CN114337567B - 射频前端模块及相应的射频前端系统、芯片及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射频前端模块，包括至少一个驱动放大器和至少一个功率放大器，驱动放大器的输出端连接功率放大器的输入端；射频前端模块在工作时由供电电源供电；在预设的电源切换条件满足时，至少一个驱动放大器和/或功率放大器由供电电源和电池电源共同供电。本发明所提供的射频前端模块能够在低电压、高功率的工作状态下，消除电源管理芯片的工作电流不足对整体最大输出功率的限制，满足电子设备对APT模式的应用需求。

Description

射频前端模块及相应的射频前端系统、芯片及电子设备

技术领域

本发明涉及一种射频前端模块，同时也涉及包括该射频前端模块的多模多频射频前端系统、集成电路芯片及电子设备，属于射频集成电路技术领域。

背景技术

随着通信技术的发展和数据业务的不断增加，以通信终端为代表的电子设备对射频前端模块的性能要求越来越高。例如，要求射频前端模块具有更多工作模式和频率带宽以满足不同地区的通信制式要求，同时还要实现更高的工作效率从而保持电子设备的长时间续航能力。

为了满足上述要求，使用包络跟踪 (Envelop Tracking，简写为ET) 模式或者平均功率跟踪（Average Power Track，简写为APT）模式的射频前端模块就逐步成为了业内的发展趋势。其中，ET模式是在功率放大器的工作电压与输入的射频信号之间建立联系使之实时互相跟随，从而提高功率放大器的工作效率的工作模式。APT模式是根据功率放大器的预先输出功率、结合功率放大器的自身参数来自动调整功率放大器的工作电压的工作模式。实践中，ET模式在输出功率低于预定值后，工作效率会低于APT模式，所以经常采用APT/ET模式，即高功率状态采用ET模式，中、低功率的输出状态采用APT模式。在专利号为ZL201911302298.0的中国发明专利中，公开了一种兼容APT和ET模式的5G射频前端电源切换芯片，包括第一开关、第二开关、第三开关和多个电容，第一开关、第二开关和第三开关分别包括高电源端、低电源端和控制端；第三开关的控制端和第一开关的控制端分别用于加载控制电压，第三开关的高电源端接第二开关的控制端，第三开关的低电源端接地；第二开关的高电源端用于电源加载，第二开关的低电源端接第一开关的高电源端，并作为输出端；第一开关的低电源端接地。

另一方面，现有的射频前端模块在高功率状态下，通常采用高电压供电。但高电压供电一方面会降低射频前端模块的工作可靠性，另一方面需要采用Boost DC-DC模块，这将显著提高电子设备的成本。在低电压供电的情况下，射频前端模块虽然可以不需要BoostDC-DC 模块供电，同时工作可靠性得到提高；但是，低电压供电时所需的工作电流比高电压供电时要大很多，现有的电源管理芯片难以提供足够大的工作电流，从而导致射频前端模块在低电压供电时难以实现高功率状态。

发明内容

本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种改进供电方式的射频前端模块。该射频前端模块能够在低电压、高功率的工作状态下，消除电源管理芯片的工作电流不足对整体最大输出功率的限制。

本发明所要解决的又一技术问题在于提供一种包括上述射频前端模块的射频前端系统。

本发明所要解决的又一技术问题在于提供一种包括上述射频前端模块的集成电路芯片及相应的电子设备。

为了实现上述目的，本发明采用下述的技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，提供一种射频前端模块，包括至少一个驱动放大器和至少一个功率放大器，所述驱动放大器的输出端连接所述功率放大器的输入端；

所述射频前端模块在工作时由供电电源VCC供电；在预设的电源切换条件满足时，至少一个驱动放大器和/或功率放大器由所述供电电源VCC和电池电源Vbatt共同供电。

其中较优地，所述电源切换条件为：所述射频前端模块的最大工作电流达到或超过单个电源管理芯片所能提供的最大电流。

或者，所述电源切换条件为：所述射频前端模块的输出功率达到或超过所述供电电源VCC单独供电时的最大线性功率。

其中较优地，所述驱动放大器的数量大于一个时，各所述驱动放大器之间级联，组成驱动放大电路。

其中较优地，所述功率放大器的数量大于一个时，各所述功率放大器之间并联，组成功率放大电路。

其中较优地，所述功率放大器的输出端连接阻抗匹配网络；所述阻抗匹配网络中包括开关、电容和电感，所述开关跟随所述功率放大器的工作状态开闭，改变所述阻抗匹配网络的输出阻抗。

