CN1299435C - 低成本高频装置，高频放大方法，无线通信装置和移动电话 - Google Patents

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Abstract

一种高频装置包括：放大并输出输入信号的发射/接收放大器(13)；以及发射/接收开关(2)，它整体地联动切换，使得在发射期间发射/接收放大器(13)的输入端连接到上混频器，发射/接收放大器(13)的输出端连接到天线单元(5)，而在接收期间，发射/接收放大器(13)的输出端连接到下混频器，发射/接收放大器(13)的输入端连接到天线单元(5)。

Description

低成本高频装置，高频放大方 法，无线通信装置和移动电话
技术领域
本发明涉及使用高频进行无线通信的技术，特别是涉及放大高频信号的高频电路的结构。
背景技术
近年来，随着移动电话的迅速推广，与高频装置和高频电路有关的技术显著地进展。这些进展是在于逐年提高无线通信装置，例如移动电话的性能并减小它的尺寸和成本。
此外，由于传统计算机终端和移动电话的结合，进行高速数据通信的无线LAN(局域网)系统也迅速进入广泛使用。这种无线LAN是宽带通信的一种型式，并且当前支持使用大约2GHz到5GHz的频带进行每秒几百千比特到几十兆比特的高速数据传输。这种宽带通信能够对高分辨率运动图像等进行分配。
用于无线LAN系统中的无线通信装置中的高频电路的结构近似地与移动电话中的高频电路的结构相同。图1是传统高频电路的结构。天线单元5由天线51和52以及天线天关53组成。这是一种分集结构，它使用高灵敏度的横向天线。发射/接收开关9转换天线单元5使之与发射电路或接收电路相连。在时分双工(TDD)中发射/接收开关9是必须有的，时分双工一般用在无线LAN系统中以便对于发射和接收两者使用相同的频率。用于接收的BPF(带通滤波器)43减少了通过天线单元5接收的信号中的无用频带成分。LNA(低噪声放大器)12放大输入信号、使得放大后的信号是低噪声的，并输出放大后的信号到下混频器。PA(功率放大器)11将来自上混频器的信号放大成高电平输出。BPF41和42分别减少在PA以前和PA以后的无用频带成分。
在“Musen Akusesa Gijutsu(Wireless Access Technologies)”，Journal of IEICE，February 2001，pp.105-111.中详述了无线LAN。此外，在Journal of IEICE，November 2001，pp.775-789和pp.796-802中详述了天线分集的细节，滤波器和发射/接收单元的结构。
由于存在这样的情况，即在用于无线LAN系统中的无线通信装置的高频电路中高功率信号被输入到LNA，所以必须使用具有大饱和输出的放大器以防止由于LNA在非线性区放大引起的信号失真。因此，对于LNA和PA，使用具有近似相同输出的放大器。
有源元件例如LNA和PA的价格导致高频电路的高成本。此外，高输出放大器的元件尺寸是生产能够紧凑安装的电路的一个障碍。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种用在无线LAN系统中的低成本无线通信装置。此外，第二个目的是提供一种用在无线LAN系统中的低成本的紧凑的高频装置。另外还有，第三个目的是提供一种用于无线高频系统中的高频放大方法，所述方法能够产生低成本的紧凑的高频电路。最后，第四个目的是提供一种低成本的紧凑的移动电话。
为了达到上述目的，本发明的无线通信装置是一种在无线LAN中使用时分双工进行通信的无线通信装置，它包括：调制/解调电路，它在发射期间将基带信号调制为中频信号、而在接收期间将中频信号解调为基带信号；混频器电路，它连接到中频电路和高频电路，利用超外差方法，在发射期间把中频信号提升为高频信号，而在接收期间把高频信号降低到中频信号；高频电路，在发射期间、其输入端连接到混频器电路而其输出端连接到天线电路，在接收期间、所述输入端连接到天线电路而所述输出端连接到混频器电路，并且在发射和接收期间放大输入的高频信号而输出结果放大信号；以及天线电路，它发射和接收载波。
按照上述结构，在要求LNA和PA具有近似相同的饱和输出的无线LAN中，高频电路的放大器既可以用于放大接收期间的信号又可以用于放大发射期间的信号。
结果，因为不必分别提供PA和LNA，所以减少了高频电路中元件的数目，因而可以实现用于无线LAN系统中的低成本无线通信装置。
为了达到上述目的，本发明的高频装置是在使用时分双工的无线通信系统中放大待发射的高频信号和接收的高频信号的高频装置，它包括：一个高频放大单元；以及开关单元，所述开关单元在发射期间可以切换到发射连接状态而在接收期间可以切换到接收连接状态，其中，在发射连接状态下，开关单元把高频放大单元的输入端连接到上混频器，上混频器把中频信号提升到高频信号并把高频放大单元的输出端连接到天线电路，而在接收连接状态下，开关单元把高频放大单元的输入端连接到天线电路并把高频放大电路的输出端连接到下混频器，下混频器把高频信号降低到中频信号。
按照上述结构，不必分别提供放大由上混频器提升到高频的发射信号的放大器(PA)和放大由天线电路接收的接收信号的放大器(LNA)。因此，一个高频放大单元既可以用于放大发射信号又可以用于放大接收信号。
因此，可以减少需要许多有源元件的放大器的数量，可以实现用于无线LAN系统的具有紧凑安装面积的低成本高频装置。
