专利名称：可配置射频功率放大器及包含该放大器的射频发射前端模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及移动终端射频领域，尤其是可配置射频功率放大器及包含该放大器的 射频发射前端模块。
背景技术：
在现代无线通信系统中，射频发射前端模块是实现射频信号无线传输的关键部 件。在目前无线通信频段变得越来越拥挤的情况下，频段利用率较高的各种调制方式，如 CDMA、WCDMA、TD-SCDMA等被越来越广泛地应用。这些调制方式都要求移动终端射频发射前 端中的射频功率放大器具有较高的线性度以保证较高的语音通话及数据通信质量。然而， 线性度的提高是以射频功率放大器平均效率的降低为牺牲的，使得移动终端的通话时间大 幅缩短。考虑到射频功率放大器的输出功率随基站信号的强弱而改变，通常在输出功率较 高时效率较高，而在输出功率较低时效率较低，如果采用单一功率模式的射频功率放大器， 将使得移动终端电池续航时间非常短。以CDMA移动终端中射频功率放大器为例，如果采 用单一功率放大器，当其输出功率为16dBm时，效率仅为10%，而且静态工作电流较大，最 高可达IOOmA以上，严重影响手机通话时间。因此，为了提高线性射频功率放大器的平均效 率，通常需要为射频功率放大器电路设置两种或几种功率模式，使得无论输出多大的射频 功率，射频功率放大器都有较高的效率。现有的多功率模式射频发射前端的解决方案如图1所示。图1中，高功率模式射 频功率放大器107包括功率放大器管芯101及其输出匹配网络102 ；中功率模式射频功率 放大器108包括功率放大器管芯103及其输出匹配网络104 ；低功率模式射频功率放大器 109包括功率放大器管芯105及其输出匹配网络106。高功率模式射频功率放大器107、中 功率模式射频功率放大器108和低功率模式射频功率放大器109分别输出高、中、低等级的 射频功率，它们的输入端都连接到射频输入信号(RFin)。由于每个射频功率放大器都为各自 的输出功率等级单独设计，因此可以保证在各个功率模式下都有较高的效率。射频开关芯 片114包括三个单独的射频开关111、112、113。高功率模式射频功率放大器107的输出端 连接到射频开关111的一端，射频开关111的另外一端连接到天线115 ；中功率模式射频功 率放大器108的输出端连接到射频开关112的一端，射频开关112的另外一端连接到天线 115 ；低功率模式射频功率放大器106的输出端连接到射频开关113的一端，射频开关113 的另外一端连接到天线115。输出匹配网络102将50欧姆天线阻抗转换为一个低阻抗作为 高功率模式射频功率放大器管芯101的负载阻抗，使其输出较高功率；输出匹配网络104将 50欧姆天线阻抗转换为一个中阻抗作为中功率模式射频功率放大器管芯103的负载阻抗， 使其输出较低功率；输出匹配网络106将50欧姆天线阻抗转换为一个高阻抗作为低功率模 式射频功率放大器管芯105的负载阻抗，使其输出较低功率。高功率模式射频功率放大器 107、中功率模式射频功率放大器108和低功率模式射频功率放大器109在同一时刻只有其 中之一工作，并且射频开关111、射频开关112和射频开关113也在同一时刻只有其中之一
4闭合。功率模式控制器芯片110控制高功率模式射频功率放大器107、中功率模式射频功率 放大器108和低功率模式射频功率放大器109的工作状态(工作或不工作)，并且控制射频 开关111、射频开关112和射频开关113的工作状态(闭合或打开)。在此方案中，功率模式控制器110通常为采用CMOS工艺的单芯片；高功率模式射 频功率放大器107、中功率模式射频功率放大器108和低功率模式射频功率放大器109可以 是采用GaAs HBT等工艺的单芯片，也可以是模块形式，即其中的功率放大器管芯101、103、 105采用GaAs HBT等工艺制造，而输出匹配网络102、104、106采用分立元件或半导体工艺， 例如 GaAsHBT、GaAs HEMT 或集成无源器件(Integrated Passive Devices, IPD)等；射频 开关芯片114通常采用GaAs HEMT工艺制造。综上，在此方案中，将有至少5块单独的芯片 或模块，使得多功率模式射频发射前端模块的集成度很低，占用很大移动终端电路板面积， 不利于移动终端的小型化，并且由于多块芯片或模块的存在也使得移动终端的成本较高。
发明内容
