CN103888094A - 功率放大电路以及包括其的前端模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种功率放大电路以及包括其的前端模块。该功率放大电路包括：将具有不同频带的多个无线信号进行放大和输出的信号放大单元，以及将从信号放大单元输出的多个无线信号中的至少一个传输至天线的双工器电路，其中，信号放大单元和双工器电路包括分别具有不同阻抗匹配范围的阻抗匹配电路，并且双工器电路的阻抗匹配范围与信号放大单元的阻抗匹配范围相连续。

Description

功率放大电路以及包括其的前端模块

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年12月20日提交到韩国专利局申请号为10-2012-0149972的韩国专利的优先权，其全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及一种功率放大电路以及包括其的前端模块，该功率放大电路能够具有提高的运行效率和制造成品率，并且可通过包括分布和安置在对具有不同频带的多个无线信号进行放大的放大电路单元以及对多个无线信号中的至少一个进行选择性地发送和接收的滤波器中的阻抗匹配电路来降低制造成本。

背景技术

由于使用无线通信发送和接收数据的诸如智能手机、平板个人电脑（PC）等的移动设备已经迅速地流行起来，所以已经积极地对提供基于不同频带中的无线信号的无线通信的双频带通信模块进行了研究。因此，近期大量发布的诸如智能手机、平板PC等的移动设备提供有使用具有不同频带的多个无线信号进行通信的功能。因此，也已经发布了使用具有不同频带的无线信号对局域网（LAN）进行设置的双频带接入点（AP）产品。

通用前端模块基于具有不同频带的无线信号进行通信，其包括控制无线信号的发送和接收的驱动电路、放大待发送的无线信号的放大电路、以及对发送和接收的无线信号进行滤波的滤波器。在这种情况下，为了避免降低无线通信效率，应适当地进行输出无线信号的放大电路的输出端子与将无线信号传输至天线或从天线接收无线信号的滤波器的输入端子之间的阻抗匹配。

为了能够进行放大电路的输出端子与滤波器的输入端子之间的阻抗匹配，现有的前端模块包括能够将阻抗从5欧姆改变至50欧姆的电路，以及输出匹配电路。但是，在配置上述电路的情况下，会增加前端模块的制造成本，并且由于匹配电路中包括电感器，因此会发生高程度的电阻损失。

在下述的相关技术文献中，专利文献1涉及一种用于局域无线通信的前端模块，其披露了一种包括功率放大器件和滤波器的电路。专利文件2涉及一种多级放大器，其包括放大功率的放大器件以及作为其部件的多级匹配电路。但是，专利文件1和专利文件2都未披露在放大电路和滤波器中分布和实现阻抗匹配电路、以及将包括在该放大电路和滤波器中的阻抗匹配电路的阻抗匹配范围设置为连续的配置。

[相关技术文献]

（专利文献1）韩国专利公开第10-2009-0066015号

（专利文献2）韩国专利公开第10-2002-0038569号

发明内容

本发明的一个方面提供了一种功率放大电路，以及包括其的前端模块，该功率放大电路具有提高的运行效率和更高的制造成品率，同时可通过包括分布和实现在对无线信号进行放大的放大电路单元以及设置在天线与放大电路单元之间且对无线信号进行滤波的滤波器中的阻抗匹配电路来降低制造成本。

根据本发明的一个方面，提供了一种功率放大电路，包括：信号放大单元，放大并输出具有不同频带的多个无线信号；以及双工器电路，其将从信号放大单元输出的多个无线信号中的至少一个传输至天线，其中信号放大单元和双工器电路包括分别具有不同阻抗匹配范围的阻抗匹配电路，并且双工器电路的阻抗匹配范围与信号放大单元的阻抗匹配范围相连续。

