CN213990662U - 一种射频前端芯片以及一种射频器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种射频前端芯片，将滤波模块，射频天线开关以及天线匹配网络封装在同一芯片中，大大减小了射频前端在移动终端上的布板面积，通过器件优化和集成优化，可以有效降低发射与接收链路的损耗，进而降低了整个移动终端的功耗。而由于在芯片中没有封装功率放大器，使得芯片可以与不同的功率放大器，不同供应商不同性能的功率放大器进行灵活设计，从而保证该芯片可以进行灵活的方案设计。本实用新型还提供了一种射频器件，同样具有上述有益效果。

Description

一种射频前端芯片以及一种射频器件

技术领域

本实用新型涉及射频前端架构技术领域，特别是涉及一种射频前端芯片以及一种射频器件。

背景技术

4G，5G移动通信的发展，对于手机信号收发有了更高的要求。随着新增频段的增加，载波聚合、多输入多输出(MIMO，Multiple Input Multiple Output)等技术的广泛应用，各类射频器件的使用越来越多，射频前端架构也越来越复杂化，对射频各个发射与接收通路的抗干扰能力有更高需求。

在现阶段，射频前端均采用分立器件，射频功率放大器、滤波器、射频开关，射频天线开关等均为独立的芯片模块，各个模块还需要调谐匹配电路。由于更多的工作频段，需要更多的射频滤波器和双工器，此实现形式需要占用大量的手机版布板面积，无法做到小型化。于此同时，各个模块的分立，使发射与接收链路的损耗增加，降低了信号发射与接收的性能，增加了手机功耗。所以如何减少移动设备功耗是本领域技术人员急需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种射频前端芯片，可以有效减少移动设备功耗；本实用新型的另一目的在于提供一种射频器件，可以有效减少移动设备功耗。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种射频前端芯片，包括封装于同一芯片内的滤波模块、射频天线开关和天线匹配网络，所述芯片还设置有输入端口、输出端口以及天线端口；所述输入端口通过输入匹配网络连接所述滤波模块，所述输出端口通过输出匹配网络连接所述滤波模块，所述滤波模块通过所述天线匹配网络连接所述射频天线开关，所述射频天线开关连接所述天线端口；

所述输入匹配网络用于将所述输入端口与所述滤波模块进行阻抗匹配，所述输出匹配网络用于将所述输出端口与所述滤波模块进行阻抗匹配，所述天线匹配网络用于将所述射频天线开关与所述滤波模块进行阻抗匹配。

可选的，所述滤波模块包括滤波器和/或多工器。

可选的，当所述滤波模块包括滤波器时，与同一所述滤波器连接的输入端口以及输出端口为同一端口；与同一所述滤波器连接的输入匹配网络以及输出匹配网络为同一匹配网络。

可选的，当所述滤波模块包括多工器时，任一所述多工器连接至少一个所述输入端口以及至少一个所述输出端口。

可选的，当所述滤波模块包括多个所述滤波器，或多个所述多工器，或至少一个所述滤波器和至少一个所述多工器时，所述芯片包括多个所述输入端口以及多个所述输出端口。

可选的，所述芯片包括多个所述天线匹配网络，多个所述天线匹配网络设置于同一裸芯。

可选的，所述输入匹配网络以及所述输出匹配网络位于所述芯片外部。

可选的，所述天线匹配网络的预设架构与所述射频天线开关设置于同一裸芯。

可选的，所述芯片还包括辅助输入口，所述辅助输入口与所述射频天线开关连接。

本实用新型还提供了一种射频器件，包括功率放大器和如上述任一项所述的射频前端芯片，所述功率放大器与所述射频前端芯片连接。

本实用新型所提供的一种射频前端芯片，包括封装于同一芯片内的滤波模块、射频天线开关和天线匹配网络，芯片还设置有输入端口、输出端口以及天线端口；输入端口通过输入匹配网络连接滤波模块，输出端口通过输出匹配网络连接滤波模块，滤波模块通过天线匹配网络连接射频天线开关，射频天线开关连接天线端口；输入匹配网络用于将输入端口与滤波模块进行阻抗匹配，输出匹配网络用于将输出端口与滤波模块进行阻抗匹配，天线匹配网络用于将射频天线开关与滤波模块进行阻抗匹配。

将滤波模块，射频天线开关以及天线匹配网络封装在同一芯片中，大大减小了射频前端在移动终端上的布板面积，通过器件优化和集成优化，可以有效降低发射与接收链路的损耗，进而降低了整个移动终端的功耗。而由于在芯片中没有封装功率放大器，使得芯片可以与不同的功率放大器，不同供应商不同性能的功率放大器进行灵活设计，从而保证该芯片可以进行灵活的方案设计。

