專利名稱：無線接收—發(fā)射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種象TDMA(時分多址存取)通信信裝置這樣的無線接收-發(fā)射裝置，該裝置裝有象SPDT(單極雙通)開關(guān)這樣的信號轉(zhuǎn)換開關(guān)，這種開關(guān)被用來在裝置和天線之間選擇地轉(zhuǎn)換輸入和輸出信號。
在TDMA通信裝置中，利用SPDT開關(guān)來有選擇地把射頻信號輸出給天線或從天線輸入這樣的信號。

圖1是例舉的SPDT開關(guān)的理論上的電路圖。如科所示，該SPDT開關(guān)由四個場效應(yīng)三極管FET單元組成，并且具有一信號輸入端IN，一信號輸出端OUT和一信號輸入-輸出端I0。
第一FET單元5的一端連接到信號輸入端IN2，而其另一端連接到信號輸入-輸出端I01。第二FET單元6的一端連接到信號輸入端IN2，而其另一端接地。第三FET單元9的一端連接到信號輸出端OUT3，而其另一端連接到信號輸入-輸出端I01。第四FET單元8的一端連接到信號輸出端OUT3，而其另一端接地。這些FET單元相互等同的場效應(yīng)三極管組成。在該說明書中，每個FET單元意味著由一級或多級的場效應(yīng)三極管構(gòu)成的配置。信號輸入端IN2連接到該通信裝置的發(fā)射機上，信號輸出端OUT3連接到該通信裝置的接收機上，而信號輸入-輸出端I01連接到天線上。
當(dāng)SPDT開關(guān)處于發(fā)送模式，用來把射頻信號從該通信裝置的發(fā)射機輸出到天線時，SPDT開關(guān)上的第一FET單元5和第四FET單元8導(dǎo)通，而第2FET單元6和第三FET單元9截止。因此在信號輸入端IN2上收到的射頻信號經(jīng)第一FET單元5傳遞到信號輸入-輸出端IO1。同時，當(dāng)SPDT處于接收模式，用來把從天線來的射頻信號輸入到該通信裝置的接收機時，SPDT開關(guān)上的第三FET單元9和第二FET單元6導(dǎo)通，而第四FET單元8和第一FET單元5截止，所以在信號輸入-輸出端IO1上接收到的射頻信號經(jīng)第三FET9傳遞到信號輸出端OUT3。
在DC信號情況下，如果SPDT開關(guān)僅由第一FET單元5和第三FET單元9組成可達到令人滿意的隔離。即在SPDT開關(guān)處于發(fā)送模式時，在處于截止?fàn)顟B(tài)的第三FET單元9上不導(dǎo)致漏電流。同樣當(dāng)SPDT開關(guān)處于接收模式時，在也是處于截止?fàn)顟B(tài)的第一FET單元5上不導(dǎo)致漏電流。但是，因為每只場效應(yīng)三極管具有一個容性成份，如果SPDT開關(guān)是如上述構(gòu)成的話，對于發(fā)送或接收一個AC信號的情況則會引起問題。即正是在第一FET單元5或第三FET單元g處于截止?fàn)顟B(tài)時，AC信號從第一FET單元5或第三FET單元9泄漏出，因此在獲得完全隔離方面招致失敗。從而，在AC信號的發(fā)送或接收中，必須通過結(jié)合第二FET單元6和第四FET單元8，如上所述構(gòu)成SPDT開關(guān)，導(dǎo)致AC信號的對地泄漏。
一般，場效應(yīng)三極管的柵極偏壓決定于輸入AC信號的電壓幅值而變化。當(dāng)AC信號在這種條件下流在該場效應(yīng)三極管的源區(qū)和漏區(qū)之間的溝道中時，上述條件是DC柵極電壓VgDC被加到三極管的柵極上，柵極偏壓Vg被加在三極管的柵極和溝道之間，上述柵極偏壓由DC柵極電壓VgDC和迭加在上的最大電壓幅值VRF。因此，施加到柵極的柵極偏壓Vg由相對柵極電壓VgDc的±△Vg的最大值在與AC信號同一頻率上變化。在上述討論中，△Vg表示柵極電壓變化，該變化由AC信號的最大電壓幅值VRF來確定，并大約等于KXVRF(在此K是比1小的常數(shù))。常數(shù)K單一地從時間常數(shù)中算出，該時間常數(shù)由場效應(yīng)三極管的柵極和溝道之間的電容以及AC信號的頻率來確定。
