專利名稱：一種用于多頻多模手機(jī)的射頻模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于移動(dòng)通訊領(lǐng)域，尤其涉及射頻電路技術(shù)。
(二)發(fā)明背景多頻多模射頻模塊廣泛應(yīng)用于各種形式的多頻多模手機(jī)設(shè)計(jì)中，如GSM/WCDMA雙頻/雙模、GSM/WCDMA/cdma2000/CDMA IS-95三頻/四模、GSM/WCDMA/TD-SCDMA三頻/三模等手機(jī)。
自1992年以來(lái)，第二代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，如GSM和CDMA IS-95系統(tǒng)在世界各地迅猛發(fā)展，用戶數(shù)將達(dá)到13億；以提供高速數(shù)據(jù)傳輸、多媒體業(yè)務(wù)服務(wù)為目的的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)移動(dòng)IMT2000應(yīng)運(yùn)而生，它有包括三種不同的體制cdma2000、WCDMA和TD-SCDMA。針對(duì)第二代GSM和CDMAIS-95移動(dòng)通信系統(tǒng)還在大量使用，而第三代的cdma2000、WCDMA和TD-SCDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)即將投入運(yùn)行，由此突現(xiàn)的多種頻段和多種模式移動(dòng)通信系統(tǒng)并存的局面，迫切需要多頻多模手機(jī)，在多種不同體制的系統(tǒng)之間自由切換，以方便實(shí)現(xiàn)全球漫游功能。用于多頻多模手機(jī)的射頻模塊已經(jīng)成為射頻技術(shù)的研究熱點(diǎn)之一，這方面的解決方案有兩種，其一是設(shè)計(jì)支持多頻多模手機(jī)的專用射頻芯片組，針對(duì)不同的多頻多模手機(jī)方案須設(shè)計(jì)各自的專用射頻芯片組，優(yōu)點(diǎn)是針對(duì)性強(qiáng)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化、功耗低，缺點(diǎn)是研發(fā)費(fèi)用高、風(fēng)險(xiǎn)大；其二是采用通用射頻芯片在PCB板集成設(shè)計(jì)支持多頻多模手機(jī)的射頻模塊，優(yōu)點(diǎn)是研發(fā)費(fèi)用低、風(fēng)險(xiǎn)小，針對(duì)不同的多頻多模手機(jī)設(shè)計(jì)，通過(guò)靈活地選擇芯片，實(shí)現(xiàn)所要求的系統(tǒng)方案，缺點(diǎn)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化性差，功耗高。
本發(fā)明目的是提供一種采用通用射頻芯片在PCB板集成設(shè)計(jì)支持多頻多模手機(jī)的射頻模塊，主要解決多頻多模手機(jī)設(shè)計(jì)中的射頻模塊低功耗和低成本的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)并推進(jìn)多頻多模手機(jī)商業(yè)應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
多頻多模射頻模塊的技術(shù)方案采用射頻直接調(diào)制發(fā)射、超外差中頻解調(diào)接收，射頻直接調(diào)制發(fā)射是將需傳輸?shù)男畔⒅苯诱{(diào)制到發(fā)信機(jī)發(fā)射頻率，省去了中頻帶通濾波器、上變頻器及推動(dòng)放大器，使得發(fā)信機(jī)電路簡(jiǎn)潔；而超外差中頻解調(diào)接收，是將接收機(jī)接收的射頻信號(hào)先下變頻到中頻，經(jīng)中頻帶通濾波器濾除雜波，并經(jīng)VGA的自動(dòng)增益控制后，由正交解調(diào)器解調(diào)出所需信息，這樣確保接收機(jī)具有很寬的接收動(dòng)態(tài)范圍和靈敏度。同時(shí)，以芯片PD功能，結(jié)合SPMT開關(guān)實(shí)現(xiàn)多頻多模的切換，降低功耗。此外，各個(gè)頻段的不同模式共用同一個(gè)直接射頻正交調(diào)制器、可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)和正交解調(diào)器，以簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
鎖相本振頻率源采用寬帶設(shè)計(jì)，盡量減少不同頻率的頻率源的個(gè)數(shù)，并且使用SPMT開關(guān)切換到不同頻段的接收前端。
