发射及接收装置.pdf

本发明提出一种具有至少两对、每对包括一个发射功率放大器(22，24，26)及一个低噪声的输入放大器(28，30，32)的发射及接收装置(10)，其中这些对被分配给不同频率范围，及其中总是至少一个发射功率放大器与至少一个低噪声的输入放大器作为集成电路设置在一个共同的芯片(16，18，20)上。该装置(10)的特征在于：当该发射及接收装置(10)工作在这些频率范围之一时，为了放大接收的信号使用了一个低噪声的输入放大器，该低噪声的输入放大器被设置在与一个发射功率放大器不同的另一芯片上，该发射功率放大器与该低噪声的输入放大器构成被分配给该频率范围的一个对。此外还提出该装置的工作方法。

1.  具有至少两对、每对包括一个发射功率放大器(22，24，26)及一个低噪声的输入放大器(28，30，32)的发射及接收装置(10)，其中这些对被分配给不同的频率范围，及其中总是至少一个发射功率放大器(22，24，26)与至少一个低噪声的输入放大器(28，30，32)组合成一个结构单元，其特征在于：一个第一对的一个输入放大器(28，30，32)被设置在与设置着它的配对的发射功率放大器(22，24，26)的结构单元不同的另一结构单元中。

2.  根据权利要求1的发射及接收装置(10)，其特征在于：总是至少一个发射功率放大器(22，24，26)与至少一个低噪声的输入放大器(28，30，32)在一个共同的芯片(16，18，20)上组合成结构单元。

3.  根据权利要求2的发射及接收装置(10)，其特征在于：所述发射功率放大器(22，24，26)与所述低噪声的输入放大器(28，30，32)作为硅基底或砷化镓基底上的单片集成电路来实现。

4.  根据权利要求2或3的发射及接收装置(10)，其特征在于：该装置的实施形式为作为一个壳体中的倒装片的焊接的集成电路或者一个分开的衬底载体上的组件形式。

5.  根据以上权利要求中一项的发射及接收装置(10)，其特征在于：它被集成在一个移动式电话机或便携式数据通信装置中。

6.  根据以上权利要求中一项的发射及接收装置(10)，其特征在于：这些不同的频率范围相应于用于移动式电话机的双波段或三波段的频率范围、或用于工业、科学或医学上可无证使用的ISM频率的双波段或三波段的频率范围、或用于多模式或多波段应用和/或移动式电话与无绳电话的组合的其它频率。

7.  根据以上权利要求中一项的发射及接收装置(10)，其特征在于：在一个确定的结构单元中的一个发射功率放大器(22，24，26)不与设置在该确定的结构单元中的低噪声的输入放大器(28，30，32)一起工作。

8.  具有至少两对、每对包括一个发射功率放大器(22，24，26)及一个低噪声的输入放大器(28，30，32)的发射及接收装置(10)的工作方法，其中这些对被分配给不同频率范围，及其中总是至少一个发射功率放大器(22，24，26)与至少一个低噪声的输入放大器(28，30，32)作为集成电路被设置在一个共同的芯片(16，18，20)上，其特征在于：当该发射及接收装置(10)工作在这些频率范围之一时，为了放大接收的信号使用了一个低噪声的输入放大器(28，30，32)，该低噪声的输入放大器被设置在与该发射功率放大器(22，24，26)不同的另一芯片(16，18，20)上，该发射功率放大器(22，24，26)与该低噪声的放大(28，30，32)构成被分配给该频率范围的一个对。

