一种射频芯片的前端电路和信号传输的方法
【专利摘要】本发明公开了一种射频芯片的前端电路和信号传输的方法，涉及无线通信技术领域，用以解决现有技术中存在前端电路使用元器件数量较多，占用电路面积较大，降低了芯片的集成度问题。本发明提供一种射频芯片的前端电路，包括：电压片选电路，巴伦；其中，巴伦包括：第一差分端口，中心抽头，第二差分端口；其中，第一差分端口用于与LNA的第三差分端口和PA的第四差分端口相连；电压片选电路用于在前端电路发送信号时使中心抽头接地，在前端电路接收信号时使中心抽头接电源。本发明前端电路通过调整巴伦的中心抽头接电源或接电源的方式，在前端电路用于发送信号或接收信号时复用一个巴伦，相对于现有技术节省一个巴伦，减小了前端电路的面积。
【专利说明】
-种射频巧片的前端电路和信号传输的方法
技术领域
[0001] 本发明设及无线通信技术领域，特别设及一种射频忍片的前端电路和信号传输的 方法。
【背景技术】
[0002] 射频通讯技术是无线通信技术中的一个重要的分支。射频通讯技术使用频率为 300Ifflz~300G化的电磁波，运种频率的电磁波可W在空气中传播，并经大气层外缘的电离 层反射，因此射频通讯技术具有传输距离远的优点。目前，射频通讯技术广泛的应用于自动 识别、工业监控、军事、局域通信等领域。射频通讯技术主要分为RFID(Radio Frequent Ident if i cat ion,射频识别）、BlueTooth (蓝牙）、Wi-Fi (Wireless-Fidelity，无线宽带）、 UWB(Ultra Wideband,无载波通信技术）、Wimax(Wo;rldwide Interoperability for Microwave Access,全球微波互联接入）、NFC(化ar Field Communication,近场通信）和 ZigBee(紫蜂)几种。
[0003] 射频忍片可W利用射频技术传输数据。现有的射频忍片有两个用于通讯的差分端 口：LNA化OW Noise Amplifier,低噪声放大器)差分端口和PA(Power Amplifier,功率放大 器)差分端口。其中，LNA的第Ξ差分端口用于接收差分信号，PA的第四差分端口用于发送差 分信号。
[0004] 实际应用中，射频忍片要发送或接收数据还需要用LNA的第Ξ差分端口和PA的第 四差分端口通过前端电路连接天线。前端电路的作用是:在射频忍片要发送信号时对信号 进行放大，W增加天线发射的信号的功率;在射频忍片接收信号时，对信号进行转换，W方 便射频信号对收到的信号进行处理。
[0005] 如图1所示，现有的射频忍片的前端电路，包括两个己伦（第一己伦5和第一己伦 6)，一个开关7,用于与射频忍片的接收差分信号的LNA的第Ξ差分端口和PA的第四差分端 口连接，并与天线8相连。现有的前端电路元器件都是外置的，需要占用射频忍片的4个引 脚，使用元器件数量较多，占用电路面积较大，降低了忍片的集成度。
【发明内容】
[0006] 本发明实施例提供一种射频忍片的前端电路和信号传输的方法，用W解决现有技 术中存在前端电路使用元器件数量较多，占用电路面积较大，降低了忍片的集成度问题。
[0007] 本发明实施例提供一种射频忍片的前端电路，包括：
[000引电压片选电路，己伦；
[0009] 其中，所述己伦包括:平衡端的第一差分端口，平衡端的中屯、抽头，不平衡端的第 二差分端口；
[0010] 其中，所述第一差分端口用于与射频忍片的低噪声放大器LNA的第Ξ差分端口和 功率放大器PA的第四差分端口相连；
[0011] 所述电压片选电路用于在所述前端电路发送信号时使所述中屯、抽头接地，在所述 前端电路接收信号时使所述中屯、抽头接电源。
[0012] 本发明实施例的射频忍片的前端电路通过调整己伦的中屯、抽头接地或接电源的 方式，在前端电路用于发送信号或接收信号时复用一个己伦，相对于现有技术使用两个己 伦的前端电路，节省一个己伦，减小了前端电路的面积。
