CN217469946U - 物联网射频系统模组及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供一种物联网射频系统模组及电子设备，物联网射频系统模组包括天线模块，天线模块包括至少一个天线接口；射频前端模块，射频前端模块与天线模块的天线接口连接，射频前端模块包括切换单元；控制处理模块，控制处理模块与射频前端模块连接，控制处理模块包括调制和解调单元、接收和发送单元；通信电路，通信电路具有2G信号电路以及4G信号电路，通信电路与射频前端模块以及控制处理模块连接，2G信号电路的接收电路与4G信号电路的接收电路为同一通信电路，有利于实现物联网终端设备低成本、高效、大规模承载物联网连接且同时兼容2G网络和4G网络。

Description

物联网射频系统模组及电子设备

技术领域

本实用新型实施例涉及通信技术领域，特别涉及一种物联网射频系统模组及电子设备。

背景技术

随着通信技术的不断发展，2G、3G网络提供的服务，已经逐渐不能满足消费者的需求了。然而随着2G/3G的逐步退网，最大的挑战为如何实现业务的迁移和承载，业务主要包括公众业务和物联网业务。其中，物联网业务中从2G/3G设备迁移到4G设备，所花费的成本巨大，而且仍有相当一部分2G/3G用户是中老年消费群体，他们主要是使用功能机而非智能手机。因此，如何实现物联网终端设备低成本、高效、大规模承载物联网连接且同时兼容2G网络和4G网络是本领域技术人员重点考虑的问题。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种物联网射频系统模组及电子设备，有利于实现物联网终端设备低成本、高效、大规模承载物联网连接且同时兼容2G网络和4G网络。

本实用新型实施例提供一种物联网射频系统模组，包括：天线模块，天线模块包括至少一个天线接口；射频前端模块，射频前端模块与天线模块的天线接口连接，射频前端模块包括切换单元；控制处理模块，控制处理模块与射频前端模块连接，控制处理模块包括调制和解调单元、接收和发送单元；通信电路，通信电路具有2G信号电路以及4G信号电路，通信电路与射频前端模块以及控制处理模块连接，2G信号电路的接收电路与4G信号电路的接收电路为同一通信电路。

另外，射频前端模块包括2G功率放大单元，2G功率放大单元与2G信号电路连接。

另外，还包括功率放大模块，功率放大模块与4G信号电路连接。

另外，功率放大模块包括切换控制单元，切换控制单元与控制处理模块连接，且切换控制单元分别与4G信号电路的接收电路与发射电路连接。

另外，功率放大模块为多频多模功率放大器或双频功率放大器。

另外，还包括：低噪声处理模块以及滤波模块，低噪声处理模块分别与功率放大模块以及控制处理模块连接，滤波模块分别与功率放大模块、射频前端模块以及控制处理模块连接。

另外，控制处理模块具有时分双工单元和频分双工单元，时分双工单元与低噪声处理模块连接，频分双工单元与滤波模块连接。

另外，还包括：隔离模块，隔离模块分别与射频前端模块以及控制处理模块连接；隔离模块包括至少一个双工器。

另外，物联网射频系统模组的封装方式为无引脚芯片载体封装。

相应地，本实用新型实施例还提供一种电子设备，包括上述任一项所述的物联网射频系统模组。

本实用新型实施例提供的技术方案具有以下优点：

上述技术方案中，物联网射频系统模组能够兼容2G和4G网络，且2G信号电路的接收电路与4G信号电路的接收电路为同一通信电路，减少了电路设计所占用的电路板面积，而且控制处理模块同时具备基带芯片与收发机的功能，即单个芯片集成基带芯片与收发机的功能，进一步减少了电路设计所占用的电路板面积，提高模组的通用性和兼容性。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本实用新型一实施例提供的物联网射频系统模组的电路图；

