时分双工型功率放大模块.pdf

本发明公开了一种可以降低功耗并通过结合II类蓝牙功能实现I类蓝牙功能的时分双工(TDD)型功率放大模块，通过这种模块，在不放大接收信号的情况下，发送信号得到放大，而接收信号没有得到放大。TDD型功率放大模块包括：终端，通过它发送TDD控制信号；第一端口，通过它输入发送信号和输出接收信号；第二端口，通过它输出发送信号和输入接收信号；第一和第二传输线路，耦合在第一和第二端口之间，具有四分之一发送和接收信号波长，且形成接收信号的接收信号路径；功率放大器单元，放大经第一端口输入的发送信号以把已放大的发送信号输出至第二端口；第一和第二切换单元，位于第一和第二端口与功率放大器单元之间，通过功率放大器单元来形成和阻塞第一和第二端口之间的发送和接收信号路径；第三切换单元，位于第一和第二传输线路的节点与地之间，根据TDD控制信号交替地打开和关闭以保持或阻塞接收信号的传输；以及第三和第四传输线路，耦合在终端与第一和第二切换单元之间以传输TDD控制信号至第一和第二切换单元作为偏置信号，并具有四分之一发送和接收信号的波长。

1.  一种TDD型功率放大模块包括：
终端，通过它发送TDD控制信号；
第一端口，通过它输入发送信号和输出接收信号；
第二端口，通过它输出发送信号和输入接收信号；
第一和第二传输线路，耦合在第一和第二端口之间，以具有四分之一发送和接收信号波长，并且形成接收信号的接收信号路径；
功率放大器单元，放大经第一端口输入的发送信号，以把已放大的发送信号输出至第二端口；
第一和第二切换单元，位于第一和第二端口与功率放大器单元之间，通过功率放大器单元来形成和阻塞第一和第二端口之间的发送和接收信号路径；
第三切换单元，位于第一和第二传输线路的节点与地之间，根据TDD控制信号交替地打开和关闭以保持或阻塞接收信号的传输；以及
第三和第四传输线路，耦合在终端与第一和第二切换单元之间以传输TDD控制信号至第一和第二切换单元作为偏置信号，并且具有四分之一发送和接收信号的波长。

2.  如权利要求1所述的TDD型功率放大模块，其中所述功率放大器单元包括：
功率放大器，耦合在第一和第二切换单元之间，以根据预先设定的增益来放大发送信号；以及
第一和第二匹配网络，耦合在功率放大器的输入和输出终端与第一和第二切换单元之间以执行阻抗匹配。

3.  如权利要求1所述的TDD型功率放大模块，其中所述功率放大器单元包括
用于除去从功率放大器单元中输出的发送信号的高频成分的滤波器和电路中的一个。

4.  如权利要求1所述的TDD型功率放大模块，其中所述第一、第二和第三切换单元每个均包含：
PIN二极管。

5.  如权利要求1所述的TDD型功率放大模块，其中所述功率放大器单元根据TDD控制信号处于打开状态和关闭状态中的一种。

6.  如权利要求2所述的TDD型功率放大模块，其中所述第二匹配网络包括：
用于除去从功率放大器单元中输出的发送信号的高频成分的滤波器和电路中的一个。

7.  一种I类蓝牙模块包括：
天线；
II类蓝牙模块包括：
蓝牙收发机IC，使用蓝牙标准的TDD方法来调制和解调发送和接收数据，以及产生一个TDD发送和接收模式控制信号；以及
TDD发送和接收开关，根据蓝牙收发机IC的TDD发送和接收模式控制信号来交替地把天线连接至发送终端和接收终端中的一个；以及
TDD型功率放大模块，位于II类蓝牙模块和天线之间，以根据蓝牙收发机IC的TDD发送和接收模式控制信号运行，放大发送数据以发送已放大的发送数据到天线，且把接收数据从天线发送至II类蓝牙模块。

