CN115549629B - 一种分集射频前端模组的匹配优化方法 - Google Patents

一种分集射频前端模组的匹配优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种分集射频前端模组的匹配优化方法，首先构建分集射频前端模组的Smith圆图，然后根据分集射频前端模组输入端通带在Smith圆图中的位置确定分集射频前端模组的阻抗特性，并构建分集射频前端模组的等效LC模拟匹配电路，最后根据分集射频前端模组的阻抗特性，基于串联反向电感和并联接地电感构建实际匹配电路，将分集射频前端模组输入端通带匹配到Smith圆图的圆心位置。本发明针对分集射频前端模组内部的失配情况，基于串联反向电感和并联接地电感构建实际匹配电路，将现有匹配电路中无法替换掉的电容通过基板绕线电感进行了替换，有效减小了基板面积，减少了设计成本。

Description

一种分集射频前端模组的匹配优化方法
技术领域
本发明属于射频前端模组芯片技术领域，具体涉及一种分集射频前端模组的匹配优化方法的设计。
背景技术
随着芯片设计技术和制造工艺的飞速发展，分集射频前端模组芯片的集成度越来越高，分集射频前端模组主要用于手机的分集接收通路，采用多芯片SIP技术将射频开关、声表滤波器和匹配电路集成到封装基板中。匹配电路是由电感和电容按一定的架构组成。目前市场上的分集射频前端模组中，匹配电路基本都是由LC电路搭建，在LC电路搭建中的电感L和电容C经常是用SMD器件构成，在现有技术中厂家或设计人员为了节省成本，会把电感通过在基板上绕线的形式代替掉，从而节省了电感的成本，但电容却很难替换掉，因为在基板上制作电容是可行的，但容值受限，对于电容大于1pF时，在目前的基板上很难做到。因此无法将电容替换掉，便会增加电容的成本，也会增大基板面积。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有分集射频前端模组的匹配电路中电容无法被替换掉的问题，提出了一种分集射频前端模组的匹配优化方法，从而减小基板面积，减少设计成本。
本发明的技术方案为：一种分集射频前端模组的匹配优化方法，包括以下步骤：
S1、构建分集射频前端模组的Smith圆图。
S2、根据分集射频前端模组输入端通带在Smith圆图中的位置确定分集射频前端模组的阻抗特性，并构建分集射频前端模组的等效LC模拟匹配电路。
S3、根据分集射频前端模组的阻抗特性，基于串联反向电感和并联接地电感构建实际匹配电路，将分集射频前端模组输入端通带匹配到Smith圆图的圆心位置。
进一步地，步骤S2中当分集射频前端模组输入端通带在Smith圆图中的上半部分时，分集射频前端模组的阻抗特性为感性，当分集射频前端模组输入端通带在Smith圆图中的下半部分时，分集射频前端模组的阻抗特性为容性。
进一步地，步骤S3中当分集射频前端模组的阻抗特性为感性时，通过先并联接地电感，再串联反向电感的方式构建实际匹配电路，当分集射频前端模组的阻抗特性为容性时，通过先串联反向电感，再并联接地电感的方式构建实际匹配电路。
进一步地，并联接地电感的实现方法为：在基板的M1层设置从信号输入端到信号输出端的走线，并在走线上设置分支点端口，从分支点端口引出绕线电感，并将绕线电感经过过孔从M1层引入M2层，最后将绕线电感在M2层经过接地端口连接到GND，实现并联接地电感。
进一步地，串联反向电感的实现方法为：将绕线电感在M2层的信号流向设置为与M1层的走线信号流向相反，通过反向互感抵消作用实现串联反向电感。
本发明的有益效果是：
（1）本发明针对分集射频前端模组内部的失配情况，基于串联反向电感和并联接地电感构建实际匹配电路，将现有匹配电路中无法替换掉的电容通过基板绕线电感进行了替换，有效减小了基板面积，减少了设计成本。
（2）本发明中的串联反向电感实质上是通过绕线电感之间的反向互感原理实现的，因此串联反向电感和并联接地电感这两个电感实质上只用了一个电感的绕线量，这样可以进一步减小基板面积，并省去了SMD的成本。
附图说明
图1所示为本发明实施例提供的一种分集射频前端模组的匹配优化方法流程图。
图2所示为本发明实施例提供的第一种Smith圆图实际情况及其等效LC模拟匹配电路示意图；其中，图2(a)为第一种Smith圆图实际情况示意图，图2(b)为第一种Smith圆图实际情况的等效LC模拟匹配电路示意图。
