面向时分复用的多模功率放大器模组、芯片及通信终端的制作方法

文档序号:11958992阅读:412来源:国知局
面向时分复用的多模功率放大器模组、芯片及通信终端的制作方法与工艺

本发明涉及一种面向时分复用的多模功率放大器模组,同时也涉及该多模功率放大器模组的控制方法,还涉及包括该多模功率放大器模组的芯片及通信终端,属于无线通信技术领域。



背景技术:

当前,4G LTE已经进入大规模推广阶段。但实现VoLTE的全覆盖即移动宽带语音应用,而让传统的电路交换退出历史舞台,却是个相当长的过程。这是因为一方面,VoLTE涉及较多新技术,需要必要的测试和试验;另一方面,IMS(IP多媒体子系统)的部署和集成需要一定的时间,现有网络的设备也需要逐步升级和改造。

在相当长的一段时间段里,LTE网络本身仍不能提供语音业务,语音部分需要利用3G/2G网络,又因为3G WCDMA/CDMA涉及到高通的专利费用问题,所以平台厂商例如联发科、展讯、联芯科技都推出的是语音部分应用2G的方案。所以2G GSM在4G通信中,在相当长的一段时间内是必不可少的。为此,移动运营商正在大力推广三模和五模的方案,三模主要指GSM/TD_SCDMA/TDD_LTE三种模式,五模主要指GSM/TD_SCDMA/TDD_LTE/WCDMA/FDD_LTE五种模式,不难看出无论是三模还是五模都离不开GSM/EDGE/TD_SCDMA/TDD_LTE几种模式。

在上述几种模式中,TD-SCDMA和TDD-LTE这两种时分复用模式主要用于数据传输,所以耗电问题会比较严重。多模功率放大器模组的功耗又主要集中在功率放大器芯片上。如果能够在这两种时分复用模式下进行功率放大芯片的性能和功耗优化,就可以实现对多模功率放大器模组的性能和功耗的优化。



技术实现要素:

本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种面向时分复用的多模功率放大器模组。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种多模功率放大器模组的控制方法。

本发明所要解决的又一技术问题在于提供一种包括该多模功率放大器模组的芯片及通信终端。

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,提供一种面向时分复用的多模功率放大器模组,包括低频功放通路、高频功放通路、控制电路和收发开关;

所述低频功放通路包括顺序串联的低频输入匹配网络、低频功率放大器和低频输出匹配网络;所述低频输入匹配网络用于接入低频射频信号,实现阻抗匹配;所述低频功率放大器用于实现对所述低频射频信号的放大;所述低频输出匹配网络用于实现低频的阻抗转换,以根据放大后的低频射频信号输出低频输出功率;

所述高频功放通路包括顺序串联的高频输入匹配网络、高频功率放大器和高频输出匹配网络;所述高频输入匹配网络用于接入高频射频信号,实现阻抗匹配;所述高频功率放大器用于实现对所述高频射频信号的放大;所述高频输出匹配网络用于实现高频的阻抗转换,以根据放大后的高频射频信号输出高频输出功率;

所述控制电路在时分复用的工作模式下,根据基带信号的大小,产生不同的偏置信号,用以偏置所述低频功率放大器或高频功率放大器对所接入的低频射频信号或高频射频信号进行放大;所述收发开关根据工作模式选择信号,选择对应的工作模式进行发射或接收。

其中较优地,所述时分复用的工作模式为TD_SCDMA和/或TDD_LTE工作模式。

其中较优地,在所述控制电路中,所述基带信号输入运算放大器的负输入端,所述运算放大器的输出端连接所述晶体管的栅极;

所述晶体管的源极接入控制电源,漏极输出所述偏置信号。

其中较优地,在所述控制电路中,所述基带信号和所述参考电压分别接入多路模拟开关的正输入端和负输入端,所述多路模拟开关的输出端接入运算放大器的负输入端。

其中较优地,所述多路模拟开关至少有两个通路,通路的打开或关断由基带信号和工作模式决定。

其中较优地,在所述控制电路中,所述晶体管的漏极经过第一电阻和第二电阻串联接地,所述第一电阻和所述第二电阻的连接点连接所述运算放大器的正输入端。

其中较优地,在所述控制电路中,在相邻电阻的连接点与所述运算放大器的正输入端之间设置有选通开关,所述选通开关根据所述基带信号或工作模式改变通断状态。

其中较优地,在所述控制电路中,所述晶体管的漏极经过相互串联的多个电阻接地;相邻电阻的连接点连接所述运算放大器的正输入端。

其中较优地,所述低频功放通路至少有一级放大电路,所述高频功放通路至少有一级放大电路。

其中较优地,所述收发开关位于天线端;所述收发开关为SPXT,其中X不小于4。

根据本发明实施例的第二方面,提供一种多模功率放大器模组的控制方法,包括如下步骤:

