專(zhuān)利名稱(chēng)：射頻雙極單擲開(kāi)關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及射頻開(kāi)關(guān)，具體涉及微波/微米波段開(kāi)關(guān)。
背景技術(shù)：
許多應(yīng)用需要雙極單擲(DPST)開(kāi)關(guān)，它在施加特定控制信號(hào)時(shí)將兩個(gè)輸入之一引導(dǎo)到單個(gè)輸出。圖1示出了單脈沖型雷達(dá)接收器10，它是需要DPST開(kāi)關(guān)的一個(gè)應(yīng)用的一個(gè)示例。雷達(dá)接收器10包括第一和第二接收天線(xiàn)20、30，它們通過(guò)低噪音放大器(LNA)40、45而耦接到DPST開(kāi)關(guān)50的兩個(gè)輸入。DPST開(kāi)關(guān)50用于選擇兩個(gè)接收天線(xiàn)20、30之一，因此選擇兩個(gè)所接收信號(hào)之一。DPST開(kāi)關(guān)50的輸出耦接到混合器60、65，它們將所接收的信號(hào)分離為同相(I)和正交相位(Q)分量。
傳統(tǒng)上，工作在微波和微米波頻率的DPST開(kāi)關(guān)包括基于會(huì)是大和昂貴的二極管和傳輸線(xiàn)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。
因此，現(xiàn)在需要一種工作在微波和微米波頻率、但是尺寸小并且便宜的DPST開(kāi)關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)例證實(shí)施例包括一種開(kāi)關(guān)電路，包括對(duì)應(yīng)于第一輸入端口的第一電路部分、對(duì)應(yīng)于第二輸入端口的第二電路部分和輸出端口，其中，第一和第二電路部分的每個(gè)包括至少一個(gè)第一晶體管，用于提供分離信道的一部分；至少一個(gè)第二晶體管，用于提供傳輸信道的一部分；以及至少一個(gè)第三晶體管，用于提供用于選擇傳輸信道或分離信道的控制偏壓。
本發(fā)明的一個(gè)例證實(shí)施例也包括一種用于提供在一個(gè)開(kāi)關(guān)電路的至少兩個(gè)輸入和一個(gè)輸出之間的分離的方法，包括步驟提供用于包括至少一個(gè)第一差動(dòng)放大器對(duì)的所述至少兩個(gè)輸入的每個(gè)的第一信道，所述第一信道提供在所述開(kāi)關(guān)電路的所述至少兩個(gè)輸入和所述輸出之間的分離；提供用于包括至少一個(gè)第二差動(dòng)放大器對(duì)的所述至少兩個(gè)輸入的每個(gè)的第二信道，所述第二信道提供在所述電路的所述輸入和輸出之間的耦接；并且，提供控制偏壓，所述控制偏壓選擇相應(yīng)的第一信道或第二信道的所述至少兩個(gè)輸入之一。


圖1示出了傳統(tǒng)的單脈沖型雷達(dá)接收器。
圖2(a)示出了按照本發(fā)明的第一例證實(shí)施例的雙極單擲開(kāi)關(guān)。
圖2(b)更詳細(xì)地示出了圖2(a)的雙極單擲開(kāi)關(guān)。
圖3示出了被實(shí)現(xiàn)為集成電路的圖2的開(kāi)關(guān)電路。
圖4示出了圖3中所示的集成電路的放大視圖。
圖5(a)-5(i)是示出了對(duì)于在各種狀態(tài)中的圖2的開(kāi)關(guān)電路的頻率對(duì)分貝(dB)響應(yīng)的圖。
圖6示出了傳統(tǒng)的吉伯單元的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施例包括雙極單擲開(kāi)關(guān)(DPST)開(kāi)關(guān)，它可以被制造為集成電路(IC)。