信号放大单元可包括将具有第一频带的第一无线信号放大的第一信号放大器，以及将具有不同于第一频带的第二频带的第二无线信号放大的第二信号放大器。

双工器电路可包括：第一滤波器，其允许第一无线信号通过从而阻断第二无线信号；以及第二滤波器，其允许第二无线信号通过从而阻断第一无线信号。

第一和第二滤波器中的至少一个可与包括在双工器电路中的阻抗匹配电路共享至少一个电路器件。

第一频带可为2.4GHz频带，并且第二频带可为5GHz频带。

信号放大单元可包括在信号放大单元的输出端子进行阻抗匹配的电感器，以及检测从信号放大单元输出的多个无线信号中的至少一个的功率的耦合器。

功率放大电路可进一步包括将从信号放大单元输出的多个无线信号中的至少一个传输至双工器电路的开关电路。

根据本发明的另一方面，提供了一种前端模块，包括：信号放大单元，其将具有不同频带的多个无线信号进行放大；驱动电路单元，其控制信号放大单元的操作；以及滤波器单元，其将从信号放大单元输出的多个无线信号中的至少一个传输至天线，并且将通过天线接收的无线信号传输至驱动电路单元，其中，滤波器单元包括将多个无线信号进行滤波和阻断的多个滤波器，并且信号放大单元和滤波器单元包括分别具有不同阻抗匹配范围的阻抗匹配电路。

前端模块可进一步包括在信号放大单元与滤波器单元之间传输无线信号的开关电路。

前端模块可进一步包括低噪声放大器（LNA），其将通过天线接收的无线信号进行放大，并且将已放大的无线信号传输至驱动电路单元。

信号放大单元可放大具有2.4GHz频带的第一无线信号和具有5GHz频带的第二无线信号。

第一无线信号可通过包括在滤波器单元中的低通滤波器而传输至天线，并且第二无线信号可通过包括在滤波器单元中的高通滤波器而传输至天线。

信号放大单元可包括耦合器，其检测从信号放大单元输出的多个无线信号中的至少一个。

信号放大单元可包括电感器，其在信号放大单元的输出端子进行阻抗匹配。

包括在信号放大单元中的阻抗匹配电路的阻抗匹配范围与包括在滤波器单元中的阻抗匹配电路的阻抗匹配范围可以是连续的。

附图说明

从随后的详细描述连同附图，可更清晰地理解本发明的上述和其他方面、特性以及优点，其中：

图1为示意性示出根据本发明实施方式的前端模块的框图；

图2为示出包括在根据本发明实施方式的前端模块中的信号放大单元的电路配置的实例的电路图；

图3为示出包括在根据本发明实施方式的前端模块中的滤波器单元的电路配置的实例的电路图；以及

图4为示出根据本发明实施方式的功率放大电路的实例的电路图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图，对本发明的实施方式进行详细描述。但是，本发明可以多种不同的形式实现，并且不应解释为受本文描述的实施方式的限制。

然而，提供了这些实施方式，以使本公开全面和完整，并且向本领域的技术人员充分传达本发明的范围。

图1为示意性示出根据本发明实施方式的前端模块的框图。

参考图1，根据本发明的前端模块100可以包括驱动电路单元110、信号放大单元120、开关电路130以及滤波器单元140。滤波器单元140可连接至天线ANT，并且通过天线ANT发送和接收无线信号。

参考图1，由驱动电路单元110发送的无线信号的传输路径与由驱动电路单元110接收的无线信号的传输路径相互不同。即，通过天线ANT发送至外部的无线信号可由信号放大单元120进行放大，并且随后通过开关电路130传输至滤波器单元140。

另一方面，可通过滤波器单元140和开关电路130在驱动电路单元110中接收通过天线ANT接收的无线信号。但是，本发明并不必限制于上述配置。即，通过天线ANT接收的无线信号可由包括在开关电路130中的低噪声放大器（LNA）放大，并且随后传输至驱动电路单元110。

信号放大单元120可放大由驱动电路单元110传输的无线信号。因此，信号放大单元120可包括将无线信号放大的至少一个放大器件，以及对输出信号的阻抗进行匹配的匹配电路。

信号放大单元120可放大和输出具有不同频带的多个无线信号。在本发明的实施方式中，信号放大单元可包括将具有第一频带的第一无线信号进行放大的第一信号放大器，以及将具有不同于第一频带的第二频带的第二无线信号进行放大的第二信号放大器。