本发明为了克服现有多功率模式射频发射前端模块面积大、集成度低并导致移动 终端成本高的缺陷，提供一种可配置射频功率放大器及包含该放大器的射频发射前端模 块。根据本发明的一个方面，本发明提供了 一种可配置射频功率放大器200，包括可配 置射频功率放大器管芯201以及可配置输出阻抗匹配网络202 ；可配置射频功率放大器管 芯201的输出端与可配置输出阻抗匹配网络202连接；可配置输出阻抗匹配网络202具有包含电感和电容的若干阻抗电路；可配置输出 阻抗匹配网络还包括射频开关，射频开关控制各阻抗电路导通或断开。根据本发明的一个方面，可配置输出阻抗匹配网络202包括第一电感Li、第二电 感L2、第三电感L3、第一电容Cl、第二电感C2、第三电感C3、第一射频开关113和第二射频 开关112 ；可配置射频功率放大器管芯201的输出端分别与第一电感Ll和第二电感L2的一 端连接，第一电感Ll的另一端分别与第三电感L3和第三电容C3的一端连接，第三电感L3 的另一端接供电电压，第二电感L2分别与第一电容Cl和第二电容C2的一端连接；第二电 容C2的另一端接地；第一电容Cl的另一端与第二射频开关112的一端连接，第二射频开关 112的另一端接天线115 ；第三电容C3的另一端与第一射频开关113的一端连接，第一射频 开关113的另一端接天线115。根据本发明的一个方面，可配置射频功率放大器管芯201的偏置电压根据可配置 射频功率放大器管芯201的工作模式确定，工作模式为低功率模式或中功率模式。根据本发明的一个方面，在低功率模式下，第一射频开关113闭合而第二射频开 关112打开，可配置射频功率放大器管芯201的偏置电压为低功率模式对应的偏置电压；在 中功率模式下，第一射频开关113打开而第二射频开关112闭合，可配置射频功率放大器管 芯201的偏置电压为中功率模式对应的偏置电压。根据本发明的一个方面，本发明提供了一种多功率模式射频发射前端模块，包括 功率模式控制器110、高功率模式射频功率放大器107和第三射频开关111，高功率模式射 频功率放大器107包括高功率模式射频功率放大器管芯101及第三输出匹配网络102，还包括所述的可配置射频功率放大器200 ；可配置射频功率放大器200与功率模式控制器110连接，功率模式控制器110根 据功率模式控制第一射频开关113、第二射频开关112和第三射频开关111的开启或闭合；射频输入信号分别输入高功率模式射频功率放大器管芯101和可配置射频功率 放大器管芯201。根据本发明的一个方面，功率模式控制器110、高功率模式射频功率放大器107、 第三射频开关111和可配置射频功率放大器200分别集成于第一集成电路芯片和第二集成 电路芯片中。根据本发明的一个方面，高功率模式射频功率放大器107和可配置射频功率放大 器200集成于第一集成电路芯片，功率模式控制器110和第三射频开关111集成于第二集 成电路芯片。根据本发明的一个方面，高功率模式射频功率放大器管芯101和可配置射频功率 放大器管芯201集成于第一集成电路芯片，功率模式控制器110、第三输出匹配网络102、第 三射频开关111以及可配置输出阻抗匹配网络202集成于第二集成电路芯片。根据本发明的一个方面，高功率模式射频功率放大器管芯101集成于第一集成电 路芯片，功率模式控制器110、第三输出匹配网络102、第三射频开关111、可配置射频功率 放大器管芯201以及可配置输出阻抗匹配网络202集成于第二集成电路芯片。根据本发明的一个方面，还包括第四射频开关209 ；第四射频开关209与功率模式 控制器110连接；射频输入信号直接输入第四射频开关209的一端，第四射频开关209的另 一端接天线115 ；在旁路模式下，功率模式控制器110关闭第四射频开关209而打开第一射 频开关113、第二射频开关112和第三射频开关111，并控制高功率模式功率放大器107和 可配置射频功率放大器200不工作。根据本发明的一个方面，功率模式控制器110、高功率模式射频功率放大器107、 第三射频开关111、第四射频开关209和可配置射频功率放大器200分别集成于第一集成电 路芯片和第二集成电路芯片中。根据本发明的一个方面，高功率模式射频功率放大器107和可配置射频功率放大 器200集成于第一集成电路芯片，功率模式控制器110、第三射频开关111和第四射频开关 209集成于第二集成电路芯片。根据本发明的一个方面，高功率模式射频功率放大器管芯101和可配置射频功率 放大器管芯201集成于第一集成电路芯片，功率模式控制器110、第三输出匹配网络102、第 三射频开关111、第四射频开关209以及可配置输出阻抗匹配网络202集成于第二集成电路
-H-· I I心片。根据本发明的一个方面，高功率模式射频功率放大器管芯101集成于第一集成 电路芯片，功率模式控制器110、第三输出匹配网络102、第三射频开关111、第四射频开关 209、可配置射频功率放大器管芯201以及可配置输出阻抗匹配网络202集成于第二集成电 路芯片。根据本发明的一个方面，其特征在于，第一集成电路芯片采用GaAs HBT工艺制造， 第二集成电路芯片采用绝缘体硅工艺制造。根据本发明的一个方面，本发明提供了 一种移动终端，包括基带控制芯片61、前端
6芯片62、多功率模式射频发射前端模块63以及天线115、64，其特征在于，所述多功率模式 射频发射前端模块63为多功率模式射频发射前端模块。本发明减少了多功率模式射频前端的独立单元的数量，并在一个单模块中集成两 块芯片，使得多功率模式射频发射前端模块占用移动终端电路板面积大幅减小，同时也大 幅降低了移动终端的制造成本。