用于在IC中將兩個(gè)信號(hào)相乘的一種傳統(tǒng)技術(shù)是通過(guò)使用吉伯單元。如本領(lǐng)域內(nèi)所公知，吉伯單元通常被實(shí)現(xiàn)為交叉耦合差動(dòng)放大器。圖6示出了一種例證的吉伯單元100，它包括第一差動(dòng)放大器對(duì)110(包括晶體管111，112)和第二差動(dòng)放大器對(duì)120(包括晶體管121，122)。晶體管111和121的集電極彼此耦接，并且耦接到吉伯單元100的引線(xiàn)“5”。類(lèi)似地，晶體管112和122的集電極彼此耦接，并且耦接到吉伯單元100的引線(xiàn)“6”。而且，晶體管111和122的基極彼此耦接，并且耦接到吉伯單元100的引線(xiàn)“8”，并且晶體管112和121的基極彼此耦接，并且耦接到吉伯單元的引線(xiàn)“7”。最后，第一差動(dòng)放大器對(duì)110的晶體管111、112的發(fā)射極耦接到第一偏置晶體管130的集電極，并且第二差動(dòng)放大器對(duì)120的晶體管121、122的發(fā)射極耦接到第二偏置晶體管140的集電極。在操作中，被施加到第一和第二偏置晶體管130、140(通過(guò)吉伯單元的引線(xiàn)“1”和“4”)的差分交流電偏置電壓控制被施加到吉伯單元的引線(xiàn)“6”和“7”之間的輸入射頻(RF)信號(hào)的幅度。如下面的附圖中所示和所述，本發(fā)明提出了吉伯單元的各種修改方式，以便它可以被用作DPST開(kāi)關(guān)，這與它傳統(tǒng)上被用作放大器相反。
圖2(a)示出了按照本發(fā)明的第一例證實(shí)施例的DPST開(kāi)關(guān)電路200。DPST開(kāi)關(guān)電路200包括第一輸入端口201、第二輸入端口202和第一輸出端口203。開(kāi)關(guān)電路200也包括對(duì)應(yīng)于第一輸入端口201的第一開(kāi)關(guān)部分205和對(duì)應(yīng)于第二輸入端口202的第二開(kāi)關(guān)部分206?？刂戚斎攵丝?07提供一個(gè)電壓信號(hào)，用于控制開(kāi)關(guān)部分205、206的哪個(gè)是有效的(即向輸出端口203發(fā)送它們的信號(hào))。
第一開(kāi)關(guān)部分205包括晶體管240、241’、245、247、250、252、254和256，第二開(kāi)關(guān)部分206包括晶體管241、240’、246、248、251、253、255和257。在操作中，向控制輸入端口207施加到控制電壓，以便被施加到晶體管240和240’(Q8，Q16)或晶體管241和241’(Q7，Q15)的基極的電壓大于由晶體管的熱擊穿電壓施加到另一組晶體管的電壓(例如0.7伏特)。例如，如果被施加到晶體管240、240’的電壓大于被施加到晶體管241、241’的電壓，則晶體管240、240’被偏置在“導(dǎo)通”，第一輸入端口201“看見(jiàn)”高輸入阻抗，因此，在第二輸入端口202的信號(hào)被發(fā)送到輸出端口203。類(lèi)似地，如果被施加到晶體管241、241’的電壓大于被施加到晶體管240、240’的電壓，則晶體管241、241’被偏置在“導(dǎo)通”，并且第二輸入端口202“看見(jiàn)”高輸入阻抗，因此在第一輸入端口201的信號(hào)被發(fā)送到輸出端口203。
在第一輸入端口201耦接到輸出端口203(例如晶體管240、240’被偏置在“接通”)的情況下，晶體管251和257(Q11，Q12)也被偏置在“導(dǎo)通”，并且晶體管246、248、253和255(Q9，Q10，Q13，Q14)被偏置在“截止”，以便第二部分206根本不安裝第一開(kāi)關(guān)部分205的輸出，并且從第一輸入端口201發(fā)送的所有信號(hào)將出現(xiàn)在輸出端口203。或者，在第二輸入端口202耦接到輸出端口203(例如晶體管241、241’被偏置在“導(dǎo)通”)的情況下，晶體管250和256(Q1，Q2)也被偏置在“導(dǎo)通”，并且晶體管245、247、252和254(Q3，Q4，Q5，Q6)被偏置在“截止”，以便第一部分205根本不安裝第二開(kāi)關(guān)部分206的輸出，并且從第二輸入端口202發(fā)送的所有信號(hào)將出現(xiàn)在輸出端口203。下面參照?qǐng)D2(b)來(lái)說(shuō)明開(kāi)關(guān)電路200的操作的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。
