CN100590975C

CN100590975C - 用于多个天线输入端的rf选择开关

Info

Publication number: CN100590975C
Application number: CN200580028212A
Authority: CN
Inventors: 贵·Y·林; 秀·K·王
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: NXP BV
Priority date: 2004-08-25
Filing date: 2005-08-22
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2025-08-22
Also published as: WO2006021923A1; JP2008511235A; EP1787392A1; CN101015122A; KR20070048751A; US20080191813A1; US7696840B2

Abstract

现有技术领域中已知的RF开关用于选择来自多个输入端的RF信号。例如，TV调谐器和TV前端能够具有两个或更多个天线输入端，但是其成本相对昂贵。本发明涉及RF选择开关电路(200)。所述开关包括第一开关(202)和第二开关(204)(具有两个RF输入端口和一个共用的RF输出端口)以及控制信号电路(206)。在优选实施例中，所述开关包括PIN二极管。所述RF输出端口包括两个晶体管(T1、T2)，其中一个晶体管在某一时间能够将未选择的开关置于低阻抗电平，以便最小化对共用输出端口造成的信号泄露。

Description

用于多个天线输入端的RF选择开关

技术领域

本发明涉及装配有RF开关的RF(射频)输入电路，所述RF开关具有多个输入端和至少一个输出端，所述RF输入电路具有输入端之间的良好隔离、良好的灵敏度和低成本。

本发明具体涉及具有两个或更多个天线输入端的TV调谐器和TV前端，例如一个天线输入端用于电缆TV，一个天线输入端用于陆地TV。

背景技术

现有技术领域中的RF开关用于选择来自多个输入端的RF信号。例如具有两个或更多个天线输入端的TV调谐器和TV前端，其中一个天线输入端用于电缆TV，一个天线输入端用于陆地TV，或者是两个电缆TV输入端(A/B)。

当今已知的RF开关的两个主要解决方案是电子-机械开关和电子开关。与电子开关相比，电子-机械开关体积庞大、相对较为昂贵(BOM)且电压和电流较大。在电子方式的解决方案中，如果要求良好的隔离(例如FCC要求)，那么为了满足隔离要求，可能要求将多于一个的RF开关进行级联。

在RF开关的这两种情况中，都需要控制电路。图1示出了现有技术领域中的电子开关的示例，它具有与MOSFET SPDT(单刀双掷)开关级联的2x二极管RF开关。IC能够实现开关控制电路。

RF开关的示例能够在以下美国专利中找到：4,400,735(题目是“Multi-component video system controllor”，用Stramello表述)、3,047,741(题目是“Multiple channel electronic switchingcircuit”，用Snow表述)、4,742,249(题目是“RF switch diode networkand control latch sharing common element”，用Alpaiwalla表述)和6,650,199(题目是“RF A/B switch with substantial isolation”，用Dobrovolny表述)。

在RF模块与两个天线输入端(例如电缆和陆地输入端)相连的应用中，需要特定的隔离以确保当设备开启或关闭时，在两个输入端信号之间不会出现不希望的信号泄漏或交叉干扰。除了适于使用之外，还需要满足例如FCC标准的规定要求。FCC所要求的两个输入端之间的隔离如下：

54MHz至216MHz---80dBmin

216MHz至550MHz---60dBmin

550MHz至806MHz---55dBmin

为了满足上述要求，现有技术领域中已经开发出了相对昂贵和复杂的RF开关。除了满足隔离要求之外，良好的RF开关应当具有尽可能最小的插入损失，以确保仍能体现良好的灵敏度。

发明人提出了相对昂贵和复杂的开关(例如Philips的TUV1236D中使用的现有RF开关的解决方案，即TUV1236D RF开关)的另一选择。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种RF开关，所述RF开关的输入端之间具有足够出色的隔离，并且插入损失很小。

本发明的另一个目的是传授并实践低成本的RF开关，所述RF开关仅需要很少的印刷电路板空间。

本发明的另一个目的是提供一种包括RF开关的调谐器或调谐系统，所述RF开关的输入端之间具有足够出色的隔离，并且插入损失很小。

本发明的另一个目的是提供一种用于从包括RF开关的多个信源接收RF信号的装置，所述RF开关的输入端之间具有足够出色的隔离，并且插入损失很小。

在一个实施例中，双重的二极管开关用于在两个信号输入端之间进行转接。所述开关处于断路状态，从而将未选择的输入信号置于低阻抗。这一点通过使用晶体管来实现，所述晶体管在断路状态下将输出端切换到低阻抗状态并且与所述开关相连。在相关的实施例中，PIN二极管开关用于提供输入端之间的出色的隔离。