其中较优地，所述驱动放大器和所述功率放大器均具有独立控制的供电网络。

其中较优地，各所述供电网络串联过流保护电路和过压保护电路。

其中较优地，所述供电网络由第一旁路电容、第二旁路电容、第六旁路电容与第一开关组成；其中，第一旁路电容的一端接地，另一端连接电池电源；第二旁路电容的一端接地，另一端连接第一开关的公共端；第六旁路电容的一端接地，另一端连接供电电源；第一开关的另一端在两个电源选项中切换，其中一个是电池电源，另一个是供电电源。

或者，所述供电网络由第一旁路电容、第二旁路电容与第二开关组成；其中，第二旁路电容的一端连接第二开关的一端，另一端直接接地；第二开关的另一端一方面连接电池电源，另一方面连接第一旁路电容的一端，所述第一旁路电容的另一端直接接地。

或者，所述供电网络由第三旁路电容、第四旁路电容与第三开关组成；其中，第三旁路电容的一端连接供电电源，另一端接地；第四旁路电容的一端连接供电电源，另一端连接所述第三开关后接地。

其中较优地，所述功率放大器的输入端设置功率分配器，输出端设置功率合成器；

所述功率分配器为90度功率分配器、Wilkerson功率分配器、transformer功率分配器或180度功率分配器中的任意一种；

所述功率合成器为90度功率合成器、Wilkerson功率合成器、transformer功率合成器或180度功率合成器中的任意一种。

或者，所述功率分配器由耦合器替代。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种多模多频射频前端系统，包括电池电源Vbatt、电源管理芯片和N个并联的射频前端模块，所述电池电源Vbatt向所述电源管理芯片供电，所述电源管理芯片提供相应的供电电源VCC；所述电池电源Vbatt和所述供电电源VCC分别向各个射频前端模块供电；其中，N为正整数。

根据本发明实施例的第三方面，提供一种集成电路芯片，包括上述的射频前端模块。

根据本发明实施例的第四方面，提供一种电子设备，包括上述的射频前端模块。

与现有技术相比较，本发明所提供的射频前端模块能够在低电压、高功率的工作状态下，消除电源管理芯片的工作电流不足对整体最大输出功率的限制，满足电子设备对APT（即平均功率跟踪）模式的应用需求。本发明所提供的技术改进方案，原理清晰，结构简单，可以应用于各种射频前端模块。

附图说明

图1为现有技术中，一个典型的射频前端模块的模块示意图；

图2为本发明的实施例1中，射频前端模块的电路原理图；

图3为本发明的实施例2中，射频前端模块的电路原理图；

图4为采用本发明提供的射频前端模块的多模多频射频前端系统结构简图；

图5为采用本发明提供的射频前端模块的多模多频射频前端系统的供电架构示意图；

图6为本发明的实施例3中，射频前端模块的电路原理图；

图7为本发明的实施例3中，相应的三个供电网络（PSN）的分解结构示意图；

图8为本发明的实施例4中，射频前端模块的电路原理图；

图9为本发明的实施例4中，相应的三个供电网络（PSN）的分解结构示意图；

图10为本发明的实施例5中，射频前端模块的电路原理图；

图11为本发明的实施例5中，相应的三个供电网络（PSN）的分解结构示意图；

图12为本发明的实施例6中，射频前端模块的电路原理图；

图13为本发明的实施例6中，相应的三个供电网络（PSN）的分解结构示意图；

图14～图17分别为本发明的实施例7的不同变形例示意图；其中，图14中通过90度功率分配器一分为二，输出功率通过90度功率合成器合成；图15中通过Wilkerson功率分配器将输入功率一分为二，通过Wilkerson功率合成器合成输出功率；图16中通过transformer功率分配器将输入功率一分为二，通过transformer功率合成器合成输出功率；图17中通过180度功率分配器将输入功率一分为二，通过180度功率合成器合成输出功率；

图18为本发明的实施例8中，射频前端模块的电路原理图；

图19为本发明的实施例9中，射频前端模块的电路原理图；

图20为本发明的实施例10中，射频前端模块的电路原理图；

图21为采用该射频前端模块的电子设备的示例图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容进行详细具体的说明。

如图1所示，现有技术中的一个典型的射频前端模块包括输入匹配电路、放大单元、输出匹配电路、控制单元和开关；其中，输入匹配电路一方面连接输入端，另一方面连接放大单元，从而实现放大单元和前级电路的阻抗匹配；放大单元连接在输入匹配电路与输出匹配电路之间，用于实现输入小信号的功率放大；输出匹配电路一方面连接放大单元，另一方面连接选通开关中的一路，用于实现放大单元的功率匹配；控制单元连接在选通开关与放大单元的偏置电源端之间，用于提供放大单元和选通开关工作所需要的偏置电压和逻辑电平。选通开关根据该逻辑电平，控制经过放大的射频信号选择不同的端口输出。

