CN103595380A - 互补式开关射频切换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种互补式开关的射频切换器，包含共同埠、第一埠、第二埠、第一射频路径、第二射频路径及四个半导体开关。第一射频路径存在于共同埠和第一埠之间；第二射频路径存在于共同埠和第二埠之间；第一分流路径存在于第一射频路径和地端之间；第二分流路径存在于第二射频路径和地端之间；四个半导体开关是用以在一预定时间分别控制第一射频路径、第二射频路径、第一分流路径和第二分流路径是否导通，其中四个开关应用传导样态和控制信号的组合选择。因此，相较于现有技术，该射频切换器的制造可被简单化，或是仅需一个内部或外部来源产生的控制信号，以操作该射频切换器，或是简化该控制信号的绕线。

Description

互补式开关射频切换器
技术领域
本发明是有关于一种固态射频切换器，尤指一种应用主动组件传导样态组合选择的射频切换器。
背景技术
在许多有线或是无线通信***中，射频(RF)切换器是很重要的功能区块，其中固态RF切换器可见于许多不同的通信装置中，例如移动电话、无线传呼机和无线基础建设、卫星通信及有线电视等设备。如众所周知，RF切换器的效能可利用***损耗(insertion loss)和开关隔离度(switch isolation)等的效能参数组合来评估。在RF切换器的设计中，效能参数之间常是环环相扣，当着重在任一效能时，常会牺牲其它效能；另外，其它重要的特性包括回波损耗(return loss)、整合的简单性和程度、复杂度、良率和制造成本。
其它RF切换器的效能包含切换器控制和以制造导向的电路布局的简单性。
发明内容
本发明公开一种互补式开关射频（RF）切换器。RF切换器主要包含共同埠、第一射频路径、第二射频路径、第一分流路径和第二分流路径。
在本发明的一实施例中，设置在第一射频路径和第二射频路径的开关具有第一传导样态，以及设置在第一分流路径和第二分流路径的开关具有第二传导样态，其中第一传导样态和第二传导样态不同。
本发明另一实施例，设置在第一射频路径和第二射频路径的开关具有互补的传导样态，设置在第一射频路径和第一分流路径的开关具有互补的传导样态，设置在第二射频路径和第二分流路径的开关具有互补的传导样态。
本发明又另一实施例，设置在第一射频路径和第二射频路径的开关具有互补的传导样态，设置在第一射频路径和第一分流路径的开关具有第一传导样态，设置在第二射频路径和第二分流路径的开关具有第二传导样态，其中第一传导样态和第二传导样态不同。
附图说明
图1是本发明实施例1的RF切换器示意图。
图2是本发明实施例2的RF切换器示意图。
图3是本发明实施例3的RF切换器示意图。
图4是本发明实施例4的RF切换器示意图。
图5是本发明开关的堆栈组态示意图。
其中，附图标记说明如下：
100、200、300、400                  射频切换器（RF切换器）
105(1)-105(4)                       栅极控制端
110(1)-110(4)                       电阻
120(1)-120(4)                       阻隔电容
GND                                 地端
M1-M4、M1'-M4'                      开关
RFC                                 共同埠
RF1-2                               埠
SW、SWB                             控制信号
具体实施方式
图1是本发明实施例1的RF切换器100示意图。RF切换器100包含共同埠RFC、埠RF1和埠RF2。开关M1设置在共同埠RFC和埠RF1之间，开关M2设置在共同埠RFC和埠RF2之间，开关M3设置在埠RF1和地端GND之间，以及开关M4设置在埠RF2和地端GND之间。
第一射频路径是定义在共同埠RFC与埠RF1之间且通过开关M1；第二射频路径是定义在共同埠RFC与埠RF2之间且通过开关M2；第一分流路径是定义在埠RF1与地端GND之间且通过开关M3；第二分流路径是定义在埠RF2与地端GND之间且通过开关M4。
