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CN117395761B - 电源和偏置可调的射频前端模组及射频芯片 - Google Patents

电源和偏置可调的射频前端模组及射频芯片 Download PDF

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CN117395761B
CN117395761B CN202311701540.8A CN202311701540A CN117395761B CN 117395761 B CN117395761 B CN 117395761B CN 202311701540 A CN202311701540 A CN 202311701540A CN 117395761 B CN117395761 B CN 117395761B
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邵一祥
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Shenzhen Volans Technology Co Ltd
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Abstract

本发明涉及射频技术领域，本发明公开了一种电源和偏置可调的射频前端模组及射频芯片，射频前端模组包括依次电连接的信号输入端、输入匹配电路、末级放大电路以及信号输出端；射频前端模组还包括电源电压转换电路和偏置电流控制电路；偏置电流控制电路的输入端连接供电电源，偏置电流控制电路的输出端连接至末级放大电路的第一输入端，电源电压转换电路的输入端用于连接供电电压，电源电压转换电路的输出端连接末级放大电路的第二输入端；电源开关和电源转换电路分别通过外部第一控制信号实现工作状态切换，第一MOS管通过外部第二控制信号实现工作状态切换。本发明射频前端模组能调整电源电压和偏置电流，达到功耗和性能的优化。

Description

电源和偏置可调的射频前端模组及射频芯片
技术领域
本发明涉及射频技术领域，尤其是涉及一种电源和偏置可调的射频前端模组及射频芯片。
背景技术
目前，在射频收发芯片中，手机终端的射频前端是实现信号传输收发的关键器件，随着通信多模多制式化，射频前端担负着多种制式多模信号收发的作用。
现有的一个典型的TDD系统射频前端模组中，如WIFI 射频前端模组，由以下几部分组成。功率放大组件，用于放大射频芯片输出射频信号；接收电路组件，用于接收信号通路，通常包括一个低噪声放大器(LNA)；射频开关组件，用于切换发射和接收通路；逻辑控制组件，用于控制其他组件工作状态。将上述各组件装配在基板上，通过打线（Bonding）或其他方式连接在一起，并封装成完整模组。
然而，在传统的WIFI射频前端模组设计中，工作电压和偏置电流都是固定的；这样当射频前端输入功率变化时，无法兼顾最大输出能力和功耗。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种电源和偏置可调的射频前端模组，将电源电压转换电路和偏置电流控制电路结合，使得模组在不同输出功率时，通过调整电源电压和偏置电流，以解决现有的射频前端模组的功耗大，性能优化效果差的问题。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种电源和偏置可调的射频前端模组，所述电源和偏置可调的射频前端模组包括依次电连接的信号输入端、输入匹配电路、末级放大电路以及信号输出端；所述电源和偏置可调的射频前端模组还包括电源电压转换电路和偏置电流控制电路；所述偏置电流控制电路的输入端连接供电电源，所述偏置电流控制电路的输出端连接至所述末级放大电路的第一输入端，所述电源电压转换电路的输入端用于连接供电电压，所述电源电压转换电路的输出端连接所述末级放大电路的第二输入端；
所述电源电压转换电路包括电源开关、电源转换电路、第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第一MOS管；所述电源开关和所述电源转换电路分别通过外部第一控制信号实现工作状态切换，所述第一MOS管通过外部第二控制信号实现工作状态切换；
所述电源开关的输入端作为所述电源电压转换电路的输入端，所述电源开关的第一输出端连接所述第一电阻的第一端，所述电源开关的第二输出端连接所述电源转换电路的输入端，所述电源开关的逻辑控制端用于连接所述外部第一控制信号；