在现有的射频前端模块中，放大单元往往包括至少一个驱动放大器（drivingamplifier，简写为DA）和至少一个功率放大器（power amplifier，简写为PA）。其中，驱动放大器和功率放大器可以均由电池电源Vbatt供电；或者，驱动放大器用电池电源Vbatt供电，功率放大器用供电电源VCC供电。但是，现有的射频前端模块在中功率或低功率的输出状态下，必须有某个放大器一定要用电池电源Vbatt供电。但是，电池电源Vbatt是固定电压，不具备平均功率跟踪功能，所以实现的工作效率很低，无法进入APT模式，从而无法满足现代通信技术对高效率应用的要求。

为了解决上述问题，本发明实施例首先提供一种改进供电方式的射频前端模块。该射频前端模块的核心思路是在正常工作时，放大单元由供电电源VCC进行单一供电，确保射频前端模块可以实现APT（即平均功率跟踪）模式。在预设的电源切换条件满足时，放大单元由供电电源VCC和电池电源Vbatt两个电源共同供电，从而确保射频前端模块可以在低电压供电的情况下，实现高功率的工作状态。

下面，结合图2～图20所示的不同实施例对该射频前端模块的各种实施方式进行详细说明。

在本发明的实施例1中，该射频前端模块包括至少一级驱动放大电路和至少一级功率放大电路。其中，驱动放大电路与功率放大电路级联在一起，组成放大单元。驱动放大电路包括至少一个驱动放大器（如果有一个以上的驱动放大器，则多个驱动放大器之间级联），它的主要作用是提供增益和给功率放大电路提供驱动功率。功率放大电路包括至少一个功率放大器（如果有一个以上的功率放大器，则多个功率放大器之间并联）。在相邻的各级驱动放大器之间以及驱动放大电路与功率放大电路之间，可以设置阻抗匹配网络。同时，在输入端与驱动放大电路之间以及功率放大电路与输出端之间，也可以设置相应的阻抗匹配网络，分别作为输入匹配电路和输出匹配电路。

在图2所示的实施例1中，驱动放大电路包括一个驱动放大器DA，功率放大电路包括一个功率放大器PA。其中，射频前端模块的输入端与驱动放大器DA之间设置第一阻抗匹配网络（matching network，简写为MN）MN1，驱动放大器DA与功率放大器PA之间设置第二阻抗匹配网络MN2，功率放大器PA与射频前端模块的输出端之间设置第三阻抗匹配网络MN3。供电电源VCC通过第一供电网络PSN1向功率放大器PA供电，通过第三供电网络PSN3向驱动放大器DA供电。电池电源Vbatt在预设的电源切换条件满足时，通过第二供电网络PSN2向功率放大器PA供电。另外，驱动放大器DA具有独立设置的第一偏置电压Vreg1，功率放大器PA具有独立设置的第二偏置电压Vreg2。其中，供电电源VCC由电源管理芯片提供，用于给相应的驱动放大器（DA）及功率放大器（PA）提供工作电压和电流；驱动放大器（DA）负责提供增益和功率放大器（PA）所需要的输入功率；功率放大器（PA）负责提供输出功率。各个阻抗匹配网络（例如图2中的MN1、MN2和MN3）可以由开关、电容、电感以及耦合器（coupler）、变压器（transformer）等无源器件组成，在此不予赘述。

在图3所示的实施例2中，驱动放大电路由级联的第一驱动放大器DA1和第二驱动放大器DA2实现，在第一驱动放大器DA1和第二驱动放大器DA2之间设置了第一阻抗匹配网络MN1，作为级间匹配网络。第一驱动放大器DA1的输入端连接射频前端模块的输入端。功率放大电路由两个并联的功率放大器PA1和PA2实现。其中，第二驱动放大器DA2的输出端连接第二阻抗匹配网络MN2。第二阻抗匹配网络MN2分别连接两个并联的功率放大器PA1和PA2的输入端，作为阻抗匹配和功率分配网络。第一功率放大器PA1的输出端连接第三阻抗匹配网络MN3的一端，第二功率放大器PA2的输出端连接第四阻抗匹配网络MN4的一端，第三阻抗匹配网络MN3与第四阻抗匹配网络MN4的另一端并联在一起，共同连接射频前端模块的输出端。其中，连接输出端的第三阻抗匹配网络MN3与第四阻抗匹配网络MN4可以由开关、电容、电感以及耦合器、变压器等无源器件组成，作为输出匹配和功率合成网络，用于将输出阻抗匹配到功率放大器的最优负载阻抗。其它的阻抗匹配网络如第一阻抗匹配网络MN1和第二阻抗匹配网络MN2也可以由电容、电感、耦合器、变压器等无源器件组成。

