以开关控制的差动收发机的共埠架构及其差动收发机

摘要

本发明公开一种以开关控制的差动收发机的共埠架构及其差动收发机，包括发射机输出级、发射机匹配电路、接收机输入级、开关电路、接收机匹配电路、差动单端转换器和信号输入输出端口，至少一个动态控制的开关以适配接收机与发射机的操作需求。差动设计的发射机和接收机，可达到输出大功率以及降低共模噪声干扰，增加接收机对共模噪声的阻绝能力。发射机及接收机共用差动单端转换器可进一步节省芯片面积，再搭配动态开关切换以达到：发射机匹配电路使用串联电容以调整阻抗、接收机匹配电路使用并联电感以调整阻抗，动态调整开关设置于接收机端，发射机发射信号时可保护接收机电路，同时改善收发机之间的互为负载效应。

说明书

技术领域

本发明涉及芯片的信号处理技术领域，更具体地，涉及一种以开关控制的差动收发机的共埠架构及其差动收发机。

背景技术

传统收发机电路中，使用差动技术(Differential)具有许多好处：以发射机来说，如图1a所示，一般来说，晶体管可承受的电压峰值有限，为了提升输出功率只能不断提升输出电流，进而造成负载阻抗降低，当阻抗降得太低会导致匹配困难，此时使用差动架构可在维持相同信号电流的情形下直接增加输出电压，在提升输出功率同时还增加负载阻抗，进一步降低匹配难度。以接收机来说，如图1b所示，接收机面对环境中存在的各种干扰，若采取差动形式的设计，这些环境干扰噪声在差动输入端则常以共模噪声(Common-modeNoise)的形式出现，而良好的差动设计不仅可消除共模噪声，又能保持输入信号不受影响。

当收发机采用差动架构时，由于系统端最终通常只用一个天线端口，而天线端口又是单端信号，因此，必须经过多级的电路处理，如图2所示，这些电路包含收发机各自的匹配电路，将发射机与接收机电路结合的多工器，以及最后的差动单端转换器。传统上这些电路元件都配置于印刷电路板上，并使用表面贴装元件工艺(SMD,Surface Mount Device)来实现，好处是弹性较大，可不断尝试SMD元件搭配以达到理想中的特性，然而，使用过多SMD元件不但增加成本，同时也会增加印刷电路板的面积，因此，近年来渐渐往芯片内部整合输入输出电路的趋势来发展。

将输入输出电路收进芯片内，发射机与接收机采用差动结构也有许多电性上的好处，发射机可增加输出功率，接收机可增进抗噪声能力。如果收发机均使用差动架构，为了节省面积，收发机常共用一组差动单端转换器，差动结构的收发机还需要差动单端转换器将信号转为单端形式，这样的结构使得发射机与接收机之间的负载效应会大幅提高，提升设计难度，尤其发射机与接收机需要的阻抗通常落差很大，匹配难度也相应提升。如图3所示，发射机由于输出大功率信号，需求的阻抗通常较低；接收机考虑耗电与低噪声需求，需求的阻抗通常较高。两者需求的阻抗通常落差颇大，彼此间的负载效应会显著增加匹配难度。另外，也必须考虑发射机大信号输出时，过大的电压甩动可能损坏接收机的前级电路。在此前提下，寻求一个可实现的架构殊为必要。

发明内容

本发明为了解决差动收发机将前端匹配电路收进芯片内会遇到的诸多问题，本发明提出一个整体架构，包含收发机匹配电路、动态调整开关以及差动单端转换器，可解决收发机在匹配上的困难，降低发射机发射信号时可能损害接收机的潜在风险，同时又节省芯片面积。提供一种以开关控制的差动收发机的共埠架构及其差动收发机。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：根据本发明的第一方面，提供一种以开关控制的差动收发机的共埠架构，包括：发射机输出级、发射机匹配电路、接收机输入级、开关电路、接收机匹配电路、差动单端转换器和信号输入输出端口，所述差动单端转换器与所述信号输入输出端口连接；