图1是现有技术中的多功率模式射频发射前端模块的结构图；图2是本发明实施例一的具有可配置输出阻抗匹配网络的射频功率放大器的结 构图；图3是本发明实施例二的多功率模式射频发射前端模块的结构图；图4是本发明实施例三的多功率模式射频发射前端模块的结构图；图5是本发明实施例四的多功率模式射频发射前端模块的结构图；图6是本发明实施例五的多功率模式射频发射前端模块的结构图；图7是本发明实施例六的移动终端的结构示意图。
具体实施例方式通常移动终端中每个模式的射频功率放大器都有与该模式对应的放大器管芯及 输出匹配网络组成，这样就导致了射频发射器前端的面积较大。同时，移动终端中的射 频功率放大器管芯通常需要采用GaAs异质结双极型晶体管(Heterojunction Bipolar Transistor, HBT)工艺来制造，功率模式控制器采用CMOS工艺来制造，射频开关芯片则需 要采用GaAs高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor,HEMT)工艺来制 造，并且需要设计多个工作于不同功率模式的射频功率放大器管芯，使得整个射频发射前 端的面积较大。为了解决现有上述的缺陷，本发明提供了如下的解决方案。实施例一如图2所示为本发明所提出的具有可配置输出阻抗匹配网络的射频功率放大器 的实现方案。射频功率放大器包括射频功率放大器管芯201、第一电感Li、第二电感L2、第 三电感L3、第一电容Cl、第二电容C2、第三电容C3、射频开关112、射频开关113以及天线 115。射频功率放大器的输入端连接到射频输入信号(RFIN)，输出端连接到第一电感Ll和 第二电感L2的一端；第一电感Ll的另一端连接到第三电感L3的一端和第三电容C3的一 端；第三电感L3的另外一端连接到射频功率放大器的直流供电端；第三电容C3的另外 一端通过射频开关113连接到天线115 ；第二电感L2的另外一端连接到第二电容C2的一 端和第一电容Cl的一端；第二电容C2的另外一端连接到地；第一电容Cl的另外一端通过 射频开关112连接到天线115。在中功率模式下，射频功率放大器的偏置电压设置为中功率模式所需的中等级电 压(该电压值与实际设计有关，但高于低功率模式下的低等级电压)，并且射频开关112闭 合而射频开关113打开，此时射频功率放大器的输出匹配网络由第一电感Li、第二电感L2、 第三电感L3、第一电容Cl和第二电容C2组成，为射频功率放大器提供中等程度的负载阻 抗，使其能输出中功率模式的射频功率。在低功率模式下，射频功率放大器的偏置设置为低功率模式所需的低等级电压，并且射频开关112打开而射频开关113闭合，此时射频功率放 大器的输出匹配网络由第一电感Li、第二电感L2、第三电感L3、第二电容C2和第三电容C3 组成，为射频功率放大器提供高等级的负载阻抗，使其输出较低的射频功率。在一个用于800MHz通信的手机功率放大器的具体实施例中，射频功率放大器采 用GaAs工艺实现，直流供电电压(Vcc)为3. 4V，第一电感Ll的值为3nH，第二电感L2的值 为3nH，第三电感L3的值为3nH，第一电容Cl的值为IOOOpF,第二电容C2的值为4pF，第三 电容C3的值为IOOOpF,射频开关112、113用GaAs工艺实现。在此元件值配置下，高功率 模式下，射频开关112闭合射频开关112打开，输出匹配网络为射频功率放大器提供25欧 姆的负载阻抗，输出射频功率为20dBm，功率附加效率为35% ；低功率模式下，射频开关113 闭合而射频开关112打开，输出匹配网络为射频功率放大器提供100欧姆的负载阻抗，输出 射频功率为10dBm，功率附加效率为25%。需要说明的是，直流供电电压Vrc的值、第一电感Li、第二电感L2、第三电感L3、第 一电容Cl、第二电容C2和第三电容C3的元件值，需要根据整个射频功率放大器的具体情况 来设计，这对于本领域技术人员来讲是易于理解的。另外，需要说明的是，本发明所提出的 技术方案中的射频功率放大器、匹配网络中的电感、电容以及开关的实现可以是采用分立 元件的方法，也可以采用GaAs工艺、绝缘体硅工艺、集成无源器件工艺、CMOS工艺等半导体 工艺或聚四氟乙烯基板工艺，但不限于上述实现方式。上述的技术方案使得能够实现高、中、低功率模式的多功率模式射频发射前端模 块只需要两个放大器管就能正常工作，从而能够减少多功率模式射频发射前端模块所需要 的面积。应用了本发明所提供的可配置射频功率放大器的多模式射频发射前端模块，如图 3-6所示，包括功率模式控制器110、高功率模式射频功率放大器107、可配置功率射频放 大器200和第三射频开关111，高功率模式射频功率放大器107包括高功率模式射频功率放 大器管芯101及第三输出匹配网络102 ；可配置射频功率放大器200与功率模式控制器110 连接，功率模式控制器110根据功率模式控制第一射频开关113、第二射频开关112和第三 射频开关111的开启或闭合；射频输入信号分别输入高功率模式射频功率放大器管芯101 和可配置射频功率放大器管芯201。