在信號發(fā)送的這種時候，即第一FET單元5和第四FET單元8處于導(dǎo)通狀態(tài)，而第二FET單元6和第二FET單元9處于截止?fàn)顟B(tài)時，大功率的射頻信號正常地在SPDT開關(guān)中流動。在這種情況中，第一FET單元5上的場效應(yīng)三極管的柵極偏壓由于受流在第一FET單元5中的射頻信號的影響變以成Vg(＝VON-△Vg)。VON代表的是施加給導(dǎo)通狀態(tài)下的場效應(yīng)三極管柵極的DC柵極電壓。結(jié)果，該場效應(yīng)三極管的源極-漏極飽和電流Idss被減小。如果在第一FET單元5中流過的射頻信號電流超過源極-漏極飽和電流Idss的話，第一FET單元5不能使信號的全部電流在其上流動，由此產(chǎn)生射頻信號上的失真，該信號是從SPDT開關(guān)向天線輸出的，或在SPDT開關(guān)上導(dǎo)致接入損耗。這種現(xiàn)象以圖形表示在圖2上。在該圖上，VBI代表內(nèi)建電壓，VBR代表擊穿電壓。
在信號發(fā)送時，如果具有最大電壓幅值VRF的高電壓施加到處于截止?fàn)顟B(tài)的第二FET單元6和第三FET單元9的源-漏區(qū)的話，在第二FET單元6和第三FET單元9上的場效應(yīng)管的柵極偏壓Vg(＝VOFF+△Vg)超過夾斷電壓Vps，使第二FET單元6或第三FET單元9導(dǎo)通，所以產(chǎn)生射頻信號上的失真，該射頻信號是從SPDT開關(guān)輸出到天線上的，或?qū)е耂PDT開關(guān)隔離特性上的某些惡化。這種現(xiàn)象以圖示形式也表示在圖2上。由VOFF代表的是施加給處于截止?fàn)顟B(tài)的場效應(yīng)三極管柵極上的DC柵極電壓。
在信號接收時，即第三FET單元9和第二FET單元6處于導(dǎo)通狀態(tài)，而第4FET單元8和第一FET單元5處于截止?fàn)顟B(tài)時，如果大功率的射頻信號在SPDT流動時，類似于信號發(fā)送期間第一FET單元5的現(xiàn)象，相應(yīng)在第三FET單元9中的場效應(yīng)三極管上出現(xiàn)。因此，第三FET單元9不能使信號的完整電流流過，借此，在射頻信號上產(chǎn)生失真，該射頻信號是從SPDT開關(guān)輸出到該通信裝置上的，或在SPDT開關(guān)上引起接入損耗。
在信號接收時，如果具有最大幅值VRF的高壓被加到處于截止?fàn)顟B(tài)上的第四FET單元8和第一FET單元5的源-漏區(qū)，則出現(xiàn)類似于信號傳輸期間第二FET單元6或第三FET單元9的現(xiàn)象。結(jié)果，在射頻信號上產(chǎn)生失真，該射頻信號是從SPDT開關(guān)向通信裝置輸出的，或在SPDT開關(guān)的隔離特性上導(dǎo)致某些惡化。
在已公知的普通SPDT開關(guān)上，第一、第二、第三和第四FET單元由相互等同的如圖一所示的場效應(yīng)管組成。在SPDT開關(guān)的發(fā)送段(第一FET單元5和第二FET單元6)和其接收段(第三FET單元9和第四FET單元8)在結(jié)構(gòu)上相互一致。根本未準備足夠的措施來防止在傳輸大的率射頻信號時導(dǎo)致的上述故障，使得在SPDT開上易發(fā)生某些缺陷，這些缺陷包括射頻信號的失真、接入損耗的產(chǎn)生(功率損耗)和隔離特性的惡化。
一種改進的SPDT由M.J.Schindler等人揭示在第一篇參考文獻中，即“大功率2-18 GHZT/R開關(guān)”，IEEE MTT-S摘要，1990，第453～456頁。在這篇引證文獻中，描述一些改進，這些改進包括考慮發(fā)送功率和接收功率之間級差來優(yōu)化每個場效應(yīng)三極管的柵極寬度(即，對于通過大功率射頻信號的每只三極管柵極寬度被加寬，從而防止射頻信號的失真或接入損耗的增加)，而且為了增強截止?fàn)顟B(tài)下的耐壓特性和隔離特性使用雙柵極場效應(yīng)三極管。
