一种多模式射频前端电路及其控制方法技术

本发明专利技术提出了一种多模式射频前端电路，包括分别与天线耦接的功率放大器和低噪声放大器；功率放大器至少由第一放大级和第二放大级复合而成；第一放大级的输出通过第一开关与低噪声放大器的输出端耦合连接，形成第一附加通路；低噪声放大器的输出端还通过第二开关与其输入端连接，形成第二附加通路；模式切换控制电路用于控制第一开关、第二开关的通断状态，还控制第一放大级、第二放大级、低噪声放大器处于工作状态或禁用状态，从而使得射频前端电路处于所需要的工作模式。通过上述电路结构，简化了电路设计，使得改进后的射频前端电路能够兼具功率放大器低功率输出模式的高效率优势和低噪声放大器低增益模式下的低噪声系数。

A Multimode RF Front-end Circuit and Its Control Method

The invention provides a multi-mode RF front-end circuit, which includes a power amplifier and a low noise amplifier coupled with antenna respectively; a power amplifier is composed of at least the first amplifier stage and the second amplifier stage; the output of the first amplifier stage is coupled with the output of the low noise amplifier through the first switch to form the first additional path; and the output of the low noise amplifier is also turned on. The mode switching control circuit is used to control the on-off state of the first switch and the second switch, and also to control the first amplifier stage, the second amplifier stage and the low noise amplifier in the working state or disabled state, so that the RF front-end circuit is in the required working mode. Through the above circuit structure, the circuit design is simplified, so that the improved RF front-end circuit can have both the high efficiency advantage of low power output mode of power amplifier and the low noise figure of low gain mode of low noise amplifier.

