一种多频段射频前端器件，多频段接收机及多频段发射机制造技术

本文公开了一种具有低插入损耗和低芯片面积的多频段射频前端器件，多频段接收机以及多频段发射机，以满足5G毫米波通信的需求。该多频段射频前端器件，包括：第一射频前端电路，所述第一射频前端电路工作在第一频段；第二射频前端电路，所述第二射频前端电路工作在第二频段；第一输入/输出匹配网络；第二输入/输出匹配网络；所述第一输入/输出匹配网络和所述第二输入/输出匹配网络在版图上的走线呈环状且是嵌套设置的。且是嵌套设置的。且是嵌套设置的。

【技术实现步骤摘要】
一种多频段射频前端器件，多频段接收机及多频段发射机
[0001]本申请是分案申请，原申请的申请号是201880100544.1，原申请日是2018年12月29日，原申请的全部内容通过引用结合在本申请中。


[0002]本申请涉及通信
，尤其涉及一种多频段射频前端器件，多频段接收机及多频段发射机。

技术介绍

[0003]第五代移动通信(5G)是新一代无线系统和网络架构，它将在毫米波(mm Wave)频段中提供更快的数据速率，更低的延迟连接和更高的带宽，以支持许多高数据速率的应用，例如：5G手机，无线基础设施，无线千兆联盟(Wireless Gigabit Alliance，WiGig)，高级辅助驾驶系统(Advanced Driver Assistance Systems，ADAS)，小型蜂窝和宽带卫星通信等。随着5G时代的到来，支持多入多出(MIMO)的相控阵技术在5G系统中的应用得到空前发展，具有波束形成功能的多通道收发机广泛被研究和应用。
[0004]目前，3GPP(The 3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴项目)将5G通信频段划分为sub
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6GHz和5G高频两大块。其中，频段n257,n258，n260及n261是5G高频毫米波频段。其中，n257,n258和261集中在28GHz附近，而n260则集中在39GHz频率附近。通常，当5G高频频段商用时，不同的国家，或者不同的运营商所支持的频段是不一样的。比如，A国的运营商a支持n257频段，运营商b支持n258频段，B国的运营商c支持n260频段，对于5G通信设备(例如智能终端，平板电脑等)而言，如果要采用一个相控阵系统支持不同运营商所运营的频段，这就要求相控阵系统中的高频电路能够同时兼容28GHz/39GHz两个毫米波频段，以满足通信设备的低功耗、低面积、低成本等需求，
[0005]通常，高频电路需要采用匹配网络(包括输出匹配网络和输入匹配网络)对端口进行功率匹配以满足功率传输条件。变压器是匹配网络中的重要无源器件，为了实现兼容28GHz/39GHz两个毫米波频段，可通过调节变压器主、次线圈的匝数比，配合调节并联在变压器主、次线圈上的谐振电容来得到适当的阻抗变换比，从而实现功率匹配。
[0006]传统的实现兼容多频段的高频匹配网络的方式包括：
[0007]第一种：如图1所示，高频电路元件的输入、输出端口的阻抗匹配(即输入匹配网络和输出匹配网络)分别采用固定参数的变压器和谐振电容来实现，通过调节变压器的耦合系数，可以在28
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39GHz频带内实现宽带功率匹配，其中，高频电路元件是一个级联(cascode)放大器。也就是说，它们分别用一个变压器实现了宽带匹配网络。
[0008]但是，该结构有以下两个缺点：
[0009]A：宽带匹配网络会引入较大的插入损耗，因此需要额外的功耗来补偿匹配网络带来的插损，从而增加了整个高频电路的功耗。尤其是在PA等对效率要求非常高的高频电路，采用超宽带匹配网络会大大降低模块的性能指标。
[0010]B：宽带匹配网络对于端口阻抗是非常敏感的，如果端口阻抗是高阻，宽带匹配网
络通常需要尺寸很大的变压器来实现，且频带内的增益平坦度较差。这一方面增加了芯片的面积，另一方面也会对高频电路的性能带来影响。
[0011]第二种：如图2a
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2b所示，同样以高频电路元件为cascode放大器为例，该高频电路是通过改变匹配网络的参数实现频带的切换，以兼容多频段，其中，图2a所示是通过改变分别与变压器的主、次线圈并联的谐振电容的容值实现频带的切换，图2b所示是通过改变变压器主次线圈的感值实现频带的切换。
[0012]这种电路结构的缺点在于：切换匹配网络的感值、容值需要通过开关来实现。但是在毫米波频段，CMOS(互补金属氧化物半导体，Complementary Metal
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Oxide
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Semiconductor Transistor)工艺并不能提供性能良好的开关。特别是，在切换匹配网络的感值、容值的过程中，毫米波开关会引入较大的损耗，从而降低匹配网络中的无源器件的品质因子，而品质因子的降低会引起放大器增益的降低，以及噪声性能的恶化。
[0013]鉴于5G的商用进程不断加快，亟需一种能兼容多频段且具有低功耗、低面积、低成本的设计方案，以满足5G毫米波通信的需求。