本实用新型还提供了一种射频器件，同样具有上述有益效果，在此不再进行赘述。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例所提供的一种射频前端芯片的结构示意图；

图2为本实用新型实施例所提供的第一种具体的射频前端芯片的结构示意图；

图3为本实用新型实施例所提供的第二种具体的射频前端芯片的结构示意图；

图4为本实用新型实施例所提供的第三种具体的射频前端芯片的结构示意图；

图5为本实用新型实施例所提供的第四种具体的射频前端芯片的结构示意图；

图6为本实用新型实施例所提供的第五种具体的射频前端芯片的结构示意图。

图中：1.滤波模块、2.射频天线开关、3.天线匹配网络。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种射频前端芯片。在现有技术中，射频前端均采用分立器件，射频功率放大器、滤波器、射频开关，射频天线开关等均为独立的芯片模块，各个模块还需要调谐匹配电路。由于更多的工作频段，需要更多的射频滤波器和双工器，此实现形式需要占用大量的手机版布板面积，无法做到小型化。于此同时，各个模块的分立，使发射与接收链路的损耗增加，降低了信号发射与接收的性能，增加了手机功耗。

而本实用新型所提供的一种射频前端芯片，包括封装于同一芯片内的滤波模块、射频天线开关和天线匹配网络，芯片还设置有输入端口、输出端口以及天线端口；输入端口通过输入匹配网络连接滤波模块，输出端口通过输出匹配网络连接滤波模块，滤波模块通过天线匹配网络连接射频天线开关，射频天线开关连接天线端口；输入匹配网络用于将输入端口与滤波模块进行阻抗匹配，输出匹配网络用于将输出端口与滤波模块进行阻抗匹配，天线匹配网络用于将射频天线开关与滤波模块进行阻抗匹配。

将滤波模块，射频天线开关以及天线匹配网络封装在同一芯片中，大大减小了射频前端在移动终端上的布板面积，通过器件优化和集成优化，可以有效降低发射与接收链路的损耗，进而降低了整个移动终端的功耗。而由于在芯片中没有封装功率放大器，使得芯片可以与不同的功率放大器，不同供应商不同性能的功率放大器进行灵活设计，从而保证该芯片可以进行灵活的方案设计。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1以及图2，图1为本实用新型实施例所提供的一种射频前端芯片的结构示意图；图2为本实用新型实施例所提供的第一种具体的射频前端芯片的结构示意图。

参见图1，在本实用新型实施例中，射频前端芯片包括封装于同一芯片内的滤波模块1、射频天线开关2和天线匹配网络3，所述芯片还设置有输入端口、输出端口以及天线端口；所述输入端口通过输入匹配网络连接所述滤波模块1，所述输出端口通过输出匹配网络连接所述滤波模块1，所述滤波模块1通过所述天线匹配网络3连接所述射频天线开关2，所述射频天线开关2连接所述天线端口；所述输入匹配网络用于将所述输入端口与所述滤波模块1进行阻抗匹配，所述输出匹配网络用于将所述输出端口与所述滤波模块1进行阻抗匹配，所述天线匹配网络3用于将所述射频天线开关2与所述滤波模块1进行阻抗匹配。

上述芯片内通常至少需要封装有滤波模块1、射频天线开关2和天线匹配网络3，在本实用新型实施例中通常使用WLP(晶片级封装)工艺进行封装，同时在芯片表面通常还设置有输入端口、输出端口以及天线端口。其中，对于信号的发射，待发射信号会从输入端口进入芯片，在经过滤波模块1进行滤波后，由射频天线开关2控制选择所需的天线端口，从所选天线端口输出待发射信号。对于信号接收，待接收信号会从相应的天线端口进入到射频天线开关2之后，由射频天线开关2控制选择各个频段相应信号通路，信号经过天线匹配网络3调谐匹配后进入滤波模块1自身的接收端进行滤波。而滤波后的待接收信号会从输出端口输出，该待接收信号可以直接进入无线电收发两用机。

上述天线匹配网络3、输入匹配网络以及输出匹配网络用于阻抗调谐，来实现射频前端芯片的最优性能。例如，输出匹配网络可以将滤波模块1自身的输出端阻抗匹配到50ohm，从而使得待接收信号可以直接从芯片的输出端口传输进无线电收发两用机。