8.  一种蓝牙模块包括：
蓝牙收发机，带有可传输发送信号和接收信号的第一终端，并且产生TDD发送和接收模式控制信号；以及
TDD功率放大模块，由集成电路形成，具有用于接收TDD发送和接收模式控制信号的第二终端、连接至蓝牙收发机的终端的第一端口以及第二端口，根据TDD发送和接收模式控制信号来放大经第一端口接收的来自蓝牙接收机的发送信号，以通过第二端口输出已放大的发送信号，以及在没有放大接收信号的情况下发送通过第二端口而收到的接收信号。

9.  如权利要求8所述的蓝牙模块，其中所述TDD型功率放大模块包括：
第一和第二传输线路，分别经过第一和第二电容器耦合在第一和第二端口之间；
第一开关，耦合在第二终端与第一电容器和第一传输线路的第一节点之间；
第二开关，耦合在第二终端与第二电容器和第二传输线路的第二节点之间；以及
第三开关，耦合在电位与第一和第二传输线路的第三节点之间。

10.  如权利要求9所述的蓝牙模块，其中所述TDD型功率放大模块包括：
功率放大器，根据TDD发送和接收模式控制信号来放大经第一开关发送的发送信号，以输出所述已放大的发送信号至第二开关。

11.  如权利要求10所述的蓝牙模块，其中所述TDD型功率放大模块包括：
第三电容器和第一匹配网络，耦合在所述功率放大器和第一开关之间。

12.  如权利要求10所述的蓝牙模块，其中所述TDD型功率放大模块包括：
第四电容器和第二匹配网络，耦合在所述功率放大器和第二开关之间。

13.  如权利要求10所述的蓝牙模块，其中所述TDD型功率放大模块包括：
第三传输线路，耦合在第二终端和第一开关之间。

14.  如权利要求10所述的蓝牙模块，其中所述TDD型功率放大模块包括：
第四传输线路，耦合在第二终端和第二开关之间。

15.  如权利要求10所述的蓝牙模块，其中所述TDD型功率放大模块包括：
第一路径，由第一端口、第一开关、功率放大器、第二开关和第二端口形成，以通过功率放大器传输发送信号。

16.  如权利要求15所述的蓝牙模块，其中所述TDD型功率放大模块包括：
第二路径，由第二端口、第二传输线路、第一传输线路、第一端口形成，以把接收信号从第二端口传输至第一端口而没有经过功率放大器。

17.  如权利要求11所述的蓝牙模块，其中所述第一开关包括：
PIN二极管，其阳极耦合至第二终端而阴极耦合至第一端口和第一传输线路之间的第一节点。

18.  如权利要求17所述的蓝牙模块，其中所述第二开关包括：
第二PIN二极管，其阳极耦合至第二终端而阴极耦合至第二端口和第二传输线路之间的第二节点。

19.  如权利要求10所述的蓝牙模块，其中所述第三开关包括：
PIN二极管，其阳极耦合至第一和第二传输线路之间的节点，阴极耦合至地。

20.  一种耦合至外部集成电路和天线的蓝牙模块，其包括：
TDD功率放大模块，由集成电路形成，具有用于接收来自外部集成电路的TDD发送和接收模式控制信号的第二终端、可连接至外部集成电路的终端的第一端口以及可连接至天线的第二端口，根据TDD发送和接收模式控制信号来放大经第一端口接收的来自外部集成电路的发送信号以通过第二端口输出已放大的发送信号，以及在没有放大接收信号的情况下发送通过第二端口而收到的接收信号。

