状态，低噪声放大器的输出端口呈高阻抗状态；

在射频接收阶段，控制功率放大器PA为关闭状态，功率放大器的输入端口呈高阻抗状态；

对于第二被动式射频开关电路的控制流程包括步骤：

在射频发射阶段，控制低噪声放大器为关闭状态，低噪声放大器的输入端口呈高阻抗状态；

在射频接收阶段，控制功率放大器为关闭状态，功率放大器的输出端口呈高阻抗状态。

本发明实施例减小PCB布局(layout)的困难度，并且降低射频的尺寸和硬件成本。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种被动式射频开关电路、射频控制系统及其控制方法的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是主动射频开关电路的标示示意图；

图2是本发明实施例提供的一种被动式射频开关电路的具体电路结构示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种被动式射频开关电路的具体电路结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种被动式射频开关电路Port1到Port2量测方式的具体电路结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种被动式射频开关电路Port1到Port3量测方式的具体电路结构示意图。

图6是本发明射频控制系统的TDD半双工系统架构的一种示意图；

图7是本发明射频控制系统的TDD半双工系统架构的另一种示意图；

图8是本发明射频控制系统的TDD半双工系统架构的另一种示意图；

图9是Port1到Port2量测中，Port1 S参数(S11；回波损耗)量测结果图；

图10是Port1到Port2 S参数(S21；插入损耗)量测结果图；

图11是Port1到Port2量测中，Port2 S参数(S22；回波损耗)量测结果图；

图12是Port1到Port3量测中，Port1 S参数(S11；回波损耗)量测结果图；

图13是Port1到Port3 S参数(S21；插入损耗)量测结果图；

图14是Port1到Port3量测中，Port3 S参数(S22；回波损耗)量测结果图；

图15是被动射频开关电路的总带宽(在V.S.W.R.≤2：1条件下)量测结果图；

图16是被动射频开关电路具有滤波功能(S21)量测结果图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其他实施例中也可以实现本申请。在其他情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所述描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或集合的存在或添加。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。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，并获得其他的实施方式。

现有技术中的RF SW采用半导体制程(例如：GaAs pHEMT)方式实现。而且，典型的RF SW一般有2根控制脚位，3根射频信号输出/入脚位，以及1根接地脚位。由于RF SW需要主芯片提供控制信号，用以控制RF SW切换使其呈现在发射或接收状态，因此，增加了PCB布局(layout)的困难度，以及增加了EMI/EMC的风险。RF SW本身开启与关闭(ON/OFF)的速度，亦可能造成射频信号的延迟风险。需要仔细调整RF SW收/发控制信号的切换时序(SwitchingTiming)，一旦时序切换不当或错误，将造成系统的干扰，进而使得系统性能严重下降。RFSW采用半导体制程方式实现，因此，在缺芯的时代里，若整体系统能减少芯片的种类与使用量，则将降低芯片缺货的风险。在实际应用电路中，RF SW周边仍需加入一些电容、电感、电阻搭配使用，以减少各种问题发生。因此，若能设计一个简单电路，并且能达到与RF SW相同的功能，则此简单电路就能取代RF SW以及其周边元器件，进而达成降低BOM(Bill ofMaterial)成本的目的(Lower BOM Costs)。

第一实施例，本发明提供了一种被动式射频开关电路100，如图2所示，包括：

三个基本元件；

所述三个基本元件依次首尾相连以形成三角形的封闭回路；

每两个相邻基本元件之间的节点分别与射频前端模块中低噪声放大器的输出端口、射频前端模块中功率放大器的输入端口、主芯片的射频收发端口连接。

第二实施例，一种被动式射频开关电路100，如图2、图4、图5和图6所示，三个基本元件均为电感，其中，所述三个电感依次首尾相连以形成三角形的封闭回路；

每两个相邻电感之间的节点分别与射频前端模块RF FEM中低噪声放大器LNA的输出端口、射频前端模块RF FEM中功率放大器PA的输入端口、主芯片IC的射频收发端口110连接。

具体的，电路架构如图2所示，三个电感分别是第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3，第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3依次首尾相连以形成如图2所示三角形的封闭回路。其中，第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3的型号、亨利值(即电感的单位)可以相同也可以不同。