模式和頻段切換采用芯片PD功能和SPMT開關(guān)切換實(shí)現(xiàn)，大大簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)、降低了功耗。
多頻多模射頻模塊框圖如圖1所示。模塊主要由直接射頻正交調(diào)制器1、可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)2、功率放大器3/1～3/n、收發(fā)雙工器及天線4/1～4/n、接收前端6/1～6/n、中頻SAW濾波器7/1～7/n、正交解調(diào)器8，以及鎖相頻率綜合源5和SPMT開關(guān)9，10，11組成。其特征在于①射頻正交調(diào)制器1的輸出端直接與可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)2聯(lián)接，而省去了中頻SAW濾波器、上變頻器和推動(dòng)放大器等復(fù)雜電路；②最大限度地共用芯片，如正交調(diào)制器1、正交解調(diào)器8，尤其是發(fā)射的可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)2；③采用了寬帶匹配技術(shù)，使可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)2覆蓋很寬的頻率范圍，并保證寬的線性增益控制范圍；④接收機(jī)選擇相近的中頻頻率，如200MHz左右，簡(jiǎn)化了中頻SAW濾波器匹配電路及SPMT開關(guān)電路設(shè)計(jì)難度；⑤利用芯片自有的PD功能，結(jié)合SPMT開關(guān)控制信號(hào)的流程，實(shí)現(xiàn)多頻多模之間的切換。
如圖1所示，發(fā)射部分的工作流程為不同模式的數(shù)據(jù)信號(hào)從基帶部分輸入到共用的直接射頻正交調(diào)制器1，經(jīng)可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)2放大推動(dòng)后，由SPMT開關(guān)10切換選擇，輸入到不同頻段和模式要求的功率放大器3/1～3/n，再經(jīng)不同頻段和帶寬的收發(fā)雙工器及天線4/1～4/n發(fā)射出去。
接收部分的工作流程為接收到的不同頻段和模式的射頻信號(hào)，經(jīng)各自雙工器及天線4/1～4/n，輸入到接收前端6/1～6/n，經(jīng)過(guò)混頻后的中頻信號(hào)饋入不同頻率和帶寬的中頻SAW濾波器7/1～7/n，隨后經(jīng)SPMT開關(guān)11切換選擇，輸入到不同的模式共用的正交解調(diào)器8中，經(jīng)中頻放大、解調(diào)、基帶放大后輸出給基帶部分處理。
射頻模塊的本振信號(hào)由鎖相頻率綜合源5產(chǎn)生，其中一路寬帶射頻鎖相源輸出給正交調(diào)制器，一路中頻鎖相源輸出給正交解調(diào)器，還有一路寬帶射頻鎖相源輸出后，經(jīng)SPMT開關(guān)9選擇切換輸出給接收前端即鎖相頻率綜合源5直接與正交調(diào)制器1、正交解調(diào)器8及接收前端6/1-6/n連接。
基帶部分不僅給出發(fā)射APC、接收AGC控制信號(hào)、鎖相環(huán)頻率合成器的數(shù)據(jù)信號(hào)以及AFC控制信號(hào)，同時(shí)還給出模式切換的控制信號(hào)，將SPMT開關(guān)切換到所要求的模式位置，并利用芯片PD功能將其他模式工作的功率放大器和接收前端關(guān)閉。
本發(fā)明有益效果為(1)省去了中頻SAW濾波器、上變頻器和推動(dòng)放大器等復(fù)雜電路，有效地簡(jiǎn)化發(fā)射電路結(jié)構(gòu)，減小了印刷電路板空間占用，大大削減了材料成本，可以設(shè)計(jì)成本低、體積小巧的手機(jī)。(2)各個(gè)頻段的不同模式共用同一個(gè)直接射頻正交調(diào)制器、可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)和正交解調(diào)器，以簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、降低成本；(3)采用了寬帶匹配技術(shù)，可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)覆蓋頻率范圍更廣；(4)簡(jiǎn)化了中頻SAW濾波器匹配電路及SPMT開關(guān)電路設(shè)計(jì)難度。


圖1為多頻多模手機(jī)射頻模塊框圖；圖2為WCDMA/GSM雙頻雙模手機(jī)射頻模塊框圖。
