CN115632645B - 射频开关组件、运算放大模组及射频通信设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种射频开关组件、运算放大模组、射频前端模块及射频通信设备。一种射频开关组件，其可以设置为适用于射频信号的放大，所述射频开关组件包括并联设置的第一支路、第二支路和第三支路，所述第一支路、所述第二支路和所述第三支路中的均包括开关，各所述开关基于所接收到的逻辑控制信号而使所述开关所属的相应支路导通或关断。
Description
技术领域
本发明涉及电路设计技术领域，更具体地，涉及一种射频开关组件、运算放大模组、射频前端模块（FEM）及射频通信设备。
背景技术
开关组件广泛应用于无线通信装置的设计中，可应用于各种需要对射频传输信号的导通或者截止状态进行有效控制的场合。例如，开关组件可以与如图1所示的射频通路中的射频前端模块配合使用。该射频通路可以包括基带模块101、射频收发模块103、射频前端模块105和天线107。
在现有的射频通路中，在将射频前端模块与位于其下游的射频开关组件集成时，特别是在将CMOS工艺和砷化镓（GaAs）工艺结合的情况下，往往会出现较为庞大的连接电路。更典型的是，在多路输入多路输出（MIMO）的情况下，电路的集成度极低且制造成本极高。
发明内容
为有效解决相关技术问题，本发明的一个方面提供了一种射频开关组件，其设置为适用于射频信号的放大，所述射频开关组件包括并联设置的第一支路、第二支路和第三支路，所述第一支路、所述第二支路和所述第三支路中的均包括开关，各所述开关基于所接收到的逻辑控制信号而使所述开关所属的相应支路导通或关断。
在一些实施例中，所述第一支路的开关连接第一场效应管，所述第二支路的开关连接第二场效应管，所述第三支路的开关连接第三场效应管，第四场效应管的信号输入端用于接收输入的射频信号并且所述第四场效应管的信号输出端连接到所述第一场效应管、所述第二场效应管和所述第三场效应管各自的信号输入端，并且其中，所述第一场效应管、所述第二场效应管和所述第三场效应管中的任一者通过相应支路中的VCG信号来控制。
在一些实施例中，所述开关是开关晶体管，其中，所述第一支路、所述第二支路和所述第三支路中的每一者被配置为：通过所述开关晶体管的控制端接收所述逻辑控制信号，并且其中，所述射频开关组件从设置在其上游的第一级放大器的输出端接收输出信号，并根据所述逻辑控制信号将所述输出信号输入到设置在所述射频开关组件的下游的第二级放大器的输入端。
在一些实施例中，所述第一支路、所述第二支路和所述第三支路中的每一者被配置为：所述开关晶体管的控制端通过第一电阻接收所述逻辑控制信号，所述开关晶体管的第一信号端通过第一电容接收所述输出信号，并且所述开关晶体管的第二信号端通过第二电容发送所述输出信号。
在一些实施例中，所述第一支路、所述第二支路和所述第三支路中的每一者还包括关断单元，所述关断单元能够使所述关断单元所属的相应支路关断，并且其中，所述关断单元包括下拉晶体管，所述下拉晶体管基于所接收到的下拉控制信号而使所述关断单元所属的相应支路中的信号接地或不接地。
在一些实施例中，所述下拉晶体管的控制端通过第二电阻接收所述下拉控制信号，所述下拉晶体管的第一信号端接地，并且所述下拉晶体管的第二信号端连接到所述第二级放大器的一个输入端。
本发明的另一个方面提供了一种运算放大模组，其包括第一级放大器、第二级放大器和根据本发明的各个实施例的射频开关组件，所述射频开关组件设置在所述第一级放大器和所述第二级放大器之间。
在一些实施例中，所述第二级放大器输出的信号被输入到阻抗匹配网络。
本发明的又一个方面提供了一种射频前端模块，其包括根据本发明的各个实施例的运算放大模组。
本发明的又一个方面提供了一种射频通信设备，其包括根据本发明的各个实施例的射频前端模块。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：
在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。
图1示出了根据现有技术的射频通路的示意性框图。
图2示出了根据本发明一个实施例的射频开关组件的电路示意图。
图3示出了根据本发明另一个实施例的射频开关组件的电路示意图。
具体实施方式
