CN1586043A - 用于多频带射频装置的阻抗匹配电路 - Google Patents

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Abstract

在用于多频带射频装置的阻抗匹配电路中，选择输出多频带射频信号的第一子频带中的第一射频信号。而且，选择输出多频带射频信号的第二子频带中的第二射频信号。选择输出是通过部分共享和部分非共享的电抗元件来完成的，而不需要切换电抗元件。

Description

用于多频带射频装置的阻抗匹配电路
发明背景
技术领域
本发明涉及用于多频带射频装置的阻抗匹配电路，并且还涉及这种多频带射频装置以及阻抗匹配方法。
具体地说，在多频带射频信号的子频带上完成这种阻抗匹配，以便能匹配多频带无线电装置的各部分之间的阻抗，例如在放大器级之间、在混频器和放大器级之间等等的阻抗。
背景技术
美国专利US6,243,566公开了无线电话的双频带发射机中的功率放大器的阻抗匹配。例如，这种双频带发射机无线电话可以采用在900MHz上工作的GSM系统以及除了它在1800MHz上工作之外类似于GSM系统的DCS系统。在一个二级功率放大器中，级间匹配电路匹配二级功率放大器的第一级和第二级之间的阻抗。级间匹配电路根据使用的传输模式来优化在900MHz或1800MHz上的阻抗。使用两个场效应晶体管作为功率放大器级。级间是15pF电容，并在第一级的源极上有一个连接到电压源的小3nH电感。在电感和电压源之间连接有2.7pF电容。一个100pF电容也被连接到电压源，有一个二极管从1000pF电容连接到地。具有输入节点的1.5kΩ电阻被连接在1000pF电容和二极管之间。当电压源被连接到输入节点时，二极管导通，并且1000pF电容支配级间匹配电路的阻抗。计算电容值，以便在输入节点被连接到2.7V正电压源时使得来自功率放大器第一级的900GSM信号与第二级匹配。当一个零、负或浮动电压源被连接到输入节点时，2.7pF电容被连接到输入节点，而2.7pF电容和3nH电感支配级间匹配电路的阻抗，匹配1800MHz信号到第二级。因此，施加在输入节点上的电压和二极管开关确定了阻抗匹配电路的GSM模式或DCS模式。这样就能共用该阻抗匹配网络来接收GSM或DCS子频带信号。
与多频带射频装置配合使用的其他系统包括在450MHz上工作的NMT-450、在800MHz工作的AMPS和D-AMPS、按1900MHz工作的PCS或诸如此类的其他系统。
发明内容
本发明的一个目的是为多频带射频装置提供一种阻抗匹配电路，降低复杂性并且不需要阻抗匹配电路自身的外部模式控制。
本发明的另一目的是提供这样一种阻抗匹配电路，避免在信号路经中使用开关。
按照本发明，提供用于多频带射频装置的一种阻抗匹配电路，该阻抗匹配电路包括：
频率选择网络，包括第一频率选择子网络和第二频率选择子网络，其中第一频率选择子网络被配置为选择输出所述多频带射频信号的第一子频带中包括的第一射频信号，而第二频率选择子网络被配置为选择输出所述多频带射频信号的第二子频带中包括的第二射频信号，所述第一和第二频率选择子网络是无开关(switch-less)网络。
本发明基于使用部分频率共享的频率选择子网络的子频带的频率选择能够废弃开关的认识。本发明进一步基于这样的认识，即，在阻抗匹配网络实施为使用串联或并联电容或电感的开关的集成电路时，由于与开关和开关部件有关的寄生，有可能造成电路在所有情况下无法工作。这是因为IC形式的开关具有大的电阻，这会恶化被切换的电感或电阻的性能，特别在甚高频上。