所述发射机输出级、所述发射机匹配电路和所述差动单端转换器和所述信号输入输出端口依次连接；

所述接收机输入级、所述开关电路、所述接收机匹配电路所述差动单端转换器和所述信号输入输出端口依次连接。

优选地，所述发射机匹配电路包括串联的第一匹配电容和第二匹配电容，所述第一匹配电容的一端和所述第二匹配电容的一端连接且接地；所述第一匹配电容的另一端与所述发射机输出级的输出正端连接；所述第二匹配电容的另一端与所述发射机输出级的输出负端连接。

优选地，所述接收机匹配电路包括并联的第一匹配电感和第二匹配电感；所述第一匹配电感的一端与所述开关电路连接；所述第二匹配电感的一端与所述开关电路连接。

优选地，所述差动单端转换器为线圈型差动单端转换器；所述差动单端转换器包括原边的第一组线圈和次边的第二组线圈；

所述第一组线圈设有第一正端端口、第一负端端口和电压可动态配置的第一中间抽头；所述第一中间抽头连接有直流电源；所述第一正端端口与所述第一匹配电容的另一端及所述发射机输出级的输出正端、以及与所述第一匹配电感的另一端连接；所述第一负端端口与所述第二匹配电容的另一端及所述发射机输出级的输出负端、以及与所述第二匹配电感的另一端连接；

所述第二组线圈设有单边信号端口和接地端口，所述接地端口接地；所述单边信号端口与所述信号输入输出端口连接，进而将差分信号和单端信号进行转换。

优选地，所述开关电路为可动态切换的开关。

优选地，所述开关电路包括并联的第一开关和第二开关；所述第一开关的两端分别与所述接收机输入级的输入正端及第一匹配电感的一端连接；所述第二开关的两端分别与所述接收机输入级的输入负端及第二匹配电感的一端连接。

优选地，所述开关电路包括第三开关；所述第三开关的一端与所述接收机输入级的输入正端及所述第一匹配电感的一端均连接；所述第三开关的另一端与所述接收机输入级的输入负端及所述第二匹配电感的一端连接。

优选地，所述开关电路包括第四开关、第五开关和第六开关；所述第四开关的一端与所述接收机输入级的输入正端连接、另一端与所述第一匹配电感的一端连接；所述第五开关的一端与所述接收机输入级的输入负端连接、另一端与所述第二匹配电感的一端连接；所述第六开关的一端与所述第四开关的另一端及所述第一匹配电感的一端均连接、另一端与所述第五开关的另一端及所述第二匹配电感的一端均连接。

优选地，所述发射机输出级的一端与发射机连接，所述发射机输出级为功率放大器；所述接收机输入级的一端与接收机连接，所述接收机输入级为低噪声放大器。

本发明还提供一种差动收发机，包括上文所述的以开关控制的差动收发机的共埠架构。

实施本发明以开关控制的差动收发机的共埠架构的技术方案，具有如下优点或有益效果：本发明差动收发机的共埠架构及其差动收发机，包含发射机输出级及其发射机匹配电路、接收机输入级及其接收机匹配电路，该两个电路共用差动单端切换器连接至信号输入输出端口，及至少一个动态控制的开关以适配接收机与发射机的操作需求。差动设计的发射机和接收机，可达到输出大功率以及降低共模噪声干扰，增加接收机对共模噪声的阻绝能力。发射机及接收机共用差动单端转换器可进一步节省芯片面积，再搭配动态开关切换以达到：发射机匹配电路使用串联电容以调整阻抗、接收机匹配电路使用并联电感以调整阻抗，动态调整开关设置于接收机端，发射机发射信号时可保护接收机电路，同时改善收发机之间的互为负载效应。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，附图中：

图1a是现有技术发射机之功率放大器的示意图；

图1b是现有技术接收机之低噪声放大器的示意图；

图2是现有技术差动收发机的共埠架构的示意图；

图3是现有技术在IC内部的差动收发机电路示意图；

图4是本发明实施例差动收发机的共埠架构的模块示意图；

图5是本发明实施例差动收发机的共埠架构的电路示意图；

图6a是本发明实施例开关电路的结构示意图；

图6b是本发明实施例开关电路的串联结构示意图；

图6c是本发明实施例开关电路的并联结构示意图；

图6d是本发明实施例开关电路的串并联结构示意图；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下文将要描述的各种示例性实施例将要参考相应的附图，这些附图构成了示例性实施例的一部分，其中描述了实现本发明可能采用的各种示例性实施例，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。应明白，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明公开的一些方面相一致的装置和方法的例子，还可使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本发明的范围和实质。在其他情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电性连接或可以相互通信连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。术语“第一”、“第二”、“第三”……等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定的“第一”、“第二”、“第三”……的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。

