TWI568201B - 具有高頻選擇性之射頻前端模組，及相關無線網路裝置和方法 - Google Patents

具有高頻選擇性之射頻前端模組，及相關無線網路裝置和方法 Download PDF

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Description

具有高頻選擇性之射頻前端模組，及相關無線網路裝置和方法 [交叉參考相關應用]
這主張申請於2013/10/30的美國臨時專利申請書第61/897,705號之優先權，本文藉由參考此來合併全部內容。
技術領域
本發明關於無線網路技術。更具體來說，本發明關於一種具有高頻選擇性和高功率容量之射頻前端模組。
無線電通訊被廣泛用於包括聲音信號傳輸、視頻信號傳輸、及資料傳輸的領域。在各種無線電通訊技術領域中，無線電接收器係用以接收天線所截取的無線電波，且將無線電波所傳送的資訊轉換成可用形式。透過解調程序，無線電接收器將資訊轉換成聲音信號、視頻信 號、資料、或其他有用信號。包含無線電接收器的裝置包括例如行動電話、無線網路裝置、藍芽裝置、等等。
為了工業、科學、醫療及其他目的，各種射頻裝置在無線電頻帶(其被共同標記為工業、科學和醫療(ISM)無線電頻帶)中傳送和接收射頻信號。一般而言，ISM無線電頻帶被國際性地保留給國民使用。近年來，這些ISM頻帶在短距離、低功率通訊系統之中已變得特別普遍。例如，2.4GHz頻帶係由無線電話、藍芽裝置、近場通訊(NFC)裝置、ZigBee裝置、無線電控制玩具、及無線網路裝置之通訊所使用。因為ISM頻帶有許多不同用途，所以在ISM頻帶中操作之裝置的發射會產生電磁干擾且在相同或鄰近頻率下中斷其他裝置的無線電通訊。因此，在ISM頻帶中操作的通訊裝置需要容忍在相同或鄰近頻帶下操作之其他裝置所產生的干擾。
根據至少一實施例，本文所揭露的是一種無線存取點裝置，其使其他無線裝置能連接至有線網路。無線存取點裝置提供容易地對各種射頻頻帶最佳化的高頻選擇性。無線存取點裝置也具有高能量容量以處置例如高達1000毫瓦(mW)的射頻功率。無線存取點裝置能使用例如WiFi標準來與無線裝置通訊以在2.4GHz和5GHz頻率下使用無線電波來交換資料。
裝置能包括一種具有印刷於積體電路上之元件的射頻前端模組(FEM)。如帶通濾波器的外部濾波器 能連接至積體電路以在信號頻寬方面提供高選擇性。前端模組具有放大器、濾波器及開關，其能以數百mW之功率來處置射頻信號。
藉由切換外部濾波器，前端模組能適用於對信號頻帶具有不同要求的各種應用。由此，前端模組能彈性地用於不同情況下。上述FEM能用於基地台(例如，存取點裝置)和行動站(例如，行動電話)兩者。例如，FEM能用於無線存取點裝置、LTE裝置、GSM裝置、3G裝置、Z-Wave裝置、ZigBee裝置、DECT裝置、無線電話、無線功率計、等等。
FEM的積體電路具有非常小的佔地面積，因為積體電路的尺寸比從離散元件製成的離散電路小得多。使用FEM的裝置甚至能容納多個積體電路以在不同頻帶下處置信號，以便實現多輸入多輸出(MIMO)功能。積體電路的成本也低於離散電路的成本。再者，FEM對電源電壓係彈性的，且能夠在例如3.3伏特和5伏特兩者下操作。
FEM能用於裝置的不同模式而無需修改積體電路的佈局。FEM能藉由僅僅地改變外部濾波器來適用於各種信號頻帶要求。上述設計也顯著地減少修改時間(TTM)，因為設計工程師能以相同類型的製造積體電路來工作且不需要微調積體電路內的元件。上述設計也容易地通過法規要求，因為測試將使用具有相同積體電路的FEM。
藉由使用具有高Q-因子的外部濾波器，使用FEM的裝置能與其他裝置(如WiFi裝置(用於雙頻帶同時操作)、LTE裝置、GSM裝置、3G裝置、Z-Wave裝置、ZigBee裝置、DECT裝置等)共存(例如，在沒有顯著干擾下操作)。
100‧‧‧無線存取點裝置
110‧‧‧網路處理單元
120‧‧‧無線電信號調變/解調元件
140‧‧‧前端模組
130‧‧‧天線
122‧‧‧類比至數位(A/D)轉換器
124‧‧‧數位至類比(D/A)轉換器
126‧‧‧媒體存取控制(MAC)元件
127‧‧‧傳送(Tx)信號路徑
128‧‧‧接收(Rx)信號路徑
146‧‧‧電源引線
148‧‧‧控制信號引線
150‧‧‧阻抗匹配電路
160‧‧‧射頻連接器
200‧‧‧前端模組
210‧‧‧積體電路
220A-220C‧‧‧RF功率放大器
230‧‧‧低通濾波器
240‧‧‧傳送-接收開關
260‧‧‧低雜訊放大器
265‧‧‧LNA旁通開關
250‧‧‧外部濾波器
252A-252B‧‧‧濾波器引線
