本发明实施例涉及通信技术领域，特别涉及一种低功耗射频前端及包含其的电子设备。
背景技术：
随着通信技术的快速发展，无线接入的方式越来越多，尤其是随着物联网的逐渐普及，万物互联对无线技术提出了新的挑战，其中小型化、高集成度、低功耗是业界面临的问题。
对于射频前端设计而言，低功耗一直是一个极具挑战的设计指标。随着低功耗要求的进一步提高，对于功率放大器在功率回退情况下的效率优化也变得越来越有必要。对于功率回退下的效率优化，现今还没有较为成熟的方案。其中一种为包含旁路功率放大器的设计，具体如图1所示，在大功率模式(highpowermode，hpm)下，通过主路径对信号进行放大，在低功率模式(lowpowermode，简称lpm)下，通过旁路功率放大器进行放大，由于旁路功率放大器对低功率效率进行优化设计，因此可以得到更高的效率。
发明人发现现有技术中至少存在如下问题，由于上述现有设计总共只有两路功率放大器，因此旁路功率放大器设计对于极低功率，效率仍难满足要求。同时，旁路功率放大器的植入，增加了一路功率放大器，使得芯片的尺寸增加。
技术实现要素：
本发明实施方式的目的在于提供一种低功耗射频前端及包含其的电子设备，通过射频开关等实现功率放大器的复用，从而可在不需要设置旁路功率放大器的情况下，实现不同功率级别的效率优化，同时使得芯片尺寸更小，有利于产品的小型化。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种低功耗射频前端，包括：射频收发器、天线端、功率放大单元、开关单元以及控制单元；所述射频收发器以及所述天线端之间形成有信号传输路径；所述功率放大单元通过所述开关单元连接所述信号传输路径，所述开关单元还连接所述控制单元，所述控制单元用于控制所述开关单元将所述功率放大单元部分或者全部接入所述信号传输路径。
本发明的实施方式还提供了一种电子设备，包括如前所述的低功耗射频前端。
本发明实施方式相对于现有技术而言，功率放大单元通过开关单元连接信号传输路径(即连接在射频收发器以及天线端之间)，控制单元通过控制开关单元，从而可将功率放大单元部分或者全部接入信号传输路径，这样，当功率放大单元部分接入信号传输路径时，可以实现较低功率级别的信号放大，当功率放大单元全部接入信号传输路径时，可以实现大功率级别的信号放大，因此，本实施方式通过复用部分功率放大单元实现了现有旁路功率放大器的功能，从而可在不需要设置旁路功率放大器的情况下，实现不同功率级别的效率优化，同时使得芯片尺寸更小，有利于产品的小型化。
另外，所述功率放大单元包括：第一放大子单元以及第二放大子单元；所述开关单元包括：第一射频开关以及第二射频开关，所述第一射频开关以及第二射频开关的控制端均与所述控制单元连接；所述射频收发器的输出端与所述第一放大子单元的输入端连接，所述第一放大子单元的输出端与所述第一射频开关的动端连接，所述第一射频开关的不动端分别与所述第二射频开关的不动端以及所述第二放大子单元的输入端连接，所述第二放大子单元的输出端与所述第二射频开关的不动端连接；所述第二射频开关的动端与所述天线端连接；所述控制单元用于控制所述第一射频开关以及所述第二射频开关将所述第一放大子单元单独接入所述信号传输路径，或者将所述第一放大子单元以及所述第二放大子单元均接入所述信号传输路径。从而提供了一种结构简单且能够实现功率放大器复用的低功耗射频前端。
另外，所述开关单元还用于将所述功率放大单元全部不接入所述信号传输路径。从而为极低功率模式，例如nb-iot等的应用提供了效率更高、功耗更低的射频前端。
另外，所述开关单元还包括第三射频开关，所述第三射频开关的控制端与所述控制单元连接；所述射频收发器的输出端连接所述第三射频开关的动端，所述第三射频开关的不动端分别连接所述第一放大子单元的输入端以及所述第二射频开关的不动端；所述控制单元用于控制所述第三射频开关以及所述第二射频开关将所述功率放大单元接入或者不接入所述信号传输路径。从而提供了一种结构简单，且可对三种功率模式进行优化的射频前端。
另外，还包括：连接于所述第一放大子单元以及天线端之间的阻抗匹配电路，从而可在实现功率放大器复用的基础上，保证射频前端性能。
另外，所述第一放大子单元以及所述第二放大子单元均为一个功率放大器。
另外，所述第二放大子单元包括：第一功率放大器以及第二功率放大器；所述第一功率放大器的输入端与所述第一射频开关的不动端连接，所述第一功率放大器的输出端与所述第二功率放大器的输入端连接，所述第二功率放大器的输出端与所述第二射频开关的不动端连接，从而进一步丰富了射频前端实现方式。
另外，所述功率放大单元为包络放大器或者平均功率放大器，从而进一步提高了射频前端效率。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是现有技术射频前端信号放大路径的结构示意图；
