TW201616818A - 無線通訊系統的前端電路以及無線通訊系統 - Google Patents

無線通訊系統的前端電路以及無線通訊系統 Download PDF

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Abstract

一種無線通訊系統的前端電路，包含有一第一放大器、一第二放大器以及一天線開關。該第一放大器係設置於一接收路徑，其中該第一放大器具有一輸入端以及一輸出端，且該第一放大器之該輸入端耦接至一第一焊墊。該第二放大器係設置於一傳送路徑，其中該第二放大器具有一輸入端以及一輸出端，且該第二放大器之該輸出端耦接至不同於該第一焊墊之一第二焊墊。該天線開關係耦接於該第一放大器的該輸入端以及該第二放大器的該輸出端之間。

Description

無線通訊系統的前端電路以及無線通訊系統
本發明所揭露之實施例係相關於無線通訊系統，尤指一種支援單一/非單一天線的無線通訊系統前端電路以及相關方法。
在無線通訊系統中，實務上會考量系統的需求來設計晶片內的電路架構，其中一個重點是天線的配置。若是目標的無線通訊系統係採用單天線配置，即傳送端與接收端共用一套天線，則相對應的無線通訊晶片內會配置一個天線開關來作為傳送與低雜訊放大器之間的阻隔之用；而若是目標的無線通訊系統係採用非單一天線配置，例如兩套天線，即傳送端與接收端各自使用一套天線，則相對應的無線通訊晶片內會有完整的傳送與低雜訊放大器，且不需要配置一個天線開關。
為了節省生產上述兩種不同晶片的成本，亦有將上述兩種作法合併的設計，可參考第1圖，其為習知的雙模無線通訊架構的第一種配置示意圖。其中位於一晶片內的一雙模無線通訊前端路徑100中同時包含兩套低雜訊放大器(low noise amplifier,LNA)102以及104用以接收資料，並分別耦接至一混頻器108，當欲使用單一天線的架構時，低雜訊放大器104會被閒置或關閉，並讓低雜訊放大器102和用以傳送資料的一功率放大器(power amplifier,PA)106共用位於該晶片外的一天線120進行資料的傳送或接收；當欲使用非單一天線的架構時，可參考第2圖，其為習知的雙模無線通訊架 構的第二種配置示意圖。其中位於該晶片外的另一天線130會接收資料至低雜訊放大器104，並讓單獨使用天線120來傳送功率放大器106所輸出的資料，低雜訊放大器102則會被阻隔，例如利用低雜訊放大器102之中的天線開關來斷開低雜訊放大器102到天線的路徑。由於此時功率放大器106係單獨使用天線120，因此可在天線120之前另外配置位於該晶片外的一功率放大器122以增強功率。
明顯地，系統設計者可以使用同一雙模無線通訊前端路徑100的晶片來達到單一天線或是非單一天線的配置需求，然而在雙模無線通訊前端路徑100中仍然需要同時設置兩套低雜訊放大器，造成了硬體成本的浪費。在對於晶片大小和成本錙銖必較的情況下，此一架構仍有改善的空間。
本發明的實施例揭露了一種支援單一/非單一天線的無線通訊系統前端電路以及相關方法以解決上述問題。
本發明的第一實施例提出一種無線通訊系統的前端電路，包含有一第一放大器、一第二放大器以及一天線開關。該第一放大器係設置於一接收路徑，其中該第一放大器具有一輸入端以及一輸出端，且該第一放大器之該輸入端耦接至一第一焊墊。該第二放大器係設置於一傳送路徑，其中該第二放大器具有一輸入端以及一輸出端，且該第二放大器之該輸出端耦接至不同於該第一焊墊之一第二焊墊。該天線開關係耦接於該第一放大器的該輸入端以及該第二放大器的該輸出端之間。
本發明的第二實施例提出一種無線通訊系統，包含有第一實施例之該前端電路以及一外部天線。其中該前端電路係設置於一晶片中，且操作在該單一天線模式。該外部天線係設置於該晶片之外，並耦接至該前端電路 之該第二焊墊。
本發明的第三實施例提出一種無線通訊系統，包含有第一實施例之該前端電路、一外部接收天線以及一外部傳送天線。其中該前端電路係設置於一晶片中，且操作在該非單一天線模式。該外部接收天線係設置於該晶片之外，並耦接至該前端電路之該第一焊墊。該外部傳送天線係設置於該晶片之外，並耦接至該前端電路之該第二焊墊。
100‧‧‧雙模無線通訊前端路徑
102、104、432‧‧‧低雜訊放大器
106、122、422‧‧‧功率放大器
108‧‧‧混頻器
120、130、320、420、430‧‧‧天線
300‧‧‧前端電路
302‧‧‧低雜訊放大器模組
3022、3024‧‧‧電晶體
304‧‧‧天線開關
306‧‧‧功率放大器模組
308、310‧‧‧混頻器
第1圖為習知的雙模無線通訊架構的第一種配置示意圖。
第2圖為習知的雙模無線通訊架構的第二種配置示意圖。
第3圖為本發明支援單一/非單一天線的無線通訊系統前端電路的第一種配置示意圖。
第4圖為本發明支援單一/非單一天線的無線通訊系統前端電路的第二種配置示意圖。
在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，製造商可能會用不同的名詞來稱呼同樣的元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含」係為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。另外，「耦接」一詞在此係包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接於一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接於該第二裝置，或透過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。
