TWI639308B - 射頻開關電路 - Google Patents

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Abstract

一種射頻開關電路包含第一二極體、第二二極體、第一電感、第二電感、第一電容和一第二電容。第一二極體的陰極端用於接收第一參考電壓。第二二極體的陰極端用於接收第一參考電壓。第一電感的第一端耦接於第一二極體的陽極端，第一電感的第二端用於接收第一控制電壓。第二電感的第一端耦接於第二二極體的陽極端，第二電感的第二端用於接收第二控制電壓。第一電容耦接於第一電感的第一端。第二電容耦接於第二電感的第一端。其中，當第一控制電壓小於第一參考電壓時，第一二極體處於關斷狀態，當第二控制電壓小於第一參考電壓時，第二二極體處於關斷狀態。

Description

射頻開關電路
本揭示文件有關一種開關電路，尤指一種可用於切換射頻信號的射頻開關電路。
現今的通訊相關電路中常常搭配射頻開關晶片，以在不同頻段的信號之間切換，或是於信號接收和發射端之間切換。然而，現今的射頻開關晶片無法有效降低其內部元件產生的諧波信號的強度，且各家產品的尺寸不同，無法互相替代。
第1圖為習知的一射頻開關晶片100簡化後的功能方塊圖。射頻開關晶片100包含一第一開關110、一第二開關120、一第三開關130、一第四開關140、一控制電路150、一封裝外殼160、一第一信號接腳RF1、一第二信號接腳RF2和一共同接腳RFC，且可用於切換射頻(Radio frequency)信號的傳遞路徑。例如，控制電路150在外部電壓V1為高電壓準位時，會將第一開關110和第四開關140切換為導通狀態，並將第二開關120和第三開關130切換為關斷狀態。如此一來，射頻信號便只能經由第一開關110，於 第一信號接腳RF1和共同接腳RFC之間傳遞。另一方面，當外部電壓V1為低電壓準位時，控制電路150會將第一開關110和第四開關140切換為關斷狀態，並將第二開關120和第三開關130切換為導通狀態。如此一來，射頻信號便只能經由第二開關120，於第二信號接腳RF2和共同接腳RFC之間傳遞。
藉由上述的運作，積體電路100可達到切換射頻信號的傳遞路徑的功能。然而，由於封裝外殼160的限制，積體電路100的尺寸和形狀無法變更，使得周邊電路需遷就積體電路100進行設計。並且，積體電路100無法降低第一至第四開關110~140於關斷時的漏電流，使得積體電路100內部會產生強度相當可觀的諧波訊號。
有鑑於此，如何提供能有效抑制諧波信號，且能提高設計彈性的射頻開關電路，實為業界有待解決的問題。
射頻開關電路包含一第一二極體、一第二二極體、一第一電感、一第二電感、一第一電容和一第二電容。該第一二極體的一陰極端用於接收一第一參考電壓。該第二二極體的一陰極端用於接收該第一參考電壓。該第一電感的一第一端耦接於該第一二極體的一陽極端，該第一電感的一第二端用於接收一第一控制電壓。該第二電感的一第一端耦接於該第二二極體的一陽極端，該第二電感的一第二端用於 接收一第二控制電壓。第一電容耦接於該第一電感的該第一端。第二電容耦接於該第二電感的該第一端。其中，當該第一控制電壓小於該第一參考電壓時，該第一二極體處於關斷狀態，當該第二控制電壓小於該第一參考電壓時，該第二二極體處於關斷狀態。
種射頻開關電路包含一第一電晶體、一第二電晶體、一第一電感、一第二電感、一第一電容和一第二電容。該第一電晶體的一源極用於接收一第一參考電壓，該第一電晶體的一汲極耦接於該第一電晶體的一閘極。該第二電晶體的一源極用於接收該第一參考電壓，該第二電晶體的一汲極耦接於該第二電晶體的一閘極。該第一電感的一第一端耦接於該第一電晶體的該汲極，該第一電感的一第二端用於接收一第一控制電壓。該第二電感的一第一端耦接於該第二電晶體的該汲極，該第二電感的一第二端用於接收一第二控制電壓。第一電容耦接於該第一電感的該第一端。第二電容，耦接於該第二電感的該第一端。其中，當該第一控制電壓小於該第一參考電壓時，該第一電晶體處於關斷狀態，當該第二控制電壓小於該第一參考電壓時，該第二電晶體處於關斷狀態。
100‧‧‧射頻開關晶片
110‧‧‧第一開關