具体的，在本实用新型实施例中，所述输入匹配网络用于将所述输入端口与所述滤波模块1进行阻抗匹配，其通常用于将滤波模块1自身输入端的阻抗匹配到与芯片输入端口阻抗相同；所述输出匹配网络用于将所述输出端口与所述滤波模块1进行阻抗匹配，其通常用于将滤波模块1自身输出端的阻抗匹配到与芯片输出端口阻抗相同；所述天线匹配网络3用于将所述射频天线开关2与所述滤波模块1进行阻抗匹配，其通常用于将滤波模块1自身输出端的阻抗匹配到与射频天线开关2输入端阻抗相同，以及将滤波模块1自身输入端的阻抗匹配到与射频天线开关2输出端阻抗相同。

有关上述滤波模块1、射频天线开关2、天线匹配网络3、输入匹配网络、输出匹配网络、输入端口、输出端口以及天线端口的具体结构可以参考现有技术，在此不再进行赘述。

具体的，在本实用新型实施例中，所述滤波模块1通常包括滤波器和/或多工器。即在本实用新型实施例中，滤波模块1可以仅为一个滤波器、或仅为一个多工器、该滤波模块1还可以包括多个滤波器、或多个多工器、或同时包括任意数量的滤波器以及多工器均可，视具体情况而定，在此不做具体限定。上述多工器可以为双工器、三工器、四工器、五工器等等均可，视具体情况而定，在此不做具体限定。需要说明的是，上述滤波模块1中的任一个器件，无论是多工器还是滤波器，通常均表示一条信号通路，相应的滤波模块1中的任一器件均需要连接一输入端口以及一输出端口。即在本实用新型实施例中，当所述滤波模块1包括多个所述滤波器，或多个所述多工器，或至少一个所述滤波器和至少一个所述多工器时，即滤波模块1设置有多个器件时，所述芯片包括多个所述输入端口以及多个所述输出端口。

具体的，在本实用新型实施例中，当所述滤波模块1包括滤波器时，与同一所述滤波器连接的输入端口以及输出端口为同一端口；与同一所述滤波器连接的输入匹配网络以及输出匹配网络为同一匹配网络。即对于滤波器来说，其连接的输入端口RX与输出端口TX通常为同一端口T/RX，相应的该端口T/RX连接的输入匹配网络RX MN与输出匹配网络TX MN为同一匹配网络T/RX MN。即对于滤波器来说，其仅通过匹配网络T/RX MN与端口T/RX连接，而该匹配网络T/RX MN用于实现滤波器与端口T/RX之间的阻抗匹配。

上述各个匹配网络可以是分立无源器件包括不仅限于电容，电感，传输线，可以是有源可调谐结构，具体可以根据实际情况自行设定，在此不做具体限定。

具体的，在本实用新型实施例中，当所述滤波模块1包括多工器时，任一所述多工器连接至少一个所述输入端口以及至少一个所述输出端口。即对于多工器来说，由于多工器是由多个滤波器合并而成，相应的在本实用新型实施例中任一个多工器需要连接至少一个输入端口以及至少一个输出端口，连接同一多工器的输入端口和输出端口相互分离，相应的同一多工器对应的输入匹配网络以及输出匹配网络也相互分离。以双工器为例，双工器会通过一输入匹配网络RX MN连接一输入端口RX，同时也会通过一输出匹配网络TX MN连接一输出端口TX。对于三工器、四工器、五工器等，其可以连接多个输入端口和/或多个输出端口，通常情况下会连接一个输入端口以及多个输出端口。有关多工器的具体结构可以参考现有技术，在此不再进行赘述。

通常情况下，本实用新型实施例所提供的射频前端芯片均会设置有多个输入端口以及多个输出端口，相应的在滤波模块1中也会设置有多个器件以形成多条信号通路。而由于移动终端，例如手机发射信号分为频序(FDD)和时序(TDD)。时序信号，是在同一个时间节点，只能发射，或者接收。频序信号，在同一个时间节点，可以同时发射，同时接受，或者只发射，只接收。因此对于时序信号，由于时序信号的频段是共用的，在本实用新型实施例中通常会通过滤波器进行滤波；而对于频序信号，在本实用新型实施例中通常会通过多工器进行滤波。由于通信系统的要求，射频前端芯片需要同时可以处理时序信号以及频序信号，相应的通常情况下在本实用新型实施例中滤波模块1会同时包括有滤波器以及多工器。