第3圖為本發明支援單一/非單一天線的無線通訊系統前端電路的第一種配置示意圖。其中一前端電路300係位於一無線通訊系統晶片內，而一天線320則係位於該無線通訊系統晶片之外，例如該無線通訊系統晶片可以設置於一印刷電路板上，而天線320則同樣設置於該印刷電路板，並靠該印刷電路板上的走線與該無線通訊系統晶片進行溝通。該無線通訊系統晶片除了前端電路300，亦可包含其它傳送/接收模組，例如濾波器、數位類比轉換器、類比數位轉換器、基頻電路，本發明不多作限定，但需注意第3圖中僅繪示了較為相關於本發明特徵的部分。由於第3圖的配置中僅使用單一天線320，因此前端電路300中的一低雜訊放大器模組302和一功率放大器模組306都會經由該無線通訊系統晶片的一焊墊(pad)P1耦接至該無線通訊系統晶片外的天線320。在接收資料時，功率放大器模組306會被關閉，而一天線開關304會導通，應注意的是，開關304可以係包含有一匹配電路，並且可以提供適當的阻抗匹配好讓接收資料得以完整地進入低雜訊放大器模組302，再經由一混頻器308來將資料從高頻載波取出接收資料；在傳送資料時，功率放大器模組306則會被致能，而天線開關304會被斷開好讓低雜訊放大器模組302和天線320之間被阻隔開來，欲傳送的資料便可經由一混頻器310載至高頻並經過功率放大器模組306送至天線320，其中前端電路300和天線320之間可包含另一匹配電路。
本發明的前端電路300的精神在於相較於第1圖和第2圖中習知的雙模無線通訊前端路徑100，前端電路300僅使用了一套低雜訊放大器模組302。因此，前端電路300的低雜訊放大器模組302係被設計為一共閘低雜訊放大器(common gate low noise amplifier,CGLNA)，並將饋給點(feed point)設計在差動電晶體對3022和3024各自的源極，並分別耦接至焊墊P2和P3。當從晶片外部往饋給點看，會得到一等效的並聯(shunt)RLC電路， 其好處是當低雜訊放大器模組302從焊墊P2和P3耦接至外部的天線時，可以享有較寬的阻抗匹配和較高的接收穩定度，也就是以下的第二種配置。
第4圖為本發明支援單一/非單一天線的無線通訊系統前端電路的第二種配置示意圖。請注意第3圖和第4圖中的前端電路300係完全相同，差別僅在於該無線通訊系統晶片之外的系統配置有所不同。一天線420係位於該無線通訊系統晶片之外，並僅供前端電路300中的功率放大器模組306使用；另一天線430位於該無線通訊系統晶片之外，並僅供前端電路300中的低雜訊放大器模組302使用。在此配置下，還可以另外在天線420和該無線通訊系統晶片之間設置一功率放大器422及/或一匹配電路，以及在天線430和該無線通訊系統晶片之間設置一低雜訊放大器432及/或另一匹配電路，以進一步地加強傳送和接收的效能，然而本發明不以此限。
具體來說，前端電路300的低雜訊放大器模組302係經由焊墊P2和P3耦接至該無線通訊系統晶片之外的低雜訊放大器432，前端電路300的功率放大器模組306係經由焊墊P1耦接至該無線通訊系統晶片之外的功率放大器422。此外，由於此配置下低雜訊放大器模組302和功率放大器模組306係各自使用一套天線，所以天線開關304會保持斷開，好將低雜訊放大器模組302和天線420之間阻隔開來。
本發明的支援單一/非單一天線的無線通訊系統前端電路並不限定於特定的無線通訊系統，例如可以係單端系統或是差動系統。藉由使用共閘低雜訊放大器來作為兩種模式皆可使用的共用低雜訊放大器，可以降低硬體的成本且保持原本的配置彈性。
上述關於本發明的觀念可以藉由半導體實現在任何積體電路中， 包含射頻及/或同步時脈應用。例如可以將本發明實現在單獨的半導體設計中，或是實現在特定應用積體電路及/或任何其它子系統中。
雖然本發明已經結合一些實施例進行了說明，但本發明並不限定於此說明書中的特定形式闡述。相反地，本發明的範圍僅受到所附的權利要求限定。此外，雖然發明特徵可能係結合特定實施例來描述，但本領域的技術人員應當理解所描述的實施例的各種特徵可以根據本發明進行組合。在權利要求中，術語“包含”不排除其他元件或步驟的存在。
此外，特徵在權利要求中的順序並不意味著必須執行的任何特定順序，且方法權利要求中各個步驟的順序並不意味著這些步驟必須按照該順序來執行。相反地，可以以任何合適的順序來執行這些步驟。此外，單數引用不排除多個。因此，「一」、「第一」、「第二」等用語並不排除多個。
此說明書提出了一種支援單一/非單一天線的無線通訊系統前端電路以及相關方法，使得現有技術的缺點得到大幅度改善。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
320‧‧‧天線
300‧‧‧前端電路
302‧‧‧低雜訊放大器模組
3022、3024‧‧‧電晶體
304‧‧‧天線開關
306‧‧‧功率放大器模組
308、310‧‧‧混頻器

