CN114513225B - 收发复用放大电路及可重构收发通信系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种收发复用放大电路及可重构收发通信系统，包括：第一电容，第一端接收输入信号；偏置模块，为放大模块提供偏置信号；放大模块，输入端连接第一电容的第二端，输出端连接负载模块，对输入信号进行放大；第二电容，第一端连接放大模块的输出端，第二端作为收发复用放大电路的输出端。本发明的收发复用放大电路及可重构收发通信系统将发射通路与接收通路的放大器(LNA和PA)采用同样一个电路进行设计，并且通过巧妙的设计共用输入/输出匹配电感、负载等电路，结合工作模式的选择，可以达到性能最优化，功耗、面积最小化，适合各类无线通信领域。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，特别是涉及一种收发复用放大电路及可重构收发通信系统。
背景技术
随着通信技术的发展，通信信号越来越多，通信系统也变得越来越复杂，应用成本越来越高，在实现同样的功能和性能指标的条件下，将电路简单化，微型化变得越来越重要。但是，随着频段的不断增加及通信系统变得越来越复杂，传统的独立收发方案已经变得越来越不能满足多通信系统的要求。通常，收发电路分别采用不同的电路来实现，带来的问题是电路复杂，芯片面积增加，成本升高。
因此，如何简化电路、减小芯片面积、降低成本，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种收发复用放大电路及可重构收发通信系统，用于解决现有技术中收发电路结构复杂、面积大，成本高等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种收发复用放大电路，所述收发复用放大电路至少包括：
第一电容、偏置模块、放大模块、负载模块及第二电容；
所述第一电容的第一端作为所述收发复用放大电路的输入端，接收输入信号；
所述偏置模块为所述放大模块提供偏置信号；
所述放大模块的输入端连接所述第一电容的第二端，输出端连接所述负载模块，对所述输入信号进行放大；
所述第二电容的第一端连接所述放大模块与所述负载模块的连接节点，第二端作为所述收发复用放大电路的输出端。
可选地，所述放大模块为共源共栅结构，包括第一晶体管及第二晶体管；所述第一晶体管的第一端连接参考地，第二端连接所述第二晶体管的第一端；所述第二晶体管的第二端连接所述负载模块；所述第一晶体管的控制端作为所述放大模块的输入端并接收第一偏置信号，所述第二晶体管的控制端接收第二偏置信号。
更可选地，所述第一晶体管为NMOS，所述第二晶体管为NMOS。
更可选地，所述参考地为所述收发复用放大电路的封装地线。
可选地，所述负载模块包括第三电容及第一电感，所述第三电容与所述第一电感并联。
可选地，所述负载模块包括电阻。
更可选地，所述收发复用放大电路还包括第四电容，所述第四电容的第一端连接所述第二电容的第二端，第二端接参考地。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种可重构收发通信系统，所述可重构收发通信系统至少包括：
天线、收发切换电路、发射链路、接收链路及上述收发复用放大电路；
所述天线用于收发无线信号；
所述收发切换电路连接所述天线，用于切换发射模式或接收模式；
所述收发复用放大电路连接所述收发切换电路、所述发射链路及所述接收链路，在发射模式及接收模式下对传输的信号进行放大；
所述发射链路将要发送的中频信号转换为射频信号，并提供给所述收发复用放大电路；
所述接收链路将所述收发复用放大电路输出的射频信号转换为中频信号。
可选地，所述收发切换电路包括第一开关、第二开关、第三开关及第四开关；所述第一开关的第一端连接所述天线，第二端连接所述收发复用放大电路的输入端；所述第二开关的第一端连接所述发射链路的输出端，第二端连接所述收发复用放大电路的输入端；所述第三开关的第一端连接所述收发复用放大电路的输出端，第二端连接所述接收链路的输入端；所述第四开关的第一端连接所述收发复用放大电路的输出端，第二端连接所述天线。