虽然上述的技术方案已经减小了多功率模式射频发射前端模块所需的面积，但为 了进一步减少多功率模式射频发射前端模块所需的面积，并且提高集成度，下面通过实施 例详细描述应用了具有可配置输出阻抗匹配网络的射频功率放大器的多功率模式射频发 射前端模块的实现方案。实施例二本发明所提出的第一种多功率模式射频发射前端模块的结构如图3所示。整个射 频发射前端被集成为一个单模块，其中包括第一芯片203和第二芯片204。第一芯片203上 集成了高功率模式射频功率放大器管芯101及其输出匹配网络102和具有可配置输出阻抗 匹配网络202的可配置射频功率放大器200，可配置射频功率放大器200包括可配置输出 阻抗匹配网络202和可配置射频功率放大器管芯201，可配置射频功率放大器管芯201的 偏置电压可以改变；第一芯片203通常采用GaAs HBT工艺制造。第二芯片204上集成了功 率模式控制器110和射频开关111。第二芯片采用绝缘体硅工艺(SOI)制造。由于SOI — 方面与传统的CMOS工艺兼容，可以方便用于实现功率模式控制器110 ；并且另外一方面其
8具有与GaAs工艺类似的高电阻率衬底(电阻率大于300Ω · cm)和高击穿电压，可以用于 实现低损耗的射频开关111，因此可以采用SOI工艺集成功率模式控制器110及射频开关 111，从而大幅提高射频发射前端的集成度。可配置射频功率放大器管芯201和高功率模式 射频功率放大器管芯101的输入端连接到射频输入信号(RFin)；可配置射频功率放大器管 芯201和高功率模式射频功率放大器管芯101的输出端分别连接到可配置输出阻抗匹配网 络202、输出匹配网络102的一端；输出匹配网络102的另外一端连接到射频开关111的一 端，可配置输出阻抗匹配网络202的另外一端连接到天线115 ；射频开关111的另外一端连 接到天线115。功率模式控制器110控制可配置射频功率放大器管芯201的工作状态(工 作或不工作，工作时在何种偏置电压下工作)和高功率模式射频功率放大器管芯101的工 作状态(工作或不工作)，并控制射频开关111和可配置输出阻抗匹配网络202中的射频开 关112、113的状态(闭合或打开)。在此技术方案中，可以实现三种功率模式，即低功率模式、中功率模式和高功率 模式。在低功率模式下，功率模式控制器110控制可配置射频功率放大器管芯105在低 等级的偏置电压下工作而高功率模式射频功率放大器管芯101不工作，并且控制射频开 关113闭合而射频开关111及射频开关112打开。此时，来自于移动终端中射频收发器 (Transceiver)的输入射频信号(RFin)经可配置射频功率放大器200放大再经过射频开关 113之后连接到天线115，而高功率模式射频功率放大器管芯101不工作。在中功率模式下， 功率模式控制器110控制可配置射频功率放大器管芯105在中等级的偏置电压下工作而高 功率模式射频功率放大器管芯101不工作，并且控制射频开关112闭合而射频开关111及 射频开关113打开。此时，来自于移动终端中射频收发器(Transceiver)的输入射频信号 (RFin)经可配置射频功率放大器200放大再经过射频开关112之后连接到天线115，而高功 率模式射频功率放大器管芯101不工作。在高功率模式下，功率模式控制器110控制高功 率模式射频功率放大器管芯101工作、可配置射频功率放大器管芯201不工作，并且控制射 频开关112和射频开关113打开而射频开关111闭合；此时，高功率模式射频功率放大器管 芯101工作，输出高等级功率。实施例三本发明所提出的第二种多功率模式射频发射前端模块的结构如图4所示。整个射 频发射前端被集成为一个单模块，其中包括第三芯片205和第四芯片206。第三芯片205上 集成了高功率模式射频功率放大器管芯101和可配置射频功率放大器管芯201 ；第三芯片 205通常采用GaAs HBT工艺制造。第四芯片206上集成了功率模式控制器110，射频开关 111，高功率模式射频功率放大器的输出匹配网络102，以及可配置射频功率放大器200的 可配置输出阻抗匹配网络202。第四芯片采用绝缘体硅工艺(SOI)制造。由于SOI—方面 与传统的CMOS工艺兼容，可以方便用于实现功率模式控制器110 ；并且另外一方面其具有 与GaAs工艺类似的高电阻率衬底(电阻率大于300 Ω -cm)和高击穿电压，可以用于实现低 损耗的射频开关111，因此可以采用SOI工艺集成功率模式控制器110，射频开关111，功率 模式射频功率放大器的输出匹配网络102，以及可配置射频功率放大器200的可配置输出 阻抗匹配网络202，从而大幅提高射频发射前端的集成度。