图2为本实用新型一实施例提供的射频前端模块的结构示意图；

图3为本实用新型一实施例提供的控制处理模块的结构示意图；

图4为本实用新型一实施例提供的功率放大模块的结构示意图；

图5为本实用新型一实施例提供的4G信号电路接口的功能模块图；

图6为本实用新型一实施例提供的4G信号电路接口的电路图；

图7为本实用新型另一实施例提供的4G信号电路接口的功能模块图；

图8为本实用新型另一实施例提供的4G信号电路接口的电路图；

图9为本实用新型一实施例提供的2G信号电路接口的功能模块图；

图10为本实用新型一实施例提供的2G信号电路接口的功能模块图。

具体实施方式

由背景技术可知，目前物联网终端设备同时兼容2G网络和4G网络的兼容性较差，且模组的生产成本较大。

本实用新型实施例提供一种物联网射频系统模组及电子设备，物联网射频系统模组包括天线模块，天线模块包括至少一个天线接口；射频前端模块，射频前端模块与天线模块的天线接口连接，射频前端模块包括切换单元；控制处理模块，控制处理模块与射频前端模块连接，控制处理模块包括调制和解调单元、接收和发送单元；通信电路，通信电路具有2G信号电路以及4G信号电路，通信电路与射频前端模块以及控制处理模块连接，2G信号电路的接收电路与4G信号电路的接收电路为同一通信电路，如此，终端设备的装置无需升级网络，只需要进行网络侧的配置，终端侧的芯片复杂度降低，成本将更低，功耗也会减小。物联网射频系统模组能够兼容2G和4G网络，且2G信号电路的接收电路与4G信号电路的接收电路为同一通信电路，减少了电路设计所占用的电路板面积，而且控制处理模块同时具备基带芯片与收发机的功能，即单个芯片集成基带芯片与收发机的功能，进一步减少了电路设计所占用的电路板面积，提高模组的通用性和兼容性。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本申请各实施例中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

图1为本实用新型一实施例提供的物联网射频系统模组的电路图；图2为本实用新型一实施例提供的射频前端模块的结构示意图；图3为本实用新型一实施例提供的控制处理模块的结构示意图；图4为本实用新型一实施例提供的功率放大模块的结构示意图；图5为本实用新型一实施例提供的4G信号电路接口的功能模块图；图6为本实用新型一实施例提供的4G信号电路接口的电路图；图7为本实用新型另一实施例提供的4G信号电路接口的功能模块图；图8为本实用新型另一实施例提供的4G信号电路接口的电路图；图9为本实用新型一实施例提供的2G信号电路接口的功能模块图；图10为本实用新型一实施例提供的2G信号电路接口的功能模块图。为了描述清楚简洁，图1至图10中，第一频段Band1、第二频段Band3、第三频段Band5、第四频段Band8、第五频段Band34、第六频段Band38、第七频段Band39、第八频段Band40、第九频段Band41的缩写分别为B1、B3、B5、B8、B34、B38、B39、B40、B41；接收道路receive简称“RX”，发送道路transport简称“TX”，接收和发送道路简称“TRX”；低(频)波段Low Band简称“LB”，高(频)波段How Band简称“HB”。箭头的方向表示基站信号的传输方向。

参考图1至图10，本实用新型一实施例提供一种物联网射频系统模组，包括：天线模块100，天线模块100包括至少一个天线接口；射频前端模块110，射频前端模块110与天线模块100的天线接口连接，射频前端模块110包括切换单元；控制处理模块120，控制处理模块120与射频前端模块110连接，控制处理模块120包括调制和解调单元、接收和发送单元；通信电路，通信电路具有2G信号电路以及4G信号电路，通信电路与射频前端模块110以及控制处理模块120连接，其中，2G信号电路的接收电路与4G信号电路的接收电路为同一通信电路，可以减少了电路设计所占用的电路板面积，同时减少元件数量以及组装成本。