需要注意的是，本发明中第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3依次首尾相连方式可以是如图2所示，根据电感编号(L1、L2、L3)从小到大的顺序按照顺时针依次首尾相连。当然，本发明中第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3依次首尾相连方式还可以根据电感编号(L1、L2、L3)从小到大的顺序按照逆时针依次首尾相连。总之，三个电感依次首尾相连以形成三角形的封闭回路的任意连接顺序均在本发明的保护范围之内。在一个实施方式中，如图2所示，基层电容C1与射频收发端口110所连接的节点连接后接地。

本发明利用3颗被动分立器件电感(即依次首尾相连以形成三角形的封闭回路的三个电感)以及一颗被动分立器件电容(即基层电容C1)，形成3端口均为50Ω系统的被动式射频开关(Passive RF Switch)，并且达成与RF SW相同的功能。因此，被动式射频开关电路100可以取代RF SW与其周边搭配的电路，并且达成降低BOM成本的目的。

在一个实施方式中，如图2、图4、图5和图6所示：

第一电感L1与第二电感L2之间的节点与所述主芯片IC的射频收发端口110连接；

第一电感L1与第三电感L3之间的节点与所述功率放大器PA的输入端口连接；

第二电感L2与第三电感L3之间的节点与所述低噪声放大器LNA的输出端口连接。

具体的，本发明构思原理如下：假设Port 1(即本发明中第一电感L1与第二电感L2之间的节点)是接在主芯片IC的收/发合路信号端口即本发明的射频收发端口110，Port 2(即本发明中第一电感L1与第三电感L3之间的节点)是接在射频前端模块RF FEM中功率放大器PA的输入端口，Port 3(即本发明中第二电感L2与第三电感L3之间的节点)是接在射频前端模块RF FEM中低噪声放大器LNA的输出端口。

(1)由于TDD half-duplex系统的特性是在发射状态(TX ON)时，接收端呈现关闭状态(RX OFF)。同理，在接收状态(RX ON)时，发射端呈现关闭状态(TX OFF)。

本发明利用上述特性，在发射状态时，低噪声放大器LNA呈现关闭状态(低噪声放大器LNA OFF)，亦即低噪声放大器LNA输出端口Port 3呈现高阻抗，因此，必须设计发射信号从主芯片IC收/发合路信号端口Port 1安全地传送至功率放大器PA的输入端口Port 2，并且不受到从Port 3端口反射回来的信号干扰。如此，便达成了与RF SW在发射状态时的相同功能。

(2)同理，在接收状态时，功率放大器PA呈现关闭状态(功率放大器PA OFF)，亦即功率放大器PA输入端口Port 2呈现高阻抗，因此，必须设计接收信号从低噪声放大器LNA输出端口Port 3安全地传送至主芯片IC收/发合路信号端口Port 1，并且不受到从Port 2端口反射回来的信号干扰。如此，便达成了与RF SW在接收状态时的相同功能。

本发明利用3颗被动分立器件电感(即依次首尾相连以形成三角形的封闭回路的三个电感)以及一颗被动分立器件电容(即基层电容C1)，形成3端口均为50Ω系统的被动式射频开关(Passive RF Switch)，并且达成与RF SW相同的功能。因此，被动式射频开关电路100可以取代RF SW与其周边搭配的电路，并且达成降低BOM成本的目的。

第三实施例，一种被动式射频开关电路100，如图3、图4、图5和图6所示，三个基本元件分别为两个电感和一个补偿电容C2，包括：

所述补偿电容C2和两个电感依次首尾相连以形成三角形的封闭回路；

所述补偿电容C2和两个电感首尾相连的三个节点分别与射频前端模块RF FEM中低噪声放大器LNA的输出端口、射频前端模块RF FEM中功率放大器PA的输入端口、主芯片IC的射频收发端口110连接。

具体的，电路架构如图3所示，两个电感分别是第一电感L1、第二电感L2，第一电感L1、第二电感L2和补偿电容C2依次首尾相连以形成如图3所示三角形的封闭回路。其中，第一电感L1、第二电感L2的型号、亨利值(即电感的单位)可以相同也可以不同。