290A-290C‧‧‧控制信號引線
280‧‧‧電源引線
285‧‧‧接地引線
300‧‧‧無線存取點裝置
330‧‧‧第一天線
335‧‧‧第二天線
350‧‧‧阻抗匹配電路
340‧‧‧FEM
320‧‧‧無線電信號調變/解調元件
342‧‧‧IC
344‧‧‧外部濾波器
355‧‧‧阻抗匹配電路
345‧‧‧FEM
347‧‧‧IC
349‧‧‧外部濾波器
325‧‧‧無線電信號調變/解調元件
400‧‧‧無線存取點裝置
440‧‧‧FEM
445‧‧‧FEM
420‧‧‧無線電信號調變/解調元件
425‧‧‧無線電信號調變/解調元件
430‧‧‧天線
455‧‧‧阻抗匹配電路
450‧‧‧雙工器
442‧‧‧IC
447‧‧‧IC
500‧‧‧FEM
510‧‧‧IC
550A-550D‧‧‧帶通濾波器
555A-555D‧‧‧開關
556‧‧‧控制引線
605-645‧‧‧步驟
700‧‧‧電子處理設備
702‧‧‧處理器
704‧‧‧儲存器
706‧‧‧快速存取儲存器
708‧‧‧非揮發性儲存器
710‧‧‧輸入/輸出
第1圖係顯示無線存取點裝置的方塊圖。
第2圖係顯示射頻前端模組的方塊圖。
第3圖係顯示包括多個前端模組和多個天線之無線存取點裝置的方塊圖。
第4圖係顯示包括多個前端模組和一個天線之無線存取點裝置的方塊圖。
第5圖係顯示包含多個帶通濾波器之前端模組的方塊圖。
第6圖係根據一實施例之顯示用於傳送、接收和處理射頻信號之程序的流程圖。
第7圖係根據本發明之一實施例之機器的方塊示意圖。
在結合附圖來考慮下面的詳細說明之後，本領域之那些技術者將變得更清楚明白本發明之性質、目的、及優點。
第1圖係根據一實施例之顯示無線存取點裝置的方塊圖。無線存取點裝置100包括網路處理單元(NPU)110、無線電信號調變/解調元件120、前端模組(FEM)140及天線130。NPU 110可以是能進行針對網路應用之各種任務的積體電路。NPU 110之任務能包括例如模式匹配、路由資訊查找、計算、資料欄位竄改、封包佇列管理、封包緩衝分配、等等。
無線電信號調變/解調元件120負責從調變載波提取資訊承載信號(即，解調)，且將資訊承載信號(基頻信息信號)傳送至載波(通帶信號)上(即，調變)。換言之，無線電信號調變/解調元件120從FEM 140接收類比載波，且從類比載波提取資料信號。無線電信號調變/解調元件120也將資料信號施用至類比載波，且將調變波發送至FEM和天線用於傳送。無線電信號調變/解調元件120能被設計為處置不同頻率的調變載波。例如，無線電信號調變/解調元件120可能產生具有2.4GHz或5GHz之頻率的調變射頻信號，其依據IEEE 802.11規範來傳送信息信號。無線電信號調變/解調元件120可能更解調具有2.4GHz或5GHz之頻率的接收射頻信號以依據IEEE 802.11規範來提取信息信號。無線電信號調變/解調元件120能對NPU 110供應提取之資料信號用於進一步處理。
無線電信號調變/解調元件120能包括類比至數位(A/D)轉換器122。A/D轉換器122將提取之資料 信號從類比形式轉換成數位形式。無線電信號調變/解調元件120也能包括數位至類比(D/A)轉換器124。D/A轉換器124將資料信號從數位形式轉換成類比形式。無線電信號調變/解調元件120能更包括媒體存取控制(MAC)元件126，其對多個無線終端提供定址和通道存取控制機制以在無線網路內通訊。
無線電信號調變/解調元件120透過傳送(Tx)信號路徑127和接收(Rx)信號路徑128來連接至FEM 140。無線電信號調變/解調元件120透過Tx信號路徑127來對FEM 140發送調變載波信號。無線電信號調變/解調元件120透過Rx信號路徑128來從FEM 140接收輸入波信號。
雖然第1圖將無線電信號調變/解調元件120繪示為單一元件，但在一些實施例中，能藉由單獨元件來實現無線電信號調變/解調元件120的功能。例如，無線存取點裝置100能包括調變元件和解調元件，分別用於調變和解調之任務。另外，A/D轉換器122、D/A轉換器123和MAC元件126可以是與無線電信號調變/解調元件120分離的元件。
FEM 140包括用於在如天線130所接收之原始輸入射頻下處理波信號的電路。FEM 140能放大從無線電信號調變/解調元件120接收的調變信號，施加濾波器以在高於截止頻率的頻率下衰減放大信號，且對天線130發送信號用於無線電信號廣播。FEM 140也能接收天線130 所擷取的無線電信號，濾波接收之無線電信號以衰減在特定頻率範圍外的頻率，且施加將被發送至無線電信號調變/解調元件120的信號。