通常情况下，在本实用新型实施例中滤波模块1中的任一器件，均会通过一对应的天线匹配网络3与射频天线开关2连接，而在本实用新型实施例中芯片会设置有多个天线端口，而射频天线开关2会与每个天线端口均连接，此时射频天线开关2通常设置有Multi-on技术，可以同时开多路，实现载波聚合。

参见图2，作为优选的，在本实用新型实施例中，当滤波模块1包括有多个器件时，射频前端芯片通常会包括有多个天线匹配网络3。相应的，该多个所述天线匹配网络3设置于同一裸芯。将多个天线匹配网络3集成于同一个裸芯，即裸die，可以有效减少多个天线匹配网络3的体积，便于整个射频前端芯片的封装。将多个天线匹配网络3集成于同一裸芯的实现技术可以是且不限于IPD(Integrated Passive Device，集成被动元件)，LTCC(LowTemperature Co-fired Ceramic，低温共烧陶瓷)，SOI(Silicon-On-Insulator，硅技术)，CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，互补金属氧化物半导体)，GaAs(gallium arsenide，砷化镓)等，在本实用新型实施例中不做具体限定。

具体的，在本实用新型实施例中，上述滤波模块1中各个器件，例如滤波器等的实现可以是且不限于SAW(Surface Acoustic Wave，表面声波器件)、BAW(Bulk AcousticWave，体声波器件)、LTCC、IPD、传输线等；相应的上述射频天线开关2的工艺实现可以是且不限于CMOS、SOI、pHEMT(高电子迁移率晶体管)、GaAs、MEMS(微机电系统)、SiGe(硅锗合金)等。

本实用新型实施例所提供的一种射频前端芯片，包括封装于同一芯片内的滤波模块1、射频天线开关2和天线匹配网络3，芯片还设置有输入端口、输出端口以及天线端口；输入端口通过输入匹配网络连接滤波模块1，输出端口通过输出匹配网络连接滤波模块1，滤波模块1通过天线匹配网络3连接射频天线开关2，射频天线开关2连接天线端口；输入匹配网络用于将输入端口与滤波模块1进行阻抗匹配，输出匹配网络用于将输出端口与滤波模块1进行阻抗匹配，天线匹配网络3用于将射频天线开关2与滤波模块1进行阻抗匹配。

将滤波模块1，射频天线开关2以及天线匹配网络3封装在同一芯片中，大大减小了射频前端在移动终端上的布板面积，通过器件优化和集成优化，可以有效降低发射与接收链路的损耗，进而降低了整个移动终端的功耗。而由于在芯片中没有封装功率放大器，使得芯片可以与不同的功率放大器，不同供应商不同性能的功率放大器进行灵活设计，从而保证该芯片可以进行灵活的方案设计。

有关本实用新型所提供的一种射频前端芯片的具体结构将在下述实用新型实施例中做详细介绍。

请参考图3，图4，图5以及图6，图3为本实用新型实施例所提供的第二种具体的射频前端芯片的结构示意图；图4为本实用新型实施例所提供的第三种具体的射频前端芯片的结构示意图；图5为本实用新型实施例所提供的第四种具体的射频前端芯片的结构示意图；图6为本实用新型实施例所提供的第五种具体的射频前端芯片的结构示意图。

区别于上述实用新型实施例，本实用新型实施例是在上述实用新型实施例的基础上，进一步的对射频前端芯片的结构进行限定。其余内容已在上述实用新型实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。

参见图3，在本实用新型实施例中，所述输入匹配网络以及所述输出匹配网络位于所述芯片外部。在本实用新型实施例中，将输入匹配网络RX MN、输出匹配网络TX MN，以及匹配网络T/RX MN设置在射频前端芯片外部进行匹配，可以增加射频前端芯片调试的灵活性。此时，芯片设置的输入端口相当于发送信号时滤波模块1的输入端，输出端口相当于接收信号时滤波模块1的输出端。

作为优选的，在本实用新型实施例中，所述天线匹配网络3的预设架构与所述射频天线开关2设置于同一裸芯。将射频前端芯片中的多个部件集成于同一颗裸芯，可以进一步减少天线匹配网络3和射频天线开关2的体积，便于整个射频前端芯片的封装。将天线匹配网络3的预设架构与射频天线开关2设置于同一裸芯的实现技术可以参考现有技术，在本实用新型实施例中不做具体限定。

