RF模块以及用于测试RF模块的方法与流程

本申请案主张2016年12月5日申请的第102016123474.5号德国专利申请案的优先权，所述德国专利申请案以全文引用的方式明确地并入本文中。

描述

本发明涉及rf模块，例如，具有用于移动通信装置的集成功率放大器的模块，且涉及用于测试此类模块的方法。

当前向移动通信装置的电和电子组件的小型化的趋势要求将增加数目的电路元件较高程度地继承在较小的体积中。因此越来越多的电和电子功能一起集成在模块中。rf模块，例如在移动通信装置中，可包括有源和无源电路元件。有源电路元件可为功率放大器或半导体开关。无源电路元件可为过滤器，例如带通滤波器或带阻滤波器和匹配元件。

上述进行中的向小型化的趋势的一个结果是具有集成双工器的功率放大器模块(pamid)的产生。此类模块包括至少一个功率放大器以及两个或更多个双工器。所述功率放大器可为多频带功率放大器。此类模块的性能由参数来定义，例如最大输出功率、功率附加效率、邻近信道功率比率、误差向量幅度、发射(tx)信号路径与接收(rx)信号路径之间的隔离度，即rx频带中的基波功率和功率放大器噪声向接收路径的泄漏。此类模块的性能由有源电路元件(例如功率放大器)的性能和无源电路元件(例如滤波器和匹配元件，其分组在模块的前端(fe)区段中)的性能以及模块衬底的电磁特性决定。决定模块性能的一个重要因素是向功率放大器呈现前端区段的阻抗的确定。其它的重要因素是发射路径中的带内损失和带外衰减，以及发射路径与接收路径之间的隔离度。

然而，归因于高度集成，无法独立测量上述参数和因素，因为前端区段耦合到功率放大器，且对应的模块性能参数受其影响。这使此类模块的设计和性能测量值两者变得复杂，在生产之后，所述性能测量值应被用于每个所产生的模块来滤除有故障的装置。

原则上，将有可能通过模拟来确定前端区段的行为，而不考虑功率放大器所导致的贡献。然而，模拟前端区段在生产之后将不帮助寻找有故障的装置。直接监视前端区段的特性的另一可能性将是独立地制造前端区段和功率放大器。在测试功率放大器和前端区段之后，可将所述两个单元组合到单个组件中。然而，接着将需要额外接触针，其归因于向小型化的趋势而成问题，因为仅存在有限的空间。另外，此程序将非常耗时且昂贵，且将导致额外的寄生效应。

因此，希望具有可直接测试无源电路元件而无功率放大器与前端区段之间的相互影响的rf模块。

为此，独立权利要求提供与上述要求兼容的一种rf模块，以及一种用于测试rf模块的方法。

所述rf模块包括信号输入、信号输出和辅助端子。另外，所述模块包括电连接在所述信号输入与所述信号输出之间的功率放大器。另外，所述模块具有电连接在所述功率放大器与信号输出之间的第一开关，以及电连接在所述第一开关与所述信号输出之间的rf滤波器区段。所述rf滤波器区段具有第一rf滤波器以及与所述第一rf滤波器并联电连接的第二rf滤波器。

第一开关具有信号输入、两个或更多个信号输出以及辅助连接。第一开关的第一信号输出耦合到第一rf滤波器。第一开关的第二信号输出耦合到第二rf滤波器。辅助连接耦合到辅助端子。第一开关具有分析模式，其中辅助连接连接到第一开关的两个信号输出中的一者。

在此rf模块中，第一开关可建立功率放大器与所述滤波器中的一者之间的连接。此直接连接用于正常操作。然而，第一开关可使连接到滤波器的信号输出从功率放大器去耦，但将信号输出中的至少一者连接到辅助端子，其可为外部端子，经由所述外部端子，具有滤波器的滤波器区段可经由外部测试环境直接接入。随着功率放大器从滤波器区段去耦，可确定滤波器区段的参数和性能，而无来自功率放大器的任何影响。明确地说，可直接确定向功率放大器呈现的电阻抗。

在制造此类模块之后，将第一开关切换到分析模式。在分析模式下，有可能使直接联系开关中的每一者，来将信号个别地输出到辅助端子。因此，即使所述模块在多个并联信号路径区段中包括多个滤波器，也可个别地测试每一信号路径区段。