此外，开关单元可能包括第一开关和第二开关，所述第一开关在发射连接状态下接收来自上混频器的信号输入并把所述信号输出到高频放大单元的输入端、而在接收连接状态下接收来自天线电路的信号输入并把所述信号输出到高频放大单元的输入端；所述第二开关在发射连接状态下接收来自高频放大单元的输出端的信号输入并把所述信号输出到天线电路、而在接收连接状态下接收来自高频放大单元的输出端的信号输入并把所述信号输出到下混频器。
按照上述结构，开关单元把输入到高频放大单元的信号在已经由上混频器提升到高频信号的信号和由天线电路接收的信号之间转换，并且把由高频放大单元放大的信号的输出目的地在天线电路和下混频器之间转换。因此，高频放大单元既可以用于发射又可以用于接收。
因此，可以减少元件的数量，因而可以实现低成本、紧凑的高频装置。
此外，最后的高频放大单元可以设置在传输路径上，在发射连接状态下经过所述传输路径信号从第二开关发送到天线电路，并且所述最后的高频放大单元可以放大经过所述通路发送的信号。
按照上述结构，高频放大单元和最后的放大单元组成放大发射信号的多级放大器(PA)，作为多级放大器(PA)的一部分的高频放大单元也可以作为放大接收信号的放大器(LNA)。
因此，在要求PA比LNA有较大输出功率的无线LAN系统中，总的来说可以减少在放大器中使用的有源元件的数量，因而可以实现低成本、紧凑的高频装置。
此外，高频装置还可以包括：一个设置当处在发射连接状态下信号经过它从第二开关发送到天线电路的传输路径和当处在接收连接状态下信号经过它从天线电路发送到第一开关的传输路径的公共部分上的发射/接收滤波器单元，并且所述发射/接收滤波器单元能够衰减经所述部分发送的信号中的无用带宽信号。
按照上述结构，不必分别设置用于消除在发射期间来自输出到天线电路的发射信号中的无用频带信号的滤波器和消除在接收期间来自天线电路接收的接收信号中的无用频带信号的滤波器。因此，一个发射/接收滤波单元既可以用于消除发射信号中的无用频带信号又可以用于消除接收信号中的无用频带信号。
因而，可以减少有源元件的数量和滤波器的数量，因而可以实现更低成本、更紧凑的高频装置。
此外，高频装置还可以包括：输入信号滤波器单元，它在传输路径上，信号经过所述传输路径从第一开关被发送到高频放大单元，并且所述输入信号滤波单元可以衰减经所述传输路径发送的信号中的无用带宽信号；以及输出信号滤波器单元，它设置在传输路径上，信号经过所述传输路径从高频放大单元被发送到第二开关，并且所述输出信号滤波器单元能够衰减经所述传输路径发送的信号中的无用带宽信号。
按照上述结构，利用输入信号滤波器，在发射期间从已经由上混频器提升到高频的发射信号中、在接收期间从由天线电路接收的接收信号中滤除无用频带成分。此外，利用输出信号滤波器，在发射期间从天线电路发送的放大的发射信号中、在接收期间从输入到下混频器用于降低到中频的放大的接收信号中滤除无用频带信号。
此外，高频放大单元和开关单元可以形成在一个半导体芯片上。
按照上述结构，高频装置可以利用一个半导体芯片来实现。因此，可以减小安装面积的尺寸，因而可以实现紧凑的高频装置。
此外，天线电路可以具有分集功能。
按照上述结构，可以减少有源元件的数目，并且可以实现能够利用高灵敏度天线接收和发射信号的高频装置。
为了实现上述目的，本发明的高频放大方法在采用时分双工的无线通信系统中利用高频放大装置放大待发射和接收的高频信号，所述方法包括：连接步骤，在所述连接步骤中，在发射期间，联动地将高频放大单元的输入端连接到把中频信号提升到高频信号的上混频器而把高频放大单元的输出端连接到天线电路，在接收期间，联动地将所述高频放大单元的输入端连接到天线电路而把所述高频放大电路的输出端连接到把高频信号降低到中频信号的下混频器；以及放大输入到高频装置的信号的放大步骤。
按照所述方法，一个高频放大单元可以用于在发射期间放大由上混频器提升到高频信号的发射信号并且在接收期间放大由天线接收的接收信号。
因此，利用所述高频放大方法，减少了放大器元件的数量，由此以低成本的紧凑的高频装置实现了高频无线通信。
为了实现上述目的，本发明的移动电话是在采用时分双工的无线通信系统中执行无线通信的移动电话，它包括：一个高频放大单元；以及开关单元，所述开关单元在发射期间切换到发射连接状态而在接收期间切换到接收连接状态，其中，在发射连接状态，开关单元把高频放大单元的输入端连接到把中频信号提升到高频信号的上混频器并把高频放大单元的输出端连接到天线电路，在接收连接状态，开关单元把高频放大单元的所述输入端连接到天线电路并把高频放大电路的所述输出端连接到把高频信号降低到中频信号的下混频器。
按照所述结构，不必分别单独设置用于放大由上混频器提升到高频的发射信号的放大器(PA)和用于放大由天线电路接收的接收信号的放大器(LNA)。因此，一个高频放大单元可以既用于放大发射信号又用于放大接收信号。
因此，可以减少需要许多有源元件的放大器的数量，因而可以实现低成本的紧凑的移动电话。
此外，开关单元可以包括第一开关和第二开关，所述第一开关在发射连接状态下接收来自上混频器的信号输入并把所述信号输出到所述高频放大单元的输入端并且在接收连接状态下接收来自天线电路的信号输入并把所述信号输出到高频放大单元的输入端，所述第二开关在发射连接状态下接收来自高频放大单元的输出端的信号输入并把所述信号输出到天线电路并且在接收连接状态下接收来自高频放大单元的输出端的信号输入并把所述信号输出到下混频器。
按照上述结构，开关单元把输入到高频放大单元的信号在已经由上混频器提升到高频信号的信号和由天线电路接收的信号之间切换，并且把由高频放大单元放大的信号的输出目的地在天线电路和下混频器之间切换。因此，所述高频放大单元既可以用于发射又可以用于接收。