可选地，所述发射链路包括锁相环电路及正交信号产生电路；所述锁相环电路产生两路正交的本振信号；所述正交信号产生电路连接于所述锁相环电路的输出端，分别基于两路正交的本振信号对两路正交的中频信号进行调频，产生I/Q正交信号。
可选地，所述发射链路包括数模转换器、第一滤波器及第一混频器；所述数模转换器将要发送的数字信号转换为模拟信号；所述第一滤波器连接于所述数模转换器的输出端，对所述模拟信号进行滤波；所述第一混频器连接于所述第一滤波器的输出端，并接收本振信号，对所述第一滤波器的输出信号进行上变频。
可选地，所述接收链路包括第二混频器、第二滤波器及模数转换器；所述第二混频器连接于所述收发复用放大电路的输出端，并接收本振信号，对所述收发复用放大电路的输出信号进行下变频；所述第二滤波器连接于所述第二混频器的输出端，对所述第二混频器的输出信号进行滤波；所述模数转换器连接于所述第二滤波器的输出端，将所述第二滤波器输出的模拟信号转换为数字信号。
更可选地，所述可重构收发通信系统还包括第二电感，所述第二电感连接于所述天线与所述收发切换电路之间。
如上所述，本发明的收发复用放大电路及可重构收发通信系统，具有以下有益效果：
本发明的收发复用放大电路及可重构收发通信系统将发射通路与接收通路的放大器(LNA和PA)采用同样一个电路进行设计，并且通过巧妙的设计共用输入/输出匹配电感、负载等电路，结合工作模式的选择，可以达到性能最优化，功耗、面积最小化，适合各类无线通信领域。
附图说明
图1显示为一种收发通信系统的结构示意图。
图2显示为本发明的收发复用放大电路的结构示意图。
图3显示为本发明的可重构收发通信系统的一种框图。
图4显示为本发明的可重构收发通信系统的另一种框图。
图5显示为本发明的可重构收发通信系统的结构示意图。
图6显示为本发明的可重构收发通信系统在发射模式下的工作原理示意图。
图7显示为本发明的可重构收发通信系统在接收模式下的工作原理示意图。
元件标号说明
1 收发通信系统
11 发射链路
12 功率放大器
13 收发切换电路
14 天线
15 低噪声放大器
16 接收链路
2 可重构收发通信系统
21 收发复用放大电路
211 偏置模块
212 放大模块
213 负载模块
22 天线
23 收发切换电路
24 发射链路
241 锁相环电路
242 正交信号产生电路
243 数模转换器
244 第一滤波器
245 第一混频器
25 接收链路
251 第二混频器
252 第二滤波器
253 模数转换器
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1～图7。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1所示为一种收发通信系统1，包括发射链路11、功率放大器12、收发切换电路13、天线14、低噪声放大器15及接收链路16，其中，射频端的功率放大器12和低噪声放大器15共用一个射频天线接口，通过内置的收发切换电路13实现工作模式(发射模式、接收模式)的切换。所述发射链路11通过对中频信号上变频得到射频信号，并通过所述功率放大器12放大后输出至所述天线14进行发射。所述天线14接收下来的射频信号经过所述低噪声放大器15的放大进入所述接收链路16，所述接收链路16通过对射频信号下变频得到中频信号。
其中，所述功率放大器12与所述低噪声放大器15采用不同的单元实现，这两个单元包含各种类型的器件，特别是包含大量的电容、电感等器件，这些器件在通信电路中占据主要的面积，造成芯片面积大、成本高等问题。
基于上述原因，本发明提供一种收发复用放大电路及可重构收发通信系统，将功率放大器和低噪声放大器匹配共用，通过收发选择，让匹配电路处于接收/发射状态，以此适当的降低芯片的面积，具体结构如下。
实施例一
如图2所示，本实施例提供一种收发复用放大电路21，所述收发复用放大电路21包括：
第一电容C1、偏置模块211、放大模块212、负载模块213及第二电容C2。
如图2所示，所述第一电容C1的第一端作为所述收发复用放大电路21的输入端，接收输入信号IN，第二端连接所述放大模块212的输入端。
如图2所示，所述偏置模块211为所述放大模块212提供偏置信号。