所述电源转换电路的输出端连接所述第一电阻的第一端，并作为所述电源电压转换电路的输出端，所述电源转换电路的逻辑控制端用于连接所述外部第一控制信号；
所述第一电阻的第二端分别连接所述第二电阻的第一端、所述第一MOS管的源极以及所述电源转换电路的BY管脚，所述第二电阻的第二端接地；
所述第一MOS管的漏极经串联所述第三电阻后接地，所述第一MOS管的栅极用于连接外部第二控制信号。
优选的，所述偏置电流控制电路包括偏置电路和电流镜电路；所述偏置电路的输入端作为所述偏置电流控制电路的输入端，所述偏置电路的输出端连接所述电流镜电路的第一输入端，用于为所述电流镜电路提供偏置电流；所述电流镜电路的第二输入端用于连接所述供电电源，所述电流镜电路的输出端作为所述偏置电流控制电路的输出端，用于输出调整后的所述偏置电流至所述末级放大电路的输入端。
优选的，所述偏置电路包括第四电阻、第五电阻、第六电阻、第二MOS管、第七电阻、第八电阻、第九电阻以及第三MOS管；
所述第四电阻的第一端用于连接所述外部第一控制信号，所述第四电阻的第二端分别连接所述第五电阻的第一端和所述第二MOS管的栅极，所述第五电阻的第二端接地，所述第二MOS管的源极连接所述第六电阻的第一端，所述第六电阻的第二端作为所述偏置电路的输入端，所述第二MOS管的漏极作为所述偏置电路的输出端；
所述第七电阻的第一端用于连接所述外部第二控制信号，所述第七电阻的第二端分别连接所述第八电阻的第一端和所述第三MOS管的栅极，所述第八电阻的第二端接地，所述第三MOS管的源极连接所述第九电阻的第一端，所述第九电阻的第二端连接至供电电源，所述第三MOS管的漏极连接所述第二MOS管的漏极。
优选的，所述电流镜电路包括第一三极管、第二三极管、第十电阻和第三三极管；
所述第十电阻的第一端作为所述电流镜电路的第二输入端，所述第十电阻的第二端分别连接所述第一三极管的集电极和所述第二MOS管的漏极，所述第一三极管的基极和所述第一三极管的集电极连接，所述第一三极管的集电极还作为所述电流镜电路的第一输入端，所述第一三极管的基极连接所述第三三极管的基极；所述第一三极管的发射极连接所述第二三极管的集电极，所述第二三极管的集电极和所述第二三极管的基极连接，所述第二三极管的发射极接地；所述第三三极管的集电极连接所述第十电阻的第一端，所述第三三极管的发射极作为所述电流镜电路的输出端。
优选的，所述输入匹配电路为第一电容，所述第一电容的两端分别连接所述信号输入端和所述末级放大电路的输入端。
优选的，所述末级放大电路包括第四三极管、第一电感和第二电容；所述第四三极管的基极作为所述末级放大电路的输入端，所述第四三极管的发射极接地，所述第四三极管的集电极分别连接所述第一电感的第一端和所述第二电容的第一端，所述第一电感的第二端连接所述电源电压转换电路的输出端，所述第二电容的第二端作为所述末级放大电路的输出端。
第二方面，本发明实施例提供一种射频芯片，所述射频芯片包括上述的电源和偏置可调的射频前端模组。
与现有技术相比，本发明中的电源和偏置可调的射频前端模组，通过将信号输入端、输入匹配电路、末级放大电路以及信号输出端依次电连接的；偏置电流控制电路的输入端连接供电电源，偏置电流控制电路的输出端连接至输入匹配电路与末级放大电路的第一输入端之间，电源电压转换电路的输入端用于连接供电电压，电源电压转换电路的输出端连接末级放大电路的第二输入端；电源开关和电源转换电路分别通过外部第一控制信号实现工作状态切换，第一MOS管通过外部第二控制信号实现工作状态切换；电源开关的逻辑控制端用于连接外部第一控制信号；电源转换电路的输出端连接第一电阻的第一端，并作为电源电压转换电路的输出端，电源转换电路的逻辑控制端用于连接外部第一控制信号；第一电阻的第二端分别连接第二电阻的第一端、第一MOS管的源极以及电源转换电路的BY管脚，第二电阻的第二端接地；第一MOS管的漏极经串联第三电阻后接地，第一MOS管的栅极用于连接外部第二控制信号。通过增加了电源电压转换电路及偏置电流控制电路，使得射频前端模组在不同输出功率时，通过调整电源电压和偏置电流，达到功耗和性能的优化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1为本发明实施列提供的电源和偏置可调的射频前端模组的电路图。