因此，减少了元件的数量，因而可以实现低成本的紧凑的移动电话。
此外，所述移动电话还可以包括：设置在传输路径上的最后高频放大单元，在发射连接状态下信号通过所述传输路径从第二开关发送到天线电路，并且所述最后高频放大单元可以放大经所述传输路径发送的信号。
按照上述结构，高频放大单元和最后放大单元组成放大发射信号的多级放大器(PA)，作为多级放大器(PA)的一部分的高频放大单元还可用作用于放大接收信号的放大器(LNA)。
因此，总体上可以减少用于放大器中的有源元件的数量，因而可以实现低成本的紧凑的移动电话。
此外，移动电话还可以包括：设置在当处在发射状态下信号通过它从第二开关发送到天线电路的传输路径和当处在接收连接状态下信号通过它从天线电路发送到第一开关的传输路径的公共部分上的发射/接收滤波器单元，所述发射/接收滤波器单元可以衰减经所述公共部分发送的信号中的无用带宽信号。
按照上述结构，不必分别单独设置用于滤除在发射期间输出到天线电路的发射信号中的无用频带信号的滤波器和用于滤除在接收期间由天线电路接收的接收信号中的无用频带信号的滤波器。因此，一个发射/接收滤波单元既可以用于滤除发射信号中的无用频带信号又可以用于滤除接收信号中的无用频带信号。
因此，减少了有源元件的数目和滤波器的数目，因而可以实现更低成本、更紧凑的移动电话。
根据本发明，提供了一种利用时分双工在无线LAN中进行通信的无线通信装置，它包括：调制/解调电路，在发射期间，它把基带信号调制到中频信号，而在接收期间，把中频信号解调到基带信号；混频器电路，它连接到所述调制/解调电路和高频电路，并且利用超外差方法，在发射期间把中频信号提升到高频信号，而在接收期间把高频信号下降到中频信号；天线电路，它发射和接收载波；并且所述高频电路包括：一个高频放大单元，它满足作为低噪声放大器所需要的高频输出；一个最终高频放大单元，它比所述高频放大单元更能对高功率信号进行线性放大，并且其输出端被连接到所述天线电路；一个开关单元，它可操作来在发射期间切换到发射连接状态而在接收期间切换到接收连接状态，以便使得在发射连接状态中，所述开关单元将所述高频放大单元的输入端连接到所述混频器电路，并且将所述高频放大单元的一个输出端连接到所述最终高频放大单元的输入端，并且在接收状态中，所述开关单元将所述高频放大单元的所述输入端连接到所述天线电路并且将所述高频放大单元的所述输出端连接到所述混频器电路；以及一个发射/接收滤波器单元，它设置在当处在发射连接状态下信号通过它从所述最终高频放大单元的输出端发送到所述天线电路的传输路径和当处在接收连接状态下信号通过它从天线电路发送到所述开关单元的传输路径的公共部分上，并且可操作来从经由所述部分发送的信号中衰减无用带宽信号，其中所述高频放大单元、所述最终高频放大单元和所述开关单元形成在一个半导体芯片上，并且所述开关单元包括联动切换并且一起形成在所述半导体芯片上的两个单刀双掷开关。
根据本发明，提供了一种高频装置，它在使用时分双工的无线通信系统中放大待发射的高频信号和接收的高频信号，它包括：一个高频放大单元，它满足作为低噪声放大器所需要的高频输出；一个最终高频放大单元，它比所述高频放大单元更能对高功率信号进行线性放大，并且其输出端被连接到所述天线电路；以及开关单元，它可以在发射期间切换到发射连接状态而在接收期间切换到接收连接状态，以便使得在发射连接状态下，所述开关单元把所述高频放大单元的输入端连接到把中频信号提升到高频信号的上混频器并且把所述高频放大单元的输出端连接到所述最终高频放大单元的输入端，以及在接收连接状态下，所述开关单元把所述高频放大单元的输入端连接到所述天线电路，把所述高频放大电路的输出端连接到把高频信号降低到中频信号的下混频器；以及一个发射/接收滤波器单元，它设置在当处在发射连接状态下信号通过它从所述最终高频放大单元的输出端发送到所述天线电路的传输路径和当处在接收连接状态下信号通过它从天线电路发送到所述开关单元的传输路径的公共部分上，并且可操作来从经由所述部分发送的信号中衰减无用带宽信号，其中所述高频放大单元、所述最终高频放大单元和所述开关单元形成在一个半导体芯片上，并且所述开关单元包括联动切换并且一起形成在所述半导体芯片上的两个单刀双掷开关。
根据本发明，提供了一种高频放大方法，所述高频放大方法在使用时分双工的无线通信系统中利用高频装置放大待发送的高频信号和所接收的高频信号，所述高频装置包括：一个发射/接收滤波器，它连接到一个天线电路，并且可操作来从通过所述天线电路的信号中衰减除了一个预定高频带之外的信号；一个高频放大器，它满足作为低噪声放大器所需要的高频输出；以及一个最终高频放大器，比所述高频放大器更能对高功率信号进行线性放大，并且其输出端被连接到所述天线电路；所述方法包括：连接步骤：根据联动切换并且与所述高频放大器和所述最终级放大器一起形成在半导体芯片上的两个单刀双掷开关来切换所述高频放大器和所述最终级放大器的输入和输出，以便使得在发射期间，将高频放大单元的输入端联动连接到把中频信号提升到高频信号的上混频器并且将所述高频放大单元的输出端联动连接到所述最终高频放大器的输入端，以及在接收期间，将所述高频放大单元的所述输入端联动连接到所述发射/接收滤波器并且将所述高频放大电路的所述输出端联动连接到把高频信号降低到中频信号的下混频器；以及放大步骤：对输入到所述高频装置和所述最终高频放大器的信号进行放大。