[0013] 本发明实施例提供一种通过前端电路进行信号传输的方法，该方法包括：
[0014] 射频忍片在需要接收信号时，向所述前端电路中的电压片选电路发送第一信号， W及在需要发送信号时，向所述前端电路中的电压片选电路发送第二信号；
[0015] 所述电压片选电路在收到所述第一信号后，将所述前端电路中的己伦的中屯、抽头 接电源，W及在收到所述第二信号后，将所述前端电路中的己伦的中屯、抽头接地。
[0016] 本发明实施例提供的方法可W在通过控制电压片选信号使己伦的中屯、抽头接电 源或接电源，使射频忍片接收或发送信号时可W复用相同的己伦，使前端电路中可W少使 用一个己伦，减少前端电路占用的面积。
【附图说明】
[0017] 图1为现有技术射频忍片的前端电路示意图；
[0018] 图2为本发明实施例的前端电路示意图；
[0019] 图3为本发明实施例的电压片选电路示意图；
[0020] 图4为本发明实施例己伦未集成在射频忍片时的LNA差分接口示意图；
[0021] 图5为本发明实施例己伦未集成在射频忍片时的PA差分接口；
[0022] 图6为本发明实施例己伦集成在射频忍片时的LNA差分接口和PA接口示意图；
[0023] 图7为本发明实施例第一可编程电容和第二可编程电容示意图；
[0024] 图8为本发明实施例一种通过前端电路进行信号传输的方法流程示意图。
【具体实施方式】
[0025] 本发明实施例提供一种射频忍片的前端电路，该电路包括电压片选电路，己伦;其 中，所述己伦包括:平衡端的第一差分端口，平衡端的中屯、抽头，不平衡端的第二差分端口； 其中，所述第一差分端口用于与所述射频忍片的低噪声放大器LNA的第Ξ差分端口和功率 放大器PA的第四差分端口相连;所述电压片选电路用于在所述前端电路接收信号时使所述 中屯、抽头接电源，在所述前端电路发送信号时使所述中屯、抽头接地。本发明实施例的射频 忍片的前端电路通过调整己伦的中屯、抽头接地或接电源的方式，在前端电路用于发送信号 或接收信号时复用一个己伦，相对于现有技术使用两个己伦的前端电路，节省一个己伦，减 小了前端电路的面积。
[0026] 如图2所示，本发明实施例提供一种射频忍片的前端电路，包括：
[0027] 电压片选电路D1，己伦TO;
[0028] 其中，所述己伦包括:平衡端的第一差分端口，平衡端的中屯、抽头P2,不平衡端的 第二差分端口；
[0029] 其中，所述第一差分端口用于与射频忍片的低噪声放大器LNA的第Ξ差分端口和 功率放大器PA的第四差分端口相连；
[0030] 所述电压片选电路用于在所述前端电路接收信号时使所述中屯、抽头P2接地，在所 述前端电路发送信号时使所述中屯、抽头P2接电源。
[0031] 本发明实施例的LNA的第Ξ差分端口用于接收差分信号，PA的第四差分端口用于 发送差分信号。LNA的第Ξ差分端口包括两个端口： LNA差分正端口化NA+)和LNA差分负端口 (LNA-)。第一差分端口包括第一正端口P0和第一负端口 P1 dLNA差分正端口与己伦的平衡端 的第一正端口 P0相连，LNA差分负端口与己伦的平衡端的第一负端口 P1相连。PA的第四差分 端口包括PA正端口（PA+)和PA负端口（PA-) dPA正端口与第一正端口 P0相连，PA负端口与第 一负端口 P1相连。
[0032] 本发明实施例前端电路在发送信号和接收电路时，复用己伦TO。区别是，接收信号 时己伦TO的中屯、抽头P2接电源，发送信号时己伦的中屯、抽头P2接地。
[0033] 本发明实施例的电压片选电路D1可W包括但不限于下列两种形式：
[0034] 形式一、一个单刀双掷的开关、两个场效应管。
[0035] 开关的公共端与己伦TO的中屯、抽头P2相连。开关的常开点接地，常闭点接电源;或 者开关的常闭点接地，常开点接电源。开关的控制端与控制线T/R相连。
[0036] 在所述前端电路用于接收信号时，上位机通过控制控制线T/R，使中屯、抽头P2通过 开关接电源;在所述前端电路用于发送信号时，上位机通过控制控制线T/R，使中屯、抽头P2 通过开关接地。