但是，在上述引證參考文獻中所獲得的改進未包括有關(guān)這種情況的設(shè)計方案，即在發(fā)送時較大功率被輸入到該SPDT的情況，特別尤其是，存在這樣的問題，在第二FET單元6上隔離特性易被惡化。此外，雙柵極FET的耐壓至多為單柵極FET的兩倍，這種雙柵極FET處理任何較大功率的射頻信號是不可能的。除了上述問題，在隔離特性上獲得的改進至多兩倍左右。此外，必須準備具有不同柵極寬度的各種場效應(yīng)三極管。
如上所述，普通SPDT開關(guān)或在引證參考文獻中，揭示的那種不能令人滿意地處理大功率射頻信號，不適應(yīng)實現(xiàn)有關(guān)隔離和接入損耗的所要求的特性。另外的問題仍然存在，即由于所要求場效應(yīng)三極管的種類的增加，有關(guān)在設(shè)計和生產(chǎn)上的復(fù)雜及繁瑣化。
本發(fā)明的目的是提供一種裝有信號轉(zhuǎn)換開關(guān)的接收-發(fā)射裝置，它能處理大功率的射頻信號，并實現(xiàn)令人滿意的性能，該性能具有所要求的接入損耗(功率損耗)和優(yōu)異的隔離特性，而不增加所需場效應(yīng)三極管的種類。
為達到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的信號轉(zhuǎn)換開關(guān)具有一種信號輸入端，一信號輸出端和一信號輸入-輸出端，并且由4個場效應(yīng)三極管單元組成。第一FET單元的一端連接到信號輸入端，而其另一端連接到信號輸入-輸出端。第二FET單元的一端連接到信號輸入端，而其另一端接地。第二FET單元的一端連接到信號輸出端，而其另一端連接到信號輸入-輸出端，第四FET單元的一端連接到信號輸出端，而其另一端接地，構(gòu)成第一FET單元的每只三極管具有這樣的柵極寬度，使得源極-漏極性和電流大于饋給到信號輸入端的信號的最大電流幅值。第二FET單元由一個或多個三極管極構(gòu)成，在數(shù)量上等于對這樣的數(shù)值整數(shù)化的結(jié)果，這個數(shù)值是用構(gòu)成第二FET單元的三極管的耐壓除從信號輸入端饋給的信號的最大電壓幅值獲得的。第三FET單元由一個或多個三極管級構(gòu)成，在數(shù)量上等于對這樣的數(shù)值整數(shù)化的結(jié)果，這個數(shù)值是用構(gòu)成第三FET單元的三極管耐壓除從信號輸入端饋給的信號的最大的電壓幅值獲得的。
在本發(fā)明的信號轉(zhuǎn)換開關(guān)中，最佳的是，在第一FET單元上的三極管級數(shù)這樣確定，以使在第一FET單元上的接入損耗和隔離值最小，在第二和第三FET單元上的每只三極管的柵極寬度這樣確定，使得在第二FET單元和第三FET單元上的接入損耗和隔離值最小。
也是最佳的是，在第四FET單元上的三極管級的數(shù)取決于所收信號的功率而定，在第四FET單元上的每只三極管的柵極寬度這樣確定，使在第四FET單元上的接入損耗和隔離值最小。
在本發(fā)明的信號轉(zhuǎn)換開關(guān)中，構(gòu)成第一FET單元的每只三極管有這樣的柵極寬度，使得源極-漏極飽和電流大于從信號輸入端饋給的輸入信號的最大電流幅值，借此來防止輸出信號中失真的發(fā)生，或接入損耗的增加，甚至在發(fā)射大功率射頻信號時把大功率射頻信號輸入到第一FET單元的時候。
如果加寬第一FET單元上每只三極管的柵極寬度，則出現(xiàn)這樣的情況，即惡化了三極管的隔離特性，因此不能獲得所要求值，在這一情況下，第一FET單元可由多級三極管構(gòu)成。在第一FET單元上的三極管級數(shù)這樣被確定，使得在第一FET單元上的接入損耗和隔離值最小，借此，該三極管的容性成份被減少到級數(shù)的分倍數(shù)上，從而最終防止隔離特性的惡化。
