多输入和多输出开关网络

摘要

本发明涉及多输入和多输出开关网络。根据实施例，一种电路封装包括具有布置在可编程开关组件上的多个输入端子、布置在可编程开关组件上并且被配置成耦合到多个放大器的多个输出端子和多个开关的可编程开关组件。多个开关中的每一个开关耦合在多个输入端子中的输入端子与多个输出端子中的输出端子之间。多个开关中的每一个开关包括射频（RF）开关并且被配置成当闭合时传递RF信号。多个输入端子中的每一个输入端子耦合到多个开关中的两个开关。

说明书

技术领域

本发明一般涉及用于电气电路的系统和方法，并且在具体实施例中，涉及用于多输入和多输出开关网络的系统和方法。

背景技术

诸如蜂窝电话、GPS接收器和支持Wi-Fi的笔记本和平板计算机之类的随无线通信系统一起使用的电子设备一般包含具有面向模拟世界的接口的信号处理系统。这样的接口可以包括电线线路和接收所发射的电力并且将所接收的电力转换成可以通过使用模拟或数字信号处理技术解调的模拟或数字信号的无线接收器。

典型的无线接收器架构包括放大可以由天线接收的非常小的信号、提供对这些小信号的增益并且将经放大的信号传递至之后的放大和/或信号处理级的低噪声放大器（LNA）。通过在LNA处提供增益，使后续增益处理级对噪声不敏感，从而使得能够实现较低系统噪声系数。

这样的无线接收器通常还被配置成在多个频带中操作。多个LNA被使用在这样的无线系统中以在多个频带中操作无线系统。LNA电路一般包含至少一个晶体管和输入匹配网络。可以由诸如电感器和电容器之类的一个或多个无源器件构成的输入匹配网络的目的是提供对诸如天线、滤波器、RF开关或其他电路之类的先前级的阻抗匹配和/或噪声匹配。LNA实现还可以包括输出匹配网络、偏置网络和诸如共源共栅晶体管之类的其他电路结构。

由于无线RF设备正在使用于具有更加多变的规范的更多环境中，因此多个LNA的集成以适应不同频带尤其具有挑战性并且昂贵。特别地，LNA在这样的多变且要求高的系统中的放置和使用给出各种挑战。除其他之外，设计现代无线RF设备的具有挑战性的方面可以包括降低衰减的效应、减小对噪声的敏感度、降低成本、降低设计时间和挑战以及增加系统数据速率。

发明内容

根据实施例，一种电路封装包括具有布置在可编程开关组件上的多个输入端子、布置在可编程开关组件上并且被配置成耦合到多个放大器的多个输出端子和多个开关的可编程开关组件。多个开关中的每一个开关耦合在多个输入端子中的输入端子与多个输出端子中的输出端子之间。多个开关中的每一个开关包括射频（RF）开关并且被配置成当闭合时传递RF信号。多个输入端子中的每一个输入端子耦合到多个开关中的两个开关。

附图说明

为了更加完整地理解本发明及其优点，现在对以下结合附图考虑的描述做出参考，在附图中：

图1图示了实施例系统的系统框图；

图2图示了实施例系统的示意图；

图3图示了实施例无线系统的示意图；

图4图示了另一实施例系统的示意图；

图5图示了另外的实施例系统的示意图；

图6图示了实施例开关系统的示意图；

图7图示了开关电路的示意图；

图8图示了实施例组件的底部视图；以及

图9图示了实施例系统的操作方法。

除非另行指示，否则不同图中的对应标号和符号一般是指对应部分。绘制各图以清楚地图示实施例的相关方面并且各图不一定按比例绘制。

具体实施方式

以下详细讨论各种实施例的做出和使用。然而，应当领会的是，本文所描述的各种实施例适用于多种多样的特定情境。所讨论的具体实施例仅仅说明做出和使用各种实施例的具体方式，并且不应当以有限范围来解释。

在特定情境中做出关于各种实施例的描述，即无线系统，并且特别地，用于无线系统中的低噪声放大器（LNA）的开关网络。本文所描述的各种实施例中的一些包括开关、引脚输出、开关网络、LNA、输入复用和用于LNA输入的电线线路路由。在其他实施例中，各方面还可以应用于涉及根据如本领域中已知的任何方式的任何类型的开关网络的其他应用。