时分双工型功率放大模块
相关申请的交叉参考
本申请要求于2002年6月3日在韩国知识产权局提交的申请号为2003-35706的韩国专利申请的权益。该申请的公开在本说明书中作为参考之用。
技术领域
本发明涉及一种执行蓝牙方法的无线发送和接收装置，更具体地说，涉及一种在发送模式中作为放大线路而在接收模式中作为传输线路的时分双工(TDD)型功率放大模块。
背景技术
蓝牙方法是计算机和电信行业的工业标准，它无需在电子装置之间使用物理通信线路而是使用无线频率高速来发送和接收数据。蓝牙方法用于移动电话、计算机和PDA之间的短距离无线连接。通过使用蓝牙方法，具有预先设定频宽的数据通过在79个具有2.402-2.478GHz的中心频率的独立的1MHz信道之间跳频的方式在彼此空间相距10米的装置之间以764kbps的速率使用1mW发送功率进行传输。蓝牙方法遵循可以交替地发送和接收数据的时分双工(TDD)方法。
此外，执行蓝牙方法的装置提供最多3个音频信道以及一个数据信道，且支持点对点或多点连接。
通过使用这种技术，蜂窝电话、无线寻呼机或PDA用户就可以实现购买拥有蜂窝电话、无线寻呼机和PDA三种功能的单一电话机。这种单一电话机起到家用和办公移动电话的作用，可以和存储在台式机或笔记本电脑内的信息同步，发送和接收传真信件以及打印数据。
通常，这种单一电话机结合了移动式和非移动式计算机装置。每部装置需要组装有蓝牙收发机芯片(IC)以执行蓝牙方法。
根据蓝牙方法的工业标准的定义，蓝牙装置根据发送输出功率分成I类、II类和III类。
带有II类的装置通常具有0dBm的发送输出功率(发送和接收距离大约为10米)。如图1所示，带有II类的装置包括执行II类的蓝牙模块10。II类蓝牙模块10包括：蓝牙收发机IC11，根据蓝牙方法使用TDD方法来调制或解调发送或接收数据(信号)；第一和第二匹配网络12和13，分别耦合至蓝牙收发机IC11的发送信号终端TX和接收信号终端RX以执行阻抗匹配；TDD发送和接收开关14，根据从蓝牙收发机IC11输出的TDD发送模式(TDD transmitting-on)(TDD-TXON)控制信号来交替地选择第一和第二匹配网络12和13中的一个；以及前端滤波器15，耦合在TDD发送和接收开关14与天线ANT之间以滤波发送和接收数据。
II类蓝牙模块10在发送发送信号且没有放大待发送的发送信号时具有10米的传输距离。
相反，如图2所示的I类蓝牙模块20通过使用发送信号的20dBm的发送输出功率具有100米的传输距离。
参考图2，I类蓝牙模块20包括：蓝牙收发机IC21，用于根据蓝牙方法调制和解调发送和接收信号；第一和第二匹配网络22和23，耦合至蓝牙收发机IC21的发送信号终端TX和接收信号终端RX以执行阻抗匹配；功率放大器24，耦合至第一匹配网22，在发送模式时根据蓝牙收发机IC21的控制信号来放大发送信号；第三匹配网络25，耦合至功率放大器24的输出终端以执行阻抗匹配；发送和接收开关26，根据从蓝牙收发机IC21输出的TDD发送模式信号来交替地选择第二匹配网络23和第三匹配网络25中的一个；以及前端滤波器27，耦合在TDD发送和接收开关26与天线ANT之间以虑波发送信号和接收信号。
可以根据蓝牙装置的传输距离交替地选择I类蓝牙模块和II类蓝牙模块。
通常，由于蓝牙模块的制造商分开开发和提供I类蓝牙模块和II类蓝牙模块，II类蓝牙模块的制造商需要投入额外的开发周期和人力来开发I类蓝牙模块。因此，I类蓝牙模块的制造成本就被提高了，它需要花费用户很大的费用以使用其需求量小于II类蓝牙模块的I类蓝牙模块。由于这个原因，I类蓝牙模块的供应量小于II类蓝牙模块。
最近，II类蓝牙模块30包括一个高度集成的蓝牙接收机，例如与匹配网络311和312以及TDD发送和接收开关313集成在一起的蓝牙接收机31(如图3所示)。II类蓝牙模块30可能进一步包括用于把平衡信号转换成非平衡信号的平衡/非平衡变换器32以及前端滤波器33。高度集成的蓝牙接收机可以和没有与高度集成的蓝牙接收机集成在一起的平衡/非平衡变换器32以及前端滤波器33集成在一起。