根据本发明，提供了一种移动电话，它在使用时分双工的无线通信系统中执行无线通信，所述移动电话包括：高频放大单元，它满足作为低噪声放大器所需要的高频输出；一个最终高频放大单元，它比所述高频放大单元更能对高功率信号进行线性放大，并且其输出端被连接到一个天线电路；开关单元，所述开关单元在发射期间可以切换到发射连接状态而在接收期间可以切换到接收连接状态，以便使得在所述发射连接状态下，所述开关单元将所述高频放大单元的输入端连接到把中频信号提升到高频信号的上混频器并且将所述高频放大单元的输出端连接到最终高频放大单元的输入端；以及在所述接收连接状态下，所述开关单元将所述高频放大单元的所述输入端连接到所述天线电路并且把所述高频放大电路的所述输出端连接到把高频信号降低到中频信号的下混频器；以及一个发射/接收滤波器单元，它设置在当处在发射连接状态下信号通过它从所述最终高频放大单元的输出端发送到所述天线电路的传输路径和当处在接收连接状态下信号通过它从天线电路发送到所述开关单元的传输路径的公共部分上，并且可操作来从经由所述部分发送的信号中衰减无用带宽信号，其中所述高频放大单元、所述最终高频放大单元和所述开关单元形成在一个半导体芯片中，并且所述开关单元包括联动切换并且一起形成在所述半导体芯片上的两个单刀双掷开关。
附图说明
从下面结合说明本发明的具体实施例的附图所进行的描述，将明白本发明的这些和其它目的、优点和特征。
附图中：
图1是表示传统高频电路的结构的方决图；
图2示出包括本发明的无线通信装置100的无线LAN；
图3是表示本发明的高频装置的方块图；
图4示出在发射/接收开关2中使用无触点开关的结构的实例；
图5示出在本实施例的第3控制器中用于切换开关2的控制时序；
图6示出本发明的第一实施例的高频装置；
图7示出本发明的第二实施例的高频装置；
图8示出在发射/接收开关6中使用无触点开关的结构；
图9示出本发明的第三实施例的高频装置；
图10示出本发明的第四实施例的高频装置；
图11示出本发明的第五实施例的高频装置；
图12示出在发射/接收开关8中使用无触点开关的结构。
具体实施方式
下面结合图2到图12描述本发明的最佳实施例。
图2表示包括本实施例的无线通信装置100的无线LAN。图2所示的无线LAN由无线通信装置100和110以及无线路由器120组成，它们按照TDD无线通信连接。
无线路由器120是连接到有线LAN和无线LAN的接入点，它具有路由选择功能。
无线通信装置100是所谓无线LAN接口卡并且用于安装在PC 130中。无线通信装置100由通信控制器101、调制/解调单元102、混频器单元103、RF单元104和天线单元105组成。
通信控制器101是一个功能块，它通过遵照IEEE 802.11(电气和电子工程学会802.11)的规程把时间轴分成发射周期和接收周期来控制调制/解调单元102、混频器单元103和RF单元104中的发射和接收周期。
调制/解调单元102是一个功能块，它按照基带信号调制中频(IF)，并且对来自IF信号的基带信号进行解调。
在发射期间，调制/解调单元102从PC 130获得包括待发射的数据的基带信号，按照所获得的基带信号调制IF信号并把结果信号输出到混频单元103。相反，在接收期间，调制/解调单元102对来自从混频单元103获得的IF信号的基带信号进行解调、并把结果信号输出到PC 130。
混频器单元103包括本地振荡电路、上混频器和下混频器，混频器单元103是一个功能块，在IF信号和无线电频率(RF)信号之间进行频率转换。在发射期间，混频器单元103把从调制/解调器102接收的IF信号提升到RF信号、这是通过在上混频器中把IF信号和由本地振荡电路产生的本地振荡信号进行混频来实现的，然后把结果信号输出到RF单元104。相反，在接收期间，通过在下混频器中把RF信号和由本地振荡电路产生的本地振荡信号进行混频，混频器单元103把从RF单元104接收的RF信号降低到IF信号，并把结果信号输出到调制/解调单元102。
RF单元014包括放大器和路径开关，RF单元014是一个放大输入的RF信号的功能块。在发射期间，RF单元104的输入端连接到混频器单元103，RF单元104的输出端连接到天线单元105，从而RF单元104放大来自混频器单元103的RF信号并将放大后的RF信号输出到天线单元105。相反，在接收期间，输入端连接到天线单元105，而输出端连接到混频器单元103，从而RF单元104放大从天线单元105输入的RF信号并把放大后的RF信号输出到混频器单元103。
此外，RF单元104还包括带通滤波器，消除RF信号中的无用频带成分。
在发射期间，天线单元105以无线电波的形式把从RF单元104接收的RF信号发射到无线路由器120。在接收期间，天线105把按照接收来自无线路由器120的无线电波而感生的RF信号输出到RF单元104。
按照上述结构，由PC 130输出的数据在依次通过调制/解调单元102、混频器单元103和RF单元104以后，以电磁波的形式从天线105发射出去。相反，随着电磁波而从无线路由器120接收的信号，在依次经过天线单元105、RF单元104、混频器单元103以后，被输出到PC 130并在调制/解调单元102中被解调。
在无线LAN中，存在这样的情况，即，高功率信号被输入到无线传输装置的LNA中，因而要求来自LNA和PA的近似相同的饱和输出。为此，RF单元104采用以下方法使用内部放大器在发射期间作为PA而在接收期间用作LNA：根据信号传输方向，使其输入端/和输出端的连接方向在调制/解调单元102和天线单元105之间交换。这样，利用既作为PA又作为LNA的放大器，可以减少元件的数量。