在一些实施例中，天线模块100，用于传输和接收带有信息的电磁能量。天线模块100可以包括第一天线接口ANT1、第二天线接口ANT2以及第三天线接口ANT3，第一天线接口ANT1、第二天线接口ANT2以及第三天线接口ANT3可以分别匹配不同的天线类型，提高天线模块的兼容性。第一天线接口ANT1、第二天线接口ANT2以及第三天线接口ANT3分别可以为SMA接口(Sub-Miniature-version-A，微波高频连接器，全称SMA反极性公头接口)、TNC接口(Thread-Neill-Concelman，螺纹连接器，)以及MMCX接口。天线模块100还包括天线(ANTENNA)101，天线101可以包括：板载PCB式天线、SMT(Surface-Mounted-Technology，表面贴装技术)贴片式天线、外置棒状天线或者FPC天线。

射频前端模块110用于实现信号在不同频率下的接收和发射，信号包括2G频段信号，和4G频段信号，4G频段信号包括TDD-LTE、FDD-LTE，FDD-LTE包括第一频段B1、第二频段B3、第三频段B5、第四频段B8，TDD-LTE包括第五频段B34、第六频段B38、第七频段B39、第八频段B40以及第九频段B41；2G频段信号包括第十频段EGSM900、第十一频段DCS1800。切换单元111，用于根据信号的类型和频率进行通道切换、收发状态，其中，通道切换可以包括通信电路的切换以及接收电路和发射电路的切换。在一些实施例中，射频前端模块110包括2G功率放大单元112，2G功率放大单元112与2G信号电路连接。2G功率放大单元112，用于对2G频段信号进行功率放大。在另一些实施例中，射频前端模块110为集成模块，集成器件包括射频开关(Switch)和功率放大器(PA，Power Amplifier)，如此，可以为物联网射频系统模组提供超小的外形尺寸以及缩小电子设备的整体面积，同时减少元件数量以及组装成本。可以理解的是，可以视为射频开关，2G功率放大单元112可以视为功率放大器。

控制处理模块120通过接收和发送单元121以及调制和解调单元122对接收的信号解调以及对发射的信号调制。在一些实施例中，控制处理模块120为集成模块，集成器件包括基带调制解调器(BB，Baseband modem)和收发器(WTR或Transceiver)，如此，可以为提供物联网射频系统模组较小的设计尺寸以及缩小电子设备的整体面积，同时减少元件数量以及组装成本。接收器包括接收机和收发机。可以理解的是，接收和发送单元121可以视为收发器，调制和解调单元122可以视为基带调制解调器。控制处理模块120具有时分双工单元123和频分双工单元124。

通信电路可以为各模块之间的连接电路。4G信号电路包括接收电路和接收电路，以第一频段B1的通信电路为例，接收电路可以包括TRX_B1以及B1_RX，发送电路可以包括TX_RF_OUT3_3G-4G_HB_TX、TX_B1以及TRX_B1。2G信号电路包括接收电路和接收电路，以第十一频段EGSM900的通信电路为例，接收电路可以包括TRX_B8/EGSM900以及B8_RX，发送电路可以包括2G_TX_LB。可以理解的是，上述中2G信号电路的接收电路与4G信号电路的接收电路为同一电路指的是，当天线模块100接收到的基站信号为第三频段B3或者第十频段DSC1800时，接收电路均为TRX_B3/DSC1800以及B3_RX，且从天线模块100接收到的基站信号开始，途径的器件或模块(射频前端模块110、隔离模块160、功率放大模块130以及控制处理模块120)均为同一模块，途径的通信电路TRX_B3/DSC1800以及B3_RX为同一电路。

在一些实施例中，物联网射频系统模组还包括功率放大模块130，功率放大模块130用于4G频段信号进行功率放大，功率放大可以对接收到4G频段信号进行放大以满足解调需求以及对将调制后4G频段信号的功率幅度增加到足够高的水平，以达到所需的传输距离；功率放大模块130与4G信号电路连接。功率放大模块130包括切换控制单元131，切换控制单元131与控制处理模块120连接，且切换控制单元121分别与4G信号电路的接收电路与发射电路连接。切换控制单元121用于切换4G信号电路的接收电路与发射电路。