目前，现有收发机包括发射机和接收机，为节省芯片的面积，发射机和接收机通常共用差动单端转换器，共用差动单端转换器的代价就是收发机之间的负载效应会显著增加，匹配难度也相应提升，其原因在于发射机输出大功率信号，需求的阻抗通常较低，而接收机考虑耗电与低噪声的因素，需求的阻抗通常较高，两者的阻抗通常落差颇大。另外，当发射机大信号输出时，过大的电压甩动可能损坏接收机的前级电路。现有技术发射机和接收机分别设置了信号输入输出端口，增加了封装针脚数目，导致芯片较为复杂，不利于产品规划和使用。

为了解决差动收发机将前端匹配电路收进芯片内会遇到的诸多问题，本发明提出一个整体架构，包含收发机匹配电路、动态调整开关以及差动单端转换器，可解决收发机在匹配上的困难，降低发射机发射信号时可能损害接收机的潜在风险，同时又节省芯片面积。为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一：

如图4所示，本发明提供一种差动收发机的共埠架构实施例，包括：发射机输出级20、发射机匹配电路30、接收机输入级40、接收机匹配电路60、差动单端转换器10和信号输入输出端口70。具体的，所述发射机输出级20的一端与发射机连接，所述发射机输出级20优选为功率放大器；所述接收机输入级40的一端与接收机连接，发射机与接收机均为差动架构，所述接收机输入级40优选为低噪声放大器。

如图4所示，本发明差动收发机的共埠架构实施例，所述发射机输出级20、所述发射机匹配电路30、所述差动单端转换器10和所述信号输入输出端口70依次连接；所述接收机输入级40、所述接收机匹配电路60、所述差动单端转换器10和所述信号输入输出端口70依次连接。由于发射机倾向于低阻抗，在发射机的输出端使用一组并联到地的电容，作为发射机的阻抗匹配使用；而接收机的输入端，由于接收机倾向较高的输入阻抗，必须使用一组串联的电感作为匹配电路。

如图5所示，所述发射机匹配电路30包括串联的第一匹配电容31和第二匹配电容32，所述第一匹配电容31的一端和所述第二匹配电容32的一端连接且接地；即串联的匹配电容可以使用开关切换来改变电容大小，进而改变阻抗大小。具体的，所述第一匹配电容31的另一端与所述发射机输出级20的输出正端21连接；所述第二匹配电容32的另一端与所述发射机输出级20的输出负端22连接。所述接收机匹配电路60包括并联的第一匹配电感61和第二匹配电感62；所述第一匹配电感61的一端与所述开关电路50连接；所述第二匹配电感62的一端与所述开关电路50连接。

如图5所示，所述差动单端转换器10为线圈型差动单端转换器；所述差动单端转换器10包括原边的第一组线圈110和次边的第二组线圈120；具体的，所述第一组线圈110设有第一正端端口111、第一负端端口112和电压可动态配置的第一中间抽头113，所述第一中间抽头113连接有直流电源200；所述第一中间抽头113为提供电源给接收机，该电源可根据需要由芯片内部电路定义或由电路板端口提供，通常电源电压越高越有助于发射机的特性。具体的，发射机的直流偏压透过第一组线圈110的第一中间抽头113(center-tap)供给，进而直接透过线圈设定发射机的输出的偏压点。

具体的，所述第一正端端口111与所述第一匹配电容31的另一端、所述发射机输出级20的输出正端21以及与所述第一匹配电感61的另一端连接；所述第一负端端口112与所述第二匹配电容32的另一端、所述发射机输出级20的输出负端22以及与所述第二匹配电感62的另一端连接；所述第二组线圈120设有单边信号端口121和接地端口122，所述接地端口122接地；所述单边信号端口121与所述信号输入输出端口70连接，进而将差分信号和单端信号进行转换。