应当指出，本实施例中的无线LAN以基础结构方式工作，但是也可以代之以以特定方式工作，在所述特定方式中无线通信装置100和无线通信装置110直接相互连接。
此外，本发明可以用于无线LAN接入点的无线通信单元，例如无线路由器120。
下面描述用在RF单元104中的高频装置，它是本发明的特征部分。
图3是显示本发明实施例的高频装置的结构的方块图。本实施例的高频装置由发射/接收放大器1、发射/接收开关2、控制器3和滤波单元4组成。
图3除了构成高频装置的功能块外还示出天线单元5。
发射/接收放大器1是使用有源元件的多级放大器，它将接收的信号线性放大并输出。应当指出，在本说明书中输入/输出到/从放大器是分别指RF信号输入到放大器和RF信号从放大器输出。
发射/接收开关2包括触点开关例如继电器，或无触点开关例如晶体管，并且在发射状态和接收状态之间转换发射/接收放大器1的电路的连接。在发射状态下，发射/接收放大器1的输入端连接到上混频器(未示出)，而发射/接收放大器1的输出端连接到天线单元5。在接收状态下，发射/接收放大器1的输出端连接到下混频器(未示出)，而发射/接收放大器1的输入端连接到天线单元5。
图4示出具有利用无触点开关的结构的发射/接收开关2的实例。发射/接收开关2由内部开关21和22组成，内部开关21和22是单刀双掷(SPDT)开关。内部开关21和22通过共用栅极端子23和24而联动切换。此外，每个内部开关21和22是由两个晶体管组成。在内部开关21中，端子21a连接到发射/接收放大器1的输入端，端子21b连接到电路的上混频器一侧，而端子21c连接到电路的天线单元5一侧。在内部开关22中，端子22a连接到发射/接收放大器1的输出端，端子22b连接到电路的天线单元5一侧，而端子22c连接到电路的下混频器一侧。
栅极端子23和24连接到控制器3，在每一个内部开关21和22中，通过栅极端子上加有栅电压的那侧的晶体管发送信号。
具体地说，当栅电压加到栅极端子23的时候，在内部开关21中，在端子21a和端子21b之间电路是导通的，而在端子21a和端子21c之间电路是不导通的。因此，信号从电路的上混频器侧发送到输入端。此外，在内部开关22中，在端子22a和端子22b之间电路是导通的，而在端子22a和端子22c之间电路是不导通的。因此，信号从发射/接收放大器1的输出端发送到天线单元5。当栅电压加到栅极端子24的时候，在内部开关21中，在端子21a和端子21c之间电路是导通的，而在端子21a和端子21b之间电路是不导通的。因此，信号从电路的天线单元5侧发送到发射/接收放大器1的输入端。此外，在内部开关22中，在端子22a和端子22c之间电路是导通的，而在端子22a和端子22b之间电路是不导通的。因此，信号从发射/接收放大器1的输出端被发送到电路的下混频器侧。
应当指出，可以通过仅在栅极端子23和栅极端子24之一上施加栅极电压来确保端子21b和21c之间以及端子22b和22c之间的隔离。
控制器3是功能块，它按照发射和接收时序，通过切换加到发射/接收开关2上的控制电压来控制发射/接收开关2的连接状态。具体地说，控制器3从通信控制器101获得发射和接收周期的时序，所述通信控制器101通过按照IEEE 802.11所详细说明的TDD把时间轴分成发射周期和接收周期来控制通信。如图5所示，在发射周期中，控制器3施加高栅极电压到端子23并施加低电压到端子24，而在接收周期，控制器3施加高栅极电压到端子24并施加低栅极电压到栅极23。应当指出，IEEE 802.11中详细说明的无线LAN通信控制是公知的，因此它的详细说明在这里被省略。
滤波单元4是诸如带通滤波器的滤波器，它滤除通信路径上发射的信号中的无用频带成分。天线单元5具有分集功能，它包括天线51、天线52、和天线开关53。
下面描述本发明的高频装置的实施例。
图6是本发明的第一实施例的高频装置。第一实施例的高频装置包括发射/接收放大器13、发射/接收开关2、BPF 44、BPF45和天线5。
发射/接收放大器13是使用有源元件的多级放大器，它线性放大并输出所接收的信号。发射/接收开关2具有如图4所示的内部结构。在发射期间，在控制器3的控制下，发射/接收开关2把发射/接收放大器13的输入端连接到上混频器并把发射/接收放大器13的输出端连接到天线单元5。另一方面，在接收期间，发射/接收开关2把发射/接收放大器13的输入端连接到天线单元5并把发射/接收放大器13的输出端连接到下混频器。BPF 44滤除待输入到发射/接收放大器13的信号中的无用频带成分。BPF 45滤除通过发射/接收放大器13输出的信号中的无用频带成分。天线单元5具有分集功能。
按照上述结构，发射/接收放大器1在发射期间起PA的作用，在接收期间起LNA作用。因此，可以减少需要许多有源元件的放大器的元件的数量。
下面进一步描述本发明的实施例。在下面的实施例中，具有和第一实施例中相同功能的结构具有相同的标号，并且它们的描述被省略了。
图7是本发明的第二实施例的高频装置。第二实施例的高频装置用于这样的无线通信系统中，其中要求通过PA产生的输出大于通过LNA产生的输出。在第二实施例的高频装置中，发射/接收开关6代替了第一实施例的发射/接收开关2，BPF 45不存在，而另外包括末级放大器14和BPF 46。
在控制器3的控制下，在发射期间，发射/接收开关6内部联动切换、把上混频器连接到发射/接收放大器13的输入端、把发射/接收放大器13的输出端连接到末级放大器14的输入端以及把天线单元5连接到末级放大器14的输出端。另一方面，在接收期间，发射/接收开关6使来自上混频器的输入不导通、把发射/接收放大器13的输出端连接到下混频器、把天线5连接到发射/接收放大器13的输入端。