根据实施例，开关网络将包括多个频带的输入线路耦合到包括多个LNA的LNA组。诸如像手机、平板或膝上型电脑之类的实施例移动或无线设备被配置成以多个频带进行操作。取决于使用环境，带的具体数目和配置可以变化。例如，不同国家和不同无线提供商可以使用或指派不同频带给各种应用和使用人群。实施例设备被配置成在特定频带中接收信号并且将这样的信号通过LNA递送给处理电路。在这样的实施例中，用于与各种不同频带一起使用的每一个系统可以包括具有无线组件的特定配置的印刷电路板。例如，一个或多个天线可以耦合到天线开关、滤波器组、开关网络和LNA组以及应用处理器。

根据各种实施例，天线信号通过可编程开关网络耦合到LNA组。常规地，用于不同频带的不同配置要求信号线路布局的重路由和特定于不同频带的每一个集合的唯一引脚输出。在本文所描述的实施例中，可编程开关网络将天线信号耦合或路由到LNA组而在一些情况中不重路由信号线路的布局并且没有特定于使用在无线系统中的不同频带的每一个集合的唯一引脚输出。

图1图示了包括附接到电路封装106的可编程开关网络102和LNA组104的实施例系统100的系统框图。根据各种实施例，信号在输入线路IL1-ILm上被接收并且通过可编程开关网络102和耦合线路CL1-CLn递送到LNA组104。在输入线路IL1-ILm上接收的信号可以包括来自不同频带的信号。特别地，每一个频带可以通过可编程开关路由至被配置成接收和放大相应频带内的信号的LNA组104中的特定LNA。LNA组104接收耦合线路CL1-CLn上的信号并且在输出线路OL1-OLp上提供经放大的输出信号。根据各种实施例，m、n和p可以是任何数目。在一个特定实施例中，m=8，n=3并且p=3，对应于八条输入线路、到三个LNA的三条耦合线路和三条输出线路。在另外的实施例中，p=1，对应于耦合到LNA组104中的三个LNA的输出的单个输出线路。这些数目是说明性的并且在各种实施例的范围内设想到许多其他配置，如以下参考其他图描述的那样。在一些实施例中，供给到LNA组104中的LNA的各种频带可以包括700 MHz与2.7 GHz之间的频率。在其他实施例中，可以使用高达3.5 Ghz的频率。在再另外的实施例中，可以使用任何频率。

在各种实施例中，载波聚合包括同时使用耦合到输入线路IL1-ILm的频带中的多于一个。例如，开关网络102可以将输入IL1-ILm的子集耦合到LNA组104中的一个LNA或多个LNA。输入线路的子集可以同时从多个频带向LNA组104中的单个LNA或多个LNA递送信号。在一些实施例中，单个LNA供给同时驱动来自多个频带的信号的单个输出线路。在其他实施例中，多个LNA可以在输出处被复用以供给同时驱动来自多个频带的信号的单个输出线路。在各种实施例中，通过开关网络102和LNA组104在输出线路OL1-OLp中的输出线路处同时驱动来自多个频带的信号来启用载波聚合。

根据各种实施例，可编程开关网络102包括每一个输入线路IL1-ILm与来自耦合线路CL1-CLn的至少两个输出之间的耦合。在特定实施例中，可编程开关网络102包括每一个输入线路IL1-ILm与每一个耦合线路CL1-CLn之间的耦合。当可编程开关网络102被编程时，输入线路IL1-ILm中的至少一些耦合到耦合线路CL1-CLn。在各种实施例中，IL1-ILm中的每一个输入线路耦合到CL1-CLn中的单个耦合线路和附接于此的LNA。在这样的实施例中，包括多个输入线路的输入线路IL1-ILm的子集可以耦合到CL1-CLn中的单个耦合线路。子集可以被同时驱动以用于载波聚合或者被分离地驱动以用于每一个频带。可替换地，输入线路IL1-ILm中的一些耦合到耦合线路CL1-CLn并且输入线路IL1-ILm中的一些保持未耦合（即未连接）或接地。在一些可替换实施例中，输入线路IL1-ILm可以耦合到CL1-CLn中的多个耦合线路和耦合于此的LNA。在各种实施例中，可编程开关网络可以提供许多不同的引脚输出配置以用于将输入线路IL1-ILm耦合到LNA组104中的LNA而没有任何系统重设计或重配置。以下参考图示了各种频带和LNA配置的其他图讨论特定示例实施例。在各种实施例中，输入线路IL1-ILm中的一些或全部可以耦合到诸如像声表面波（SAW）滤波器之类的滤波器。