下面将参考若干示例性实施方式来描述本发明的原理和精神。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本发明，而并非以任何方式限制本发明的范围。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
在现有的射频通路中，射频开关组件通常与射频前端模块的输出端连接并位于射频前端模块的下游。由于现有的射频前端模块包含放大电路模块，因此射频前端模块的输出功率较大（例如23dBm以上），从而导致射频开关组件必须能够承受这种功率水平、甚至更高功率水平的射频信号。而射频信号的功率越大，则其电压摆幅也越大。对于射频开关组件来讲，这意味着其所使用的电子元件的耐压能力必须满足较高的标准。
基于以上的工作可靠性要求，基于纯CMOS工艺的现有的射频前端各个模块的设计往往复杂且占用面积较大；而CMOS工艺和砷化镓（GaAs）工艺结合的情况下，制造成本极高。
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。
图2示出了根据本发明一个实施例的射频开关组件的电路示意图。该实施例可以适用于射频前端通路中的射频信号，特别是中频信号、尤其是针对5G通信的中频信号。该实施例可以设置在如图1所示的射频前端模块105中。
在图2中，逻辑控制信号（来自未示出的逻辑控制模组的输出信号）输入由并联设置的三个支路构成的开关组件。三个支路分别设置有三个开关S1、S2和S3。在一些实施例中，开关可以为晶体管。三个开关S1、S2和S3的接通与断开受到逻辑控制信号的控制。
在一些实施例中，开关S1连接到场效应管TS1的栅极，开关S2连接到场效应管TS2的栅极并且开关S3连接到场效应管TS3的栅极，其中场效应管TS1、TS2、TS3的栅极可以作为场效应管TS1、TS2、TS3的控制端。场效应管TS1、TS2、TS3的源极与场效应管TS4的漏极相连，其中场效应管TS1、TS2、TS3的源极可以作为场效应管TS1、TS2、TS3的信号输入端并且场效应管TS4的漏极可以作为场效应管TS4的信号输出端。场效应管TS4的栅极可以作为场效应管TS4的信号输入端，以用于接收射频信号、特别是中频信号。图2中的信号VCG（Voltagecommom gate共栅电压）控制信号在开关S1 、S2 S3中的任一者接通时，控制对应支路上场效应管TS1 、TS2 、TS3的接通和断开。场效应、管TS1、TS2、TS3和TS4可以作为开关组件下游的放大器。场效应管的布置可以根据本领域已知的方式进行更改以满足不同的需求。该放大器和射频通路中的天线可以作为开关组件的负载。
图3示出了根据本发明另一个实施例的射频开关组件的电路示意图。该实施例可以适用于射频前端通路中的射频信号，特别是中频信号、尤其是针对5G通信的中频信号。该实施例可以设置在如图1所示的射频前端模块105中。
在该实施例中，方框200是设置在开关组件下游的第二级放大器。在一些实施例中，第二级放大器200可以连接到匹配网络、特别是阻抗匹配网络。在一些实施例中，匹配网络可以连接到射频通路中的天线。匹配网络和天线可以被视为负载。
在该实施例中，由功率放大器PA1和电感L1组成第一级放大器。来自该第一级放大器的射频信号、特别是中频信号分别输入由并联设置的三个支路构成的开关组件。由于在三个支路中的每一者内均设置有同样的电路布置，因此下面仅以第一支路为例来说明该开关组件。
第一支路可以包括开关，该开关基于所接收到的控制信号而使第一支路导通或关断。在一些实施例中，该开关可以是开关晶体管S1，并且第一支路还可以包括电阻R11、电容C11和电容C12。开关晶体管S1的源极连接到电容C11的一端，电容C11的另一端接收来自第一级放大器的信号。开关晶体管S1的漏极连接到电容C12的一端，电容C12的另一端连接到第二级放大器200的一个输入端。开关晶体管S1的栅极连接到电阻R11的一端，电阻R11的另一端接收逻辑控制信号Ven_band1。
在一些实施例中，还可以在第一支路中设置关断单元，所述关断单元包括下拉晶体管T1和电阻R12。下拉晶体管T1的栅极连接到电阻R12的一端，电阻R12的另一端接收下拉控制信号Ven_band1_b。下拉晶体管T1的漏极连接到电容C12的所述另一端。下拉晶体管T1的源极接地。在一些实施例中，也可以在如图2所示的开关组件中的每一个支路中设置关断单元。