技术实现思路

[0014]本申请实施例公开了一种具有低插入损耗和低芯片面积的多频段射频前端器件，多频段接收机及多频段发射机，以满足5G毫米波通信的需求。
[0015]第一方面，本申请实施例提供了一种多频段射频前端器件，包括：第一射频前端电路，所述第一射频前端电路工作在第一频段；第二射频前端电路，所述第二射频前端电路工作在第二频段；，所述第一频段的频率高于所述第二频段的频率；第一匹配网络，耦合至所述第一射频前端电路；第二匹配网络，耦合至所述第二射频前端电路；所述第一匹配网络和所述第二匹配网络在版图上的走线呈环状且是嵌套设置的。
[0016]在一种可能实施方式中，所述第一匹配网络包括：第一输出匹配网络，耦合至所述第一射频前端电路的输出端；所述第二匹配网络包括：第二输出匹配网络，耦合至所述第二射频前端电路的输出端；所述第一输出匹配网络和所述第二输出匹配网络在版图上的走线呈环状且是嵌套设置的。
[0017]在一种可能的实施方式中，所述第一匹配网络包括：第一输入匹配网络，耦合至所述第一射频前端电路的输入端；所述第二匹配网络包括：第二输入匹配网络，耦合至所述第二射频前端电路的输入端；所述第一输入匹配网络和所述第二输入匹配网络在版图上的走线呈环状且嵌套设置。
[0018]本申请中，在版图上将第一输出网络和第二输出网络嵌套设置在一起之后，所占用的版图面积与传统的单个匹配网络所占用的版图面积相当，因此可以减少芯片面积，从而节约成本。同时，由于不需要像现有技术1的方案一样引入额外的功耗进行补偿，可以节省功耗。
[0019]在一种可能实施方式中，所述第一输出匹配网络，所述第一输入匹配网络，所述第二输出匹配网络和所述第二输入匹配网络均为固定参数的匹配网络。
[0020]在上一种实施方式中，所述第一输出匹配网络和所述第一输入匹配网络的参数分别根据所述第一频段设定，所述第二输出匹配网络和所述第二输入匹配网络的参数根据所述第二频段设定。
[0021]通过采用固定参数的输入/输出匹配网络，可以避免现有的可调式匹配网络在频带切换时对于品质因子，增益以及噪声的不利影响。
[0022]在一种可能的实施方式中，该第一射频前端电路和所述第二射频前端电路可以是功率放大器，低噪声放大器，可变增益放大器，滤波器，移相器或混频器中的任意一种。
[0023]在一种可能的实施方式中，所述第一输出匹配网络和所述第二输出匹配网络均为变压器，电感或巴伦中的一种。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种射频前端器件，其特征在于，包括：第一射频前端电路，所述第一射频前端电路工作在第一频段；第二射频前端电路，所述第二射频前端电路工作在第二频段，所述第一频段的频率高于所述第二频段的频率；第一匹配网络，耦合至所述第一射频前端电路；第二匹配网络，耦合至所述第二射频前端电路；所述第一匹配网络和所述第二匹配网络各自的线圈在版图上的走线呈环状且是嵌套设置的。2.根据权利要求1所述的射频前端器件，其特征在于，所述第一匹配网络包括：第一输出匹配网络，耦合至所述第一射频前端电路的输出端；所述第二匹配网络包括：第二输出匹配网络，耦合至所述第二射频前端电路的输出端；所述第一输出匹配网络的参数分别根据所述第一频段设定，所述第二输出匹配网络的参数根据所述第二频段设定。3.根据权利要求1或2所述的射频前端器件，其特征在于，所述第一匹配网络包括：第一输入匹配网络，耦合至所述第一射频前端电路的输入端；所述第二匹配网络包括：第二输入匹配网络，耦合至所述第二射频前端电路的输入端；所述第一输入匹配网络的参数根据所述第一频段设定，所述第二输入匹配网络的参数根据所述第二频段设定。4.根据权利要求1
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3任一所述的射频前端器件，其特征在于，所述第一射频前端电路和所述第二射频前端电路包括：功率放大器，低噪声放大器，可变增益放大器，滤波器，移相器或混频器中的任意一种。5.根据权利要求1
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4任一所述的射频前端器件，其特征在于，所述第一射频前端电路和所述第二射频前端电路分别具有独立的有源偏置电路。6.根据权利要求2任一所述的射频前端器件，其特征在于，所述第一输出匹配网络和所述第二输出匹配网络包括变压器，电感或巴伦中的一种。7.根据权利要求6所述的射频前端器件，其特征在于，所述第一输出匹配网络包括：第一主线圈以及第一次级线圈，所述第二输出匹配网络包括：第二主线圈以及第二次级线圈，所述第一主线圈嵌设于所述第二主线圈中，所述第一次级线圈嵌设于所述第二次级线圈中。8.根据权利要求7所述的射频前端器件，其特征在于，当所述第一主线圈，所述第二主线圈，所述第一次级线圈和所述第二次级线圈的线圈匝数均为1时，所述第一主线圈和所述第二主线圈...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔科技，李迪，卢磊，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：