CN1672335A - 高频模块 - Google Patents

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Abstract

一种多模式无线电模块(22)包括用于连接到天线(10)的端子(11)。发射分支(DCS/PCS)和分支电路耦合到端子(11)。该分支电路至少包括分别用于接收第一和第二频带(DCS、PCS)内的信号的第一和第二分支。第一和第二分支中的每一个都分别包括相移电路(PS1、PS2)、耦合到相移电路的BAW或SAW带通滤波器(RXF2、RXF3)、被选择用以通过第一和第二频带之一中想要的信号但拒绝第二和第一频带的另一个中不想要的信号的滤波器的带宽、以及耦合到带通滤波器输出端的低噪声放大器(LNA2、LNA3)。对每个带通滤波器(RXF2、RXF3)的响应进行相移，以便在想要的频率下在其它分支中表现为开路。每个相移电路(PS1、PS2)都进行阻抗转换，从而可以使用更大的阻抗滤波器。

Description

高频模块
本发明涉及高频模块，该高频模块在例如用在蜂窝电话的多模式无线电设备中具有特定的但不是唯一的应用。
用在蜂窝电话中的多模式无线电设备可以具有按照几种不同的标准/频带工作的能力，该几种不同的标准/频带例如GSM、DCS(数字蜂窝系统1800)和PCS(个人数字蜂窝电话)。由于这种无线电设备具有一个天线，该天线上耦合有几个发射机/接收机前端，所以必须能够选择一个优先于其它前端的前端。典型的带通滤波器和高频模式开关，如PIN二极管，被用于从几个可利用的前端中选择一个前端。这种开关是有损耗的，并且需要在PCB(印刷电路板)上占用独立的空间。
在附图的图1中示出了这种电路的一个例子。在该电路中，五个模式开关SW1到SW5都包括PIN二极管。所示出的电路涉及用于接收/发射符合GSM、DCS和PCS标准的信号的结构。天线10耦合到双工滤波器12，该双工滤波器12包括用于通过GSM频率但阻挡住DCS和PCS频率的低通滤波器14和用于通过DCS和PCS频率并且阻挡住GSM频率的高通滤波器16。
GSM RF前端结构包括功率放大器18，该功率放大器18的输出端耦合到第一模式开关SW1，并经由电感L1耦合到电源线24。模式开关SW1耦合到低通滤波器14和传输线TXL1的一端。传输线TXL1的另一端耦合到模式开关SW2，并耦合到接收机SAW带通滤波器RXF1的输入端。带通滤波器RXF1的输出端耦合到低噪声放大器LNA1的输入端。
DCS和PCS RF前端耦合到高通滤波器16。公共的DCS/PCS发射机包括功率放大器20，该功率放大器20的输出端耦合到模式开关SW3，并经由电感L2耦合到电源线24。模式开关SW3的阴极耦合到滤波器16。DCS和PCS接收机的前端是分离的。滤波器16的输出端耦合到模式开关SW4，并耦合到一段传输线TXL2的一端。模式开关SW4耦合到PCS接收机SAW滤波器的一侧，并耦合到电感L3，电感L3耦合到电源线24。SAW滤波器RXF2的输出端耦合到PCS低噪声放大器LNA2。该段传输线TXL2的另一端耦合到模式开关SW5，并耦合到DCS接收机SAW滤波器RXF3。SAW滤波器RXF3的输出端耦合到DCS低噪声放大器LNA3。
所有的滤波器都具有50Ω的输入阻抗，而低噪声放大器的输入阻抗典型地是200Ω。可以通过滤波器或者通过滤波器与其相应的低噪声放大器之间的阻抗转换来实现不同阻抗的匹配。这种结构的特定缺点是，PCS监听/备用模式中的模式开关SW4消耗相对较大的电流，典型地大约为1mA，从而降低了电池的寿命。理想的是，在监听/备用模式下不应该有任何的耗用电流。