FEM 140也包括一或更多電源引線146，用於供應電力以操作FEM 140。FEM 140能更包括一或更多控制信號引線148，用於控制FEM 140的各種元件。經由控制信號引線148，FEM 140能與NPU 110、無線電信號調變/解調元件120、或這兩者連接。因此，NPU 110、或無線電信號調變/解調元件120能控制FEM 140的操作。
無線存取點裝置100能更包括置於FEM 140與天線130之間的阻抗匹配電路150。阻抗匹配電路150將FEM 140的輸入阻抗與天線130的阻抗匹配，使得具有最大功率的信號能從天線被傳送及傳送至天線。阻抗電路150可以是例如pi匹配電路。
阻抗匹配電路150係經由射頻連接器160來連接至天線130。射頻連接器可以是例如用於傳送高頻信號的U-FL連接器或I-PEX連接器。
在一些其他實施例中，裝置能包括積體電路或晶片，其能實現NPU 110和無線電信號調變/解調元件120兩者的功能。本文所揭露之技術也能適用於這類裝置。
雖然第1圖繪示無線存取點裝置100，但本文所揭露之技術也能適用於其他裝置，如基地台、行動裝置、無線網路裝置、或能夠接收及/或傳送射頻信號的其 他電子裝置。
FEM 140為了如信號放大、頻率濾波、或傳送-接收工作週期循環之目的而能包括各種元件。第2圖係根據一實施例之顯示射頻前端模組的方塊圖。前端模組(FEM)200能連接至天線以發送和接收電磁波信號。FEM 200也能連接至無線電信號調變/解調元件，如第1圖所示。
FEM 200包括積體電路(IC)210和至少一個外部濾波器250。IC 210係包括一組電子電路之半導體材料(例如，矽、磷化銦、矽化鍺、氮化鎵)的小晶片。在一些實施例中，IC 210係在微波頻率(例如，從300MHz至300GHz)下操作的單晶微波積體電路(MMIC)。IC 210能使用金屬半導體場效電晶體(MESFET)、高電子移動率電晶體(HEMT)、假型HEMT、或異質接面雙極電晶體作為在IC中的主動裝置。IC 210的尺寸可以是例如1mm2至10mm2。IC 210的封裝可以是例如四方平面無引線(QFM)封裝、或通孔(PTH)封裝。IC 210的晶片可以是表面黏著裝置(SMD)。
IC 210包括一或更多RF功率放大器(PA)220A-220C、低通濾波器(LPF)230、傳送-接收開關(TR開關)240、低雜訊放大器(LNA)260、及LNA旁通開關265。IC 210係從單一晶片製成而不是具有離散類比元件以實現單獨功能。上述晶片會比從單獨元件製成的離散電路小得多。在一實施例中，晶片的面積約為5×4 mm2。在另一實施例中，晶片的面積約為7×5mm2。另外，製造IC 210的成本比離散電路更低，因為IC 210的元件係藉由光刻來印刷而不是以離散電晶體來建構。
PA 220A-220C係用以將較低功率的射頻信號轉換成較大功率的信號。級聯連接的PA 220A-220C形成多級放大器。換言之，PA 220A的輸出係連接至PA 220B的輸入；且接著，PA 220B的輸出係連接至PA 220C的輸入。PA 220A-220C的總增益(表示為分貝(dB))係個別PA之增益的總和。PA 220A-220C係具有高輸出功率的放大器。PA 220A-220C的輸出電流可以是例如500毫安培(mA)至700mA。在一實施例中，PA 220A-220C能具有超過100mW的總輸出RF功率，高達約1000mW。在另一實施例中，PA 220A-220C能實現超過1000mW的輸出RF功率。
FEM 200從天線接收調變信號且使用PA 220A-220C來放大調變信號，接著對低通濾波器(LPF)230發送放大信號。LPF係傳送低頻信號且以高於特定截止頻率之頻率來衰減(即，降低振幅)信號的濾波器。因此，LPF 230(基本上是諧波濾波器)阻擋諧波發射，其可能干擾其他通訊。諧波濾波器可以是例如積體被動裝置(IPD)。
雖然LPF 230被繪示為包括在IC 210中的元件，但另外，LPF 230也可以是在IC外的離散元件。例如，類似於BPF 250，LPF 230能經由濾波器引線來連接 至IC。
通過LPF 230的信號係經由傳送-接收(TR)開關240來發送至天線用於無線電波傳送。TR開關240具有天線埠、傳送(Tx)埠及接收(Rx)埠。在分時多工(TDM)架構下，TR開關240在將天線埠連接至Tx埠的狀態與將天線埠連接至Rx埠的另一狀態之間交替。換言之，TR開關將射頻信號從Tx埠(即，從LPF 230)路由至天線埠，且從天線埠路由至Rx埠(即，至外部濾波器250)，不允許信號從Tx埠直接傳送至Rx埠。第2圖繪示當TR開關240將天線埠連接至Tx埠時的狀態。換言之，當天線埠係連接至Tx埠或Rx埠時，TR開關能控制時間的百分比(即，工作週期)。針對存取點或基地台，TR開關的工作週期能高達100%，即，TR開關之操作時間的100%總週期係有效地用以傳送或接收信號。