需要注意的是，本发明中第一电感L1、第二电感L2和补偿电容C2依次首尾相连方式可以是如图3所示，根据L1→L2→C2的顺序按照顺时针依次首尾相连。当然，本发明中第一电感L1、第二电感L2和补偿电容C2依次首尾相连方式还可以根据L1→C2→L2的顺序按照逆时针依次首尾相连。总之，两个电感和补偿电容C2依次首尾相连以形成三角形的封闭回路的任意连接顺序均在本发明的保护范围之内。在一个实施方式中，如图3所示，基层电容C1与射频收发端口110所连接的节点连接后接地。

本发明利用2颗被动分立器件电感、补偿电容C2(即依次首尾相连以形成三角形的封闭回路的两个电感和补偿电容C2)以及一颗被动分立器件电容即基层电容C1，形成3端口均为50Ω系统的被动式射频开关(Passive RF Switch)，并且达成与RF SW相同的功能。因此，被动式射频开关电路100可以取代RF SW与其周边搭配的电路，并且达成降低BOM成本的目的。

在一个实施方式中，第一电感L1与第二电感L2之间的节点与所述主芯片IC的射频收发端口110连接；

第一电感L1与补偿电容C2之间的节点与所述功率放大器PA的输入端口连接；

第二电感L2与补偿电容C2之间的节点与所述低噪声放大器LNA的输出端口连接。

具体的，本发明构思原理如下：假设Port 1(即本发明中第一电感L1与第二电感L2之间的节点)是接在主芯片IC的收/发合路信号端口即本发明的射频收发端口110，Port 2(即本发明中第一电感L1与补偿电容C2之间的节点)是接在射频前端模块RF FEM中功率放大器PA的输入端口，Port 3(即本发明中第二电感L2与补偿电容C2之间的节点)是接在射频前端模块RF FEM中低噪声放大器LNA的输出端口。

(1)由于TDD half-duplex系统的特性是在发射状态(TX ON)时，接收端呈现关闭状态(RX OFF)。同理，在接收状态(RX ON)时，发射端呈现关闭状态(TX OFF)。

本发明利用上述特性，在发射状态时，低噪声放大器LNA呈现关闭状态(低噪声放大器LNA OFF)，亦即低噪声放大器LNA输出端口Port 3呈现高阻抗，因此，必须设计发射信号从主芯片IC收/发合路信号端口Port 1安全地传送至功率放大器PA的输入端口Port 2，并且不受到从Port 3端口反射回来的信号干扰。如此，便达成了与RF SW在发射状态时的相同功能。

(2)同理，在接收状态时，功率放大器PA呈现关闭状态(功率放大器PA OFF)，亦即功率放大器PA输入端口Port 2呈现高阻抗，因此，必须设计接收信号从低噪声放大器LNA输出端口Port 3安全地传送至主芯片IC收/发合路信号端口Port 1，并且不受到从Port 2端口反射回来的信号干扰。如此，便达成了与RF SW在接收状态时的相同功能。

本发明利用2颗被动分立器件电感、补偿电容C2(即依次首尾相连以形成三角形的封闭回路的两个电感和补偿电容C2)以及一颗被动分立器件电容即基层电容C1，形成3端口均为50Ω系统的被动式射频开关(Passive RF Switch)，并且达成与RF SW相同的功能。因此，被动式射频开关电路100可以取代RF SW与其周边搭配的电路，并且达成降低BOM成本的目的。

第四实施例，如图2、图3、图4、图5和图6所示，本发明实施例还提供了一种射频控制系统，包括：

主芯片IC，所述主芯片IC包括射频收发端口110连接；

射频前端模块RF FEM，所述射频前端模块RF FEM包括主动射频开关、功率放大器PA和低噪声放大器LNA；所述主动射频开关的射频收发端口通过射频界面与射频天线连接，所述主动射频开关的第一通道端口与低噪声放大器LNA的输入端口连接，所述主动射频开关的第二通道端口与功率放大器PA的输出端口连接；

被动式射频开关电路100，所述被动式射频开关电路100包括一基层电容C1和三个电感；

所述三个电感依次首尾相连以形成三角形的封闭回路；

每两个相邻电感之间的节点分别与射频前端模块RF FEM中低噪声放大器LNA的输出端口、射频前端模块RF FEM中功率放大器PA的输入端口、主芯片IC的射频收发端口110连接。