具体地，所述偏置模块211的结构不限，任意能提供偏置信号的电路结构均适用于本发明。
如图2所示，所述放大模块212的输入端连接所述第一电容C1的第二端，输出端连接所述负载模块213，对所述输入信号进行放大。
具体地，在本实施例中，所述放大模块212为共源共栅结构，包括第一晶体管M1及第二晶体管M2；所述第一晶体管M1的第一端连接参考地，第二端连接所述第二晶体管M2的第一端；所述第二晶体管M2的第二端连接所述负载模块213；所述第一晶体管M1的控制端作为所述放大模块212的输入端并接收第一偏置信号，所述第二晶体管M2的控制端接收第二偏置信号。作为示例，所述第一晶体管M1及所述第二晶体管M2均采用NMOS，则，第一端为源极，第二端为漏极，控制端为栅极；在实际使用中，所述第一晶体管M1与所述第二晶体管M2可根据需要选择相应的器件类型，第一端、第二端及控制端适用性调整，在此不一一赘述。
需要说明的是，任意能实现放大功能的电路结构均适用于本发明的放大模块，不以本实施例为限。在本实施例中，所述参考地为所述收发复用放大电路21的封装地线。
如图2所示，所述负载模块的一端连接所述放大模块212的输出端，另一端连接电源电压。
具体地，作为示例，所述负载模块213包括第三电容C3及第一电感L1，所述第三电容C3与所述第一电感L1并联，适用于高频情况。作为另一示例，所述负载模块213包括电阻，适用于低频情况。
需要说明的是，本发明所述的高频和低频为相对概念，可根据实际需要设置负载模块的结构。
如图2所示，所述第二电容C2的第一端连接所述放大模块212与所述负载模块213的连接节点，第二端作为所述收发复用放大电路21的输出端，并输出信号OUT。
如图2所示，作为本发明的另一种实现方式，所述收发复用放大电路21还包括第四电容C4，所述第四电容C4的第一端连接所述第二电容C2的第二端，第二端接参考地。作为示例，所述第四电容C4为可调电容，可进一步调节输出匹配度。所述第四电容C4的第二端连接的参考地与所述放大模块212的参考地可以相同，也可以不同，根据实际需要设置，在此不一一赘述。
本发明的收发复用放大电路即可对接收的信号进行放大，也可对输出的信号进行放大，通过共用器件简化电路，减小面积、功耗及成本。
实施例二
如图3-图5所示，本实施例提供一种可重构收发通信系统2，所述可重构收发通信系统2包括：
收发复用放大电路21、天线22、收发切换电路23、发射链路24及接收链路25。
如图3及图4所示，所述天线22用于收发无线信号，接收和发送共用同一天线。
如图3及图4所示，所述收发切换电路23连接所述天线22，用于切换发射模式或接收模式。
具体地，如图5所示，在本实施例中，所述收发切换电路23包括第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3及第四开关K4。其中，所述第一开关K1的第一端连接所述天线22，第二端连接所述收发复用放大电路21的输入端；所述第二开关K2的第一端连接所述发射链路24的输出端，第二端连接所述收发复用放大电路21的输入端；所述第三开关K3的第一端连接所述收发复用放大电路21的输出端，第二端连接所述接收链路25的输入端；所述第四开关K4的第一端连接所述收发复用放大电路21的输出端，第二端连接所述天线22。
需要说明的是，任意能实现工作模式切换的电路结构均适用于本发明的收发切换电路23，不以本实施例为限。
如图3及图4所示，所述收发复用放大电路21连接所述收发切换电路23、所述发射链路24及所述接收链路25，在发射模式及接收模式下对传输的信号进行放大。
具体地，所述收发复用放大电路21的结构参见实施例一，在此不一一赘述。当所述可重构收发通信系统2工作于发射模式时，所述收发复用放大电路21作为可编程功率放大器使用；当所述可重构收发通信系统2工作于接收模式时，所述收发复用放大电路21作为低噪声功率放大器使用。
如图3及图4所示，所述发射链路24将要发送的中频信号转换为射频信号，并提供给所述收发复用放大电路21。