TR開關240能具有低通損耗；TR開關240的插入損耗可以是0.5dB。TR開關240也能處置高功率RF信號；一分貝壓縮點(P1dB)可以是35分貝毫瓦(dBm)。在一些其他實施例中，TR開關240能由例如射頻信號循環器或雙工器來代替。
IC 210具有將連接至外部濾波器250的一或更多濾波器引線252A-252B。透過濾波器引線252A-252B，外部濾波器250係在TR開關的Rx埠與LNA 260之間電性耦接。外部濾波器250可以是例如帶通濾波器(BPF)。帶通濾波器在特定範圍(即，通帶)內的頻率 下傳送信號且在通帶外的其他頻率下衰減(即，降低振幅)信號。通帶係由上和下截止頻率定義。帶通濾波器的頻寬係在上和下截止頻率之間的差值。帶通濾波器的特徵可以是Q-因子。具有高Q-因子的帶通濾波器將具有窄的通帶；具有低Q-因子的帶通濾波器將具有寬的通帶。
帶通濾波器250可以是LC電路濾波器、低溫共燒陶瓷(LTCC)濾波器、表面聲波(SAW)濾波器、體聲波(BAW)濾波器、薄膜體聲波共振器(TFBAR)濾波器、等等。帶通濾波器250可以是具有實體結構的濾波器元件，其不能藉由光刻技術來實現。
當TR開關將天線埠連接至Rx埠時，從天線接收的信號被發送至帶通濾波器250。帶通濾波器250允許在選定的頻率範圍(通帶)內的信號通過，且防止在不需要之頻率下的干擾信號通過。於是，帶通濾波器250藉由消除來自不需要之頻率的雜訊來最佳化接收信號的信號雜訊比。
帶通濾波器250能被選擇為具有符合FEM 200之目標信號頻率的通帶。例如，若FEM 200係用以在2.4GHz下處理RF信號，則帶通濾波器250能被選擇為具有在約以2.4GHz為中心的通帶。若FEM 200係用以在5GHz下處理RF信號，則帶通濾波器250能被選擇為具有在以約5GHz為中心的通帶。因為帶通濾波器250係透過濾波器引線252A-252B來電性耦接至IC 210，所以FEM 200具有彈性以依據目標RF信號頻率來改變帶通濾 波器250，而無需修改IC 210的任何配置。藉由選擇適當BPF以濾出不需要之頻率，FEM 200能在任何微波頻帶(如其中一個ISM頻帶)下工作。
藉由供應不同的外部濾波器，相同IC 210能用於不同目的。例如，處置2.4GHz和5GHz WiFi信號兩者的無線存取點裝置能包括用於個別地處置2.4GHz和5GHz頻率的兩個FEM。第一FEM包含用於2.4GHz通帶的IC 210和BFP。第二FEM包含用於5GHz通帶的相同IC 210和BFP。這些BFP的Q-因子由於在2.4GHz與5GHz之間的大帶差而能相對較低。
另外，處置WiFi 2.4GHz信號和蜂巢式4G信號兩者的無線存取點裝置能包括用於個別地處置2.4GHz WiFi信號和蜂巢式4G信號的兩個FEM。WiFi信號係在2.412-2.472GHz；而蜂巢式4G信號可以是例如2.496-2.690。用於這兩個FEM的BFP由於在WiFi信號與蜂巢式4G信號之間的小帶差而需要具有高Q-因子。
在一些其他實施例中，帶通濾波器250會是可調帶通濾波器。能在FEM 200的操作期間動態地調整帶通濾波器的通帶。因此，FEM 200能在操作期間動態地調整其目標操作信號頻率。
在一些情況下，外部濾波器250可以是雙工器而不是BPF。例如，若天線係能夠接收2.4GHz和5GHz信號兩者的雙頻帶天線，則雙工器能用以分離2.4GHz和5GHz信號。雙工器能將5GHz信號饋送至LNA 260，且有效地濾掉2.4GHz。由於在2.4GHz與5GHz信號之間有大帶隙，因此插入耗損會小於0.5dB。
通過BPF 250的接收RF信號到達低雜訊放大器(LNA)260。低雜訊放大器係用以放大從天線接收的信號，其通常是微弱的。LNA 260提高期望信號功率，同時盡可能少地加入失真或雜訊。LNA 260的輸出電流可以是例如高達20mA。LNA 260的雜訊指數(NF)可以是例如1dB。藉由LNA 260的增益來降低來自隨後信號處理階段之雜訊的影響。LNA 260所放大的信號被發送至其他元件用於進一步處理(例如，藉由無線電信號調變/解調元件120)。若在之後處理階段中的元件將放大信號，或若在天線中接收的信號係夠強用於進一步處理，則IC 210能更包括LNA旁通開關265以略過LNA。
