专利名称：一种用于多频多模手机的射频模块的制作方法
技术领域：
本发明属于移动通讯领域，尤其涉及射频电路技术。
(二)发明背景多频多模射频模块广泛应用于各种形式的多频多模手机设计中，如GSM/WCDMA双频/双模、GSM/WCDMA/cdma2000/CDMA IS-95三频/四模、GSM/WCDMA/TD-SCDMA三频/三模等手机。
自1992年以来，第二代数字蜂窝移动通信系统，如GSM和CDMA IS-95系统在世界各地迅猛发展，用户数将达到13亿；以提供高速数据传输、多媒体业务服务为目的的第三代移动通信系统移动IMT2000应运而生，它有包括三种不同的体制cdma2000、WCDMA和TD-SCDMA。针对第二代GSM和CDMAIS-95移动通信系统还在大量使用，而第三代的cdma2000、WCDMA和TD-SCDMA移动通信系统即将投入运行，由此突现的多种频段和多种模式移动通信系统并存的局面，迫切需要多频多模手机，在多种不同体制的系统之间自由切换，以方便实现全球漫游功能。用于多频多模手机的射频模块已经成为射频技术的研究热点之一，这方面的解决方案有两种，其一是设计支持多频多模手机的专用射频芯片组，针对不同的多频多模手机方案须设计各自的专用射频芯片组，优点是针对性强、系统设计优化、功耗低，缺点是研发费用高、风险大；其二是采用通用射频芯片在PCB板集成设计支持多频多模手机的射频模块，优点是研发费用低、风险小，针对不同的多频多模手机设计，通过灵活地选择芯片，实现所要求的系统方案，缺点是系统设计优化性差，功耗高。
本发明目的是提供一种采用通用射频芯片在PCB板集成设计支持多频多模手机的射频模块，主要解决多频多模手机设计中的射频模块低功耗和低成本的问题，实现并推进多频多模手机商业应用。
发明内容
多频多模射频模块的技术方案采用射频直接调制发射、超外差中频解调接收，射频直接调制发射是将需传输的信息直接调制到发信机发射频率，省去了中频带通滤波器、上变频器及推动放大器，使得发信机电路简洁；而超外差中频解调接收，是将接收机接收的射频信号先下变频到中频，经中频带通滤波器滤除杂波，并经VGA的自动增益控制后，由正交解调器解调出所需信息，这样确保接收机具有很宽的接收动态范围和灵敏度。同时，以芯片PD功能，结合SPMT开关实现多频多模的切换，降低功耗。此外，各个频段的不同模式共用同一个直接射频正交调制器、可变增益放大器(VGA)和正交解调器，以简化系统结构。
锁相本振频率源采用宽带设计，尽量减少不同频率的频率源的个数，并且使用SPMT开关切换到不同频段的接收前端。
模式和频段切换采用芯片PD功能和SPMT开关切换实现，大大简化了电路结构、降低了功耗。
多频多模射频模块框图如图1所示。模块主要由直接射频正交调制器1、可变增益放大器(VGA)2、功率放大器3/1～3/n、收发双工器及天线4/1～4/n、接收前端6/1～6/n、中频SAW滤波器7/1～7/n、正交解调器8，以及锁相频率综合源5和SPMT开关9，10，11组成。其特征在于①射频正交调制器1的输出端直接与可变增益放大器(VGA)2联接，而省去了中频SAW滤波器、上变频器和推动放大器等复杂电路；②最大限度地共用芯片，如正交调制器1、正交解调器8，尤其是发射的可变增益放大器(VGA)2；③采用了宽带匹配技术，使可变增益放大器(VGA)2覆盖很宽的频率范围，并保证宽的线性增益控制范围；④接收机选择相近的中频频率，如200MHz左右，简化了中频SAW滤波器匹配电路及SPMT开关电路设计难度；⑤利用芯片自有的PD功能，结合SPMT开关控制信号的流程，实现多频多模之间的切换。
如图1所示，发射部分的工作流程为不同模式的数据信号从基带部分输入到共用的直接射频正交调制器1，经可变增益放大器(VGA)2放大推动后，由SPMT开关10切换选择，输入到不同频段和模式要求的功率放大器3/1～3/n，再经不同频段和带宽的收发双工器及天线4/1～4/n发射出去。