图2是根据本发明第一实施方式低功耗射频前端的结构示意图；
图3是根据本发明第二实施方式低功耗射频前端的结构示意图；
图4是根据本发明第三实施方式低功耗射频前端的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
本发明的第一实施方式涉及一种低功耗射频前端，举例而言，该射频前端可以支持4g-lte(longtermevolution，长期演进)、5g以及nb-iot(narrowbandinternetofthings，基于蜂窝的窄带物联网，简称nb-iot)中的一者或者多者，本实施方式对于射频前端支持的无线通信技术不作具体限制。该低功耗射频前端包括：射频收发器1、天线端4、功率放大单元2、开关单元3以及控制单元(图未示)；射频收发器1以及天线端4之间形成有信号传输路径；功率放大单元2通过开关单元3连接信号传输路径，开关单元3还连接控制单元，控制单元用于控制开关单元3将功率放大单元2部分或者全部接入信号传输路径。本发明实施方式相对于现有技术而言，功率放大单元通过开关单元连接信号传输路径(即连接在射频收发器以及天线端之间)，控制单元通过控制开关单元，从而可将功率放大单元部分或者全部接入信号传输路径，这样，当功率放大单元部分接入信号传输路径时，可以实现较低功率级别的信号放大，当功率放大单元全部接入信号传输路径时，可以实现大功率级别的信号放大，因此，本实施方式通过复用部分功率放大单元实现了现有旁路功率放大器的功能，从而可在不需要设置旁路功率放大器的情况下，实现不同功率级别的效率优化，同时使得芯片尺寸更小，有利于产品的小型化。下面对本实施方式的低功耗射频前端的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。
请参阅图2，本实施方式的低功耗射频前端中，功率放大单元2包括：第一放大子单元21以及第二放大子单元22，第一放大子单元21以及第二放大子单元22均为一个功率放大器。然本发明对于第一放大子单元21以及第二放大子单元22的结构不做具体限制。开关单元3包括：第一射频开关31以及第二射频开关32，其中，第一射频开关31以及第二射频开关32均为单刀双掷开关，然而本发明对于第一射频开关31以及第二射频开关32的实现方式不作具体限制。第一射频开关31以及第二射频开关32的控制端均与控制单元连接，射频收发器1的输出端与第一放大子单元21的输入端连接，第一放大子单元21的输出端与第一射频开关31的动端连接，第一射频开关31的不动端分别与第二射频开关32的不动端以及第二放大子单元22的输入端连接，第二放大子单元22的输出端与第二射频开关32的不动端连接，第二射频开关32的动端与天线端4连接。其中，第一射频开关31包括第一不动端311以及第二不动端312，第二射频开关32包括第三不动端321以及第四不动端322，第一不动端311与第三不动端321连接，第二不动端312连接第一放大子单元21的输入端，第四不动端322连接第二放大子单元22的输出端。
本实施方式中，控制单元用于控制第一射频开关31以及第二射频开关32将第一放大子单元21单独接入信号传输路径，或者将第一放大子单元21以及第二放大子单元22均接入信号传输路径。具体地，在射频前端工作于大功率模式(hpm)时，控制单元控制第一射频开关31的动端与第二不动端312连接，控制第二射频开关32的动端与第四不动端322连接，从而将第一放大子单元21以及第二放大子单元22(即功率放大单元整体)均接入信号传输路径；在射频前端工作于低功率模式(lpm)时，控制单元控制第一射频开关31的动端与第一不动端311连接，控制第二射频开关32的动端与第三不动端321连接，从而仅将功率放大单元2中的第一放大子单元21接入信号传输路径。
需要说明的是，本实施方式的低功耗射频前端还包括：连接于第一放大子单元21以及天线端4之间的阻抗匹配电路(图未示)，举例而言，阻抗匹配电路可以连接在第一不动端311以及第三不动端321之间，本实施方式对于阻抗匹配电路的具体结构以及连接位置均不作具体限制，只要能够实现对于第一放大子单元21的阻抗匹配即可。通过为第一放大子单元21设置阻抗匹配电路，从而可以保证射频前端在仅接入第一放大子单元21时的性能。
本实施方式与现有技术相比，当功率放大单元部分接入信号传输路径时，可以实现现有的旁路功率放大器的功能，从而可在不需要设置旁路功率放大器的情况下，实现不同功率级别的效率优化，同时使得芯片尺寸更小，有利于产品的小型化。
本发明的第二实施方式涉及一种低功耗射频前端。第二实施方式在第一实施方式的基础上做出改进，主要改进之处在于：在第二实施方式中，对开关单元做出进一步改进，使得开关单元还能够将功率放大单元全部不接入信号传输路径，即射频收发器1和天线端4之间的信号传输路径中无功率放大器工作，可实现直通连接。在直通连接状态下，射频收发器1的射频信号直接送到天线端4进行发射，因为无功率放大器工作，所以射频前端几乎不会耗电，其最大的输出功率仅由射频收发器1的输出功率决定。