LNA 260能具有低雜訊指數且能處置高功率信號。例如，針對2.4GHz信號，LNA 260能具有1.2dB的雜訊指數、17dB的增益、及+10dBm的一分貝壓縮點(P1dB)。針對5GHz信號，LNA 260能具有1.5dB的雜訊指數、15dB的增益、及+10dBm的一分貝壓縮點(P1dB)。
IC 210能包括一或更多控制信號引線290A-290C，用於控制FEM 140的各種元件。經由控制信號引線290A-290C，裝置的其他元件(如NPU或無線電信號調變/解調元件)能控制在IC 210中之元件的操作。例如，控制引線290A-290C能供應控制信號以控制PA 220A-220C的操作(例如，導通或關閉)、以控制TR開關240的工作週期、或以導通或關閉LNA旁通開關265。
IC 210也能包括一或更多電源引線280，用於供應電力以操作IC 210。IC 210能對元件(如PA 220A-220C、LFP 230、TR開關240、LNA 260、及/或LNA旁通開關265)供電用於操作。電源引線280能連接至不同電源。IC 210的元件能在不同電壓(如3.3伏特和5伏特)下操作。
例如，電源引線280能連接至3.3伏特電源和5伏特電源。3.3伏特電源可以是例如電池。5伏特電源可以是例如直流(DC)電源。IC 210能在3.3伏特和5伏特兩者上操作。當5伏特DC電源不可用時，IC 210在3.3伏特下工作且由電池供電。當5伏特DC電源可用時，IC 210切換至在5伏特下工作且由DC電源供電。
IC 210的RF信號功率輸出能依據電源的電壓而不同。例如，在一些實施例中，當IC 210在5伏特下操作時，IC 210的輸出功率層級係26dBm。當IC 210在3.3伏特下操作時，IC 210的輸出功率層級係23dBm。
IC 210能更包括一或更多接地引線285。例如，IC 210能將接地引線285連接至接地板作為電接地。接地引線285也能當作用於傳送IC 210所產生之熱的通道，使得熱能在接地板上被耗散。在一些實施例中，FEM的電源效率會是10%或更低。若FEM的RF功率約為1000mW，則總功率消耗約為10000mW。幾乎9000mW 需要透過接地引線285來耗散至接地板。
存取點裝置(或其他類型的無線網路裝置)能包括多個FEM以處置來自不同頻率的信號。第3圖係根據一實施例之顯示另一無線存取點裝置的方塊圖。無線存取點裝置300能處置兩種不同類型的信號。無線存取點裝置300包括兩個天線。例如，第一天線330負責傳送和接收2.4GHz WiFi信號；而第二天線335負責傳送和接收5GHz WiFi信號。
透過阻抗匹配電路350，FEM 340將2.4GHz信號傳送至天線330及從天線330接收2.4GHz信號。FEM 340包括IC 342和外部濾波器344。IC 342可以是例如第2圖所示之IC 210。外部濾波器344可以是拒絕在WiFi 2.4GHz信號的頻率範圍外之信號的帶通濾波器或雙工器。無線電信號調變/解調元件320調變輸出2.4GHz RF信號，且解調輸入2.4GHz RF信號。
同樣地，無線存取點裝置300具有另一組元件用於處理5GHz WiFi信號。透過阻抗匹配電路355，FEM 345將5GHz信號傳送至天線335及從天線335接收5GHz信號。IC 347可以是相同類型的IC 342。在FEM 340與FEM 345之間的差值係外部濾波器344和349的選擇。外部濾波器349可以是拒絕在WiFi 5GHz信號的頻率範圍外之信號的帶通濾波器或雙工器。無線電信號調變/解調元件325調變輸出5GHz RF信號，且解調輸入5GHz RF信號。
雖然第3圖繪示處置兩個頻帶之WiFi信號的存取點裝置，但本文所揭露之技術能適用於處置不同類型之信號的其他裝置。又，這類裝置能處置來自超過兩個頻帶的信號。例如，無線網路裝置能包括三個FEM，分別用於處理2.4GHz WiFi頻帶、5GHz WiFi頻帶、及2.4GHz蜂巢式4G頻帶的信號。FEM能使用不同的外部濾波器來確認信號品質。例如，用於2.4GHz WiFi頻帶和2.4GHz蜂巢式4G頻帶的兩個FEM能使用具有高Q-因子的帶通濾波器以分離信號，因為這兩個頻帶在頻譜中係接近的。相反地，用於5GHz WiFi頻帶的FEM能使用具有低Q-因子的帶通濾波器或只使用雙工器來通過5GHz信號。