对低频功放通路提供偏置信号,其大小由基带信号的大小和工作模式决定;

对高频功放通路提供偏置信号,其大小由基带信号的大小和工作模式决定。

其中较优地,所述偏置信号由基带信号和工作模式控制,随基带信号呈线性或接近线性变化。

或者,所述偏置信号由基带信号和工作模式控制,随基带信号呈阶梯状变化.

或者,所述偏置信号由基带信号和工作模式控制,随基带信号呈台阶状线性变化。

根据本发明实施例的第三方面,提供一种具有多模功率放大器模组的芯片,该芯片中包括有上述任意一种面向时分复用的多模功率放大器模组。

根据本发明实施例的第四方面,提供一种具有多模功率放大器模组的通信终端,该通信终端中包括有上述任意一种面向时分复用的多模功率放大器模组。

与现有技术相比较,本发明所提供的多模功率放大器模组、芯片及通信终端,根据通信协议中不同模式下的频段特点,对功放通路进行充分的复用,使得高低频段的不同工作模式可以在控制电路的调整下共用功放通路,并在时分复用模式下让偏置电压或偏置电流随基带信号的变化而实现多个取值,从而简化了功率放大器模组的设计复杂度,降低了相关设计实现的成本。

附图说明

图1是实施例示出的多模功率放大器模组的结构框图;

图2是实施例示出的多模功率放大器模组的电路图;

图3是根据基带信号控制功率放大器偏置信号的实施例一示意图;

图4是实施例一示出的偏置信号Reg和基带信号Vramp之间关系的示意图;

图5是根据基带信号控制功率放大器偏置信号的实施例二示意图;

图6是实施例二示出的偏置信号Reg和基带信号Vramp之间关系的示意图;

图7是根据基带信号控制功率放大器偏置信号的实施例三示意图;

图8为实施例三示出的偏置信号Reg和基带信号Vramp之间关系的示意图。

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等多种通信模式的计算机设备,包括移动电话、笔记本电脑、平板电脑、车载电脑等。此外,该多模功率放大器模组也适用于其他多模技术应用的场合,例如兼容多种通信模式的通信基站等。

如本发明的背景技术所述,无论是三模还是五模方案都包括GSM/TD_SCDMA/TDD_LTE三种模式,又由于LTE网络覆盖的有限性,目前的三模/五模方案中,仍然要求兼容EDGE模式,其中高频GSM中PCS段的频率是1850MHz~1910MHz,TD_SCDMA的频段是1880MHz~1920MHz,2010MHz~2025MHz,TDD_LTE的B39频段是1880MHz~1920MHz,从频率上看这三个模式下的频率是比较接近的,另外GSM和EDGE的频段是完全重合的,这些为电路复用提供了可能性。功率放大器模组在不同模式下工作,对输出功率,增益,线性度和工作电流的要求是不一样的。而功率放大器模组的如上指标是由模组中的功率放大器决定,所以通过对功率放大器的增益网络、集电极电压和偏置电压(电流)在不同模式下的进行优化,可以实现输出功率、增益、电流和线性方面的优化。

其中,在TD_SCDMA和TDD_LTE这两种时分复用模式下,功率放大器芯片应该始终处于线性功率放大状态。当多模功率放大器模组输出功率比较高的情况下,为了保证一定的线性度,功率放大器芯片所需要的偏置电流相对大一些。在这种情况下,需要控制电路提供的偏置信号Reg也相对大一些,这样就实现了多模功率放大器模组性能的优化。而当多模功率放大器模组输出功率比较低时,这时功率放大芯片只需要相对低的偏置电流即可以实现足够的线性度。在这种情况下,如果控制电路提供的偏置信号Reg相对小一些,功率放大器芯片所需要的偏置电流就可以降下来,从而实现多模功率放大器模组降低功耗的目的。

