射频前端发射方法及发射模块、芯片和通信终端

摘要

本发明公开了一种射频前端发射方法及发射模块、芯片和通信终端。该射频前端发射方法中，将至少一条发射通路的输出匹配电路连接到切换单元，并通过切换单元连接到射频发射路径；将另外至少一条发射通路的输出匹配电路直接连接到射频发射路径。本发明可以根据不同模式下的不同频段选择与其匹配的发射通路，通过控制单元控制相应的放大单元与切换单元的导通与关闭，实现对不同模式不同频段的射频信号的输出，从而提高射频前端发射模块的效率，并降低射频信号在发射通路上的损耗。

说明书

技术领域

本发明涉及一种射频前端发射方法及发射模块，同时也涉及采用该射频前端发射模块的集成电路芯片及通信终端，属于无线通信技术领域。

背景技术

随着全球科技的不断进步，移动通信技术也从2G经过3G，逐渐演进到4G的时代。目前，4G_LTE频段数量比较多，而且分布比较零散。各种移动通信技术所使用的频段及模式都有所不同，对制作新一代移动通信设备的厂商来说，需要设计出可使用多种频段及模式的通信装置。

射频前端模块是目前移动终端里无法被收发器集成的一个重要射频元件。在射频前端模块中，通过功率放大器将调制后的射频信号放大到一定的功率值。再将放大后的射频信号通过天线发送出去。

在申请号为201310447527.4的中国专利申请中，公开了一种射频前端模块，包括功率放大器、第一单刀M掷开关和N种频段匹配电路。该射频前端模块在采用一个功率放大器的情形下实现在各个频段之间的自动切换，降低了支持多模式多频段的射频前端模块的设计复杂性，节省了移动终端内部电路的布板空间。但是，由于不同模式下的不同频段的射频信号具有不同的要求，该射频前端模块在将不同模式下的不同频段的射频信号进行输出的过程中，很容易使射频信号损耗，而且无法保证该射频前端模块的工作电流、线性度以及输出功率的稳定性。

发明内容

本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种射频前端发射方法。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种射频前端发射模块。

本发明所要解决的又一技术问题在于提供一种采用该射频前端发射模块的集成电路芯片及相应的通信终端。

为实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，提供一种射频前端发射方法，用在包括切换单元和至少两条发射通路的射频前端中，包括如下步骤：

将至少一条发射通路的输出匹配电路连接到所述切换单元，并通过所述切换单元连接到射频发射路径；

将另外至少一条发射通路的输出匹配电路直接连接到射频发射路径。

其中较优地，所述切换单元及各发射通路中的放大单元受到控制单元控制。

其中较优地，至少一条发射通路用于宽带通信，另外至少一条发射通路用于窄带通信。

其中较优地，所述控制单元根据输入射频信号的不同要求，控制与所述射频信号相匹配的发射通路处于导通状态，同时控制余下所有发射通路处于关闭状态。

其中较优地，所述控制单元分别与每一条发射通路中的放大单元相连，控制所述放大单元处于导通或关闭状态。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种射频前端发射模块，包括切换单元和至少两条发射通路；其中，

