CN116418359A - 射频收发装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种射频收发装置，包含天线单元、第一匹配电路、接收电路、第二匹配电路、发射电路与辅助电路。其中接收电路包含混频单元，辅助电路包含第一变压线圈与第二变压线圈。第一匹配电路与接收电路经配置形成第一信号接收通道，用以在第一射频信号为高增益射频信号时，接收处理第一射频信号以将第一射频信号传送至混频单元。第二匹配电路及辅助电路经配置形成第二信号接收通道，用以在第一射频信号为中等或低增益射频信号时，接收处理第一射频信号以将第一射频信号传送至混频单元。本发明提供另一种射频收发装置，包含第三匹配电路。

Description

射频收发装置

技术领域

本发明涉及无线射频电路技术，特别涉及一种具有辅助电路耦接接收电路与发射电路的射频收发电路。

背景技术

无线射频电路主要包含发射电路(transmitter circuit)与接收电路(receivercircuit)。无线射频电路的接收电路为了涵盖宽功率范围，在路径上会设置多组增益衰减电路。然而，在设计不同的增益设置时，线性度可能会受到与信号路径中的关闭状态(off-state)衰减电路的限制，当接收到较大的功率信号时，关闭状态的衰减电路将会受到大信号摆动(signal swing)的影响，导致接收电路的线性度降低，这种情况尤其会发生在中等增益(middle gain)的信号时。

发明内容

有鉴于此，本发明一些实施例提出一种射频收发装置，包含天线单元、第一匹配电路、接收电路、第二匹配电路、发射电路以及辅助电路。天线单元经配置以接收第一射频信号或发射第二射频信号。第一匹配电路耦接天线单元。接收电路耦接第一匹配电路。接收电路包含混频单元。第二匹配电路耦接天线单元。发射电路耦接第二匹配电路。第二匹配电路与发射电路形成信号发射通道。信号发射通道经配置以发射第二射频信号。辅助电路包含第一变压线圈与第二变压线圈。第一变压线圈耦接于第二匹配电路与发射电路之间。第二变压线圈耦接混频单元。第一匹配电路与接收电路经配置形成第一信号接收通道，用以在第一射频信号为高增益射频信号时，接收处理第一射频信号以将第一射频信号传送至混频单元。第二匹配电路及辅助电路经配置形成第二信号接收通道，用以在第一射频信号为中低增益射频信号时，接收处理第一射频信号以将第一射频信号传送至混频单元。

本发明一些实施例提出一种射频收发装置，包含天线单元、第一匹配电路、接收电路、第二匹配电路、发射电路、第三匹配电路以及辅助电路。天线单元经配置以接收第一射频信号或发射第二射频信号。第一匹配电路耦接天线单元。接收电路耦接第一匹配电路。接收电路包含混频单元。第二匹配电路耦接天线单元。发射电路耦接第二匹配电路。第二匹配电路与发射电路形成信号发射通道。信号发射通道经配置以发射第二射频信号。第三匹配电路耦接天线单元。辅助电路包含第一变压线圈与第二变压线圈。第一变压线圈耦接于第三匹配电路。第二变压线圈耦接混频单元。第一匹配电路与接收电路经配置形成第一信号接收通道。第一信号接收通道用以在第一射频信号为高增益射频信号时，接收处理第一射频信号以将第一射频信号传送至混频单元。第三匹配电路及辅助电路经配置形成第二信号接收通道。第二信号接收通道用以在第一射频信号为中低增益射频信号时，接收处理第一射频信号以将第一射频信号传送至混频单元。

综上所述，为改善线性度，本公开一些实施例提出的射频收发装置在信号接收模式下利用辅助电路搭配匹配电路来接收中等与低增益射频信号，以提高接收电路的线性度，并可使射频收发装置的电路设计更具弹性。由于辅助电路包含第一变压线圈与第二变压线圈，只要依需求设计适当的第一变压线圈与第二变压线圈的圈数比，辅助电路可视为具有增益的第一级电路，可降低噪声指数(Noise Figure)。

