CN202940797U - 集成容性阻抗匹配的发射机前端模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种集成容性阻抗匹配的发射机前端模块，它包括集成电容器的射频功放芯片、控制器芯片及天线开关芯片；所述集成电容器的射频功放芯片包括集成在一颗砷化镓或氮化镓或硅SOI芯片上的用于阻抗匹配的集成电容器与射频功放芯片。本实用新型的有益效果在于将用于匹配和隔直流的电容器用集成电容器（ICM）在功放芯片和/或天线开关芯片中，由于ICM面积小，因此带有ICM的功放芯片或天线开关芯片虽然面积有少许增加，因为整个发射模块去掉了SMD并仍保持三个芯片总数，因此发射模块在保证性能和提高集成度的前提下其总体成本也获得了大的改善。
Description
技术领域
本实用新型涉及无线通讯硬件领域，尤其是指一种集成容性阻抗匹配的发射机前端模块。
背景技术
近二十多年来，无线通讯的发展极大地满足了人类对通信的需求，同时这种需求进一步带动了无线移动终端在全世界范围内的迅速增长。在功能型移动终端向智能型移动终端的发展过程中，移动终端对射频功率放大器的需求出现了成倍的增长，这种需求进一步推动了对具有高性价比的特别是发射机前端模块的开发。
现有的发射机前端模块如同图1所示，通常包含三颗芯片，即：控制器芯片(Controller)、射频功放芯片(PA Chip)和天线开关芯片(Antenna Switch)。其中，天线开关芯片负责射频信号的控制与信道切换，控制器芯片负责整个模块的控制和协调任务。射频功放芯片担负着将微弱的射频信号进行放大的功能，其主要由有源功放芯片(PA Chip)和无源匹配网络(Matching Network)构成。有源功放芯片负责信号流的增益供给，无源匹配网络则负责信号的滤波和阻抗匹配。而上述的无源匹配网络(Matching Network)通常由表面贴装（SMD）电容器和电感器组成。
图2所示就是一种无源匹配网络(Matching Network)的典型电路图，SMD形式的无源匹配网络(Matching Network)优点是具有很强的可调性，但SMD占据空间很大，导致相应的发射机前端模块集成度低，不利于前端模块的小型化，同时也不具备成本优化空间。
图3所示的方案，其阻抗匹配的电容器(C1，C2，C3)和电感器(L1，L2)则采用的是用集成方法来实现的，也就是将整个匹配电路用一颗芯片来实现。众所周知，集成电路形式的电感器由于半导体材料的物理特征限制具有品质因素低的缺点，这造成用其制作的前端模块射频性能不佳。另一方面，集成电路形式的电感器占用的芯片面积大，图3方案虽达到了去掉SMD增加集成度的目的，但是将发射机前端模块中的芯片数量从三颗增加为四颗增加了封装成本，从而造成前端模块的总体成本并没有获得改善。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服了上述缺陷，提供一种集成容性阻抗匹配的发射机前端模块。
本实用新型的目的是这样实现的：一种集成容性阻抗匹配的发射机前端模块，它包括集成电容器的射频功放芯片、控制器芯片及天线开关芯片；所述集成电容器的射频功放芯片包括集成在一颗砷化镓或氮化镓或硅SOI芯片上的用于阻抗匹配的集成电容器与射频功放芯片；
上述结构中，所述集成电容器包括一个或多个频段的阻抗匹配电容与隔直电容；
上述结构中，所述阻抗匹配电容包括主电容与微调电容；
上述结构中，所述微调电容包括3个，3个微调电容的容值比为1：2：4；
上述结构中，所述砷化镓或氮化镓或硅SOI芯片设置于基板上，所述基板上的金属铜皮布线或QFN封装中的金属引线架形成所述集成电感器。
本实用新型还涉及一种集成容性阻抗匹配的发射机前端模块，它包括集成电容器的射频功放芯片、控制器芯片及集成电容器的天线开关芯片；所述集成电容器的射频功放芯片包括集成在一颗砷化镓或氮化镓或硅SOI芯片上的用于阻抗匹配的集成电容器与射频功放芯片；所述集成电容器的天线开关芯片包括集成在一颗砷化镓或氮化镓或硅SOI芯片上的用于阻抗匹配的集成电容器与天线开关模块；