图2图示了包括耦合到LNA 130-134的四个单刀三掷（SP3T）开关122-128的实施例系统120的示意图。根据各种实施例，每一个开关122、124、126和128分别耦合到输入线路IL1、IL2、IL3和IL4，并且每一个开关还耦合到每一个LNA 130、132和134。在各种实施例中，四个可编程SP3T开关122-128被编程为将输入线路IL1-IL4中的每一个耦合到LNA 130-134中的一个。

在一些实施例中，LNA 130-134中的每一个被配置成接收、放大和递送特定频带中的信号。特别地，LNA 130被配置成接收频带B1中的信号，LNA 132被配置成接收频带B2中的信号，并且LNA 134被配置成接收频带B3中的信号。根据各种实施例，每一个LNA可以具有被配置成以相应频带进行操作的特定输入匹配网络或输出匹配网络。另外，在一些实施例中，来自LNA 130-134的输出线路OL1-OL3可以耦合在一起。一些实施例可以包括如在2014年3月27日提交的题为“System and Method for a Low Noise Amplifier”的具有序列号14/227479的共同未决美国专利申请中描述的LNA和输出匹配网络，所述专利申请以其全部内容通过引用并入本文。

根据各种实施例，可以存在任何数目的输入线路。在一些实施例中，SP3T开关可以实现为任何其他类型的投掷开关。另外，任何数目的LNA可以使用在系统120中。例如，可以使用具有耦合到三个SP4T（4掷）开关的三个输入的四个LNA。设想到另外的实施例配置，参考其他图描述其中的一些。

图3图示了包括天线开关142、滤波器组144和LNA组件146的实施例无线系统140的示意图。根据各种实施例，天线开关142从天线接收信号并且将天线信号切换到输出RX1-RX11。在其他实施例中，天线开关142可以耦合到多个天线和任何数目的输出。移动产业处理器接口（MIPI）模块143可以接收用于切换天线连接与输出RX1-RX11之间的SP11T开关中的耦合的控制信号。

在各种实施例中，来自天线开关142的输出RX1-RX11耦合到滤波器组144内的滤波器。滤波器组144中的每一个滤波器可以衰减特定频带B1-B11外部的信号。频带B1-B11可以包括重叠频带或非重叠频带。另外，频带B1-B11可以被附加地子划分成较大频带B1-B11内的子带。在各种实施例中，经滤波的信号通过电感器传递至三刀十二掷（3P12T）开关网络148，其耦合到LNA 150、LNA 152和LNA 154。LNA 150-154中的每一个可以被配置成以特定频带或频带范围（诸如像低带（LB）、中带（MB）和高带（HB））进行操作。MIPI模块160可以控制可编程开关网络148以控制哪个滤波器和对应频带B1-B11耦合到LNA 150-154中的哪个。根据一些实施例，LB、MB和HB信号可以通过使用LNA组件146的输出处的双工器156和158被复用以便提供单个输出线路。在其他实施例中，可以将每一个LNA 150、152和154中的每一个输出分离地提供给各个输出线路。在再另外的实施例中，在不使用双工器或使用双工器的情况下，任何多个LNA的输出的任何子集可以耦合在一起。

根据各种实施例，频带B1-B11可以取决于意图使用环境而高度可变。例如，无线系统140在被配置成使用在诸如像墨西哥、中国、韩国、德国或美国之类的不同国家中时可以包括不同频带。在这样的不同环境中，滤波器组144和天线开关142可以被重设计成适应不同频带或甚至不同数目的信号和频带。根据这样的实施例，包括可编程开关网络148的LNA组件146可以包括在各种不同的系统中而没有任何修改，并且被编程为将重布置的频带B1-B11耦合到LNA 150、152或154中的一个。3P12T可编程开关网络是示例实施例并且还可以使用诸如本文所描述的任何其他实施例开关网络。在这样的实施例中，LNA组件146或开关网络148可以使用在许多不同系统中而没有重设计。