参考下文描述的实施例，本发明的这些和其它方面将会变得明显并得以说明。

附图说明

参考附图，通过示例对本发明进行更加详细的描述，其中：

图1示出了现有技术领域中的RF开关电路的电路图；

图2示出了根据本发明的RF开关电路的电路图；

图3示出了包括根据本发明的RF开关电路的调谐系统；

图4a和4b示出了根据本发明的扩展开关的示例，其中包括多个RF开关电路；

图5示出了根据本发明的RF开关的电路图，所述RF开关包括扩展数目的二极管；

图6示出了根据本发明的RF开关的电路图，所述RF开关包括扩展数目的晶体管；以及

图7示出了根据本发明的包括扩展数目的晶体管和二极管的RF开关的电路图。

在所有附图中，相同的参考数字代表相同的元件或本质上执行相同功能的元件。

具体实施方式

图1示出了现有技术领域中的RF开关电路的电路图。

图1示出了TUV1236D RF开关电路100，包括2x二极管102和104、开关控制电路106和Peregrine MOSFET开关108。RF输入信号是Off-Air和Cable，RF输出信号是RF_SW_Out。

通常，通过级联2x二极管和Peregrine MOSFET开关以实现信号隔离。Peregrine MOSFET开关108是单刀双掷(SPDT)开关或2输入端口和1输出端口。取决于控制信号RFSW的状态，输出端口/引脚在一个时间与输入端口/引脚中的任意一个相连。MSOP-8-pin IC能够实现Peregrine MOSFET开关108。

根据图1，转接操作相对简单。当用户希望接收off-air信号Off-Air时，将接通相应的Off-Air信号路径上的2x二极管102，并将Peregrine MOSFET开关108转接到期望的输入端口/引脚(在图1中是上方的输入位置)，从而允许Off-Air信号路径以最小插入损失而出现在输出端(RF_SW_OUT)。同时，当用户处于off-air信号接收模式下时，Cabl e信号路径应当是最大衰减/隔离的。在这种情况下，cable信号路径上的2x二极管104将处于断路状态，并且Peregrine MOSFET开关将断开cable输入端口/引脚(在图1中是下方的输入位置)。MOPLL IC或电路能够提供控制信号RFSW。

反过来也一样，当用户希望接收电缆天线输入Cable时，2x二极管102将会关断，2x二极管104将会接通，并且Peregrine MOSFET开关108将会传送来自Cable信号路径的下方的输入信号，同时将Off-Air信号路径设置为最大衰减。

图2示出了根据本发明的RF开关电路200的电路图。RF开关电路200包括2x二极管202(包括二极管D1和D2)、2x二极管204(包括二极管D3和D4)和控制信号电路206。图2示出了RF输入信号端口Off-Air和Cable以及输出信号端口RF_SW_OUT。控制信号电路206执行未选择的输入端与输出端RF_SW_OUT之间的部分绝缘功能。与级联两个现有技术领域中的RF开关相比，根据本发明而提出的电路表现出了相似的或甚至更好的绝缘性能和插入损失性能。

当处于操作中时，使用电阻器R1和R2将点210(D1的阴极)设置为大约是电源电压的一半的DC电平(在图2中，大约为2.5V)。类似地，将点212(D2和D3的阴极)和214(D4的阴极)设置为大约是电源电压的一半的DC电平。

在一个操作状态下，当控制输入端口RFSW被设置为高电平状态(典型地为电源电压的电平)时，晶体管T1开始导通，并将其集电极的输出变为低电平状态(接近地)，因而点216(D1和D2的阳极)变为低电平。这意味着2x二极管202中的二极管变为非导通并将有效地阻断来自端口Off-Air的信号经过2x二极管202而到达点212。此外，点216变为低阻抗点，这是因为晶体管T1处于导通状态。低阻抗将提供从信号端口Off-Air到输出端口RF_SW_OUT的更好的绝缘。因为晶体管T1的集电极为低电平，所以晶体管T2的基极变为低电平，而且晶体管T2将处于非导通状态。结果，2x二极管204中的二极管将处于导通状态，并将把来自信号端口Cable的RF信号传送到点212。来自信号端口Cable的信号将被传送到信号输出端口RF_SW_OUT。电容器C1、C2和C3阻断了任意的DC通过，但是将足够大以使RF信号通过。

在另一个操作状态，当RFSW被设置为低电平状态(典型地为地电平)时，晶体管T1变为非导通，并且其集电极输出变为非固定状态，因而点216经过电阻器R7而变为高电平。这意味着2x二极管202中的二极管导通且将有效地把来自端口Pff-Air的信号经过2x二极管202而传送到点212。因为晶体管T1的集电极为高电平，所以晶体管T2的基极变为高电平，晶体管T2将处于导通状态。结果，晶体管T2的集电极将处于低电平状态。结果，2x二极管204中的二极管将处于非导通状态，并且不会把来自信号端口Cable的RF信号传送到点212。此外，点218(D3和D4的阳极)变为低阻抗，这是因为晶体管T2现在处于导通状态。低阻抗将提供从信号端口Cable到输出端口RF_SW_OUT的更好的绝缘。电容器C1、C2和C3阻断了任意的DC通过，但是将足够大以使RF信号通过。