附图说明

图1是依据本发明一实施例所示出的射频收发装置与后端电路方框示意图。

图2是依据本发明一实施例所示出的射频收发装置电路图。

图3是依据本发明一实施例所示出的混频单元电路图。

图4是依据本发明一实施例所示出的混频单元电路图。

图5-1是依据本发明一实施例所示出的等效阻抗示意图。

图5-2是依据本发明一实施例所示出的等效阻抗示意图。

图6是依据本发明一实施例所示出的射频收发装置与后端电路方框示意图。

符号说明

100、600：射频收发装置

110：天线单元

120：第一匹配电路

130：第二匹配电路

140：接收电路

150：辅助电路

160：发射电路

111：天线

112：切换电路

141：混频单元

170：第一处理电路

180：第二处理电路

190：处理器

L1、L2、L3、L6、L7：电感

SW1：开关元件

142：低噪声放大器

C1、C2：电容元件

131、6011：电感对

L4：第一变压线圈

L5：第二变压线圈

161：功率放大器

1411、1412、1413、162：混频器

Z_in1：第一电阻值

Z_in2：第二电阻值

601：第三匹配电路

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与技术效果，在以下配合参考附图的实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。附图中各元件的厚度或尺寸，是以夸张或省略或概略的方式表示，以供本领域技术人员的了解与阅读，且每个元件的尺寸并未完全为其实际的尺寸，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的技术效果及所能实现的目的下，均仍应落在本发明所公开的技术内容涵盖的范围内。在所有附图中相同的标号将用于表示相同或相似的元件。以下实施例中所提到的“耦接”或“连接”一词可指任何直接或间接的连接手段。

图1是依据本发明一实施例所示出的射频收发装置与后端电路方框示意图。图2是依据本发明一实施例所示出的射频收发装置电路图。请同时参阅图1与图2，射频收发装置100包含天线单元110、第一匹配电路120、接收电路140、第二匹配电路130、发射电路160以及辅助电路150。其中，天线单元110包含天线111与切换电路112。天线111耦接至切换电路112。切换电路112经配置以将天线单元110切换为信号发射模式或信号接收模式以接收一第一射频信号或发射一第二射频信号。

在本实施例中，在接收第一射频信号后，射频收发装置100会需要依据第一射频信号的信号强弱，适当地放大第一射频信号。依据放大第一射频信号所需的增益大小，可以将第一射频信号分为三种类型：高增益射频信号、中等增益射频信号及低增益射频信号。其中，当所接收的信号范围在-30dBm以上时为低增益射频信号，当所接收的信号范围值介于-50dBm～-30dBm之间时为中等增益射频信号，当所接收的信号范围在-50dBm以下时为高增益射频信号。“中低增益射频信号”表示该信号为中等增益射频信号或低增益射频信号。

需要说明的是，以上数值仅为本实施例所采用，本发明并不以此为限。只要将依据放大第一射频信号所需的增益大小，将第一射频信号至少区分为高、中、低者，均属本发明的范围。

第一匹配电路120耦接天线单元110，接收电路140耦接第一匹配电路120。第一匹配电路120的功能为使信号在天线单元110传送至接收电路140时得到最有效的传送，尽可能在传送时不发生反射现象。

接收电路140包含混频单元141。混频单元141用以接收从接收电路140传送来的第一射频信号，混频单元141还将第一射频信号降频到基频并解调为差分的模拟的I信号与模拟的Q信号。第一射频信号被解调为差分的模拟的I信号与模拟的Q信号后传送至第一处理电路170以转换为数字的I信号与数字的Q信号。转换后的数字的I信号与数字的Q信号再传送给处理器190以进行信号处理。