在按照本发明的阻抗匹配网络的一个实施例中，一个子网络是由耦合到阻抗网络的输入节点和例如地的参考电位的一个公共电感和用于双频带操作的由两个电容串联布置结构的电容构成的，而另一子网络是由一个公共或共享电感和另一个串联布置结构的电容构成的。在本实施例中，一个电容被连接在用于较低子频带的输入节点和输出节点之间，而另一电容被连接到用于较高子频带的输入节点和输出节点之间。这样就获得对两个输出节点自动传送子频带的极为简单的网络。由于仅有一个电感而不是以前使用两个独立阻抗网络的两个电感，还能节省芯片面积。通过选择接通/关断用于耦合到阻抗匹配网络的各个子频带的放大器，当在发射机中实施时，仅仅发射希望的子频带。这一实施例很容易扩展到包括两个以上子频带的多频带操作。例如，对于三频带操作，只需在串联结构中添加一个电容，从而产生第三输出节点。
阻抗匹配网络能够实施为采纳差动或单端电路元件，例如放大器级、混频器或任何其他的其中需要多频带操作的阻抗匹配的电路元件。
在按照本发明的阻抗匹配网络的另一实施例中，用于子频带选择的电容被耦合到电感的串联结构的顺序节点上。然而，在这种并联电容实施例中，比上述串联电容实施例需要更多的电感。
在本发明的一个实施例中，阻抗匹配网络被包括在多频带射频装置的发射机路经中，并被布置在用于不同子频带的混频器和可控放大器之间。
按照本发明的另一或其他实施例，阻抗匹配网络被包括在一个多频带射频装置的发射机路经中，并被布置在用于不同子频带的公共前置放大器级和可控的非子频带共享的放大器级之间。
附图简介
图1是按照本发明的一种多频带无线电装置的方框图。
图2表示用于双频带操作的耦合到一对正交混频器的按照本发明的阻抗匹配电路的第一实施例。
图3表示用于三频带操作的按照本发明的阻抗匹配网络的一个实施例。
图4表示按照本发明的阻抗匹配网络的另一实施例。
图5表示用于双频带操作的耦合在公共前置放大器级和用于子频带的独立放大器之间的按照本发明的阻抗匹配电路的一个实施例。
在所有附图中对相同的特征采用相同的标号。
具体实施方式
图1是按照本发明的一种多频带无线电装置1的方框图。在所示的实施例中，信号是差分和正交的。在其他实施例中，信号可以是单端和/或非正交的。表示的细节是无线电装置1的发射机部分，有一对正交IF混频器2和3，被耦合到信号加法器4。IF混频器2和3将基带信号I_IN和Q_IN与通过一个移相器6由振荡器5提供的0°和90°相移的振荡器信号混频。在输出侧上，信号加法器4被耦合到IF放大器7，后者向IF移相器8提供放大的IF信号。IF移相器8向一对RF混频器9和10提供差分正交信号，后者通过移相器12从振荡器11接收相移的振荡信号。信号加法器13将正交混频的RF信号相加。还表示了在给定的双频带实施例中用于多频带的较高子频带的可控放大器14和15，以及用于多频带即所谓的PCS和CELL频带的较低子频带的可控放大器16和17。在给定的实施例中，每个子频带有两个可控放大器。这是因为在发射机中子频带例如PCS通常被分离成两个进一步的子频带。这些进一步子频带的选择性更多地是在发射机中的上行方向中通过独立的带通滤波器(图中未具体表示出)来实现的。由于这些进一步的子频带在频率上彼此靠近，所以在图2-5具体所示的本发明的阻抗匹配电路中不需要对其进行选择。为了选择PCS子频带，放大器14和15被导通而放大器16和17被关断。为了选择CELL子频带，放大器16和17被导通而放大器14和15被关断。