圖中各符號(hào)說(shuō)明PD-POWER DOWN電源關(guān)斷；SPMT-SINGLE PORT MULTI TURN單刀多擲；AGC-AUTO GAIN CONTROL自動(dòng)增益控制；VGA-VARIABLE GAIN AMPLIFIER可增益放大器；AFC-AUTO FREQUENCY CONTROL自動(dòng)頻率控制；APC-AUTO POWER CONTROL自動(dòng)功率控制；PCB-PRINT CIRCUIT BOARD印刷電路板。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖2詳述實(shí)施例WCDMA/GSM雙頻雙模手機(jī)射頻模塊。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，兩種模式的上、下行頻段約定為
以下GSM模式指標(biāo)準(zhǔn)GSM900模式。
射頻模塊中采用兩個(gè)雙鎖相環(huán)，同時(shí)產(chǎn)生1920～1980MHz的射頻本振頻率源11、890～915MHz射頻本振頻率源9、710～735MHz的射頻本振頻率源12、1520MHz/1080MHz的中頻頻率源10。
基帶部分不僅給出發(fā)射APC、接收AGC控制信號(hào)、鎖相環(huán)頻率合成器的數(shù)據(jù)信號(hào)以及AFC控制信號(hào)，同時(shí)還給出模式切換的控制信號(hào)，將SPDT開關(guān)切換到所要求的模式位置，并利用芯片PD功能將其他模式工作的功率放大器關(guān)閉。
發(fā)送通道基帶輸出的WCDMA或GSM的正交IQ信號(hào)送給直接射頻正交調(diào)制器1，WCDMA模式調(diào)制器本振輸入為1920MHz～1980MHz，GSM模式為890～915MHz。WCDMA模式工作時(shí)，調(diào)制器1輸出的1920MHz～1980MHz的WCDMA射頻信號(hào)經(jīng)共用可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)2放大推動(dòng)后，由SPDT開關(guān)切換到WCDMA功率放大器3，輸出后經(jīng)WCDMA頻段雙功器5和天線6發(fā)射出去；GSM模式工作時(shí)，調(diào)制器輸出的890MHz～915MHz的GSM射頻信號(hào)經(jīng)共用可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)2放大推動(dòng)后，由SPDT開關(guān)切換到GSM功率放大器4，輸出后經(jīng)收發(fā)開關(guān)7和天線8發(fā)射出去。
接收通道天線接收的2110～2170MHz的WCDMA射頻信號(hào)，通過(guò)WCDMA頻段天線6和雙工器5輸入到共用接收前端13，經(jīng)放大、鏡象抑制帶通濾波、混頻后，輸出到WCDMA中頻SAW帶通濾波器15，再輸入到共用正交解調(diào)器16中，經(jīng)中頻AGC放大、I/Q解調(diào)、低通濾波后，輸出WCDMA的I、Q二路基帶信號(hào)，經(jīng)基帶放大器17，送給基帶作解調(diào)處理；天線接收的925～960MHz的GSM射頻信號(hào)，通過(guò)天線收發(fā)開關(guān)7輸入共用接收前端13，經(jīng)放大、鏡象抑制帶通濾波、混頻后，輸出到GSM中頻SAW帶通濾波器14，再輸入到共用正交解調(diào)器16中，經(jīng)中頻AGC放大、I/Q解調(diào)、低通濾波后，輸出GSM的I、Q二路基帶信號(hào)，經(jīng)基帶放大器17，送給基帶作解調(diào)處理。
WCDMA/GSM雙頻雙模手機(jī)射頻模塊主要由直接射頻正交調(diào)制器1、可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)2、WCDMA功率放大器3、GSM功率放大器4、WCDMA頻段收發(fā)雙工器5和天線6、GSM頻段收發(fā)開關(guān)7和天線8、共用接收前端13、GSM中頻SAW帶通濾波器14、WCDMA中頻SAW帶通濾波器15、共用正交解調(diào)器16、基帶放大器17，以及鎖相頻率源9，10，11，12組成。其特征①射頻正交調(diào)制器1的輸出端直接與可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)2聯(lián)接，而省去了中頻SAW濾波器、上變頻器和推動(dòng)放大器等復(fù)雜電路；②最大限度地共用芯片，如正交調(diào)制器1、可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)2、接收前端13、正交解調(diào)器16、基帶放大器17；③采用了寬帶匹配技術(shù)，使可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)2覆蓋很寬的頻率范圍，并保證寬的線性增益控制范圍；④接收前端13采用MAXIAM公司的商用芯片，具有兩個(gè)獨(dú)立的射頻信號(hào)輸入端和中頻信號(hào)輸出端，可以直接與WCDMA和GSM模式的中頻SAW濾波器15和14連接，省去了SPDT開關(guān)；⑤利用芯片自有的PD功能，結(jié)合SPDT開關(guān)切換WCDMA和GSM模式功放3和4，實(shí)現(xiàn)頻段和模式之間的切換。