图中，100、电源和偏置可调的射频前端模组，1、信号输入端，2、输入匹配电路，3、末级放大电路，4、信号输出端，5、偏置电流控制电路，51、偏置电路，52、电流镜电路，6、电源电压转换电路。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅附图1所示，本发明实施例提供了一种电源和偏置可调的射频前端模组100，所述电源和偏置可调的射频前端模组100包括依次电连接的信号输入端1、输入匹配电路2、末级放大电路3以及信号输出端4；所述电源和偏置可调的射频前端模组100还包括电源电压转换电路6和偏置电流控制电路5；所述偏置电流控制电路5的输入端连接供电电源VDD_BIAS，所述偏置电流控制电路5的输出端连接至所述输入匹配电路2与所述末级放大电路3的第一输入端之间，所述电源电压转换电路6的输入端用于连接供电电压VCC，所述电源电压转换电路6的输出端连接所述末级放大电路3的第二输入端。通过信号输入端1输出射频信号至输入匹配电路2上进行匹配，通过输入匹配电路2输出射频信号至末级放大电路3上进行信号放大，将放大信号通过信号输出端4输出。偏置电流控制电路5用于为末级放大电路3输出偏置电流，电源电压转换电路6用于将供电电源VDD_BIAS转换成适应的工作电压，并将工作电压输出至末级放大电路3上，提高末级放大电路3的输出能力。
所述电源电压转换电路6包括电源开关S1、电源转换电路DCDC1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3以及第一MOS管M1；所述电源开关S1和所述电源转换电路DCDC1分别通过外部第一控制信号P1实现工作状态切换，所述第一MOS管M1的栅极通过所述外部第二控制信号P2实现工作状态切换。
其中，电源开关S1为单刀双掷开关，收到外外部第一控制信号实现工作状态切换。
所述电源开关S1的输入端作为所述电源电压转换电路6的输入端，所述电源开关S1的第一输出端连接所述第一电阻R1的第一端，所述电源开关S1的第二输出端连接所述电源转换电路DCDC1的输入端，所述电源开关的逻辑控制端用于连接所述外部第一控制信号P1；
所述电源转换电路DCDC1的输出端连接所述第一电阻R1的第一端，并作为所述电源电压转换电路6的输出端，所述电源转换电路DCDC1的逻辑控制端VC用于连接所述外部第一控制信号P1；
所述第一电阻R1的第二端分别连接所述第二电阻R2的第一端、所述第一MOS管M1的源极以及所述电源转换电路DCDC1的BY管脚，所述第二电阻R2的第二端接地；
所述第一MOS管M1的漏极经串联所述第三电阻R3后并接地，所述第一MOS管M1的栅极用于连接外部第二控制信号P2。
当电源开关S1的逻辑控制端VC管脚受到外部第一控制信号P1输出低电平时，电源开关S1的输入端和电源开关S1的第一输出端导通，电源开关S1的输入端和电源开关S1的第二输出端截止。反之，电源开关S1的输入端和电源开关S1的第二输出端导通。
通过外部第一控制信号P1输出控制信号至电源转换电路DCDC1上，当P1端口为高电平时，电源转换电路DCDC1工作，其电源转换电路DCDC1的输出端输出电源信号，反之电源转换电路DCDC1的输出端不输出。同时电源转换电路DCDC1的输出端输出电压受第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3以及第一MOS管M1的反馈控制。第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3以及第一MOS管M1组成分压电路，给电源转换电路DCDC1的BY管脚提供反馈电压。
第一MOS管M1是PMOS管，第一MOS管M1的栅极受外部第二控制信号控制；当外部第二控制信号P2端口为低电平时，第一MOS管M1源极和第一MOS管M1的漏极导通；反之截止。
当外部第二控制信号P2端口为低电平时，电源转换电路DCDC1-BY管脚电压VBY1=VCC_OUT*(R2//R3)/(R1+(R2//R3))；
其中R2//R3是R2和R3的并联电阻值。
当外部第二控制信号P2高电平时，电源转换电路DCDC1-BY管脚电压VBY2=VCC_OUT*R2/(R1+R2)。
对比VBY1和VBY2，显然有VBY1<VBY2。
当外部第一控制信号P1高电平，且外部第二控制信号P2低电平时，电源转换电路DCDC1的输出电压为VCC_OUT1;当外部第一控制信号P1高电平，且外部第二控制信号P2高电平时，电源转换电路DCDC1输出电压为VCC_OUT2；显然有VCC_OUT1>VCC_OUT2。
因此，当外部第二控制信号P2低电平时的DCDC1输出电压VCC_OUT比外部第二控制信号P2高电平时的VCC_OUT高；
