CN117674893B - 一种具有断电保护功能的单刀双掷开关电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信技术及射频开关领域，具体涉及一种具有断电保护功能的单刀双掷开关电路，该开关电路包括：当供电端的电压为零伏，即开关供电端断电失效时，不论电压控制端提供的电压为零，还是不为零，第一滤波模块均能使射频信号顺利从射频信号发射端传输到射频信号公共端，第二滤波模块则阻碍射频信号从射频信号公共端传输到射频信号接收端。即现有技术中，当开关供电端失效时，则射频信号发射端无法向射频信号公共端传输信号，射频开关不能正常工作，而本申请即使在供电失效情况下，依旧能够实现发射通路仍可正常工作。

Description

一种具有断电保护功能的单刀双掷开关电路

技术领域

本发明涉及通信技术及射频开关领域，具体而言，涉及一种具有断电保护功能的单刀双掷开关电路。

背景技术

射频开关是一种控制射频信号通断以及选择传输通道的电路，是射频前端模块中的重要器件，在众多商用领域均有广泛应用，如：蜂窝通讯、点对点通信***、手持设备、雷达***、自动测试设备、汽车远程通信等。现有技术中，当开关由于外部环境影响导致开关供电失效时，整个射频前端模块将不能进行正常工作，从而会影响信号的传输。

因此，研究具有断电保护功能的单刀双掷开关具有十分重要的价值和意义。

发明内容

本发明实施例提供了一种具有断电保护功能的单刀双掷开关电路，以至少解决当开关供电失效时，整个射频前端模块将不能进行正常工作的技术问题。

根据本发明的一实施例，提供了一种具有断电保护功能的单刀双掷开关电路，包括：

射频信号发射端，用于发出或传输射频信号至射频信号公共端；

射频信号接收端，与所述射频信号公共端连接，用于接收所述射频信号公共端发出的所述射频信号；

第一滤波模块，一端与所述射频信号发射端连接，另一端与所述射频信号公共端、第二滤波模块连接，所述第一滤波模块接地；

所述第二滤波模块一端与所述第一滤波模块、所述射频信号公共端连接，另一端与所述射频信号接收端连接，所述第二滤波模块接地；

供电端，分别与所述第一滤波模块及所述第二滤波模块连接，用于为所述开关电路提供电压；

电压控制端，分别与所述第一滤波模块及所述第二滤波模块连接，用于控制所述第一滤波模块及所述第二滤波模块的电压；

所述射频信号公共端，分别与所述第一滤波模块及所述第二滤波模块连接，用于所述射频信号的传输；

当所述供电端的电压不为零时，所述供电端正常供电，所述射频信号发射端能够通过所述第一滤波模块向所述射频信号公共端传输所述射频信号，且所述射频信号公共端能够通过所述第二滤波模块向所述射频信号接收端传输所述射频信号；

当所述供电端的电压为零时，所述射频信号发射端传输所述射频信号通过所述第一滤波模块到所述射频信号公共端；所述第二滤波模块阻碍所述射频信号从所述射频信号公共端传输到射频信号接收端。

本发明实施例中的有益效果为：当供电端的电压为零伏，即开关供电端失效时，不论电压控制端提供的电压为零，还是不为零，第一滤波模块均能使射频信号顺利从射频信号发射端传输到射频信号公共端，第二滤波模块则阻碍射频信号从射频信号公共端传输到射频信号接收端。即现有技术中，当开关供电端失效时，则射频信号发射端无法向射频信号公共端传输信号，射频开关不能正常工作，而本申请即使在供电失效情况下，依旧能够实现发射通路正常工作。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明开关电路的原理图