[0037] 形式二、两个场效应管
[0038] 可选的，如图3所示，所述电压电压片选电路D1包括:N型场效应管NM0和P型场效应 管 PM0，
[0039] 其中，所述己伦TO的平衡端的中屯、抽头P2、所述P型场效应管NM0的漏极和所述P型 场效应管PM0的源极连接在一起;所述N型场效应管醒0的源极接地;所述P型场效应管PM0的 漏极接电源;所述N型场效应管NM0的栅极与所述P型场效应管PM0的栅极连接在一起，并与 射频忍片的控制线T/R相连；
[0040] 所述控制线T/R用于在所述前端电路用于接收信号时，控制所述N型场效应管醒0 断开，所述P型场效应管PM0导通;在所述前端电路用于发送信号时，控制所述N型场效应管 NM0导通，所述P型场效应管PM0断开。
[0041] 实际应用中，控制射频忍片的上位机在需要发送信号时使控制线T/R为低电平，P 型场效应管PM0导通，中屯、抽头P2与V孤导通。控制射频忍片的上位机在需要接收信号时使 控制线T/R为高电平，N型场效应管NM0导通，中屯、抽头P2接地。
[0042] 本发明实施例的片选电路使用两个场效应管，使用器件体积相对于开关的体积更 小，占用忍片面积更小，成本更低。
[0043] 本发明实施例前端电路中的己伦TO的位置可分为两种：
[0044] 集成在射频忍片中，或可W外置于射频忍片外。
[0045] 根据己伦TO的位置可W对射频忍片的LNA的第Ξ差分端口、PA的第四差分端口和 前端电路进行相应的调整。
[0046] 位置一、己伦TO外置于射频忍片外
[0047] 本发明实施例中前端电路用于与LNA差分接口或PA差分接口组成LC振荡电路，并 且LC振荡电路的谐振频率应该等于要发送或接收的电磁波的频率。不同种类的射频忍片对 应不同的电磁波频率(等于阔值）。例如，蓝牙射频忍片对应的电磁波频率为2.4G化左右， NFC射频忍片对应电磁波频率为13.56MHz。
[004引为了使前端电路与LNA差分接口或PA差分接口组成IX振荡电路的谐振频率等于阔 值，需要使IX振荡电路满足W下条件：
[0049]
[0050] 需要对LC振荡电路的电感值L和电容值C进行控制，W满足谐振条件。现有技术中 的方法是使用固定的电感值L，通过调节电容值C，使IX振荡电路满足谐振条件。
[0051] 本发明实施例中，若己伦TO外置于射频忍片外，己伦TO的寄生电感不易控制(若控 制需要使用特制的具有高精度电感值的己伦T0,成本较高）。可采用与现有技术相同的方 法，通过在LNA的差分接口和PA的差分接口中添加电感，来控制LC电路的电感值。
[0化2] 可选的，如图4所示，所述LNA中还包括：
[0053]用于与所述前端电路组成LC振荡电路的第一电感L2和第二电感L3;
[0化4] 如图5所示，所述PA中还包括：
[0055] 用于与所述前端电路组成IX振荡电路的第Ξ电感L4和第四电感L5;
[0056] 其中，所述第一电感L2接在所述LNA中的所述第Ξ差分正端口和地之间；
[0057] 所述第二电感L3接在所述LNA中的所述第Ξ差分负端口和地之间；
[005引所述第Ξ电感L4接在所述PA中的所述第四差分正端口和地之间；
[0059] 所述第四电感L5接在所述PA中的所述第四差分负端口和地之间。
[0060] 本发明实施例的LNA的中包括四个电感化0、L1、第一电感L2和第一电感L3,四个N 型场效应管(醒1~醒4)，四个电容(C1~C4)dLNA的中各个元件的连接关系如下：L0的一端 接VDD，另一端接醒1的漏极，C1与L0并联;L1的一端接VDD，另一端接醒2的漏极，C2与L1并 联;NM1的栅极与NM2的栅极接在一起，并且NM1的栅极与NM2的栅极的输入信号为偏置电压 VB0。匪1的衬底与匪3的衬底接在一起，并接VSS;匪2的衬底与匪4的衬底接在一起，并接 VSS;醒1的源极与醒3的漏极接在一起，醒2的源极与醒4的漏极接在一起;醒3的栅极与醒4 的栅极接在一起，并且醒3的栅极与醒4的栅极的输入信号为偏置电压VB1;醒3的源极与L2 的一端接在一起，NM4的源极与L3的一端接在一起，L2和L3的另一端接VSS; C3与L2并联，C4 与L3并联。其中，V孤为电源，VSS为地。