120‧‧‧第二開關
130‧‧‧第三開關
140‧‧‧第四開關
150‧‧‧控制電路
160‧‧‧封裝外殼
RF1‧‧‧第一信號接腳
RF2‧‧‧第二信號接腳
RFC‧‧‧共同接腳
V1‧‧‧外部電壓
200、400‧‧‧射頻開關電路
202‧‧‧第一二極體
204‧‧‧第二二極體
206‧‧‧第三二極體
208‧‧‧第四二極體
210‧‧‧第一電感
212‧‧‧第二電感
214‧‧‧第三電感
216‧‧‧第四電感
218‧‧‧第五電感
220‧‧‧第一電容
222‧‧‧第二電容
402‧‧‧第一電晶體
404‧‧‧第二電晶體
406‧‧‧第三電晶體
408‧‧‧第四電晶體
N1‧‧‧第一信號節點
N2‧‧‧第二信號節點
Nc‧‧‧共同節點
Vct1‧‧‧第一控制電壓
Vct2‧‧‧第二控制電壓
Vref1~Vref3‧‧‧第一參考電壓至第三參考電壓
Ven‧‧‧致能電壓準位
Vdis‧‧‧失能電壓準位
為讓揭示文件之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖為習知技術的射頻開關晶片簡化後的功能方塊 圖。
第2圖為依據本揭示文件一實施例的射頻開關電路簡化後的功能方塊圖。
第3圖為第2圖的射頻開關電路的一運作實施例簡化後的時序圖。
第4圖為依據本揭示文件另一實施例的射頻開關電路簡化後的功能方塊圖。
以下將配合相關圖式來說明本發明的實施例。在圖式中，相同的標號表示相同或類似的元件或方法流程。
為解決上述問題，本揭示文件提出一種射頻開關電路200。第2圖為依據本揭示文件一實施例的射頻開關電路200簡化後的功能方塊圖。如第2圖所示，射頻開關電路200具有一第一二極體202、一第二二極體204、一第三二極體206、一第四極體208、一第一電感210、一第二電感212、一第三電感214、一第四電感216、一第五電感218、一第一電容220、一第二電容222、一第一信號節點N1、一第二信號節點N2和一共同節點Nc。為使圖面簡潔而易於說明，射頻開關電路200中的其他元件與連接關係並未繪示於第2圖中。
第五電感218的一第一端耦接於第一二極體202和第二二極體204的陰極端，且第五電感218的一第二端用於接收一第一參考電壓Vref1。因此，第一二極體202 和第二二極體204的陰極端可透過第五電感218接收第一參考電壓Vref。
第一電感210的一第一端耦接於第一二極體202和第三二極體206的陽極端，且第一電感210的一第二端用於接收一第一控制電壓Vct1。因此，第一二極體202和第三二極體206的陽極端可透過第一電感210接收第一控制電壓Vct1。
第二電感212的一第一端耦接於第二二極體204和第四二極體208的陽極端，且第二電感212的一第二端用於接收一第二控制電壓Vct2。因此，第二二極體204和第四二極體208的陽極端可透過第二電感212接收第二控制電壓Vct2。
第三電感214的一第一端耦接於第三二極體206的一陰極端，且第三電感214的一第二端用於接收一第二參考電壓Vref2。因此，第三二極體206的陰極端可透過第三電感214接收第二參考電壓Vref2。
第四電感216的一第一端耦接於第四二極體208的一陰極端，且第四電感216的一第二端用於接收一第三參考電壓Vref3。因此，第四二極體208的陰極端可透過第四電感216接收第三參考電壓Vref3。
另外，第一電容220耦接於第三電感214的第一端和第一信號節點N1之間，第二電容222耦接於第四電感216的第一端和第二信號節點N2之間，而共同節點Nc耦接於第五電感218的第一端。其中，第一信號節點N1、第二信 號節點N2和共同節點Nc皆可用於接收射頻信號。
第3圖為第2圖的射頻開關電路200的一運作實施例簡化後的時序圖。如第3圖所示，第一控制電壓Vct1和第二控制電壓Vct2彼此互為反向的電壓信號，且第一控制電壓Vct1和第二控制電壓Vct2會於一致能電壓準位Ven(例如，5V)和一失能電壓準位Vdis(例如，-5V)之間切換。換言之，當第一控制電壓Vct1處於致能電壓準位Ven時，第二控制電壓Vct2會處於失能電壓準位Vdis，依此類推。