图2为本发明开关电路的电路结构示意图；

图3为本发明晶体管导通时等效电路图；

图4为本发明晶体管关断时等效电路图。

附图标记：

TX-射频信号发射端、RX-射频信号接收端、Vdd-供电端、Vctl-电压控制端、RFC-射频信号公共端、1-第一滤波模块、2-第二滤波模块；

M1-第一晶体管、M2第二晶体管、L1第一电感、L2第二电感、C1-第一电容、C2-第二电容、C3-第三电容、C4-第四电容、C5-第五电容、C6-第六电容、R1-第一电阻、R2-第二电阻、R3-第三电阻、R4-第四电阻。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本发明一实施例，提供了一种具有断电保护功能的单刀双掷开关电路，参见图1，开关电路包括：

射频信号发射端TX，用于发出或传输射频信号至射频信号公共端RFC；

射频信号接收端RX，与射频信号公共端RFC连接，用于接收射频信号公共端RFC发出的射频信号；

第一滤波模块1，一端与射频信号发射端TX连接，另一端与射频信号公共端RFC、第二滤波模块2连接，第一滤波模块1接地；

第二滤波模块2一端分别与第一滤波模块1、射频信号公共端RFC连接，另一端与射频信号接收端RX连接，第二滤波模块2接地；

供电端Vdd，分别与第一滤波模块1及第二滤波模块2连接，用于为开关电路提供电压；

电压控制端Vctl，分别与第一滤波模块1及第二滤波模块2连接，用于控制第一滤波模块1及第二滤波模块2的电压；

射频信号公共端RFC，分别与第一滤波模块1及第二滤波模块2连接，用于射频信号的传输；

当供电端Vdd的电压不为零时，供电端Vdd正常供电，射频信号发射端TX能够通过第一滤波模块1向射频信号公共端RFC传输射频信号，且射频信号公共端RFC能够通过第二滤波模块2向射频信号接收端RX传输射频信号；

当供电端Vdd的电压为零时，射频信号发射端TX传输射频信号通过第一滤波模块1到射频信号公共端RFC；第二滤波模块2阻碍射频信号从射频信号公共端RFC传输到射频信号接收端RX。

具体地，在射频开关供电端Vdd正常供电且射频信号公共端RFC至射频信号发射端TX导通时，射频信号能够实现从射频信号发射端TX到射频信号公共端RFC传输。在射频开关供电端Vdd正常供电且射频信号公共端RFC至射频信号接收端RX导通时，射频信号能够实现从射频信号公共端RFC到射频信号接收端RX传输。在射频开关供电端Vdd失效时，射频信号仍能实现从射频信号发射端TX到射频信号公共端RFC传输。

本申请当供电端Vdd的电压为零伏，即开关供电端Vdd失效时，不论电压控制端Vctl提供的电压为零，还是不为零，第一滤波模块1均能使射频信号顺利从射频信号发射端TX传输到射频信号公共端RFC，第二滤波模块2则阻碍射频信号从射频信号公共端RFC传输到射频信号接收端RX。即现有技术中，当开关供电端Vdd失效时，则射频信号发射端TX无法向射频信号接收端RX传输信号，而本申请即使在供电失效情况下，依旧能够实现发射通路仍可正常工作。

具体地，在射频开关供电端Vdd正常供电且射频信号公共端RFC至射频信号发射端TX导通时，射频信号能够实现从射频信号发射端TX到射频信号公共端RFC传输。在射频开关供电端Vdd正常供电且射频信号公共端RFC至射频信号接收端RX导通时，射频信号能够实现从射频信号公共端RFC到射频信号接收端RX传输。在射频开关供电端Vdd失效时，射频信号仍能实现从射频信号发射端TX到射频信号公共端RFC传输。

在一些实施方式中，参考图1及图2，第一滤波模块1包括：第一电感L1、第一电容C1、第一电阻R1、第三电阻R3及第一晶体管M1；第一晶体管M1的栅极通过第一电阻R1与电压控制端Vctl连接，第一晶体管M1的源极通过第五电容C5与射频信号发射端TX连接，第一晶体管M1的漏极通过第四电容C4与射频信号公共端RFC连接，第一晶体管M1的漏极通过第三电阻R3分别与供电端Vdd及第二滤波模块2连接，且第一晶体管M1的漏极通过第一电容C1接地；