圖2(b)更詳細(xì)地示出了按照本發(fā)明的第一例證實(shí)施例的DPST開(kāi)關(guān)電路200。圖2(b)中示出的許多元件也被示出在圖2(a)中，并且相同的附圖標(biāo)號(hào)表示相同元件。如上所述，DPST開(kāi)關(guān)電路200包括第一輸入端口201、第二輸入端口202和第一輸出端口203。向在輸入201、202和輸出203之間耦接的晶體管開(kāi)關(guān)208的網(wǎng)絡(luò)(包括第一部分205和第二部分206)提供電源電壓Vdc。電感器210、211在輸入端口201、202和輸出端口203的直流電源電壓Vdc和交流電壓之間進(jìn)行隔離。類(lèi)似地，電容器215、216隔離來(lái)自輸出端口203的直流電壓。
按照本發(fā)明的第一例證實(shí)施例，將晶體管開(kāi)關(guān)208的網(wǎng)絡(luò)的一部分與上述吉伯單元類(lèi)似地布置。具體上，所述網(wǎng)絡(luò)包括偏置晶體管240、240’、241、241’(對(duì)應(yīng)于圖14所示的吉伯單元的偏置晶體管130、140)、內(nèi)部晶體管245、246(對(duì)應(yīng)于圖14所示的吉伯單元的晶體管112、121)和外部晶體管247、248(對(duì)應(yīng)于圖14所示的吉伯單元的晶體管111、122)。但是，不是將內(nèi)部晶體管245、246的基極彼此耦接，而是它們不耦接。而且，在“修改”的吉伯單元周?chē)峁┝硗獾木w管250-257。為了容易說(shuō)明，在圖2(b)中未示出用于晶體管240、240’、241、241’、245-248和250-257的每個(gè)的偏置電路。
偏置晶體管240和241’、241和240’將它們的發(fā)射極耦接在一起，并且耦接到電流源Idc。偏置晶體管240、240’的基極被饋送第一電壓源Vdc1，并且偏置晶體管241、241’的基極被饋送第二電壓源Vdc2。
可以注意到，開(kāi)關(guān)電路200的晶體管對(duì)250/256、245/247、246/248和251/257全部以“射地基地放大器”配置耦接(即發(fā)射極耦接)。晶體管的這種射地基地放大器耦接向輸入端口201和202的每個(gè)提供了高輸入阻抗。具體上，當(dāng)輸入端口201被施加到輸出端口203時(shí)，輸入端口202提供了高輸入阻抗，并且當(dāng)輸入端口202被應(yīng)用到輸出端口203時(shí)，輸入端口201提供了高輸入阻抗。所述高輸入阻抗防止任何一個(gè)不需要的端口(例如輸入端口201或202)安裝期望的信號(hào)路徑。晶體管對(duì)250/256、245/247、246/248和251/257的射地基地放大器配置對(duì)于在需要和不需要的信號(hào)之間的隔離有很小的影響或沒(méi)有影響。但是，它保證了所需要的信號(hào)被引導(dǎo)到輸出端口203，而不是到其他的輸入端口。
所述高輸入阻抗防止來(lái)自未選擇的輸入端口的外部信號(hào)被施加到開(kāi)關(guān)電路200。