具体的，所述接收机匹配电路60包括并联的第一匹配电感61和第二匹配电感62；其中，所述第一匹配电感61的两端分别与开关电路50(的开关正端)及第一组线圈110的第一正端端口111连接；所述第二匹配电感62的两端分别与开关电路50(的开关负端)及第一组线圈110的第一负端端口112连接。

在本实施例中，还包括开关电路50，所述开关电路50为可动态切换的开关，具体可以直接给予高电位或低电位就能进行开关电路的切换。根据系统处于发射机模式或是接收机模式进行开关控制。所述开关电路50连接于所述接收机输入级40及所述接收机匹配电路60之间。具体的，并联电感之后为该开关电路50，该开关电路50如果为：(1)串联开关，则开关关闭时，电感为浮接呈现高阻抗，(2)并联开关，则开关打开时，电感为连接到地，何时采用并联开关或是串联开关则应根据实际设计需求来确定。图6a-6d当中已经图示开关的形式。

如图6a-6d所示，所述开关电路50可以为一组串联的开关电路、一组并联的开关电路或一组串并联的开关电路。具体的，当发射机发射信号时，串联开关呈现开路，并联开关呈现短路，如此可保证在接收机输入级的电压摆幅非常小，进而保护接收机电路；同时，接收机的串联的电感等于一组旁路的高阻抗负载，也降低接收机对发射机的负载效应。当接收机接收信号时，串联开关为短路，并联开关为开路，此时，发射机对接收机来说为一组旁路的电容负载，可与接收机的串联电感及线圈型差动单端转换器一起设计，以达到接收机需要的输入阻抗。具体的，动态开关的操作模式为：处于发射机模式时，串联开关为开路，并联开关为短路；处于接收机模式时，串联开关为短路，并联开关为开路。

如图6b所示，所述开关电路50为一组并联的开关电路，所述开关电路50包括并联的第一开关51和第二开关52；具体的，所述第一开关51的正端两端分别与接收机输入级40的输入正端41及第一匹配电感61的一端连接；所述第二开关52的负端两端分别与接收机输入级40的输入负端42及第二匹配电感62的一端连接。

如图6c所示，所述开关电路50为串联的开关电路，所述开关电路50包括第三开关53；具体的，所述第三开关53的一端与接收机输入级40的输入正端41及第一匹配电感61的一端均连接；所述第三开关53的另一端与接收机输入级40的输入负端42及第二匹配电感62的一端连接。

如图6d所示，所述开关电路50为一组串并联的开关电路，所述开关电路50包括第四开关54、第五开关55和第六开关56；具体的，所述第四开关54的一端与接收机输入级40的输入正端41连接、另一端与第一匹配电感61的一端连接；所述第五开关55的一端与接收机输入级40的输入负端42连接、另一端与第二匹配电感62的一端连接；所述第六开关56的一端与第四开关54的另一端及第一匹配电感61的一端均连接、另一端与第五开关55的另一端及第二匹配电感62的一端均连接。

本发明以开关控制的差动收发机的共埠架构及其差动收发机，包含一个发射机输出级及其发射机匹配电路、一个接收机输入级及其接收机匹配电路，该两个电路共用一个差动单端切换器(balun)连接至信号输入输出端口(脚位IO pin或端口IO port)，及至少一个动态控制的开关以适配接收机与发射机的操作需求。差动设计的发射机和接收机，可达到输出大功率以及降低共模噪声干扰，增加接收机对共模噪声(common mode noise)的阻绝能力。发射机及接收机共用一个差动单端转换器可进一步节省芯片面积，再搭配动态开关切换以达到：发射机匹配电路使用串联电容以调整阻抗、接收机匹配电路使用并联电感以调整阻抗，动态调整开关设置于接收机端，发射机发射信号时可保护接收机电路，同时改善收发机之间的互为负载效应。

实施例二：

本发明还提供一种差动收发机实施例，包括实施例一所述的以开关控制的差动收发机的共埠架构。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。