图1是实施例示出的多模功率放大器模组的结构框图。该多模功率放大器模组包括:低频功放通路、高频功放通路、控制电路和收发开关。这里的低频功放通路至少有一级放大电路,高频功放通路也至少有一级放大电路。

其中,低频功放通路包括顺序串联的低频输入匹配网络、低频功率放大器和低频输出匹配网络。低频输入匹配网络,设有低频输入端,用于接入低频射频信号,实现阻抗匹配。低频功率放大器,接入低频输入匹配网络输出的低频射频信号,用于实现对低频射频信号的放大。低频输出匹配网络,用于实现低频的阻抗转换,以根据放大后的低频射频信号输出低频输出功率。

高频功放通路包括顺序串联的高频输入匹配网络、高频功率放大器和高频输出匹配网络。高频输入匹配网络,设有高频输入端,用于接入高频射频信号,实现阻抗匹配。高频功率放大器,接入高频输入匹配网络输出的高频射频信号,用于实现对高频射频信号的放大。高频输出匹配网络,用于实现高频的阻抗转换,以根据放大后的高频射频信号输出高频输出功率。

控制电路为该多模功率放大器模组的核心控制部件。该控制电路设有至少三个输入端,分别用于接入控制电源Vbat、基带信号Vramp和工作模式选择信号。控制电路分别与低频功率放大器和高频功率放大器相连,根据基带信号Vramp和工作模式选择信号,向低频功率放大器或高频功率放大器发送放大器控制信号。通过该控制信号,以控制低频功率放大器或高频功率放大器对所接入的低频射频信号或高频射频信号进行放大和优化。

收发开关与控制电路、低频输出匹配网络和高频输出匹配网络分别连接;收发开关,用于根据工作模式选择信号,选择对应的工作模式进行发射或接收。

上述多模功率放大器模组,根据通信协议中不同模式下的频段特点,对功放通路进行充分的复用,使得高低频段的不同工作模式可以在控制电路的调整下共用功放通路,从而简化了功率放大器模组的设计复杂度,降低了相关设计实现的成本,并且具有简单灵活,易于实现等优点。

图2是实施例示出的多模功率放大器模组的电路原理图。如图2所示,本实施例所示出的多模功率放大器模组,设计工作在GSM、EDGE、TD_SCDMA、TDD_LTE模式下。基于前面的分析,GSM模式和EDGE模式中又分别包括高频模式和低频模式。因此,将该两种模式划分为低频GSM模式、高频GSM模式和低频EDGE模式和高频EDGE模式。

如图2所示,在本实施例中,该多模功率放大器模组其对外引脚包括:109为低频功放通路的低频输入端,用于接入低频GSM/EDGE射频信号。110为控制电路104的控制电源电源接入端,用于接入控制电源Vbat。111为TX_enble接口,用于为控制电路接入TX的使能信号。113/114/115为逻辑信号B0/B1/B2接口,用于为控制电路接入B0/B1/B2逻辑信号。该B0/B1/B2三个逻辑信号和TX的使能信号共同构成了控制电路的工作模式选择信号,一起控制多模功率放大器模组进行工作模式的选择。112为控制电路的基带信号接口,用于接入基带信号Vramp。该基带信号Vramp可以是0~1.8V(或0V~1.6V)的任意值。GSM模式开始工作时,通过设置不同的基带信号Vramp,可以调整功率放大器的输出功率。116为低频功放通路的高频输入端,用于接入高频GSM/EDGE/TD_SCDMA/TDD_LTE射频信号。117为收发开关,位于天线端。118/119/120/121/122/123,对应于TR1、TRX2、TRX3、TRX4、TRX5和TRX6,是六个收发端口,可以用作发射端口也可以用作输出端口。