可配置射频功率放大器管芯201 和高功率模式射频功率放大器管芯101的输入端连接到射频输入信号(RFin)；可配置射频 功率放大器管芯201和高功率模式射频功率放大器管芯101的输出端分别连接到可配置输出阻抗匹配网络202、输出匹配网络102的一端；输出匹配网络102的另外一端连接到射频 开关111的一端，可配置输出阻抗匹配网络202的另外一端连接到天线115 ；射频开关111 的另外一端连接到天线115。功率模式控制器110控制可配置射频功率放大器管芯201的 工作状态(工作或不工作，工作时在何种偏置电压下工作)和高功率模式射频功率放大器 管芯101的工作状态(工作或不工作)，并控制射频开关111和可配置输出阻抗匹配网络 202中的射频开关112、113的状态(闭合或打开)。在此技术方案中，可以实现三种功率模式，即低功率模式、中功率模式和高功率 模式。在低功率模式下，功率模式控制器Iio控制可配置射频功率放大器管芯105在低 等级的偏置电压下工作而高功率模式射频功率放大器管芯101不工作，并且控制射频开 关113闭合而射频开关111及射频开关112打开。此时，来自于移动终端中射频收发器 (Transceiver)的输入射频信号(RFin)经可配置射频功率放大器200放大再经过射频开关 113之后连接到天线115，而高功率模式射频功率放大器管芯101不工作。在中功率模式下， 功率模式控制器110控制可配置射频功率放大器管芯105在中等级的偏置电压下工作而高 功率模式射频功率放大器管芯101不工作，并且控制射频开关112闭合而射频开关111及 射频开关113打开。此时，来自于移动终端中射频收发器(Transceiver)的输入射频信号 (RFin)经可配置射频功率放大器200放大再经过射频开关112之后连接到天线115，而高功 率模式射频功率放大器管芯101不工作。在高功率模式下，功率模式控制器110控制高功 率模式射频功率放大器管芯101工作、可配置射频功率放大器管芯201不工作，并且控制射 频开关112和射频开关113打开而射频开关111闭合；此时，高功率模式射频功率放大器管 芯101工作，输出高等级功率。实施例四本发明所提出的第三种多功率模式射频发射前端模块的结构如图5所示。整个射频发射前端被集成为一个单模块，其中包括第五芯片207和第六芯片208。 第五芯片207上集成了高功率模式射频功率放大器管芯101 ；第五芯片205通常采用GaAs HBT工艺制造。第六芯片206上集成了功率模式控制器110，射频开关111，可配置射频功率 放大器管芯201，高功率模式射频功率放大器的输出匹配网络102，以及可配置射频功率放 大器200的可配置输出阻抗匹配网络202。第六芯片采用绝缘体硅工艺(SOI)制造。由于 SOI —方面与传统的CMOS工艺兼容，可以方便用于实现功率模式控制器110;并且另外一方 面其具有与GaAs工艺类似的高电阻率衬底(电阻率大于300 Ω · cm)和高击穿电压，可以 用于实现低损耗的射频开关111，因此可以采用SOI工艺集成功率模式控制器110，射频开 关111，可配置射频功率放大器管芯201，功率模式射频功率放大器的输出匹配网络102，以 及可配置射频功率放大器200的可配置输出阻抗匹配网络202，从而大幅提高射频发射前 端的集成度。可配置射频功率放大器管芯201和高功率模式射频功率放大器管芯101的输 入端连接到射频输入信号(RFin)；可配置射频功率放大器管芯201和高功率模式射频功率 放大器管芯101的输出端分别连接到可配置输出阻抗匹配网络202、输出匹配网络102的 一端；输出匹配网络102的另外一端连接到射频开关111的一端，可配置输出阻抗匹配网络 202的另外一端连接到天线115 ；射频开关111的另外一端连接到天线115。功率模式控制 器110控制可配置射频功率放大器管芯201的工作状态(工作或不工作，工作时在何种偏 置电压下工作)和高功率模式射频功率放大器管芯101的工作状态(工作或不工作)，并控
10制射频开关111和可配置输出阻抗匹配网络202中的射频开关112、113的状态(闭合或打 开)。在此技术方案中，可以实现三种功率模式，即低功率模式、中功率模式和高功率 模式。在低功率模式下，功率模式控制器Iio控制可配置射频功率放大器管芯105在低 等级的偏置电压下工作而高功率模式射频功率放大器管芯101不工作，并且控制射频开 关113闭合而射频开关111及射频开关112打开。此时，来自于移动终端中射频收发器 (Transceiver)的输入射频信号(RFin)经可配置射频功率放大器200放大再经过射频开关 113之后连接到天线115，而高功率模式射频功率放大器管芯101不工作。在中功率模式下， 功率模式控制器110控制可配置射频功率放大器管芯105在中等级的偏置电压下工作而高 功率模式射频功率放大器管芯101不工作，并且控制射频开关112闭合而射频开关111及 射频开关113打开。此时，来自于移动终端中射频收发器(Transceiver)的输入射频信号 (RFin)经可配置射频功率放大器200放大再经过射频开关112之后连接到天线115，而高功 率模式射频功率放大器管芯101不工作。