有可能所述rf滤波器是双工器的发射(tx)滤波器。所述双工器中的每一者还具有接收(rx)滤波器。

每一双工器可电连接到信号输出，其可为天线端口，且电连接到个别接收端口。接着，经由分析模式下的对应切换状态，经由辅助端子、天线端子和个别接收端子，信号路径的多个节段存在，其可个别地测试，而无来自功率放大器的影响。

有可能第一开关是发射(tx)开关。利用发射开关来将单个功率放大器(其可为多频带功率放大器)连接到两个或更多个信号路径区段，其中每一区段具有其自身的rf滤波器，其专用于选定频带。因此，单个功率放大器可用于若干频带，而不是为每一频带提供一个功率放大器。

有可能所述模块进一步包括一或多个匹配网络。每一匹配网络电连接在第一开关的信号输出与对应rf滤波器之间。

一个信号路径区段的匹配网络允许优化功率放大器与前端区段之间的阻抗匹配。每一匹配网络可包括无源电路元件，例如电感元件和电容元件。

有可能模块进一步包括电耦合于第一开关与信号输出之间的第二开关。可利用第二开关来个别地选择所述rf滤波器中将连接到信号输出的一者。

有可能第二开关是天线开关，且具有天线端子和辅助端子。明确地说，有可能第二开关具有朝信号输出的一个连接，以及第一开关的每信号输出至少一个连接。接着，在第一开关的信号输出与第二开关的对应连接之间，信号路径的多个节段并联电连接在所述两个开关之间。

有可能功率放大器是多频带放大器。

于是，有可能rf模块是具有集成双工器的功率放大器模块(pamid)。

有可能rf模块进一步包括开关寄存器。可通过一或多个开关寄存器设定来激活分析模式。

在分析模式下，辅助连接可连接到外部电路环境，例如，用于测试模块的不同区段。

此模块允许多个电和电子功能在小体积内的高度集成，符合小型化趋势，同时允许确定模块的前端区段的性能，而不与功率放大器交互。

有可能在制造之后去嵌入辅助端子，并在分析模式下切换第一开关以分析前端区段。如果模块，明确地说所述模块的前端区段，支持排列在模块外部的滤波器的频带，那么有可能使用此辅助端子来将第一开关电连接到所述模块外部的那些滤波器。接着，可将所述模块和额外滤波器布置在共同载体衬底上。

在测试期间，可使用受测试的相同装置来评估前端区段的性能、总模块性能以及功率放大器的性能，而不耦合到前端区段。因此，可容易获得模块的区段之间的相关，且减少设计过程和测试过程的工作量。

明确地说，可使用模块来测试tx与rx的隔离度，明确地说对于信号路径的每一个别节段，对于每一所生产的装置，确定是否满足指定准则。

因此，提供一种用于测试rf模块的方法，所述rf模块包括功率放大器、第一开关和滤波器区段。所述方法包括以下步骤：

在分析模式下切换第一开关，其中所述开关将辅助端子连接到滤波器区段，并使滤波器区段从功率放大器去耦；

经由辅助端子测试滤波器区段而不受来自功率放大器的影响。

有可能通过适当的开关寄存器设定来激活分析模式。

附图中示出本发明的rf模块的中心方面、基本工作原理和优选实施例的细节。

图1示出模块的基本电路元件，其中开关处于正常操作模式。

图2示出处于分析模式的一个状态下的图1的模块。

图3示出包括多个rf滤波器的模块。

图4示出匹配网络的使用。

图5示出第二开关的使用。

图6示出双工器的使用。

图7示出匹配网络、双工器和第二开关的使用。

图8示出在正常操作期间具有高集成密度的rf模块的一个实施例。

图9示出图8的模块，其中第一开关处于分析模式的一个可能状态。

图1示出rf模块rfm的基本电路元件。所述模块具有信号输入in和信号输出out。功率放大器pa电连接在信号输入in与输出out之间。第一开关sw1电连接在功率放大器pa与信号输出out之间。作为滤波器区段fs的元件的第一滤波器f1和第二滤波器f2电连接在第一开关sw1与信号输出out之间。在滤波器区段fs内，两个滤波器并联电连接。第一开关sw1具有信号输入si，以及多个(例如，两个)信号输出so1、s02。另外，第一开关sw1具有辅助连接auc。辅助连接auc连接到辅助端子aut。在正常操作期间，第一开关sw1在其输入侧电连接到功率放大器pa。在其输出侧，滤波器中的至少一者经连接以建立从信号输入in到信号输出out的信号连接。