具体的，参见图4，在本实用新型实施例中，射频前端芯片的射频天线开关2和天线匹配网络3可以完全集成在同一裸芯中，即上述天线匹配网络3的预设架构为全部的天线匹配网络3，以尽可能多个的减少射频前端芯片的体积。参见图5，在本实用新型实施例中，射频前端芯片的射频天线开关2可以与部分天线匹配网络3集成在同一裸芯中，即天线匹配网络3的预设架构为天线匹配网络3的部分架构，射频前端芯片中每条通信线路还保留有部分天线匹配网络3，以便于射频前端芯片中个裸芯的设置。

作为优选的，参见图6，在本实用新型实施例中，所述芯片还包括辅助输入口，所述辅助输入口与所述射频天线开关2连接。上述射频前端芯片还可以设置一个或多个辅助输入口，该辅助输入口会直接与射频前端芯片内封装的射频天线开关2连接，该辅助输入口可以为其他不需要滤波的射频通路提供控制开关，该辅助输入口通常由射频天线开关2控制与选择使用。

本实用新型实施例所提供的一种射频前端芯片，将滤波模块1，射频天线开关2以及天线匹配网络3封装在同一芯片中，大大减小了射频前端在移动终端上的布板面积，通过器件优化和集成优化，可以有效降低发射与接收链路的损耗，进而降低了整个移动终端的功耗。而由于在芯片中没有封装功率放大器，使得芯片可以与不同的功率放大器，不同供应商不同性能的功率放大器进行灵活设计，从而保证该芯片可以进行灵活的方案设计。

本实用新型还提供了一种射频器件，所述射频器件包括功率放大器和如上述任一实用新型实施例所提供的一种射频前端芯片，该功率放大器会与射频前端芯片连接。有关功率放大器的具体结构可以参考现有技术，在此不再进行赘述。

本实用新型实施例所提供的一种射频器件，将滤波模块1，射频天线开关2以及天线匹配网络3封装在同一芯片中，大大减小了射频前端在移动终端上的布板面积，通过器件优化和集成优化，可以有效降低发射与接收链路的损耗，进而降低了整个移动终端的功耗。而由于在芯片中没有封装功率放大器，使得芯片可以与不同的功率放大器，不同供应商不同性能的功率放大器进行灵活设计，从而保证该芯片可以进行灵活的方案设计。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本实用新型所提供的一种射频前端芯片以及一种射频器件进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种射频前端芯片，其特征在于，包括封装于同一芯片内的滤波模块、射频天线开关和天线匹配网络，所述芯片还设置有输入端口、输出端口以及天线端口；所述输入端口通过输入匹配网络连接所述滤波模块，所述输出端口通过输出匹配网络连接所述滤波模块，所述滤波模块通过所述天线匹配网络连接所述射频天线开关，所述射频天线开关连接所述天线端口；

所述输入匹配网络用于将所述输入端口与所述滤波模块进行阻抗匹配，所述输出匹配网络用于将所述输出端口与所述滤波模块进行阻抗匹配，所述天线匹配网络用于将所述射频天线开关与所述滤波模块进行阻抗匹配。

2.根据权利要求1所述的射频前端芯片，其特征在于，所述滤波模块包括滤波器和/或多工器。

3.根据权利要求2所述的射频前端芯片，其特征在于，当所述滤波模块包括滤波器时，与同一所述滤波器连接的输入端口以及输出端口为同一端口；与同一所述滤波器连接的输入匹配网络以及输出匹配网络为同一匹配网络。

4.根据权利要求3所述的射频前端芯片，其特征在于，当所述滤波模块包括多工器时，任一所述多工器连接至少一个所述输入端口以及至少一个所述输出端口。

5.根据权利要求4所述的射频前端芯片，其特征在于，当所述滤波模块包括多个所述滤波器，或多个所述多工器，或至少一个所述滤波器和至少一个所述多工器时，所述芯片包括多个所述输入端口以及多个所述输出端口。

6.根据权利要求5所述的射频前端芯片，其特征在于，所述芯片包括多个所述天线匹配网络，多个所述天线匹配网络设置于同一裸芯。

7.根据权利要求1所述的射频前端芯片，其特征在于，所述输入匹配网络以及所述输出匹配网络位于所述芯片外部。

8.根据权利要求1所述的射频前端芯片，其特征在于，所述天线匹配网络的预设架构与所述射频天线开关设置于同一裸芯。

9.根据权利要求1所述的射频前端芯片，其特征在于，所述芯片还包括辅助输入口，所述辅助输入口与所述射频天线开关连接。

10.一种射频器件，其特征在于，包括功率放大器和如权利要求1至9任一项权利要求所述的射频前端芯片，所述功率放大器与所述射频前端芯片连接。

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