在高功率模式下，功率模式控制器110控制高功 率模式射频功率放大器管芯101工作、可配置射频功率放大器管芯201不工作，并且控制射 频开关112和射频开关113打开而射频开关111闭合；此时，高功率模式射频功率放大器管 芯101工作，输出高等级功率。实施例五图1所示的多功率模式射频发射前端模块能够实现高、中、低3中功率模式，为了 进一步降低移动终端待机时的功率，本发明还提供了一种旁路模式，其具体的结构如图6 所示。该多功率模式射频发射前端模块包括功率模式控制器110，高功率模式射频功率 放大器107，可配置射频功率放大器200，射频天线111、209 ；高功率模式射频功率放大器 107包括高功率模式射频功率放大器管芯101和输出匹配网络102，可配置射频功率放大器 200包括可配置射频功率放大器管芯201和可配置输出阻抗匹配网络202 ；射频天线209的 一端、可配置射频功率放大器管芯201和高功率模式射频功率放大器管芯101的输入端连 接到射频输入信号(RFin)；可配置射频功率放大器管芯201和高功率模式射频功率放大器 管芯101的输出端分别连接到可配置输出阻抗匹配网络202、输出匹配网络102的一端；输 出匹配网络102的另外一端连接到射频开关111的一端，可配置输出阻抗匹配网络202的 另外一端连接到天线115 ；射频开关111、209的另外一端连接到天线115。功率模式控制器 110控制可配置射频功率放大器管芯201的工作状态(工作或不工作，工作时在何种偏置电 压下工作)和高功率模式射频功率放大器管芯101的工作状态(工作或不工作)，并控制射 频开关111、209和可配置输出阻抗匹配网络202中的射频开关112、113的状态(闭合或打 开)。在此技术方案中，可以实现四种功率模式，即旁路模式、低功率模式、中功率模式 和高功率模式。在旁路模式，功率模式控制器Iio控制可配置射频功率放大器管芯105和 高功率模式射频功率放大器管芯101不工作，并且控制射频开关209闭合而射频开关111、 射频开关112及射频开关113打开。此时，来自于移动终端中射频收发器(Transceiver) 的输入射频信号(RFin)直接经射频开关209之后连接到天线115，而可配置射频功率放大 器管芯105和高功率模式射频功率放大器管芯101不工作。在低功率模式下，功率模式控制器110控制可配置射频功率放大器管芯105在低等级的偏置电压下工作而高功率模式射 频功率放大器管芯101不工作，并且控制射频开关113闭合而射频开关111及射频开关112 打开。此时，来自于移动终端中射频收发器(Transceiver)的输入射频信号(RFin)经可配 置射频功率放大器200放大再经过射频开关113之后连接到天线115，而高功率模式射频功 率放大器管芯101不工作。在中功率模式下，功率模式控制器110控制可配置射频功率放 大器管芯105在中等级的偏置电压下工作而高功率模式射频功率放大器管芯101不工作， 并且控制射频开关112闭合而射频开关111及射频开关113打开。此时，来自于移动终端 中射频收发器(Transceiver)的输入射频信号(RFin)经可配置射频功率放大器200放大再 经过射频开关112之后连接到天线115，而高功率模式射频功率放大器管芯101不工作。在 高功率模式下，功率模式控制器110控制高功率模式射频功率放大器管芯101工作、可配置 射频功率放大器管芯201不工作，并且控制射频开关112和射频开关113打开而射频开关 111闭合；此时，高功率模式射频功率放大器管芯101工作，输出高等级功率。为了减少图6所示的多功率模式射频发射前端所占用的电路板面积，可以进一步 地对其进行集成。在集成时，可以选择下述的任意一种方案1、高功率模式射频功率放大器107和可配置射频功率放大器200集成到一个芯 片，该芯片通常采用GaAs HBT工艺制造；功率模式控制器110和射频开关111、209集成到 另一个芯片，该芯片通常采用绝缘体硅工艺制造；2、高功率模式射频功率放大器管芯101和可配置射频功率放大器管芯201集成到 一个芯片，该芯片通常采用GaAs HBT工艺制造；功率模式控制器110，射频开关111、209，高 功率模式射频功率放大器管芯101的输出匹配网络102，以及可配置射频功率放大器管芯 201的可配置输出阻抗配置网络集成到另一个芯片，该芯片通常采用绝缘体硅工艺制造；3、高功率模式射频功率放大器管芯101集成到一个芯片，该芯片通常采用GaAs HBT工艺制造；功率模式控制器110，射频开关111、209，可配置射频功率放大器管芯201，高 功率模式射频功率放大器管芯101的输出匹配网络102，以及可配置射频功率放大器管芯 201的可配置输出阻抗配置网络集成到另一个芯片，该芯片通常采用绝缘体硅工艺制造。