所用通用射頻芯片及廠商1.正交調(diào)制器RF2483RFMD公司；2.VGARF2378 RFMD公司；3.WCDMA功放RF2186 RFMD公司；4.GMS功放RF2173 RFMD公司；5.接收前端MAX2320 MAXIAM公司；6.正交解調(diào)器RF2689RFMD公司；7.集成鎖相源Si4133Silicon Lab.公司；8.WCDMA中頻SAW濾波器TMX L112 THOMSON公司；9.GMS中頻SAW濾波器B4846 EPCOS公司。
實(shí)際研制中，適當(dāng)調(diào)節(jié)I，Q信號(hào)偏置電壓和I，Q信號(hào)幅度、相位來(lái)優(yōu)化正交調(diào)制器的性能。選擇線性度好的低噪聲放大器可以降低雙工器成本和體積，對(duì)于強(qiáng)的接收信號(hào)，為了避免非線性，應(yīng)將低噪聲放大器短接掉，而為了同時(shí)滿足線性和靈敏度的要求，短接掉的增益要求非常精確的增益控制。在排版設(shè)計(jì)時(shí)，采用6層PCB板布線，有效地降低了各種雜散輻射和竄擾，提高了收發(fā)隔離，從而保證了射頻模塊的總體指標(biāo)。技術(shù)指標(biāo)表1 WCDMA/GSM雙頻/雙模式射頻模塊技術(shù)指標(biāo)
權(quán)利要求
1.一種用于多頻多模手機(jī)的射頻模塊，其特征在于由直接射頻正交調(diào)制器、可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)、功率放大器、收發(fā)雙工器及天線、接收前端、中頻SAW濾波器、正交解調(diào)器，以及鎖相頻率綜合源和SPMT開關(guān)組成，其中射頻正交調(diào)制器的輸出端直接與可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)聯(lián)接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于多頻多模手機(jī)的射頻模塊，其特征在于鎖相頻率綜合源直接與正交調(diào)制器、正交解調(diào)器及接收前端連接。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于多頻多模手機(jī)的射頻模塊，其特征在于最大限度地共用芯片，如正交調(diào)制器、正交解調(diào)器，尤其是發(fā)射的可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)；
4.如權(quán)利要求1所述的一種用于多頻多模手機(jī)的射頻模塊，其特征在于采用了寬帶匹配技術(shù)，使可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)覆蓋很寬的頻率范圍，并保證寬的線性增益控制范圍；
5.如權(quán)利要求1所述的一種用于多頻多模手機(jī)的射頻模塊，其特征在于接收機(jī)選擇相近的中頻頻率，如200MHz左右，簡(jiǎn)化了中頻SAW濾波器匹配電路及SPMT開關(guān)電路設(shè)計(jì)難度。
全文摘要
多頻多模射頻模塊是為了滿足多種不同頻段和模式手機(jī)設(shè)計(jì)的需求。采用射頻直接調(diào)制發(fā)射、超外差中頻解調(diào)接收的系統(tǒng)方案,以芯片的PD(POWERDOWN)功能,結(jié)合SPMT開關(guān)實(shí)現(xiàn)多頻多模的切換,降低功耗;同時(shí),各個(gè)頻段的不同模式共用同一個(gè)直接射頻正交調(diào)制器、可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)和正交解調(diào)器,以降低成本。
文檔編號(hào)H04B1/16GK1337840SQ0113149
公開日2002年2月27日 申請(qǐng)日期2001年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月12日
發(fā)明者朱曉維, 劉進(jìn), 趙嘉寧, 洪偉, 田玲, 周健義, 蔣偉 申請(qǐng)人:信息產(chǎn)業(yè)部電信傳輸研究所, 東南大學(xué)