开关电路130可包括开关器件，其中继在信号放大单元120与滤波器单元140之间的无线信号的发送和接收。例如，在要由信号放大单元120进行放大并且随后输出至天线ANT的无线信号是具有不同频带的多个信号情况下，开关器件可实现为诸如单刀双掷（SPDT）、单刀三掷（SP3T）等的开关器件。

滤波器单元140可对包括在通过天线ANT发送的和接收的无线信号中的噪声组分进行滤波。特别地，滤波器单元140也可包括多个滤波器，使得当具有不同频带的多个无线信号由信号放大单元120放大，并且如上所述传输至滤波器单元140时，具有不同频带的多个无线信号可从其通过或被阻断。

在本发明的实施方式中，滤波器单元140可由双工器电路实现，该双工器电路将从信号放大单元120输出的多个无线信号中的至少一个传输至天线。

此处，双工器电路可包括允许第一无线信号通过从而将第二无线信号阻断的第一滤波器，以及允许第二无线信号通过从而将第一无线信号阻断的第二滤波器。例如，双工器电路可包括高通滤波器和低通滤波器。

在本发明的实施方式中，匹配电路可分别地提供在各自不同的单元中。

即，在通用前端模块中，能够改变阻抗的输出匹配电路包括在信号放大单元120中，并且多个电感器和电容器连接至输出端子，以执行阻抗匹配。例如，在仅在信号放大单元120中实现用于从5至50欧姆的阻抗匹配的匹配电路的情况下，增加了总制造成本，并且降低了效率。

因此，在本发明的实施方式中，匹配电路的器件的一部分可包括在滤波器单元140中，并且器件的剩余部分可包括在信号放大单元120中。例如，信号放大单元120和构成滤波器单元140的双工器电路可包括具有不同阻抗匹配范围的阻抗匹配电路。

在本发明的实施方式中，为了进行有效的阻抗匹配，包括在信号放大单元120中的匹配电路器件的阻抗匹配范围和包括在滤波器单元140中的匹配电路器件的阻抗匹配范围可以是连续的。例如，在包括在信号放大单元120中的匹配电路器件对输出端子的阻抗进行从5欧姆至30欧姆的匹配的情况下，包括在滤波器单元140中的匹配电路器件可从30欧姆至50欧姆匹配阻抗。

当包括在用于阻抗匹配的匹配电路中的器件如上所述分布和安置在信号放大单元120和滤波器单元140中时，可对输出进行匹配，同时滤波器单元140使用去除谐波组分的滤波器（即彼此同时地）。因此，由于可省略用于去除放大的无线信号的谐波组分的分流电路，因此可减小芯片尺寸并降低制造成本。

在下文中，将参考图2至图4，对包括在根据本发明实施方式的前端模块100中的信号放大单元120和滤波器单元140的电路配置进行描述。

图2为示出包括在根据本发明实施方式的前端模块中的信号放大单元的电路配置的实例的电路图。

参考图2，根据本实施方式的信号放大单元200可接收通过输入端子RF_IN放大的无线信号，可放大在放大器Q1中的无线信号，并且可向输出端子RF_OUT输出放大后的无线信号。输出端子RF_OUT可通过开关电路130连接至滤波器单元140。

连接至输入端子RF_IN的电容器C1可阻断包括在输入无线信号中的直流（DC）组分，并且电感器L1可为用于输入端子的阻抗匹配的电感器。可将操作放大器Q1所需的驱动电压Vcc通过用于去除高频组分的抗流线圈L2传输至放大器Q1。电感器L3可连接为用于对放大器Q1的输出端子进行主阻抗匹配的匹配电路，并且可在放大器Q1的输出端子设置检测输出无线信号的耦合器210。

图3为示出包括在根据本发明实施方式的前端模块中的滤波器单元的电路配置的实例的电路图。

参考图3，根据当前实施方式的滤波器单元300可具有多个输入端子RF_OUT1和RF_OUT2，其中每个输入端子接收多个具有不同频带的无线信号。滤波器单元300的输出端子可连接至天线ANT。