在本发明的不同实施例中，各个驱动放大电路及功率放大电路均具有独立控制的供电网络。这些供电网络可以由旁路电容、电感和开关组成。利用这些供电网络，可以使各个驱动放大电路及功率放大电路的电源端在不同输出功率要求下实现供电电源VCC（由电源管理芯片提供）、电池电源Vbatt和高阻抗（即和电源断开的状态）之间切换，以实现不同的功率输出状态。例如在图3所示的实施例2中，供电电源VCC通过第三供电网络PSN3分别连接第一驱动放大器DA1和第二驱动放大器DA2。第一驱动放大器DA1和第二驱动放大器DA2分别具有独立设置的第一偏置电压Vreg1和第二偏置电压Vreg2。类似地，第一功率放大器PA1具有独立设置的第三偏置电压Vreg3，第二功率放大器PA2具有独立设置的第四偏置电压Vreg4。供电电源VCC通过第一供电网络PSN1向第一功率放大器PA1供电。同时，电池电源Vbatt在预设的电源切换条件满足时，通过第二供电网络PSN2向第二功率放大器PA2供电。上述四个偏置电压Vreg1、Vreg2、Vreg3、Vreg4分别给相应的驱动放大器（DA）及功率放大器（PA）提供偏置电压。

当该射频前端模块在正常工作时，如果处于中、低功率的输出状态，可以选择由部分功率放大器工作而其余部分功率放大器关闭，例如在图3所示的实施例2中，可以通过调节作为偏置电压的第四偏置电压Vreg4，关断第二功率放大器PA2，从而使放大单元中只有前级的驱动放大电路和第一功率放大器PA1正常工作。此时，只需要由供电电源VCC进行单一电源供电，整个放大电路的全部工作电流由供电电源VCC提供。由于供电电源VCC输出的电压值和电流值可以灵活调节大小，因此该射频前端模块可以通过供电电源VCC的控制，在低电压供电的情况下实现高功率的工作状态。

当该射频前端模块在正常工作时，如果处于高功率的输出状态，可以让第一功率放大器PA1和第二功率放大器PA2同时工作。此时，如果某个功率放大器的供电端连接到电源管理芯片提供的供电电源VCC上，那么该功率放大器的最大电流不超过上述电源管理芯片的最大工作电流。由于单个电源管理芯片所能提供的最大工作电流是有限的，往往使该射频前端模块的最大输出功率受到供电电源VCC的最大工作电流的限制，难以满足实际需要。为此，本发明对射频前端模块的供电方式进行了改进，在预设的电源切换条件满足时，放大单元不再仅仅由供电电源VCC作为单一电源供电，而是由供电电源VCC和电池电源Vbatt两个电源共同供电。这里的电源切换条件包括但不限于如下的情况：1. 射频前端模块的最大工作电流达到或超过单个电源管理芯片所能提供的最大电流；或者，2. 射频前端模块的输出功率达到或超过所述供电电源VCC单独供电时的最大线性功率。其中，最大线性功率指ACLR（Adjacent Channel Leakage Ratio，相邻频道泄漏比）和EVM（Error VectorMagnitude，误差向量幅度）满足3GPP规范要求时，射频前端模块所能输出的最大功率。上述ACLR和EVM的具体数值可以用频谱仪或手机综合测试仪测试得到。在上述电源切换条件满足时，电池电源Vbatt（此时的电池电源Vbatt相当于补充电源）加入对驱动放大器和/或功率放大器的供电工作中，即连接至少一个功率放大器和/或驱动放大器的供电端，从而可以解决该射频前端模块的最大输出功率受到供电电源VCC的最大工作电流的限制的问题。

另一方面，该射频前端模块的输出匹配网络（例如图3中的第三阻抗匹配网络MN3与第四阻抗匹配网络MN4）具有如下特点：当某个功率放大器的供电电压发生变化时，会影响该功率放大器的工作状态，例如从放大状态转为关断状态，或者从关断状态转为放大状态。此时，可以通过控制阻抗匹配网络中的开关调节其输出阻抗，例如开关闭合时为一个阻抗值，开关打开时为另一个阻抗值。通过阻抗匹配网络中的相关无源器件的灵活组合，可以实现输出端的阻抗调节，以此来补偿放大单元的工作状态的改变带来的阻抗变化。

图4是采用该射频前端模块的多模多频射频前端系统结构简图。在图4所示的实施例中，该多模多频射频前端系统包括电池电源Vbatt、电源管理芯片和Ｎ个并联的射频前端模块（RF FEM1、RF FEM2……RF FEMＮ），其中Ｎ为正整数。每个射频前端模块均采用上述实施例1中的基本架构。在该射频前端模块的应用端（通常为智能手机之类的电子设备），电池电源Vbatt向电源管理芯片（power management IC，简写为PMIC）供电，电源管理芯片提供相应的供电电源VCC。电池电源Vbatt和供电电源VCC分别向各个射频前端模块供电。