[0061] 本发明实施例的PA的中包括两个电感(第Ξ电感L4和第四电感L5)，四个N型场效 应管(醒5~醒8)，两个电容(C5、C6)。PA的中各个元件的连接关系如下:L4的一端接V孤，另 一端接NM5的漏极，C1与L0并联;L5的一端接VDD，另一端接NM6的漏极，C6与L5并联;NM5的栅 极与醒6的栅极接在一起，并接在VDD上。醒5的衬底与醒7的衬底接在一起，并接VSS;醒6的 衬底与NM8的衬底接在一起，并接VSS;醒5的源极与NM7的漏极接在一起，醒6的源极与醒8的 漏极接在一起;醒7的栅极接信号线PA_IP(PA的正端输入），醒8的栅极接信号线PA_IN(PA的 负端输入）；醒7和醒8的源极接在一起，并接在VSS上。其中，VDD为电源，VSS为地。本发明实 施例采用LNA和PA与现有技术中相同。
[0062] 第一电感L2、第二电感L3、第Ξ电感L4和第四电感L5的数值远大于己伦TO的寄生 电感。例如，己伦TO的寄生电感为1址，第一电感L2为20址，LC振荡电路中的电感值为己伦TO 的寄生电感与第一电感L2之和21nH，约等于第一电感L2的电感值20nH。
[0063] 位置二、己伦TO内置于射频忍片中
[0064] 己伦TO内置于射频忍片中时，己伦TO的寄生电感可控。
[0065] 可选的，所述中屯、抽头P2与所述正端口之间的寄生电感为1址~5址；
[0066] 所述中屯、抽头P2与所述负端口之间的寄生电感为InH~5nH。
[0067] 如图6所示，本发明实施例LNA差分接口和PA差分接口中无需使用第一电感L2、第 二电感L3、第Ξ电感L4和第四电感L5,不使用四个电容C3~C6。但需要使用可变电容C7和可 变电容C8。
[006引内置己伦时，LNA的区别是:醒3源极不再接第一电感L2,醒4的源极不再接第二电 感L3，LNA将醒3源极和醒4源极作为LNA第Ξ差分接口；醒5漏极不再接第Ξ电感L4，NM6的漏 极不再接第四电感L5，PA将醒5漏极和NM6漏极作为PA第四差分接口。NM3源极与醒5漏极接 在一起，用于与第一正端口 P0相连;醒4源极与醒6的漏极接在一起，用于与第一负端口 P1相 连;第一正端口 P0与VSS之间接有可变电容C7,第一负端口 P1与VSS之间接有可变电容C8。
[0069] 本发明实施例中的可变电容C7和可变C8可为可编程电容阵列。
[0070] 可选的，所述前端电路还包括第一可编程电容阵列和第二可编程电容阵列；
[0071] 所述第一可编程电容阵列位于第一差分端口中的第一正端口 P0与地之间，所述第 二可编程电容阵列位于第一差分端口中的第一负端口 P1与地之间；
[0072] 其中，所述第一可编程电容阵列和所述第二可编程电容阵列用于在前端电路接收 信号时进行调节，使所述前端电路的谐振频率达到设定阔值；
[0073] 所述第一可编程电容阵列和所述第二可编程电容阵列用于在前端电路发送信号 时进行调节，使所述前端电路的谐振频率为达到设定阔值。
[0074] 本发明实施例可编程电容阵列可W使前端电路在发送信号时和接收信号时的谐 振频率都达到设定域值，提高设备发送和接收的信号的能量。
[0075] 如图7所示，本发明实施例给出第一可编程电容阵列和第二可编程电容阵列由四 个电容(C11~C14)和四个场效应管(醒11~醒14)组成的示意图。每个电容的电容值可W相 同也可W不同，每个可编程电容阵列可W用来自射频忍片的四根数据线来控制对应的场效 应管是否导通，进而控制四个电容中的一个或多个是否接入电路，进而控制整个可编程电 容阵列的容值。例如，C11为lpF，C12为化F，C13为4pF，C14为8pF。电容控制线分为4位:B0~ B3,其中，控制线B0为高电平，B1为低电平，B2为低电平，B3为高电平，则C0和C3接入电路，整 个可编程电容阵列的容值为lpF+8pF = 9pF。需要说明的是，第一可编程电容阵列和第二可 编程电容的形式包括但不限于图7中给出的形式，上文中电容阵列中的包含的电容的容值 只用于做举例说明，实际应用中可W灵活选取电容的容值。
