CN100568731C - 一种单刀双掷开关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单刀双掷开关，包括：第一PIN管，第一输入端和第一控制端通过该第一PIN管与输出端相连；第二PIN管，第二输入端和第二控制端通过该第二PIN管与输出端相连；还包括：第三PIN管，电耦合在所述第一输入端和第二控制端之间；第四PIN管，电耦合在所述第二输入端和第一控制端之间；第五PIN管，所述第一输入端通过该第五PIN管与所述第一控制端相连；第六PIN管，所述第二输入端通过该第六PIN管与所述第二控制端相连；第一吸收电路，与所述第三PIN管的阳极相连；第二吸收电路，与所述第四PIN管的阳极相连。本发明结构简单，成本低，可靠性高，具有良好的回波损耗指标和隔离度指标。

Description

一种单刀双掷开关

技术领域

本发明涉及移动通信领域，尤其涉及一种单刀双掷开关。

背景技术

在射频电路中经常需要用开关对信号进行切换。按照信号通道形态划分，常用的开关类型有单刀单掷(Single-Pole Single-Throw，简称SPST)、单刀双掷(Single-Pole Double-Throw，简称SPDT)、双刀双掷(Double-PoleDouble-Throw，简称DPDT)等。PIN二极管由于具有良好的开关特性成为射频开关设计的良好选择。

PIN管是电流控制的可变电阻，当在PIN管两端加直流或低频信号时，其特性类似于一般二极管的I-V曲线，可作为整流元件使用，当正向偏置时，PIN管表现为一个小的直流电阻，这时I层称为穿通状态，在I层有一定的存储电荷Q，存储电荷量决定了器件正向导通串联电阻的大小。当零偏置时，I层耗尽变宽，PIN管表现为高阻状态。

当加在PIN管两端的信号频率逐渐升高，意味着信号周期缩短，信号变化速度加快，载流子复合时间跟不上信号周期的变化，因此PIN管的整流作用逐渐减弱，最后消失。从外特性来看，PIN管对射频信号的阻抗保持不变，这个阻抗大小跟I区存储电荷Q有关，即跟直流偏置信号的大小有关，反映为直流偏置可以控制PIN管射频阻抗的大小。

在正向偏置(控制信号为高电平)作用下，PIN管耗尽层变薄，对射频信号呈现低阻抗；在零偏置下(控制信号为低电平)，PIN管对射频信号有高的阻抗，这样通过改变PIN管偏置电压，可以起到控制射频信号通断的开关作用。

PIN开关的主要指标有插入损耗(开关接通时)、隔离度(开关切断时)、开关速度等指标等，对于SPDT开关，隔离度往往是较难实现的关键指标。

图1为现有技术SPDT开关结构示意图，如图1所示，第一输入端(input1)和第二输入端(input2)为SPDT开关两路射频信号的输入端口，第一控制端(control1)和第二控制端(control2)为SPDT开关两路控制信号的输入端口，该控制信号须具有一定的电流驱动能力；输出端(output)为SPDT开关射频信号的输出端口。

当第一控制端(control1)输入高电平、第二控制端(control2)输入低电平时，通过外接合适的直流偏置电路，使得与第一控制端(control1)直接相连的PIN管D1处于正向导通状态，D1工作电流处于某一特定值，此时PIN管D1对于第一输入端(input1)输入的信号相当于一个阻值很小的电阻，使得第一输入端(input1)的信号几乎完全通过PIN管D1至输出端(output)输出。由于第二控制端(control2)输入低电平，与第二控制端(control2)直接相连的PIN管D2处于零偏置截止状态，D2工作电流为0，此时PIN管D2对于第二输入端(input2)输入信号相当于一个阻值很大的电阻，对于第二输入端(input2)输入的射频信号起到隔离左右。因此SPDT开关选通第一输入端(input1)的信号，对第二输入端(input2)的信号隔离；此时输出端(output)检测的第一输入端(input1)的信号功率与第一输入端(input1)的输入功率之比就是SPDT开关对第一输入端(input1)的插入损耗；输出端(output)检测的第二输入端(input2)的信号功率与第二输入端(input2)输入功率之比就是开关对第二输入端(input2)的隔离度。