实施例六本发明提供的多功率模式射频发射前端模块可以应用于支持各种通信标准的移 动终端中，例如GSM、CDMA2000、WCDMA, TD-SCDMA以及LTE等，也可以应用于双模或者多模 移动终端中，例如GSM/CDMA双模移动终端以及WCDMA/TD-SCDMA双模移动终端。图7显示了移动终端的结构示意图。移动终端包括基带控制芯片61、前端芯片(射 频收发器)62、多功率模式射频发射前端模块63以及天线64。多功率模式射频发射前端模 块63可以为上述实施例提供的任一多功率模式射频发射前端模块。基带控制芯片61用于 合成将要发射的基带信号，或对接收到的基带信号进行解码；前端芯片62，对从基带控制 芯片61传输来的基带信号进行处理而生成射频信号，并将所生成的射频信号发送到多功 率模式射频发射前端模块63，或对从多功率模式射频发射前端模块63传输来的射频信号 进行处理而生成基带信号，并将所生成的基带信号发送到基带控制芯片61 ；多功率模式射 频发射前端模块63用于对从前端芯片62传输来的射频信号进行诸如功率放大的处理，或 接收信号并将该接收信号处理后发送至前端芯片62 ；天线64，其与多功率模式射频发射前 端模块63相连接，用于从外界接收信号或发射从多功率模式射频发射前端模块63传输来
12的信号。具体而言，进行信号发射时，基带控制芯片61把要发射的信息编译成基带码(基 带信号)并将其传输给前端芯片62，前端芯片62对该基带信号进行处理生成射频信号，并 将该射频信号传输到多功率模式射频发射前端模块63，多功率模式射频发射前端模块63 将从前端芯片62传输来的射频信号进行功率放大并通过天线64向外发射；进行信号接收 时，多功率模式射频发射前端模块63将通过天线64接收的射频信号传输给前端芯片62，前 端芯片62将从多功率模式射频发射前端模块63传输来的射频信号转换为基带信号，并将 该基带信号传输到基带控制芯片61，最后由基带控制芯片61将从前端芯片62传输来的基 带信号解译为接收信息。可选地，所述要发射的信息或接收信息可以包括音频信息、地址信息(手机号码、 网站地址)、文字信息(短信息文字、网站文字)、图片信息等。所述基带控制芯片的主要组件为处理器(DSP、ARM等)和内存(如SRAM、Flash)。 可选地，该基带控制芯片由单一基带芯片实现。优选地，所述前端芯片支持两种基带信号接口，可以支持带模拟基带功能的基带 控制芯片，也可以同时支持纯数字的基带控制芯片。需要说明的，本发明所提出的技术方案，可以应用于需要多功率模式的任何无线 通信标准移动终端，而不受具体通信频段的限制；并且，高、中、低功率模式下所对应的具体 功率值，根据通信标准的具体要求而定。任何在具体电路或芯片布局实现形式上的变化，都 包括在本专利的涵盖范围之内。
1权利要求
一种可配置射频功率放大器(200)，其特征在于，包括可配置射频功率放大器管芯(201)以及可配置输出阻抗匹配网络(202)；可配置射频功率放大器管芯(201)的输出端与可配置输出阻抗匹配网络(202)连接；可配置输出阻抗匹配网络(202)具有包含电感和电容的若干阻抗电路；可配置输出阻抗匹配网络还包括射频开关，射频开关控制各阻抗电路导通或断开。
2.如权利要求1所述的可配置射频功率放大器，其特征在于，可配置输出阻抗匹配 网络(202)包括第一电感(Li)、第二电感(L2)、第三电感(L3)、第一电容(Cl)、第二电感 (C2)、第三电感(C3)、第一射频开关(113)和第二射频开关(112)；可配置射频功率放大器管芯(201)的输出端分别与第一电感(Li)和第二电感(L2)的 一端连接，第一电感(Li)的另一端分别与第三电感(L3)和第三电容(C3)的一端连接，第 三电感(L3)的另一端接供电电压，第二电感(L2)分别与第一电容(Cl)和第二电容(C2) 的一端连接；第二电容(C2)的另一端接地；第一电容(Cl)的另一端与第二射频开关(112) 的一端连接，第二射频开关(112)的另一端接天线(115)；第三电容(C3)的另一端与第一 射频开关(113)的一端连接，第一射频开关(113)的另一端接天线(115)。
3.如权利要求2所述的可配置射频功率放大器，其特征在于，可配置射频功率放大器 管芯(201)的偏置电压根据可配置射频功率放大器管芯(201)的工作模式确定，工作模式 为低功率模式或中功率模式。
4.如权利要求3所述的可配置射频功率放大器，其特征在于，在低功率模式下，第一射 频开关(113)闭合而第二射频开关(112)打开，可配置射频功率放大器管芯(201)的偏置 电压为低功率模式对应的偏置电压；在中功率模式下，第一射频开关(113)打开而第二射 频开关(112)闭合，可配置射频功率放大器管芯(201)的偏置电压为中功率模式对应的偏 置电压。