图3所示为本发明实施例提供的第一种Smith圆图的实际匹配电路及其仿真结果示意图；其中，图3(a)为第一种Smith圆图的实际匹配电路示意图，图3(b)为第一种Smith圆图的实际匹配电路仿真结果示意图。
图4所示为本发明实施例提供的第二种Smith圆图实际情况及其等效LC模拟匹配电路示意图；其中，图4(a)为第二种Smith圆图实际情况示意图，图4(b)为第二种Smith圆图实际情况的等效LC模拟匹配电路示意图。
图5所示为本发明实施例提供的第二种Smith圆图的实际匹配电路及其仿真结果示意图；其中，图5(a)为第二种Smith圆图的实际匹配电路示意图，图5(b)为第二种Smith圆图的实际匹配电路仿真结果示意图。
图6所示为本发明实施例提供的实际匹配电路具体实现方法示意图。
图7所示为本发明实施例提供的第三种Smith圆图实际情况及其等效LC模拟匹配电路示意图；其中，图7(a)为第三种Smith圆图实际情况示意图，图7(b)为第三种Smith圆图实际情况的等效LC模拟匹配电路示意图。
图8所示为本发明实施例提供的第三种Smith圆图的现有匹配电路及其仿真结果示意图；其中，图8(a)为第三种Smith圆图的现有匹配电路示意图，图8(b)为第三种Smith圆图的现有匹配电路仿真结果示意图。
图9所示为本发明实施例提供的第三种Smith圆图的实际匹配电路及其仿真结果示意图；其中，图9(a)为第三种Smith圆图的实际匹配电路示意图，图9(b)为第三种Smith圆图的实际匹配电路仿真结果示意图。
图10所示为本发明实施例提供的第四种Smith圆图实际情况及其等效LC模拟匹配电路示意图；其中，图10(a)为第四种Smith圆图实际情况示意图，图10(b)为第四种Smith圆图实际情况的等效LC模拟匹配电路示意图。
图11所示为本发明实施例提供的第四种Smith圆图的实际匹配电路及其仿真结果示意图；其中，图11(a)为第四种Smith圆图的实际匹配电路示意图，图11(b)为第四种Smith圆图的实际匹配电路仿真结果示意图。
附图标记说明：1-信号输入端、2-信号输出端、3-分支点端口、4-M1层的过孔端口、5-M2层的过孔端口、6-接地端口、101-从信号输入端到信号输出端的信号流向、102-绕线电感在M1层的信号流向、103-绕线电感在M2层的信号流向、Via1-M1层到M2层的过孔。
具体实施方式
现在将参考附图来详细描述本发明的示例性实施方式。应当理解，附图中示出和描述的实施方式仅仅是示例性的，意在阐释本发明的原理和精神，而并非限制本发明的范围。
本发明实施例提供了一种分集射频前端模组的匹配优化方法，如图1所示，包括以下步骤S1~S3：
S1、构建分集射频前端模组的Smith圆图。
S2、根据分集射频前端模组输入端通带在Smith圆图中的位置确定分集射频前端模组的阻抗特性，并构建分集射频前端模组的等效LC模拟匹配电路。
本发明实施例中，当分集射频前端模组输入端通带在Smith圆图中的上半部分时，分集射频前端模组的阻抗特性为感性，当分集射频前端模组输入端通带在Smith圆图中的下半部分时，分集射频前端模组的阻抗特性为容性。
S3、根据分集射频前端模组的阻抗特性，基于串联反向电感和并联接地电感构建实际匹配电路，将分集射频前端模组输入端通带匹配到Smith圆图的圆心位置。
本发明实施例中，当分集射频前端模组的阻抗特性为感性时，通过先并联接地电感，再串联反向电感的方式构建实际匹配电路。
如图2(a)所示，在本发明的一个实施例中，分集射频前端模组输入端通带在Smith圆图中的上半部分，证明分集射频前端模组的阻抗特性为感性，根据Smith圆图构建的分集射频前端模组的等效LC模拟匹配电路如图2(b)所示。
如图3(a)所示，针对图2所示的分集射频前端模组，通过先并联接地电感，再串联反向电感的方式构建实际匹配电路。如图3(b)所示，通过构建的实际匹配电路将分集射频前端模组输入端通带匹配到Smith圆图的圆心（50ohm）位置。
如图4(a)所示，在本发明的另一个实施例中，分集射频前端模组输入端通带在Smith圆图中的上半部分，证明分集射频前端模组的阻抗特性为感性，根据Smith圆图构建的分集射频前端模组的等效LC模拟匹配电路如图4(b)所示。
如图5(a)所示，针对图4所示的分集射频前端模组，通过先并联接地电感，再串联反向电感的方式构建实际匹配电路。如图5(b)所示，通过构建的实际匹配电路将分集射频前端模组输入端通带匹配到Smith圆图的圆心（50ohm）位置。