第一、第二和第三參考電壓Vref1、Vref2和Vref3為具有相同電壓準位的固定電壓(例如，0V)。其中，致能電壓準位Ven大於第一、第二和第三參考電壓Vref1、Vref2和Vref3的電壓準位，失能電壓準位Vdis則小於第一、第二和第三參考電壓Vref1、Vref2和Vref3的電壓準位。
請同時參考第2圖和第3圖，當第一控制電壓Vct1的大小等於致能電壓準位Ven時，第一二極體202和第三二極體206會處於順向偏壓的導通狀態。此時，第一信號節點N1和共同節點Nc之間會形成一第一信號路徑。具體而言，第一電感210、第三電感214和第五電感218對第一信號路徑上的直流信號而言具有低阻抗，但對於第一信號路徑上具有交流特性的射頻信號而言則具有高阻抗。第一電容220對第一信號路徑上的直流信號而言具有高阻抗，對於第一信號路徑上具有交流特性的射頻信號而言則具有低阻抗。因此，直流信號會於第一電感210、第三電感214、第 五電感218、第一二極體202和第三二極體206形成迴路之間傳遞。另一方面，具有交流特性的射頻信號則只會在第一電容220、第一信號節點N1和共同節點Nc形成的第一信號路徑之間傳遞。
此時，第二控制電壓Vct2的大小會等於失能電壓準位Vdis，使得第二二極體204和第四二極體208處於逆向偏壓的關斷狀態。因此，射頻信號會被第二二極體204和第四二極體208阻擋，而無法在第二信號節點N2和共同節點Nc之間傳遞。
另一方面，當第一控制電壓Vct1的大小等於失電壓準位Vdis時，第一二極體202和第三二極體206會處於逆向偏壓的關斷狀態。因此，射頻信號會被第一二極體202和第三二極體206阻擋，而無法在第一信號節點N1和共同節點Nc之間傳遞。
此時，第二控制電壓Vct2的大小會等於致能電壓準位Ven，使得第二二極體204和第四二極體208處於順向偏壓的導通狀態。此時，第二信號節點N2和共同節點Nc之間會形成一第二信號路徑。具體而言，第二電感212、第四電感216和第五電感218對第二信號路徑上的直流信號而言具有低阻抗，但對於第二信號路徑上具有交流特性的射頻信號而言則具有高阻抗。第二電容222對第二信號路徑上的直流信號而言具有高阻抗，對於第二信號路徑上具有交流特性的射頻信號而言則具有低阻抗。因此，直流信號會於第二電感212、第四電感216、第五電感218、第二二極體204 和第四二極體208形成迴路之間傳遞。具有交流特性的射頻信號則只會在第二電容222、第二信號節點N2和共同節點Nc形成的第二信號路徑之間傳遞。
換言之，當第一二極體202或第三二極體206處於關斷狀態時，第一控制電壓Vct1會小於第一參考電壓Vref1和第二參考電壓Vref2，進而可以降低第一二極體202和第三二極體206於關斷狀態時的漏電流。而當第二二極體204或第四二極體208處於關斷狀態時，第二控制電壓Vct2會小於第一參考電壓Vref1和第三參考電壓Vref3，進而可以降低第二二極體204和第四二極體208於關斷狀態時的漏電流。藉由降低第一至第四二極體202~208於關斷狀態時的漏電流，射頻開關電路200可以有效抑制因漏電流流經二極體而引起的諧波信號的強度。
實作上，第一、第二和第三參考電壓Vref1、Vref2和Vref3可以具有不同的電壓準位。
另外，第一控制電壓Vct1和第二控制電壓Vct2的致能電壓準位Ven可以不相同，第一控制電壓Vct1和第二控制電壓Vct2的失能電壓準位Vdis也可以不相同。
此外，在某些使用額外的諧波濾波電路，或是對諧波容忍度較高的實施例中，可以省略第三二極體206、第四二極體208、第三電感214和第四電感216。第4圖為依據本揭示文件另一實施例的射頻開關電路400簡化後的功能方塊圖。如第4圖所示，射頻開關電路400相似於射頻開關電路200，差異在於射頻開關電路400以第一電晶體 402、第二電晶體404、第三電晶體406和第四電晶體408分別取代射頻開關電路200中的第一二極體202、第二二極體204、第三二極體206和第四二極體208。其中，第一、第二、第三和第四電晶體402、404、406和408皆為二極體形式連接的電晶體。為使圖面簡潔而易於說明，射頻開關電路400中的其他元件與連接關係並未繪示於第4圖中。