图2表示用于双频带操作的耦合到正交混频器9和10的按照本发明的阻抗匹配电路20的第一实施例。通过将混频器9和10的各个差分输出连接在公共输入节点21和22中来构成信号加法器13。阻抗匹配网络20包括各自耦合在节点21和22与地之间的电感23和24、耦合到输入节点21的电容25和26的串联布置结构、以及耦合到输入节点22的电容27和28的串联布置结构。电容25和26以及电容27和28的串联布置结构具有用于CE11频带的输出节点29和30以及用于PCS频带的输出节点31和32。电容25和26以及27和28的大小使得对于较高频率PCS子频带，RF信号流有效地并且基本上通过由电容25和26及27和28构成的信号路经，单纯通过电容25和27的其他信号路经被有效短路，而对于较低CELL子频带，RF信号流有效地并且基本上通过单纯由电容25和27构成的信号路经。与现有技术中对双频带采用独立的且非共享的匹配电路相比，至少能节省两个混频器、RF移相器。
图3表示用于三频带操作的按照本发明的阻抗匹配网络40的一个实施例。对于三频带操作，除了电感23和24以及电容25，26，27和28之外，阻抗匹配电路40还具有电容41和42。这样就获得三个子频带的差分输出信号43，44和45。
图4表示按照本发明的阻抗匹配网络50的另一实施例。阻抗匹配网络50具有输入节点21和地之间的电感51，52和53的串联布置结构以及输入节点22和地之间的电感54，55和56的串联布置结构。对于三个子频带的子频带选择，提供了电容57和58、电容59和60以及电容61和62。电容57和58选择最高子频带，电容59和60选择中间子频带，而电容61和62选择最低子频带。
图5表示按照本发明一个实施例用于双频带操作的一种阻抗匹配电路70，它被耦合在公共前置放大器级71，72和73以及用于子频带的独立放大器74和75之间。阻抗匹配电路70和阻抗匹配电路20具有相同的结构，并包括电感76和77以及电容78，79，80和81。通过每次放大器74和75之一被导通，放大器74和75之中的另外一个被关断。
本领域的技术人员通过以上的说明可以看出，在下面附带的权利要求书所限定的本发明的原理和范围内可以实现各种各样的修改，并且本发明并非仅限于所述的实施例。文字“包括”并不排除在权利要求书中所列之外的其他元件或步骤的存在。

Claims (20)

1.用于多频带射频装置的一种阻抗匹配电路，所述阻抗匹配电路包括：
输入电路，接收多频带射频信号；
频率选择网络，包括第一频率选择子网络和第二频率选择子网络，其中第一频率选择子网络被配置为选择输出所述多频带射频信号的第一子频带中包括的第一射频信号，而第二频率选择子网络被配置为选择输出所述多频带射频信号的第二子频带中包括的第二射频信号，所述第一和第二频率选择子网络是无开关网络。
2.按照权利要求1的阻抗匹配网络，其特征在于，所述第一频率选择子网络包括第一类型的公共电抗元件和第二类型的第一电抗元件，而所述第二频率选择子网络包括所述公共电抗元件和所述第二类型的第二电抗元件，所述第一和第二电抗元件被串联布置，所述第一射频信号从所述串联布置结构的第一节点上输出，而所述第二射频信号从所述串联布置结构的第二节点上输出。
3.按照权利要求2的阻抗匹配网络，其特征在于，所述公共电抗元件是电感，而所述第一和第二电抗元件是电容。
4.按照权利要求1的阻抗匹配网络，其特征在于，所述第一频率选择子网络包括第一类型的公共电抗元件和第二类型的第一电抗元件的串联布置结构，而所述第二频率选择子网络包括公共电抗元件和所述第二类型的第二电抗元件的所述串联布置结构，所述第一电抗元件被耦合在所述串联布置结构的第一节点和用于输出所述第一射频信号的第一输出节点之间，而所述第二电抗元件被耦合在所述串联布置结构的第二节点和用于输出所述第二射频信号的第二输出节点之间。
5.按照权利要求4的阻抗匹配网络，其特征在于，所述频率选择网络包括第三频率选择子网络，其被配置为选择输出所述多频带射频信号的第三子频带中包括的第三射频信号。
6.按照权利要求1的阻抗匹配网络，其特征在于，输出电路是加法器电路。
7.按照权利要求6的阻抗匹配网络，其特征在于，加法器电路是由用于从第一和第二混频器电路接收信号的连接节点构成的。
