專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高隔離低插損射頻開(kāi)關(guān)電路的實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種射頻開(kāi)關(guān)電路或集成電路背景技術(shù)在無(wú)線或者移動(dòng)通信系統(tǒng)中常常會(huì)用到射頻開(kāi)關(guān)(RF switch)進(jìn)行射頻通道選擇。例如用射頻開(kāi)關(guān)選 擇接收和發(fā)射通道，從而在共用天線的情況下實(shí)現(xiàn)無(wú)線信號(hào)的接收和發(fā)送；在軍用寬頻段電臺(tái)中為了增加 抗干擾性能，使用射頻開(kāi)關(guān)選擇不同頻段的濾波器。在這些系統(tǒng)中一般都要求射頻開(kāi)關(guān)有盡可能低的插損 和高的隔離度。由于開(kāi)關(guān)器件的非理想性，導(dǎo)致射頻開(kāi)關(guān)電路有一定插損，隔離度也有限。很難在低插損 下達(dá)到高隔離特性，傳統(tǒng)的方法是在電路中用并聯(lián)的電感諧振掉開(kāi)關(guān)器件的寄生電容，隔離度可達(dá)到40dB 以上，插損一般在0.5 ldB。類(lèi)似的方法還有并聯(lián)電阻-電容-電阻法。這兩種方法的缺點(diǎn)是工作頻帶較窄。 另外還有并聯(lián)分布式場(chǎng)效應(yīng)管法，這種方法技術(shù)復(fù)雜，需要對(duì)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了一種新穎的提高射頻開(kāi)關(guān)電路隔離度的方法，與以往高隔離低插損開(kāi)關(guān)相比具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單、工作頻帶寬的優(yōu)點(diǎn)。利用此基本的單刀單擲開(kāi)關(guān)電路還可以組成單刀雙擲、單刀多擲開(kāi)關(guān)。本發(fā)明的開(kāi)關(guān)電路在結(jié)構(gòu)上有兩個(gè)通道主通道是一個(gè)射頻開(kāi)關(guān)器件(場(chǎng)效應(yīng)管、PIN二極管、微機(jī) 械開(kāi)關(guān)等)；輔助通道由一個(gè)關(guān)斷狀態(tài)的射頻開(kāi)關(guān)器件和半波長(zhǎng)傳輸線(或者180度移相器)組成。其提高隔離度的原理是從主輔兩個(gè)通道泄漏到開(kāi)關(guān)另一側(cè)的射頻信號(hào)在相位上相差180度，但幅度 相同，因此相互抵消。在物理上則表現(xiàn)為射頻信號(hào)全部被反射回去，沒(méi)有信號(hào)泄漏到開(kāi)關(guān)另一側(cè)，此頻點(diǎn) 上產(chǎn)生一個(gè)隔離度峰值(相位抵消隔離度峰值)。另外在稍低的頻點(diǎn)上，由于傳輸線的阻抗變換作用，輔 助通道等效于一個(gè)電感，與主通道的寄生電容發(fā)生并聯(lián)諧振，產(chǎn)生第二個(gè)隔離度峰值(諧振隔離度峰值)。 通過(guò)設(shè)定傳輸線的長(zhǎng)度和特征阻抗可以調(diào)整兩個(gè)隔離度峰值的位置。因?yàn)橛羞@兩個(gè)不同頻率的隔離度峰 值，因此工作帶寬得到擴(kuò)展，隔離度也提高。可以在更寬的頻段內(nèi)得到40dB以上的隔離度。電路中還可以用180度移相器代替半波長(zhǎng)傳輸線得到更寬的工作帶寬。寬帶移相器的特點(diǎn)是可以在倍 頻程范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)固定相移，所以在使用180度移相器的情況下可以將射頻開(kāi)關(guān)的工作頻帶擴(kuò)展到倍頻程左 右，即在倍頻程范圍內(nèi)具有高隔離度特性。在射頻開(kāi)關(guān)開(kāi)通狀態(tài)下，輔助通路由于具有極高的阻抗，與主通路相比可以認(rèn)為是開(kāi)路的，對(duì)主通路 的影響可忽略，因此開(kāi)關(guān)電路在打開(kāi)狀態(tài)下具有低差損性能。本發(fā)明的特征及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合附圖和實(shí)施例作進(jìn)一步的說(shuō)明。


圖1是普通射頻開(kāi)關(guān)電路圖2是傳統(tǒng)高隔離低插損射頻開(kāi)關(guān)電路圖3是本發(fā)明的的詳細(xì)電路圖(使用場(chǎng)效應(yīng)管和半波長(zhǎng)傳輸線的情況)圖4是圖3的電路在關(guān)斷狀態(tài)時(shí)的近似等效電路圖5是特定電路參數(shù)下隔離度的仿真結(jié)果圖6是圖3的電路在開(kāi)通狀態(tài)時(shí)的近似等效電路 圖7是特定電路參數(shù)下插損的仿真結(jié)果