其中，第一处理电路170包含一模拟-数字转换电路，以将模拟信号转换为数字信号。

第二匹配电路130耦接天线单元110，发射电路160耦接第二匹配电路130，第二匹配电路130与发射电路160形成信号发射通道。当射频收发装置100处于信号发射模式时，后端的处理器190将待传送的数字信号编码为数字的I信号与数字的Q信号，再将数字的I信号与数字的Q信号传送给第二处理电路180。第二处理电路180将此数字的I信号与数字的Q信号转换为模拟的I信号与模拟的Q信号后传送给发射电路160。发射电路160根据此模拟信号产生第二射频信号再按序经过的第二匹配电路130及天线单元110发射。

其中，第二处理电路180包含一数字-模拟转换电路，以将数字信号转换为模拟信号。

信号发射通道经配置以发射来自第二处理电路180以及处理器190的该第二射频信号。第二匹配电路130的功能为使信号在发射电路160传送至天线单元110时得到最有效的传送，尽可能在传送时不发生反射现象。

为改善线性度降低的问题，在本实施例中，设置辅助电路150。辅助电路150包含第一变压线圈L4与第二变压线圈L5。第一变压线圈L4耦接于第二匹配电路130与发射电路160之间，而第二变压线圈L5耦接混频单元141。第一匹配电路120与接收电路140经配置形成第一信号接收通道，用以在第一射频信号为前述高增益射频信号时，接收处理第一射频信号以将第一射频信号传送至混频单元141。第二匹配电路130及辅助电路150经配置形成第二信号接收通道，用以在该第一射频信号为前述中低增益射频信号时，接收处理第一射频信号以将第一射频信号传送至混频单元141。由于在传输中等与低增益射频信号的第二信号接收通道上，并没有开关元件存在，所以不会受到关闭状态的开关元件影响，故可以提高接收电路140的线性度。并且，在本实施例中，只要依需求设计适当的第一变压线圈L4与第二变压线圈L5的圈数比，辅助电路150可视为具有增益的第一级电路，可降低噪声指数(NoiseFigure)。

请参阅图2，在本发明一实施例中，接收电路140还包含低噪声放大器142。低噪声放大器142耦接第一匹配电路120，以接收由第一匹配电路120传送来的第一射频信号。其中，低噪声放大器142经配置以在第一射频信号为高增益射频信号时，对第一射频信号进行信号放大。

请参阅图2，在本发明一实施例中，第一匹配电路120包含电感L1及开关元件SW1。电感L1耦接天线单元110及低噪声放大器142，开关元件的第一端耦接于电感L1及低噪声放大器142之间。开关元件SW1的第二端耦接至接地端。其中开关元件SW1经配置以在第一射频信号为高增益射频信号时，被设置为非导通状态，以使电感L1及低噪声放大器142形成第一信号接收通道，用以接收处理第一射频信号。开关元件SW1与低噪声放大器142经配置以在第一射频信号为中低增益射频信号时，开关元件SW1被设置为导通状态，同时低噪声放大器142被设置关闭状态，使得第二匹配电路130及辅助电路150形成第二信号接收通道，用以接收处理第一射频信号。

而在射频收发装置100处于信号发射模式时，由于第二射频信号的功率较大，为了避免功率较大的第二射频信号影响接收电路140的低噪声放大器142，此时开关元件SW1被设置为导通状态，以便将多余的功率导通至接地端，借此保护接收电路140的低噪声放大器142。

请参阅图2，在本发明一实施例中，第二匹配电路130还包含电容元件C1与电感对131。其中电容元件C1耦接至天线单元110及接地端。电感对131包含电感L2及电感L3。电感L2并联电容元件C1，并且耦接天线单元110及接地端。电感L3耦接发射电路160及辅助电路150的第一变压线圈L4。电感对131用以在信号接收模式时作为第二信号接收通道的一部分，将单端信号转换为差分信号，这样的转换可使信号的强度减半，以改善线性度。电感对131用以在信号发射模式将差分信号转换为单端信号。