至少一条发射通路的输出匹配电路连接到切换单元，并通过所述切换单元连接到射频发射路径；另外至少一条发射通路的输出匹配电路直接连接到射频发射路径。

其中较优地，所述射频前端发射模块还包括控制单元；所述切换单元及各发射通路中的放大单元受到所述控制单元控制。

其中较优地，所述控制单元根据输入射频信号的不同要求，控制与所述射频信号相匹配的发射通路处于导通状态，同时控制余下所有发射通路处于关闭状态。

其中较优地，至少一条发射通路用于宽带通信，另外至少一条发射通路用于窄带通信。

其中较优地，用于宽带通信的发射通路包括第一放大单元、第一输出匹配电路、第一切换单元，所述放大单元的输出端通过第一输出匹配电路与第一切换单元相连。

其中较优地，所述第一切换单元包括至少一个公共端，其中，有一个公共端与所述第一输出匹配电路相连。

其中较优地，所述第一切换单元的输出端与对应的多个射频发射路径相连。

其中较优地，所述第一切换单元的输出端与对应的多个射频接收路径相连。

其中较优地，用于窄带通信的发射通路包括第二放大单元、第二输出匹配电路，所述第二放大单元的输出端与所述第二输出匹配电路相连。

其中较优地，所述控制单元分别与每一条发射通路中的放大单元相连，控制所述放大单元处于导通或关闭状态。

其中较优地，每一条发射通路中的放大单元的输入端与同一个输入匹配电路或多个对应的输入匹配电路相连。

其中较优地，所述同一个输入匹配电路与第二切换单元或至少一个射频信号输入端相连。

其中较优地，所述第二切换单元的输入端与多个对应的射频信号输入端相连。

其中较优地，所述控制单元分别与第一切换单元、第二切换单元相连，通过所述控制单元控制第一切换单元、第二切换单元处于导通或关闭状态，所述控制单元控制第一切换单元选择相应的射频发射路径发射射频信号，所述控制单元还控制第二切换单元选择相应的射频信号输入端接收射频信号。

其中较优地，所述放大单元由一级或多级放大电路组成，相邻两级放大电路通过级间匹配电路连接。

根据本发明实施例的第三方面，提供一种集成电路芯片，所述集成电路芯片中包括上述的射频前端发射模块。

根据本发明实施例的第四方面，提供一种通信终端，所述通信终端中包括上述的射频前端发射模块。

本发明所提供的射频前端发射方法及发射模块，可以根据不同模式下的不同频段选择与其匹配的发射通路，通过控制单元控制相应的放大单元与切换单元的导通与关闭，实现对不同模式不同频段的射频信号的输出，从而提高了该射频前端发射模块的工作效率，并降低了射频信号在发射通路上的损耗。

附图说明

图1为现有技术中，一种多模多频前端模块的原理框图；

图2为本发明的实施例1中，射频前端发射模块的原理框图；

图3为本发明的实施例2中，射频前端发射模块的原理框图；

图4为本发明的实施例3中，射频前端发射模块的原理框图；

图5为本发明的实施例4中，射频前端发射模块的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容做进一步的详细说明。

首先需要说明的是，在本发明的各个实施例中，所涉及的通信终端指可以在移动环境中使用，支持GSM、EDGE、TD_SCDMA、TDD_LTE，FDD_LTE等多种通信制式的计算机设备，包括移动电话、笔记本电脑、平板电脑、车载电脑等。

图1所示为现有的多模多频前端模块的原理框图。如图1所示，该多模多频前端模块包括输入匹配电路101、放大单元102、输出匹配电路103、切换单元104以及控制单元100。其中，射频信号输入端与放大单元102的输入端之间设有输入匹配电路101，放大单元102的输出端与切换单元104的公共连接端之间设有输出匹配电路103，切换单元104的输出端与多个射频发射路径相连，控制单元100分别与放大单元102和切换单元104相连。控制单元用以控制放大单元102与切换单元104，例如控制单元100可以向放大单元102提供电源电压或偏置电压。

在本发明中，放大单元由一级或多级放大电路组成，相邻两级放大电路通过级间匹配电路连接。实际应用时，放大单元102经常设计成指定频段上的一个宽带放大器，比如该宽带放大器覆盖2300～2700MHz范围内的频段，该频率范围内包含了TDD_LTE(时分双工)模式下的多个频段，多个频段分别为TDD_LTE的B40频段(2300～2400MHz)、B41频段(2496～2690MHz)与B38频段(2570～2620MHz),同时还包含了FDD_LTE(频分双工)模式下的B7频段(2496～2570MHz)。输入匹配电路101和输出匹配电路103设计成与放大单元102对应的频率范围。由于为了达到宽带的要求，输出匹配电路的Q(品质因数)值不能太高，因此会导致射频信号在经过输出匹配电路103后会产生较大的损耗。另一方面，宽带环境下的放大单元的性能也会比窄带环境下的放大单元要差一些，切换单元也会对射频信号造成损耗，且随着频率的增高，寄生效应越突出，造成的损耗也越大。这些因素都将影响该多模多频前端装置输出的功率，效率以及线性度，例如，当工作在FDD_LTE(频分双工)模式下的B7频段(2496～2570MHz)的情况下，该多模多频前端装置的工作电流明显增大，对应的发热严重，线性度和输出功率都有明显恶化。