具體而言，第一電感210的第一端耦接於第一電晶體402的閘極和汲極，以及耦接於第三電晶體406的閘極和汲極。第二電感212的第一端耦接於第二電晶體404的閘極和汲極，以及耦接於第四電晶體408的閘極和汲極。第三電感214的第一端耦接於第三電晶體406的源極和第一電容220之間。第四電感216的第一端耦接於第四電晶體408的源極和第二電容222之間。第五電感218的第一端則耦接於第一電晶體402和第二電晶體404的源極。
由於第一、第二、第三和第四電晶體402、404、406和408皆為N型(N-type)電晶體，所以射頻開關電路400可依據前述第3圖中的電壓波形進行運作。當第一控制電壓Vct1的大小等於致能電壓準位Ven時，第一電晶體402和第三電晶極體406會處於導通狀態。此時，第一信號節點N1和共同節點Nc之間會形成一第三信號路徑，且第三信號路徑對於交流信號而言具有低阻抗，但對於直流信號而言具有高阻抗而近似於斷路。因此，具有交流特性的射頻信號便得以在第一電容220、第一信號節點N1和共同節點Nc形成的第三信號路徑之間傳遞。
此時，第二控制電壓Vct2的大小會等於失能電壓準位Vdis，使得第二電晶體404和第四電晶體408處於關斷狀態。因此，射頻信號會被第二電晶體404和第四電晶體408阻擋，而無法在第二信號節點N2和共同節點Nc之間傳遞。
另一方面，當第一控制電壓Vct1的大小等於失電壓準位Vdis時，第一電晶體402和第三電晶體406會處於關斷狀態。因此，射頻信號會被第一電晶體402和第三電晶體406阻擋，而無法在第一信號節點N1和共同節點Nc之間傳遞。
此時，第二控制電壓Vct2的大小會等於致能電壓準位Ven，使得第二電晶體404和第四電晶體408處於導通狀態。此時，第二信號節點N2和共同節點Nc之間會形成一第四信號路徑，且第四信號路徑對於交流信號而言具有低阻抗，但對於直流信號而言具有高阻抗而近似於斷路。因此，具有交流特性的射頻信號便得以在第二電容222、第二信號節點N2和共同節點Nc形成的第四信號路徑之間傳遞。
射頻開關電路200中的許多運作方式和優點，同樣適用於射頻開關電路400，在此不再贅述。
實作上，亦可以使用P型(p-type)電晶體取代射頻開關電路200中的第一二極體202、第二二極體204、第三二極體206和第四二極體208。
例如，在某些實施例中，射頻開關電路包含四個P型電晶體。其中，兩個P型電晶體的閘極和汲極耦接於 第五電感218的第一端。另一個P型電晶體的閘極和汲極耦接於第三電感214的第一端。最後一個P型電晶體的閘極和汲極則耦接於第四電感216的第一端。
由上述內容可知，射頻開關電路200和400可以降低關閉的信號路徑上的漏電流。因此，可以降低因漏電流流經二極體或電晶體而引起的諧波信號的強度。
另外，射頻開關電路200和400無需使用經過封裝的積體電路，所以射頻開關電路200和400中的所有元件可於電路板上靈活配置，具有高應用彈性。
在說明書及申請專利範圍中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。然而，所屬技術領域中具有通常知識者應可理解，同樣的元件可能會用不同的名詞來稱呼。說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異做為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來做為區分的基準。在說明書及申請專利範圍所提及的「包含」為開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。另外，「耦接」在此包含任何直接及間接的連接手段。因此，若文中描述第一元件耦接於第二元件，則代表第一元件可通過電性連接或無線傳輸、光學傳輸等信號連接方式而直接地連接於第二元件，或者通過其他元件或連接手段間接地電性或信號連接至該第二元件。
以上僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明請求項所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。