在一个实施方式中，所述基层电容C1与所述射频收发端口110所连接的节点连接后接地。

在一个实施方式中，如果三个基本元件为三个电感，那么第一电感L1与第二电感L2之间的节点与所述主芯片IC的射频收发端口110连接；第一电感L1与第三电感L3之间的节点与所述功率放大器PA的输入端口连接；第二电感L2与第三电感L3之间的节点与所述低噪声放大器LNA的输出端口连接。

具体的，本实施例是包括上述第二实施例中被动式射频开关电路100的系统实施例，具体效果参见上述第二实施例，在此不再一一赘述。

在一个实施方式中，如果三个基本元件为一个补偿电容和两个电感，那么第一电感L1与第二电感L2之间的节点与所述主芯片IC的射频收发端口110连接；第一电感L1与补偿电容C2之间的节点与所述功率放大器PA的输入端口连接；第二电感L2与补偿电容C2之间的节点与所述低噪声放大器LNA的输出端口连接。

具体的，本实施例是包括上述第三实施例中被动式射频开关电路100的系统实施例，具体效果参见上述第三实施例，在此不再一一赘述。

总之，射频收发共同端节点Port 1接到主芯片的射频收发端口，如果节点Port 2接到功率放大器的输入端口，则节点Port 3接到低噪声放大器的输出端口。同理，由于对称关系，节点Port 2和节点Port 3可交换，亦即：当射频收发共同端节点Port 1接到主芯片的射频收发端口，节点Port 2接到低噪声放大器的输出端口，则节点Port 3接到功率放大器的输入端口。由于对称关系，节点Port 2和节点Port 3并没有规定哪一个端口一定要接到功率放大器或是低噪声放大器，因此，一旦节点Port 2接到功率放大器的输入端口时，节点Port 3一定是接到低噪声放大器的输出端口。同理可知，一旦节点Port 2接到低噪声放大器的输出端口时，节点Port 3一定是接到功率放大器的输入端口。

第五实施例，本发明实施例还提供了一种射频控制方法，用于控制所述的被动式射频开关电路100，所述射频控制方法包括：

在射频发射阶段，控制低噪声放大器LNA为关闭(OFF)状态，低噪声放大器LNA输出端口呈高阻抗状态；

在射频接收阶段，控制功率放大器PA为关闭(OFF)状态，功率放大器PA输入端口呈高阻抗状态。

具体的，本实施例是应用于上述第三实施例和第四实施例中被动式射频开关电路100的方法实施例，具体效果参见上述第三实施例和第四实施例，在此不再一一赘述。上述第一实施例至第五实施例中，只要射频前端模块RF FEM内部带有主动射频开关，那么被动式射频开关电路100只能放置在主芯片IC与射频前端模块RF FEM之间。

第六实施例，如图2、图4、图5、图7所示，本发明实施例还提供了一种射频控制系统，包括：

主芯片IC，所述主芯片IC包括射频收发端口110；所述主芯片IC的射频收发端口110复用射频发送功能和射频接收功能；

射频前端模块RF FEM，所述射频前端模块RF FEM包括功率放大器PA和低噪声放大器LNA；

两个被动式射频开关电路，每个被动式射频开关电路均分别包括三个基本元件；所述三个基本元件依次首尾相连以形成三角形的封闭回路；其中，

第一被动式射频开关电路1001中每两个相邻基本元件之间的节点分别与射频前端模块RF FEM中低噪声放大器LNA的输出端口、射频前端模块RF FEM中功率放大器PA的输入端口、主芯片IC的射频收发端口110连接；

第二被动式射频开关电路1002中每两个相邻基本元件之间的节点分别与射频天线ANT、射频前端模块RF FEM中低噪声放大器LNA的输入端口、射频前端模块RF FEM中功率放大器PA的输出端口连接。

具体的，只要射频前端模块RF FEM内部不带有主动射频开关，那么被动式射频开关电路100就可以分别放置在主芯片IC与射频前端模块RF FEM之间，以及射频前端模块RFFEM与天线ANT之间。需要明白的是，假如射频前端模块RF FEM里面不带有主动射频开关(RFSW)，实际上，市面上是有这种射频前端模块RF FEM，而且是普遍的，那么，第二被动式射频开关电路1002是可以被置于天线ANT和射频前端模块RF FEM之间的，其架构示意图如下图7所示，第二被动式射频开关电路1002被置于天线ANT和RF FEM之间，第一被动式射频开关电路1001被置于主芯片IC和射频前端模块RF FEM之间。