無線網路裝置也能包括單一天線以處置不同頻帶的信號。第4圖係根據一實施例之顯示又一無線存取點裝置的方塊圖。類似於第3圖所示之裝置，無線存取點裝置400包括分離的FEM 440、445和無線電信號調變/解調元件420、425，用於個別地處理2.4GHz和5GHz信號。天線430(例如，雙頻帶天線)在2.4GHz和5GHz頻帶兩者中傳送和接收信號。阻抗匹配電路455將FEM 440和445的輸入阻抗與天線430的阻抗匹配。雙工器450分離2.4GHz和5GHz信號。雙工器450將接收之2.4GHz信號饋送至FEM 440且將輸出2.4GHz信號從FEM 440中繼至天線430。雙工器450也將接收之5GHz信號饋送至FEM 445且將輸出5GHz信號從FEM 445中繼至天線430。
雖然第3和4圖繪示裝置具有用於個別地處理來自不同頻帶之信號的多個IC，但本文所揭露之技術也能適用於用於處理來自不同頻帶之信號的單一IC。例如，單一IC能包括多個FEM區段。如第2圖所示，每個FEM區段包括在IC 210內部的一組元件。單一IC也能包括將信號與不同頻帶分離且將信號饋送至不同FEM區段的雙工器或多工器。換言之，上述單一IC具有IC 442、IC 447的等效物和使用光刻技術來印刷在單一晶片上的雙工器450。
在一些實施例中，在操作期間，前端模組(FEM)能動態地調整外部濾波器的特性以適用於FEM本身以處理來自不同頻帶的信號。例如，若外部濾波器係可調帶通濾波器，則裝置能將控制信號發送至可調帶通濾波器以動態地調整濾波器的通帶。另外，FEM能包括多個帶通濾波器且能動態地選擇連接至其中一個可用帶通濾波器。
第5圖係根據一實施例之顯示包含多個帶通濾波器之前端模組的方塊圖。FEM 500的IC 510可以與如第2圖所示之IC相同。帶通濾波器550A-550D係具有不同通帶的不同濾波器。開關555A-555D控制濾波器550A-550D中的哪個濾波器與IC 510連接。控制引線556傳送控制信號以閉路開關555A-555D之其一者且開路開關555A-555D之其餘者。因此，在一個時間點，只有一個開關係連接至IC 510。控制信號也能開路所有開關 555A-555D，且在有需要略過所有帶通濾波器的情況下閉路旁通開關557。裝置的各種元件(如NPU、無線電信號調變/解調元件、或FEM 500本身)能產生控制信號。
第6圖係根據一實施例之顯示用於傳送、接收和處理射頻信號之程序的流程圖。其他圖所示之裝置能進行第6圖所示之程序。在步驟605中，無線網路裝置的天線從天線接收輸入射頻信號。在步驟610中，當在裝置之積體電路內的傳送-接收開關被切換至接收端時，裝置將輸入射頻信號傳送至帶通濾波器以衰減帶通濾波器之通帶外的信號。帶通濾波器係在積體電路外部。在步驟615中，裝置在積體電路內的低雜訊放大器中放大輸入射頻信號。在步驟620中，裝置藉由解調輸入射頻信號來從輸入射頻信號提取資訊承載信號。
在步驟625中，裝置藉由調變具有載波的資訊信號來產生輸出射頻。在步驟630中，裝置在積體電路內的功率放大器中放大輸出射頻信號。在步驟635中，當在積體電路內的傳送-接收開關被切換至傳送端時，裝置經由傳送-接收開關來將輸出射頻信號傳送至天線。在步驟640中，裝置藉由在積體電路內的低通濾波器來衰減具有高於低通濾波器之截止頻率的頻率之輸出射頻信號的信號。在步驟645中，裝置在天線傳送輸出射頻信號。
本領域之那些技術者將了解第6圖所示和上述之邏輯可能以各種方式來改變。例如，可能重新排列邏輯的順序、可能並行地進行子步驟、可能省略所示之邏 輯、可能包括其他邏輯、等等。例如，在傳送-接收開關所實現的分時多工架構下，裝置能同時地或另外地對輸入射頻信號進行步驟605-620且對輸出射頻信號進行步驟625-645。
本發明之實施例可能使用電子處理設備來實作。作為具體實例，第7圖顯示電子處理設備700。設備700包括耦接至數位資料儲存器704的處理器702，如微處理器、個人電腦、行動電話或其他行動個人計算裝置、工作站、控制器、微控制器、狀態機、或其他處理機。在本實例中，儲存器704包括快速存取儲存器706、以及非揮發性儲存器708。例如，快速存取儲存器706可能用以儲存處理器702所執行的編程指令。儲存器706和708可能藉由各種裝置來實作。許多替代方案係可能的。例如，可能消除元件706、708之其一者；再者，儲存器704、706、及/或708可能板上地設置於處理器702上，或甚至設置於設備700外部。
設備700也包括輸入/輸出710，如連接器、線路、匯流排、電纜、緩衝器、電磁連結、網路、數據機、轉換器、IR埠、天線、或用於處理器702與設備700外部之其他硬體交換資料的其他工具。
數位資料儲存器的各種例子可能用以實作儲存器704和708，且用於其他目的。依據其應用，此數位資料儲存器可能用於各種功能，如儲存資料、或用以儲存機器可讀指令。這些指令本身可能幫助執行各種處理功 能，或它們可能用以在電腦上安裝軟體程式，其中接著可執行這類軟體程式以進行與本揭露相關的其他功能。