具体地，如图3所示，作为一示例，所述发射链路24包括锁相环电路241及正交信号产生电路242。所述锁相环电路241产生两路正交的本振信号，所述锁相环电路214为数字锁相环或模拟锁相环，结构不限，在此不一一赘述。所述正交信号产生电路242连接于所述锁相环电路241的输出端，分别基于两路正交的本振信号对两路正交的中频信号(从基带获取)进行调频，产生射频的I/Q正交信号。
具体地，如图4所示，作为另一示例，所述发射链路24包括数模转换器243、第一滤波器244及第一混频器245。所述数模转换器243从基带获取要发送的数字信号，并将要发送的数字信号转换为模拟信号。所述第一滤波器244连接于所述数模转换器243的输出端，对所述模拟信号进行滤波，保留有用成分。所述第一混频器245连接于所述第一滤波器244的输出端，并接收本振信号(图中未示出)，对所述第一滤波器244的输出信号进行上变频。
需要说明的是，所述发射链路24的结构不限，能将中频信号变频为射频信号的电路结构均适用，本发明仅列举两个示例作为说明，在此不一一赘述。
如图3及图4所示，所述接收链路25将所述收发复用放大电路21输出的射频信号转换为中频信号。
具体地，在本实施例中，所述接收链路25包括第二混频器251、第二滤波器252及模数转换器253。所述第二混频器251连接于所述收发复用放大电路21的输出端，并接收本振信号(图中未示出)，对所述收发复用放大电路的输出信号(射频信号)进行下变频得到中频信号。所述第二滤波器252连接于所述第二混频器251的输出端，对所述第二混频器251的输出信号进行滤波，保留有用成分。所述模数转换器253连接于所述第二滤波器252的输出端，将所述第二滤波器252输出的模拟信号转换为数字信号并输出至基带。
需要说明的是，所述接收链路25的结构不限，能将射频信号变频为中频信号的电路结构均适用，在此不一一赘述。
作为本发明的另一种实现方式，所述可重构收发通信系统2还包括数字电路(图中未显示)，所述数字电路用于对基带信号进行处理，在此不一一赘述。
如图5所示，作为本发明的另一种实现方式，所述可重构收发通信系统2还包括第二电感L2，所述第二电感L2串联于所述天线22与所述收发切换电路23之间，用于输入输出匹配。
如图6所示，当所述可重构收发通信系统2工作于发射模式时，所述第二开关K2及所述第四开关K4闭合，所述第一开关K1及所述第三开关K3断开。此时，所述发射链路24处于工作状态，连接于所述收发复用放大电路21的输入端，将上变频后得到的射频信号经过放大后传送至所述天线22并发送出去；所述接收链路25与所述收发复用放大电路21的通路被切断。在发射时，所述电感L2用以实现功率放大器的输出阻抗匹配，让功率和效率达到最优化。
如图7所示，当所述可重构收发通信系统2工作于接收模式时，所述第一开关K1及所述第三开关K3闭合，所述第二开关K2及所述第四开关K4断开。此时，所述天线22接收到的信号传递至所述收发复用放大电路21的输入端，射频信号经过放大后传送至所述接收链路25进行下变频；所述发射链路24与所述收发复用放大电路21的通路被切断。在接收时，所述电感L2用以实现低噪声放大器的输入匹配，达到噪声和增益的最优化。其中，所述电感L2、所述第一电容C1及封装地线共同构成低噪声放大器的输入匹配电路，所述第一电感L1、所述第三电容C3及所述第二电容C2构成输出负载及匹配电路。
本发明的可重构收发通信系统2将功率放大器和低噪声放大器采用同一个电路实现，因此，不用在两个放大器之间进行切换，收发复用放大电路在收发模式下均处于工作状态(只需要切换该电路的输入即可)，大大提升了电路的工作速度；同时，在满足性能及匹配要求的情况下，可以实现面积和性能最优化。
综上所述，本发明提供一种收发复用放大电路及可重构收发通信系统，包括：第一电容、偏置模块、放大模块、负载模块及第二电容；所述第一电容的第一端作为所述收发复用放大电路的输入端，接收输入信号；所述偏置模块为所述放大模块提供偏置信号；所述放大模块的输入端连接所述第一电容的第二端，输出端连接所述负载模块，对所述输入信号进行放大；所述第二电容的第一端连接所述放大模块与所述负载模块的连接节点，第二端作为所述收发复用放大电路的输出端。本发明的收发复用放大电路及可重构收发通信系统将发射通路与接收通路的放大器(LNA和PA)采用同样一个电路进行设计，并且通过巧妙的设计共用输入/输出匹配电感、负载等电路，结合工作模式的选择，可以达到性能最优化，功耗、面积最小化，适合各类无线通信领域。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (11)