兩個(gè)輸入端口201、202的每個(gè)耦接到網(wǎng)絡(luò)晶體管208的獨(dú)立部分。例如，輸入端口201耦接到包括晶體管240、241’、245、250、252、254和256的第一部分205，輸入端口202耦接到包括240’、241、246、248、251、253、255和257的第二部分206。這些第一和第二端口205、206的每個(gè)還包括“傳輸”信道和“隔離”信道。例如，第一部分205(對(duì)應(yīng)于輸入端口201)的“傳輸”信道包括晶體管245、247、252和254，并且“隔離”信道包括晶體管250和256。類(lèi)似地，第二部分206(對(duì)應(yīng)于輸入端口202)的“傳輸”信道包括晶體管246、248、253和255，并且“隔離”信道包括晶體管251和257。
在操作中，向輸入端口201和202施加信號(hào)，并且在端口201的輸入信號(hào)或在端口202的輸入信號(hào)在任何給定時(shí)間被發(fā)送到輸出端口203。選擇哪個(gè)輸入端口(例如201或202)來(lái)施加到輸出端口203伴隨向偏置晶體管240、240’、241和241’的基極施加不同的電壓。本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員明白，電壓源Vdc1和Vdc2直接地控制被施加到偏置晶體管240、240’、241和241’各自的基極的電壓。例如，如果偏置晶體管240和240’比偏置晶體管241和241’具有被施加到其的更大的電壓(比晶體管241和241’的大至少大約0.7伏特，它是偏置晶體管的熱擊穿電壓)，輸入端口201將耦接加到輸出端口203。類(lèi)似地，如果偏置晶體管241和241’比偏置晶體管241和241’具有被施加到其的更大的電壓(比晶體管241和241’的大至少大約0.7伏特)，則輸入端口202將耦接到輸出端口203。
圖3示出了單片實(shí)現(xiàn)的圖2的開(kāi)關(guān)電路200。圖4是更詳細(xì)地示出了輸入端口201、202和輸出端口203的單片實(shí)現(xiàn)的開(kāi)關(guān)電路200的一部分的放大視圖。
圖5(a)-5(i)是示出圖2的開(kāi)關(guān)電路200的以千兆赫(GHz)的頻率對(duì)分貝(dB)響應(yīng)的圖。具體上，圖5(a)、(e)和(i)分別示出了輸入端口201(端口1)、202(端口2)和輸出端口203(端口3)的輸入阻抗匹配曲線(xiàn)。剩余的附圖示出了在不同端口之間的開(kāi)關(guān)電路200的隔離曲線(xiàn)(例如圖5(b)示出了在輸入端口之一(端口2)和另一個(gè)輸入端口(端口1)之間的隔離曲線(xiàn))。本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到，在開(kāi)關(guān)電路200的端口201-203之間的隔離在工作頻率范圍中較為均勻。本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員可以注意到，所述開(kāi)關(guān)電路200總是匹配的(即，每個(gè)端口201-203的返回?fù)p耗與開(kāi)關(guān)的狀態(tài)無(wú)關(guān)地保持不變)。
雖然已經(jīng)以例證實(shí)施例說(shuō)明了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于此。而是，應(yīng)當(dāng)廣義地理解所附的權(quán)利要求包括本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的等同者的范圍的情況下建立的所述本發(fā)明的其他變化形式和實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種開(kāi)關(guān)電路，包括對(duì)應(yīng)于第一輸入端口的第一電路部分；對(duì)應(yīng)于第二輸入端口的第二電路部分；以及輸出端口，其中，第一和第二電路部分的每個(gè)包括至少一個(gè)第一晶體管，用于提供分離信道的一部分；至少一個(gè)第二晶體管，用于提供傳輸信道的一部分；以及，至少一個(gè)第三晶體管，用于提供用于選擇傳輸信道或分離信道的控制偏壓。