图5是采用该射频前端模块的多模多频射频前端系统的供电架构示意图。在图5所示的实施例中，电池电源Vbatt和供电电源VCC通过第一供电网络PSN1，输出Vout1给第一功率放大器PA1供电；电池电源Vbatt和供电电源VCC通过第二供电网络PSN2，输出Vout2给第二功率放大器PA2供电；电池电源Vbatt和供电电源VCC通过第三供电网络PSN3，输出Vout3给第一驱动放大器DA1和第一驱动放大器DA2供电。如果有Ｎ个并联的射频前端模块，依此类推。

本发明所提供的射频前端模块及相应的多模多频射频前端系统可以具有多种功率输出状态，从而适应不同通信模式的要求。在本发明的一个实施例中，该射频前端模块及相应的多模多频射频前端系统的输出状态可以分为3个功率段：高功率（High power mode，简写为HPM），中功率（middle power mode，简写为MPM）和低功率（Low power mode，简写为LPM）。上述三段的具体功率划分和芯片设计有关系，数值设定比较灵活，例如可以是18～26dBm（高功率）、8～18dbm（中功率）和小于8dBm（低功率），也可以是16～28dBm（高功率）、6～16dbm（中功率）和小于6dBm（低功率），还可以是18～30dBm（高功率）、6～18dbm（中功率）和小于6dBm（低功率）。在本发明的其它实施例中，上述输出状态还可以进一步细分为6个或8个甚至更多的功率段，在此不再一一举例说明。

另一方面，本发明所提供的射频前端模块及相应的多模多频射频前端系统可以在不同频段下工作。这些频段包括但不限于大致在600MHz～900MHz的低频段（简写为LB）、大致在1800MHz～2200MHz的中频段（简写为MB）和大致在2300MHz～2700MHz的高频段等，在此不再一一举例说明。

下面，结合图6～图20进一步说明本发明的另外几个实施例。

在图6所示的实施例3中，射频前端模块的基本架构与图3所示的实施例2基本相同，在此不予赘述。图7是图6所示的实施例3中，相应的三个供电网络（PSN）的分解结构示意图。在实施例3中，为第一功率放大器PA1供电的第一供电网络PSN1由两个旁路（bypass）电容C3和C4与开关SPST3组成。其中，旁路电容C3的一端连接供电电源VCC，另一端直接接地；旁路电容C4的一端连接供电电源VCC，另一端连接开关SPST3后接地。类似地，为第二功率放大器PA2供电的第二供电网络PSN2由两个旁路电容C1和C2与开关SPST1组成。其中，旁路电容C2的一端连接开关SPST1的公共端，另一端直接接地；开关SPST1的另一端一方面连接电池电源Vbatt，另一方面连接旁路电容C1的一端。旁路电容C1的另一端直接接地。

可选地，在第二功率放大器PA2的输出端设置了第五阻抗匹配网络MN5，第五阻抗匹配网络MN5通过串联的开关SPST2接地。第五阻抗匹配网络MN5作为第二功率放大器PA2的输出阻抗调节网络，可以由电容、电感、电阻等无源器件组成。

在实施例3中，当射频前端模块中的放大单元处于多电源供电方式时，开关SPST1处于导通状态，为第二功率放大器PA2提供电源供应；开关SPST3 也处于导通状态，将旁路电容C4接入电路中；同时，开关SPST2 断开；第五阻抗匹配网络MN5不接入电路。当射频前端模块中的放大单元处于单一电源供电方式时，开关SPST1 断开，开关SPST2 闭合，从而将第五阻抗匹配网络MN5接入电路，弥补第二功率放大器PA2不工作带来的阻抗变化；当射频前端模块中的放大单元不工作的时候，开关SPST3断开，旁路电容C4不接入电路，SPST1断开处于高阻状态。由此可以看出，旁路电容C4和开关SPST3也是可选的电路设计。

在图8所示的实施例4中，射频前端模块的基本架构与图3所示的实施例2基本相同，在此不予赘述。图9是图8所示的实施例4中，相应的三个供电网络（PSN）的分解结构示意图。在实施例4中，为第一功率放大器PA1供电的第一供电网络PSN1由两个旁路电容C3和C4与开关SPST4组成。其中，旁路电容C3的一端连接供电电源VCC，另一端直接接地；旁路电容C4的一端连接供电电源VCC，另一端连接开关SPST4后接地。由此可以看出，这部分的电路设计与实施例3中的对应部分相同。实施例4与实施例3所不同的电路设计主要体现在为第二功率放大器PA2供电的第二供电网络PSN2上。在实施例4中，第二供电网络PSN2包括三个旁路电容C1、C2和C6与单刀双掷开关SPDT1。其中，旁路电容C1的一端接地，另一端连接电池电源Vbatt。旁路电容C2的一端接地，另一端连接单刀双掷开关SPDT1的公共端。旁路电容C6的一端接地，另一端连接供电电源VCC。单刀双掷开关SPDT1的另一端在两个电源选项中切换，其中一个是电池电源Vbatt，另一个是供电电源VCC。