如图7所示，在一个实施方式中，所述三个基本元件包括：三个电感；

第一被动式射频开关电路1001中第一电感L1、第二电感L2之间的节点Port1与所述主芯片IC的射频收发端口110连接；第一被动式射频开关电路1001中第一电感L1、第三电感L3之间的节点Port3与所述低噪声放大器LNA的输出端口连接；第一被动式射频开关电路1001中第二电感L2、第三电感L3之间的节点Port2与所述功率放大器PA的输入端口连接；

第二被动式射频开关电路1002中第一电感L1、第二电感L2之间的节点Port1与所述射频天线ANT的射频收发端口连接；第二被动式射频开关电路1002中第一电感L1、第三电感L3之间的节点Port2与所述低噪声放大器LNA的输入端口连接；第二被动式射频开关电路1002中第二电感L2、第三电感L3之间的节点Port3与所述功率放大器PA的输出端口连接。

具体的，由于被动式射频开关电路架构为对称分布，因此，当Port 2作为TX路径时，Port 3即为RX路径。同理，当Port 3作为TX路径时，Port 2即为RX路径。即只需要第一被动式射频开关电路1001中第一电感L1、第二电感L2之间的节点Port1与所述主芯片IC的射频收发端口110连接，那么第一被动式射频开关电路1001中第一电感L1、第三电感L3之间的节点Port3，以及第一被动式射频开关电路1001中第二电感L2、第三电感L3之间的节点Port2可以随意替换与功率放大器PA的输入端口和低噪声放大器LNA的输出端口的连接关系。同理，只需要第二被动式射频开关电路1002中第一电感L1、第二电感L2之间的节点Port1与所述射频天线ANT的射频收发端口连接，那么第二被动式射频开关电路1002中第一电感L1、第三电感L3之间的节点Port2，以及第二被动式射频开关电路1002中第二电感L2、第三电感L3之间的节点Port3可以随意替换与功率放大器PA的输出端口和低噪声放大器LNA的输入端口的连接关系。

第七实施例，如图3、图4、图5、图8所示，本发明实施例还提供了一种射频控制系统，包括：

主芯片IC，所述主芯片IC包括射频收发端口110；所述主芯片IC的射频收发端口110复用射频发送功能和射频接收功能；

射频前端模块RF FEM，所述射频前端模块RF FEM包括功率放大器PA和低噪声放大器LNA；

两个被动式射频开关电路，每个被动式射频开关电路均分别包括三个基本元件；所述三个基本元件依次首尾相连以形成三角形的封闭回路；其中，

第一被动式射频开关电路1001中每两个相邻基本元件之间的节点分别与射频前端模块RF FEM中低噪声放大器LNA的输出端口、射频前端模块RF FEM中功率放大器PA的输入端口、主芯片IC的射频收发端口110连接；

第二被动式射频开关电路1002中每两个相邻基本元件之间的节点分别与射频天线ANT、射频前端模块RF FEM中低噪声放大器LNA的输入端口、射频前端模块RF FEM中功率放大器PA的输出端口连接。

具体的，需要明白的是，假如射频前端模块RF FEM里面不带有主动射频开关，实际上，市面上是有这种射频前端模块RF FEM，而且是普遍的，那么，第二被动式射频开关电路1002是可以被置于天线ANT和射频前端模块RF FEM之间的，其架构示意图如下图8所示，第二被动式射频开关电路1002被置于天线ANT和射频前端模块RF FEM之间，第一被动式射频开关电路1001被置于主芯片IC和射频前端模块RF FEM之间。

如图8所示，在一个实施方式中，所述三个基本元件包括：两个电感和一个补偿电容C2：

第一被动式射频开关电路1001中第一电感L1、第二电感L2之间的节点与所述主芯片IC的射频收发端口110连接；第一被动式射频开关电路1001中第一电感L1与补偿电容C2之间的节点与所述低噪声放大器LNA的输出端口连接；第一被动式射频开关电路1001中第二电感L2与补偿电容C2之间的节点与所述功率放大器PA的输入端口连接；