当第一控制端(control1)输入低电平、第二控制端(control2)输入高电平时，与上述情况相反，此时SPDT开关选通第二输入端(input2)输入的信号，对第一输入端(input1)输入的信号隔离。此时输出端(output)检测的第二输入端(input2)输入的信号功率与第二输入端(input2)的输入功率之比就是SPDT开关对第二输入端(input2)的插入损耗；输出端(output)检测的第一输入端(input1)输入的信号功率与第一输入端(input1)的输入功率之比就是SPDT开关对第一输入端(input1)的隔离度。

SPDT开关上述插入损耗、隔离度及各端口回波损耗指标可以通过矢量网络分析仪测试得到结果。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术方案至少存在有如下问题：对于隔离信号，现有SPDT开关由于只有一个PIN管处于高阻状态进行隔离，没有其他隔离和吸收措施，易造成一定的射频信号泄漏，使得开关隔离度指标和回波损耗指标较差。

发明内容

本发明实施例提供一种单刀双掷开关，以解决现有SPDT开关由于没有较好的隔离和吸收措施易造成一定的射频信号泄漏，开关隔离度指标和回波损耗指标较差的技术缺陷，从而实现良好的隔离度指标和回波损耗指标，可靠性高等技术效果。

本发明通过一些实施例提供了一种单刀双掷开关，包括：第一PIN管、第二PIN管、第三PIN管、第四PIN管、第五PIN管、第六PIN管、第一吸收电路、第二吸收电路；

所述第一PIN管的阴极与输出端相连接，所述第一PIN管的阳极与第一控制端以及所述第五PIN管的阳极相连接；

所述第二PIN管的阴极与输出端相连接，所述第二PIN管的阳极与第二控制端以及所述第六PIN管的阳极相连接；

所述第三PIN管的阴极与第一输入端相连接，所述第三PIN管的阳极与第二控制端相连接，并且所述第三PIN管的阳极通过所述第一吸收电路接地；

所述第四PIN管的阴极与第二输入端相连接，所述第四PIN管的阳极与第一控制端相连接，并且所述第四PIN管的阳极通过所述第二吸收电路接地；

所述第五PIN管的阴极与第一输入端相连接；

所述第六PIN管的阴极与第二输入端相连接。

本发明实施例通过在现有SPDT开关中增设PIN管，利用PIN管在正向偏置的情况下对射频信号呈现低阻抗，在零偏置的情况下对射频信号呈现出高阻抗，从而控制射频信号的通断，并通过设置吸收电路，使得在选通第一输入端口信号/第二输入端口信号时，能保证对第二输入端口的信号/第一输入端口的信号隔离，使得SPDT开关的输入端能够达到良好的隔离度指标和回波损耗指标的目的。

附图说明

图1为现有技术SPDT开关结构示意图；

图2为本发明SPDT开关实施例一结构示意图；

图3为本发明SPDT开关实施例二结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述。

图2为本发明SPDT开关实施例一结构示意图，如图2所示，本实施例包括第一PIN管D1，第一输入端(input1)和第一控制端(control1)通过D1与输出端(output)相连接，其中D1的阴极与输出端(output)相连接；第二PIN管D2，第二输入端(input2)和第二控制端(control2)通过D2与输出端(output)相连接，其中D2的阴极与输出端(output)相连接。还包括第三PIN管D3，电耦合在第一输入端(input1)和第二控制端(control2)之间，其中D3的阴极与第一输入端(input1)相连接，D3的阳极与第二控制端(control2)相连接。第四PIN管D4，电耦合在第二输入端(input2)和第一控制端(control1)之间，其中D4的阴极与第二输入端(input2)相连接，D4的阳极与第一控制端(control1)相连接。第五PIN管D5，第一输入端(input1)通过D5与第一PIN管D1和第一控制端(control1)相连接，其中第一输入端(input1)与D5的阴极相连接，第六PIN管D6，第二输入端(input2)通过D6与第二PIN管D2和第二控制端(control2)相连接，其中第二输入端(input2)与D6的阴极相连接。