为此，本发明首先提供了一种射频前端发射方法，用在包括切换单元和至少两条发射通路的射频前端中，包括如下步骤：将至少一条发射通路的输出匹配电路连接到切换单元，并通过切换单元连接到射频发射路径；将另外至少一条发射通路的输出匹配电路直接连接到射频发射路径。其中较优地，由控制单元根据输入射频信号的不同要求，控制与所述射频信号相匹配的发射通路处于导通状态，同时控制余下所有发射通路处于关闭状态。这里，至少一条发射通路用于宽带通信，另外至少一条发射通路用于窄带通信。关于该射频前端发射方法的一些技术细节，将在后文中结合相应的射频前端发射模块进行进一步的说明。

接下来，在本发明所提供的实施例1中提供了一种射频前端发射模块。如图2所示，该射频前端发射模块包括输入匹配电路201、第一放大单元202、第二放大单元205、第一输出匹配电路203、第二输出匹配电路206、切换单元204以及控制单元200。射频信号输入端R通过输入匹配电路201分别与第一放大单元202和第二放大单元205的输入端相连，第一放大单元202的输出端与切换单元204的公共连接端之间设有第一输出匹配电路203，切换单元204的输出端与多个射频发射路径(A1～An)相连。这里的n表示正整数，下同。第二放大单元205的输出端与射频发射路径B之间设有第二输出匹配电路206。控制单元200分别与第一放大单元202、第二放大单元205和切换单元204相连。从射频信号输入端R到射频发射路径B由于不存在切换单元204，该发射通路损耗明显会比从射频信号输入端R到射频发射路径(A1～An)发射通路的损耗低。另一方面，输出匹配电路206根据需求可以设计成窄带的输出匹配电路(电路中至少有一个Q值很高)，Q(品质因数)值可以得到改善，从而降低该第二输出匹配电路所在的发射通路的损耗。还有，第二放大单元205也可优化在指定的窄带的频段范围内，从而提高第二放大单元205所在的发射通路的性能。

下面仍以2300～2700MHz范围内的频段为例对实施例1所提供的射频前端发射模块做进一步的说明。由于FDD_LTE模式的上下行在不同频段同时进行，工作电流比较大，对频谱资源的要求也比较高。所以，FDD_LTE模式下的B7频段(2496～2570MHz)的射频信号可以选择从射频信号输入端R进入输入匹配电路201，通过控制单元200控制第二放大单元205进入工作状态，该射频信号通过输入匹配电路201进入第二放大单元205进行放大，放大后的射频信号再通过输出匹配电路206传送至射频发射路径B进行输出。同时，控制单元200控制第一放大单元202处于关闭状态(无法工作状态)，该控制单元200也控制切第一换单元204处于关闭状态(无法进行多个射频发射路径之间的切换)，使射频信号无法通过射频发射路径(A1～An)进行输出。由于TDD_LTE模式的上下行在同一频段进行，工作电流比较小，发热也不严重，所以，TDD_LTE模式下的B40频段(2300～2400MHz)、B41频段(2496～2690MHz)与B38频段(2570～2620MHz)的射频信号可以选择从射频信号输入端R进入输入匹配电路201，通过控制单元200控制第一放大单元202进入工作状态，该射频信号通过输入匹配电路201进入第一放大单元202进行放大，放大后的射频信号再通过第一输出匹配电路203传送至切换单元204，通过控制单元200控制切换单元204处于导通(切换单元204内的开关置于打开位置)状态，同时控制单元200控制第二放大单元205关闭状态(无法工作状态)，从多个射频发射路径(A1～An)之中指定相应射频发射路径将射频信号进行输出。该射频前端发射模块可以根据不同模式下的不同频段选择与其匹配的发射通路，通过控制单元控制相应的放大单元与切换单元的导通与关闭，实现对不同模式不同频段的射频信号的输出，从而提高该射频前端发射模块的效率。