第一电容C1的一端接地，第一电容C1的另一端与第一晶体管M1的漏极连接；

第一电感L1的一端连接于第一晶体管M1的源极并与第五电容C5连接，第一电感L1的另一端连接于第一电容C1的远离接地一端。

第二滤波模块2包括第二晶体管M2、第二电感L2、第二电容C2、第三电容C3及第二电阻R2及第四电阻R4；

第二晶体管M2的栅极通过第二电阻R2与电压控制端Vctl连接，第二晶体管M2的源极通过第六电容C6与射频信号接收端RX连接，第二晶体管M2的漏极通过第四电阻R4分别与供电端Vdd及第一滤波模块1连接，且第二晶体管M2的漏极通过第二电容C2接地；

第二电感L2的一端通过第四电容C4与射频信号公共端RFC连接，第二电感L2的另一端连接于第二晶体管M2的源极；

第二电容C2的一端与第二晶体管M2的漏极连接，第二电容C2的另一端接地；

第三电容C3的一端连接于第二晶体管M2的源极，第三电容C3的另一端接地。

具体地，本发明使用的第一晶体管M1和第二晶体管M2为耗尽型晶体管，其夹断电压Vp为负值，晶体管的通断由两晶体管的栅源电压Vgs决定。当Vgs>Vp时，则晶体管导通；当Vgs≤Vp时，晶体管关断。

例如，当供电端Vdd的电压为5V，电压控制端Vctl的电压为5V时，则第一晶体管M1和第二晶体管M2的栅源电压Vgs均为正值，第一晶体管M1和第二晶体管M2正向导通，第一电感L1、第一电容C4以及第一晶体管M1导通时等效电路(如图3所示)构成带通滤波网络，使射频信号顺利从射频信号发射端TX传输到射频信号公共端RFC，此时第一滤波模块为带通滤波网络。第二电感L2、第二电容C2、第三电容C3以及第二晶体管M2导通时等效电路构成滤波网络，阻碍射频信号从射频信号公共端RFC传输到射频信号接收端RX，此时第二滤波模块为滤波网络。

当供电端Vdd电压为5V，控制端电压Vctl为0V时，第一晶体管M1和第二M2的栅源电压为-5V，远小于夹断电压Vp，第一晶体管M1和第二晶体管M2关断，第二电感L2、第二电容C2、第三电容C3以及第二晶体管M2关断时等效电路(如图4所示)构成带通滤波网络(第二滤波模块)，使射频信号顺利从射频信号公共端RFC传输到射频信号接收端RX，第一电感L1、第一电容C1以及第一晶体管M1关断时等效电路构成滤波网络(第一滤波模块1)，阻碍射频信号从射频信号发射端TX传输到射频信号公共端RFC。

当供电端Vdd的电压为0V，即开关供电端Vdd失效时，不论电压控制端Vctl的电压为0V还是5V，第一晶体管M1和第二晶体管M2的栅源电压Vgs为正值，第一晶体管M1和第二晶体管M2正向导通，第一电感L1、第一电容C1以及第一晶体管M1导通时等效电路构成带通滤波网络(第一滤波模块1)，使射频信号顺利从射频信号发射端TX传输到射频信号公共端RFC，第二电感L2、第二电容C2、第三电容C3以及第二晶体管M2导通时等效电路构成滤波网络(第二滤波模块)，阻碍射频信号从射频信号公共端RFC传输到射频信号接收端RX即在供电失效情况下，发射通路仍可正常工作。

具体地，第四电容C4的一端与射频信号公共端RFC连接，第四电容C4的另一端与第一晶体管M1的漏极连接，且第四电容C4的另一端还通过第二电感L2与第二晶体管M2的源极连接。第五电容C5的一端与射频信号发射端TX连接，第五电容C5的另一端与第一晶体管M1的源极连接。第六电容C6的一端与射频信号接收端RX连接，第六电容C6的另一端与第二晶体管M2管源极连接。