本发明实施例通过在现有SPDT开关中增设PIN管，利用PIN管在正向偏置的情况下对射频信号呈现低阻抗，在零偏置的情况下对射频信号呈现出高得阻抗，从而控制射频信号的通断，并通过设置吸收电路，使得在选通第一输入端口信号/第二输入端口信号时，能保证对第二输入端口的信号/第一输入端口的信号隔离，使得SPDT开关的输入端口能够达到良好的隔离度指标和回波损耗指标的目的。

在本实施例中，还包括由第一电容C1和第一电阻R1构成的第一吸收电路，其中电容C1与D3的阳极相连接，电阻R1接地；以及由第二电容C2和第二电阻R2构成的第二吸收电路，其中电容C2与D4的阳极相连接，电阻R2接地。

在本实施例中，还包括作为通直流阻交流元件的电感L1、L2、L3、L4、L5、L6和L7。第一控制端(control1)通过第一电感L1与PIN管D1和D5的阳极连接；第二控制端(control2)通过第二电感L2与PIN管D2和D6的阳极连接；第三电感L3电耦合在第一控制端(control1)和PIN管D4的阳极之间；第四电感L4电耦合在第二控制端(control2)和PIN管D3的阳极之间；第五电感L5电耦合在输出端(output)和地之间；第六电感L6电耦合在PIN管D5和D3的连接端与地之间；第七电感L7电耦合在PIN管D6和D4的连接端和地之间。

在本实施例中，第一输入端(input1)和第二输入端(input2)为SPDT开关两路射频信号的输入端口，第一控制端(control1)和第二控制端(control2)为SPDT开关的两路控制信号的输入端口，该控制信号具有一定的电流驱动能力；输出端(output)为开关射频信号输出端口。当第一控制端(control1)输入高电平，如3.3V电压，第二控制端(control2)输入低电平，如0V电压时，通过外接直流偏置电路提供合适的电流，使得与第一控制端(control1)直接相连的PIN管D1、D5和D4处于正向导通状态，其工作电流为某一固定值，此时PIN管D5和D1对于第一输入端(input1)输入的信号来说相当于一个阻值很小的电阻，因此第一输入端(input1)输入的信号几乎完全通过PIN管D5和D1输出至输出端(output)。

在上述技术方案中，由于第二控制端(control2)输入低电平，与第二控制端(control2)直接相连的PIN管D3、D2、和D6处于零偏置截止状态，其工作电流为0，此时PIN管D2和D6对于第二输入端(input2)的输入信号来说相当于一个阻值很大的电阻，因此对第二输入端(input2)的射频信号起到隔离作用。

由于PIN管D4处于正向导通状态，由第二输入端(input2)输入的射频信号几乎完全通过D4，被由第二电容C2和第二电阻R2构成的第二吸收电路所吸收。因此SPDT开关选通第一输入端(input1)的信号时，对第二输入端(input2)的信号隔离。这时输出端(output)检测到的第二输入端(input2)的信号功率与第二输入端(input2)的输入功率之比就是SPDT开关对第二输入端(input2)的隔离度。在第一控制端(control1)输入高电平，第二控制端(control2)输入低电平的情况下，第一输入端(input1)的信号被选通输出至输出端(output)。对于被隔离的第二输入端(input2)的射频信号，PIN管D2和D6由于处于高阻抗状态而起到隔离作用，同时PIN管D4处于正向导通状态，使第二输入端(input2)的射频信号几乎完全通过D4，被由第二电容C2和第二电阻R2组成的第二吸收电路吸收，回波损耗降低，从而使得第二输入端(input2)具有良好的隔离度指标和回波损耗特性。