[0076] 本发明实施例前端电路在发送或接收信号时，需要对可编程电容进行调整.使LC 振荡电路满足上文中的谐振条件。
[0077] 基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了通过前端电路进行信号传输的方 法，由于该方法对应的设备是本发明实施例中的设备，并且设备解决问题的原理与本发明 实施例的设备相似，因此该方法的实施可W参见设备的实施，重复之处不再寶述。
[0078] 如图8所示，本发明实施例提供一种通过前端电路进行信号传输的方法，所述前端 电路为上文中所述的前端电路，该方法包括：
[0079] 步骤801，射频忍片在需要接收信号时，向所述前端电路中的电压片选电路发送第 一信号，w及在需要发送信号时，向所述前端电路中的电压片选电路发送第二信号；
[0080] 步骤802,所述电压片选电路在收到所述第一信号后，将所述前端电路中的己伦的 中屯、抽头接电源，W及在收到所述第二信号后，将所述前端电路中的己伦的中屯、抽头接地。
[0081] 本发明实施例提供的方法可W在通过控制电压片选信号使己伦的中屯、抽头接电 源或接电源，使射频忍片接收或发送信号时可W复用相同的己伦，使前端电路中可W少使 用一个己伦，减少前端电路占用的面积。
[0082] 本发明实施例的第一信号和第二信号的形式依据上文中片选电路的形式。例如， 片选电路由上文中的一个N型场效应管和一个P型场效应管构成，则第一信号为高电平，第 二信号为低电平。
[0083] 可选的，所述电压片选电路在收到所述第一信号后，将所述前端电路中的己伦的 中屯、抽头接电源，包括：
[0084] 所述电压片选电路在收到所述第一信号后，导通所述电压片选电路中的N型场效 应管断开，W使所述前端电路中的己伦的中屯、抽头接电源；
[0085] 所述电压片选电路在收到所述第二信号后，将所述前端电路中的己伦的中屯、抽头 接地，包括：
[0086] 所述电压片选电路在收到所述第二信号后，导通所述电压片选电路中的P型场效 应管断开，W使所述前端电路中的己伦的中屯、抽头接地；
[0087] 其中，所述N型场效应管的栅极与所述P型场效应管的栅极连接在一起。
[0088] 从上述内容可W看出：本发明实施例提供一种前端电路，包括：电压片选电路，己 伦;其中，所述己伦包括:平衡端的第一差分端口，平衡端的中屯、抽头，不平衡端的第二差分 端口；其中，所述第一差分端口用于与射频忍片的低噪声放大器LNA的第Ξ差分端口和功率 放大器PA的第四差分端口相连;所述电压片选电路用于在所述前端电路接收信号时使所述 中屯、抽头接电源，在所述前端电路发送信号时使所述中屯、抽头接地。本发明实施例的射频 忍片的前端电路通过调整己伦的中屯、抽头接电源或接电源的方式，在前端电路用于接收信 号或发送信号时复用一个己伦，相对于现有技术使用两个己伦的前端电路，节省一个己伦， 减小了前端电路的面积。
[0089] 显然，本领域的技术人员可W对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精 神和范围。运样，倘若本发明的运些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围 之内，则本发明也意图包含运些改动和变型在内。
【主权项】