第二FET單元由一或多級三級管構(gòu)成，在數(shù)量上等于對這樣的數(shù)值整數(shù)化的結(jié)果，該數(shù)值用構(gòu)成第二FET單元的三極管耐壓除輸入信號的最大電壓幅值來獲得，該信號由信號輸入端饋給。第三FET單元由一或多級三極管構(gòu)成，在數(shù)量上等于對這樣的數(shù)值整數(shù)化的結(jié)果，該數(shù)值用構(gòu)成第三FET單元的三極管耐壓除輸入信號的最大電壓幅值來獲得，該信號由信號輸入端饋給。因此，在第二FET單元和第三FET單元上的每只三極管的容性成份被減少到級數(shù)的分倍數(shù)，處于截止?fàn)顟B(tài)的場效應(yīng)三極管上引起的柵極偏壓Vg的變化被減小，從而防止甚至有關(guān)大功率射頻信號的隔離特性的惡化。
如果增加在第二FET和第三FET單元上的三極管級數(shù)，則會出現(xiàn)不利的情況，在此導(dǎo)致接入損耗比所要求的值大。在這種情況下，在第二和第三FET單元上的每只三極管的柵極寬度可以這樣確定，使得在第二和第三FET單元上的接入損耗和隔離值最小。
本發(fā)明的上述和其他特征及優(yōu)點將通過下列描述加以闡明，該說明將參照所描繪的相應(yīng)附圖給出。
圖1示意地表示了一種根據(jù)相關(guān)技術(shù)的普通SPDT轉(zhuǎn)換器的示例結(jié)構(gòu);
圖2以圖形表示一個場效應(yīng)三極管中的柵極偏壓Vg和源極-漏極飽和電流Ides之間的關(guān)系，該場效應(yīng)的三極管用于信號轉(zhuǎn)換開關(guān);
圖3是代表本發(fā)明信號轉(zhuǎn)換開關(guān)第一實施例的初步設(shè)計圖;
圖4是在傳輸模式中本發(fā)明信號轉(zhuǎn)換開關(guān)的等效電路圖;
圖5表示代表本發(fā)明信號轉(zhuǎn)換開關(guān)的第二實施例;
圖6表示在本發(fā)明的信號轉(zhuǎn)換開關(guān)以及相關(guān)技術(shù)的普通SPDT開關(guān)上的模擬接入損耗和隔離特性的結(jié)果。
以下將參照應(yīng)附圖中所示的本發(fā)明的最佳實施例來詳細描述本發(fā)明。
在一般TDMA通信系統(tǒng)中，可認為所發(fā)送的功率大于所接收的功率。所以，對于信號轉(zhuǎn)換開關(guān)發(fā)送模式中的功率必須設(shè)法適當(dāng)調(diào)節(jié)，但在開關(guān)的接收模式中，沒有必要作出有關(guān)于功率的任何特殊考慮。并且在接收模式中，沒有信號從轉(zhuǎn)換開關(guān)的信號輸入端饋給。因此，本發(fā)明的信號轉(zhuǎn)換開關(guān)適用于在這樣一種通信系統(tǒng)中的使用。
圖3是代表本發(fā)明信號轉(zhuǎn)換開關(guān)的第一實施例的初步設(shè)計圖，該轉(zhuǎn)換開關(guān)特別是一種SPDT開關(guān)。與至此已公知的普通SPDT開關(guān)類似，在該圖中所示的開關(guān)具有一信號輸入端IN12，一信號輸出端OUT14和一個信號輸入-輸出端IO11，并且由4個場效應(yīng)三極管單元組成。
第一FET單元15的一端連接到信號輸入端IN12，而其另一端連接到信號輸入-輸出端IO11。第二FET單元11的一端連接到信號輸入端IN12，而其另一端連接到地13。第三FET單元約的一端連接到信號輸出端OUT14，而其另一端連接到信號輸入-輸出端IO11。第4FET單元17的一端連接到信號輸出端OUT14，而其另一端接地13。在該開關(guān)中，每個FET單元表示由一或多級場效應(yīng)三級管組成的結(jié)構(gòu)。信號輸入端IN12連接到通信裝置的發(fā)射機上，信號輸出端OUT14連接到通信裝置的接收機上，信號輸入-輸出端IO11連接到天線上。
當(dāng)信號轉(zhuǎn)換開關(guān)為從該通信裝置的發(fā)射機向天線輸出射頻信號而處于發(fā)送模式時，第一FET單元15和第四FET單元17在開關(guān)中導(dǎo)通，而第二FET單元16和第三FET單元18截止。因此，射頻信號從信號輸入端IN12饋給，經(jīng)第一FET單元15該射頻信號傳給信號輸入-輸出端IO11。