当第一控制端(control1)输入低电平，第二控制端(control2)输入高电平时，与上述情况相反，SPDT开关选通第二输入端(input2)的射频信号，对第一输入端(input1)的信号隔离。对于被隔离的第一输入端(input1)的射频信号，PIN管D1和D5由于处于高阻抗状态而起到隔离作用，同时PIN管D3处于正向导通状态，使第一输入端(input1)的射频信号几乎完全通过D3，被由第一电容C1和第一电阻R1组成的第一吸收电路吸收，回波损耗降低，从而使得第一输入端(input1)具有良好的隔离度指标和回波损耗特性。

在上述技术方案中，通直流阻交流元件也可以选用磁珠代替电感。

本实施例结构简单，成本低，可靠性高，具有良好的隔离度指标和回波损耗特性。

图3为本发明SPDT开关实施例二结构示意图，如图3所示，本实施例与上述实施例的区别在于：本实施例的第一吸收电路由第一电容C1构成，第二吸收电路由第二电容C2构成。本实施例的插入损耗指标完全不受影响，隔离度和端口回波损耗指标与上述实施例相比，稍有下降。

本实施例结构简单，成本低，可靠性高，具有良好的隔离度指标和回波损耗特性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种单刀双掷开关，其特征在于，包括：第一PIN管、第二PIN管、第三PIN管、第四PIN管、第五PIN管、第六PIN管、第一吸收电路、第二吸收电路；

所述第一PIN管的阴极与输出端相连接，所述第一PIN管的阳极与第一控制端以及所述第五PIN管的阳极相连接；

所述第二PIN管的阴极与输出端相连接，所述第二PIN管的阳极与第二控制端以及所述第六PIN管的阳极相连接；

所述第三PIN管的阴极与第一输入端相连接，所述第三PIN管的阳极与第二控制端相连接，并且所述第三PIN管的阳极通过所述第一吸收电路接地；

所述第四PIN管的阴极与第二输入端相连接，所述第四PIN管的阳极与第一控制端相连接，并且所述第四PIN管的阳极通过所述第二吸收电路接地；

所述第五PIN管的阴极与第一输入端相连接；

所述第六PIN管的阴极与第二输入端相连接。

2.根据权利要求1所述的一种单刀双掷开关，其特征在于，还包括：

第一通直流阻交流元件，所述第一控制端通过该第一通直流阻交流元件与所述第五PIN管的阳极和第一PIN管的阳极相连接；

第二通直流阻交流元件，所述第二控制端通过该第二通直流阻交流元件与所述第六PIN管的阳极和第二PIN管的阳极相连接；

第三通直流阻交流元件，电耦合在所述第一控制端和第四PIN管的阳极之间；

第四通直流阻交流元件，电耦合在所述第二控制端和第三PIN管的阳极之间；

第五通直流阻交流元件，所述输出端通过该第五通直流阻交流元件接地；

第六通直流阻交流元件，电耦合于所述第一输入端和地之间；

第七通直流阻交流元件，电耦合于所述第二输入端和地之间。

3.根据权利要求1所述的一种单刀双掷开关，其特征在于，所述第一吸收电路由第一电容和第一电阻串联组成，所述第一电容与第三PIN管的阳极相连接，所述第一电阻接地；

所述第二吸收电路由第二电容和第二电阻串联组成，所述第二电容与第四PIN管的阳极相连接，所述第二电阻接地。

4.根据权利要求1所述的一种单刀双掷开关，其特征在于，所述第一吸收电路由第一电容构成，所述第一电容电耦合于所述第三PIN管的阳极与地之间；

所述第二吸收电路由第二电容构成，所述第二电容电耦合于所述第四PIN管的阳极与地之间。

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