在任何情況下，儲存媒體可能幾乎藉由任何機制來實作以數位地儲存機器可讀信號。一個實例係如CD-ROM、WORM、DVD、數位光帶、磁碟儲存器的光學儲存器、或其他光學儲存器。另一實例係直接存取儲存器(如傳統「硬碟機」、廉價磁碟冗餘陣列(「RAID」))、或另一直接存取儲存裝置(「DASD」)。另一實例係串列存取儲存器，如磁或光帶。數位資料儲存器的另外其他實例包括電子記憶體，如ROM、EPROM、快閃PROM、EEPROM、記憶體暫存器、電池備份的RAM、等等。
示範儲存媒體係耦接至處理器，使得處理器能從儲存媒體讀取資訊及將資訊寫入至儲存媒體。另外，儲存媒體可能是構成處理器整體所必需的。在另一實例中，處理器和儲存媒體可能存在於ASIC或其他積體電路中。
提出所揭露之實施例的先前說明以使本領域之任何技術者能製作或使用本發明。對這些實施例的各種修改對於本領域之那些技術者而言將是顯而易見的，且本文所定義之一般原理在不脫離本發明之精神或範圍下可能適用於其他實施例。因此，本發明並不打算限於本文所示之實施例，而是與符合本文所揭露之原理和新穎特徵的最廣範圍一致。
再者，雖然可能以單數來說明或主張本發明之元件，但以單數來提到元件並不打算意味著「一個和只有一個」(除非明確地如此說明)，而是應意味著「一個或更多」。此外，通常技術人員將認為為了說明和主張之目的，必須以某個特定順序來提出操作順序，但本發明預期除了上述特定順序以外的各種變化。
110‧‧‧網路處理單元
120‧‧‧無線電信號調變/解調元件
122‧‧‧類比至數位(A/D)轉換器
124‧‧‧數位至類比(D/A)轉換器
126‧‧‧媒體存取控制(MAC)元件
127‧‧‧傳送(Tx)信號路徑
128‧‧‧接收(Rx)信號路徑
130‧‧‧天線
140‧‧‧前端模組
146‧‧‧電源引線
148‧‧‧控制信號引線
150‧‧‧阻抗匹配電路
160‧‧‧射頻連接器

Claims (24)

  1. 一種射頻前端模組，用於傳送和接收射頻信號，該前端模組包含：一外部濾波器；及一積體電路，經由兩個外部濾波器引線來與該外部濾波器耦接，該積體電路包括：一傳送-接收開關，具有一傳送埠、一接收埠和一天線埠，該傳送-接收開關於操作期間在將該天線埠耦接至該傳送埠與將該天線埠耦接至該接收埠之間交替；一功率放大器，配置以放大一調變射頻信號，該傳送-接收開關當該天線埠係耦接至該傳送埠時輸出放大之該調變射頻信號；一低通濾波器，耦接在該功率放大器與該傳送-接收開關的該傳送埠之間，該低通濾波器係配置以傳送低頻信號且以高於一截止頻率的頻率來衰減信號；一低雜訊放大器，配置以當該天線埠係耦接至該接收埠時放大一接收射頻信號；及該兩個外部濾波器引線，耦接在該低雜訊放大器與該傳送-接收開關的該接收埠之間的該外部濾波器。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之前端模組，其中該外部濾波器係一帶通濾波器，配置以在一特定通帶內的頻率下傳送信號且在該特定通帶外的其他頻率下衰減信號。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之前端模組，其中該外部濾波器的該通帶與設計該前端模組處理之射頻信號的一 頻帶匹配。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之前端模組，其中該功率放大器係一多級放大器。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之前端模組，其中該功率放大器係配置以輸出具有超過100mW之功率的一射頻信號。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之前端模組，其中該功率放大器係配置以輸出具有超過500mW之功率的一射頻信號。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之前端模組，其中該積體電路的尺寸小於或等於7x5mm2。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之前端模組，更包含：一電源引線，用以對該積體電路供應電力以供操作；且其中該積體電路係配置以在兩個不同電壓下操作。