第二被动式射频开关电路1002中第一电感L1、第二电感L2之间的节点与所述射频天线ANT的射频收发端口连接；第二被动式射频开关电路1002中第一电感L1与补偿电容C2之间的节点与所述功率放大器PA的输出端口连接；第二被动式射频开关电路1002中第二电感L2与补偿电容C2之间的节点与所述低噪声放大器LNA的输入端口连接。

具体的，由于被动式射频开关电路架构为对称分布，因此，当Port 2作为TX路径时，Port 3即为RX路径。同理，当Port 3作为TX路径时，Port 2即为RX路径。即只需要第一被动式射频开关电路1001中第一电感L1、第二电感L2之间的节点Port1与所述主芯片IC的射频收发端口110连接，那么第一被动式射频开关电路1001中第一电感L1、补偿电容C2之间的节点Port3，以及第一被动式射频开关电路1001中第二电感L2、补偿电容C2之间的节点Port2可以随意替换与功率放大器PA的输入端口和低噪声放大器LNA的输出端口的连接关系。同理，只需要第二被动式射频开关电路1002中第一电感L1、第二电感L2之间的节点Port1与所述射频天线ANT的射频收发端口连接，那么第二被动式射频开关电路1002中第一电感L1、补偿电容C2之间的节点Port2，以及第二被动式射频开关电路1002中第二电感L2、补偿电容C2之间的节点Port3可以随意替换与功率放大器PA的输出端口和低噪声放大器LNA的输入端口的连接关系。

(1)总之，只要第一被动式射频开关电路1001中的共同端节点Port1接到主芯片IC的射频收发端口110，则节点Port 2和节点Port 3必定接到功率放大器的输入端口，以及低噪声放大器的输出端口。至于是节点Port 2接功率放大器的输入端口，还是节点Port 3接低噪声放大器的输出端口，则没有任何限定，这是因为被动射频开关是一种对称关系，节点Port2和节点Port3的接法对象是可以交换对调的。

(2)总之，只要第二被动式射频开关电路1002中的共同端节点Port1接到天线ANT的射频收发端口，则节点Port 2和节点Port 3必定接到功率放大器的输出端口，以及低噪声放大器的输入端口。至于是节点Port2接功率放大器的输出端口，还是节点Port 3接低噪声放大器的输入端口，则没有任何限定，这是因为被动射频开关是一种对称关系，节点Port2和节点Port3的接法对象是可以交换对调的。

所有的设计构思原理以及被动式射频开关电路优点均如同上述第一实施例至第五实施例中提及的一样，唯一差别在于，射频控制方法包括：

对于第一被动式射频开关电路的控制流程包括步骤：

在射频发射阶段，控制低噪声放大器为关闭(OFF)状态，低噪声放大器的输出端口呈高阻抗状态；

在射频接收阶段，控制功率放大器PA为关闭(OFF)状态，功率放大器的输入端口呈高阻抗状态；

对于第二被动式射频开关电路的控制流程包括步骤：

在射频发射阶段，控制低噪声放大器为关闭(OFF)状态，低噪声放大器的输入端口呈高阻抗状态；

在射频接收阶段，控制功率放大器为关闭(OFF)状态，功率放大器的输出端口呈高阻抗状态。

本发明中的被动式射频开关电路具有下列优点，如下：

(1)分立器件之被动式射频开关电路其插入损耗(IL)约在1dB左右，此数值与主动射频开关(RF SW)相当。因此，可以取代现有的RF SW。

(2)宽带带宽(Broadband BW)：具有1.653GHz带宽，因此，可克服因元器件，PCB制程等变异所造成的工作频率等参数漂移。

(3)具有滤波功能，滤除二次谐波。因此，不须额外外加滤波器，整体系统也易于通过认证。

(4)以4颗被动L/C分立器件，取代主动射频开关以及其周边匹配和控制电路上的许多被动元器件。因此，将大幅降低BOM成本。

(5)无极性之分：由于被动式射频开关电路架构为对称分布。因此，当Port 2作为TX路径时，Port 3即为RX路径。同理，当Port 3作为TX路径时，Port 2即为RX路径。这意谓着适用于不同厂家RF FEM所提供的TX/RX不同脚位之布局，易于PCB layout。