请再同时参阅图1及图2，射频收发装置100在信号接收模式时，当第一射频信号为前述高增益射频信号时，处理器190控制开关元件SW1保持非导通状态时，且处理器190控制低噪声放大器142为工作状态，使得电感L1、低噪声放大器142及混频单元141形成的第一信号接收通道接收处理第一射频信号。当第一射频信号为中等或低增益射频信号时，处理器190控制开关元件SW1为导通状态且处理器190控制低噪声放大器142为关闭状态，此时，电容元件C1、电感L2、电感L3、辅助电路150的第一变压线圈L4、第二变压线圈L5形成的第二信号接收通道接收处理第一射频信号。另外，在射频收发装置100处于信号发射模式时，处理器190控制开关元件SW1呈现导通状态，此时，利用发射电路160及电感L3、电感L2与电容元件C1形成的信号发射通道来传输第二射频信号，并通过天线单元110发射出去。

在本发明一实施例中，发射电路160包含功率放大器161与混频器162。由于发射电路160的运行细节并非本发明重点，故在此并不深入说明。

图3是依据本发明一实施例所示出的混频单元电路图。请参阅图3，混频单元141包含混频器1411。混频器1411耦接低噪声放大器142，辅助电路150的第二变压线圈L5耦接于混频器1411与低噪声放大器142之间。这样的耦接方式使得混频器1411在第一射频信号为高低增益射频信号，接收来自第一信号接收通道的第一射频信号并将第一射频信号降频到基频信号并解调为差分的模拟的I信号与模拟的Q信号，而在第一射频信号为中低增益射频信号时，接收来自第二信号接收通道的第一射频信号并将第一射频信号降频到基频信号并解调为差分的模拟的I信号与模拟的Q信号。

图4是依据本发明一实施例所示出的混频单元电路图。请参阅图4，混频单元141包含两个独立的混频器1412与混频器1413。混频器1412耦接低噪声放大器142，混频器1413耦接辅助电路150的第二变压线圈L5。在本实施例中，设置两个独立的混频器1412与混频器1413使得混频器1412在第一射频信号为高低增益射频信号时，接收来自第一信号接收通道的第一射频信号并将第一射频信号降频到基频信号并解调为差分的模拟的I信号与模拟的Q信号，而混频器1413在第一射频信号为中低增益射频信号时，接收来自第二信号接收通道的第一射频信号并将第一射频信号降频到基频信号并解调为差分的模拟的I信号与模拟的Q信号。这样的设置方式可使在实际实现混频器1412与混频器1413电路时，依据不同的设计需求而使用不同结构的混频器电路。如使用开关式混频器或使用主动式混频器以提供额外增益。

图5-1与图5-2是依据本发明不同实施例所示出的等效阻抗示意图。请同时参阅图1、图2、图5-1与图5-2，在本发明一实施例中，第一变压线圈L4与第二变压线圈L5的圈数比是由第一电阻值Z_in1与第二电阻值Z_in2所决定。其中第一电阻值Z_in1为第一变压线圈L4往发射电路160看入的等效阻抗值，而第二电阻值Z_in2为第二变压线圈L5往混频单元141看入的等效阻抗值。

以图3所绘式的实施例来说(请参阅图5-1)，第一电阻值Z_in1为第一变压线圈L4往发射电路160的功率放大器161输出端看入的等效阻抗值。第二电阻值Z_in2为第二变压线圈L5往混频单元141的混频器1411看入的等效阻抗值。

以图4所绘式的实施例来说(请参阅图5-2)，第一电阻值Z_in1为第一变压线圈L4往发射电路160的功率放大器161输出端看入的等效阻抗值。第二电阻值Z_in2为第二变压线圈L5往混频单元141的混频器1413看入的等效阻抗值。

在本发明一实施例中，第一变压线圈L4与第二变压线圈L5的圈数比可由以下方程式来决定：

其中N₁为第一变压线圈L4的圈数，N₂为第二变压线圈L5的圈数。

在此实施例中，通过前述方程式(1)设置第一变压线圈L4与第二变压线圈L5的圈数比，可匹配第二信号接收通道上功率放大器161输出端的低阻抗与混频器1411(或混频器1413)输入的高阻抗，同时由于第一变压线圈L4与第二变压线圈L5的圈数比，辅助电路150可视为具有增益的第一级电路，而可降低噪声指数。