其中，开关M1-M4可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)，具有各自的源/漏极区(未特别标明于图1)和栅极控制端105(1)-105(4)。开关M1-M4亦可为双极性晶体管或其它晶体管组件（例如金属半导体场效应晶体管或高电子迁移率晶体管）。
图1中，RF切换器100亦包含电阻110(1)-110(4)以及阻隔电容120(1)-120(4)，其中电阻110(1)-110(4)是各自分别连接开关M1-M4中相对应的源/漏极区。
虽然在图1未绘示，但开关的源/漏极区可被一直流电压偏压，以使RF切换器100更能容纳交流输入信号通过第一或第二射频路径。
如图1所示，开关M1和开关M2具有相同的传导样态(例如N型)；而开关M3和开关M4亦具有相同的传导样态，但不同于开关M1和开关M2的传导样态，亦即开关M3和开关M4是P型传导样态。
如图1所示，栅极控制端105(1)-105(4)用以接收控制信号SW或SWB，其中控制信号SW可为高电平(例如3.3V)或低电平(例如0V)，而控制信号SWB为控制信号SW的反相电平。亦即当控制信号SW是高电平时，控制信号SWB为低电平；当控制信号SW是低电平时，控制信号SWB为高电平。控制信号SW与SWB可能互为反相电平，或根据供应电源，而包含负电平值。
当埠RF1开启及埠RF2关闭时，RF切换器100的操作如下：如果想要一射频信号通过第一射频路径在共同埠RFC和埠RF1之间传递，则施加高电平的控制信号SW以开启开关M1(即可让交流信号通过)，以及施加低电平的控制信号SWB以关闭开关M2(即可让交流信号无法通过)。在此MOSFET的例子中，控制信号SW可为3.3V，而控制信号SWB可为0V。
实质上分别施加控制信号SW至开关M1的栅极105(1)和控制信号SWB至开关M2的栅极105(2)时，第一分流路径和第二分流路径也同时被控制。具体来说，高电平的控制信号SW施加在开关M3的栅极105(3)，以关闭开关M3和第一分流路径；低电平的控制信号SWB施加在开关M4的栅极105(4)，以开启开关M4和导通第二分流路径。
当埠RF1关闭及埠RF2开启时，RF切换器100的操作如下：如果想要一射频信号通过共同埠RFC和埠RF2之间的第二射频路径传递，则施加低电平的控制信号SW以关闭开关M1(即可让交流信号无法通过)，以及施加高电平的控制信号SWB以开启开关M2(即可让交流信号通过)。
施加控制信号SW至开关M1的栅极和SWB至M2的栅极时，第一分流路径和第二分流路径也同时被控制。即低电平的控制信号SW施加在开关M3的栅极105(3)，以开启开关M3和导通第一分流路径；高电平的控制信号SWB施加在开关M4的栅极105(4)，以关闭开关M4和第二分流路径。
图1实施例的优点：
值得注意的是在图1的RF切换器100中，同样的控制信号SW是被用以控制第一射频路径和第一分流路径，以及同样的控制信号的反相电平是被用以控制第二射频路径和第二分流路径。上述特征可简化一特定的RF切换器中的控制信号的绕线。同样地，因为两个射频路径上的开关具有相同的传导样态(例如N型)，以及两个分流路径上的开关具有相同的传导样态(例如P型)，所以RF切换器100的制造可被简单化。
图2是本发明实施例2的RF切换器200示意图。如图2所示，开关M1和开关M2具有P型传导样态，以及开关M3和开关M4具有N型传导样态。
当埠RF1开启及埠RF2关闭时，RF切换器200的操作如下：如果想要一射频信号通过第一射频路径在共同埠RFC和埠RF1之间传递，则施加一低电平控制信号SW以开启开关M1(即可让交流信号通过)，并施加一高电平控制信号SWB以关闭M2(即可让交流信号无法通过)。
实质上，分别施加控制信号SW至开关M1的栅极105(1)和控制信号SWB至开关M2的栅极105(2)时，第一分流路径和第二分流路径也同时被控制。具体来说，低电平的控制信号SW施加在开关M3的栅极105(3)，以关闭开关M3和第一分流路径；高电平的控制信号SWB施加在开关M4的栅极105(4)，以开启开关M4和导通第二分流路径。
当埠RF1关闭及埠RF2开启时，RF切换器200的操作如下：如果想要一射频信号通过共同埠RFC和埠RF2之间的第二射频路径传递，则施加一高电平控制信号SW以关闭开关M1(即可让交流信号无法通过)，并施加一低电平控制信号SWB以开启开关M2(即可让交流信号通过)。
施加控制信号SW至开关M1的栅极及控制信号SWB至开关M2的栅极时，第一分流路径和第二分流路径也同时被控制。即高电平的控制信号SW施加在M3的栅极105(3)，以开启开关M3和导通第一分流路径；低电平的控制信号SWB施加在开关M4的栅极105(4)，以关闭开关M4和第二分流路径。