综合S1和DCDC1，则有，当外部第一控制信号P1、外部第二控制信号P2都是低电平时，VCC_OUT=VCC；当外部第一控制信号P1高电平，外部第二控制信号P2低电平时，VCC_OUT=VCC_OUT1；当外部第一控制信号P1、外部第二控制信号P2都是高电平时，VCC_OUT=VCC_OUT2；且有，VCC_OUT1>VCC_OUT2。
这样，通过控制外部第二控制信号P2逻辑状态达到控制VCC_OUT电压的目的。
本实施例中，所述偏置电流控制电路5包括偏置电路51和电流镜电路52；所述偏置电路51的输入端作为所述偏置电流控制电路5的输入端，所述偏置电路51的输出端连接所述电流镜电路52的第一输入端，所述电流镜电路52的第二输入端连接所述供电电压VCC，所述电流镜电路52的输出端作为所述偏置电流控制电路5的输出端。
本实施例中，所述偏置电路51包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第二MOS管M2、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9以及第三MOS管M3。
所述第四电阻R4的第一端用于连接所述外部第一控制信号P1，所述第四电阻R4的第二端分别连接所述第五电阻R5的第一端和所述第二MOS管M2的栅极，所述第五电阻R5的第二端接地，所述第二MOS管M2的源极连接所述第六电阻R6的第一端，所述第六电阻R6的第二端作为所述偏置电路51的输入端，所述第二MOS管M2的漏极作为所述偏置电路51的输出端。
所述第七电阻R7的第一端用于连接所述外部第二控制信号P2，所述第七电阻R7的第二端分别连接所述第八电阻R8的第一端和所述第三MOS管M3的栅极，所述第八电阻R8的第二端接地，所述第三MOS管M3的源极连接所述第九电阻R9的第一端，所述第九电阻R9的第二端连接至所述供电电源VDD_BIAS，所述第三MOS管M3的漏极连接所述第二MOS管M2的漏极。
本实施例中，所述电流镜电路52包括第一三极管Q1、第二三极管Q2、第十电阻R10和第三三极管Q3；所述第十电阻R10的第一端作为所述电流镜电路52的第二输入端，所述第十电阻R10的第二端分别连接所述第一三极管Q1的集电极和所述第二MOS管M2的漏极，所述第一三极管Q1的基极和所述第一三极管Q1的集电极连接，所述第一三极管Q1的集电极还作为所述电流镜电路52的第一输入端，所述第一三极管Q1的基极连接所述第三三极管Q3的基极；所述第一三极管Q1的发射极连接所述第二三极管Q2的集电极，所述第二三极管Q2的集电极和所述第二三极管Q2的基极连接，所述第二三极管Q2的发射极接地；所述第三三极管Q3的集电极连接所述第十电阻R10的第一端，所述第三三极管Q3的发射极作为所述电流镜电路52的输出端。
具体的，第二MOS管M2栅极受外部的输入输出端口的 外部第一控制信号P1控制。当外部第一控制信号P1低电平时，第二MOS管M2导通，反之第二MOS管M2截止；第三MOS管M3栅极受外部的输入输出端口的 外部第二控制信号P2控制。当外部第二控制信号P2低电平时，第三MOS管M3导通，反之第三MOS管M3截止。
因此有，当外部第一控制信号P1、外部第二控制信号P2都是低电平时，A、B点之间的电阻值RAB=R6//R9//R10；当外部第一控制信号P1高电平，外部第二控制信号P2低电平时，A、B点之间的电阻值RAB=R6//R10；当外部第一控制信号P1、外部第二控制信号P2都是高电平时，A、B点之间的电阻值RAB=R10；显然有，R10>R9//R10>R6//R9//R10；而RAB越大，则偏置电流IBIAS越小。
因此，通过控制外部第一控制信号P1和外部第二控制信号P2逻辑状态，达到调整偏置电流IBIAS的目的。
这样通过增加了电源电压转换电路6及偏置电流控制电路5，使得电源和偏置可调的射频前端模组100在不同输出功率时，通过调整电源电压和偏置电流，达到功耗和性能的优化。
本实施例中，所述输入匹配电路2为第一电容C1，所述第一电容C1的两端分别连接所述信号输入端1和所述末级放大电路3的输入端。
本实施例中，所述末级放大电路3包括第四三极管Q4、第一电感L1和第二电容C2；所述第四三极管Q4的基极作为所述末级放大电路3的输入端，所述第四三极管Q4的发射极接地，所述第四三极管Q4的集电极分别连接所述第一电感L1的第一端和所述第二电容C2的第一端，所述第一电感L1的第二端连接所述电源电压转换电路6的输出端，所述第二电容C2的第二端作为所述末级放大电路3的输出端。
实施例二