在一些实施例中，功率放大模块130为多频多模功率放大器，多频多模功率放大器可以支持多种频段和多种模式在同一个放大器上工作，从而提高放大器的工作效率，如此，高度集成的MMPA可以适应多模通信系统的频段，比分立架构减少20％的电路板空间，从而减小模块的设计尺寸有利于减少能耗以及体积，同时减少元件数量以及生产成本。在另一些实施例中，功率放大模块130为双频功率放大器。

在一些实施例中，物联网射频系统模组还包括低噪声处理模块140以及滤波模块150，低噪声处理模块140分别与功率放大模块130以及控制处理模块120连接，滤波模块150分别与功率放大模块140、射频前端模块110以及控制处理模块120连接。低噪声处理模块140用于放大天线从空中接收到的微弱信号，可以降低噪声干扰，以供系统解调出所需的信息数据。低噪声处理模块140包括低噪声放大器((Low-noise amplifier，简称LNA)，低噪声放大器的噪声系数NF(放大器输入信噪比与输出信噪比的比值)较小，可以有效提高接收机的接收灵敏度，进而提高收发机的传输距离。其中，低噪声处理模块140与控制处理模块120连接具体为低噪声处理模块140与控制处理模块120的时分双工单元123连接；滤波模块150与控制处理模块120连接具体为滤波模块150与控制处理模块120的频分双工单元124连接。

滤波模块150可以对通信电路中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，得到一个特定频率的电源信号，或消除一个特定频率后的电源信号，可以对电源线中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，得到一个特定频率的电源信号，即，滤波模块150可以用于滤除干扰噪声或进行频谱分析。滤波模块150可以为低通滤波器(LowPass Filter，简称LPF)、带通滤波器(Band Pass Filter，简称BPF)、高通滤波器(How PassFilter，简称HPF)、带阻滤波器(Band Reject Filter，简称BRF)或者数字滤波器(DigitalFilter)的任意一种。在一些实施例中，滤波模块150为低通滤波器，低通滤波器包括第一低通滤波器LPF1以及第二低通滤波器LPF1，第一低通滤波器LPF1的特定频率为1695MHz～2180MHz，第二低通滤波器LPF2的特定频率为10MHz～2700MHz。

在一些实施例中，物联网射频系统模组还包括：隔离模块160，隔离模块160分别与射频前端模块110以及控制处理模块120连接；隔离模块160包括至少一个双工器(Diplexer，简称DPX)。隔离模块160用于隔离接收电路和发送电路，同时滤除干扰噪声。双工器与通信电路连接，双工器包括第一双工器DPX1、第二双工器DPX、第三双工器DPX3以及第四双工器DPX4，第一双工器DPX1、第二双工器DPX、第三双工器DPX3以及第四双工器DPX4分别与不同频段的通信电路连接。任一双工器均具有天线接口ANT。发送接口TX以及接收接口RX，天线接口ANT通过通信电路(TRX_B1、TRX_B3/DSC1800、TRX_B5、TRX_B8/EGSM900)与射频前端模块110连接，发射接口TX通过发送电路(TX_B1、TX_B3、TX_B5、TX_B8)与功率放大模块130连接，接收接口RX通过接收电路(B1_RX、B3_RX、B5_RX、B8_RX)与控制处理模块120连接。

参考图5和图6，以接收到的基站信号为FDD-LTE频段，且FDD-LTE频段的频率为第一频段Band1支持的频率为例，基站信号的接收电路的具体流程为：天线模块100接收FDD-LTE频段的基站信号，控制处理模块120切换至时分双工单元123，控制处理模块120的接收和发送单元121控制射频前端模块110的切换单元111切换至TRX_B1通路，基站信号经过TRX_B1通路至第一双工器DPX1的天线接口ANT。第一双工器DPX1经过滤波处理后由接收接口RX输出。经过滤波处理的基站信号由B1_RX通路进入控制处理模块120，通过调制和解调单元122对接收的基站信号解调处理。基站信号的发送电路的具体流程为：调制和解调单元122对基站信号按照物联网射频系统模组的需求进行调制处理，同时对基站信号进行初步放大处理，由TX_RF_OUT0_3G-4G_LB_TX或TX_RF_OUT3_3G-4G_HB_TX信号通路至功率放大模块130。功率放大模块130对调制后基站信号的功率幅度增加到足够高的水平，并输出放大的基站信号。基站信号依次通过TX_B1通路输入第一双工器DPX1的发送接口TX、TRX_B1通路输入射频前端模块110，最后由天线模块100的天线101发送。