具体地，第一电阻R1的一端与电压控制端Vctl，第一电阻R1的另一端与第一晶体管M1的栅极连接。第二电阻R2的一端连接于电压控制端Vctl，第二电阻R2的另一端与第二晶体管M2的栅极连接。第三电阻R3的一端与第一晶体管M1的漏极连接，第三电阻R3的另一端连接于供电端Vdd。第四电阻R4的一端与供电端Vdd连接，第四电阻R4的另一端与第二晶体管M2的漏极连接。

具体地，开关电路包括第一晶体管M1、第二晶体管M2、偏置电阻R1～R4(包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3及第四电阻R4)、电容C1～C6(包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5及第六电容C6)，第一电感L1和第二电感L2。

其中，第一晶体管M1和第二晶体管M2作为开关，控制射频开关的工作状态。

第一晶体管M1的漏极与第三电阻R3、第四电容C4、第一电容C1以及第一电感L1连接，第四电容C4的另一端与射频信号公共端RFC连接，第一电容C1的另一端接地。第一晶体管M1的源极与第五电容C5、第一电感L1的另一端连接，第五电容C5的另一端与射频信号发射端TX连接。第一晶体管M1的栅极与第一电阻R1连接。

第二晶体管M2的漏极与第四电阻R4、第二电容C2连接，第二电容C2的另一端接地。第二晶体管M2的源极与第三电容C3、第二电感L2以及第六电容C6连接；第六电容C6的另一端与射频信号接收端RX连接，第三电容C3的另一端接地，第二电感L2的另一端与第四电容C4连接。第二晶体管M2的栅极与第二电阻R2连接。第一电阻R1的另一端和第二电阻R2的另一端与控制端Vctl连接。第三电阻R3的另一端和第四电阻R4的另一端和与供电端Vdd连接。

偏置电阻R1～R4，用来提供直流和射频间的隔离，防止射频信号泄露。隔直(DCBlock)电容C4～C6，用来提供直流和射频间的隔离，同时确保第一晶体管M1和第二晶体管M2的直流电压工作在合适的范围内，以实现晶体管的正常开关。电容C1～C3以及第一电感L1和第二电感L2，用来在开关选通射频信号接收端RX支路或射频信号发射端TX支路时起到滤波和匹配作用

本申请在射频开关供电端Vdd正常供电且射频信号公共端RFC至射频信号发射端TX导通时，射频信号能够实现从射频信号发射端TX到射频信号公共端RFC传输。在射频开关供电端Vdd正常供电且射频信号公共端RFC至射频信号接收端RX导通时，射频信号能够实现从射频信号公共端RFC到射频信号接收端RX传输。本申请在射频开关供电端Vdd失效时，射频信号仍能实现从射频信号发射端TX到射频信号公共端RFC传输。以解决当前当开关供电失效时，整个射频前端模块将不能进行正常工作的问题。

与传统的单刀双掷开关相比，本申请的射频开关电路利用晶体管导通和关闭等效电路与电容、电感结合组成滤波结构，实现在正常供电下收发通路正常切换，在供电失效情况下，发射通路仍可正常工作。本申请的开关电路结构简单，性能稳定，集成度高。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。凡只要是在实施例所述在射频发射或接收支路上增加电容和电感，起到滤波和匹配作用的，或在供电失效状态下，实现接收通路正常工作的，或运用此技术实现具有断电保护功能的单刀三掷开关、单刀四掷开关、单刀N掷开关(N≥5)的，均视为本发明的应用延伸。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种具有断电保护功能的单刀双掷开关电路，其特征在于，所述开关电路包括：

