CN1337840A - 一种用于多频多模手机的射频模块 - Google Patents
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Abstract
多频多模射频模块是为了满足多种不同频段和模式手机设计的需求。采用射频直接调制发射、超外差中频解调接收的系统方案,以芯片的PD(POWERDOWN)功能,结合SPMT开关实现多频多模的切换,降低功耗;同时,各个频段的不同模式共用同一个直接射频正交调制器、可变增益放大器(VGA)和正交解调器,以降低成本。
Description
(一)技术领域:
本发明属于移动通讯领域,尤其涉及射频电路技术。
(二)发明背景:
多频多模射频模块广泛应用于各种形式的多频多模手机设计中,如GSM/WCDMA双频/双模、GSM/WCDMA/cdma2000/CDMA IS-95三频/四模、GSM/WCDMA/TD-SCDMA三频/三模等手机。
自1992年以来,第二代数字蜂窝移动通信系统,如GSM和CDMA IS-95系统在世界各地迅猛发展,用户数将达到13亿;以提供高速数据传输、多媒体业务服务为目的的第三代移动通信系统移动IMT2000应运而生,它有包括三种不同的体制cdma2000、WCDMA和TD-SCDMA。针对第二代GSM和CDMAIS-95移动通信系统还在大量使用,而第三代的cdma2000、WCDMA和TD-SCDMA移动通信系统即将投入运行,由此突现的多种频段和多种模式移动通信系统并存的局面,迫切需要多频多模手机,在多种不同体制的系统之间自由切换,以方便实现全球漫游功能。用于多频多模手机的射频模块已经成为射频技术的研究热点之一,这方面的解决方案有两种,其一是设计支持多频多模手机的专用射频芯片组,针对不同的多频多模手机方案须设计各自的专用射频芯片组,优点是针对性强、系统设计优化、功耗低,缺点是研发费用高、风险大;其二是采用通用射频芯片在PCB板集成设计支持多频多模手机的射频模块,优点是研发费用低、风险小,针对不同的多频多模手机设计,通过灵活地选择芯片,实现所要求的系统方案,缺点是系统设计优化性差,功耗高。
本发明目的是提供一种采用通用射频芯片在PCB板集成设计支持多频多模手机的射频模块,主要解决多频多模手机设计中的射频模块低功耗和低成本的问题,实现并推进多频多模手机商业应用。
(三)发明内容:
多频多模射频模块的技术方案采用射频直接调制发射、超外差中频解调接收,射频直接调制发射是将需传输的信息直接调制到发信机发射频率,省去了中频带通滤波器、上变频器及推动放大器,使得发信机电路简洁;而超外差中频解调接收,是将接收机接收的射频信号先下变频到中频,经中频带通滤波器滤除杂波,并经VGA的自动增益控制后,由正交解调器解调出所需信息,这样确保接收机具有很宽的接收动态范围和灵敏度。同时,以芯片PD功能,结合SPMT开关实现多频多模的切换,降低功耗。此外,各个频段的不同模式共用同一个直接射频正交调制器、可变增益放大器(VGA)和正交解调器,以简化系统结构。
锁相本振频率源采用宽带设计,尽量减少不同频率的频率源的个数,并且使用SPMT开关切换到不同频段的接收前端。
模式和频段切换采用芯片PD功能和SPMT开关切换实现,大大简化了电路结构、降低了功耗。
多频多模射频模块框图如图1所示。模块主要由直接射频正交调制器1、可变增益放大器(VGA)2、功率放大器3/1~3/n、收发双工器及天线4/1~4/n、接收前端6/1~6/n、中频SAW滤波器7/1~7/n、正交解调器8,以及锁相频率综合源5和SPMT开关9,10,11组成。其特征在于:①射频正交调制器1的输出端直接与可变增益放大器(VGA)2联接,而省去了中频SAW滤波器、上变频器和推动放大器等复杂电路;②最大限度地共用芯片,如正交调制器1、正交解调器8,尤其是发射的可变增益放大器(VGA)2;③采用了宽带匹配技术,使可变增益放大器(VGA)2覆盖很宽的频率范围,并保证宽的线性增益控制范围;④接收机选择相近的中频频率,如200MHz左右,简化了中频SAW滤波器匹配电路及SPMT开关电路设计难度;⑤利用芯片自有的PD功能,结合SPMT开关控制信号的流程,实现多频多模之间的切换。
如图1所示,发射部分的工作流程为:不同模式的数据信号从基带部分输入到共用的直接射频正交调制器1,经可变增益放大器(VGA)2放大推动后,由SPMT开关10切换选择,输入到不同频段和模式要求的功率放大器3/1~3/n,再经不同频段和带宽的收发双工器及天线4/1~4/n发射出去。