如图2所示,在本实施例中,该多模功率放大器模组,包括:低频输入匹配网络101,用于接入低频GSM/EDGE射频信号,实现到50Ohm阻抗的匹配。低频功率放大器102,用于实现对所接入低频GSM/EDGE射频信号(824MHz~849MHz;880MHz~915MHz)的放大。低频输出匹配网络103,用于实现低频的阻抗转换,以输出所希望的输出功率。控制电路104,可以采用CMOS实现,这主要是从设计的灵活度和成本才考虑的。该控制电路104主要是根据所述基带信号Vramp和工作模式选择信号,为低频功率放大器103和高频功率放大器106提供放大器控制信号。该放大器控制信号包括:逻辑信号Vmode、偏置信号Reg和/或集电极电压Vcc。同时该控制电路104也为收发开关108提供电源电压和逻辑电压。高频输入匹配网络105,用于接入高频GSM/EDGE信号、TD_SCDMA信号和TDD_LTE信号,以实现到50Ohm的匹配。高频功率放大器106,实现对所接入高频GSM/EDGE射频信号、TD_SCDMA信号和TDD_LTE信号(1710MHz~2025MHz)的放大。高频输出网络107,用于实现高频的阻抗转换,以输出所希望的输出功率。收发开关108,位于天线端,分别连接发射的输出和接收的输入。其中,图2所示实施例中收发开关108为SP8T。该收发开关也可以根据需要扩展为任意SPXT,一般在手机天线端应用,X不小于4。例如3模5频需要的SP8T,5模12频需要的是SP16T,也有些应用是SP10T、SP12T或SP14T的。

如前所述,多模功率放大模组中的控制电路根据基带信号和工作模式选择信号,为功率放大器提供放大器控制信号,以控制功率放大器进行放大调整。这里的放大器控制信号包括但不限于:逻辑信号Vmode、偏置信号Reg和/或集电极电压Vcc。在现有的TD_SCDMA和TDD_LTE这两种时分复用模式下,基带信号Vramp作为一个逻辑电平参与这两种时分复用模式的选择,要么是高电平,要么是低电平。所以,这两种时分复用模式下的偏置电压或偏置电流也只有一种取值,不能根据多模功率放大器模组的输出功率进行调节。

本发明突破了上述技术的局限性,创造性地提出让偏置电压或偏置电流随基带信号Vramp的变化而实现多个取值。为描述统一起见,上述的偏置电压或偏置电流统称为偏置信号Reg,即在需要采用电压信号作为偏置信号的场合,偏置信号Reg为偏置电压;在需要采用电流信号作为偏置信号的场合,偏置信号Reg为偏置电流。上述偏置电压或偏置电流的变化,会引起功率放大器芯片的输出电流发生变化,从而实现了整个多模功率放大器模组性能和功耗的优化。

下面通过几个具体的实施例,具体说明控制电路怎样通过基带信号Vramp实现对功率放大器的偏置信号Reg的调整。

图3为根据基带信号控制功率放大器偏置信号的实施例一示意图。在实施例一中,基带信号Vramp输入运算放大器的负输入端(也称反相输入端),该运算放大器的输出端与一个绝缘栅双极晶体管的栅极相连。绝缘栅双极晶体管的源极接入控制电源Vbat。绝缘栅双极晶体管的漏极为偏置信号Reg的输出端,用于输出偏置信号。绝缘栅双极晶体管的漏极经过电阻R21和R22接地。电阻R21和R22的连接点直接连接运算放大器的正输入端(也称同相输入端)。

如图4所示,在TD_SCDMA和TDD_LTE这两种时分复用模式下,利用基带信号Vramp,使偏置信号Reg和基带信号Vramp满足一定的线性函数关系,例如Reg=G*Vramp或者Reg=G*(Vramp+Voffset),其中参数G是固定值。这里的偏置信号Reg既可以是个电压信号,也可以是个电流信号。根据基带信号Vramp的值,以及设计优化所需要的偏置电压或偏置电流值,可以得到相应的参数G。在图3所示的实施例一中,可以得出如下公式:换句话说,通过选择电阻R21和R22的合适阻值,可以得到用户所需要的参数G。

图5为根据基带信号控制功率放大器偏置信号的实施例二示意图。在该实施例二中,大部分电路的连接方式与实施例一基本相同,不同之处主要在于绝缘栅双极晶体管的漏极输出部分。在实施例二中,绝缘栅双极晶体管的集电极经过电阻R31、R32、R33和R34接地。其中,电阻R31与R32的连接点与运算放大器的正输入端之间设置一个选通开关,该选通开关在Vramp<A时导通,其余时间关断;电阻R32与R33的连接点与运算放大器的正输入端之间设置一个选通开关,该选通开关在A<Vramp<B时导通,其余时间关断;电阻R33与R34的连接点与运算放大器的正输入端之间设置一个选通开关,该选通开关在Vramp>B时导通,其余时间关断。这里,A和B为某个特定阈值电压。