本发明实施例提供一种射频芯片，所述射频芯片包括上述的电源和偏置可调的射频前端模组100。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种电源和偏置可调的射频前端模组，所述电源和偏置可调的射频前端模组包括依次电连接的信号输入端、输入匹配电路、末级放大电路以及信号输出端；其特征在于，所述电源和偏置可调的射频前端模组还包括电源电压转换电路和偏置电流控制电路；所述偏置电流控制电路的输入端连接供电电源，所述偏置电流控制电路的输出端连接至所述末级放大电路的第一输入端，所述电源电压转换电路的输入端用于连接供电电压，所述电源电压转换电路的输出端连接所述末级放大电路的第二输入端；
所述电源电压转换电路包括电源开关、电源转换电路、第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第一MOS管；所述电源开关和所述电源转换电路分别通过外部第一控制信号实现工作状态切换，所述第一MOS管通过外部第二控制信号实现工作状态切换；
所述电源开关的输入端作为所述电源电压转换电路的输入端，所述电源开关的第一输出端连接所述第一电阻的第一端，所述电源开关的第二输出端连接所述电源转换电路的输入端，所述电源开关的逻辑控制端用于连接所述外部第一控制信号；
所述电源转换电路的输出端连接所述第一电阻的第一端，并作为所述电源电压转换电路的输出端，所述电源转换电路的逻辑控制端用于连接所述外部第一控制信号；
所述第一电阻的第二端分别连接所述第二电阻的第一端、所述第一MOS管的源极以及所述电源转换电路的BY管脚，所述第二电阻的第二端接地；
所述第一MOS管的漏极经串联所述第三电阻后接地，所述第一MOS管的栅极用于连接外部第二控制信号。
2.如权利要求1所述的电源和偏置可调的射频前端模组，其特征在于，所述偏置电流控制电路包括偏置电路和电流镜电路；所述偏置电路的输入端作为所述偏置电流控制电路的输入端，所述偏置电路的输出端连接所述电流镜电路的第一输入端，用于为所述电流镜电路提供偏置电流；所述电流镜电路的第二输入端用于连接所述供电电源，所述电流镜电路的输出端作为所述偏置电流控制电路的输出端，用于输出调整后的所述偏置电流至所述末级放大电路的输入端。
3.如权利要求2所述的电源和偏置可调的射频前端模组，其特征在于，所述偏置电路包括第四电阻、第五电阻、第六电阻、第二MOS管、第七电阻、第八电阻、第九电阻以及第三MOS管；
所述第四电阻的第一端用于连接所述外部第一控制信号，所述第四电阻的第二端分别连接所述第五电阻的第一端和所述第二MOS管的栅极，所述第五电阻的第二端接地，所述第二MOS管的源极连接所述第六电阻的第一端，所述第六电阻的第二端作为所述偏置电路的输入端，所述第二MOS管的漏极作为所述偏置电路的输出端；
所述第七电阻的第一端用于连接所述外部第二控制信号，所述第七电阻的第二端分别连接所述第八电阻的第一端和所述第三MOS管的栅极，所述第八电阻的第二端接地，所述第三MOS管的源极连接所述第九电阻的第一端，所述第九电阻的第二端连接至所述供电电源，所述第三MOS管的漏极连接所述第二MOS管的漏极。
4.如权利要求3所述的电源和偏置可调的射频前端模组，其特征在于，所述电流镜电路包括第一三极管、第二三极管、第十电阻和第三三极管；
所述第十电阻的第一端作为所述电流镜电路的第二输入端，所述第十电阻的第二端分别连接所述第一三极管的集电极和所述第二MOS管的漏极，所述第一三极管的基极和所述第一三极管的集电极连接，所述第一三极管的集电极还作为所述电流镜电路的第一输入端，所述第一三极管的基极连接所述第三三极管的基极；所述第一三极管的发射极连接所述第二三极管的集电极，所述第二三极管的集电极和所述第二三极管的基极连接，所述第二三极管的发射极接地；所述第三三极管的集电极连接所述第十电阻的第一端，所述第三三极管的发射极作为所述电流镜电路的输出端。
5.如权利要求1所述的电源和偏置可调的射频前端模组，其特征在于，所述输入匹配电路为第一电容，所述第一电容的两端分别连接所述信号输入端和所述末级放大电路的输入端。
6.如权利要求1所述的电源和偏置可调的射频前端模组，其特征在于，所述末级放大电路包括第四三极管、第一电感和第二电容；所述第四三极管的基极作为所述末级放大电路的输入端，所述第四三极管的发射极接地，所述第四三极管的集电极分别连接所述第一电感的第一端和所述第二电容的第一端，所述第一电感的第二端连接所述电源电压转换电路的输出端，所述第二电容的第二端作为所述末级放大电路的输出端。
7.一种射频芯片，其特征在于，所述射频芯片包括如权利要求1-6任一项所述的电源和偏置可调的射频前端模组。
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