专利名称：多模式收发器及操作电路的制作方法
技术领域：
本发明的实施例涉及多模式收发器。
背景技术：
射频(RF)收发器通常包含发射器部分中发射信号的高功率放大器及接收器部分中接收信号的低噪声放大器。RF收发器可在相似频带(举例来说，30MHz到300MHz)中发射及接收信号。通常，需要在多个频带或在具有有不同功率电平、带宽及调制的不同模式的相似频带中发射及接收信号。在一个实例中，可能需要在具有30MHz到300MHz的频率范围的第一带中及在具有300MHz到3000MHz的频率范围的第二带中操作RF收发器。在另一实例中，需要在具有不同功率电平、带宽及调制的不同模式(例如，蓝牙模式及无线局域网(WLAN)模式)下的相同RF带(例如，2. 4GHz到2. 5GHz)处操作RF收发器。图I说明根据现有技术的RF收发器105。RF收发器105耦合到前端模块120以使RF收发器105能够在多个频带中或在具有有不同功率电平、带宽及调制的不同模式的相似频带中操作。前端模块120通过滤波器115 (举例来说，带通滤波器(BPF))耦合到天线110。RF收发器105包含对应于WLAN模式的部分125及对应于蓝牙模式的部分130。部分125包含发射电路140A (举例来说，功率预放大器(PPA))及接收电路150A (举例来说，低噪声放大器(LNA))，且部分130包含发射电路140B (举例来说，PPA)及接收电路150B (举例来说，LNA)。前端模块120使用匹配电路145来匹配及隔离多个频带中的信号。匹配电路145包含耦合到功率放大器(PA)的匹配网络。开关135 (举例来说，前端模块120中的发射/接收/蓝牙开关(T/R/BT开关))用于在WLAN模式及蓝牙模式下作为发射器及接收器中的一者操作RF收发器105。前端模块120还包含平衡/非平衡转换器155，其当RF收发器105在WLAN模式下的接收模式下工作时处于作用中。然而，具有前端模块120是昂贵的且增加集成电路的面积。
发明内容
多模式收发器的一实例包含第一电路，所述第一电路可配置以在第一模式下作为发射器及接收器中的一者操作。所述多模式收发器还包含第二电路，所述第二电路可配置以在第二模式下作为发射器及接收器中的一者操作。此外，所述多模式收发器包含耦合到所述第一电路的第一元件。此外，所述多模式收发器包含耦合到所述第一元件及一个或一个以上端口的第二元件。所述多模式收发器还包含第一开关，所述第一开关耦合到所述第二元件且耦合到所述第二电路，所述第一开关可配置以结合所述第一元件及所述第二元件在所述第一模式及所述第二模式中的至少一者下操作所述多模式收发器。多模式发射器的一实例包含第一电路，所述第一电路可配置以在第一模式下操作。所述多模式发射器包含第二电路，所述第二电路可配置以在第二模式下操作。所述多模式发射器还包含变压器，所述变压器耦合到所述第一电路及所述第二电路。所述变压器充当开关以在所述第一模式及所述第二模式中的一者下操作所述多模式发射器。此外，所述多模式发射器包含耦合到所述变压器的多个开关。所述多个开关响应于偏置电压以在所述第一模式及所述第二模式中的一者下结合所述变压器操作所述多模式发射器。所述偏置电压基于所述多模式发射器所需要的操作模式而产生。多模式收发器的另一实例包含第一电路，所述第一电路可配置以在第一模式下作为发射器及接收器中的一者操作。所述多模式收发器包含第二电路，所述第二电路可配置以在第二模式下作为发射器及接收器中的一者操作。多模式收发器还包含耦合到一个或一个以上端口及所述第一电路的第一电容器。多模式收发器进一步包含耦合到所述一个或一个以上端口、所述第一电容器及所述第二电路的第二电容器。此外，所述多模式收发器包含耦合到所述第二电容器的开关。所述开关响应于控制信号以在所述第一模式及所述第二模式中的至少一者下结合所述第一电容器及所述第二电容器操作所述多模式收发器。所述控制信号基于所述多模式收发器所需要的操作模式而产生。