射频信号发射端，用于发出或传输射频信号至射频信号公共端；

射频信号接收端，与所述射频信号公共端连接，用于接收所述射频信号公共端发出的所述射频信号；

第一滤波模块，一端与所述射频信号发射端连接，另一端与所述射频信号公共端、第二滤波模块连接，所述第一滤波模块接地；

所述第二滤波模块一端与所述第一滤波模块、所述射频信号公共端连接，另一端与所述射频信号接收端连接，所述第二滤波模块接地；

供电端，分别与所述第一滤波模块及所述第二滤波模块连接，用于为所述第一滤波模块及所述第二滤波模块提供电压；

电压控制端，分别与所述第一滤波模块及所述第二滤波模块连接，用于控制所述第一滤波模块及所述第二滤波模块的电压；

所述射频信号公共端，分别与所述第一滤波模块及所述第二滤波模块连接，用于所述射频信号的传输；

当所述供电端的电压不为零时，所述供电端正常供电，所述射频信号发射端能够通过所述第一滤波模块向所述射频信号公共端传输所述射频信号，且所述射频信号公共端能够通过所述第二滤波模块向所述射频信号接收端传输所述射频信号；

当所述供电端的电压为零时，所述射频信号发射端传输所述射频信号通过所述第一滤波模块到所述射频信号公共端；所述第二滤波模块阻碍所述射频信号从所述射频信号公共端传输到射频信号接收端；

所述第一滤波模块包括第一电感、第一电容、第一电阻、第三电阻及第一晶体管；

所述第一晶体管的栅极通过所述第一电阻与所述电压控制端连接，所述第一晶体管的源极通过第五电容与所述射频信号发射端连接，所述第一晶体管的漏极通过第四电容与所述射频信号公共端连接，所述第一晶体管的漏极通过所述第三电阻分别与所述供电端及所述第二滤波模块连接，且所述第一晶体管的漏极通过所述第一电容接地；

所述第一电容的一端接地，所述第一电容的另一端与所述第一晶体管的漏极连接；

所述第一电感的一端连接于所述第一晶体管的源极并与所述第五电容连接，所述第一电感的另一端连接于所述第一电容的远离接地一端；

所述第二滤波模块包括第二晶体管、第二电感、第二电容、第三电容、第二电阻及第四电阻；

所述第二晶体管的栅极通过所述第二电阻与所述电压控制端连接，所述第二晶体管的源极通过第六电容与所述射频信号接收端连接，所述第二晶体管的漏极通过所述第四电阻分别与所述供电端及所述第一滤波模块连接，且所述第二晶体管的漏极通过所述第二电容接地；

所述第二电感的一端连通过所述第四电容与所述射频信号公共端连接，所述第二电感的另一端连接于所述第二晶体管的源极；

所述第二电容的一端与所述第二晶体管的漏极连接，所述第二电容的另一端接地；

所述第三电容的一端连接于所述第二晶体管的源极，所述第三电容的另一端接地。

2.根据权利要求1所述的具有断电保护功能的单刀双掷开关电路，其特征在于，所述第四电容的一端与所述射频信号公共端连接，所述第四电容的另一端分别与所述第一晶体管的漏极及所述第二电感远离所述第二晶体管的一端连接。

3.根据权利要求2所述的具有断电保护功能的单刀双掷开关电路，其特征在于，所述第五电容的一端与所述射频信号发射端连接，所述第五电容的另一端与所述第一晶体管的源极连接。

4.根据权利要求3所述的具有断电保护功能的单刀双掷开关电路，其特征在于，所述第六电容的一端与所述射频信号接收端连接，所述第六电容的另一端与第二晶体管管源极连接。

5.根据权利要求4所述的具有断电保护功能的单刀双掷开关电路，其特征在于，所述第一电阻的一端与所述电压控制端连接，所述第一电阻的另一端与所述第一晶体管的栅极连接。

6.根据权利要求5所述的具有断电保护功能的单刀双掷开关电路，其特征在于，所述第二电阻的一端连接于所述电压控制端，所述第二电阻的另一端与所述第二晶体管的栅极连接。

7.根据权利要求6所述的具有断电保护功能的单刀双掷开关电路，其特征在于，所述第三电阻的一端与所述第一晶体管的漏极连接，所述第三电阻的另一端连接于所述供电端。

8.根据权利要求7所述的具有断电保护功能的单刀双掷开关电路，其特征在于，所述第四电阻的一端与所述供电端连接，所述第四电阻的另一端与所述第二晶体管的漏极连接。