图2实施例的优点：
图2的RF切换器200和图1的RF切换器100一样，利用同样的控制信号SW控制第一射频路径和第一分流路径，以及同样的控制信号的反相电平是被用以控制第二射频路径和第二分流路径。上述特征可简化一特定的RF切换器中的控制信号的绕线。同样地，因为两个射频路径上的开关具有相同的传导样态(例如P型)，以及两个分流路径上的开关具有相同的传导样态(例如N型)，所以RF切换器200的制造可被简单化。
另外，值得注意的是，在RF切换器100和200中，开关M1和开关M3具有互补的传导样态，以及开关M2和开关M4亦具有互补的传导样态。
图3是本发明实施例3的RF切换器300示意图。如图3所示，开关M1和开关M2为互补的传导样态，其中开关M1是N型传导样态和开关M2是P型传导样态。开关M3是P型传导样态和开关M4是N型传导样态。仅需要单一的控制信号以导通第一(或第二)射频路径并关闭第二(或第一)射频路径。
当埠RF1开启及埠RF2关闭时，RF切换器300的操作如下：如果想要一射频信号通过第一射频路径在共同埠RFC和埠RF1之间传递，则施加一高电平控制信号SW以开启开关M1(即可让交流信号通过)，并施加相同的控制信号SW以关闭开关M2(即可让交流信号无法通过)，其中开关M2是P型传导样态，所以开关M2可根据高电平的控制信号SW而关闭。
实质上施加控制信号SW至开关M1的栅极105(1)及开关M2的栅极105(2)时，第一分流路径和第二分流路径也同时被控制。具体来说，施加高电平的控制信号SW至开关M3的栅极105(3)，以关闭开关M3和第一分流路径；并施加高电平的控制信号SW至开关M4的栅极105(4)，以开启开关M4和导通第二分流路径。
当埠RF1关闭及埠RF2开启时，RF切换器300的操作如下：如果想要一射频信号通过共同埠RFC和埠RF2之间的第二射频路径传递，则施加一低电平的控制信号SW以关闭M1(即可让交流信号无法通过)，并施加相同的控制信号SW以开启开关M2(即可让交流信号通过)。
施加控制信号SW至开关M1及开关M2的栅极时，第一分流路径和第二分流路径也同时被控制。即同样的低电平控制信号SW施加在开关M3的栅极105(3)，以开启开关M3和导通第一分流路径；以及同样的控制信号SW是施加在开关M4的栅极105(4)，以关闭M4和第二分流路径。
图3实施例的优点：
值得注意的是，图3的RF切换器300仅需一个控制信号SW，以操作每一个开关。即仅需一个内部或外部来源产生的控制信号，以操作此切换器。
图4是本发明实施例4的RF切换器400示意图。如图4所示，开关M1和开关M2为互补的传导样态，其中开关M1是N型传导样态和开关M2是P型传导样态(如同图3的实施例一样)。而开关M3是N型传导样态和开关M4是P型传导样态。
当埠RF1开启及埠RF2关闭时，RF切换器400的操作如下：如果想要一射频信号通过第一射频路径在共同埠RFC和埠RF1之间传递，则施加一高电平控制信号SW以开启开关M1(即可让交流信号通过)，并施加相同的控制信号SW以关闭开关M2(即可让交流信号无法通过)，其中因为开关M2具有P型传导样态，所以开关M2可根据高电平控制信号SW而关闭。
实质上，分别施加控制信号SW至开关M1的栅极105(1)及控制信号SW至开关M2的栅极105(2)时，第一分流路径和第二分流路径也同时被控制。具体来说，施加一低电平控制信号SWB至开关M3的栅极105(3)，以关闭开关M3和第一分流路径；并施加相同的控制信号SWB至开关M4的栅极105(4)，以开启开关M4和导通第二分流路径。
当埠RF1关闭及埠RF2开启时，RF切换器400的操作如下：如果想要一射频信号通过共同埠RFC和埠RF2之间的第二射频路径传递，则施加一低电平控制信号SW以关闭M1(即可让交流信号无法通过)，并施加相同的控制信号SW以开启开关M2(即可让交流信号通过)。
施加控制信号SW至开关M1及开关M2的栅极时，第一分流路径和第二分流路径也同时被控制。即一高电平控制信号SWB施加在开关M3的栅极105(3)，以开启开关M3和导通第一分流路径；以及同样的控制信号SWB施加在开关M4的栅极105(4)，以关闭开关M4和第二分流路径。
图4实施例的优点：
值得注意的是，图4的切换器400是利用一个相同的控制信号控制第一射频路径和第二射频路径，而另一个相同的控制信号控制第一分流路径和第二分流路径。上述特征可在一特定的RF切换器设计中用以简化控制信号的绕线。