图I是根据现有技术的射频收发器的框图；·图2是根据一个实施例的多模式收发器的框图；图3是根据一个实施例的多模式收发器的一部分的示意图；图4A及4B是根据一个实施例的在各种模式下的多模式收发器的一部分的不意图；图5A及5B是根据另一实施例的多模式收发器的一部分的示意图；图6是根据又一实施例的多模式发射器的示意图；图7A-7E是根据一个实施例在多模式发射器中在多种模式下发射信号的示意图；图8是说明根据一个实施例的用于操作多模式收发器的方法的流程图；图9A是说明根据一个实施例多模式收发器在无线局域网模式下操作的插入损耗的图示；图9B是说明根据一个实施例多模式收发器在蓝牙模式下操作的插入损耗的图示；图9C是说明根据一个实施例多模式收发器在无线局域网模式及蓝牙模式下操作的插入损耗的图示；图10是说明根据另一实施例多模式收发器在无线局域网模式及蓝牙模式下操作的插入损耗的图示；图IlA是说明根据一个实施例多模式收发器在无线局域网模式下操作的散射参数分析的图示；及图IlB是说明根据一个实施例多模式收发器在蓝牙模式下操作的散射参数分析的图不。
具体实施例方式多模式收发器可在多个模式下发射及接收信号。模式的实例包含(但不限于)无线局域网(WLAN)模式、蓝牙模式、Zigbee模式、宽带码分多址(W-CDMA)模式、增强型数据速率全球移动通信系统演进(EDGE)模式、3G模式、2. 5G模式及2G模式。使用多模式收发器的装置的实例是移动电话。结合图2阐明包含多个元件的多模式收发器。图2说明多模式收发器205。收发器205通过天线210接收及发射信号。收发器205通过滤波器215 (举例来说，带通滤波器(BPF))耦合到天线210。收发器205包含对应于第一模式的第一电路225及对应于第二模式的第二电路230。在一个实例中，第一模式对应于WLAN模式且第二模式对应于蓝牙模式。每一电路包含发射部分及接收部分。发射部分可配置以作为发射器操作电路220，且接收部分可配置以作为接收器操作电路220。电路225包含发射部分中的耦合到功率放大器(PA) 240的功率预放大器(PPA)电路235A及接收部分中的放大器245A (举例来说，低噪声放大器(LNA))。PA 240及放大器245A耦合到电路220。电路230包含发射部分中的PPA 235B及接收部分中的放大器245B (举例来说，LNA)。PPA 235B及放大器245B耦合到电路220。电路220可耦合在端口 250 (举例来说，RF端口)与放大器245A、放大器245B、PA240及PPA 235B中的一者或一者以上之间。在一些实施例中，电路220可耦合在PPA235A 与收发器205的PA 240之间。电路220可配置以在第一模式及第二模式中的至少一者下操作收发器205。电路220可耦合到一个或一个以上端口(举例来说，端口 250、蓝牙端口、WLAN端口、zigbee端口、2G端口、2. 5G端口及3G端口)。端口 250及所述一个或一个以上端口可耦合到滤波器215。结合图3、4A到4B、5A到5B、6及7A到7E阐明包含各个元件的电路220。现参看图3，电路220包含第一电容器305 (第一元件)(在下文中被称为电容器305)，其耦合到WLAN端口 310。电路220还包含第二电容器315 (第二元件)(在下文中被称为电容器315)，其耦合到电容器305、端口 250、WLAN端口 310及蓝牙端口 320。电路220进一步包含稱合到电容器315的开关325 (第一开关)。
0027]电容器305使用平衡/不平衡转换器330耦合到WLAN模式的发射部分391及接收部分392。在一个实施例中，平衡/不平衡转换器330用于耦合具有不同阻抗的收发器205的部分。电容器335使发射部分391与接收部分392隔尚。发射部分391可配置以使用开关340、开关345及开关350在WLAN模式下作为发射器操作电路225。接收部分392可配置以使用开关340、开关355及开关360在WLAN模式下作为接收器操作电路225。开关345及开关350耦合到可充当PA的晶体管395。开关355及开关360耦合到可充当LAN的晶体管396。电容器315使用调谐电路365耦合到电路230的发射部分393及接收部分394。发射部分393可配置以使用开关370、开关375及开关380在蓝牙模式下作为发射器操作电路230。接收部分394可配置以使用开关370、开关385及开关390在蓝牙模式下作为接收器操作电路230。