在此类切换配置中，在使用中的滤波器电耦合到功率放大器，且无法独立地确定其参数和特性。具有通常非常低的阻抗的功率放大器pa的存在对滤波器如何向其电路环境呈现其本身具有影响。

相比之下，图2示出切换配置，其中第一开关sw1经由其辅助连接auc建立到辅助端子aut的连接。现在，当第一开关sw1处于分析模式时，辅助端子aut与滤波器区段fs的滤波器之间的导电连接独立于功率放大器的存在而存在。第一开关sw1能够将第一滤波器或第二滤波器f2连接到辅助端子aut，或当存在较多滤波器时，将信号路径的每一节段个别地连接到辅助端子，以个别地确定滤波器区段fs的性能，而不受功率放大器pa影响。

有可能模块具有进一步电连接，以将控制信号发射到第一开关sw1，以进入或离开分析模式。在分析模式内，有可能选择第一开关sw1的信号输出中的哪些应连接到辅助端子aut。

图3示出第一开关sw1正处于分析模式，即将第一开关sw1的信号输出中的至少一者电连接到辅助连接auc。滤波器的数目以及第一开关sw1的信号输出的数目不限于两个。相应数目可为3、4、5、6、7、8以及更高。

图4示出将匹配网络mn电连接在第一开关sw1的信号输出与滤波器中的一者(例如，第一滤波器f1或第二滤波器f2)之间的可能性。滤波器中的每一者具有在滤波器本身与第一开关sw1的对应信号输出之间的其自身的专用匹配网络。

图5示出具有第二开关sw2的rf模块的电路元件。第二开关sw2电连接在滤波器与信号输出out之间。经由第二开关sw2，有可能选择信号路径的节段中的一者独占地连接到信号输出out。第二开关sw2可为天线开关，且信号输出out可为天线端口。

图6示出rf模块的电路元件，其中所述滤波器是对应双工器du的滤波器。双工器具有先前提到的滤波器f1、f2作为其第一滤波器，以及额外滤波器f1'、f2'作为第二滤波器。每一双工器du连接于第一开关sw1与输出out之间。另外，每一双工器du电连接到可为接收端口rx的另一端口。举例来说，图6示出将两个双工器du布置在所述模块中的可能性。连接到第一开关sw1的双工器的滤波器中的每一者是tx滤波器，且相应其它滤波器中的每一者是电连接到对应接收端口rxl、rx2的接收滤波器。接着，信号输入in是发射端口tx，且信号输出out是天线端口ant。

如图7所示，双工器中的每一者可另外具备在第一开关sw1的对应信号输出与双工器的传输滤波器之间的匹配网络。

图8示出实施例的电路元件，其具有一个功率放大器、第一开关sw1、第二开关sw2和四个双工器，各自具有匹配网络。可提供所述双工器中的每一者，以允许在一或多个频带中的收发(发射和接收)功能性。因此，功率放大器可为四频带功率放大器，或在更多频带下工作的功率放大器。第一开关具有四个对应信号输出、一信号输入si以及辅助连接auc。

双工器与信号输出out之间的第二开关sw2具有四个信号输入(每一双工器一个)，以及连接到额外的第二辅助端子aut2的额外辅助连接。

第一开关sw1处于正常操作模式，即第一开关sw1将连接到功率放大器的信号输入si连接到信号路径的节段中的一者。

图9示出图9的rf模块。然而，第一开关sw1处于分析模式，经由辅助连接auc将信号路径的节段中的一者连接到辅助端子aut。

因此，使用单个辅助端子aut，可个别地测试所述多个滤波器或双工器中的每一者，即没有与另一双工器的交互且没有与功率放大器的交互。

rf模块以及用于测试rf模块的方法不限于所描述的细节。模块可包括进一步的信号路径以及信号路径中的进一步电路元件，例如额外功率放大器和额外天线端口。

测试rf模块的方法可包括其它步骤，例如用于挑选信号路径的个别节段，或用于将第二开关设定在优选的切换状态

参考符号列表

ant：天线端口

auc：辅助连接

aut：辅助端子

aut2：第二辅助端子

f1：第一滤波器

f1i＝第一接收滤波器

f2：第二滤波器

f2i＝第二接收滤波器

f3：第三滤波器

fs：滤波器节段

in：信号输入

mn：匹配网络

out：信号输出

pa：功率放大器

rfm：rf模块

rx1：第一接收端子

rx2：第二接收端子

si：信号输入

so1：第一信号输出

s02：第二信号输出

sw1：第一开关

sw2：第二开关

tx：发射端口