在实施例4中，当射频前端模块中的放大单元处于多电源供电方式时，单刀双掷开关SPDT1选择电池电源Vbatt导通；当射频前端模块中的放大单元处于单一电源供电方式时，单刀双掷开关SPDT1选择供电电源VCC导通，使放大单元处于APT模式。另外，当射频前端模块中的放大单元工作时，开关SPST4 导通；当射频前端模块中的放大单元不工作时，开关SPST4断开，单刀双掷开关SPDT1 断开，处于高阻状态。

在图10所示的实施例5中，射频前端模块的基本架构与图3所示的实施例2基本相同，在此不予赘述。图11是图10所示的实施例5中，相应的三个供电网络（PSN）的分解结构示意图。在实施例5中，为第一功率放大器PA1供电的第一供电网络PSN1和为第二功率放大器PA2供电的第二供电网络PSN2均采用了实施例3中的第二供电网络PSN2的电路设计，即第一供电网络PSN1包括三个旁路电容C3，C4和C7与单刀双掷开关SPDT2。其中，旁路电容C4的一端接地，另一端连接电池电源Vbatt。旁路电容C3的一端接地，另一端连接单刀双掷开关SPDT2的公共端。旁路电容C7的一端接地，另一端连接供电电源VCC。单刀双掷开关SPDT2的另一端在两个电源选项中切换，其中一个是电池电源Vbatt，另一个是供电电源VCC。第二供电网络PSN2包括三个旁路电容C1、C2和C6与单刀双掷开关SPDT1。其中，旁路电容C1的一端接地，另一端连接电池电源Vbatt。旁路电容C2的一端接地，另一端连接单刀双掷开关SPDT1的公共端。旁路电容C6的一端接地，另一端连接供电电源VCC。单刀双掷开关SPDT1的另一端在两个电源选项中切换，其中一个是电池电源Vbatt，另一个是供电电源VCC。

在实施例5中，当射频前端模块中的放大单元处于多电源供电方式时，单刀双掷开关SPDT1和SPDT2均选择电池电源Vbatt导通；当射频前端模块中的放大单元处于单一电源供电方式时，单刀双掷开关SPDT1和SPDT2均选择供电电源VCC导通，使放大单元处于APT模式。当射频前端模块中的放大单元处于关断时候，单刀双掷开关SPDT1和开关SPDT2均断开，处于高阻状态。

在图12所示的实施例6中，射频前端模块的基本架构与图3所示的实施例2基本相同，在此不予赘述。图13是图12所示的实施例6中，相应的三个供电网络（PSN）的分解结构示意图。在实施例6中，为第一功率放大器PA1供电的第一供电网络PSN1由两个旁路（bypass）电容C3和C4与开关SPST3组成。其中，旁路电容C3的一端连接供电电源VCC，另一端直接接地；旁路电容C4的一端连接供电电源VCC，另一端连接开关SPST3后接地。类似地，为第二功率放大器PA2供电的第二供电网络PSN2由两个旁路电容C1和C2与LDO电路组成。其中，旁路电容C2的一端连接LDO电路，另一端直接接地；LDO电路的另一端一方面连接电池电源Vbatt，另一方面连接旁路电容C1的一端。旁路电容C1的另一端直接接地。在实施例6中，LDO电路由电池电源Vbatt供电，其输出Vout2是一个比较稳定的电压值。当电池电源Vbatt的输出电压波动较大时，Vout2的电压值比较稳定，对第二功率放大器PA2构成过压保护。可选地，在第二功率放大器PA2的输出端设置了第五阻抗匹配网络MN5，第五阻抗匹配网络MN5通过串联的开关SPST2接地。第五阻抗匹配网络MN5作为第二功率放大器PA2的输出阻抗调节网络，可以由电容、电感、电阻等无源器件组成。

在实施例6中，当射频前端模块中的放大单元处于多电源供电方式时，LDO电路处于导通状态，为第二功率放大器PA2提供电源供应；开关SPST3也处于导通状态，将旁路电容C4接入电路中；同时，开关SPST2断开；第五阻抗匹配网络MN5不接入电路。当射频前端模块中的放大单元处于单一电源供电方式时，LDO电路断开，开关SPST2闭合，从而将第五阻抗匹配网络MN5接入电路，弥补第二功率放大器PA2不工作带来的阻抗变化；当射频前端模块中的放大单元不工作的时候，开关SPST3断开，旁路电容C4不接入电路，SPST1断开处于高阻状态。由此可以看出，旁路电容C4和开关SPST3也是可选的电路设计。