但是，如图3所示，如果高度集成的蓝牙接收机与TDD发送和接收开关313集成在一起以用于II类蓝牙模块中，由于在II类蓝牙模块的制造过程中会产生热能和电磁波，很难把没有与高度集成的蓝牙接收机集成在一起的功率放大器连接至该高度集成的蓝牙接收机。
发明内容
为了解决上述和/或其它问题，本发明的一个方面是提供一种时分双工(TDD)型功率放大模块，它根据TDD方法在接收模式中执行放大操作而在发送模式中执行传输线路操作，以通过结合II类蓝牙功能的方式实现I类蓝牙功能。
本发明的另一方面是提供一种结合有集成蓝牙收发机的时分双工(TDD)型功率模块，它和TDD发送和接收开关集成在一起以实现I类蓝牙功能。
本发明的其它方面和优点在随后的说明中部分描述，部分在说明中是显而易见的，或者部分可以从本发明的实践中得知。
为了获得上述和/或其它方面，时分双工(TDD)型功率放大模块降低功耗并通过结合II类蓝牙功能的方式实现I类蓝牙功能，通过这种模块，发送信号得到放大而没有通过功率放大器地接收信号没有得到放大。TDD型功率放大模块包括：终端，通过它发送TDD控制信号；第一端口，通过它输入发送信号和输出接收信号；第二端口，通过它输出发送信号和输入接收信号；第一和第二传输线路，耦合在第一和第二端口之间，具有四分之一发送和接收信号波长，并且形成接收信号的接收信号路径；功率放大器单元，放大经第一端口输入的发送信号以把已放大的发送信号输出至第二端口；第一和第二切换单元，位于第一和第二端口与功率放大器单元之间，通过功率放大器单元来形成和阻塞第一和第二端口之间的发送和接收信号路径；第三切换单元，位于第一和第二传输线路的节点与地之间，根据TDD控制信号交替地打开和关闭以保持或阻塞接收信号的传输；以及第三和第四传输线路，耦合在终端与第一和第二切换单元之间以传输TDD控制信号至第一和第二切换单元作为偏置信号并且具有四分之一发送和接收信号波长。
根据本发明的另一方面，功率放大器单元包括一个耦合在第一和第二切换单元之间以根据预先设定的增益来放大发送信号的功率放大器，以及耦合在功率放大器的输入和输出终端与第一和第二切换单元之间以执行阻抗匹配的第一和第二匹配网络。
根据本发明的另一方面，功率放大器单元包括用于除去从功率放大器单元中输出的发送信号的高频成分的滤波器和电路中的一个。
根据本发明的另一方面，第一、第二和第三切换单元均包含PIN二极管。
根据本发明的另一方面，功率放大器单元根据TDD控制信号处于打开状态和关闭状态中的一种。
根据本发明的另一方面，第二匹配网络包括用于除去从功率放大器单元中输出的发送信号的高频成分的滤波器和电路中的一个。
根据本发明的另一方面，I类蓝牙模块包括天线、II类蓝牙模块和TDD型功率放大模块。II类蓝牙模块包括：蓝牙收发机IC，使用蓝牙标准的TDD方法来调制和解调发送和接收数据以及产生一个TDD发送和接收模式控制信号；以及TDD发送和接收开关，根据蓝牙收发机IC的TDD发送和接收模式控制信号来交替地把天线连接至发送终端和接收终端中的一个。TDD型功率放大模块提供在II类蓝牙模块和天线之间以根据蓝牙收发机IC的TDD发送和接收模式控制信号运行，放大发送数据以发送已放大的发送数据，且把接收数据从天线发送至II类蓝牙模块。
根据本发明的另一方面，蓝牙模块包括带有可传输发送信号和接收信号的第一终端且可以产生TDD发送和接收模式控制信号的蓝牙收发机和由集成电路形成的TDD功率放大模块。TDD功率放大模块包括用于接收TDD发送和接收模式控制信号的第二终端、连接至蓝牙收发机的终端的第一端口和第二端口，根据TDD发送和接收模式控制信号来放大经第一端口接收来自蓝牙接收机的发送信号以通过第二端口输出已放大的发送信号，以及在没有放大接收信号的情况下发送通过第二端口而收到的接收信号。