  9. 如申請專利範圍第2項所述之前端模組，其中該外部濾波器係一可調帶通濾波器，配置以在該前端模組的操作期間動態地調整該通帶。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之前端模組，更包含：複數個外部濾波器，包括該外部濾波器；一控制引線，配置以供應一控制信號以在該前端模組的操作期間將該複數個外部濾波器中的一個外部濾波器動態地耦接至該積體電路。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之前端模組，其中該外部濾波器係一離散電子元件。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之前端模組，更包含：一控制信號引線，配置以供應一控制信號以關閉該功率放大器，或略過該低雜訊放大器。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之前端模組，其中該低通濾波器係一作用為諧波濾波器之積體被動裝置。
  14. 一種無線網路裝置，用於傳送和接收射頻信號，該裝置包含：一天線，配置以傳送一輸出射頻信號且接收一輸入射頻信號；一前端模組，該前端模組包括一積體電路，用以在一分時多工架構下將該輸出射頻信號傳送至該天線且從該天線接收該輸入射頻信號，該積體電路放大該輸出射頻信號和該輸入射頻信號；及一無線電信號元件，配置以調變一載波以建構該輸出射頻信號，且解調該輸入射頻信號以提取一資訊承載信號；其中該積體電路包括：一傳送-接收開關，具有一傳送埠、一接收埠和一天線埠，該傳送-接收開關於操作期間在將該天線埠耦接至該傳送埠與將該天線埠耦接至該接收埠之間交替；一功率放大器，配置以當該天線埠係耦接至該傳送埠 時放大該輸出射頻信號；一低雜訊放大器，配置以當該天線埠係耦接至該接收埠時放大該輸入射頻信號；及兩個外部濾波器引線，耦接在該低雜訊放大器與該傳送-接收開關的該接收埠之間之該積體電路外部的一帶通濾波器。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之裝置，其中該前端模組更包括耦接至該積體電路的帶通濾波器，該帶通濾波器係配置以在該輸出和該輸入射頻信號之一特定通帶內的頻率下傳送信號且在該特定通帶外的其他頻率下衰減信號。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之裝置，更包含：一阻抗匹配電路，在該天線與該前端模組之間耦接，該阻抗匹配電路係配置以將該前端模組的一輸入阻抗與該天線的一阻抗匹配。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之裝置，更包含：一第二前端模組，其中該前端模組和該第二前端模組係配置以分別在兩個不同頻帶下處理射頻信號；及一雙工器，在該天線和該前端模組與該第二前端模組之間耦接，其中該天線在該兩個不同頻帶下傳送和接收該些射頻信號，且該雙工器係配置以在該兩個不同頻帶下分離該些射頻信號。
  18. 如申請專利範圍第14項所述之裝置，更包含：一第二前端模組，其中該第二前端模組係配置以在一 第二頻帶下處理射頻信號；及一第二天線，耦接至該第二前端模組，其中該第二天線係配置以在該第二頻帶下傳送和接收該些射頻信號；及其中該前端模組係配置以在一第一頻帶下處理射頻信號，且該天線係配置以在該第一頻帶下傳送和接收該些射頻信號。
  19. 如申請專利範圍第14項所述之裝置，其中該無線網路裝置係一無線存取點裝置。
  20. 如申請專利範圍第14項所述之裝置，其中該無線網路裝置係一基地台裝置，其符合一IEEE 801.11標準。
  21. 一種用於傳送和接收射頻信號的方法，該方法包含：在一天線接收一輸入射頻信號；當在一積體電路內的一傳送-接收開關被切換至一接收端時，將該輸入射頻信號傳送至在該積體電路外部的一帶通濾波器以衰減該帶通濾波器之一通帶外的信號；在該積體電路內的一低雜訊放大器中放大該輸入射頻信號；在該積體電路內的一功率放大器中放大一輸出射頻信號；藉由在該積體電路內的一低通濾波器來衰減具有高於該低通濾波器之一截止頻率的頻率之該輸出射頻信號的信號；當在該積體電路內的該傳送-接收開關被切換至一傳 送端時，經由該傳送-接收開關來將該輸出射頻信號傳送至該天線；及在該天線傳送該輸出射頻信號。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之方法，更包含：藉由解調該輸入射頻信號來從該輸入射頻信號提取一資訊承載信號。
  23. 如申請專利範圍第21項所述之方法，更包含：藉由調變具有一載波的一資訊信號來產生該輸出射頻。
  24. 如申請專利範圍第21項所述之方法，其中該輸出射頻信號的一射頻功率當該輸出射頻信號離開該積體電路時超過100mW。
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