将控制信号电路206布置为选择2x二极管开关202和2x二极管开关204之一，从而将各自选择的RF输入信号传送到RF信号输出端口。还将控制信号电路206布置为在2x二极管开关202和2x二极管开关204之一上建立低阻抗模式，以便最小化从未选择的RF输入信号到RF信号输出端口的串扰。

总之，控制输入端口RFSW上的高电平将使来自输入端口Cable的信号能够到达输出端口RF_SW_OUT；控制输入端口RFSW上的低电平将使来自输入端口Off-Air的信号能够到达输出端口RF_SW_OUT。执行转接使得从输入端到输出端的插入损失最小，并且两个输入端口之间出现高度绝缘。

与现有技术领域中的RF开关电路100(例如SPDT MOSFET开关108)相比，RF开关电路200明显更为简单，而且移去了相关组件并简化了控制信号电路106。这导致了明显更低的材料花费(BOM)、更高的可靠性，并且节省了PCB面积以便进行与小型化相关的更加紧密的设计。

发明人发现当使用PIN二极管作为2x二极管开关202和2x二极管开关204时，这些开关提供了例如输入端之间的出色的隔离行为。然而发明人预计，随着技术进步的进行，将出现具有出色的开关行为的其它类型的二极管，并且能够按照本发明的精神而使用。

图3示出了包括根据本发明的RF开关电路310的调谐系统300。此外，调谐系统300包括陆地输入端口302、电缆输入端口304、LNA 306、包括混合调谐器322的调谐器部分320、包括模拟IF 332和模拟IF解调334的模拟部件330、包括数字IF 342和数字IF解调(信道译码器)344的数字部件340、OOB调谐器350、输出端口CVBS/SIF 360和输出端口TS/POD 370。RF开关310包括图2中的RF开关电路200。

调谐系统300能够用于从多个信源接收RF信号的装置中。这些信源能够包括电缆TV信源、off-air TV信源、内部TV信号分布信源、RF数据信源、RF音频信源等。这些装置的示例包括电视接收机、多媒体接收机、个人计算机等。

图4a和4b示出了包括多个图2中的RF开关电路200(和/或分别是图5、6和7中的RF开关电路500、600和700，或是本领域的技术人员可以想象的这些开关电路的派生)的扩展开关。图4a示出了3个RF输入端和两个RF输出端的开关。图4b示出了3个RF输入端和一个RF输出端的开关。本领域的技术人员可以理解，也可以容易地对其它配置进行配置。

图6示出了一种RF开关的电路图，它包括扩展数目的二极管(D5、D6、D7和D8)(优选地是PIN型)，并具有能够提高输入信号隔离性能的外围电路。

图5示出了一种RF开关的电路图，它包括扩展数目的晶体管(T3和T4)，并且也具有能够提高输入信号隔离性能的外围电路。

最后，图7示出了一种RF开关的电路图，它包括扩展数目的晶体管(T3和T4)和(优选地是PIN型)二极管(D5、D6、D7和D8)，这种RF开关能够更好地提高输入信号隔离。

本领域的普通技术人员可以理解，通过设计RF开关能够作出可选择的方案。例如，可以使用晶体管(PIN)或以相似方式工作的其它器件替代二极管(PIN)。可选择地，还可以使用超过5V的电源电压。本发明还可以用于除了RF开关之外的其它装置，例如TV-IF信号开关、音频-和/或视频-基带、其它调制的信号(模拟音频、数字音频、视频和/或数字信号)。

上文仅示出了本发明的原理。因而可以理解的是，本领域的技术人员能够做出没有在这里明显描述或示出的各种布置，以实现本发明的原理并使这些布置处于本发明的精神和范围内。此外，本领域的技术人员可以理解，取决于开关电路之外的设计或特定的设计和性能标准，能够附加或删除例如耦合或去耦电容器的特定组件。