参考图7和图8，当接收到的基站信号为TDD-LTE，则控制处理模块120切换至频分双工单元124，基站信号的接收电路的具体流程为：天线模块100接收TDD-LTE频段的基站信号，控制处理模块120的接收和发送单元121控制射频前端模块110的切换控制单元111切换至B34/38/39/40/41_RX_B38/40/41_TX通路，同时控制功率放大模块130的切换控制单元131切换至接收电路，基站信号经过B34/38/39/40/41_RX_B38/40/41_TX通路至第一低通滤波器LPF1的输入接口IN。第一低通滤波器LPF1经过滤波处理后由输出接口OUT输出。经过滤波处理的基站信号由B34/38/39/40/41_RX_B38/40/41_TX通路进入射频前端模块110，然后通过功率放大后输出至低噪声处理模块140的输入端。经过低噪声处理模块140的降噪处理后进入控制处理模块120，最后通过调制和解调单元122对接收的基站信号解调处理。当TDD-LTE频段的频率为第五频段Band34以及第七频段Band39支持的频率，则基站信号的发送电路的具体流程为：调制和解调单元122对基站信号按照物联网射频系统模组的需求进行调制处理，由TX_RF_OUT0_3G-4G_LB_TX或TX_RF_OUT3_3G-4G_HB_TX信号通路至功率放大模块130。功率放大模块130对调制后基站信号的功率幅度增加到足够高的水平，并输出放大的基站信号。基站信号通过TX_B34/39通路输入第二滤波器LPF2、经过第二滤波器LPF2的滤波处理后由B34/39_TX通路输入射频前端模块110，最后由天线模块100的天线101发送。当TDD-LTE频段的频率为第六频段Band38、第八频段Band40以及第九频段Band41支持的频率，则基站信号的发送电路的具体流程为：调制和解调单元122对基站信号按照物联网射频系统模组的需求进行调制处理，由TX_RF_OUT1_38/40/41_TX信号通路至功率放大模块130。功率放大模块130对调制后基站信号的功率幅度增加到足够高的水平，并输出放大的基站信号。基站信号依次通过B34/38/39/40/41_RX_B38/40/41_TX通路输入第一滤波器LPF1、经过第一滤波器LPF1的滤波处理后由B34/38/39/40/41_RX_B38/40/41_TX通路输入射频前端模块110，最后由天线模块100的天线101发送。

参考图9和图10，接收到的基站信号为2G频段，且2G频段的频率为EGSM900支持的频率为例，基站信号的接收电路的具体流程为：天线模块100接收2G频段的基站信号，控制处理模块120的接收和发送单元121控制射频前端模块110的切换单元111切换至TRX_B1通路且射频前端模块110的2G功率放大单元112对基站信号进行功率放大，基站信号经过TRX_B8/EGSM900通路至第四双工器DPX4的天线接口ANT，然后由第三双工器DPX的接收接口RX输出，由B8_RX通路进入控制处理模块120，通过调制和解调单元122对接收的基站信号解调处理。基站信号的发送电路的具体流程为：调制和解调单元122对基站信号按照物联网射频系统模组的需求进行调制处理，同时对基站信号进行初步功率放大处理。控制处理模块120控制射频前端模块110切换到2G_TX_LB通路，然后基站信号通过2G_TX_LB通路输入射频前端模块110，射频前端模块110的2G功率放大单元112对基站信号进行功率放大，最后由天线模块100的天线101发送。