1.一种可重构收发通信系统，其特征在于，所述可重构收发通信系统至少包括：
天线、收发切换电路、发射链路、接收链路及收发复用放大电路；
所述天线用于收发无线信号；
所述收发切换电路连接所述天线，用于切换发射模式或接收模式；所述收发切换电路包括第一开关、第二开关、第三开关及第四开关；所述第一开关的第一端连接所述天线，第二端连接所述收发复用放大电路的输入端；所述第二开关的第一端连接所述发射链路的输出端，第二端连接所述收发复用放大电路的输入端；所述第三开关的第一端连接所述收发复用放大电路的输出端，第二端连接所述接收链路的输入端；所述第四开关的第一端连接所述收发复用放大电路的输出端，第二端连接所述天线；
所述收发复用放大电路连接所述收发切换电路、所述发射链路及所述接收链路，在发射模式及接收模式下对传输的信号进行放大；其中，所述收发复用放大电路包括：第一电容、偏置模块、放大模块、负载模块及第二电容；所述第一电容的第一端作为所述收发复用放大电路的输入端，接收输入信号；所述偏置模块为所述放大模块提供偏置信号；所述放大模块的输入端连接所述第一电容的第二端，输出端连接所述负载模块，对所述输入信号进行放大；所述第二电容的第一端连接所述放大模块与所述负载模块的连接节点，第二端作为所述收发复用放大电路的输出端；
所述发射链路将要发送的中频信号转换为射频信号，并提供给所述收发复用放大电路；
所述接收链路将所述收发复用放大电路输出的射频信号转换为中频信号。
2.根据权利要求1所述的可重构收发通信系统，其特征在于：所述放大模块为共源共栅结构，包括第一晶体管及第二晶体管；所述第一晶体管的第一端连接参考地，第二端连接所述第二晶体管的第一端；所述第二晶体管的第二端连接所述负载模块；所述第一晶体管的控制端作为所述放大模块的输入端并接收第一偏置信号，所述第二晶体管的控制端接收第二偏置信号。
3.根据权利要求2所述的可重构收发通信系统，其特征在于：所述第一晶体管为NMOS，所述第二晶体管为NMOS。
4.根据权利要求2所述的可重构收发通信系统，其特征在于：所述参考地为所述收发复用放大电路的封装地线。
5.根据权利要求1所述的可重构收发通信系统，其特征在于：所述负载模块包括第三电容及第一电感，所述第三电容与所述第一电感并联。
6.根据权利要求1所述的可重构收发通信系统，其特征在于：所述负载模块包括电阻。
7.根据权利要求1所述的可重构收发通信系统，其特征在于：所述收发复用放大电路还包括第四电容，所述第四电容的第一端连接所述第二电容的第二端，第二端接参考地。
8.根据权利要求1所述的可重构收发通信系统，其特征在于：所述发射链路包括锁相环电路及正交信号产生电路；所述锁相环电路产生两路正交的本振信号；所述正交信号产生电路连接于所述锁相环电路的输出端，分别基于两路正交的本振信号对两路正交的中频信号进行调频，产生I/Q正交信号。
9.根据权利要求1所述的可重构收发通信系统，其特征在于：所述发射链路包括数模转换器、第一滤波器及第一混频器；所述数模转换器将要发送的数字信号转换为模拟信号；所述第一滤波器连接于所述数模转换器的输出端，对所述模拟信号进行滤波；所述第一混频器连接于所述第一滤波器的输出端，并接收本振信号，对所述第一滤波器的输出信号进行上变频。
10.根据权利要求1所述的可重构收发通信系统，其特征在于：所述接收链路包括第二混频器、第二滤波器及模数转换器；所述第二混频器连接于所述收发复用放大电路的输出端，并接收本振信号，对所述收发复用放大电路的输出信号进行下变频；所述第二滤波器连接于所述第二混频器的输出端，对所述第二混频器的输出信号进行滤波；所述模数转换器连接于所述第二滤波器的输出端，将所述第二滤波器输出的模拟信号转换为数字信号。
11.根据权利要求1-10任意一项所述的可重构收发通信系统，其特征在于：所述可重构收发通信系统还包括第二电感，所述第二电感连接于所述天线与所述收发切换电路之间。
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