图8示出具有使用无触点开关的结构的发射/接收开关6的实例。发射/接收开关6由内部开关61、62和63组成，所述各内部开关是SPDT开关、它们通过共用栅极端子64和65而联动切换。此外，内部开关61、62和63中的每一个由两个晶体管组成。在内部开关61中，端子61a连接到上混频器，端子61b经BPF 44连接到发射/接收放大器13的输入端，而端子61c接地。在内部开关62中，端子62a连接到发射/接收放大器13的输出端，端子62b连接到末级放大器16的输入端，而端子62c连接到电路的下混频器侧。在内部开关63中，端子63a连接到电路的天线单元5侧，端子63b经BPF 46连接到末级放大器14的输出端，而端子63c经BPF 44连接到发射/接收放大器13的输入端。
应当指出，在发射/接收开关6中端子61b和63c通过传输路径彼此直接连接并从传输路径上直接连接端子61b和端子63c的分支点连接到发射/接收放大器13的输入端。
栅极端子64和65连接到控制器3。栅电压在发射期间加到栅极端子64，而在接收期间加到栅极端子65，在内部开关61、62和63的每一个中，通过加有栅电压的栅极端子的那侧上的晶体管发射信号。
具体地说，当栅电压加到栅极端子64上时，在内部开关61中，在端子61a和端子61b之间电路导通，而在端子61a和端子61c之间不导通，信号从电路的上混频器侧发送到发射/接收放大器13的输入端。在内部开关62中，在端子62a和端子62b之间电路导通，而在端子62a和端子62c之间不导通，信号从发射/接收放大器13的输出端发送到末级放大器14的输入端。在内部开关63中，在63a和63b之间电路导通，而在端子63a和端子63c之间不导通，信号从末级放大器14的输出端发送到电路的天线单元5侧。当栅电压加到栅极端子65的时候，在内部开关61中，端子61a和端子61c之间的部分是导通的，而端子61a和端子61b之间的部分是不导通的，上混频器的输入端接地。在内部开关62中，端子62a和端子62c之间的部分是导通的，而端子62a和端子62b之间的部分是不导通的，信号从发射/接收放大器13的输出端发送到电路的下混频器侧。在内部开关63中，端子63a和端子63c之间的部分是导通的，而端子63a和端子63b之间的部分是不导通的，信号从电路的天线单元5侧发送到发射/接收放大器的输入端。
应当指出，通过仅仅把栅电压加到栅极端子64和栅极端子65之一来确保端子61b和61c之间、端子62b和62c之间以及端子63b和63c之间的隔离。
此外，端子61b和63c通过发射/接收开关6中的传输路径直接连接，不过当端子61b和端子63c之一导电时，另一个就不导电。因此，可以确保从所述端子中的任何一个经发射路经上的分支点输入到发射/接收放大器13的输入端的信号被隔离。
图7所示末级放大器14比发射/接收放大器13更能线性放大高功率信号。末级放大器14的输入端连接到发射/接收开关6的端子62b，输出端连接到BPF 46。在发射期间，末级放大器14接收已经通过发射/接收放大器13放大的信号输入，进一步放大所述信号，并经BPF 46把放大后的信号输出到天线单元5。BPF 46滤除末级放大器14输出的信号中的无用频带成分。
按照上述结构，虽然元件的数量和在图1中所示的传统电路结构中的相同，但是，通过在接收期间把发射/接收放大器13作为LNA并且在发射期间将其作为具有高饱和输出的多级PA的一部分，在高频装置的放大器中使用的有源元件的总数减少了，成本也降低了。因此，所述结构不仅可以用来减少无线LAN中的成本，而且可以用来减少其它天线通信系统中例如要求PA比LNA有较大输出功率的移动电话中的高频装置的成本。
下面描述第三实施例的高频装置，作为本发明的另一个实施例。
图示出本发明的第三实施例的高频装置。第三实施例的高频装置适合于这样的无线通信系统，在这样的系统中在发射期间输入到发射/接收放大器13的信号足够小，不需要带通滤波器。在第三实施例的结构中，第一实施例的BPFS 44和45不存在，而增加BPF 47。
在发射/接收开关2中，内部开关21的端子21c和内部开关22的端子22b通过发射/接收开关2中的传输路径相连。此外，端子21c和端子22b从连接这两个端子的传输路径的分支点上通过公共传输路径连接到BPF47。
BPF 47既用于发射又用于接收。BPF 47的一个端子连接到连接发射/接收开关2的端子21c和端子22b的传输路径上的分支点，而另一个端子连接到天线单元5。
按照上述结构，与传统电路结构相比，明显地减少了用于放大器和滤波器的元件的数量因而降低了成本。
下面描述第四实施例的高频装置，作为本发明的另一个实施例。
图10示出本发明的第四实施例的高频装置。第四实施例的高频装置适合于用在这样的无线通信系统中，在所述系统中在发射期间输入到发射/接收放大器13的信号足够小，不需要带通滤波器，并且在所述系统中要求PA比LNA有较大的输出功率。除了第三实施例的高频装置的结构以外第四实施例的高频装置还有末级放大器14。发射/接收开关2的端子22b和末级放大器14的输入端连接，末级放大器14的输出端和发射/接收开关2的端子21c都连接到BPF 47的一个端子。
按照上述结构，与传统的电路结构相比，明显地减少了元件的数目因而也降低了成本。此外，通过使用本实施例的电路结构，不仅在无线LAN系统中而且在其它无线通信系统例如要求PA比LNA有较大输出功率的移动电话中，可以实现元件数目和成本的显著降低。
下面描述第五实施例的高频装置，作为本发明的另一个实施例。