欧洲专利说明书EP 1168650 A1公开了一种用于在DCS/PCS发射机以及DCS接收机和PCS接收机之间进行切换的高频开关模块。天线耦合到双工器上，该双工器包括耦合到GSM电路的低通滤波器，和经由转接开关耦合到DCS/PCS发射机前端并耦合到分支电路的高通滤波器，该分支电路具有分别用于DCS接收机前端和PCS接收机前端的分支。每个分支都分别包括适当耦合到DCS或PCS滤波器输入端的相移器。每个相移器都由传输线构成，该传输线在各自感兴趣的频率上的实际长度大约为λ/10到λ/4。从公共端上看，各个分支的阻抗特性是，它们在其它分支的接收频带内基本上都是开路状态。虽然引述的这种模块与图1相比具有较少的模式开关，但使用传输线作为相移器带来了不希望有的损耗，并且有必要在各自的滤波器和低噪声放大器输入端之间提供阻抗转换器。此外，由阻挡分支呈现的开路状态阻抗使得并非所有的信号都会到其它分支。
本发明的目的是提供一种多模式无线电模块，它将比所引述的模块更有效地工作。
根据本发明的一个方面，提供了一种多模式无线电模块，该多模式无线电模块包括用于连接到信号传递和接收装置的端子、耦合到该端子的发射分支和耦合到该端子的分支电路，该分支电路至少包括分别用于接收第一和第二频带内的信号的第一和第二分支，第一和第二分支中的每一个都分别包括相移电路、耦合到相移电路的带通滤波器、被选择用以通过第一和第二频带之一中想要的信号但拒绝第二和第一频带的另一个中不想要的信号的滤波器的带宽、以及耦合到带通滤波器输出端的低噪声放大器，其中每个相移电路都进行阻抗转换。
根据本发明的另一个方面，提供了一种多模式无线电设备，该多模式无线电设备包括信号传递和接收装置、用于调制待发射信号的装置、用于解调接收信号的装置和多模式无线电模块，该多模式无线电模块包括耦合到信号传递和接收装置的发射分支、耦合到发射分支的信号输入端的调制装置和耦合到信号传递和接收装置的分支电路，该分支电路至少包括分别用于接收第一和第二频带内的信号的第一和第二分支，第一和第二分支中的每一个都分别包括相移电路、耦合到相移电路的带通滤波器、被选择用以通过第一和第二频带之一中想要的信号但拒绝第二和第一频带的另一个中不想要的信号的滤波器的带宽、以及耦合到带通滤波器输出端的低噪声放大器，相应的低噪声放大器耦合到解调装置，其中每个相移电路都进行阻抗转换。
通过使上述相移电路向上地进行阻抗转换，各自的接收机前端具有更有效的结构。阻抗转换的有利特征是，阻抗可以从50Ω的天线阻抗转换成典型地为200Ω的低噪声放大器的输入阻抗，从而不需要在滤波器的输出端和低噪声滤波器之间提供单独的阻抗匹配级，或者可以不必使滤波器进行阻抗转换。而且与所引述的电路相比，相移电路表现出好得多的开路状态，这意味着有更多的信号会到达期望的分支。此外，当构造为体声波(BAW)滤波器或表面声波滤波器时，滤波器将需要近似为PCB面积的四分之一的面积，并且与输入阻抗为50Ω的BAW或SAW相比具有更少的损耗。
现在将参考附图通过例子来描述本发明，其中：
图1是具有多个模式开关的多模式无线电模块的方框示意性电路图，和
图2是根据本发明制造的多模式无线电设备/无线电模块的方框示意图。
在附图中，用相同的附图标记来标识对应的特征。
为了简明起见，由于已经在本说明书的导言中描述过图1的内容，所以将不再次描述。
图2中所示的多模式无线电设备用于接收/发射符合GSM、DCS和PCS标准的信号。天线10耦合到多模式无线电模块22的端子11。该端子耦合到双工滤波器12，该双工滤波器12包括用于通过GSM频率但阻挡住DCS和PCS频率的低通滤波器14和用于通过DCS和PCS频率并且阻挡住GSM频率的高通滤波器16。
GSM RF前端结构包括功率放大器18，该功率放大器18的输出耦合到第一模式开关SW1并通过电感L1耦合到电源线24。第一模式开关SW1耦合到低通滤波器14以及λ/4传输线TXL1的一端。传输线TXL1的另一端耦合到由PIN二极管实现的模式开关SW2，并耦合到接收机SAW带通滤波器RXF1的输入端。带通滤波器RXF1的输出端耦合到低噪声放大器LNA1的输入端。
信号源26耦合到GSM调制器28，该GSM调制器28的输出端耦合到端子30上，而该端子30耦合到功率放大器18。所接收到的由低噪声放大器LNA1提供的GSM信号通过端子36提供给解调器38。解调器38的输出提供给输出设备40，如声换能器。