图6是依据本发明一实施例所示出的射频收发装置与后端电路方框示意图。请参阅图6，图6所示出的射频收发装置600与图1所示出的射频收发装置100相较，射频收发装置600还包含第三匹配电路601，其中，第三匹配电路601耦接天线单元110。辅助电路150的第一变压线圈L4在图6所示出的射频收发装置600中并不耦接于第二匹配电路130，而是耦接第三匹配电路601。在本实施例中，第三匹配电路601与第二匹配电路130具有相同的电路结构。与第二匹配电路130的电路结构相同，第三匹配电路601包含电容元件C2与电感对6011。其中电容元件C2耦接至天线单元110及接地端。电感对6011包含电感L6及电感L7。电感L6并联电容元件C2，并且耦接天线单元110及接地端。电感L7耦接辅助电路150的第一变压线圈L4。电感对6011用以在信号接收模式将单一信号转换为差分信号。

第一匹配电路120与接收电路140经配置形成第一信号接收通道。第一信号接收通道用以在第一射频信号为前述高增益射频信号时，接收处理第一射频信号以将第一射频信号传送至混频单元141。第三匹配电路601及辅助电路150经配置形成第二信号接收通道。第二信号接收通道用以在第一射频信号为前述中低增益射频信号时，接收处理第一射频信号以将第一射频信号传送至混频单元141。

射频收发装置600的第一匹配电路120、接收电路140、混频单元141、发射电路160、第二匹配电路130与辅助电路150的可能实施方式与射频收发装置100相同，可参考前述各实施例的说明，在此不在赘述。

在本发明一实施例中，射频收发装置600在信号接收模式时，当第一射频信号为前述高增益射频信号时，处理器190控制开关元件SW1保持非导通状态时，且处理器190控制低噪声放大器142为工作状态，使得电感L1、低噪声放大器142及混频单元141形成的第一信号接收通道接收处理第一射频信号。当第一射频信号为中等或低增益射频信号时，处理器190控制开关元件SW1为导通状态且处理器190控制低噪声放大器142为关闭状态，此时，电容元件C2、电感L6、电感L7、辅助电路150的第一变压线圈L4、第二变压线圈L5形成的第二信号接收通道接收处理第一射频信号。另外，在射频收发装置600处于信号发射模式时，处理器190控制开关元件SW1呈现导通状态，此时，利用发射电路160及电感L3、电感L2与电容元件C1形成的信号发射通道来传输第二射频信号，并通过天线单元110发射出去。

在此需要说明的是，虽然在本实施例中，第三匹配电路601与第二匹配电路130具有相同的电路结构。然而，第三匹配电路601与第二匹配电路130亦可以依设计需求而具有不相同的电路结构，本发明并不以此为限。

以上所述的实施例仅为说明本公开的技术思想及特点，其目的在使技术人员能够了解本公开的内容并据以实施，当不能以之限定本公开的权利要求，即大凡依本公开所公开的构思所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本公开的权利要求内。

Claims (10)

1.一种射频收发装置，包含：

一天线单元，经配置以接收一第一射频信号或发射一第二射频信号；

一第一匹配电路，耦接该天线单元；

一接收电路，耦接该第一匹配电路，该接收电路包含一混频单元；

一第二匹配电路，耦接该天线单元；

一发射电路，耦接该第二匹配电路，该第二匹配电路与该发射电路形成一信号发射通道，经配置以发射该第二射频信号；以及

一辅助电路，包含一第一变压线圈与一第二变压线圈，该第一变压线圈耦接于该第二匹配电路与该发射电路之间，该第二变压线圈耦接该混频单元；其中

该第一匹配电路与该接收电路经配置形成一第一信号接收通道，用以在该第一射频信号为一高增益射频信号时，接收处理该第一射频信号以将该第一射频信号传送至该混频单元，该第二匹配电路及该辅助电路经配置形成一第二信号接收通道，用以在该第一射频信号为一中低增益射频信号时，接收处理该第一射频信号以将该第一射频信号传送至该混频单元。