针对分集射频前端模组的阻抗特性为感性时的实际匹配电路，现在通过图6描述其具体实现方法：如图6所示，在基板的M1层设置从信号输入端1到信号输出端2的走线，其信号流向为101。在走线上设置分支点端口3，从分支点端口3引出绕线电感，其信号流向为102。图6中Via1表示基板M1层到M2层的过孔，将绕线电感依次经过M1层的过孔端口4、过孔Via1以及M2层的过孔端口5从M1层引入M2层，最后将绕线电感在M2层经过接地端口6连接到GND，实现并联接地电感。
同时，将绕线电感在M2层的信号流向103设置为与M1层的走线信号流向101相反，这就符合了反向互感抵消的作用，进而实现串联反向电感。
本发明实施例中，当分集射频前端模组的阻抗特性为容性时，通过先串联反向电感，再并联接地电感的方式构建实际匹配电路。
如图7(a)所示，在本发明的一个实施例中，分集射频前端模组输入端通带在Smith圆图中的下半部分，证明分集射频前端模组的阻抗特性为容性，根据Smith圆图构建的分集射频前端模组的等效LC模拟匹配电路如图7(b)所示。
如图8(a)所示，针对图7所示的分集射频前端模组，现有的匹配电路采用的是先串联电容，再并联接地电感的方式构建实际匹配电路，通过电容抵消通带频段呈感性的特性。如图8(b)所示，通过现有的实际匹配电路将分集射频前端模组输入端通带匹配到Smith圆图的圆心（50ohm）位置。
如图9(a)所示，针对图7所示的分集射频前端模组，本发明实施例通过先串联反向电感，再并联接地电感的方式构建实际匹配电路。如图9(b)所示，通过构建的实际匹配电路依然能够将分集射频前端模组输入端通带匹配到Smith圆图的圆心（50ohm）位置，同时与现有的实际匹配电路相比，本发明将电容通过基板绕线电感进行了替换，有效减小了基板面积，减少了设计成本。
如图10(a)所示，在本发明的另一个实施例中，分集射频前端模组输入端通带在Smith圆图中的下半部分，证明分集射频前端模组的阻抗特性为容性，根据Smith圆图构建的分集射频前端模组的等效LC模拟匹配电路如图10(b)所示。
如图11(a)所示，针对图10所示的分集射频前端模组，通过先串联反向电感，再并联接地电感的方式构建实际匹配电路。如图11(b)所示，通过构建的实际匹配电路将分集射频前端模组输入端通带匹配到Smith圆图的圆心（50ohm）位置。
本发明实施例中，分集射频前端模组的阻抗特性为感性时的实际匹配电路的具体实现方法与图6类似，只需要将图6中的信号输入端1到信号输出端2对调位置即可。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种分集射频前端模组的匹配优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、构建分集射频前端模组的Smith圆图；
S2、根据分集射频前端模组输入端通带在Smith圆图中的位置确定分集射频前端模组的阻抗特性，并构建分集射频前端模组的等效LC模拟匹配电路；
S3、根据分集射频前端模组的阻抗特性，基于串联反向电感和并联接地电感构建实际匹配电路，将分集射频前端模组输入端通带匹配到Smith圆图的圆心位置；
所述步骤S2中当分集射频前端模组输入端通带在Smith圆图中的上半部分时，分集射频前端模组的阻抗特性为感性，当分集射频前端模组输入端通带在Smith圆图中的下半部分时，分集射频前端模组的阻抗特性为容性；
所述步骤S3中当分集射频前端模组的阻抗特性为感性时，通过先并联接地电感，再串联反向电感的方式构建实际匹配电路，当分集射频前端模组的阻抗特性为容性时，通过先串联反向电感，再并联接地电感的方式构建实际匹配电路；
所述并联接地电感的实现方法为：在基板的M1层设置从信号输入端到信号输出端的走线，并在走线上设置分支点端口，从分支点端口引出绕线电感，并将绕线电感经过过孔从M1层引入M2层，最后将绕线电感在M2层经过接地端口连接到GND，实现并联接地电感。
2.根据权利要求1所述的分集射频前端模组的匹配优化方法，其特征在于，所述串联反向电感的实现方法为：将绕线电感在M2层的信号流向设置为与M1层的走线信号流向相反，通过反向互感抵消作用实现串联反向电感。
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