开关375及开关380耦合到可充当PA的晶体管397。开关385及开关390耦合到可充当LNA的晶体管398。注意，电路225及电路230可包含比所说明的元件更多的元件。此外，电路225及电路230以及电路225及电路230的功能在标题为“用于包含RF功率放大器的RF前端模块的完全集成的电路、过程、装置及系统(Circuits, Processes, Devices and Systemsfor Full Integration of RF Front End Module Including RF Power Amplifier)，，的第2009-028972IAl号美国专利公开案中详细阐明。开关325可为金属氧化物半导体开关，其响应于控制信号以在WLAN模式及蓝牙模式中的一者下结合电容器305及电容器315操作收发器205。控制信号基于收发器205所需要的操作模式而产生。所需要的操作模式可由包含收发器205的电子装置的用户选择。举例来说，如果需要的模式是WLAN模式，那么可产生正启用信号作为控制信号，且如果需要的模式是蓝牙模式，那么可产生负启用信号作为控制信号。正启用信号闭合开关325，且负启用信号断开开关325。控制信号可在收发器205内产生或所述产生可在收发器205之外。在WLAN模式下，开关325是闭合的。当开关325闭合时，电容器305及电容器315提供路径。在WLAN模式下用于发射或接收信号的等效电容等于电容器305(C1)及电容器315 (C2)的电容之和。如以下等式中展示等效电容(C)= C1+C2。在WLAN模式下收发器205的等效电路在图4A中说明。等效电路包含平衡/不平 衡转换器330，在WLAN模式下平衡/不平衡转换器330将收发器205的高功率差动输出耦合到端口 250。在一个实例中，可使用低电压金属氧化物半导体开关配置平衡/不平衡转换器330。等效电容由电容器405表示。在蓝牙模式下，开关325是断开的。等效电容等于电容器305的电容等效电容(C)=Cl。在蓝牙模式下收发器205的等效电路在图4B中说明。等效电路表示具有两个谐振器的经耦合的RF滤波器。在一个实例中，第一谐振器包含调谐电路365，且第二谐振器包含平衡/不平衡转换器330与电容器305结合。在蓝牙模式下具有两个谐振器的RF滤波器将收发器205的低功率单端输出耦合到端口 250。在WLAN模式下，开关325结合电容器315将低功率收发器与归因于高功率收发器的PA的高电压摆动隔离。在一个实例中，低功率收发器包含发射部分393及接收部分394，且高功率收发器包含发射部分391及接收部分392。开关325结合电容器315还通过隔离低功率收发器的匹配网络而在WLAN模式期间使高功率收发器中的信号损耗最小化。在一个实例中，低功率收发器的匹配网络可为调谐电路365。在一个实施例中，收发器205可通过使用平衡/不平衡转换器330将端口 250处的50欧姆阻抗变换为较低值而在WLAN模式下发射具有例如大于24毫瓦分贝(dBm)的输出功率的信号。收发器205还可在蓝牙模式下以最小阻抗变换发射具有例如小于12dBm的输出功率的信号。在另一实施例中，当不存在电容器315时，WLAN端口 310、蓝牙端口 320及端口 250可独立运行。启用收发器205的各种模式的开关的各种配置在表I中说明。表Itf+· IJw-T V ->J- -T-T- -V- -.Τ..Γ -V- -f.T· -V-* 'T l" -V-* ΤΓ -V- _1··Γ -V- Tl* -V- -TT -V-* 'TT -V- -TT -V-
开夫 J卜天 irA: 开夭 -Jl·夭 jt3c JT^ 升关开夭开夫开+夭340 345 350 355 360 370 375 380 385 390 325
WLANGND GND GND I I VDD I D/C I D/C I D/C | DC I DC I WA I
接收
.....WLANVDD.........VDD—PANVDD—GND—D/CD/CDCD/CΜ
发射RF
输入
.....ΟΝΟ—GND—GND—GND—GND—GND—GND—GND—VDD—丽.并.......