當(dāng)信號轉(zhuǎn)換開關(guān)為從天線向該通信裝置的接收機輸入射頻信號而片于接收模式時，開關(guān)中第三FET單元18和第二FET單元16導(dǎo)通，而第四FET單元17和第一FET單元15截止。因此，從信號輸入-輸出端IO11饋給射頻信號，并經(jīng)第三FET單元18傳給信號輸出OUT14。
在該信號轉(zhuǎn)換開關(guān)中要求有關(guān)功率的適當(dāng)調(diào)節(jié)是在發(fā)送模式中。圖3表示了一種在發(fā)送模式中的信號轉(zhuǎn)換開關(guān)的等效電路。在這種模式中，第一FET單元15和第四FET單元17處于低阻抗?fàn)顟B(tài)，相反第二FET單元16和第三FET單元18處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。因為實質(zhì)上沒有功率加到圖3中的第四FET單元17，所以在圖4的圖中省去了該FET單元17。如從該圖中顯而易見的，在第一FET單元15上要求適當(dāng)?shù)挠嘘P(guān)電流的調(diào)節(jié)，在第二FET單元16和第三FET單元18上要求適當(dāng)?shù)挠嘘P(guān)電壓的調(diào)節(jié)。
第一FET單元15、第二FET單元16和第三FET單元18的結(jié)構(gòu)以下述方式確定。
首先，構(gòu)成第一FET單元15的每個場效應(yīng)三極管的柵極寬度基于射頻信號的最大電流幅值來確定，該射頻信號是在發(fā)送模式中饋給信號轉(zhuǎn)換開關(guān)的信號輸入端IN12的。更特殊的是，柵極寬度這樣確定，以致于使得每個三極管的源極-漏極飽和電流Idss大于在發(fā)送模式中從信號輸入端IN12饋給的信號的最大電流幅值。
第二FET單元由一或多個三極管級組成，在數(shù)量上等于對這樣的一個數(shù)值整數(shù)化的結(jié)果，該數(shù)值通過用構(gòu)成第二FET單元16的三極管的耐壓除輸入信號的最大電壓幅值來獲得的，該信號是在發(fā)送模式中從信號輸入端IN12饋給的。同樣，第三FET單元18由一或多個三極管級構(gòu)成，在數(shù)量上等于對這樣的一個數(shù)值整數(shù)化的結(jié)果，該數(shù)值通過用構(gòu)成第三FET單元18的三極管的耐壓除輸入信號的最大電壓幅值來獲得的，該信號是在發(fā)送模式中從信號輸入端IN12饋給的。
可以相對于電流和電壓適當(dāng)?shù)卦O(shè)計該信號轉(zhuǎn)換開關(guān)，以致于在信號轉(zhuǎn)換開關(guān)處于發(fā)送模式時如果輸入給第一FET單元15一個高功率的射頻信號的話，可以防止從開關(guān)輸出的信號中失真的發(fā)生以及開關(guān)中接入損耗的出現(xiàn)。并進一步可以減少處于截止?fàn)顟B(tài)的第二FET單元16和第三FET單元18的每個三極管上的柵極偏壓Vg的變化，因此甚至當(dāng)輸入射頻信號為高功率時防止信號轉(zhuǎn)換開關(guān)隔離特性的惡化。
在第一FET單元15中的再個三極管的柵極寬度加寬情況下，可能出現(xiàn)不到的情況，即截止?fàn)顟B(tài)下的泄漏電流增加，因此導(dǎo)致三極管隔離特性的惡化，所以使要求的隔離特性在信號接收模式中不能達到，在該模式中信號轉(zhuǎn)換開關(guān)被置于接收狀態(tài)。在這樣一種情況下，第一FET單元15可由多級場效應(yīng)三極管組成。在第一FET單元15中的級數(shù)這樣確定，以致于使第一FET單元15中的接入損耗和隔離值最小，由于這樣的構(gòu)造，每個場效應(yīng)三極管的容性成分被減少到級數(shù)的次倍數(shù)，借此來防止隔離特性的惡化。
在第二FET單元16和第三FET單元18中的三極管級增加的情況下，可能出現(xiàn)不利的情況，即導(dǎo)致接入損耗比預(yù)期值大，一般，存在這樣的關(guān)系，即根據(jù)接入損耗的減少，隔離特性更加惡化。鑒于這種觀點，將構(gòu)成第二FET單元16和第三FET單元18的每個三極管的柵極寬度利用在第二FET單元16和第三FET單元18上的接入損耗和隔離值盡可能最小的方式來優(yōu)化。