上述实施例中的任何一个开关都可被多个互相串联(通常为相同传导样态)的开关组件，或可被称为“堆栈”组态的开关组件，所取代。图5是开关M1'-M4'的示意图，亦即开关M1-M4的堆栈样貌。
另外，在本发明的实施例中，同一时间仅描述一个射频路径被导通。RF切换器中的二个射频路径亦可同时被导通或不导通。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种互补式开关射频切换器，包含：
一共同埠；
一第一埠；
一第二埠；
一第一射频路径，存在于该共同埠和该第一埠之间；
一第二射频路径，存在于该共同埠和该第二埠之间；
一第一分流路径，存在于该第一射频路径和一地端之间；
一第二分流路径，存在于该第二射频路径和该地端之间；及
该射频切换器的特征在于还包含：
四个开关，分别设置在该第一射频路径、该第二射频路径、该第一分流路径和该第二分流路径中，用以在一预定时间控制该第一射频路径、该第二射频路径、该第一分流路径和该第二分流路径导通或不导通；
其中设置在该第一射频路径和该第二射频路径的开关具有一第一传导样态，以及设置在该第一分流路径和该第二分流路径的开关具有一第二传导样态，其中该第一传导样态和该第二传导样态不同。
2.如权利要求1所述的互补式开关射频切换器，其特征在于，该第一传导样态是N型，该第二传导样态是P型。
3.如权利要求1所述的互补式开关射频切换器，其特征在于，该第一传导样态是P型，该第二传导样态是N型。
4.如权利要求1所述的互补式开关射频切换器，其特征在于，该第一射频路径和该第一分流路径的开关的控制端是用以接收一第一控制信号，该第二射频路径和该第二分流路径的开关的控制端是用以接收一第二控制信号，其中该第二控制信号不同于该第一控制信号。
5.一种互补式开关射频切换器，包含：
一共同埠；
一第一埠；
一第二埠；
一第一射频路径，存在于该共同埠和该第一埠之间；
一第二射频路径，存在于该共同埠和该第二埠之间；
一第一分流路径，存在于该第一射频路径和一地端之间；
一第二分流路径，存在于该第二射频路径和该地端之间；
该射频切换器的特征在于还包含：
四个开关，分别设置在该第一射频路径、该第二射频路径、该第一分流路径和该第二分流路径，用以在一预定时间控制该第一射频路径、该第二射频路径、该第一分流路径和该第二分流路径导通或不导通；
其中设置在该第一射频路径和该第二射频路径的开关具有互补的传导样态，设置在该第一射频路径和该第一分流路径的开关具有互补的传导样态，以及设置在该第二射频路径和该第二分流路径的开关具有互补的传导样态。
6.如权利要求5所述的互补式开关射频切换器，其特征在于，多个开关组件用以作为一单一开关，分别设置在该第一射频路径、该第二射频路径、该第一分流路径和该第二分流路径。
7.如权利要求5所述的互补式开关射频切换器，其特征在于，该第一射频路径、该第二射频路径、该第一分流路径和该第二分流路径的开关的控制端是用以接收一相同的控制信号。
8.如权利要求5所述的互补式开关射频切换器，其特征在于，在该第一射频路径和该第二分流路径的开关具有一第一传导样态，以及在该第二射频路径和该第一分流路径的开关具有一第二传导样态，其中该第一传导样态和该第二传导样态不同。
9.一种互补式开关射频切换器，包含：
一共同埠；
一第一埠；
一第二埠；
一第一射频路径，存在于该共同埠和该第一埠之间；
一第二射频路径，存在于该共同埠和该第二埠之间；
一第一分流路径，存在于该第一射频路径和一地端之间；
一第二分流路径，存在于该第二射频路径和该地端之间；
该射频切换器的特征在于还包含：
四个开关，分别设置在该第一射频路径、该第二射频路径、该第一分流路径和该第二分流路径，用以在一预定时间控制该第一射频路径、该第二射频路径、该第一分流路径和该第二分流路径导通或不导通；
其中设置在该第一射频路径和该第二射频路径的开关具有互补的传导样态，设置在该第一射频路径和该第一分流路径的开关具有一第一传导样态，以及设置在该第二射频路径和该第二分流路径的开关具有一第二传导样态，其中该第一传导样态和该第二传导样态不同。
10.如权利要求9所述的互补式开关射频切换器，其特征在于，在该第一射频路径和该第二射频路径的开关的控制端是用以接收一相同的第一控制信号，以及在该第一分流路径和该第二分流路径的开关的控制端是用以接收一相同的第二控制信号，其中该第一控制信号和该第二控制信号不同。
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