图11示出本发明的第5实施例的高频装置。在图11中，发射/接收放大器7是由排列成晶体管阵列的有源元件组成的多级放大器并包括第一/中间级放大器71和末级放大器72。发射/接收放大器7线性放大并输出输入信号。
发射/接收开关8由触点开关例如继电器、或无触点开关例如晶体管组成，在发射期间，在控制器的控制下，发射/接收开关8这样切换、以便使发射/接收放大器7的第一/中间级放大器71的输入端与上混频器连接、使第一/中间级放大器71的输出端与末级放大器72的输入端连接、以及使末级放大器72的输出端与BPF 47连接。相反，在接收期间，发射/接收开关8联动切换、以便使第一/中间级放大器71的输入端连接到BPF 47并且使第一/中间级放大器71的输出端连接到下混频器。
应当指出，在接收期间，发射/接收开关8可以这样切换、以便使发射/接收放大器7的第一/中间级放大器71的输出端连接到下混频器、使第一/中间级放大器71的输入端连接到BPF 47、以及进而把末级放大器72的输出端连接到接地端子。这就防止了来自末级放大器72的噪声对天线单元5的接收信号产生不利影响。
图12示出具有使用无触点开关的结构的发射/接收开关8的实例。发射/接收开关8由内部开关81、82和83组成，每个开关包括两只晶体管。内部开关81、82和83通过共用栅极端子84和栅极端子85而联动切换。在内部开关81中，端子81a连接到发射/接收放大器7的第一/中间级放大器71的输入端，端子81b连接到上混频器，而端子81c通过发射/接收开关8中的传输路径直接连接到内部开关83的端子83b并进而经传输路径的分支点连接到BPF 47。在内部开关82中，端子82a连接到发射/接收放大器7的第一/中间级放大器71的输出端，端子82b连接到发射/接收放大器7的末端放大器72的输入端，而端子82c连接到下混频器。在内部开关83中，端子83a连接到发射/接收放大器7的末级放大器72的输出端，端子82b、如上所述经连接端子81c的传输路径上的所述分支点连接到BPF 47，而端子83c接地。栅极端子84和85连接控制器3。在发射期间，栅电压加到栅极端子84，在接收期间，栅电压加到栅极端子85。信号通过加有栅电压的那侧上的晶体管发送。
按照上述结构，在要求PA比LNA有较大输出功率的高频装置中，可以减少使用有源元件的部件的数目。
应当指出，在本发明的实施例中，给出了由无触点半导体开关组成的发射/接收开关2、6和8的实例，不过任何其它型式的开关都可以使用，只要它是一种高绝缘结构。可以使用的开关型式不仅包括无触点开关，例如TET、二极管、双极晶体管和MOSFET而且也包括机械开关例如触点引线(contact lesd)和继电器。
本发明的无线通信装置不限于这些实施例中所述的那些。下述的情况也包括在本发明之中。
(1)本发明可以是包括实现上述结构的操作的高频放大方法，具体地说，所述方法包括如下步骤：在发射期间，把放大器的输入端连接到电路的上混频器，把放大器的输出端连接到电路的天线侧；在接收期间，把放大器的输入端连接到电路的天线侧，把放大器的输出端连接到电路的下混频器；以及放大输入到放大器的信号。
(2)在本发明的各个实施例中，可以把天线开关53和发射/接收开关2、6和8中的任一个整体地形成在一个半导体上。此外，当需要带通滤波器的时候，可以设置用于从形成在半导体上的电路中取出RF信号的端子。这样就实现了由两个有源元件：开关单元和放大单元组成的高频装置。
此外，天线单元5不具有分集功能以及不具有天线开关53的结构是可能的。
(3)本发明可以是MMIC(微波单片集成电路)，它是整体形成在半导体上的在各个实施例中所述的发射/接收开关和放大器。这种结构使得能够在一个芯片上形成所述高频电路的电路结构，因而显著减小了芯片的安装面积。
(4)本发明可以是移动电话，在它里面包括有第一到第五实施例中任何一个的高频装置。
(5)本发明可以是所述各实施例和上述(1)至(4)的任意组合。
虽然已经通过实例并参考附图全面地描述了本发明，但是应当指出，对于本领域的普通技术人员来说各种变化和修改是显而易见的。因此，除非另有说明指出这些变化和修改离开了本发明的范围，它们应该被理解为包括在本发明的范围之中。

Claims (7)

1、一种利用时分双工在无线LAN中进行通信的无线通信装置，它包括：
调制/解调电路，在发射期间，它把基带信号调制到中频信号，而在接收期间，把中频信号解调到基带信号；
混频器电路，它连接到所述调制/解调电路和高频电路，并且利用超外差方法，在发射期间把中频信号提升到高频信号，而在接收期间把高频信号下降到中频信号；
天线电路，它发射和接收载波；并且
所述高频电路包括：
一个高频放大单元，它满足作为低噪声放大器所需要的高频输出；
一个最终高频放大单元，它比所述高频放大单元更能对高功率信号进行线性放大，并且其输出端被连接到所述天线电路；
一个开关单元，它可操作来在发射期间切换到发射连接状态而在接收期间切换到接收连接状态，以便使得在发射连接状态中，所述开关单元将所述高频放大单元的输入端连接到所述混频器电路，并且将所述高频放大单元的一个输出端连接到所述最终高频放大单元的输入端，并且在接收状态中，所述开关单元将所述高频放大单元的所述输入端连接到所述天线电路并且将所述高频放大单元的所述输出端连接到所述混频器电路；以及
一个发射/接收滤波器单元，它设置在当处在发射连接状态下信号通过它从所述最终高频放大单元的输出端发送到所述天线电路的传输路径和当处在接收连接状态下信号通过它从天线电路发送到所述开关单元的传输路径的公共部分上，并且可操作来从经由所述部分发送的信号中衰减无用带宽信号，