请参阅图3，本实施方式的低功耗射频前端中，开关单元3中的第二射频开关32为单刀三掷开关，即第二射频开关32包括第三不动端321、第四不动端322以及第五不动端323。本实施方式中，开关单元3还包括第三射频开关33，第三射频开关33例如为单刀双掷开关，即第三射频开关33开关包括一个动端、第六不动端331以及第七不动端332，然本发明对于第二射频开关32以及第三射频开关33的实现方式不作具体限制。第三射频开关33的控制端与控制单元连接，射频收发器1的输出端连接第三射频开关33的动端。第三射频开关33的不动端分别连接第一放大子单元21的输入端以及第二射频开关32的不动端，具体地，第六不动端331连接第一放大子单元21的输入端，第七不动端332连接第二射频开关32的第五不动端323。
本实施方式中，控制单元用于控制第一射频开关31、第二射频开关32以及第三射频开关33将功率放大单元2选择性地接入信号传输路径。其中，在射频前端工作于大功率模式时，控制单元控制第三射频开关33的动端与第六不动端331连接，控制第一射频开关32的动端与第二不动端312连接，控制第二射频开关32的动端与第四不动端连接，从而将第一放大子单元21以及第二放大子单元22(即功率放大单元整体)均接入信号传输路径；在射频前端工作于低功率模式时，控制单元控制第三射频开关33的动端与第六不动端331连接，控制第一射频开关32的动端与第一不动端311连接，控制第二射频开关32的动端与第三不动端连接，从而仅将第一放大子单元21接入信号传输路径；在射频前端工作于极低功率模式时，控制单元控制第三射频开关33的动端与第七不动端332连接，从而未将功率放大单元1接入信号传输路径，实现射频收发器1的射频信号直接传输至天线端4。
本实施方式与第一实施方式相比，针对大功率模式以及低功率模式分别接入对应的功率放大器，对于极低功率模式，则不接入任何功率放大器，从而使得不同功率模式下的放大器效率更高、功耗更低，尤其对于如nb-iot等的超低功耗应用，功耗更优化。
本发明第三实施方式涉及一种低功耗射频前端，第三实施方式与第一或者第二实施方式基本相同，主要区别之处在于，在第一或者第二实施方式中，功率放大单元采用为普通功率放大器，而在第三实施方式中，功率放大单元为包络放大器或者平均功率放大器。
请参数图4，第一放大子单元21以及第二放大子单元22均为包络放大器，即第一放大子单元21以及第二放大子单元22均支持包络跟踪(envelopetracking，简称et)技术。
在一个例子中，第一放大子单元21以及第二放大子单元22均为平均功率放大器，即第一放大子单元21以及第二放大子单元22均支持平均功率跟踪(averagepowertracking，apt)技术，et以及apt技术是无线通信产品中广泛使用的技术，对于功率放大器效率的提高有很大的作用。
请继续参阅图4，在一个例子中，第一放大子单元21可以为一个功率放大器，而第二放大子单元22包括：第一功率放大器221以及第二功率放大器222，第一功率放大器221的输入端与第一射频开关31的不动端连接，第一功率放大器221的输出端与第二功率放大器222的输入端连接，第二功率放大器222的输出端与第二射频开关32的不动端连接，即第一功率放大器221以及第二功率放大器222级联连接。然而，本发明对于第一放大子单元21以及第二放大子单元22的结构不做具体限制，对于开关单元3与功率放大单元2以及射频收发器1的连接方式亦不作具体限制。
本实施方式与前述实施方式相比，进一步丰富了射频前端的实现方式。
本发明第四实施方式涉及一种电子设备，包括：如第一、第二或者第三实施方式所述的低功耗射频前端。
举例而言，本实施方式的电子设备为智能手机、平板电脑、车载终端等。本实施方式对于电子设备的类型不作具体限制。
本实施方式与现有技术相比，射频前端中，当功率放大单元部分接入信号传输路径时，可以实现现有的旁路功率放大器的功能，从而可在不需要设置旁路功率放大器的情况下，实现不同功率级别的效率优化，同时使得芯片尺寸更小，有利于产品的小型化。
不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的设备实施例，本实施方式可与第一、第二或者第三实施方式互相配合实施。第一、第二或者第三实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一、第二或者第三实施方式中。
值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。