一种多通道的射频收发芯片

技术领域

本发明涉及射频芯片，特别是涉及一种多通道的射频收发芯片。

背景技术

射频芯片在通信有着非常广泛的应用，特别是Ka波段甚至更高的频段，常常需要集成化的芯片进行信号收发，以减小设备体积；

但是，就目前而言，射频收发芯片的通道资源有限，往往只能在一个方向上进行信号的发射与接收，为信号的收发工作带来了一些不便。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多通道的射频收发芯片，集成了多个射频收发通道，能够采用不同的射频通道和对应的射频天线，完成不同方向上的信号收发，为信号的收发工作提供了便利。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种多通道的射频收发芯片，包括功分合成网络、射频端口、多个射频收发通道和与所述射频收发通道一一对应的射频天线；所述射频端口通过功分合成网络分别与每一个射频收发通道连接，所述射频收发通道还与对应的射频天线连接；

每一个所述的射频收发通道均包括数控衰减器、第一切换开关、AMP放大器、驱动放大器DRV、第二切换开关、数字移相器、第三切换开关、限幅器、低噪声放大器LNA、功率放大器PA和第四切换开关；所述第一切换开关、第二切换开关、第三切换开关和第四切换开关均为单刀双掷开关；

所述数控衰减器的一端与功分合成网络连接，数控衰减器的另一端与第一切换开关的不动端连接，所述AMP放大器的输入端与第二切换开关的一个动端连接，AMP放大器的输出端与第一切换开关的一个动端连接，所述驱动放大器DRV的输入端与第一切换开关的另一个动端连接，驱动放大器DRV的输出端与第二切换开关的另一个动端连接，所述第二切换开关的不动端还通过数字移相器与第三切换开关的不动端连接，所述限幅器的输入端与第四切换开关的一个动端连接，限幅器的输出端通过低噪声放大器LNA与第三切换开关的一个动端连接，所述功率放大器的输入端与第三切换开关的另一个动端连接，功率放大器的输出端与第四切换开关的另一个动端连接，所述第四切换开关的不动端与射频天线连接。

优选地，所述射频收发通道和射频天线的数目均为四个，所述功分合成网络可以包括一个1分4的功分器，该功分器的合路端与射频端口连接，该功分器的功分端各连接到四个射频收发通道；所述功分合成网络也可以包括三个1分2的功分器，其中，第一个功分器的合路端与射频端口连接，第一个功分器的两个功分端连分别连接到第二个功分器和第三个功分器的合路端，第二个功分器和第三个功分器的功分端各连接两个射频收发通道。

本发明的有益效果是：本发明集成了多个射频收发通道，能够采用不同的射频通道和对应的射频天线，完成不同方向上的信号收发，为信号的收发工作提供了便利。

附图说明

图1为本发明的原理示意图；

图2为功率放大器PA的原理示意图；

图3为数字移相器的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种多通道的射频收发芯片，包括功分合成网络、射频端口、多个射频收发通道和与所述射频收发通道一一对应的射频天线；所述射频端口通过功分合成网络分别与每一个射频收发通道连接，所述射频收发通道还与对应的射频天线连接；

每一个所述的射频收发通道均包括数控衰减器、第一切换开关、AMP放大器、驱动放大器DRV、第二切换开关、数字移相器、第三切换开关、限幅器、低噪声放大器LNA、功率放大器PA和第四切换开关；所述第一切换开关、第二切换开关、第三切换开关和第四切换开关均为单刀双掷开关；

所述数控衰减器的一端与功分合成网络连接，数控衰减器的另一端与第一切换开关的不动端连接，所述AMP放大器的输入端与第二切换开关的一个动端连接，AMP放大器的输出端与第一切换开关的一个动端连接，所述驱动放大器DRV的输入端与第一切换开关的另一个动端连接，驱动放大器DRV的输出端与第二切换开关的另一个动端连接，所述第二切换开关的不动端还通过数字移相器与第三切换开关的不动端连接，所述限幅器的输入端与第四切换开关的一个动端连接，限幅器的输出端通过低噪声放大器LNA与第三切换开关的一个动端连接，所述功率放大器的输入端与第三切换开关的另一个动端连接，功率放大器的输出端与第四切换开关的另一个动端连接，所述第四切换开关的不动端与射频天线连接。

在本申请的实施例中，所述射频收发通道和射频天线的数目均为四个，所述功分合成网络可以包括一个1分4的功分器，该功分器的合路端与射频端口连接，该功分器的功分端各连接到四个射频收发通道；所述功分合成网络也可以包括三个1分2的功分器，其中，第一个功分器的合路端与射频端口连接，第一个功分器的两个功分端连分别连接到第二个功分器和第三个功分器的合路端，第二个功分器和第三个功分器的功分端各连接两个射频收发通道。

如图2所示，在本申请的实施例中，所述功率放大器PA包括场效应管T1~T3、电阻R1~R3、电容C1~C7、电感Lg、电感Ld、信号输入端口RFin和信号输出端口RFout；场效应管T3的漏极通过电感Ld连接VDD电源端，场效应管T3的源极与场效应管T2的漏极连接，场效应管T3的栅极通过电阻R3连接到Vg3端口，所述电阻R3与Vg3端口之间还连接有接地的电容C4，所述电阻R3与场效应管T3的栅极之间还连接有接地的电容C3；所述场效应管T2的源极连接到场效应管T1的漏极，场效应管T2的栅极通过电阻R2连接到Vg2端口，所述电阻R2与Vg2端口之间还连接有接地的电容C5，所述电阻R2与场效应管T2之间还连接有接地的电容C2；所述场效应管T1的源极接地，场效应管T1的栅极依次通过电感Lg、电容C7连接到信号输入端口RFin，所述电阻R1的一端连接到电感Lg与场效应管T1的栅极之间，电阻R1的另一端通过电容C1接地，所述电感Lg与电容C7之间还连接有接地的电容C6，所述电阻R1与电容C1之间还连接有Vg1端口；所述信号输出端口RFout与场效应管T3的漏极连接；