(6)不需要控制信号，优点如下(a)(b)(c)三点：

(a)没有控制信号走线，因此，PCB布局简单，并且易于2层板(2-layer)PCBlayout。

(b)没有控制信号走线，因此，降低了EMI/EMC干扰之风险。

(c)没有控制信号，因此，没有TX/RX工作切换时序之问题发生。

(7)被动式射频开关电路本身由分立的被动元器件L/C所组成，因此，不会有如同主动射频开关本身开启(ON)或关闭(OFF)时所造成信号延迟的问题发生。

本发明是设计在WiFi系统，工作频率操作在5GHz～5.9GHz范围内，其最终量测结果如下：

发射状态的测试架构(Port1到Port2)如图4所示，S11的回波损耗(Return Loss；缩写为RL)测试结果如图9所示，S21的插入损耗(Insertion Loss；缩写为IL)测试结果如图10所示，S22的回波损耗(Return Loss；缩写为RL)测试结果如图11所示。

接收状态的测试架构(Port1到Port3)如图5所示，S11的回波损耗(Return Loss；缩写为RL)测试结果如图12所示，S21的插入损耗(Insertion Loss；缩写为IL)测试结果如图13所示，S22的回波损耗(Return Loss；缩写为RL)测试结果如图14所示。

本发明被动射频开关电路的总带宽(Bandwidth，缩写为BW)如图15所示，其中，BW：1.653GHz@V.S.W.R.≤2：1。本发明被动射频开关电路如图16所示具有滤波器的功能，而且，二次谐波衰减量(Attenuation)至少在15dB以上。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述或记载的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些界面，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性、机械或其他的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可能集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种被动式射频开关电路，其特征在于，包括：

三个基本元件；

所述三个基本元件依次首尾相连以形成三角形的封闭回路；

每两个相邻基本元件之间的节点分别与射频前端模块中低噪声放大器的输出端口、射频前端模块中功率放大器的输入端口、主芯片的射频收发端口连接。

2.根据权利要求1所述的被动式射频开关电路，其特征在于，所述三个基本元件包括：三个电感；

第一电感与第二电感之间的节点与所述主芯片的射频收发端口连接；

第一电感与第三电感之间的节点与所述功率放大器的输入端口连接；

第二电感与第三电感之间的节点与所述低噪声放大器的输出端口连接。

3.根据权利要求1所述的被动式射频开关电路，其特征在于，所述三个基本元件包括：两个电感和一个补偿电容：

第一电感与第二电感之间的节点与所述主芯片的射频收发端口连接；

第一电感与补偿电容之间的节点与所述功率放大器的输入端口连接；

第二电感与补偿电容之间的节点与所述低噪声放大器的输出端口连接。

4.根据权利要求2或3所述的被动式射频开关电路，其特征在于，还包括：基层电容；

所述基层电容与所述射频收发端口所连接的节点连接后接地。

5.一种射频控制系统，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述的被动式射频开关电路，系统包括：

主芯片，所述主芯片包括射频收发端口；所述主芯片的射频收发端口复用射频发送功能和射频接收功能；

射频前端模块，所述射频前端模块包括主动射频开关、功率放大器和低噪声放大器；

所述主动射频开关的射频收发端口通过射频界面与射频天线连接，所述主动射频开关的第一通道端口与低噪声放大器的输入端口连接，所述主动射频开关的第二通道端口与功率放大器的输出端口连接；