Claims

1.一种RF选择开关电路(200、310、500、600、700)，包括：

第一开关(202)、第二开关(204)、和控制信号电路(206)，

所述第一开关(202)包括：

第一开关输入端口(210)，与第一RF信号输入端口耦合；

第一开关输出端口(212)，与RF信号输出端口耦合；以及

第一开关控制端口(216)；

所述第二开关(204)包括：

第二开关输入端口(214)，与第二RF信号输入端口耦合；

第二开关输出端口(212)，与所述RF信号输出端口耦合；以及

第二开关控制端口(218)；

所述控制信号电路(206)包括：

第一晶体管(T1)，具有与输入控制端口DC耦合的基极、与地DC耦合的发射极、和与第一开关控制端口DC耦合并且与电源电压DC耦合的集电极；以及

第二晶体管(T2)，具有与第一晶体管DC耦合的集电极、与地DC耦合的发射极、和与第二开关控制端口DC耦合并且与电源电压DC耦合的集电极，

其中，第一开关输出端口和第二开关输出端口的RF信号输出端口相连，并且被设置为地与电源电压之间的DC电平。

2.根据权利要求1所述的RF选择开关电路，其中第一开关(202)包括PIN二极管而且第二开关(204)包括PIN二极管。

3.根据权利要求1所述的RF选择开关电路，其中第一晶体管包括NPN晶体管而且第二晶体管包括NPN晶体管。

4.一种包括RF选择开关电路(200、310、500、600、700)的调谐系统(300)，包括：

第一开关(202)、第二开关(204)、和控制信号电路(206)，

所述第一开关(202)包括：

第一开关输入端口(210)，与第一RF信号输入端口耦合；

第一开关输出端口(212)，与RF信号输出端口耦合；以及

第一开关控制端口(216)；

所述第二开关(204)包括：

第二开关输入端口(214)，与第二RF信号输入端口耦合；

第二开关输出端口(212)，与RF信号输出端口耦合；以及

第二开关控制端口(218)；

所述控制信号电路(206)包括：

第二晶体管(T2)，具有与第一晶体管的集电极DC耦合的基极、与地DC耦合的发射极、和与第二开关控制端口DC耦合并且与电源电压DC耦合的集电极；

5.根据权利要求4所述的调谐系统(300)，其中第一开关(202)包括PIN二极管而且第二开关(204)包括PIN二极管。

6.根据权利要求4所述的调谐系统(300)，其中第一晶体管包括NPN晶体管而且第二晶体管包括NPN晶体管。

7.一种用于从包括RF选择开关电路(200、310、500、600、700)的多个信源接收RF信号的装置，包括：

第一开关(202)、第二开关(204)、和控制信号电路(206)，

所述第一开关(202)包括：

第一开关输入端口(210)，与第一RF信号输入端口耦合连；

第一开关输出端口(212)，与RF信号输出端口耦合；以及

第一开关控制端口(216)；

所述第二开关(204)包括：

第二开关输入端口(214)，与第二RF信号输入端口耦合；

第二开关输出端口(212)，与所述RF信号输出端口耦合；以及

第二开关控制端口(218)；

所述控制信号电路(206)包括：

8.根据权利要求7所述的装置，其中第一开关(202)包括PIN二极管而且第二开关(204)包括PIN二极管。

9.根据权利要求7所述的装置，其中第一晶体管包括NPN晶体管而且第二晶体管包括NPN晶体管。

10.一种RF选择开关电路(200、310、500、600、700)，包括：

控制信号电路(206)；

第一二极管开关(202)，与第一RF信号输入端口耦合、与RF信号输出端口耦合、并与控制信号电路(206)耦合；

第二二极管开关(204)，与第二RF信号输入端口耦合、与RF信号输出端口耦合、并与控制信号电路(206)耦合，其中，

控制信号电路(206)被布置为选择第一二极管开关(202)和第二二极管开关(204)之一，从而将被选择的相应的RF输入信号传送到RF信号输出端口，并且其中，

控制信号电路(206)还被布置为在第一二极管开关(202)和第二二极管开关(204)中未被选择的一个上建立低阻抗模式，以便最小化从未被选择的RF输入信号到RF信号输出端口的串扰，

其中第一二极管开关(202)包括两个PIN二极管(D1、D2)，它们的阳极相连，并且其中第二PIN二极管(204)包括两个PIN二极管(D3、D4)，它们的阳极相连，

其中第一二极管开关(202)还包括第三二极管(D5、D6)，所述第三二极管的阳极与所述两个PIN二极管的一个阴极串联。

11.一种三-一RF选择开关电路(460)，包括：

-RF输入端口1、RF输入端口2和RF输入端口3；

-RF输出端口；

-如权利要求10所述的第一RF选择开关电路；

-如权利要求10所述的第二RF选择开关电路；和

-如权利要求10所述的第三RF选择开关电路，

所述如权利要求10所述的第一RF选择开关电路具有：

与RF输入端口1相连的第一输入端、与RF输入端口2相连的第二输入端以及与中间RF输出端口1相连的第一输出端；

所述如权利要求10所述的第二RF选择开关电路具有：

与RF输入端口2相连的第一输入端、与RF输入端口3相连的第二输入端以及与中间RF输出端口2相连的第一输出端；

所述如权利要求10所述的第三RF选择开关电路具有：

与中间RF输出端口1相连的第一输入端、与中间RF输出端口2相连的第二输入端以及与RF输出端口相连的输出端。