此外，第四FET單元17中的三極管級數(shù)取決于所接收信號的功率來確定，從而防止在接收模式中第四FET單元17的隔離特性惡化。構(gòu)成第4FET單元17的每個三極管的柵極寬度這樣確定，以致于盡可能地使第四FET單元17上的接入損耗和隔離值最小，借此能使第四FET單元17上的接入損耗最小。
圖5表示了該信號轉(zhuǎn)換開關(guān)的第二實施例，它能適當(dāng)?shù)靥幚砭哂?W左右高功率的射頻輸入信號。以下是從發(fā)送模式中的信號輸入端接收的輸入信號和構(gòu)成各個FET單元的那些場效應(yīng)三極管的詳情。在設(shè)計通信裝置的時候，預(yù)設(shè)輸入信號的最大電壓幅值和最大電流幅值，該開關(guān)被用于上述通信裝置。輸入信號傳輸線用50歐姆匹配系統(tǒng)來連接。
輸入信號的最大電壓幅值10V輸入信號的最大電流幅值0.2A第一FET單元15柵極寬度2mm級數(shù)2第二FET單元16柵極寬度0.5mm耐壓7V級數(shù)2第三FET單元18
柵極寬度0.5mm耐壓7V級數(shù)2第四FET單元17柵極寬度0.5mm耐壓7V級數(shù)1由于這樣的構(gòu)造，即在第一FET單元15中的每個場效應(yīng)三極管的柵極寬度被置為2mm，所以在導(dǎo)通狀態(tài)下每個三極管上的源極-漏極飽和電流Idss大約為0.3A，該值充分大于發(fā)送模式中輸入信號的最大電流幅值。構(gòu)成第一FET單元15的場效應(yīng)三極管的級數(shù)根據(jù)所考慮的隔離特性有選擇地確定為2。但是當(dāng)?shù)谝籉ET單元15僅由單只三極管級組成時，不能得到令人滿意的隔離特性。
構(gòu)成第二FET單元16和第三FET單元18的場效應(yīng)三極管的耐壓被設(shè)定為7V。(輸入信號的最大電壓幅值)/(場效應(yīng)三極管的耐壓)＝10/7。因此，根據(jù)上述計算，確定場效應(yīng)三極管的級數(shù)為2。由于這樣的結(jié)構(gòu)，即構(gòu)成第三FET18的每個三極管有0.5mm的柵極寬度，則在導(dǎo)通狀態(tài)下的源極-漏極飽和電流Idss為0.1A左右，該值充分在大于輸入信號的最大電流幅值，該輸入信號是從處于開關(guān)的接收模式中的信號輸入-輸出端IO11饋給的。關(guān)于第二FET單元16，相對于電流的調(diào)節(jié)是不必要的，而僅必須考慮的僅是接入損耗。對此，在第二FET單元16中的每個三極管的柵極寬度被設(shè)定為0.5mm。
第四FET單元17中的三極管耐壓為7V，該值充分高于輸入信號的最大電壓幅值(設(shè)計值＝0.1V)，該輸入信號是從接收模式中的輸入-輸出端IO11饋給的。因此，構(gòu)成第四FET單元17的三極管的級數(shù)被確定為1。出于盡可能地使接入損耗和隔離值最小，在第四FET單元17中的每個三極管的柵極寬度被設(shè)定為0.5mm。
圖1表示了根據(jù)相關(guān)技術(shù)的一種普通SPDT開關(guān)的示范結(jié)構(gòu)。在這種開關(guān)中，每個FET單元由一級場效應(yīng)管組成，每個三極管有1mm的柵極寬度，在圖1中的普通SPDT開關(guān)中，在開關(guān)的傳輸模式中不作有關(guān)電流或電壓的適當(dāng)調(diào)節(jié)。
和圖1所示的相關(guān)技術(shù)的普通SPDT開關(guān)相比，圖5中所示的代表本發(fā)明信號轉(zhuǎn)換開關(guān)的第二實施例有一些不同之處，這包括在本發(fā)明的開關(guān)中的第一FET單元15上，每個三極管的柵極寬度是普通開關(guān)上的柵極寬度的兩倍，以致于在本發(fā)明中所允許流過的電流被變成兩倍。此外，第一FET單元25、第二FET單元26和第三FET單元的每一個由二極場效應(yīng)三極管構(gòu)成，借此，耐壓被提高兩倍，隨之確保進一步提高的隔離特性。