在一些实施例中，当逻辑控制信号Ven_band1使开关晶体管S1导通时，下拉控制信号Ven_band1_b使下拉晶体管T1关断，当逻辑控制信号Ven_band1使开关晶体管S1关断时，下拉控制信号Ven_band1_b使下拉晶体管T1导通。开关晶体管S1被导通意味着第一支路被导通，开关晶体管S1被关断意味着第一支路被关断。
在一些实施例中，可以根据控制中频信号的需要任意导通或关断三个支路中的任意支路。
根据本发明实施例的开关组件可以集成在射频前端模块内。例如，开关组件可以设置在射频前端模块内的放大器的上游或者在两级放大器之间，这是电压摆幅较小的位置。因此，这种设置对开关组件的功率承载能力要求更小，从而可以采用能够承载的功率值/电压值较小的开关来减小各支路的损耗并增强各支路之间的隔离度（即，减小各支路之间的干扰）。
被导通的支路中的开关晶体管在被关断后所带来的寄生阻抗可被匹配网络吸收，这减小了寄生阻抗带来的影响。如果被关断的通路中存在泄露的信号，则泄露的信号通过下拉晶体管下拉到地，从而防止泄露的信号驱动下游的放大器级。
虽然已经参考若干具体实施方式描述了本发明的精神和原理，但是应该理解，本发明并不限于所公开的具体实施方式，对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合以进行受益，这种划分仅是为了表述的方便。本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。
Claims (9)
1.一种射频开关组件，其设置为适用于射频信号的放大，所述射频开关组件包括并联设置的第一支路、第二支路和第三支路，所述第一支路、所述第二支路和所述第三支路中的均包括开关，各所述开关基于所接收到的逻辑控制信号而使所述开关所属的相应支路导通或关断，其中，所述开关是开关晶体管，其中，所述第一支路、所述第二支路和所述第三支路中的每一者被配置为：通过所述开关晶体管的控制端接收所述逻辑控制信号，并且其中，所述射频开关组件从设置在其上游的第一级放大器的输出端接收输出信号，并根据所述逻辑控制信号将所述输出信号输入到设置在所述射频开关组件的下游的第二级放大器的输入端，所述第一级放大器包括功率放大器。
2.根据权利要求1所述的射频开关组件，其中，所述第一支路的开关连接第一场效应管，所述第二支路的开关连接第二场效应管，所述第三支路的开关连接第三场效应管，第四场效应管的信号输入端用于接收输入的射频信号并且所述第四场效应管的信号输出端连接到所述第一场效应管、所述第二场效应管和所述第三场效应管各自的信号输入端，并且其中，所述第一场效应管、所述第二场效应管和所述第三场效应管，在对应开关支路导通的情况下受到VCG信号控制。
3.根据权利要求1所述的射频开关组件，其中，所述第一支路、所述第二支路和所述第三支路中的每一者被配置为：所述开关晶体管的控制端通过第一电阻接收所述逻辑控制信号，所述开关晶体管的第一信号端通过第一电容接收所述输出信号，并且所述开关晶体管的第二信号端通过第二电容发送所述输出信号。
4.根据权利要求1-3任一项所述的射频开关组件，其中，所述第一支路、所述第二支路和所述第三支路中的每一者还包括关断单元，所述关断单元能够使所述关断单元所属的相应支路关断，并且其中，所述关断单元包括下拉晶体管，所述下拉晶体管基于所接收到的下拉控制信号而使所述关断单元所属的相应支路中的信号接地或不接地。
5.根据权利要求4所述的射频开关组件，其中，所述下拉晶体管的控制端通过第二电阻接收所述下拉控制信号，所述下拉晶体管的第一信号端接地，并且所述下拉晶体管的第二信号端连接到所述第二级放大器的一个输入端。
6.一种运算放大模组，其包括第一级放大器、第二级放大器和根据权利要求1-5中任一项所述的射频开关组件，所述射频开关组件设置在所述第一级放大器和所述第二级放大器之间。
7.根据权利要求6所述的运算放大模组，其中，所述第二级放大器输出的信号被输入到阻抗匹配网络。
8.一种射频前端模块，其包括根据权利要求6和7中任一项所述的运算放大模组。
9.一种射频通信设备，其包括根据权利要求8所述的射频前端模块。
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