基于图5所示的实施例二电路图,可以使偏置信号Reg和基带信号Vramp之间呈现图6所示的阶梯状线性关系。在图6所示的实施例中,以阶梯状分为三段为例,偏置信号Reg可以随基带信号Vramp的不同值,设定为几个固定的值。即,当Vramp<A时,Reg=V1;当A<Vramp<B时,Reg=V2;当Vramp>B时,Reg=V3。进一步地,当Vramp<A时,当A<Vramp<B,当Vramp>B,这里的V1<V2<V3。在实际的实施过程中,V1、V2、V3之间的大小关系的取值由该设计的性能要求决定,取值可以为零。

图7为根据基带信号控制功率放大器偏置信号的实施例三示意图。在该实施例三中,大部分电路的连接方式与实施例二基本相同,不同之处主要在于基带信号Vramp和参考电压Vref41分别接入多路模拟开关(MUX)的正输入端和负输入端,多路模拟开关的输出端信号Vref42取代原有的基带信号Vramp接入运算放大器的负输入端。上述多路模拟开关至少有两个通路,通路的打开或关断由基带信号和工作模式决定。在实施例三中,绝缘栅双极晶体管的集电极经过电阻R41、R42、R43和R44接地。其中,电阻R41与R42的连接点与运算放大器的正输入端之间设置一个选通开关,该选通开关在Vramp<A时导通,其余时间关断;电阻R42与R43的连接点与运算放大器的正输入端之间设置一个选通开关,该选通开关在A<Vramp<B时导通,其余时间关断;电阻R43与R44的连接点与运算放大器的正输入端之间设置一个选通开关,该选通开关在Vramp>B时导通,其余时间关断。这里,A和B为某个特定阈值电压。

基于图7所示的实施例三电路图,可以使偏置信号Reg和基带信号Vramp之间呈现图8所示的台阶状线性关系。在图8所示的实施例中,以台阶状分为三段为例,偏置信号Reg可以随基带信号Vramp的不同值,设定为几个固定的值。即,当基带信号Vramp<A时,偏置信号Reg为一个固定电压值V4;当A<Vramp<B,偏置信号Reg=V5=G*Vramp;当基带信号Vramp>B,偏置信号Reg也为一个固定电压值,Reg=V6。进一步地,当基带信号Vramp<A时,多路模拟开关改变其输出为Vref4=Vref,A<Vramp<B,多路模拟开关改变其输出为Vref4=Vramp,当基带信号Vramp>B时,多路模拟开关改变其输出为Vref42=Vref41,

需要说明的是,如果在晶体管的漏极与地之间设置更多的电阻,同时设置更多的选通开关,可以使基带信号Vramp和偏置信号Reg之间的阶梯状线性关系变得更加复杂多样,从而满足各种不同应用场景的实际需求。这里的晶体管包括但不限于绝缘栅双极晶体管、场效应晶体管或三极管。相应的电路调整是本领域普通技术人员都能掌握的常规技术手段,并不超出本发明所提供的技术启示,在此就不赘述了。

另一方面,TD_SCDMA和TDD_LTE虽然同样属于时分复用的工作模式,但它们对偏置信号Reg的要求还是有所区别的,因此在TD_SCDMA和TDD_LTE模式下,可以通过设置不同的基带信号Vramp实现工作性能的进一步优化。

在上述多模功率放大器模组的不同实施例基础上,可以进一步总结出本发明提供的多模功率放大器模组输出控制方法。它包括如下步骤:对低频功放通路提供偏置信号,其大小由基带信号的大小和工作模式决定;对高频功放通路提供偏置信号,其大小由基带信号的大小和工作模式决定。其中,偏置信号由基带信号和工作模式控制,随基带信号呈线性或非常接近线性的变化。或者,偏置信号由基带信号和工作模式控制,随基带信号呈阶梯状变化。或者,偏置信号由基带信号和工作模式控制,随基带信号呈台阶状线性变化。

上述实施例中所示出的多模功率放大器模组可以被用在芯片中。对该芯片中的多模功率放大器模组结构,在此就不再一一详述了。

另外,上述多模功率放大器模组还可以被用在通信终端中,作为射频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等多种通信模式的计算机设备,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,该多模功率放大器模组也适用于其他多模技术应用的场合,例如兼容多种通信模式的通信基站等,在此就不一一详述了。

上面对本发明所提供的多模功率放大器模组、芯片及通信终端进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言,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,都将构成对本发明专利权的侵犯,将承担相应的法律责任。

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