接收部分的工作流程为:接收到的不同频段和模式的射频信号,经各自双工器及天线4/1~4/n,输入到接收前端6/1~6/n,经过混频后的中频信号馈入不同频率和带宽的中频SAW滤波器7/1~7/n,随后经SPMT开关11切换选择,输入到不同的模式共用的正交解调器8中,经中频放大、解调、基带放大后输出给基带部分处理。
射频模块的本振信号由锁相频率综合源5产生,其中一路宽带射频锁相源输出给正交调制器,一路中频锁相源输出给正交解调器,还有一路宽带射频锁相源输出后,经SPMT开关9选择切换输出给接收前端即锁相频率综合源5直接与正交调制器1、正交解调器8及接收前端6/1-6/n连接。
基带部分不仅给出发射APC、接收AGC控制信号、锁相环频率合成器的数据信号以及AFC控制信号,同时还给出模式切换的控制信号,将SPMT开关切换到所要求的模式位置,并利用芯片PD功能将其他模式工作的功率放大器和接收前端关闭。
本发明有益效果为:(1)省去了中频SAW滤波器、上变频器和推动放大器等复杂电路,有效地简化发射电路结构,减小了印刷电路板空间占用,大大削减了材料成本,可以设计成本低、体积小巧的手机。(2)各个频段的不同模式共用同一个直接射频正交调制器、可变增益放大器(VGA)和正交解调器,以简化系统结构、降低成本;(3)采用了宽带匹配技术,可变增益放大器(VGA)覆盖频率范围更广;(4)简化了中频SAW滤波器匹配电路及SPMT开关电路设计难度。
(四)附图说明:
图1为多频多模手机射频模块框图;
图2为WCDMA/GSM双频双模手机射频模块框图。
图中各符号说明:
PD-POWER DOWN电源关断;
SPMT-SINGLE PORT MULTI TURN单刀多掷;
AGC-AUTO GAIN CONTROL自动增益控制;
VGA-VARIABLE GAIN AMPLIFIER可增益放大器;
AFC-AUTO FREQUENCY CONTROL自动频率控制;
APC-AUTO POWER CONTROL自动功率控制;
PCB-PRINT CIRCUIT BOARD印刷电路板。
(五)具体实施方式:以下结合附图2详述实施例:WCDMA/GSM双频双模手机射频模块。根据相关标准,两种模式的上、下行频段约定为:
移动通信模式 | 上行频段 | 下行频段 |
标准GSM900 | 890~915MHz | 935~960MHz |
扩展GSM900 | 880~915MHz | 925~960MHz |
WCDMA | 1920~1980MHz | 2110~2170MHz |
以下GSM模式指标准GSM900模式。
射频模块中采用两个双锁相环,同时产生1920~1980MHz的射频本振频率源11、890~915MHz射频本振频率源9、710~735MHz的射频本振频率源12、1520MHz/1080MHz的中频频率源10。
基带部分不仅给出发射APC、接收AGC控制信号、锁相环频率合成器的数据信号以及AFC控制信号,同时还给出模式切换的控制信号,将SPDT开关切换到所要求的模式位置,并利用芯片PD功能将其他模式工作的功率放大器关闭。
发送通道:基带输出的WCDMA或GSM的正交IQ信号送给直接射频正交调制器1,WCDMA模式调制器本振输入为1920MHz~1980MHz,GSM模式为890~915MHz。WCDMA模式工作时,调制器1输出的1920MHz~1980MHz的WCDMA射频信号经共用可变增益放大器(VGA)2放大推动后,由SPDT开关切换到WCDMA功率放大器3,输出后经WCDMA频段双功器5和天线6发射出去;GSM模式工作时,调制器输出的890MHz~915MHz的GSM射频信号经共用可变增益放大器(VGA)2放大推动后,由SPDT开关切换到GSM功率放大器4,输出后经收发开关7和天线8发射出去。
接收通道:天线接收的2110~2170MHz的WCDMA射频信号,通过WCDMA频段天线6和双工器5输入到共用接收前端13,经放大、镜象抑制带通滤波、混频后,输出到WCDMA中频SAW带通滤波器15,再输入到共用正交解调器16中,经中频AGC放大、I/Q解调、低通滤波后,输出WCDMA的I、Q二路基带信号,经基带放大器17,送给基带作解调处理;天线接收的925~960MHz的GSM射频信号,通过天线收发开关7输入共用接收前端13,经放大、镜象抑制带通滤波、混频后,输出到GSM中频SAW带通滤波器14,再输入到共用正交解调器16中,经中频AGC放大、I/Q解调、低通滤波后,输出GSM的I、Q二路基带信号,经基带放大器17,送给基带作解调处理。