Claims (10)

  1. 一種無線通訊系統的前端電路，包含有：一第一放大器，設置於一接收路徑，其中該第一放大器具有一輸入端以及一輸出端，且該第一放大器之該輸入端耦接至一第一焊墊；一第二放大器，設置於一傳送路徑，其中該第二放大器具有一輸入端以及一輸出端，且該第二放大器之該輸出端耦接至不同於該第一焊墊之一第二焊墊；以及一天線開關，耦接於該第一放大器的該輸入端以及該第二放大器的該輸出端之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的前端電路，其中該第一放大器係一共閘低雜訊放大器，且該第一放大器的該輸入端係該共閘低雜訊放大器的源極，以及該低雜訊放大器的該輸出端係該共閘低雜訊放大器的汲極。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的前端電路，其中該前端電路可操作在一單一天線模式以及一非單一天線模式，以及該天線開關係依據該前端電路的模式來在導通和斷開之間切換。
  4. 一種無線通訊系統，包含有：如申請專利範圍第3項所述的前端電路，其中該前端電路係設置於一晶片中，且操作在該單一天線模式；以及一外部天線，設置於該晶片之外，並耦接至該前端電路之該第二焊墊。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的無線通訊系統，其中該前端電路中的該第一放大器係一共閘低雜訊放大器，且該第一放大器的該輸入端係該共閘低雜訊放大器的源極，該第一放大器的該輸出端係該共閘低雜訊放大器的汲 極。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的無線通訊系統，另包含有：一外部放大器，設置於該晶片之外，並耦接於該前端電路和該外部天線之間。
  7. 一種無線通訊系統，包含有：如申請專利範圍第3項所述的前端電路，其中該前端電路係設置於一晶片中，且操作在該非單一天線模式；一外部接收天線，設置於該晶片之外，並耦接至該前端電路之該第一焊墊；以及一外部傳送天線，設置於該晶片之外，並耦接至該前端電路之該第二焊墊。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的無線通訊系統，其中該前端電路中的該第一放大器係一共閘低雜訊放大器，且該第一放大器的該輸入端係該共閘低雜訊放大器的源極，該第一放大器的該輸出端係該共閘低雜訊放大器的汲極。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的無線通訊系統，另包含有：一外部放大器，設置於該晶片之外，並耦接於該前端電路和該外部傳送天線之間。
  10. 如申請專利範圍第7項所述的無線通訊系統，另包含有：一外部放大器，設置於該晶片之外，並耦接於該前端電路和該外部接收天線之間。
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