2.如权利要求1所述的射频收发装置，其中该第一变压线圈与该第二变压线圈的一圈数比由一第一电阻值与一第二电阻值所决定，其中该第一电阻值为该第一变压线圈往该发射电路看入的等效阻抗值，该第二电阻值为该第二变压线圈往该混频单元看入的等效阻抗值。

3.如权利要求2所述的射频收发装置，该圈数比为该第一电阻值与该第二电阻值的比值的平方根。

4.如权利要求1所述的射频收发装置，其中该接收电路还包含：

一低噪声放大器，耦接该第一匹配电路，该低噪声放大器经配置以在该第一射频信号为该高增益射频信号时，接收经过该第一匹配电路匹配的该第一射频信号并进行信号放大。

5.如权利要求4所述的射频收发装置，其中该混频单元包含一第一混频器，该第一混频器耦接该低噪声放大器，该第二变压线圈耦接于该第一混频器与该低噪声放大器之间。

6.如权利要求4所述的射频收发装置，其中该混频单元包含一第一混频器与一第二混频器，该第一混频器耦接该低噪声放大器，该第二混频器耦接该第二变压线圈。

7.如权利要求4所述的射频收发装置，其中该第一匹配电路还包含：

一第一电感，耦接该天线单元及该低噪声放大器；以及

一开关元件，该开关元件的一第一端耦接于该第一电感及该低噪声放大器之间，该开关元件的一第二端耦接至一接地端；

其中该开关元件经配置以在该第一射频信号为该高增益射频信号时，该开关元件被设置为非导通状态以使该第一电感及该低噪声放大器形成该第一信号接收通道，用以接收处理该第一射频信号；该开关元件与该低噪声放大器经配置以在该第一射频信号为该中低增益射频信号时，该开关元件被设置为导通状态，该低噪声放大器被设置为关闭状态，使得该第二匹配电路及该辅助电路形成该第二信号接收通道，用以接收处理该第一射频信号。

8.如权利要求4所述的射频收发装置，其中该第二匹配电路还包含：

一电容元件，耦接至该天线单元及一接地端；以及

一电感对，包含一第二电感及一第三电感，该第二电感并联该电容元件，并且耦接该天线单元及该接地端，该第三电感耦接该发射电路及该辅助电路的该第一变压线圈。

9.一种射频收发装置，包含：

一天线单元，经配置以接收一第一射频信号或发射一第二射频信号；

一第一匹配电路，耦接该天线单元；

一接收电路，耦接该第一匹配电路，该接收电路包含一混频单元；

一第二匹配电路，耦接该天线单元；

一发射电路，耦接该第二匹配电路，该第二匹配电路与该发射电路形成一信号发射通道，经配置以发射该第二射频信号；

一第三匹配电路，耦接该天线单元；以及

一辅助电路，包含一第一变压线圈与一第二变压线圈，该第一变压线圈耦接该第三匹配电路，该第二变压线圈耦接该混频单元；其中

该第一匹配电路与该接收电路经配置形成一第一信号接收通道，用以在该第一射频信号为一高增益射频信号时，接收处理该第一射频信号以将该第一射频信号传送至该混频单元，该第三匹配电路及该辅助电路经配置形成一第二信号接收通道，用以在该第一射频信号为一中低增益射频信号时，接收处理该第一射频信号以将该第一射频信号传送至该混频单元。

10.如权利要求9所述的射频收发装置，其中该接收电路还包含：

一低噪声放大器，耦接该第一匹配电路，该低噪声放大器经配置以在该第一射频信号为该高增益射频信号时，接收经过该第一匹配电路匹配的该第一射频信号并进行信号放大。

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