接收
......VDD..........VDD.........C3ND...........VDD..........GND..........VDD...........VDD...........PANVDD..........GND..........■........
H'. (IIRF
__________输入
蓝牙 GND GND GND 偏JK VDD GND GND GND 偏JK VDD 断j|:
及
WLAN
接收 I j I 丨丨 I 丨 I I I I参看表1，D/C表示“无所谓”状态，其中开关配置不影响收发器205的功能性，GND表示电接地连接，VDD表示电源，偏压表示偏置电压，且PAN RF输入表示来自功率放大器的RF信号。现参看图5A，电路220包含开关505 (第一元件也称为第二开关)，开关505耦合到变压器510 (第二元件)。变压器510耦合到开关515 (第一开关)，在下文中被称为开关515。变压器510耦合到端口 520。端口 520的实例包含(但不限于)RF端口、蓝牙端口、zigbee 端口、WLAN 端口、2G 端口、2. 5G 端口及 3G 端口。开关505及开关515使用变压器510耦合到WLAN模式的发射部分530及蓝牙模式的发射部分535。发射部分535可使用开关580、开关540及开关545在WLAN模式下配置为发射器。发射部分535可使用开关580、开关550及开关555在蓝牙模式下配置为发射器。开关580控制在WLAN模式的发射部分530与蓝牙模式的发射部分535之间的隔尚。开关580还控制在WLAN模式的接收部分585与蓝牙模式的接收部分590之间的隔离。WLAN模式的接收部分585及蓝牙模式的接收部分590使用变压器510耦合到开关505及开关515。接收部分585可使用开关580、开关560及开关565在WLAN模式下配置为接收器。接收部分590可使用开关580、开关570及开关575在蓝牙模式下配置为接收器。电容器525结合变压器510为WLAN模式及蓝牙模式提供信号过滤及匹配。开关540及开关545耦合到晶体管591，晶体管591可充当WLAN模式的发射部分530中的PA及PPA中的至少一者。开关560及开关565耦合到晶体管593，晶体管593可充当到WLAN模式的接收部分585中的LNA的路径。开关550及开关555耦合到晶体管592，晶体管592可充当蓝牙模式的发射部分535中的PA及PPA中的至少一者。开关570及开关575耦合到晶体管594，晶体管594可充当到蓝牙模式的接收部分590中的LNA的路径。WLAN模式的接收部分585可通过节点NI及N2耦合到电容器525。蓝牙模式的接收部分590可通过节点NI耦合到电容器525。
开关540及开关545可为金属氧化物半导体开关，其响应于控制信号以在WLAN模式及蓝牙模式中的至少一者下结合变压器510操作收发器205。控制信号可为一个或一个以上信号的组合且可基于收发器205所需要的操作模式而产生。针对各种模式的收发器205中的开关的各种配置在表2中说明。表 权利要求
1.一种设备，其包括 第一电路，其可配置以在第一模式下作为发射器或接收器操作； 第二电路，其可配置以在第二模式下作为所述发射器或所述接收器操作； 第一元件，其耦合到所述第一电路； 第二元件，其耦合到所述第一元件及一个或一个以上端口 ；及第一开关，其耦合到所述第二元件且耦合到所述第二电路，其可配置以在所述第一模式及所述第二模式中的至少一者下结合所述第一元件及所述第二元件操作所述设备。
2.根据权利要求I所述的设备，其中所述第一元件包括第二开关，且所述第二元件包含充当开关的变压器。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述第一开关及所述第二开关是金属氧化物半导体开关，其响应于控制信号以在所述第一模式及所述第二模式中的至少一者下结合所述变压器操作多模式收发器，所述控制信号基于所述多模式收发器所需要的操作模式而产生。