附图说明
结合附图，下面的优选实施方式的说明将使本发明的这些和/或其它优点变得清晰明了且更易于理解。在附图中：
图1是执行II类蓝牙方法的现有无线发送和接收装置的结构图；
图2是执行I类蓝牙方法的另一种现有无线发送和接收装置的结构图；
图3是执行II类蓝牙方法的现有无线发送和接收装置的集成芯片的结构图；
图4是根据本发明的实施例带有时分双工(TDD)型功率放大模块以执行I类蓝牙方法的无线发送和接收装置的结构图；
图5是示出图4中所示的TDD型功率放大模块的详细结构的结构图；
图6A是示出图5中所示的TDD型功率放大模块的发送模式的视图；和
图6B是示出图5中所示的TDD型功率放大模块的接收模式的视图。
具体实施方式
现在将对本发明的当前优选实施例作出详细参考，它们的示例已在附图中示出，在所有附图中，相同的参考数字代表相同的元件。为了参考附图解释说明本发明，下文将描述实施方式。
图4是根据本发明的实施例带有时分双工(TDD)型功率放大模块以执行I类蓝牙方法的无线发送和接收装置的结构图，而图5是示出图4中所示的TDD型功率放大模块的详细结构的结构图。
如图4所示，无线发送和接收装置包括耦合至用户接口和电源的蓝牙收发机10和带有第一端口P1(端口1)的TDD型功率放大模块40。TDD型功率放大模块40耦合至蓝牙收发机10的输出ANT(发送信号终端和接收信号终端)和电源，接收来自蓝牙收发机10的功率控制信号和TDD发送模式(TDD-TXON)控制信号，且通过第二端口P2(端口2)耦合至天线。
参考图4和5，TDD型功率放大模块40包括：第一和第二端口P1和P2，分别通过它们发送输入信号和输出信号(发送信号和接收信号)；第一传输线路L1，其第一端经过电容器C1耦合至第一端口P1，具有发送和接收信号的波长λ的四分之一长；第二传输线路L2，经过另一电容器C5耦合在第一传输线路L1的第二端和第二端口P2之间；第一PIN二极管D1，其阴极经过电容器C1耦合至第一端口P1；第二PIN二极管D2，其阴极经过电容器C5耦合至第二端口P2；第一匹配网络41，经过另一电容器C2耦合至第一PIN二极管D1的阳极以执行阻抗匹配或者执行平衡和非平衡信号之间的变换；功率放大器42，根据TDD发送模式(TDD-TXON)控制信号以预先设定的增益放大经第一匹配网络41输入的发送信号；第二匹配网络43，经过另一电容器C4耦合在功率放大器42和第二PIN二极管D2之间以执行阻抗匹配或者执行平衡和非平衡信号之间的变换；第三PIN二极管D3，其阴极耦合至地面而阳极耦合至第一和第二传输线路L1和L2之间的节点；第三传输线路L3，耦合至第一PIN二极管D1的阳极，具有发送和接收信号的波长的四分之一长；第四传输线路L4，耦合至第二PIN二极管D2的阳极，具有发送和接收信号的波长λ的四分之一长；偏置电阻R，耦合在通过其接收来自蓝牙收发机10的TDD发送模式(TDD-TXON)控制信号的终端与第三和第四传输线路L3和L4的节点之间；以及另一电容器C3，耦合在地面与第三和第四传输线路L3和L4的节点之间。
用于接收功率放大器42的输出的第二匹配网络43可以包含一个用于除去发送和接收信号中可能包含的高频成分，或者包含与该滤波器具有相同功能的电路。
图5中的TDD型功率放大模块40作为本发明的示例来描述，第一、第二和第三PIN二极管D1、D2和D3用作切换单元。PIN二极管在提供有正向电压时打开而在正向电压不大于参考值时关闭。因此，PIN二极管起到作为切换单元的开关组件的作用。
当收到的作为使能信号Vpaon的TDD-TXON控制信号是高信号时，功率放大器42接收来自电源的电压Vcc开始运行，而当收到的作为使能信号Vpaon的TDD-TXON控制信号是低信号时，功率放大器42停止运行。功率放大器42通过一个独立的终端接收来自针对TDD-TXON控制信号和电压Vcc的终端的功率控制信号Pctrl，从而控制功率增益。一种众所周知的功率放大器可以用作这种功率放大器42。根据本发明，可以通过使用TDD方法控制功率放大器42使其与发送和接收模式同步。根据TDD-TXON控制信号的高或低信号对功率放大模块40的工作原理进行说明。