所述场效应管T1~T3均为PMOS场效应管；其中Vg1、Vg2、Vg3三个端口为栅压端口，用于分别接入场效应管T1、T2、T3的启动电压。

在本申请的实施例中，所述功率放大器还包括电感Lm和电容Cm，所述电感Lm的一端连接在场效应管T3的源极，电感Lm的另一端通过电容Cm接地。

如图3所示，所述数字移相器包括耦合器，所述耦合器包括第一耦合部和第二耦合部，所述第一耦合部的第一端通过第一LC网络连接到信号输入端口，第一耦合部的第二端连接到第一载荷电路；所述第二耦合部的第一端连接到信号输出端口，第二端连接到第二载荷电路。在本申请的实施例中，所述第一LC网络包含电感Lm1和电容Cm1,所述电感Lm1的一端与第一耦合部的第一端连接，电感Lm1的另一端连接到信号输入端口，所述电容Cm1的一端连接在电感Lm1与信号输入端口之间，电容Cm1的另一端接地。

在本申请的实施例中，所述第二LC网络包含电感Lm2和电容Cm2,所述电感Lm2的一端与第二耦合部的第一端连接，电感Lm2的另一端连接到信号输出端口，所述电容Cm2的一端连接在电感Lm2与信号输出端口之间，电容Cm2的另一端接地。

在本申请的实施例中，所述第一载荷电路和第二载荷电路包含相同的电路结构，所述电路结构包括电感L1、电感L2、可变电容Cv1、可变电容Cv2、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C8和电容C9；

所述电阻R6的一端连接到Vref端口，电阻R6的另一端依次通过电感L1、可变电容Cv1、和电容C8接地，所述电感L2的一端连接到电阻R6与电感L1的公共端，电感L2的另一端依次通过可变电容Cv2和电容C9接地；所述电阻R4的一端连接到可变电容Cv1与电容C8之间，电阻R4的另一端连接VC1端口；所述电阻R5的一端连接到可变电容Cv2与电容C9之间，电阻R5的第二端连接到VC2端口；

对于第一载荷电路中的电路结构，所述电阻R6与电感L1的公共端与所述第一耦合部的第二端连接；对于第二载荷电路中的电路结构，所述电阻R6与电感L1的公共端与所述第二耦合部的第二端连接。

本发明的工作原理如下：在发射工作时，射频信号通过1分4功分合成网络将射频信号等幅等相分为4路，分别传输到各通道数控衰减器中，经过幅度调节后传输到SPDT开关中，此时各开关工作模式处于发射端，将射频信号传输到驱动放大器中，经过放大后再次传输到开关中，再通过开关传输到数字移相器中进行相位调整，再经过开关到发射支路进行功率放大，最后经过开关输出信号。

在接收工作时，射频信号从各支路输入到各收发通道中，通过开关选择接收支路，首先经过大信号限幅，之后进行低噪声放大，在通过开关输出到数字移相器中进行相位调整，再通过开关进入接收支路再次进行低噪声放大，经过开关输出到数字衰减器中进行幅度调整，最后通过4合1合路输出。

本发明中，假设PA工作在电流模式且输出为线性的情况下，若VDD越高则Pout越高并且需要大量的场效应管堆叠来保证PA的可靠性，然而，大量的场效应管堆叠将导致寄生电容的增加或者电阻损耗导致PAE降低；在本申请中选择了三次堆叠后，在场效应管T3的源极接入由Lm和Cm构成的匹配网络，该网络用于与场效应管T3的源极阻抗进行匹配，从而改善阻抗，提高功率放大器的PAE，通过仿真发现，此举可使PAE提高6%，同时这种结构即使采用中等品质因数的电感也不会导致过高的损耗，因为它并没有串联在主要输出信号的路径上；考虑到交叠带来的功率损耗和电压扰动，本发明在设计时，通过接在场效应管栅极的R2/C2，R3/C3调整电压和电流相位，从而减小交叠，进而减小功率损耗和调节电压扰动，由于损耗减小，故能够进一步提高功率放大器的PAE。

在本申请的实施例中，所述Vc1端口和Vc2端口为变容控制端口，所述Vref端口接固定电压；在第一载荷电路中，可变电容Cv1的容值由Vc1端口输入的控制电压控制，可变电容Cv2的容值由Vc2端口输入的控制电压控制，可变电容Cv1和可变电容Cv2的容值改变后，各自所在的LC谐振电路（可变电容Cv1与电感L1组成的谐振电路以及可变电容Cv2与电感L2组成的谐振电路）的谐振频率也会发生改变，谐振频率与外部输入的谐振频率（来自第一耦合部的谐振频率）存在的频差，对应相移变化；同理，在第二载荷电路中，LC谐振电路谐振频率与外部输入的谐振频率（来自第二耦合部的谐振频率）也存在的频差，对应着相移变化；通过调节第一载荷电路或第二载荷电路中（也可以一起调节）的频差，即可实现移相值调整；而在第一载荷电路或第二载荷电路中，频差的变化又取决于可变电容Cv1和可变电容Cv2电容值，而电容值又受Vc1端口和Vc2端口的电压控制，所以电压的变化引起电容变化，频差就变化，频差改变导致相移改变，进而能够实现移相。在本申请中在输入和输出端口上，应用了Lm1和Cm1组成的LC网络，以及Lm2和Cm2组成LC网络，实现输入输出端口的阻抗转换，进而保持相对稳定的输入和输出阻抗。

需要说明的是，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。