4.根据权利要求2所述的设备，其中所述第一开关、所述第二开关及所述变压器耦合在下列中的至少一者之间 所述多模式收发器的功率放大器与所述一个或一个以上端口，或 所述多模式收发器的所述一个或一个以上端口与低噪声放大器。
5.根据权利要求I所述的设备，其中所述第一元件包括第一电容器，且所述第二元件包括第二电容器。
6.根据权利要求5所述的设备，其中所述第一开关是金属氧化物半导体开关，其响应于控制信号以在所述第一模式与所述第二模式中的至少一者下结合所述第一电容器及所述第二电容器操作所述多模式收发器，所述控制信号基于所述多模式收发器所需要的操作模式而产生。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述第一电容器、所述第二电容器及所述第一开关耦合在下列中的至少一者之间 所述多模式收发器的功率放大器与所述一个或一个以上端口 ；及 所述多模式收发器的所述一个或一个以上端口与低噪声放大器。
8.根据权利要求I所述的设备，其中所述第一模式是无线局域网模式、蓝牙模式、zigbee模式、3G模式、2. 5G模式或2G模式中的至少一者。
9.根据权利要求8所述的收发器，其中所述第二模式是所述无线局域网模式、蓝牙模式、zigbee模式、3G模式、2. 5G模式或2G模式中的至少另一者。
10.一种多模式发射器，其包括 第一电路，其可配置以在第一模式下操作； 第二电路，其可配置以在第二模式下操作； 变压器，其耦合到所述第一电路及所述第二电路，其充当开关以在所述第一模式及所述第二模式中的一者下操作所述多模式发射器；及 多个开关，其耦合到所述变压器，其响应于偏置电压以在所述第一模式及所述第二模式中的一者下结合所述变压器操作所述多模式发射器，所述偏置电压基于所述多模式发射器所需要的操作模式而产生。
11.根据权利要求10所述的发射器，其进一步包括耦合到所述多个开关以基于所述多模式发射器所需要的所述操作模式而产生所述偏置电压的偏置电路。
12.根据权利要求11所述的发射器，其中所述多个开关及所述变压器耦合在所述多模式发射器的功率预放大器与功率放大器之间。
13.根据权利要求12所述的发射器，其中所述第一模式是2G模式及2.5G模式中的至少一者，且所述第二模式是3G模式。
14.一种多模式收发器,其包括 第一电路，其可配置以在第一模式下作为发射器及接收器中的一者操作； 第二电路，其可配置以在第二模式下作为所述发射器及所述接收器中的一者操作； 第一电容器，其耦合到一个或一个以上端口及所述第一电路； 第二电容器，其耦合到所述一个或一个以上端口、所述第一电容器及所述第二电路；及开关，其耦合到所述第二电容器，其响应于控制信号以在所述第一模式与所述第二模式中的至少一者下结合所述第一电容器及所述第二电容器操作所述多模式收发器，所述第二控制信号基于所述多模式收发器所需要的操作模式而产生。
全文摘要
本发明揭示一种多模式收发器(205)及一种用于操作所述多模式收发器的电路(220)。多模式收发器包含第一电路(225)，其可配置以在第一模式下作为发射器及接收器中的一者操作；及第二电路(230)，其可配置以在第二模式下作为所述发射器及所述接收器中的一者操作。所述多模式收发器包含耦合到所述第一电路的第一元件。所述多模式收发器包含耦合到所述第一元件及一个或一个以上端口(250)的第二元件。所述多模式收发器还包含第一开关(325)，其耦合到所述第二元件且耦合到所述第二电路，其可配置以在所述第一模式及所述第二模式中的至少一者下结合所述第一元件及所述第二元件操作所述收发器。
文档编号H04W88/06GK102792765SQ201080065228
公开日2012年11月21日 申请日期2010年12月15日 优先权日2010年1月8日
发明者吉里什·拉金德拉, 德巴普里亚·萨胡, 拉凯什·库马尔, 比吉特·塔库尔巴伊·帕特尔, 米歇尔·弗雷谢特, 苏巴希什·幕克吉, 萨尔瓦托雷·彭尼西, 蒂莫西·D·戴维斯, 蒂阿加拉让·克里希纳斯瓦米, 阿普·西瓦达斯 申请人:德州仪器公司