在本发明的实施例7中，公开了该射频前端模块所采用的不同的功率合成结构。在实施例7中，射频前端模块的基本架构与图3所示的实施例2基本相同，在此不予赘述。图14～图17分别为实施例7的不同变形例。其中，图14为输入功率通过90度功率分配器（Powerdivider）一分为二，输出功率通过90度功率合成器合成；图15中，通过Wilkerson功率分配器将输入功率一分为二，通过Wilkerson功率合成器合成输出功率；图16中，通过transformer功率分配器将输入功率一分为二，通过transformer功率合成器合成输出功率；图17中，通过180度功率分配器将输入功率一分为二，通过180度功率合成器合成输出功率。上述的实施例7通过功率分配器和功率合成器的灵活组合使用，可以扩大该射频前端模块的输出功率调节范围，满足不同频率和不同通信模式的实际需要。同时，图14～图17中的各个供电网络（PSN）均可以是前述实施例中提到的供电网络方案及其它们的不同组合，在此不予赘述。

需要说明的是，在实施例7中采用的功率分配器可以由耦合器（coupler）替代。耦合器可以将输入功率不平均地分为两路，按照不同的比例分离，如1：2、1：3等，从而实现更大范围、更加灵活的输出功率调节。

图18所示为本发明的实施例8。在实施例8中，射频前端模块的基本架构与图3所示的实施例2基本相同，在此不予赘述。实施例8与实施例2的不同之处主要在于在第一供电网络PSN1和/或第二供电网络PSN2上串联了过流保护（over current protect，简写为OCP）电路和过压保护（over Voltage protect，简写为OVP）电路，从而提高放大单元的工作可靠性。其中，OCP电路是当放大单元的电流超过一定门限后，进行过流保护，限制最大电流；OVP电路是当放大单元的供电电压超过门限值后，进行过压保护，限制最大电压。

图19所示为本发明的实施例9。在实施例9中，射频前端模块的基本架构与图2所示的实施例1基本相同，在此不予赘述。实施例9与实施例1的不同之处主要在于电池电源Vbatt通过第二供电网络PSN2给驱动放大器DA供电；供电电源VCC仅仅通过第一供电网络PSN1给功率放大器PA供电。这种供电方式的调整可以实现更大范围、更加灵活的输出功率调节，同时简化第一供电网络PSN1和/或第二供电网络PSN2的电路设计。

图20所示为本发明的实施例10。在实施例10中，射频前端模块的基本架构与图3所示的实施例2基本相同，在此不予赘述。实施例10与实施例2的不同之处主要在于电池电源Vbatt通过第三供电网络PSN3给各级驱动放大器（例如DA1和DA2）供电；供电电源VCC仅仅给功率放大器（例如PA1和PA2）供电。这种供电方式的调整可以实现更大范围、更加灵活的输出功率调节，同时简化各个供电网络（PSN1～PSN3）的电路设计。

需要说明的是，上述各个实施例中的驱动放大电路仅仅示出了一级或两级驱动放大器，但本发明的技术方案并不限于此。实践中，该驱动放大电路可以采用单级驱动放大器实现，也可以采用三级、四级乃至多级驱动放大器级联实现。类似地，上述各个实施例中的功率放大电路仅仅示出了一个或两个功率放大器，但本发明的技术方案并不限于此。实践中，该功率放大电路可以采用单个功率放大器实现，也可以采用并联的三个、四个乃至多个功率放大器实现。

另外，本发明实施例中提供的射频前端模块可以被用在集成电路芯片中。对于该集成电路芯片中射频前端模块的具体结构，在此不再一一详述。

上述射频前端模块还可以被用在电子设备中，作为射频集成电路的重要组成部分。这里所说的电子设备是指可以在移动环境中使用，支持GSM、EDGE、TD_SCDMA、TDD_LTE、FDD_LTE等多种通信制式的计算机设备，包括移动电话、笔记本电脑、平板电脑、车载电脑等。此外，本发明实施例所提供的技术方案也适用于其他射频集成电路应用的场合，例如通信基站等。

如图21所示，该电子设备至少包括处理器和存储器，还可以根据实际需要进一步包括通信组件、传感器组件、电源组件、多媒体组件及输入/输出接口。其中，存储器、通信组件、传感器组件、电源组件、多媒体组件及输入/输出接口均与该处理器连接。存储器可以是静态随机存取存储器（SRAM）、电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）、可擦除可编程只读存储器（EPROM）、可编程只读存储器（PROM）、只读存储器（ROM）、磁存储器、快闪存储器等，处理器可以是中央处理器（CPU）、图形处理器（GPU）、现场可编程逻辑门阵列（FPGA）、专用集成电路（ASIC）、数字信号处理（DSP）芯片等。其它通信组件、传感器组件、电源组件、多媒体组件等均可以采用通用部件实现，在此就不具体说明了。