接收部分的工作流程为接收到的不同频段和模式的射频信号，经各自双工器及天线4/1～4/n，输入到接收前端6/1～6/n，经过混频后的中频信号馈入不同频率和带宽的中频SAW滤波器7/1～7/n，随后经SPMT开关11切换选择，输入到不同的模式共用的正交解调器8中，经中频放大、解调、基带放大后输出给基带部分处理。
射频模块的本振信号由锁相频率综合源5产生，其中一路宽带射频锁相源输出给正交调制器，一路中频锁相源输出给正交解调器，还有一路宽带射频锁相源输出后，经SPMT开关9选择切换输出给接收前端即锁相频率综合源5直接与正交调制器1、正交解调器8及接收前端6/1-6/n连接。
基带部分不仅给出发射APC、接收AGC控制信号、锁相环频率合成器的数据信号以及AFC控制信号，同时还给出模式切换的控制信号，将SPMT开关切换到所要求的模式位置，并利用芯片PD功能将其他模式工作的功率放大器和接收前端关闭。
本发明有益效果为(1)省去了中频SAW滤波器、上变频器和推动放大器等复杂电路，有效地简化发射电路结构，减小了印刷电路板空间占用，大大削减了材料成本，可以设计成本低、体积小巧的手机。(2)各个频段的不同模式共用同一个直接射频正交调制器、可变增益放大器(VGA)和正交解调器，以简化系统结构、降低成本；(3)采用了宽带匹配技术，可变增益放大器(VGA)覆盖频率范围更广；(4)简化了中频SAW滤波器匹配电路及SPMT开关电路设计难度。
图1为多频多模手机射频模块框图；图2为WCDMA/GSM双频双模手机射频模块框图。
图中各符号说明PD-POWER DOWN电源关断；SPMT-SINGLE PORT MULTI TURN单刀多掷；AGC-AUTO GAIN CONTROL自动增益控制；VGA-VARIABLE GAIN AMPLIFIER可增益放大器；AFC-AUTO FREQUENCY CONTROL自动频率控制；APC-AUTO POWER CONTROL自动功率控制；PCB-PRINT CIRCUIT BOARD印刷电路板。
具体实施例方式以下结合附图2详述实施例WCDMA/GSM双频双模手机射频模块。根据相关标准，两种模式的上、下行频段约定为
以下GSM模式指标准GSM900模式。
射频模块中采用两个双锁相环，同时产生1920～1980MHz的射频本振频率源11、890～915MHz射频本振频率源9、710～735MHz的射频本振频率源12、1520MHz/1080MHz的中频频率源10。
基带部分不仅给出发射APC、接收AGC控制信号、锁相环频率合成器的数据信号以及AFC控制信号，同时还给出模式切换的控制信号，将SPDT开关切换到所要求的模式位置，并利用芯片PD功能将其他模式工作的功率放大器关闭。
发送通道基带输出的WCDMA或GSM的正交IQ信号送给直接射频正交调制器1，WCDMA模式调制器本振输入为1920MHz～1980MHz，GSM模式为890～915MHz。WCDMA模式工作时，调制器1输出的1920MHz～1980MHz的WCDMA射频信号经共用可变增益放大器(VGA)2放大推动后，由SPDT开关切换到WCDMA功率放大器3，输出后经WCDMA频段双功器5和天线6发射出去；GSM模式工作时，调制器输出的890MHz～915MHz的GSM射频信号经共用可变增益放大器(VGA)2放大推动后，由SPDT开关切换到GSM功率放大器4，输出后经收发开关7和天线8发射出去。
接收通道天线接收的2110～2170MHz的WCDMA射频信号，通过WCDMA频段天线6和双工器5输入到共用接收前端13，经放大、镜象抑制带通滤波、混频后，输出到WCDMA中频SAW带通滤波器15，再输入到共用正交解调器16中，经中频AGC放大、I/Q解调、低通滤波后，输出WCDMA的I、Q二路基带信号，经基带放大器17，送给基带作解调处理；天线接收的925～960MHz的GSM射频信号，通过天线收发开关7输入共用接收前端13，经放大、镜象抑制带通滤波、混频后，输出到GSM中频SAW带通滤波器14，再输入到共用正交解调器16中，经中频AGC放大、I/Q解调、低通滤波后，输出GSM的I、Q二路基带信号，经基带放大器17，送给基带作解调处理。