上述结构中，所述集成电容器的射频功放芯片与集成电容器的天线开关芯片的集成电容器均包括有一个或多个频段的阻抗匹配电容与隔直电容；
上述结构中，所述一个或多个频段的阻抗匹配电容包括主电容与微调电容；
上述结构中，所述微调电容包括3个，3个微调电容的容值比为1：2：4；
上述结构中，所述砷化镓或氮化镓或硅SOI芯片设置于基板上，基板的金属铜皮布线或QFN封装中的金属引线架形成所述集成电感器。
相比于常见的发射机前端模块，本实用新型的有益效果在于将用于匹配和隔直流的电容器用集成电容器（ICM）在功放芯片和/或天线开关芯片中实现，由于ICM面积小，因此带有ICM的功放芯片或天线开关芯片虽然面积有少许增加，因为整个发射模块去掉了SMD并仍保持三个芯片总数，因此发射模块在保证性能和提高集成度的前提下其总体成本也获得了大的改善。
附图说明
下面结合附图详述本实用新型的具体结构
图1为现有的发射模块功能框图；
图2为现有功放单元的典型无源匹配电路图；
图3为现有无源匹配电路器件的结构示意图；
图4为本实用新型第一实施例的电路原理框图；
图5为本实用新型第二实施例的电路原理框图；
图6为带有ICM的四频功放应用实例图；
图7为图6中四频功放的电路图；
图8为应用实例中ICM实施方案图。
具体实施方式
为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图给予详细说明。
本实用新型要解决的技术问题是提供一种新的提高发射机前端模块集成度的方案，在这个方案中前端模块集成度的提高不以牺牲发射模块的射频性能作为代价。本实用新型在提高前端模块集成度的前提下仍然保持芯片数量不变，在降低模块总体成本的同时保证发射模块的射频性能，从而提供了一个具有优良性价比的发射模块解决方案。图4和图5是本发明公布的设计方案。
请参阅图4，本实施方案涉及一种集成容性阻抗匹配的发射机前端模块，它包括集成电容器的射频功放芯片、控制器芯片及天线开关芯片。其中，所述集成电容器的射频功放芯片包括集成在一颗砷化镓或氮化镓或硅SOI芯片上的用于阻抗匹配的集成电容器（ICM）与射频（PA）功放芯片。
而图5则为另一实施方案，涉及一种集成容性阻抗匹配的发射机前端模块，它包括集成电容器的射频功放芯片、控制器芯片及集成电容器的天线开关芯片。所述集成电容器的射频功放芯片包括集成在一颗砷化镓或氮化镓或硅SOI芯片上的用于阻抗匹配的集成电容器（ICM）与射频（PA）功放芯片；所述集成电容器的天线开关芯片包括集成在一颗砷化镓或氮化镓或硅SOI芯片上的用于阻抗匹配的集成电容器（ICM）与天线开关（Antenna Switch）芯片。
本专利的特点是将图2中用于匹配和隔直流的电容器用集成电容器（ICM）来实现并将ICM包含在功放芯片和/或天线开关芯片中。而用于匹配的电感器由于体积庞大不适宜于用集成电路来实现。本专利所用的匹配电感器则完全由模块载板的基板上的金属铜皮布线或QFN封装中的金属引线架来实现。基板上的金属铜皮和QFN的金属引线架具有优良的导电性能，用其制作的电感器性能远远超过现有的片上电感（IPD）。由于ICM面积小，因此带有ICM的功放芯片或天线开关芯片虽然面积有少许增加，因为整个发射模块去掉了SMD并仍保持三个芯片总数，因此发射模块在保证性能和提高集成度的前提下其总体成本也获得了大的改善。
图6所示为本专利应用于四频功放的具体实施方法之一。用于阻抗匹配的集成电容器303同射频功放芯片302集成在同一颗砷化鎵(GaAs)、氮化鎵（GaN）或硅SOI芯片301上。图中包括，支持功放芯片的基板300，第一频段（比如800MHz/900MHz）的匹配用绕线电感304，第二频段（比如1800MHz/1,900MHz）的匹配用绕线电感305及隔直流电容后的射频输出接口306。集成电容器303同第一频段（比如800MHz/900MHz）的匹配用绕线电感304和第二频段（比如1800MHz/1,900MHz）的匹配用绕线电感305一起完成诸如图2所示的阻抗匹配功能。