其中所述高频放大单元、所述最终高频放大单元和所述开关单元形成在一个半导体芯片上，并且
所述开关单元包括联动切换并且一起形成在所述半导体芯片上的两个单刀双掷开关。
2、一种高频装置，它在使用时分双工的无线通信系统中放大待发射的高频信号和接收的高频信号，它包括：
一个高频放大单元，它满足作为低噪声放大器所需要的高频输出；
一个最终高频放大单元，它比所述高频放大单元更能对高功率信号进行线性放大，并且其输出端被连接到所述天线电路；以及
开关单元，它可以在发射期间切换到发射连接状态而在接收期间切换到接收连接状态，
以便使得在发射连接状态下，所述开关单元把所述高频放大单元的输入端连接到把中频信号提升到高频信号的上混频器并且把所述高频放大单元的输出端连接到所述最终高频放大单元的输入端，以及
在接收连接状态下，所述开关单元把所述高频放大单元的输入端连接到所述天线电路，把所述高频放大电路的输出端连接到把高频信号降低到中频信号的下混频器；以及
一个发射/接收滤波器单元，它设置在当处在发射连接状态下信号通过它从所述最终高频放大单元的输出端发送到所述天线电路的传输路径和当处在接收连接状态下信号通过它从天线电路发送到所述开关单元的传输路径的公共部分上，并且可操作来从经由所述部分发送的信号中衰减无用带宽信号，
其中所述高频放大单元、所述最终高频放大单元和所述开关单元形成在一个半导体芯片上，并且
所述开关单元包括联动切换并且一起形成在所述半导体芯片上的两个单刀双掷开关。
3、如权利要求2所述的高频装置，其特征在于：
所述两个单刀双掷开关包括第一开关和第二开关，
在所述发射连接状态下，所述第一开关接收来自所述上混频器的信号输入并将所述信号输出到所述高频放大单元的输入端，而在所述接收连接状态下，所述第一开关接收来自所述天线电路的信号输入并将所述信号输出到所述高频放大单元的所述输入端，以及
在所述发射连接状态下，所述第二开关接收来自所述高频放大单元的所述输出端的信号输入并将所述信号输出到所述最终高频放大单元的输入端，而在所述接收连接状态下，所述第二开关接收来自所述高频放大单元的所述输出端的信号输入并将所述信号输出到所述下混频器。
4、如权利要求2所述的高频装置，其特征在于：
所述天线电路具有分集功能。
5、一种高频放大方法，所述高频放大方法在使用时分双工的无线通信系统中利用高频装置放大待发送的高频信号和所接收的高频信号，所述高频装置包括：
一个发射/接收滤波器，它连接到一个天线电路，并且可操作来从通过所述天线电路的信号中衰减除了一个预定高频带之外的信号；
一个高频放大器，它满足作为低噪声放大器所需要的高频输出；以及
一个最终高频放大器，比所述高频放大器更能对高功率信号进行线性放大，并且其输出端被连接到所述天线电路；
所述方法包括：
连接步骤：根据联动切换并且与所述高频放大器和所述最终级放大器一起形成在半导体芯片上的两个单刀双掷开关来切换所述高频放大器和所述最终级放大器的输入和输出，以便使得在发射期间，将高频放大单元的输入端联动连接到把中频信号提升到高频信号的上混频器并且将所述高频放大单元的输出端联动连接到所述最终高频放大器的输入端，以及在接收期间，将所述高频放大单元的所述输入端联动连接到所述发射/接收滤波器并且将所述高频放大电路的所述输出端联动连接到把高频信号降低到中频信号的下混频器；以及
放大步骤：对输入到所述高频装置和所述最终高频放大器的信号进行放大。
6、一种移动电话，它在使用时分双工的无线通信系统中执行无线通信，所述移动电话包括：
高频放大单元，它满足作为低噪声放大器所需要的高频输出；
一个最终高频放大单元，它比所述高频放大单元更能对高功率信号进行线性放大，并且其输出端被连接到一个天线电路；
开关单元，所述开关单元在发射期间可以切换到发射连接状态而在接收期间可以切换到接收连接状态，以便使得在所述发射连接状态下，所述开关单元将所述高频放大单元的输入端连接到把中频信号提升到高频信号的上混频器并且将所述高频放大单元的输出端连接到最终高频放大单元的输入端；以及
在所述接收连接状态下，所述开关单元将所述高频放大单元的所述输入端连接到所述天线电路并且把所述高频放大电路的所述输出端连接到把高频信号降低到中频信号的下混频器；以及
一个发射/接收滤波器单元，它设置在当处在发射连接状态下信号通过它从所述最终高频放大单元的输出端发送到所述天线电路的传输路径和当处在接收连接状态下信号通过它从天线电路发送到所述开关单元的传输路径的公共部分上，并且可操作来从经由所述部分发送的信号中衰减无用带宽信号，
其中所述高频放大单元、所述最终高频放大单元和所述开关单元形成在一个半导体芯片中，并且
所述开关单元包括联动切换并且一起形成在所述半导体芯片上的两个单刀双掷开关。
7、如权利要求6所述的移动电话，其特征在于：
所述两个单刀双掷开关包括第一开关和第二开关，
在所述发射连接状态下，所述第一开关接收来自所述上混频器的信号输入并把所述信号输出到所述高频放大单元的所述输入端，而在所述接收连接状态下，所述第一开关接收来自所述天线电路的信号输入并且把所述信号输出到所述高频放大单元的所述输入端，以及
在所述发射连接状态下，所述第二开关接收来自所述高频放大单元的所述输出端的信号输入并把所述信号输出到所述最终高频放大单元的输入端，而在所述接收连接状态下，所述第二开关接收来自所述高频放大单元的所述输出端的信号输入并把所述信号输出到所述下混频器。
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