圖6以圖形表示了模擬圖5中本發(fā)明的信號轉(zhuǎn)換開關(guān)和圖1中相關(guān)技術(shù)的普通SPDT開關(guān)的接入和隔離特性的結(jié)果。圖6中圖形代表的線表示以下特性。接入損耗由S參數(shù)(S21)來表達，該參數(shù)意味著射頻功率通過的程度。
實線(A)在發(fā)送模式中的本發(fā)明信號轉(zhuǎn)換開關(guān)上信號輸入-輸出端IO21和信號輸入端IN22之間的接入損耗。
實線(B)在發(fā)送模式中的本發(fā)明信號轉(zhuǎn)換開關(guān)上信號輸入-輸出端IO21和信號輸出端OUT24之間的接入損耗。
虛線(C)在接收模式中的本發(fā)明信號轉(zhuǎn)換開關(guān)上信號輸入-輸出端IO21和信號輸出端OUT24之間的接入損耗。
虛線(D)在接收模式中的本發(fā)明信號轉(zhuǎn)換開關(guān)上信號輸入-輸出端IO21和信號輸入端IN22之間的接入損耗。
點劃線(E)在發(fā)送模式(或接收模式)中的相關(guān)技術(shù)的普通SPDT開關(guān)上信號輸入-輸出端IO1和信號輸入端IN2(或信號輸出端OUT3)之間的接入損耗。
點劃線(F)在發(fā)送模式(或接收模式)中的相關(guān)技術(shù)的普通SPDT開關(guān)上信號輸入-輸出端IO1和信號輸出端OUT3(或信號輸入端IN2)之間的接入損耗。
在普通SPDT開關(guān)的公知構(gòu)造中，第一和第二FET單元25、26，以及第三和第四FET單元28、27在結(jié)構(gòu)上是一樣的，因此在傳輸和接收模式上具有相同的特性。如從圖6中顯而易見的在本發(fā)明的信號轉(zhuǎn)換開關(guān)上的接入損耗和隔離特性在接收模式上略差一些。但是在發(fā)送模式上，本發(fā)明開關(guān)上所達到的接入損耗和隔離特性比在相關(guān)技術(shù)上的那些明顯占有優(yōu)勢。
上面給出的說明僅關(guān)系舉例的情況，在此本發(fā)明的信號轉(zhuǎn)換開關(guān)被設(shè)置在通信裝置和天線之間，用來轉(zhuǎn)換該通信裝置的發(fā)送和接收模式。但是在理解本發(fā)明不僅僅限于這樣的實施例。例如，可以借助本發(fā)明的信號轉(zhuǎn)換開關(guān)相互連接三個裝置(如，裝置1、裝置2和裝置3)，借助本發(fā)明的開關(guān)，一個信號可在這樣的裝置之間(如，在裝置1和2之間，或裝置1和3之間)轉(zhuǎn)換。在這種情況下，上述的信號發(fā)送和接收模式的概念用這些裝置之間的信號傳送方式的概念來代替。同樣，信號輸入端和信號輸出端分別由第一信號輸入-輸出端和第二輸入-輸出端代替。此外，從信號輸入端獲得的最大電流幅值和最大電壓幅值由構(gòu)成FET單元場效應(yīng)三極管中流過的信號最大值來代替。
以上僅僅描繪了與該實施例相關(guān)描述的場效應(yīng)三極管的各種數(shù)值和級數(shù)，并且根據(jù)信號轉(zhuǎn)換開關(guān)的要求特性可以修改來優(yōu)化這些數(shù)值和級數(shù)。在該開關(guān)上的所用的場效應(yīng)三極管可以是MESFET，JFET等等中的任一種。例如，JFET的內(nèi)建電壓VBI大約為1.2V，它高于MESFET的內(nèi)建電壓VBI(約0.4V)。因此可獲得較大的源極-漏極飽和電流Idss，所以優(yōu)先采用JFET。
因此，根據(jù)本發(fā)明，在信號轉(zhuǎn)換開關(guān)上的場效應(yīng)三極管的柵極寬度和級數(shù)考慮在發(fā)送模式中射頻信號的功率來有選擇地確定。從而，設(shè)計一優(yōu)良的開關(guān)成為可能，在此合理地作為有關(guān)電流和電壓的適當(dāng)調(diào)節(jié)。本發(fā)明的開關(guān)被用于處理大功率的射頻信號，并確保優(yōu)異的性能，該性能包括最小的接入損耗和增強的隔離特性。除上述內(nèi)容之外，對該開關(guān)的制造，沒有必要預(yù)備種種場效應(yīng)三極管，因此在設(shè)計效率和生產(chǎn)率上可獲得顯著的優(yōu)點。