2.按照權(quán)利要求1的開(kāi)關(guān)電路，其中，所述電路被形成為一個(gè)集成電路。
3.按照權(quán)利要求1的開(kāi)關(guān)電路，其中，第一和第二電路部分的每個(gè)的至少一個(gè)第三晶體管提供控制偏壓，用于選擇第一和第二輸入端口的哪個(gè)耦接到輸出端口。
4.按照權(quán)利要求1的開(kāi)關(guān)電路，其中，所述至少一個(gè)第一晶體管包括兩個(gè)晶體管，并且所述至少一個(gè)第二晶體管包括兩個(gè)晶體管。
5.按照權(quán)利要求1的開(kāi)關(guān)電路，其中，所述至少一個(gè)第一晶體管包括三個(gè)晶體管，并且所述至少一個(gè)第二晶體管包括三個(gè)晶體管。
6.按照權(quán)利要求1的開(kāi)關(guān)電路，其中，所述至少一個(gè)第三晶體管包括兩個(gè)晶體管。
7.按照權(quán)利要求1的開(kāi)關(guān)電路，其中，所述至少一個(gè)第一晶體管和所述至少一個(gè)第二晶體管的相應(yīng)發(fā)射極彼此耦接。
8.按照權(quán)利要求7的開(kāi)關(guān)電路，其中，所述至少一個(gè)第一晶體管和所述至少一個(gè)第二晶體管的相應(yīng)發(fā)射極另外耦接到所述至少一個(gè)第三晶體管的集電極。
9.一種用于提供在開(kāi)關(guān)電路的至少兩個(gè)輸入和一個(gè)輸出之間的隔離的方法，包括步驟提供用于包括至少一個(gè)第一差動(dòng)放大器對(duì)的至少兩個(gè)輸入的每個(gè)的第一信道，所述第一信道提供了在所述開(kāi)關(guān)電路的所述至少兩個(gè)輸入和所述輸出之間的隔離；提供用于包括至少一個(gè)第二差動(dòng)放大器對(duì)的至少兩個(gè)輸入的每個(gè)的第二信道，所述第二信道提供了在所述電路的所述輸入和所述輸出之間的耦接；提供了控制偏壓，它用于選擇所述至少兩個(gè)輸入之一和相應(yīng)的第一信道或第二信道。
10.一種接收器裝置，包括至少一個(gè)天線(xiàn)；以及至少一個(gè)開(kāi)關(guān)，它耦接到所述天線(xiàn)，所述開(kāi)關(guān)包括對(duì)應(yīng)于第一輸入端口的第一電路部分、對(duì)應(yīng)于第二輸入端口的第二電路部分、和輸出端口，其中，第一和第二電路部分的每個(gè)包括至少一個(gè)第一晶體管，用于提供分離信道的一部分；至少一個(gè)第二晶體管，用于提供傳輸信道的一部分；以及，至少一個(gè)第三晶體管，用于提供用于選擇傳輸信道或分離信道的控制偏壓。
11.按照權(quán)利要求10的接收器裝置，其中，所述第一和第二電路部分的每個(gè)的至少一個(gè)第三晶體管提供了控制偏壓，用于選擇第一和第二輸入端口的哪個(gè)耦接到輸出端口。
全文摘要
一種雙極單擲(DPST)開(kāi)關(guān)電路，包括對(duì)應(yīng)于第一輸入端口的第一電路部分、對(duì)應(yīng)于第二輸入端口的第二電路部分和輸出端口，其中，第一和第二電路部分的每個(gè)包括至少一個(gè)第一晶體管，用于提供分離信道的一部分；至少一個(gè)第二晶體管，用于提供傳輸信道的一部分；以及至少一個(gè)第三晶體管，用于提供用于選擇傳輸信道或分離信道的控制偏壓。
文檔編號(hào)H01P1/10GK1853346SQ200480026431
公開(kāi)日2006年10月25日 申請(qǐng)日期2004年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月16日
發(fā)明者羅伯特·I·格雷沙姆 申請(qǐng)人:M/A-Com公司