具體實(shí)施例方式
圖l是普通射頻開(kāi)關(guān)電路基本結(jié)構(gòu)，其中A、 B為場(chǎng)效應(yīng)管，1、 2兩端接射頻通道。當(dāng)射頻開(kāi)關(guān)打開(kāi) 時(shí)對(duì)應(yīng)的場(chǎng)效應(yīng)管的狀態(tài)是A管導(dǎo)通，B管關(guān)斷；當(dāng)射頻開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)對(duì)應(yīng)的場(chǎng)效應(yīng)管的狀態(tài)是A管關(guān) 斷B管導(dǎo)通。由于器件的非理想性，開(kāi)關(guān)管在導(dǎo)通時(shí)近似等效于一個(gè)小電阻，關(guān)斷時(shí)近似等效于一個(gè)小電 容。這種結(jié)構(gòu)射頻開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)一般有0.5 ldB左右插損，關(guān)斷時(shí)隔離度20dB左右。傳統(tǒng)的提高隔離度的 有效方法是并聯(lián)諧振電感，如圖2所示，在場(chǎng)效應(yīng)管A旁邊并聯(lián)一個(gè)電感L，電感L和開(kāi)關(guān)管極間電容在 感興趣的頻率上發(fā)生諧振，這種方法可使工作頻點(diǎn)附近的隔離度達(dá)到40dB量級(jí)，插損與普通射頻開(kāi)關(guān)相 近，其缺點(diǎn)是高隔離度特性只在諧振頻點(diǎn)附近，因此高隔離度特性的帶寬比較窄。圖3是本發(fā)明的射頻開(kāi)關(guān)電路的一個(gè)具體結(jié)構(gòu)，開(kāi)關(guān)電路在結(jié)構(gòu)上有兩個(gè)通道主通道是一個(gè)場(chǎng)效應(yīng) 管A， A可以由外部控制導(dǎo)通和關(guān)斷，從而決定整個(gè)射頻開(kāi)關(guān)(電路)的打開(kāi)和關(guān)閉；輔助通道由一個(gè)關(guān) 斷狀態(tài)的場(chǎng)效應(yīng)管B和半波長(zhǎng)傳輸線T組成。(注A和B關(guān)斷狀態(tài)下具有相等的阻抗，輔助通道使用場(chǎng) 效應(yīng)管B就是為了得到這樣一個(gè)阻抗。在要求不太高的情況場(chǎng)效應(yīng)管B也可用等效元件代替，例如電容)。 下面對(duì)圖3的電路做詳細(xì)分析和仿真。O隔離度的分析和仿真由于場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通狀態(tài)下可近似等效為小電阻i^v (—般幾個(gè)歐姆，與器件特性有關(guān))，關(guān)斷狀態(tài)下近似等效于一個(gè)小電容Cw (—般零點(diǎn)幾pF以下，與器件特性有關(guān))，所以在射頻開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)(A管進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài))，其等效電路如圖4所示，主路和輔路在電路上的差別僅在于輔路上多了一個(gè)半波長(zhǎng)傳輸線， 因此兩路射頻信號(hào)的相位差180度，但幅度相同，信號(hào)相互抵消設(shè)主通道上泄漏射頻信號(hào)為P，則輔助通道泄漏信號(hào)為PZ18(T ，因此泄漏到開(kāi)關(guān)另一側(cè)的總能量為在物理上表現(xiàn)為沒(méi)有信號(hào)泄漏到開(kāi)關(guān)另外一側(cè)，信號(hào)全被反射。相位完全抵消的頻率對(duì)應(yīng)的就是"相位抵消隔離度峰值"；另外傳輸線具有阻抗變換功能，ZA(d) = Z。 ZL+JZ。tgWd)， (d為傳輸線長(zhǎng)度，2。為Z0 + jZLtg(y8d)傳輸線特征阻抗)，可以將輔通道中的C^ (在公式中Z^-^~ )在某個(gè)頻率上變換成與主通道C仍并聯(lián)諧振的電感。此諧振頻點(diǎn)的隔離度也是一個(gè)峰值，即諧振隔離度峰值。為得到一個(gè)直觀結(jié)果，用ADS (Advanced Design syetem，安捷倫公司的商業(yè)電路仿真軟件)軟件仿 真。將圖5等效電路中CM采用場(chǎng)效應(yīng)管的典型C^ =0. lpF，傳輸線在4GHz上的電感長(zhǎng)度為半波長(zhǎng)，特征阻抗50歐姆，得到圖5的仿真結(jié)果?？