图5中所示的TDD型功率放大模块40的工作原理将参考图6A和6B进行描述。
图6A是示出在TDD-TXON控制信号是高信号时图5中所示的TDD型功率放大模块40的发送模式的视图。在高信号的情形中，发送信号被依次发送至第一端口P1、第一匹配网络41、功率放大器42、第二匹配网络43和第二端口P2。
当TDD-TXON控制信号是高信号时，TDD-TXON控制信号通过第三和第四传输线路L3和L4以及电阻R被发送至第一和第二PIN二极管D1和D2的阳极，且由于其阳极电压高于阴极电压，PIN二极管D1和D2被打开。由于其阴极耦合至地面，其阳极通过第一和第二传输线路L1和L2耦合至第一和第二PIN二极管D1和D2的第三PIN二极管D3也打开。
因此，至于具有波长λ且通过第一和第二端口P1和P2输入的发送和接收信号，具有波长λ的四分之一长的第一和第二传输线路L1和L2耦合至地面以发生短路，且第一和第二传输线路L1和L2的阻抗得到提高。由于第一和第二PIN二极管D1和D2打开，PIN二极管D1和D2的每个电阻变成零左右。
因此，通过第二端口P2输入的接收信号受到阻塞，而发送信号通过具有相对较低电阻的第一PIN二极管D1输入至第一匹配网络41。发送信号经过匹配网络41的阻抗匹配被发送至功率放大器42，功率放大器42根据由功率控制信号Pctrl确定的放大增益来放大发送信号以输出已放大的发送信号。已放大的发送信号通过第二匹配网络43输出至第二端口P2和打开的第二PIN二极管D2。
如上所述，高频成分可以通过电容器C1、C2、C3、C4和C5，而低频成分不能通过电容器C1、C2、C3、C4和C5，因此根据TDD-TXON控制信号直流成分不会影响到发送和接收信号的信号路径。电容器C3旁通发送信号的高频成分以提高第三和第四传输线路L3和L4的节点上的第三和第四传输线路L3和L4和电容器C2和C3的阻抗，因此信号路径的发送和接收信号不能流经TDD-TXON控制信号的直流电路。
根据上述原理，经第一端口P1输入的发送信号与直流电分开以通过功率放大器42被输出至第二端口P2。
接下来，如果TDD-TXON控制信号是低信号，经第二端口P2输入的接收信号通过第一和第二传输线路L1和L2被输出至第一端口P1。图6B是示出在TDD-TXON控制信号是低信号时图5中所示的TDD型功率放大模块的接收模式的视图。
即，如果TDD-TXON控制信号是低信号，通过电阻R以及第三和第四传输线路L3和L4耦合至TDD-TXON控制信号的终端的PIN二极管D1和D2的阳极电压被降低。因此，第一和第二PIN二极管D1和D2被关闭，而由于第三PIN二极管D3的阳极电压被降低，第三PIN二极管D3被关闭。第一、第二和第三PIN二极管D1、D2和D3的电阻成分提高了。
因此，由于第一和第二PIN二极管D1和D2的关闭状态，从第一和第二端口P1和P2到功率放大器42的信号传输受到阻塞。因为耦合至第一和第二传输线路L1和L2的节点的第三PIN二极管D3的电阻成分得到提高，所以第一和第二传输线路L1和L2起到作为阻抗匹配传输线路的作用。
因此，通过第二端口P2而收到的接收信号经第一和第二传输线路L1和L2被输出至第一端口P1。
如上所述，在使用TDD方法放大发送信号时，TDD型功率放大模块消耗最低的功率，以减少不必要的功耗。此外，TDD型功率放大模块和II类蓝牙模块简单结合，因此无需额外的制造成本就可制造出具有I类和II类蓝牙功能的装置。
虽然已对本发明的一些优选实施例进行了示出和描述，本领域的普通技术人员应该理解，在不背离本发明的原则和精神以及权利要求及其等同物所定义的范围的情况下，可以对本实施例作出改变。