8.按照权利要求1的阻抗匹配网络，其特征在于，输入电路是由用于接收所述多频带射频信号的至少一个输入端子构成的。
9.按照权利要求8的阻抗匹配网络，其特征在于，所述多频带射频信号是从公共用于多频带信号放大的一个前置放大器级接收的，而所述第一和第二射频信号是用于分别输入到被配置为放大所述第一射频信号的第一非子频带共享的放大器级和被配置为放大所述第二射频信号的第二非子频带共享的放大器级的信号。
10.具有阻抗匹配电路的一种多频带射频装置，所述阻抗匹配网络包括：
输入电路，用于接收多频带射频信号；
频率选择网络，包括第一频率选择子网络和第二频率选择子网络，其中第一频率选择子网络被配置为选择输出所述多频带射频信号的第一子频带中包括的第一射频信号，而第二频率选择子网络被配置为选择输出所述多频带射频信号的第二子频带中包括的第二射频信号，所述第一和第二频率选择子网络是无开关网络。
11.按照权利要求10的多频带射频装置，其中所述第一频率选择子网络包括第一类型的公共电抗元件和第二类型的第一电抗元件，而所述第二频率选择子网络包括所述公共电抗元件和所述第二类型的第二电抗元件，所述第一和第二电抗元件被串联布置，所述第一射频信号在所述串联布置结构的第一节点上输出，而所述第二射频信号在所述串联布置结构的第二节点上输出。
12.按照权利要求10的多频带射频装置，其中所述第一频率选择子网络包括第一类型的公共电抗元件和第二类型的第一电抗元件的串联布置结构，而所述第二频率选择子网络包括公共电抗元件和所述第二类型的第二电抗元件的所述串联布置结构，所述第一电抗元件被耦合在所述串联布置结构的第一节点和用于输出所述第一射频信号的第一输出节点之间，而所述第二电抗元件被耦合在所述串联布置结构的第二节点和用于输出所述第二射频信号的第二输出节点之间。
13.按照权利要求10的多频带射频装置，进一步包括第一和第二混频器电路，输入电路包括用于从第一和第二混频器电路接收信号的连接节点。
14.按照权利要求13的多频带射频装置，进一步包括用于放大所述第一射频信号的第一放大器电路和用于放大所述第二射频信号的第二放大器电路。
15.按照权利要求14的多频带射频装置，其中在所述多频带射频装置的发射分支中包括所述阻抗匹配电路，所述第一和第二混频器以及所述第一和第二放大器电路。
16.按照权利要求10的多频带射频装置，进一步包括公共用于多频带信号放大的前置放大器级、第一非子频带共享的放大器级以及第二非子频带共享的放大器级，其中所述输入电路包括用于接收所述多频带射频信号的至少一个输入端子，所述第一射频信号被输入到所述第一非子频带共享的放大器级，而所述第二射频信号被输入到所述第二非子频带共享的放大器级。
17.按照权利要求16的多频带射频装置，其中所述第二非子频带共享的放大器级在所述第一非子频带共享的放大器级导通时被关断，而所述第一非子频带共享的放大器级在所述第一非子频带共享的放大器级关断时被导通。
18.按照权利要求16的多频带射频装置，其中在所述多频带射频装置的发射分支中包括所述阻抗匹配电路、所述前置放大器级以及所述第一和第二非子频带共享的放大器级。
19.用于多频带射频装置的一种阻抗匹配方法，所述阻抗匹配方法包括：
选择输出多频带射频信号的第一子频带中包括的第一射频信号；
选择输出多频带射频信号的第二子频带中包括的第二射频信号，所述第一和第二选择输出是在信号路经中不采用切换的情况下完成的。
20.按照权利要求19的阻抗匹配方法，进一步包括选择输出多频带射频信号的第三子频带中包括的第三射频信号，所述第三选择输出是在信号路经中不采用切换的情况下完成的。
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