另一方面，在本发明所提供的实施例2中也提供了一种射频前端发射模块。如图3所示，该射频前端发射模块包括第一切换单元304、第二切换单元307、输入匹配电路301、发射通路P(用于窄带通信)、发射通路P＇(用于宽带通信)以及控制单元300。其中发射通路P包括第二放大单元305、第二输出匹配电路306,第二放大单元305通过第二输出匹配电路306与射频发射路径N相连。该发射通路P具有能优化在指定的窄带频段范围内的射频发射路径。发射通路P＇包括第一放大单元302、第一输出匹配电路303、第一切换单元304，第一放大单元302与第一切换单元304的公共端之间设有第一输出匹配电路303，第一切换单元304的输出端与多个射频发射路径(A1～An)相连。多个射频信号输入端(R1～Rn)对应连接第二切换单元307的多个输入端，第二切换单元307的公共端通过输入匹配电路301分别与多个放大单元(发射通路P与P＇中的放大单元)的输入端相连。控制单元300分别与发射通路P＇中的第一切换单元304、第二切换单元307、多个放大单元(发射通路P与P＇中的放大单元)相连。根据需求，该射频前端发射模块还可以具有多条发射通路P，也就是将第二切换单元307的公共端通过输入匹配电路301与多条发射通路P中的放大单元的输入端相连，多条发射通路P分别优化在指定的频段。通过控制单元300控制相应的切换单元、放大单元处于导通或关闭状态，使得其中的一个放大单元处于工作状态，其他放大单元处于不工作状态，并且其他处于不工作状态的放大单元呈现高阻抗，从而不影响处于工作状态的放大单元的正常工作。即该射频前端发射模块的其中一条发射通路处于工作状态，其他发射通路处于关闭状态，且其他发射通路不会对处于工作状态的发射通路产生任何影响。

同样仍以2300～2700MHz范围内的频段为例对实施例2所提供的射频前端发射模块做进一步的说明。根据FDD_LTE模式下的B7频段(2496MHz～2570MHz)或者TDD_LTE模式下的B40频段(2300MHz～2400MHz)、B41频段(2496MHz～2690MHz)与B38频段(2570MHz～2620MHz)的射频信号中的任意一种射频信号的输出要求，通过控制单元300控制第二切换单元307处于导通状态，并选择与所要输入的射频信号相匹配的输入端。然后将该输入信号通过输入匹配电路301传送至相应的发射通路进行放大后输出。具体工作过程同实施例1所述，在此不再赘述。该射频前端发射模块同样可以根据不同模式下的不同频段选择与其匹配的发射通路，通过控制单元控制相应的放大单元与切换单元的导通与关闭，实现对不同模式不同频段的射频信号的输出，从而提高该射频前端发射模块的效率。并且，该射频前端发射模块可以根据具体的需求，具有多条单独优化在窄带频段的射频发射路径(射频发射路径位于发射通路P)，通过扩展射频信号输入端的数量，并通过切换单元使多个射频信号输入端之间能够进行任意切换，使该射频前端发射模块具有更高的灵活度。

在本发明所提供的实施例3中也提供了一种射频前端发射模块，如图4所示，该射频前端发射模块包括至少一条发射通路P1(用于宽带通信)与发射通路P2(用于窄带通信)。其中，发射通路P1包括射频信号输入端R1、输入匹配电路401、第一放大单元402、第一输出匹配电路403、切换单元404、多个射频发射路径(A1～An)，射频信号输入端R1通过输入匹配电路401与第一放大单元402的输入端相连，第一放大单元402的输出端通过第一输出匹配电路与切换单元404的公共端相连，切换单元404与多个射频发射路径(A1～An)相连。发射通路P2包括射频信号输入端Rn、输入匹配电路407、第二放大单元405、第二输出匹配电路406、射频发射路径N，射频信号输入端Rn通过输入匹配电路407与第二放大单元405的输入端相连，第二放大单元405的输出端与射频发射路径N相连。控制单元400分别与每条发射通路中的放大单元、切换单元相连。