Claims (8)

  1. 一種射頻開關電路，包含：一第一二極體，該第一二極體的一陰極端用於接收一第一參考電壓；一第二二極體，該第二二極體的一陰極端用於接收該第一參考電壓；一第一電感，該第一電感的一第一端耦接於該第一二極體的一陽極端，該第一電感的一第二端用於接收一第一控制電壓；一第二電感，該第二電感的一第一端耦接於該第二二極體的一陽極端，該第二電感的一第二端用於接收一第二控制電壓；一第一電容，耦接於該第一電感的該第一端；一第二電容，耦接於該第二電感的該第一端；其中，當該第一控制電壓小於該第一參考電壓時，該第一二極體處於關斷狀態，當該第二控制電壓小於該第一參考電壓時，該第二二極體處於關斷狀態；一第三二極體，該第三二極體的一陽極端耦接於該第一電感的該第一端；一第四二極體，該第四二極體的一陽極端耦接於該第二電感的該第一端；一第三電感，該第三電感的一第一端耦接於該第三二極體的一陰極端和該第一電容之間，該第三電感的一第二端用於接收一第二參考電壓；一第四電感，該第四電感的一第一端耦接於該第四二極體的一陰極端和該第二電容之間，該第四電感的一第二端用於接收一第三參考電壓；以及一第五電感，該第五電感的一第一端耦接於該第一二極體的該陰極端和該第二二極體的該陰極端，該第五電感的一第二端用於接收該第一參考電壓。
  2. 如請求項1的射頻開關電路，其中，當該第三二極體處於關斷狀態時，該第一控制電壓小於該第二參考電壓，當該第四二極體處於關斷狀態時，該第二控制電壓小於該第三參考電壓。
  3. 如請求項2的射頻開關電路，其中，當該第一二極體或該第三二極體處於關斷狀態時，該第一控制電壓小於該第一參考電壓和該第二參考電壓，當該第二二極體或該第四二極體處於關斷狀態時，該第二控制電壓小於該第一參考電壓和該第三參考電壓。
  4. 如請求項1的射頻開關電路，其中，當該第一二極體和該第三二極體處於導通狀態時，該第二二極體和該第四二極體會處於關斷狀態。
  5. 一種射頻開關電路，包含：一第一電晶體，該第一電晶體的一源極用於接收一第一參考電壓，該第一電晶體的一汲極耦接於該第一電晶體的一閘極；一第二電晶體，該第二電晶體的一源極用於接收該第一參考電壓，該第二電晶體的一汲極耦接於該第二電晶體的一閘極；一第一電感，該第一電感的一第一端耦接於該第一電晶體的該汲極，該第一電感的一第二端用於接收一第一控制電壓；一第二電感，該第二電感的一第一端耦接於該第二電晶體的該汲極，該第二電感的一第二端用於接收一第二控制電壓；一第一電容，耦接於該第一電感的該第一端；一第二電容，耦接於該第二電感的該第一端；其中，當該第一控制電壓小於該第一參考電壓時，該第一電晶體處於關斷狀態，當該第二控制電壓小於該第一參考電壓時，該第二電晶體處於關斷狀態；一第三電晶體，該第三電晶體的一汲極和該第三電晶體的一閘極耦接於該第一電感的該第一端；一第四電晶體，該第四電晶體的一汲極和該第四電晶體的一閘極耦接於該第二電感的該第一端；一第三電感，該第三電感的一第一端耦接於該第三電晶體的一源極和該第一電容之間，該第三電感的一第二端用於接收一第二參考電壓；一第四電感，該第四電感的一第一端耦接於該第四電晶體的一源極和該第二電容之間，該第四電感的一第二端用於接收一第三參考電壓；以及一第五電感，該第五電感的一第一端耦接於該第一電晶體的該源極和該第二電晶體的該源極，該第五電感的一第二端用於接收該第一參考電壓。
  6. 如請求項5的射頻開關電路，其中，當該第三電晶體處於關斷狀態時，該第一控制電壓小於該第二參考電壓，當該第四電晶體處於關斷狀態時，該第二控制電壓小於該第三參考電壓。
  7. 如請求項6的射頻開關電路，其中，當該第一電晶體或該第三電晶體處於關斷狀態時，該第一控制電壓小於該第一參考電壓和該第二參考電壓，當該第二電晶體或該第四電晶體處於關斷狀態時，該第二控制電壓小於該第一參考電壓和該第三參考電壓。
  8. 如請求項5的射頻開關電路，其中，當該第一電晶體和該第三電晶體處於導通狀態時，該第二電晶體和該第四電晶體會處於關斷狀態。
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