在各种实施例中，每一个LNA 150、152和154可以通过多个输入耦合到多个频带，如所示的。在这样的实施例中，载波聚合可以通过向耦合到诸如LNA 150、152或154之类的一个或多个LNA的可编程开关网络的多个输入同时供给频带B1-B11中的多个频带来执行。在各种实施例中，多个频带可以在单个LNA之前或者在多个LNA的输出处组合，这例如取决于匹配网络配置、滤波器和复用器。

根据各种实施例，无线系统140附接到印刷电路板（PCB）。在这样的实施例中，天线开关142、滤波器组144和LNA组件146实现为附接到PCB的分离组件。可替换地，滤波器组144可以包括分离地附接到PCB的分立滤波器。LNA组件146可以包括用于LNA 150、152和154的分离组件和用于可编程开关网络148的另一分离组件，每一个组件分离地附接到PCB。在各种实施例中，任何组件可以分离地附接或一起成组为较大组件并且附接到PCB。

图4图示了包括耦合在输入线路IL0-IL7与LNA 182、184和186之间的开关L0-H7的另一实施例系统180的示意图。根据各种实施例，输入线路IL0-IL7从天线开关和滤波器接收不同频带中的信号，如以上参考其他图描述的那样。输入线路IL0-IL7中的每一个耦合到每一个耦合到对应LNA的对应低开关、中开关和高开关。例如，IL1耦合到将输入线路IL1分别耦合到LB LNA 182、MB LNA 184和HB LNA 186的三个开关L1、M1和H1。具体地，当闭合时低开关L1将输入线路IL1耦合到LB LNA 182，当闭合时中开关M1将输入线路IL1耦合到MB LNA 184，并且当闭合时高开关H1将输入线路IL1耦合到HB LNA 186。类似地，其他输入线路IL0和IL2-IL7通过对应开关耦合到LNA 182、184和186。开关L0-H7可以实现为CMOS晶体管。在其他实施例中，开关L0-H7可以实现为任何类型的物理或数字可编程开关，诸如熔断器或其他晶体管。根据各种实施例，LB LNA 182驱动输出线路OL_LB，MB LNA 184驱动输出线路OL_MB，并且HB LNA 186驱动输出线路OL_HB。另外，输入线路IL0-IL7中的多个输入线路可以例如耦合到单个LNA 182、184或186。

图5图示了包括LB LNA 192、MB LNA 194和HB LNA 196的另外的实施例系统190的示意图。根据各种实施例，LNA 192-196中的每一个通过24个开关SW0-SW23耦合到12个输入线路IL0-IL11中的8个。因此，系统190包括耦合到特定LNA的可配置输入线路，但是并非输入线路IL0-IL11中的每一个都可以耦合到LNA 192、194和196中的任何一个。输入线路和将输入线路耦合到LNA的开关的数目在各种实施例中可以变化。例如，系统190可以包括8个输入或者系统180可以包括12个输入。另外，任何数目的LNA可以包括在这样的系统中并且每一个LNA可以通过特定开关耦合到输入线路的子集或者每一个输入线路。

图6图示了包括耦合到开关SW0-SW7的逻辑电路202和数字或物理可编程熔断器寄存器204的实施例开关系统200的示意图。根据各种实施例，开关将输入线路IL0-IL7耦合到LNA 206。开关SW0-SW7受逻辑电路202控制以便选择将输入线路IL0-IL7中的哪个耦合到LNA 206。输出线路OL由LNA 206驱动并且逻辑电路202接收选择信号或者选择来自熔断器寄存器204的输入。

根据各种实施例，熔断器寄存器204可以以各种方式编程。例如，熔断器寄存器204可以包括通过使用激光物理熔化成非导通状态的激光熔断器。在其他实施例中，熔断器寄存器204可以包括被电子写入成导通和非导通状态的电熔断器。在其他实施例中，熔断器寄存器可以包括通过使用MIPI或通用输入/输出（GPIO）接口数字编程的非易失性存储器块或寄存器。在各种实施例中，以特定序列对熔断器寄存器204编程以选择要设置在导通状态中的开关SW0-SW7中的没有一个、一些或全部，从而将输入线路IL0-IL7中的没有一个、一些或全部耦合到LNA 206。