【技术实现步骤摘要】
一种多模式射频前端电路及其控制方法
本专利技术涉及通信信号处理领域，尤其涉及一种多模式射频前端电路及其控制方法。
技术介绍
图1示出了现有技术中一Wi-Fi通信产品的典型电路图，整个射频电路由五个模块组成，包括无线收发器模块、发射前端模块、收发切换器模块、低噪声放大器模块以及天线模块，如图所示，其中虚线框内为发射前端模块。无线收发器(RadioTransceiver)一般是一个设计的核心器件之一，除了与射频电路的关系比较密切以外，一般还会与CPU有关，在这里，我们只关注其与射频电路相关的一些内容。发送信号时，收发器本身会直接输出小功率的微弱的射频信号，送至功率放大器(PowerAmplifier，PA)进行功率放大，然后通过收发切换器(Transmit/ReceiveSwitch)经由天线(Antenna)辐射至空间。接收信号时，天线会感应到空间中的电磁信号，通过切换器之后送至低噪声放大器(LowNoiseAmplifier，LNA)进行放大，这样，放大后的信号就可以直接送给收发器进行处理，进行解调。Wi-Fi所采用的2.4GHz频率较高，从无线收发器到天线的走线较长，采用昂贵的高频PCB不符合市场和消费端趋势，因此，将功率放大器、低噪声放大器以及收发切换开关集成为一颗射频前端芯片已经成为必然趋势。现有技术中提出了一种同时在单芯片上实现Wi-Fi发射和接收的电路结构，如图2所示。当处于发射模式时，电容Cc右边的开关被导通，电容Cc作为发射输出端BALUN的一部分负载，且由于开关短路到地，接收端Rx的可靠性不会因此受到影响，功率放大器PA的发射效率受到电容Cc的影响较小；当处于接收模式时，PA处于关断状态，BALUN的左边为高阻状态，电容Cc右边的开关为关断状态，接收端RX的低噪声放大器正常工作，PA的寄生电容对低噪声放大器的噪声系数影响较小。但上述结构存在着以下缺陷：首先，由于WiFi产品的功率放大器消耗的电流较大，一般在100mA到300mA之间，因此为了节省发射功耗，当移动终端离路由器距离较近的时候，往往需要功率放大器工作在低输出功率模式，这样输出功率会较峰值功率有所降低，但功耗因此大幅降低，从而可以很大程度上节省功耗，同时也避免了过大的输出功率导致在路由器接收端出现接收功率饱和而使得接收灵敏度下降的问题。另外一方面，由于移动终端可能会离路由器很近，因此在接收端的低噪声放大器端需要提供低增益模式，当接收到的信号强度过大时，低噪声放大器工作在低增益模式，这样在低噪声放大器的输出端不至于由于信号饱和而导致灵敏度下降。更进一步的，当功率放大器采用差分-单端结构以及低噪声放大器采用单端-差分结构时，还会给设计多模的功率放大器和低噪声放大器提出巨大的挑战。针对上述诸多缺陷，迫切需要一种新的收发电路结构来满足实际应用的需要。
技术实现思路
为了克服现有技术中的上述缺陷，本专利技术提出了一种多模式射频前端电路，实现了功率放大器低输出功率模式和低噪声放大器的低增益模式的按需切换，简化了传统电路中的复杂设计，同时使得功率放大器低输出功率模式的高效率和噪声放大器低增益模式的低噪声系数可以同时达到。为了达到本专利技术目的，本专利技术提供了一种多模式射频前端电路，其特征在于：所述射频前端电路包括功率放大器、天线、低噪声放大器、第一开关、第二开关、模式切换控制电路；所述功率放大器的输入端接收待发射信号，输出端耦接到天线，所述低噪声放大器的输入端耦接到天线，输出端输出放大后的接收信号；所述功率放大器至少由第一放大级和第二放大级依次连接复合而成；第一放大级的输出通过第一开关与低噪声放大器的输出端耦合连接，形成第一附加通路；所述低噪声放大器的输出端还通过第二开关与其输入端连接，形成第二附加通路；所述模式切换控制电路用于控制第一开关、第二开关处于导通状态或者截止状态，还控制第一放大级、第二放大级、低噪声放大器处于工作状态或禁用状态，从而使得射频前端电路处于所需要的工作模式。进一步的，所述功率放大器由三级放大单元复合组成：第一放大级包括依次连接的输入级和中间级，第二放大级包括输出级。进一步的，输入级和中间结包括连接其输入和输出的可选的旁路开关。进一步的，所述功率放大器为全差分结构，第一放大级的输入端接收待发射的差分信号，第二放大级的输出端通过输出第一巴伦连接天线，第一巴伦将功率放大器的差分输出转换为单端输出传输到天线上。进一步的，所述低噪声放大器为单端输入单端输出结构，其输出端连接第二巴伦，第二巴伦在接收作业时将低噪放放大器的单端输出转换为差分输出传输到后级接收电路；第一放大级的差分输出端具体是通过第一开关连接到第二巴伦的差分输出端，第二巴伦在第一附加通过导通时用于将其输出端接收到的差分信号转换成单端信号传递到低噪声放大器的输出端。进一步的，所述第一附加通路包括差分的两个路径，所述第一开关包括位于每个路径的一个开关单元，每一开关单元包括第一电容、第二电容、接地开关；其中，第一放大级的输出端连接第一电容的第一端，第一电容的第二端连接第二电容的第一端，第二电容的第二端连接第二巴伦差分输出端的一端，接地开关连接在第一电容的第二端与地之间；当接地开关导通时，第一附加通路截止；当接地开关截止时，第一附加通路导通。此外，所述第二巴伦的匝数比可设置为N∶1。此外，本专利技术还提供了一种基于上述射频前端电路的控制方法，其特征在于，通过模式切换控制电路执行多个模式切换，具体如下：1)当低功率输出模式能够满足通信需求时，模式切换控制电路输出相应的控制指令，控制第一放大级处于工作状态、第二放大级和低噪声放大器处于禁用状态，控制第一开关、第二开关处于导通状态，从而实现功率放大器工作在低功率输出模式；2)当低增益接收模式能够满足接收需求时，模式切换控制电路输出相应的控制指令，控制第一放大级、第二放大级、低噪声放大器均处于禁用状态，控制第一开关处于截止状态，而第二开关处于处于导通状态，从而实现射频前端电路工作在低增益接收模式时。进一步的，可切换的模式还包括全功率输出模式和正常接收模式，具体如下：3)当射频前端电路处于全功率输出模式时，模式切换控制电路输出相应的控制指令，控制第一放大级和第二放大级处于工作状态、低噪声放大器处于禁用状态，控制第一开关、第二开关均处于截止状态；4)当射频前端电路处于正常接收模式时，模式切换控制电路输出相应的控制指令，控制第一放大级和第二放大级处于禁用状态、低噪声放大器处于工作状态，控制第一开关、第二开关均处于截止状态。进一步的，所述射频前端电路配置有距离检测电路，所述距离检测电路用于检测本机与对端通信设备之间的距离；所述模式切换控制电路根据距离检测电路的检测结果自适应地进行模式切换：1)当检测到距离小于第一阈值D1时，模式切换控制电路控制射频前端电路采用低功率输出模式进行发射作业、采用低增益接收模式进行接收作业，从而能够节省发射功耗、避免接收过饱和；2)当检测到距离大于第二阈值D2时，模式切换控制电路控制射频前端电路退出低功率输出模式和低增益接收模式，确保长距离情景下的通信，其中D1＜D2；3)当检测到距离落在迟滞区间[D1，D2]时，射频前端电路维持原有工作状态工作，避免了在阈值边界移动时产生频繁切换，能够维持通信作业的稳定。本专利技术采用了一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多模式射频前端电路，其特征在于：所述射频前端电路包括功率放大器、天线、低噪声放大器、第一开关、第二开关、模式切换控制电路；所述功率放大器的输入端接收待发射信号，输出端耦接到天线，所述低噪声放大器的输入端耦接到天线，输出端输出放大后的接收信号；所述功率放大器至少由第一放大级和第二放大级依次连接复合而成；第一放大级的输出通过第一开关与低噪声放大器的输出端耦合连接，形成第一附加通路；所述低噪声放大器的输出端还通过第二开关与其输入端连接，形成第二附加通路；所述模式切换控制电路用于控制第一开关、第二开关处于导通状态或者截止状态，还控制第一放大级、第二放大级、低噪声放大器处于工作状态或禁用状态，从而使得射频前端电路处于所需要的工作模式。