在实际应用中，对于工作频率、工作模式相差不大的频段，例如TDD_LTE模式下的B40频段(2300MHz～2400MHz)、B41频段(2496MHz～2690MHz)与B38频段(2570MHz～2620MHz)的射频信号可以选择P1类型的发射通路，发射通路P1具有较高的集成度和灵活性。对于对性能有较高要求的频段，例如FDD_LTE模式下的B7频段(2496MHz～2570MHz)的射频信号可以选择P2类型的发射通路，可以最大程度上减小对所输入的射频信号的损耗，优化射频前端发射模块的性能。该射频前端发射模块的工作过程同上所述，在此不再赘述。该射频前端发射模块同样可以根据不同模式下的不同频段选择与其匹配的发射通路，通过控制单元控制相应的放大单元与切换单元的导通与关闭，实现对不同模式不同频段的射频信号的输出，从而提高该射频前端发射模块的效率。

在本发明所提供的实施例4中也提供了一种射频前端发射模块。如图5所示，该射频前端发射模块包括切换单元507、输入匹配电路501、至少一条发射通路P3与发射通路P4、控制单元500。其中，发射通路P3包括第一放大单元502、第一输出匹配电路503、切换单元504，切换单元504包括至少两个公共端，下面以图5所提供的切换单元504为例做进一步的说明，该切换单元504设有两个公共端C1与C2。第一放大单元502通过第一输出匹配电路503与切换单元504的公共端C2相连，切换单元504的公共端C1与基带处理器相连，切换单元504的输出端通过多个开关(S1～Sn)与多个射频发射路径(A1～An)相连。多个射频发射路径(A1～An)通过滤波器模块与天线相连。根据实际功能的不同，上述射频发射路径(A1～An)也可以作为射频接收路径使用。当输入的射频信号需要放大并通过天线发射时，控制单元500控制切换单元504内的开关(S1～Sn)与切换单元504公共端C2相连，此时，输入的射频信号经过第一放大单元502进行放大后，再经过第一输出匹配电路503传输至切换单元504相应的射频发射路径(A1～An)，通过射频发射路径(A1～An)再传输给天线进行发射。当射频信号从天线接收并传输给基带处理器时，控制单元500控制切换单元504内的开关(S1～Sn)与切换单元504公共端C1相连，此时由天线接收到的射频信号会通过射频接收路径(A1～An)与切换单元504内的开关(S1～Sn)到达切换单元504的公共端C1，进而传输至基带处理器做进一步处理，在这个过程中，控制单元500控制所有的放大单元处于关闭状态，并且还控制切换单元504的公共端C2到多个射频发射路径/射频接收路径(A1～An)也截止，也就是使所有的放大单元以及切换单元504的公共端C2到多个射频发射路径/射频接收路径(A1～An)呈现高阻抗。发射通路P4包括第二放大单元505、第二输出匹配电路506、射频发射路径M，该发射通路P4的结构与实施例2中的发射通路P的结构相同，在此不再赘述。该射频前端发射模块结构中的切换单元507、输入匹配电路501、至少两条发射通路P3与发射通路P4、控制单元500之间的连接关系同实施例2所述，在此也不再赘述。该射频前端发射模块同样可以根据不同模式下的不同频段选择与其匹配的发射通路，通过控制单元控制相应的放大单元与切换单元的导通与关闭，实现对不同模式不同频段的射频信号的输出，从而提高该射频前端发射模块的效率。并且该射频前端发射模块通过扩展射频信号输入端的数量，并通过切换单元使多个射频信号输入端之间能够进行任意切换，使该射频前端发射模块具有更高的灵活度的同时还节省了外部元器件的成本。

上述实施例中所示出的射频前端发射模块可以被用在集成电路芯片(例如无线收发芯片)中。对该集成电路芯片中的射频前端发射模块结构，在此就不再一一详述了。

上述实施例中所示出的射频前端发射模块也可以被用在通信终端中，作为无线收发器电路的重要组成部分。这里所说的通信终端指可以在移动环境中使用，支持GSM、EDGE、TD_SCDMA、TDD_LTE、FDD_LTE等多种通信制式的计算机设备，包括但不限于移动电话、笔记本电脑、平板电脑、车载电脑等。此外，该射频前端发射模块也适用于其他无线收发器电路应用的场合，例如兼容多种通信制式的通信基站等，在此就不一一详述了。

以上对本发明所提供的射频前端发射方法及发射模块、芯片和通信终端进行了详细的说明。对本领域的普通技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将属于本发明专利权的保护范围。