图7图示了包括导通开关212和接地开关214的开关电路210的示意图。根据各种实施例，导通开关212和接地开关214由控制信号CTRL反向地控制。当激活时，导通开关212导通以便将输入线路IL耦合到耦合线路CL，其可以耦合到LNA（未示出），并且接地开关214不导通。当去激活时，导通开关212不导通并且接地开关214导通以便将输入线路IL耦合到地。参考其他图在本文中描述的任何开关可以类似于开关电路210那样实现。根据各种实施例，导通开关212、接地开关214和本文所描述的任何其他开关可以实现为任何类型的晶体管。在特定实施例中，导通开关212、接地开关214和本文所描述的任何其他开关实现为CMOS晶体管。

图8图示了具有如所示的20个引脚的示例的实施例组件220的底部视图。根据各种实施例，组件220包括顶表面上的球栅阵列（BGA）222和BGA 224。BGA 222和BGA 224将电路管芯或封装226耦合到顶表面并且路由特定引脚与电路管芯226之间的连接。根据各种实施例，电路管芯226可以包括可编程开关网络或多个LNA，如参考其他图所描述的那样。在一些实施例中，电路管芯226包括两个电路块，每一个附接到BGA。在这样的实施例中，两个电路管芯中的一个可以包括可编程开关网络并且另一个可以包括多个LNA。在一些特定实施例中，输入引脚RX1-RX12可以耦合到天线开关或耦合到天线开关的滤波器。另外，输出引脚A0-A2可以耦合到应用处理器。在其他实施例中，电路管芯226不包括LNA并且输出引脚A0-A2可以耦合到从组件220分离的LNA。

根据各种实施例，输入引脚和输出引脚的布置可以被配置在组件220的不同侧上。例如，所有输入引脚可以布置在一侧（未示出）上并且所有输出引脚可以布置在另一侧上。在另一实施例中，所有输入引脚RX1-RX12布置在组件220的三侧上并且所有输出引脚A0-A2可以布置在组件220的第四侧上。在各种实施例中，输入引脚的数目和输出引脚的数目均可以是任何数目。例如，一个实施例包括单个输出引脚A0和8个输入引脚RX1-RX8。

图9图示了包括步骤252、254和256的用于实施例开关组件的操作250的方法。根据各种实施例，开关组件包括通过耦合在输入线路和LNA之间的多个开关耦合到多个低噪声放大器（LNA）的多个输入线路。每一个输入线路通过一个开关耦合到每一个LNA。操作250的方法的步骤252包括对开关的子集进行编程从而均形成将每一个输入线路耦合到一个LNA的导通路径。步骤254包括接收输入线路处的RF信号并且步骤256包括基于所接收的RF信号驱动LNA的输入处的RF信号。

根据本文所描述的各种实施例，开关组件或网络也可以耦合到LNA的输出。在这样的实施例中，除输入引脚输出之外，还可以通过使用如本文参考图描述的开关网络对输出引脚输出进行编程。

根据各种实施例，一种电路封装包括可编程开关组件，其包括布置在可编程开关组件上的多个输入端子、布置在可编程开关组件上并且被配置成耦合到多个放大器的多个输出端子和多个开关。多个开关中的每一个开关耦合在多个输入端子中的输入端子与多个输出端子中的输出端子之间。多个开关中的每一个开关包括射频（RF）开关并且被配置成当闭合时传递RF信号。多个输入端子中的每一个输入端子耦合到多个开关中的两个开关。

在各种实施例中，多个开关包括耦合在多个输入端子中的每一个输入端子与多个输出端子中的每一个输出端子之间的单个开关。多个开关可以包括数字可编程开关。在一些实施例中，多个开关包括物理可编程开关，其包括激光熔断器开关或电熔断器开关。

在各种实施例中，电路封装包括耦合到开关组件的多个输出端子中的每一个输出端子的多个低噪声放大器。可编程开关组件和多个低噪声放大器可以一起封装在单个芯片上。单个芯片可以附接到印刷电路板。在其他实施例中，可编程开关组件和多个低噪声放大器附接到印刷电路板。多个开关中的每一个可以包括CMOS开关并且多个低噪声放大器中的每一个可以包括硅——锗放大器或镓——砷化物放大器。