所述被动式射频开关电路包括三个基本元件；

所述三个基本元件依次首尾相连以形成三角形的封闭回路；

每两个相邻基本元件之间的节点分别与射频前端模块中低噪声放大器的输出端口、射频前端模块中功率放大器的输入端口、主芯片的射频收发端口连接。

6.根据权利要求5所述的射频控制系统，其特征在于，所述三个基本元件包括：三个电感；

第一电感与第二电感之间的节点与所述主芯片的射频收发端口连接；

第一电感与第三电感之间的节点与所述功率放大器的输入端口连接；

第二电感与第三电感之间的节点与所述低噪声放大器的输出端口连接。

7.根据权利要求5所述的射频控制系统，其特征在于，所述三个基本元件包括：两个电感和一个补偿电容：

第一电感与第二电感之间的节点与所述主芯片的射频收发端口连接；

第一电感与补偿电容之间的节点与所述功率放大器的输入端口连接；

第二电感与补偿电容之间的节点与所述低噪声放大器的输出端口连接。

8.根据权利要求5-7任一项所述的被动式射频开关电路，其特征在于，还包括：基层电容；

所述基层电容与所述射频收发端口所连接的节点连接后接地。

9.一种射频控制系统，其特征在于，包括两个如权利要求1-4任一项所述的被动式射频开关电路，系统包括：

主芯片，所述主芯片包括射频收发端口；所述主芯片的射频收发端口复用射频发送功能和射频接收功能；

射频前端模块，所述射频前端模块包括功率放大器和低噪声放大器；

两个所述被动式射频开关电路均分别包括三个基本元件；所述三个基本元件依次首尾相连以形成三角形的封闭回路；

第一被动式射频开关电路中每两个相邻基本元件之间的节点分别与射频前端模块中低噪声放大器的输出端口、射频前端模块中功率放大器的输入端口、主芯片的射频收发端口连接；

第二被动式射频开关电路中每两个相邻基本元件之间的节点分别与射频天线、射频前端模块中低噪声放大器的输入端口、射频前端模块中功率放大器的输出端口连接。

10.根据权利要求9所述的射频控制系统，其特征在于，所述三个基本元件包括：三个电感；

第一被动式射频开关电路中第一、第二电感之间的节点与所述主芯片的射频收发端口连接；

第一被动式射频开关电路中第一、第三电感之间的节点与所述低噪声放大器的输出端口连接；

第一被动式射频开关电路中第二、第三电感之间的节点与所述功率放大器的输入端口连接；

第二被动式射频开关电路中第一、第二电感之间的节点与所述射频天线的射频收发端口连接；

第二被动式射频开关电路中第一、第三电感之间的节点与所述低噪声放大器的输入端口连接；

第二被动式射频开关电路中第二、第三电感之间的节点与所述功率放大器的输出端口连接。

11.根据权利要求9所述的射频控制系统，其特征在于，所述三个基本元件包括：两个电感和一个补偿电容：

第一被动式射频开关电路中第一、第二电感之间的节点与所述主芯片的射频收发端口连接；

第一被动式射频开关电路中第一电感与补偿电容之间的节点与所述低噪声放大器的输出端口连接；

第一被动式射频开关电路中第二电感与补偿电容之间的节点与所述功率放大器的输入端口连接；

第二被动式射频开关电路中第一、第二电感之间的节点与所述射频天线的射频收发端口连接；

第二被动式射频开关电路中第一电感与补偿电容之间的节点与所述功率放大器的输出端口连接；

第二被动式射频开关电路中第二电感与补偿电容之间的节点与所述低噪声放大器的输入端口连接。

12.根据权利要求9-11任一项所述的被动式射频开关电路，其特征在于，还包括：基层电容；

所述基层电容与所述射频收发端口所连接的节点连接后接地。

13.一种射频控制方法，其特征在于，用于控制如权利要求5-8任一项所述的射频控制系统，所述射频控制方法包括步骤：

在射频发射阶段，控制低噪声放大器为关闭状态，低噪声放大器的输出端口呈高阻抗状态；

在射频接收阶段，控制功率放大器为关闭状态，功率放大器的输入端口呈高阻抗状态。

14.一种射频控制方法，其特征在于，用于控制如权利要求9-12任一项所述的射频控制系统，所述射频控制方法包括步骤：

对于第一被动式射频开关电路的控制流程包括步骤：

在射频发射阶段，控制低噪声放大器为关闭状态，低噪声放大器的输出端口呈高阻抗状态；

在射频接收阶段，控制功率放大器PA为关闭状态，功率放大器的输入端口呈高阻抗状态；

对于第二被动式射频开关电路的控制流程包括步骤：

在射频发射阶段，控制低噪声放大器为关闭状态，低噪声放大器的输入端口呈高阻抗状态；

在射频接收阶段，控制功率放大器为关闭状态，功率放大器的输出端口呈高阻抗状态。

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