權(quán)利要求
1.一種無線接收-發(fā)射裝置，包括一個用于發(fā)射或接收射頻信號的天線裝置；一個與所述天線裝置連接的開關(guān)裝置，它至少包括一個FET單元，在此多個場效應(yīng)三極管相互串接，用于借助一控制裝置來有選擇地轉(zhuǎn)換輸入和輸出信號，每個FET單元由一個或多個場效應(yīng)三極管構(gòu)成；一個接收放大器，所述開關(guān)裝置的輸出端與接收放大器連接；和一個發(fā)射放大器，該發(fā)射放大器連接到所述開關(guān)裝置的輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的無線接收-發(fā)射裝置，其中所述裝置是一個TDMA通信裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的無線接收-發(fā)射裝置，其中每個所述場效應(yīng)三極管是GaAs FET。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的無線接收-發(fā)射裝置，其中構(gòu)成所述開關(guān)裝置的場效應(yīng)三極管相互串聯(lián)連接。
5.一種信號轉(zhuǎn)換開關(guān)，它具有一信號輸入端，一信號輸出端和一信號輸入-輸出端，并包括場效應(yīng)三極管的第一、第二、第三和第四單元;其中所述第一FET單元的一端連接到信號輸入端，而其另一端連接到信號輸入-輸出端;第二FET單元的一端連接到信號輸入端，而其另一端連接到地;第三FET單元的一端連接到信號輸出端，而其另一端連接到信號輸入-輸出端;第四FET單元的一端連接到信號輸出端，而其另一端接地;構(gòu)成所述第一FET單元的每只三極管有這樣確定的柵極寬度，使得源極一漏極飽和電流大于從信號輸入端饋給的輸入信號的最大電流幅值;所述的第二FET單元由一或多個三極管級構(gòu)成，在數(shù)量上等于對這樣的數(shù)值整數(shù)化的結(jié)果，該數(shù)值通過用在所述第二FET單元中的三極管耐壓除從信號輸入端饋給的輸入信號的最大電壓幅值來獲得;以及所述第三FET單元由一或多個三極管級構(gòu)成，在數(shù)量上等于這樣的數(shù)值整數(shù)化的結(jié)果，該數(shù)值通過用在第三FET單元中的三極管的耐壓除從信號輸入端饋給的輸入信號的最大電壓幅值來獲得。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的開關(guān)，其中在所述第一FET單元中的三極管級數(shù)這樣確定，使得在所述第一FET單元上接入損耗和隔離值最小;以及構(gòu)成所述第二和第三FET單元的每只三極管的柵極寬度這樣確定，便得在所述第二FET單元和第三FET單元上接入損耗和隔離值最小。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的開關(guān)，其中在所述第四FET單元中的三極管級數(shù)這樣確定，即決定于所收信號的功率，構(gòu)成所述第四FET單元的每只三極管的柵極寬度這樣確定，使得在所述第四FET單元上接入損耗和隔離值最小。
全文摘要
一種裝有信號轉(zhuǎn)換開關(guān)的無線接收—發(fā)射裝置，它能適當(dāng)?shù)靥幚泶蠊β噬漕l信號并確保要求的接入損耗和優(yōu)異的隔離特性。該開關(guān)具有一信號輸入端，一信號輸出端和一信號輸入—輸出端，并且包括連接到該輸入端和該輸入—輸出端的第一FET單元，連接到該輸入端并接地的第二FET單元，連接到該輸出端和輸入—輸出端的第三FET單元，和連接到該輸出端并接地的第四FET單元。
文檔編號H04B1/44GK1097910SQ94106968
公開日1995年1月25日 申請日期1994年5月21日 優(yōu)先權(quán)日1993年5月21日
發(fā)明者小濱一正 申請人:索尼公司