如上，根据本发明实施方式的前端模块100可对多个具有不同频带的无线信号进行放大，并且将已放大的无线信号通过滤波器单元300传输至天线ANT。例如，发送和接收具有2.4GHz和5GHz的频带的无线信号的双频带无线通信设备可通过滤波器单元300的输入端子RF_OUT1接收具有5GHz频带的无线信号，并且通过滤波器单元300的输入端子RF_OUT2接收具有2.4GHz频带的无线信号。在这种配置中，为了有效地进行滤波，可选择高通滤波器作为连接至输入端子RF_OUT1的电路，并且可选择低通滤波器作为连接至输入端子RF_OUT2的电路。

在图3示出的滤波器单元300的电路配置的实例中，可移除包括在第一滤波器310中的电容器C4，以及包括在第二滤波器320中的电感器L7和电容器C7。此外，在制造滤波器单元300时，可使用集成无源器件（IPD）处理，其中使用了高频硅基板和10μm的铜线（Cu）。

此外，在滤波器单元300的电路配置中的用于阻抗匹配的匹配电路310和320可与滤波器电路共享至少一个电路器件，该滤波器电路对通过输入端子RF_OUT1和RF_OUT2接收的无线信号进行滤波。因此，在前端模块100中，作为整体，可以减少电路器件的数量。此外，IPD处理可实施在与GaAs HTB处理相同的区域中，并且也可提供相同的组分偏移，并且由于减少了电阻损失并且可靠性更好，因此提高了产率并且降低了制造成本。

图4为示出根据本发明实施方式的功率放大电路的实例的电路图。

参考图4，根据本发明实施方式的功率放大电路400可包括将具有5GHz频带的无线信号进行放大的第一信号放大单元410、将具有2.5GHz频带的无线信号进行放大的第二信号放大单元420、开关电路430以及双工器电路440。

第一和第二信号放大单元410和420的电路配置相互基本类似，并且类似于参考图2描述的信号放大单元200。用于阻断包括在无线信号中的DC组分的电容器C1和C1'可分别连接至输入端子RF_IN和RF_IN'，并且可通过用于分别移除高频组分的抗流线圈L2和L2'将放大器Q1和Q1'的驱动电压Vcc2传输至放大器Q1和Q1'。此外，检测输出无线信号的耦合器可分别连接至信号放大单元410和420的输出端子。

此外，如上所述并参考图2，用于阻抗匹配的匹配电路可分布并安置在第一和第二信号放大单元410和420以及作为滤波器的双工器电路440中。在第一和第二信号放大单元410和420中，分别连接至输出端子的电感器L3和L3'可匹配阻抗。此处，如在上述的实例中，可对信号放大单元410和420的输出端子进行从5欧姆至30欧姆的阻抗匹配。

另一方面，双工器电路440可能具有稍微不同于图3示出的滤波器单元300的配置。即，如上所述并参考图3，在接收5GHz无线信号并将无线信号传输至天线ANT的滤波器中，可排除电容器C4，并且在接收2.4GHz无线信号并将无线信号传输至天线ANT的滤波器中，可排除包括相互串联的电感器L7和电容器C7的电路的一部分。从双工器电路440排除的电容器C4和C7以及电感器L7可以是用于移除谐波组分的器件。在图4示出的电路中，由于可在双工器电路440中实施能够移除谐波组分的滤波器和匹配电路，因此可省略用于移除谐波组分的独立器件。因此，减小了总电流损失，从而提高了利益和效率。此外，考虑整个前端模块100，由于减小了放大信号所需的延迟时间，因此减小了相变，由此提高了误差向量幅度（EVM）。

如上所述，根据本发明的实施方式，用于在放大电路单元的输出端子与滤波器的输入端子之间的阻抗匹配的匹配电路分布并实现在放大电路单元和滤波器单元中。因此，降低了在放大电路单元的输出端子的电感，因此提高了操作效率，并且包括在滤波器单元中的匹配电路也进行移除谐波组分的操作，以省略用于移除谐波组分的分流电路，因此减小了芯片尺寸并且降低了制造成本。此外，包括在滤波器单元中的匹配电路可由IPD处理制造，该处理表现出高频特性以及良好的产量，降低了高频损失，因此提高了利益。