梢钥吹匠嗽?GHz有一個(gè)隔離度峰值(即相位抵消隔離度峰值) 外，在3.7GHz附近存在第二個(gè)隔離度峰值(即諧振隔離度峰值)，通過(guò)前面公式計(jì)算也可以得到在3.7GHz 上兩路具有符號(hào)相反的容抗，因此產(chǎn)生的是并聯(lián)諧振。仿真結(jié)果中在3. 5 GHz 、. 2GHz頻段內(nèi)隔離度在40dB 以上。為了得到更好的隔離度特性和更寬的工作帶寬，可以用寬帶180度移相器代替半波長(zhǎng)傳輸線。寬帶移 相器的特點(diǎn)是可以在倍頻程范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)同定相移，所以在使用180度移相器的情況下可以將射頻開(kāi)關(guān)的工 作頻帶擴(kuò)展到倍頻程左右(例如在2GH2 4GHz上具有高隔離度特性)。2)插損的分析和仿真當(dāng)射頻開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)(A管進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài))，輔助通道由于具有很高的阻抗，因此對(duì)主通道的影響可以 忽略，不影響開(kāi)關(guān)電路的地插損性能。
將圖6等效電路中CDS采用開(kāi)關(guān)器件的典型C加=0. lpF， i eJV=5歐姆，傳輸線在4GHz上的電感長(zhǎng)度為半波長(zhǎng)，特征阻抗50歐姆，得到圖7的仿真結(jié)果?？梢钥吹皆诟吒綦x度頻段內(nèi)(3.5 GHz ~4.2GHz)射 頻開(kāi)關(guān)具有較好的回波損耗(駐波比)，插損不到ldB。
權(quán)利要求
1.一種高隔離低插損射頻開(kāi)關(guān)電路(RF switch)的實(shí)現(xiàn)方法，在普通開(kāi)關(guān)器件上并聯(lián)一路相位抵消通道，相位抵消通道由一個(gè)處于關(guān)閉狀態(tài)的開(kāi)關(guān)器件、180度相位延遲器組成。其特征在于，在一般射頻開(kāi)關(guān)器件上并聯(lián)了一個(gè)180度相位抵消通道。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電路結(jié)構(gòu)，其中所述180度相位延遲器為半波長(zhǎng)傳輸線。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電路結(jié)構(gòu)，其中所述180度相位延遲器為180度移相器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電路結(jié)構(gòu)，其中所述主通路和輔助通路使用的射頻開(kāi)關(guān)器件為PIN二極管，或 者場(chǎng)效應(yīng)管，或者微機(jī)械開(kāi)關(guān)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路結(jié)構(gòu)，其中所述輔助通路的"關(guān)斷狀態(tài)的射頻開(kāi)關(guān)器件"為與射頻開(kāi)關(guān)器 件關(guān)斷狀態(tài)等效的其它器件，例如電容。
6. 由權(quán)利要求l所述的電路結(jié)構(gòu)組成的單刀雙擲射頻開(kāi)關(guān)電路、單刀多擲射頻開(kāi)關(guān)電路。
全文摘要
一種高隔離低插損射頻開(kāi)關(guān)電路的實(shí)現(xiàn)方法，在普通開(kāi)關(guān)器件上并聯(lián)一路相位抵消通道，相位抵消通道由一個(gè)處于關(guān)閉狀態(tài)的開(kāi)關(guān)器件、180度相位延遲器組成。180度相位延遲器可以是半波長(zhǎng)射頻傳輸線或者180度的移相器。由于半波長(zhǎng)射頻傳輸線的相位延遲和阻抗變換作用，在工作頻帶內(nèi)能產(chǎn)生相位抵消和并聯(lián)諧振兩個(gè)隔離度峰值，因此提高了隔離度，并保證了較大的工作帶寬。180度移相器則可以在很寬頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)相位抵消，使工作帶寬更寬。本方法可以用于射頻開(kāi)關(guān)集成電路或普通電路。
文檔編號(hào)H03K17/16GK101159429SQ20071018838
公開(kāi)日2008年4月9日 申請(qǐng)日期2007年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月21日
發(fā)明者王東方 申請(qǐng)人:王東方