与现有技术相比较，本发明所提供的射频前端模块能够在低电压、高功率的工作状态下，消除电源管理芯片的工作电流不足对整体最大输出功率的限制，满足电子设备对APT（即平均功率跟踪）模式的应用需求。本发明所提供的技术改进方案，原理清晰，结构简单，可以应用于各种射频前端模块。

上面对本发明所提供的射频前端模块及相应的射频前端系统、芯片及电子设备进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质内容的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (17)

1.一种射频前端模块，其特征在于：

包括至少一个驱动放大器和至少一个功率放大器，所述驱动放大器的输出端连接所述功率放大器的输入端；

所述射频前端模块在工作时由供电电源供电；在预设的电源切换条件满足时，至少一个驱动放大器和/或功率放大器由所述供电电源和电池电源共同供电。

2.如权利要求1所述的射频前端模块，其特征在于：

所述电源切换条件为：所述射频前端模块的最大工作电流达到或超过单个电源管理芯片所能提供的最大电流。

3.如权利要求1所述的射频前端模块，其特征在于：

所述电源切换条件为：所述射频前端模块的输出功率达到或超过所述供电电源单独供电时的最大线性功率。

4.如权利要求1～3中任意一项所述的射频前端模块，其特征在于：

所述驱动放大器的数量大于一个时，各所述驱动放大器之间级联。

5.如权利要求1～3中任意一项所述的射频前端模块，其特征在于：

所述功率放大器的数量大于一个时，各所述功率放大器之间并联。

6.如权利要求1所述的射频前端模块，其特征在于：

所述功率放大器的输出端连接阻抗匹配网络；所述阻抗匹配网络中包括开关、电容和电感，所述开关跟随所述功率放大器的工作状态开闭，改变所述阻抗匹配网络的输出阻抗。

7.如权利要求1所述的射频前端模块，其特征在于：

所述驱动放大器和所述功率放大器均具有独立控制的供电网络。

8.如权利要求7所述的射频前端模块，其特征在于：

所述供电网络由第一旁路电容、第二旁路电容、第六旁路电容与第一开关组成；其中，第一旁路电容的一端接地，另一端连接电池电源；第二旁路电容的一端接地，另一端连接第一开关的公共端；第六旁路电容的一端接地，另一端连接供电电源；第一开关的另一端在两个电源选项中切换，其中一个是电池电源，另一个是供电电源。

9.如权利要求7所述的射频前端模块，其特征在于：

所述供电网络由第一旁路电容、第二旁路电容与第二开关组成；其中，第二旁路电容的一端连接第二开关的一端，另一端直接接地；第二开关的另一端一方面连接电池电源，另一方面连接第一旁路电容的一端，所述第一旁路电容的另一端直接接地。

10.如权利要求7所述的射频前端模块，其特征在于：

所述供电网络由第三旁路电容、第四旁路电容与第三开关组成；其中，第三旁路电容的一端连接供电电源，另一端接地；第四旁路电容的一端连接供电电源，另一端连接所述第三开关后接地。

11.如权利要求8～10中任意一项所述的射频前端模块，其特征在于：

所述开关由LDO电路替代。

12.如权利要求7～10中任意一项所述的射频前端模块，其特征在于：

所述供电网络串联过流保护电路和过压保护电路。

13.如权利要求1～3中任意一项所述的射频前端模块，其特征在于：

所述功率放大器的输入端设置功率分配器，输出端设置功率合成器；

所述功率分配器为90度功率分配器、Wilkerson功率分配器、transformer功率分配器或180度功率分配器中的任意一种；

所述功率合成器为90度功率合成器、Wilkerson功率合成器、transformer功率合成器或180度功率合成器中的任意一种。

14.如权利要求13所述的射频前端模块，其特征在于：

所述功率分配器由耦合器替代。

15.一种多模多频射频前端系统，其特征在于包括电池电源、电源管理芯片和N个权利要求1～14中任意一项所述的射频前端模块，各所述射频前端模块并联；

所述电池电源向所述电源管理芯片供电，所述电源管理芯片提供相应的供电电源；所述电池电源和所述供电电源分别向各个射频前端模块供电；其中，N为正整数。

16.一种集成电路芯片，其特征在于包括权利要求1～14中任意一项所述的射频前端模块。

17.一种电子设备，其特征在于包括权利要求1～14中任意一项所述的射频前端模块。

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