发射及接收装置
技术领域
本发明涉及具有至少两对、每对包括一个发射功率放大器及一个低噪声的输入放大器的发射及接收装置，其中这些对被分配给不同的频率范围，及其中总是至少一个发射功率放大器与至少一个低噪声的输入放大器组合成一个结构单元。
本发明还涉及这种发射及接收装置的工作方法。
背景技术
这种发射及接收装置以及该方法本身是公知的。
在一个共同的半导体衬底上组合发射功率放大器与一个低噪声的输入放大器其本身很早以来便已公知。通常基于不同的技术作为单片集成电路产生出这种结构单元，其中硅技术及砷化镓方案属于这些惯用的技术。
在一个共同的半导体衬底材料上单片集成一个低噪声的输入放大器(Low Noise Amplifier LNA)与一个发射功率放大器(PowerAmplifier PA)将导致在工作的发射功率放大器发射工作时电损耗功率的扩散，这将使包括低噪声的输入放大器在内的整个半导体衬底变热。因为发射功率放大器通常以一个低噪声的输入放大器的多倍的功率工作，当发射工作时该低噪声的输入放大器比纯接收工作时的发热强得多。对于发射工作典型的功率值约为300mW及对于接收工作约为10mW。所述热量将导致由物理原因引起的噪声系数的增高、特性值的偏移及系统接收特性的变差。即使两个组合在一个芯片上的元件时间错开地工作(时隙方法)，由于半导体材料的热存储性能也将导致发热，该热量以不希望的方式也遍及到低噪声的输入信道放大器。
这里由热引起的噪声系数F的增高遵循定理：F＝K×T×B，其中F为噪声系数，K为波耳兹曼常数，T为温度及B为低噪声的输入放大器的相关频带宽度。为了补救，在专门的应用、如航天或无线电天文学的应用中，采用专门的冷却装置使低噪声的输入放大器冷却到直止绝对零点附近。
但出于成本原因，在普通消费品工业中及在移动式电话机(例如GSM电话机)及无绳数据传输系统如WLAN应用(WLAN＝无线局域网)中，该费用尤其不能被承受。在这方面已公知了：将一个低噪声的输入放大器设置在一个接收芯片上及将一个发射功率放大器设置在一个分开的、自己的接收芯片上。通过空间的分隔当发射芯片工作时接收芯片的受热要比两个放大器集成在一个芯片上的情况小得多。但在此情况下，当发射芯片工作时避免接收或输入芯片变热的这个优点是以很大程度地牺牲多个放大器单片地集成在一个芯片上的优点为代价的。
发明内容
在该背景下，本发明的任务是，给出一种发射及接收装置，其中，由于发射功率放大器的工作，低噪声的输入放大器很少地被加热，及其中尽可能地保留至少一个发射功率放大器与至少一个低噪声的输入放大器单片集成的结构空间优点及成本优点。此外本发明的任务还在于给出一种该发射及接收装置的工作方法。
该任务在开始部分所述类型的发射及接收装置上这样来解决：其中由一个发射功率放大器和一个低噪声的输入放大器组成的第一对中的输入放大器被设置在与设置着它的配对的发射功率放大器的结构单元不同的另一结构单元中。
此外该任务在开始部分所述类型的方法上这样来解决：当该发射及接收装置工作在一个频率范围中时，为了放大接收的信号使用了一个低噪声的输入放大器，该低噪声的输入放大器被设置在与一个发射功率放大器不同的另一芯片上，该发射功率放大器与该低噪声的输入放大器构成配置给该频率范围的一个对。
通过这些特征，尽管发射功率放大器与输入放大器结构上相组合，也实现了在一个频率范围中发射功能及接收功能的空间分隔。由于空间上的分隔，在一定频率上使用的输入放大器不会被在相同频率情况下工作的发射功率放大器加热。因此该工作的输入放大器的信噪比不会由于发射功率发射器的工作变差。
最好是，至少一个发射功率放大器与至少一个输入放大器在一个共同芯片上组合成一个结构单元。
该构型的优点在于，从制造观点看发射功率放大器与低噪声的输入放大器可在一个单片集成电路上成本合适地实现，而不会出现噪声系数增高或输入放大器工作特性值偏移地缺点。
原则上，所使用的半导体技术在其性能上愈适合于高效率发射功率放大器及低噪声系数的输入放大器，单片集成的优点愈大。功率放大器的高效率与输入放大器的低噪声之间表面上的目标冲突在现代系统如GSM-EDGE(用于GSM升级的增强数据)、UMTS或通用CDMA(码分多址)的情况下将愈来愈小，因为这些系统在发射路径中使用了一种调制方法，该方法也包含包络线的信息。其结果是显著地提高了对发射功率放大器的线性度的要求。