WCDMA/GSM双频双模手机射频模块主要由直接射频正交调制器1、可变增益放大器(VGA)2、WCDMA功率放大器3、GSM功率放大器4、WCDMA频段收发双工器5和天线6、GSM频段收发开关7和天线8、共用接收前端13、GSM中频SAW带通滤波器14、WCDMA中频SAW带通滤波器15、共用正交解调器16、基带放大器17,以及锁相频率源9,10,11,12组成。其特征①射频正交调制器1的输出端直接与可变增益放大器(VGA)2联接,而省去了中频SAW滤波器、上变频器和推动放大器等复杂电路;②最大限度地共用芯片,如正交调制器1、可变增益放大器(VGA)2、接收前端13、正交解调器16、基带放大器17;③采用了宽带匹配技术,使可变增益放大器(VGA)2覆盖很宽的频率范围,并保证宽的线性增益控制范围;④接收前端13采用MAXIAM公司的商用芯片,具有两个独立的射频信号输入端和中频信号输出端,可以直接与WCDMA和GSM模式的中频SAW滤波器15和14连接,省去了SPDT开关;⑤利用芯片自有的PD功能,结合SPDT开关切换WCDMA和GSM模式功放3和4,实现频段和模式之间的切换。
所用通用射频芯片及厂商:
1.正交调制器:RF2483 RFMD公司;
2.VGA:RF2378 RFMD公司;
3.WCDMA功放:RF2186 RFMD公司;
4.GMS功放:RF2173 RFMD公司;
5.接收前端:MAX2320 MAXIAM公司;
6.正交解调器:RF2689 RFMD公司;
7.集成锁相源:Si4133 Silicon Lab.公司;
8.WCDMA中频SAW滤波器:TMX L112 THOMSON公司;
9.GMS中频SAW滤波器:B4846 EPCOS公司。
实际研制中,适当调节I,Q信号偏置电压和I,Q信号幅度、相位来优化正交调制器的性能。选择线性度好的低噪声放大器可以降低双工器成本和体积,对于强的接收信号,为了避免非线性,应将低噪声放大器短接掉,而为了同时满足线性和灵敏度的要求,短接掉的增益要求非常精确的增益控制。在排版设计时,采用6层PCB板布线,有效地降低了各种杂散辐射和窜扰,提高了收发隔离,从而保证了射频模块的总体指标。技术指标:
表1 WCDMA/GSM双频/双模式射频模块技术指标
技术指标项目 | WCDMA模式 | GSM模式 |
工作方式 | CDMA,FDD | TDMA,FDD |
上行工作频率 | 1920~1980MHz | 890~915MHz |
下行工作频率 | 2110~2170MHz | 935~960MHz |
双工间隔 | 190MHz | 45MHz |
信道间隔 | 5MHz | 200KHz |
调制方式 | QPSK调制 | GMSK调制 |
接收灵敏度 | -110dBm | -106dBm |
输出功率 | 21dBm | 33dBm |
Claims (5)
1.一种用于多频多模手机的射频模块,其特征在于由直接射频正交调制器、可变增益放大器(VGA)、功率放大器、收发双工器及天线、接收前端、中频SAW滤波器、正交解调器,以及锁相频率综合源和SPMT开关组成,其中射频正交调制器的输出端直接与可变增益放大器(VGA)联接。
2.如权利要求1所述的一种用于多频多模手机的射频模块,其特征在于锁相频率综合源直接与正交调制器、正交解调器及接收前端连接。
3.如权利要求1所述的一种用于多频多模手机的射频模块,其特征在于最大限度地共用芯片,如正交调制器、正交解调器,尤其是发射的可变增益放大器(VGA);
4.如权利要求1所述的一种用于多频多模手机的射频模块,其特征在于采用了宽带匹配技术,使可变增益放大器(VGA)覆盖很宽的频率范围,并保证宽的线性增益控制范围;
5.如权利要求1所述的一种用于多频多模手机的射频模块,其特征在于接收机选择相近的中频频率,如200MHz左右,简化了中频SAW滤波器匹配电路及SPMT开关电路设计难度。
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