在一些实施例中，物联网射频系统模组的封装方式为无引脚芯片载体封装(Leadless Chip Carriers，LCC)，由于无引脚芯片载体封装的引脚在芯片边缘向内弯曲，紧贴芯片，可以减少安装体积，进一步可以减少印刷电路板(Printed circuit board，PCB)布局的面积，从而可以提供超小的外形尺寸，例如外形尺寸为25mm×29mm×2.4mm，可以充分满足尺寸敏感型设备的设计需求；无引脚芯片载体封装在日本电子机械工业会为四侧无引脚扁平封装(Quad Flat Package，QFP)。无引脚芯片载体封装包括无引脚陶瓷芯片封装(Ceramic Leadless Chip Carrier，C-LCC)或者无引脚塑料芯片封装(Plastic LeadlessChip Carrier，P-LCC)。在另一些实施例中，物联网射频系统模组的封装方式可以为芯片尺寸封装(Chip Size Package，CSP)、插针网格阵列封装(Pin Grid Array Package，PGA)或者四边扁平J形引脚封装(quad flat J-lead package，QFJ)的任意一种。

本实用新型提供的技术方案中，终端设备的装置无需升级网络，只需要进行网络侧的配置，终端侧的芯片复杂度降低，成本将更低，功耗也会减小。物联网射频系统模组能够兼容2G和4G网络，且2G信号电路的接收电路与4G信号电路的接收电路为同一通信电路，减少了电路设计所占用的电路板面积，而且控制处理模块120同时具备基带芯片与收发机的功能，即单个芯片集成基带芯片与收发机的功能，进一步减少了电路设计所占用的电路板面积，提高模组的通用性和兼容性。

相应地，本实用新型实施例还提供一种电子设备，包括上述任一项所述的物联网射频系统模组。电子设备可以为手机、电脑、电话、无线AP、无线网桥或者无线网卡等设备。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本申请的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本申请的精神和范围。任何本领域技术人员，在不脱离本申请的精神和范围内，均可作各自更动与修改，因此本申请的保护范围应当以权利要求限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种物联网射频系统模组，其特征在于，包括：

天线模块，所述天线模块包括至少一个天线接口；

射频前端模块，所述射频前端模块与所述天线模块的天线接口连接，所述射频前端模块包括切换单元；

控制处理模块，所述控制处理模块与所述射频前端模块连接，所述控制处理模块包括调制和解调单元、接收和发送单元；

通信电路，所述通信电路具有2G信号电路以及4G信号电路，所述通信电路与所述射频前端模块以及所述控制处理模块连接，其中，所述2G信号电路的接收电路与所述4G信号电路的接收电路为同一通信电路。

2.根据权利要求1所述的物联网射频系统模组，其特征在于，所述射频前端模块包括2G功率放大单元，所述2G功率放大单元与所述2G信号电路连接。

3.根据权利要求1所述的物联网射频系统模组，其特征在于，还包括功率放大模块，所述功率放大模块与所述4G信号电路连接。

4.根据权利要求3所述的物联网射频系统模组，其特征在于，所述功率放大模块包括切换控制单元，所述切换控制单元与所述控制处理模块连接，且所述切换控制单元分别与所述4G信号电路的接收电路与发射电路连接。

5.根据权利要求3所述的物联网射频系统模组，其特征在于，所述功率放大模块为多频多模功率放大器或双频功率放大器。

6.根据权利要求3所述的物联网射频系统模组，其特征在于，还包括：低噪声处理模块以及滤波模块，所述低噪声处理模块分别与功率放大模块以及所述控制处理模块连接，所述滤波模块分别与功率放大模块、所述射频前端模块以及所述控制处理模块连接。

7.根据权利要求6所述的物联网射频系统模组，其特征在于，所述控制处理模块具有时分双工单元和频分双工单元，所述时分双工单元与所述低噪声处理模块连接，所述频分双工单元与所述滤波模块连接。

8.根据权利要求1所述的物联网射频系统模组，其特征在于，还包括：隔离模块，所述隔离模块分别与所述射频前端模块以及所述控制处理模块连接；所述隔离模块包括至少一个双工器。

9.根据权利要求1所述的物联网射频系统模组，其特征在于，所述物联网射频系统模组的封装方式为无引脚芯片载体封装。

10.一种电子设备，其特征在于，包括：如权利要求1-9任一项所述的物联网射频系统模组。

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