因此发射功率放大器的晶体管不再工作在以效率优化而定的C工作类(Klass C)中，而是工作在A工作类(Klass A)中，后者在放大器输入信号与放大器输出信号之间表现出线性度的改善。但线性度改善牺牲了效率，由于物理上的原因，晶体管放大器在A工作类中的效率低于在折衷的B或C工作类中的效率。
对这类发射功率放大器要求的其它特性是在相邻频道范围中尽可能低的干扰频谱，这最终可表现成对低噪声系数的要求。
因此对发射功率放大器及低噪声的输入放大器的组合技术的要求在主要部分上是一致的。因此这两种放大器从制造观点看可成本合适及位置节省地组合在一个共同的集成电路上。
但在相同输出功率的情况下发射功率放大器的低效率将产生芯片热损耗及温度的升高，这在原则上与集成相对立。
正是由于一个或多个低噪声的输入放大器与至少一个发射功率放大器集成在一个芯片上的这种组合与一个频率范围的发射功能及接收功能在多个芯片上的分配相结合，才可实现工作在一定频率上的低噪声的输入放大器噪声系数总地降低，尽管该低噪声的输入放大器与一个发射功率放大器单片地集成。
此外，这种分配允许在产生或处理发射及接收信号的电路单元(无线电收发机)中使否则冗余的功能单元相组合及多重使用，这正是为了成本的原因所要致力达到的(其例子可参考无线电局域网WLAN2.4及5.2GHz)。
此外最好是，发射功率放大器与低噪声的输入放大器作为硅基片或砷化镓基片上的单片集成电路来实现。
通过该特征本发明可广泛及成本合适地提供产品，因为该电路可用公知方法大批量成本合适地制造。
另一优选构型的特征在于：焊接的集成电路的实施形式为一个壳体中的倒装片(Flip-Chip)或一个分开的衬底载体上的组件形式。
公知地，一个焊接的芯片涉及通过小压焊丝接触的集成半导体电路。倒装片公知地涉及具有平面型二极管或三极管的半导体晶片，它的端子位于芯片的背面。它被构成薄膜或厚膜电路及是向着集成电路的一个过渡级。
所有三种所述的实施方式的特色是适于成本合适地大批量制造。
最好是，该发射及接收装置被集成在一个移动式电话机或便携式数据通信装置中，它们适于用多个频率范围通信。
特别有利的是，这些不同的频率范围相应于用于移动式电话机的双波段或三波段的频率范围、或用于工业、科学或医学上可无证使用的ISM频率的双波段或三波段的频率范围、或用于多模式或多波段应用和/或移动式电话与无绳电话的组合的其它频率。
这些应用共同地具有小的可提供的安装空间及必需在有限的安装空间安装具有高接收质量及高发射质量的用于多频率的发射及接收装置的必要性。通过本发明可使这些性能以这些应用的市场可承受的成本来实现。
此外有利的是，在一个确定的结构单元中的一个发射功率放大器不与设置在该确定的结构单元中的低噪声的输入放大器一起工作(在一个通信连接期间，并且不是用时隙方法工作)。
通过该措施能可靠地防止工作在一定频率上的输入放大器被一个设置在同一芯片上的发射功率放大器加热。因为设置在同一芯片上的发射功率放大器被配置给另一频率，该应用的功能不会由此受到大的影响。
其它的优点可由说明书及附图中得到。
可以理解，上述的及以下将说明的特征不仅能以各个给出的组合，而且能以其它的组合或单独地被使用，而不会偏离本发明的范围。
附图说明
本发明的实施例被表示在附图中及在以下的说明中被详细地描述。
图1表示作为本发明一个实施例的发射及接收装置的概要结构。
具体实施方式
图1中表示出一个发射及接收装置10，它通过天线12接收和/或发射信号。该天线12通过一个天线转换开关14与一组芯片16，18及20相连接，每个芯片将至少一个发射功率放大器22，24或26与至少一个低噪声的输入放大器28，30或32组合成一个结构单元。这里各个芯片16，18及20仅是定性地表示。尤其是所示的在低噪声的输入放大器28，30或32与发射功率放大器22，24或26之间的对称尺寸分配上不对应于一个实际芯片结构的真实比例。在那里发射功率放大器比低噪声的输入放大器28，30或32占用大得多的空间。
每个芯片16，18，20在电路技术上背离天线转换开关14的一侧19a，19b，19c与一个发射机/接收机组件(无线电收发机)34连接，后者通过一个接口36输出通过天线12接收的数据和/或语音信号或者接收待向天线12传送的数据和/或语音信号。