WCDMA/GSM双频双模手机射频模块主要由直接射频正交调制器1、可变增益放大器(VGA)2、WCDMA功率放大器3、GSM功率放大器4、WCDMA频段收发双工器5和天线6、GSM频段收发开关7和天线8、共用接收前端13、GSM中频SAW带通滤波器14、WCDMA中频SAW带通滤波器15、共用正交解调器16、基带放大器17，以及锁相频率源9，10，11，12组成。其特征①射频正交调制器1的输出端直接与可变增益放大器(VGA)2联接，而省去了中频SAW滤波器、上变频器和推动放大器等复杂电路；②最大限度地共用芯片，如正交调制器1、可变增益放大器(VGA)2、接收前端13、正交解调器16、基带放大器17；③采用了宽带匹配技术，使可变增益放大器(VGA)2覆盖很宽的频率范围，并保证宽的线性增益控制范围；④接收前端13采用MAXIAM公司的商用芯片，具有两个独立的射频信号输入端和中频信号输出端，可以直接与WCDMA和GSM模式的中频SAW滤波器15和14连接，省去了SPDT开关；⑤利用芯片自有的PD功能，结合SPDT开关切换WCDMA和GSM模式功放3和4，实现频段和模式之间的切换。
所用通用射频芯片及厂商1.正交调制器RF2483RFMD公司；2.VGARF2378 RFMD公司；3.WCDMA功放RF2186 RFMD公司；4.GMS功放RF2173 RFMD公司；5.接收前端MAX2320 MAXIAM公司；6.正交解调器RF2689RFMD公司；7.集成锁相源Si4133Silicon Lab.公司；8.WCDMA中频SAW滤波器TMX L112 THOMSON公司；9.GMS中频SAW滤波器B4846 EPCOS公司。
实际研制中，适当调节I，Q信号偏置电压和I，Q信号幅度、相位来优化正交调制器的性能。选择线性度好的低噪声放大器可以降低双工器成本和体积，对于强的接收信号，为了避免非线性，应将低噪声放大器短接掉，而为了同时满足线性和灵敏度的要求，短接掉的增益要求非常精确的增益控制。在排版设计时，采用6层PCB板布线，有效地降低了各种杂散辐射和窜扰，提高了收发隔离，从而保证了射频模块的总体指标。技术指标表1 WCDMA/GSM双频/双模式射频模块技术指标
权利要求
1.一种用于多频多模手机的射频模块，其特征在于由直接射频正交调制器、可变增益放大器(VGA)、功率放大器、收发双工器及天线、接收前端、中频SAW滤波器、正交解调器，以及锁相频率综合源和SPMT开关组成，其中射频正交调制器的输出端直接与可变增益放大器(VGA)联接。
2.如权利要求1所述的一种用于多频多模手机的射频模块，其特征在于锁相频率综合源直接与正交调制器、正交解调器及接收前端连接。
3.如权利要求1所述的一种用于多频多模手机的射频模块，其特征在于最大限度地共用芯片，如正交调制器、正交解调器，尤其是发射的可变增益放大器(VGA)；
4.如权利要求1所述的一种用于多频多模手机的射频模块，其特征在于采用了宽带匹配技术，使可变增益放大器(VGA)覆盖很宽的频率范围，并保证宽的线性增益控制范围；
5.如权利要求1所述的一种用于多频多模手机的射频模块，其特征在于接收机选择相近的中频频率，如200MHz左右，简化了中频SAW滤波器匹配电路及SPMT开关电路设计难度。
全文摘要
多频多模射频模块是为了满足多种不同频段和模式手机设计的需求。采用射频直接调制发射、超外差中频解调接收的系统方案,以芯片的PD(POWERDOWN)功能,结合SPMT开关实现多频多模的切换,降低功耗;同时,各个频段的不同模式共用同一个直接射频正交调制器、可变增益放大器(VGA)和正交解调器,以降低成本。
文档编号H04B1/16GK1337840SQ0113149
公开日2002年2月27日 申请日期2001年9月12日 优先权日2001年9月12日
发明者朱晓维, 刘进, 赵嘉宁, 洪伟, 田玲, 周健义, 蒋伟 申请人:信息产业部电信传输研究所, 东南大学