DCS和PCS RF前端耦合到双工器12的高通滤波器16。公共的DCS/PCS发射机包括耦合到DCS/PCS调制器44输入端的信号源42，该DCS/PCS调制器44通过端子46耦合到功率放大器20，功率放大器20的输出端耦合到由PIN二极管实现的模式开关SW3，并通过电感L2耦合到电源线24。模式开关SW3的阴极耦合到滤波器16。
DCS和PCS接收机的RF前端形成分支电路中分离的分支，该分支电路通过λ/4传输线TXL2连接到滤波器16。传输线TXL2表现为开路，并避免加载DCS/PCS发射机。PCS分支包括由串联电容器C1和并联电感L3组成的阻抗转换相移电路PS1。相移电路PS1的输出端连接到带通滤波器RXF2，该带通滤波器RXF2可以是BAW或SAW滤波器。滤波器RXF2耦合到PCS低噪声放大器LNA2。低噪声放大器LNA2通过端子48耦合到连接有适当的输出级52的PCS解调器50。
DCS分支包括由串联电容器C2和并联电感L4组成的阻抗转换相移电路PS2。相移电路PS2的输出端连接到带通滤波器RXF3，该带通滤波器RXF3可以是BAW或SAW滤波器。滤波器RXF3耦合到DCS低噪声放大器LNA3。低噪声放大器LNA3通过端子54耦合到连接有适当的输出级58的DCS解调器56。
该段传输线TXL2的另一端耦合到由PIN二极管实现的模式开关SW5。
不考虑该模块的GSM部分，当DCS/PCS发射机分支想要发射时，模式开关SW3和SW5导通，使得电源线24的电压耦合到DCS/PCS发射机。因为通过模式开关SW5的导通隔离开了DCS和PCS接收机分支，所以不会从DCS和PCS接收机分支中得到电流。在接收模式下，模式开关SW3和SW5都不导通，使得接收到的信号通过传输线TXL2提供给分支电路的两个分支。通过利用带通滤波器RXF2和RXF3的频带外响应，并通过对这些滤波器中每一个的响应进行相移，使得它们在其它频带的频率上表现为开路，可以在不需要模式开关(如图1中的模式开关SW4)的情况下将两个RF接收前端连接在一起。因此在监听状态下，PCS接收机不会消耗电流。对由相移电路PS1和PS2产生的相移进行阻抗转换，以使得它们的输入阻抗为50Ω以匹配传输线TXL2的阻抗，并使它们的输出阻抗为200Ω以匹配相应的带通滤波器RXF2、RXF3的输入阻抗。由于滤波器RXF2、RXF3在电气上很长，所以更好的是在相应的滤波器RXF2、RXF3之前就进行阻抗转换。由于阻抗转换电路的输出阻抗相对较高，所以与不具有阻抗转换相移电路的结构相比，能够使这些滤波器由物理上更小的谐振器来制造。在BAW滤波器情况下，这意味着面积按等于阻抗增加的因数成比例减小。虽然由于仅可以使用一维，所以具有少得多的灵活性，但这在SAW滤波器的情况下也是成立的。这样，当因数为4时就意味着可以节省大约为75％的印刷电路板面积(不包括互连面积)。通过增加并联电感L3、L4的值并改变电容器C1、C2的值来影响向上的阻抗转换。另一个特征是，带通滤波器在所选择的结构中显示出较低的损耗，并更好地匹配典型的低噪声放大器阻抗，从而在滤波器级之后不需要进行单独的阻抗匹配。其原因是有损耗的寄生电容与设备的尺寸成比例，也就是说，在不同的滤波器阻抗值下损耗都保持为不变。但是，串联电阻保持为相同的。这样，随着滤波器阻抗增大，串联损耗降低。对于SAW设备，很可能当滤波器阻抗增大时串联电阻会降低。这样将进一步降低损耗。
在本说明书和权利要求书中，在元件前面的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。此外，词语“包括”不排除除了那些已列举的之外还存在其它的元件或步骤。
通过阅读本公开内容，其它的修改对于本领域的技术人员来说将是显而易见的。这种修改可以包含其他的特性，这些特性在设计、制造和使用多模式无线电设备/模块和由此而得到的元件部分中已经是众所周知的，并且这些特性可以用来代替或附加到这里已经描述的特性。尽管在本申请中权利要求已经阐明成是特征的具体组合，但应该理解的是，本申请公开内容的范围也包括在本文中明确地或隐含地公开的任何新的特征或任何特征的新的组合，或者特征的任何概括，而不管其是否涉及与在当前任何权利要求中所要求保护的相同发明，并且也不管其是否解决了任何或所有与本发明所解决的相同的技术问题。因此本申请声明，在实现本申请或由本申请所引申出的其它任何申请的过程中，新的权利要求可以阐述成这种特征和/或这种特征的组合。