【技术特征摘要】
1.一种多模式射频前端电路，其特征在于：所述射频前端电路包括功率放大器、天线、低噪声放大器、第一开关、第二开关、模式切换控制电路；所述功率放大器的输入端接收待发射信号，输出端耦接到天线，所述低噪声放大器的输入端耦接到天线，输出端输出放大后的接收信号；所述功率放大器至少由第一放大级和第二放大级依次连接复合而成；第一放大级的输出通过第一开关与低噪声放大器的输出端耦合连接，形成第一附加通路；所述低噪声放大器的输出端还通过第二开关与其输入端连接，形成第二附加通路；所述模式切换控制电路用于控制第一开关、第二开关处于导通状态或者截止状态，还控制第一放大级、第二放大级、低噪声放大器处于工作状态或禁用状态，从而使得射频前端电路处于所需要的工作模式。2.如权利要求1所述的射频前端电路，其特征在于，所述功率放大器由三级放大单元复合组成：第一放大级包括依次连接的输入级和中间级，第二放大级包括输出级。3.如权利要求1或2所述的射频前端电路，其特征在于，所述功率放大器为全差分结构，第一放大级的输入端接收待发射的差分信号，第二放大级的输出端通过输出第一巴伦连接天线，第一巴伦将功率放大器的差分输出转换为单端输出传输到天线上。4.如权利要求3所述的射频前端电路，其特征在于，所述低噪声放大器为单端输入单端输出结构，其输出端连接第二巴伦，第二巴伦在接收作业时将低噪放放大器的单端输出转换为差分输出传输到后级接收电路；第一放大级的差分输出端具体是通过第一开关连接到第二巴伦的差分输出端，第二巴伦在第一附加通过导通时用于将其输出端接收到的差分信号转换成单端信号传递到低噪声放大器的输出端。5.如权利要求4所述的射频前端电路，所述第一附加通路包括差分的两个路径，所述第一开关包括位于每个路径的一个开关单元，每一开关单元包括第一电容、第二电容、接地开关；其中，第一放大级的输出端连接第一电容的第一端，第一电容的第二端连接第二电容的第一端，第二电容的第二端连接第二巴伦差分输出端的一端，接地开关连接在第一电容的第二端与地之间；当接地开关导通时，第一附加通路截止；当接地开关截止时，第一附加通路导通。6.如权利要求4或5所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晗，
申请(专利权)人：安徽矽磊电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34