1. 一种射频芯片的前端电路，其特征在于，包括： 电压片选电路，巴伦； 其中，所述巴伦包括:平衡端的第一差分端口，平衡端的中心抽头，不平衡端的第二差 分端口； 其中，所述第一差分端口用于与射频芯片的低噪声放大器LNA的第三差分端口和功率 放大器PA的第四差分端口相连； 所述电压片选电路用于在所述前端电路发送信号时使所述中心抽头接地，在所述前端 电路接收信号时使所述中心抽头接电源。2. 如权利要求1所述的前端电路，其特征在于，所述前端电路还包括第一可编程电容阵 列和第二可编程电容阵列； 所述第一可编程电容阵列位于第一差分端口中的第一正端口与地之间，所述第二可编 程电容阵列位于第一差分端口中的第一负端口与地之间； 其中，所述第一可编程电容阵列和所述第二可编程电容阵列用于在前端电路接收信号 时进行调节，使所述前端电路的谐振频率达到设定阈值； 所述第一可编程电容阵列和所述第二可编程电容阵列用于在前端电路发送信号时进 行调节，使所述前端电路的谐振频率为达到设定阈值。3. 如权利要求1所述的前端电路，其特征在于，所述电压片选电路包括:N型场效应管和 P型场效应管， 其中，所述巴伦的平衡端的中心抽头、所述N型场效应管的漏极和所述P型场效应管的 源极连接在一起;所述N型场效应管的源极接地;所述P型场效应管的漏极接电源;所述N型 场效应管的栅极与所述P型场效应管的栅极连接在一起，并与射频芯片的控制线相连； 所述控制线用于在所述前端电路用于发送信号时，控制所述P型场效应管断开，所述N 型场效应管导通;在所述前端电路用于接收信号时，控制所述P型场效应管导通，所述N型场 效应管断开。4. 如权利要求1所述的前端电路，其特征在于， 所述N型场效应管，P型场效应管和所述巴伦集成在所述射频芯片中；或所述N型场效应 管和P型场效应管集成在所述射频芯片中，所述巴伦位于射频芯片之外。5. 如权利要求2所述的前端电路，其特征在于， 所述中心抽头与所述正端口之间的寄生电感为InH~5nH; 所述中心抽头与所述负端口之间的寄生电感为InH~5nH。6. -种收发射频信号的设备，其特征在于，所述设备包括射频芯片和权利要求1~5任 一所述的前端电路。7. 如权利要求6所述的设备，其特征在于， 所述LNA中还包括： 用于与所述前端电路组成LC振荡电路的第一电感L2和第二电感L3; 所述PA中还包括： 用于与所述前端电路组成LC振荡电路的第三电感和第四电感； 其中，所述第一电感L2接在所述LNA中的所述第三差分正端口和地之间； 所述第二电感L3接在所述LNA中的所述第三差分负端口和地之间； 所述第三电感接在所述PA中的所述第四差分正端口和地之间； 所述第四电感接在所述PA中的所述第四差分负端口和地之间。8. -种射频芯片，其特征在于，所述射频芯片中包括权利要求1~5任一所述的前端电 路。9. 一种通过前端电路进行信号传输的方法，其特征在于，所述前端电路为权利要求1~ 5任一所述的前端电路，该方法包括： 射频芯片在需要接收信号时，向所述前端电路中的电压片选电路发送第一信号，以及 在需要发送信号时，向所述前端电路中的电压片选电路发送第二信号； 所述电压片选电路在收到所述第一信号后，将所述前端电路中的巴伦的中心抽头接电 源，以及在收到所述第二信号后，将所述前端电路中的巴伦的中心抽头接地。10. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述电压片选电路在收到所述第一信号后， 将所述前端电路中的巴伦的中心抽头接电源，包括： 所述电压片选电路在收到所述第一信号后，导通所述电压片选电路中的N型场效应管 断开，以使所述前端电路中的巴伦的中心抽头接电源； 所述电压片选电路在收到所述第二信号后，将所述前端电路中的巴伦的中心抽头接 地，包括： 所述电压片选电路在收到所述第二信号后，导通所述电压片选电路中的P型场效应管 断开，以使所述前端电路中的巴伦的中心抽头接地； 其中，所述N型场效应管的栅极与所述P型场效应管的栅极连接在一起。
【文档编号】H04B1/40GK105871408SQ201610202429
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月31日
【发明人】孙响, 孙文
【申请人】青岛海信电器股份有限公司