5.一种多功率模式射频发射前端模块，包括功率模式控制器(110)、高功率模式射频 功率放大器(107)和第三射频开关(111)，高功率模式射频功率放大器(107)包括高功率模 式射频功率放大器管芯(101)及第三输出匹配网络(102)，其特征在于，还包括如权利要求 1所述的可配置射频功率放大器(200)；可配置射频功率放大器(200)与功率模式控制器(110)连接，功率模式控制器(110) 根据功率模式控制第一射频开关(113)、第二射频开关(112)和第三射频开关(111)的开启 或闭合；射频输入信号分别输入高功率模式射频功率放大器管芯(101)和可配置射频功率放 大器管芯(201)。
6.如权利要求5所述的多功率模式射频发射前端模块，其特征在于，功率模式控制器 (110)、高功率模式射频功率放大器(107)、第三射频开关(111)和可配置射频功率放大器 (200)分别集成于第一集成电路芯片和第二集成电路芯片中。
7.如权利要求6所述的多功率模式射频发射前端模块，其特征在于，高功率模式射频 功率放大器(107)和可配置射频功率放大器(200)集成于第一集成电路芯片，功率模式控 制器(110)和第三射频开关(111)集成于第二集成电路芯片。
8.如权利要求6所述的多功率模式射频发射前端模块，其特征在于，高功率模式射频 功率放大器管芯(101)和可配置射频功率放大器管芯(201)集成于第一集成电路芯片，功率模式控制器(110)、第三输出匹配网络(102)、第三射频开关(111)以及可配置输出阻抗 匹配网络(202)集成于第二集成电路芯片。
9.如权利要求6所述的射频多功率模式射频发射前端模块，其特征在于，高功率模式 射频功率放大器管芯(101)集成于第一集成电路芯片，功率模式控制器(110)、第三输出匹 配网络(102)、第三射频开关(111)、可配置射频功率放大器管芯(201)以及可配置输出阻 抗匹配网络(202)集成于第二集成电路芯片。
10.如权利要求5所述的多功率模式射频发射前端模块，其特征在于，还包括第四射频 开关(209)；第四射频开关(209)与功率模式控制器(110)连接；射频输入信号直接输入第 四射频开关(209)的一端，第四射频开关(209)的另一端接天线(115)；在旁路模式下，功 率模式控制器(110)关闭第四射频开关(209)而打开第一射频开关(113)、第二射频开关 (112)和第三射频开关(111)，并控制高功率模式功率放大器(107)和可配置射频功率放大 器(200)不工作。
11.如权利要求10所述的多功率模式射频发射前端模块，其特征在于，功率模式控制 器(110)、高功率模式射频功率放大器(107)、第三射频开关(111)、第四射频开关(209)和 可配置射频功率放大器(200)分别集成于第一集成电路芯片和第二集成电路芯片中。
12.如权利要求11所述的多功率模式射频发射前端模块，其特征在于，高功率模式射 频功率放大器(107)和可配置射频功率放大器(200)集成于第一集成电路芯片，功率模式 控制器(110)、第三射频开关(111)和第四射频开关(209)集成于第二集成电路芯片。
13.如权利要求11所述的多功率模式射频发射前端模块，其特征在于，高功率模式 射频功率放大器管芯(101)和可配置射频功率放大器管芯(201)集成于第一集成电路芯 片，功率模式控制器(110)、第三输出匹配网络(102)、第三射频开关(111)、第四射频开关 (209)以及可配置输出阻抗匹配网络(202)集成于第二集成电路芯片。
14.如权利要求11所述的多功率模式射频发射前端模块，其特征在于，高功率模式射 频功率放大器管芯(101)集成于第一集成电路芯片，功率模式控制器(110)、第三输出匹配 网络(102)、第三射频开关(111)、第四射频开关(209)、可配置射频功率放大器管芯(201) 以及可配置输出阻抗匹配网络(202)集成于第二集成电路芯片。
15.如权利要求5-14任意一项中所述的多功率模式射频发射前端模块，其特征在于， 第一集成电路芯片采用GaAs HBT工艺制造，第二集成电路芯片采用绝缘体硅工艺制造。
16.一种移动终端，包括基带控制芯片(61)、前端芯片(62)、多功率模式射频发射前端 模块(63)以及天线(115、64)，其特征在于，所述多功率模式射频发射前端模块(63)为如权 利要求5-14任意一项中所述的多功率模式射频发射前端模块。全文摘要
本发明涉及可配置射频功率放大器及包含该放大器的射频发射前端模块。可配置射频功率放大器包括可配置射频功率放大器管芯(201)以及可配置输出阻抗匹配网络(202)；可配置射频功率放大器管芯(201)的输出端与可配置输出阻抗匹配网络(202)连接；可配置输出阻抗匹配网络(202)具有包含电感和电容的若干阻抗电路；可配置输出阻抗匹配网络还包括射频开关，射频开关控制各阻抗电路导通或断开。本发明减少了多功率模式射频前端的独立单元的数量，并在一个单模块中集成两块芯片，使得多功率模式射频发射前端模块占用移动终端电路板面积减小，同时也降低了移动终端的制造成本。
文档编号H03F3/20GK101917166SQ20101023994
公开日2010年12月15日 申请日期2010年7月28日 优先权日2010年7月28日
发明者袁志鹏, 赵冬末 申请人:锐迪科创微电子(北京)有限公司