发射及接收装置10接收和/或发射各在一个频率范围上的数据和/或语音信号。对于每个频率范围分配有一个各由一个发射功率放大器22，24或26及一个输入放大器28，30或32组成的对。在n个频率的情况下最好使用n个芯片。在此情况下该分配是一一对应的，因此一个发射功率放大器22，24或30正好被分配给每个输入放大器28，30或32。
该结构表示在图1中，其中在第一芯片16中放大发射频率f1及输入频率fn，在第二芯片18中放大发射频率f2及输入频率f1及在第n芯片20中放大发射频率fn及输入频率fn-1。例如，在该结构中第一对由发射功率放大器22及输入放大器30组成，它被分配给频率范围f1。第二对由发射功率放大器26及输入放大器28组成，它被分配给另一频率范围fn。
每个发射功率放大器22，24，26与一个输入放大器28，30，32在一个芯片16，18，20上组合成一个结构单元，但其中第一对的一个输入放大器30被设置在与结构单元16不同的另一结构单元18中，在结构单元16中设置着配对的发射功率放大器22。
变换地，一个发射功率放大器22也可被分配给多于一个的输入放大器28，30或32。这同样适用于相反的情况，即多于一个的发射功率放大器22，24或26也可被分配给每个输入放大器28，30或32。
根据本发明，在每个情况下这样地进行配置，即对一个频率范围设置的输入放大器、例如输入放大器28被配置给一个发射功率放大器，该发射功率放大器不是设置在与输入放大器28同一的芯片上。该条件例如通过发射功率放大器24及通过发射功率放大器26来满足。
可以理解，本发明不被限制在具有三个芯片16，18和20或具有一个天线12或一个无线电收发机34的发射及接收结构上。在本发明的最基本的形式中重要的是：至少一个发射功率放大器22，24，26与一个输入放大器28，30，32组成一个结构单元，但不与该输入放大器一起使用在一个通信线路中。因此，可具有例如两个或n个芯片16，18，20。类似地也可具有多个天线12和/或无线电收发机34。
下面作为例子来考察一个三波段的移动式电话机。在这种三波段的移动式电话机中，视所提供的通信网而定选择三个频率中的一个来进行通信。在此情况下频率通常由覆盖该移动式电话机所在地点的网来确定。目前使用了多个系统。作为例子可列举：DCS(数字蜂窝系统)，它以1710-1880MHz的频率工作，及GSM(全球移动式通信系统)，它工作在870-960MHz的频率范围中。现在还建立了其它的网。这些网的一个例子是UMTS(通用移动式电话服务)，它工作在1900-2170MHz的频率范围中。
在以下的例子中该发射及接收装置10在一个确定频率范围内进行发射，芯片20上的发射功率放大器26及芯片16上输入放大器28被配置给该频率范围。通过发射功率放大器26的工作使芯片20变热，这在理论上将导致输入放大器32的信号/噪声比(信噪比)变差，该输入放大器32在芯片20上例如构成一个单片集成电路的一部分，该单片集成电路也包括发射功率放大器26。
相反地，实际的接收质量不受到芯片20变热的影响，因为分配给所考虑的频率范围的输入放大器28被设置在分开的一个芯片16上。
换句话说，在一个芯片16，18或20的半导体衬底材料面上集成了用于一个确定网的一个低噪声系数的输入放大器28，30或32(低噪声放大器LNA)及用于另一网(例如根据IEEE标准802.11a和b/g或GSM的900MHz与DCS的1800及1900MHz(三波段))的一个发射功率放大器(Power Amplifier)22，24或26。设置在一个芯片16上的发射功率放大器22及输入放大器28不共同地工作在一个通信连接中。尤其是，它们不以时隙方法交替地共同工作在一个通信连接中。类似地，这也适用于具有其放大器24和30的芯片18及具有其放大器26和32的芯片20。由此实质地减小了载有工作的输入放大器的芯片的变热。其结果是避免了否则预期会升高的噪声系数及由热引起的特性曲线的位移。
可以理解，该原理不仅可用在三波段移动式电话机中，而且也可应用在其它的多波段或多模式的系统中。这里原则上对可不同的可组合的系统的数目没有限制。并且蜂窝电话(例如GSM，UMTS)及无绳电话(例如DECT)的组合也是可能的。