Claims (11)

1.一种多模式无线电模块(22)，包括用于连接到信号传递和接收装置(10)的端子(11)、耦合到该端子的发射分支(DCS/PCS)和耦合到该端子的分支电路，该分支电路至少包括分别用于接收第一和第二频带(DCS/PCS)内的信号的第一和第二分支，第一和第二分支中的每一个都分别包括相移电路(PS1/PS2)、耦合到相移电路的带通滤波器(RXF2、RXF3)、被选择用以通过第一和第二频带之一中想要的信号但拒绝第二和第一频带的另一个中不想要的信号的滤波器的带宽、以及耦合到带通滤波器(RXF2、RXF3)输出端的低噪声放大器(LNA2、LNA3)，其中每个相移电路(PS1、PS2)都进行阻抗转换。
2.如权利要求1所述的无线电模块，其特征在于，每个带通滤波器(RXF2、RXF3)都是BAW滤波器。
3.如权利要求1所述的无线电模块，其特征在于，每个带通滤波器(RXF2、RXF3)都是SAW滤波器。
4.如权利要求1、2或3所述的无线电模块(22)，其特征在于，每个相移电路(PS1、PS2)都包括串联电容和并联电感，设置串联电容和并联电感的值，使得在信号传递和接收装置以及相应的带通滤波器(RXF2、RXF3)之间提供预定的阻抗转换。
5.如权利要求1-4中任一项所述的无线电模块，其特征在于，分支电路经由一段传输线(TXL2)耦合到该端子。
6.如权利要求5所述的无线电模块，其特征在于，发射分支(DCS、PCS)具有耦合到端子(11)的串联开关(SW3)，并且分支电路具有耦合到远离该端子的传输线(TXL2)的一端的并联开关(SW5)。
7.如权利要求1-6中任一项所述的无线电模块，其特征在于，双工器(12)耦合到端子(11)，发射和分支电路耦合到双工器的一个端口，用于通过频率在第一带宽内的信号，并且另一个端口耦合到另一个分支，用于处理频率在第二带宽内的信号。
8.一种多模式无线电设备，包括信号传递和接收装置(10)、用于调制待发射的信号的装置、用于解调接收到的信号的装置和多模式无线电模块(22)，该多模式无线电模块(22)包括耦合到信号传递和接收装置的发射分支(DCS/PCS)、耦合到发射分支的信号输入端的调制装置和耦合到信号传递和接收装置的分支电路，该分支电路至少包括分别用于接收第一和第二频带内的信号的第一和第二分支，第一和第二分支中的每一个都分别包括相移电路(PS1、PS2)、耦合到相移电路的带通滤波器(RXF2、RXF3)、被选择用以通过第一和第二频带之一中想要的信号但拒绝第二和第一频带的另一个中不想要的信号的滤波器的带宽、以及耦合到带通滤波器输出端的低噪声放大器(LNA2、LNA3)，相应的低噪声放大器耦合到解调装置，其中每个相移电路(PS1、PS2)都进行阻抗转换。
9.如权利要求8所述的无线电设备，其特征在于，每个相移电路(PS1、PS2)都包括串联电容和并联电感，设置串联电容和并联电感的值，使得在信号传递和接收装置以及相应的带通滤波器(RXF2、RXF3)之间提供预定的阻抗转换。
10.如权利要求9所述的无线电设备，其特征在于，发射分支具有耦合到端子(11)的串联开关(SW3)，并且分支电路具有耦合到四分之一波长传输线(TXL2)的一端的并联开关(SW5)，传输线的另一端耦合到该端子。
11.如权利要求8-10中任一项所述的无线电设备，其特征在于，双工器(12)耦合到端子，发射和分支电路耦合到双工器的一个端口，用于通过频率在第一带宽内的信号，并且另一个端口耦合到另一个分支，用于处理频率在第二带宽内的信号。
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