而图7是上述四频功放ICM的电路图，其中电容401，402和403为第一频段如800MHz/900MHz的匹配电容，电容404，405和406为第二频段如1800MHz/1900MHz的匹配电容。403和404均为隔直电容，401，402，405和406是阻抗匹配电容。
图8所示为该ICM的具体实施方法之一。为了保证准确性和可调性，其中电容501，502，503和504一起构成图7的电容401，电容505和506一起组成图7的电容402，电容507实现图7的电容403，电容510，511，512和513一起构成图7的电容406，电容509和516一起组成图7的电容405，电容508实现图7的电容404。电容501，502，503和504中503是主电容，其余三个是微调电容。三个微调电容的容值比是1：2：4，这样三个电容可以产生7个不同的电容值同503一起完成对401电容的微调。同样的原理，电容510，511，512和513中513是主电容，其余三个是微调电容。上述的微调电容根据需要还可采用1-4个，当2个微调电容时，其容值比为1：2，3个微调电容时的容值比为1：2：4，4个微调电容的容值比为1：2：4：8。
综上所述，本专利通过集成电容器与模块基板或QFN引线架的最佳组合实现了功率放大器的阻抗匹配功能，有效地提高了功率放大器模块的射频性能和集成度，同时大大地降低了射频前端发射模块的成本和尺寸。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种集成容性阻抗匹配的发射机前端模块，其特征在于：它包括集成电容器的射频功放芯片、控制器芯片及天线开关芯片；所述集成电容器的射频功放芯片包括集成在一颗砷化镓或氮化镓或硅SOI芯片上的用于阻抗匹配的集成电容器与射频功放芯片。
2.如权利要求1所述的集成容性阻抗匹配的发射机前端模块，其特征在于：所述集成电容器包括一个或多个频段的阻抗匹配电容与隔直电容。
3.如权利要求2所述的集成容性阻抗匹配的发射机前端模块，其特征在于：所述阻抗匹配电容包括主电容与微调电容。
4.如权利要求3所述的集成容性阻抗匹配的发射机前端模块，其特征在于：所述微调电容包括3个，3个微调电容的容值比为1：2：4。
5.如权利要求1-4任意一项所述的集成容性阻抗匹配的发射机前端模块，其特征在于：所述砷化镓或氮化镓或硅SOI芯片设置于基板上，所述基板上的金属铜皮布线或QFN封装中的金属引线架形成所述集成电感器。
6.一种集成容性阻抗匹配的发射机前端模块，其特征在于：它包括集成电容器的射频功放芯片、控制器芯片及集成电容器的天线开关芯片；所述集成电容器的射频功放芯片包括集成在一颗砷化镓或氮化镓或硅SOI芯片上的用于阻抗匹配的集成电容器与射频功放芯片；所述集成电容器的天线开关芯片包括集成在一颗砷化镓或氮化镓或硅SOI芯片上的用于阻抗匹配的集成电容器与天线开关模块。
7.如权利要求6所述的集成容性阻抗匹配的发射机前端模块，其特征在于：所述集成电容器的射频功放芯片与集成电容器的天线开关芯片的集成电容器均包括有一个或多个频段的阻抗匹配电容与隔直电容。
8.如权利要求7所述的集成容性阻抗匹配的发射机前端模块，其特征在于：所述一个或多个频段的阻抗匹配电容包括主电容与微调电容。
9.如权利要求8所述的集成容性阻抗匹配的发射机前端模块，其特征在于：所述微调电容包括3个，3个微调电容的容值比为1：2：4。
10.如权利要求6-9任意一项所述的集成容性阻抗匹配的发射机前端模块，其特征在于：所述砷化镓或氮化镓或硅SOI芯片设置于基板上，基板的金属铜皮布线或QFN封装中的金属引线架形成所述集成电感器。
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