在各种实施例中，多个输入端子布置在可编程开关组件的第一侧上并且多个输出端子布置在可编程开关组件的第二侧上。第一侧不同于第二侧。在一些实施例中，多个输入端子在数目上大于多个输出端子。电路封装可以包括耦合到开关组件的多个输出端子中的每一个输出端子的单个低噪声放大器。

在各种实施例中，电路封装还包括耦合到多个输出端子的第一子集的低带低噪声放大器和耦合到多个输出端子的第二子集的中带低噪声放大器。在这样的实施例中，电路封装还可以包括耦合到多个输出端子的第三子集的高带低噪声放大器。低带低噪声放大器、中带低噪声放大器和高带低噪声放大器的输出可以一起复用并且供给电路封装的单个输出。

根据各种实施例，一种无线通信设备包括印刷电路板（PCB）、附接到PCB的开关组件、附接到PCB的多个低噪声放大器以及耦合到开关组件的多个输入中的输入的滤波器。多个低噪声放大器中的每一个低噪声放大器耦合到开关组件的多个输出中的输出。开关组件包括多个输入、多个输出和耦合在开关组件的多个输入中的每一个输入与多个输出中的两个输出之间的多个开关。在这样的实施例中，多个开关中的每一个相应开关被选择性地编程以将输入耦合到输出或与输出去耦合。

在各种实施例中，多个开关包括耦合在多个输入中的每一个单独输入与多个输出中的每一个输出之间的开关。在一些实施例中，多个低噪声放大器的输出的子集一起耦合在输出线路处。无线通信设备还可以包括附接到PCB的应用处理器。在这样的实施例中，输出线路通过同轴线缆耦合到应用处理器。在一些实施例中，多个低噪声放大器的每一个输出可以一起耦合在输出线路处。

在各种实施例中，无线通信设备还包括多个滤波器。开关组件的多个输入中的每一个输入耦合到多个滤波器中的滤波器。多个低噪声放大器可以包括低带低噪声放大器、中带低噪声放大器和高带低噪声放大器。在一些实施例中，多个低噪声放大器仅包括低带低噪声放大器和中带低噪声放大器。无线通信还可以包括附接到PCB的放大器封装。放大器封装包括开关组件和多个低噪声放大器。在一些实施例中，多个输入布置在开关组件的第一侧上并且多个输出布置在开关组件的附加侧上。第一侧可以包括第一、第二和第三侧并且附加侧可以包括第四侧。

根据各种实施例，公开了一种操作开关组件的方法。开关组件包括通过耦合在多个输入线路与多个低噪声放大器之间的多个开关耦合到多个低噪声放大器的多个输入线路。多个输入线路中的每一个输入线路通过多个开关中的开关耦合到多个低噪声放大器中的每一个低噪声放大器。方法包括对多个开关中的开关的子集进行编程以形成将每一个输入线路耦合到多个低噪声放大器中的第一低噪声放大器的导通路径，接收多个输入线路中的输入线路处的射频（RF）信号，以及基于所接收的RF信号驱动多个低噪声放大器中的低噪声放大器的输入处的RF信号。在这样的实施例中，RF信号通过导通路径驱动。

在各种实施例中，对开关的子集进行编程包括对多个开关中的开关的子集进行编程以形成将输入线路的第一子集耦合到多个低噪声放大器中的第一低噪声放大器并且将输入线路的第二子集耦合到多个低噪声放大器中的第二低噪声放大器的导通路径。输入线路的第一子集和输入线路的第二子集每一个可以包括多个输入线路。对开关的子集进行编程可以包括物理写入熔断器。在一些实施例中，方法还包括同时接收多个输入线路的子集处的多个RF信号并且基于在多个输入线路的子集处同时接收到的多个RF信号驱动多个低噪声放大器中的所述低噪声放大器的输入处的聚合RF信号。

各种实施例的优点可以包括无线信号线路与LNA之间的简单耦合、减少的重设计、减少的布局时间、减少的唯一引脚输出生成、增加的产品灵活性和可以放置在不同系统中而没有修改的简单可互换开关网络。

虽然已经参考说明性实施例描述了本发明，但是这种描述不意图以限制性的意义来解释。当参考说明书时，说明性实施例的各种修改和组合以及本发明的其他实施例对本领域技术人员而言将是明显的。因此意图在于随附权利要求涵盖任何这样的修改或实施例。