尽管关于实施方式对本发明进行了描述，但是对本领域的技术人员显而易见的是，在不偏离所附权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，可进行修改和变形。

Claims (15)

1.一种功率放大电路，其包括：

信号放大单元，其放大和输出多个具有不同频带的无线信号；以及

双工器电路，其将从所述信号放大单元输出的多个无线信号中的至少一个传输至天线，

其中，所述信号放大单元和所述双工器电路包括分别具有不同阻抗匹配范围的阻抗匹配电路，以及

所述双工器电路的阻抗匹配范围与所述信号放大单元的阻抗匹配范围相连续。

2.根据权利要求1所述的功率放大电路，其中，所述信号放大单元包括将具有第一频带的第一无线信号进行放大的第一信号放大器，以及将具有不同于所述第一频带的第二频带的第二无线信号进行放大的第二信号放大器。

3.根据权利要求2所述的功率放大电路，其中，所述双工器电路包括允许所述第一无线信号通过从而阻断所述第二无线信号的第一滤波器，以及允许所述第二无线信号通过从而阻断所述第一无线信号的第二滤波器。

4.根据权利要求3所述的功率放大电路，其中，所述第一滤波器和所述第二滤波器中的至少一个与包括在所述双工器电路中的阻抗匹配电路共享至少一个电路器件。

5.根据权利要求2所述的功率放大电路，其中，所述第一频带为2.4GHz的频带，并且所述第二频带为5GHz的频带。

6.根据权利要求1所述的功率放大电路，其中，所述信号放大单元包括：

电感器，其在所述信号放大单元的输出端子进行阻抗匹配；以及

耦合器，其检测从所述信号放大单元输出的多个无线信号中的至少一个的功率。

7.根据权利要求1所述的功率放大电路，进一步包括开关电路，其将从所述信号放大单元输出的多个无线信号中的至少一个传输至所述双工器电路。

8.一种前端模块，其包括：

信号放大单元，其将具有不同频带的多个无线信号进行放大；

驱动电路单元，其控制所述信号放大单元的操作；以及

滤波器单元，其将从所述信号放大单元输出的多个无线信号中的至少一个传输至天线，并且将通过所述天线接收的无线信号传输至所述驱动电路单元，

其中，所述滤波器单元包括对所述多个无线信号进行滤波和阻断的多个滤波器，以及

所述信号放大单元和所述滤波器单元包括分别具有不同阻抗匹配范围的阻抗匹配电路。

9.根据权利要求8所述的前端模块，进一步包括开关电路，其在所述信号放大单元与所述滤波器单元之间传输所述无线信号。

10.根据权利要求8所述的前端模块，进一步包括低噪声放大器（LNA），其将通过所述天线接收的所述无线信号进行放大，并且将已放大的所述无线信号传输至所述驱动电路单元。

11.根据权利要求8所述的前端模块，其中，所述信号放大单元对具有2.4GHz频带的第一无线信号和具有5GHz频带的第二无线信号进行放大。

12.根据权利要求11所述的前端模块，其中，所述第一无线信号通过包括在所述滤波器单元中的低通滤波器传输至所述天线，并且所述第二无线信号通过包括在所述滤波器单元中的高通滤波器传输至所述天线。

13.根据权利要求8所述的前端模块，其中，所述信号放大单元包括耦合器，其检测从所述信号放大单元输出的多个无线信号中的至少一个的功率。

14.根据权利要求8所述的前端模块，其中，所述信号放大单元包括电感器，其在所述信号放大单元的输出端子进行阻抗匹配。

15.根据权利要求8所述的前端模块，其中，包括在所述信号放大单元中的阻抗匹配电路的阻抗匹配范围与包括在所述滤波器单元中的阻抗匹配电路的阻抗匹配范围是连续的。

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