CN101247113B - 射频应用电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射频应用电路，利用两个工作在反向有源区的双极结型晶体管所组成的开关组，取代现有技术中所使用的N沟道金属氧化物半导体晶体管，接着再依据有源电路的电路特性，用于实现振荡器或带通放大器的功能。从而使得此开关组不但可以达到现有的NMOS晶体管所能达成的功效，且可以降低组件尺寸大小、导通时的导通阻值、截止时的寄生电容值及应用该开关组的射频应用电路的功率消耗，如此而使得电感电容共振电路的电容单元的分辨率提升，且应用该开关组的射频应用电路的功效也随之提升。

Description

射频应用电路

技术领域

本发明涉及一种射频应用电路，具体涉及一种利用两个双极结型晶体管所组成的开关组，并应用于共振电路的电容单元内的射频应用电路。

背景技术

传统的应用于射频电路(RF circuit)中的电感电容滤波器(LC filter)或电感电容振荡器(LC oscillator)，其内部的电感电容共振电路(LC tank)中用于当作电容库(capacitance bank)内的切换开关(switch)组件，大部分是采用N沟道金属氧化物半导体(NMOS，N-channelMetal-Oxide-Semiconductor)晶体管来实现的。其中，NMOS晶体管的栅极端(gate side)与源极端(drain side)之间相互隔离，所以当NMOS晶体管处在切换导通状态时，不会影响其静态工作点。

然而，现有技术中以NMOS晶体管来当作电感电容共振电路中的电容库的切换开关组件时，会因为NMOS晶体管在导通(turn on)时的阻值过高，而导致应用该切换开关组件的射频电路较为耗电。而针对上述所提及的问题，现有的解决方式为使用多个NMOS晶体管并联在一起，以克服单个NMOS导通阻值过高的缺点，但可想而知的是，当多个NMOS晶体管并联在一起时，切换开关组件大小会变大，且其截止时的寄生电容(parasiticcapacitance)值也会随之提升。

由以上所述可知，为了要降低NMOS晶体管导通时的导通阻值，而伴随衍生出了新的问题，即寄生电容值的提升问题，这将会降低电感电容共振电路中电容库的分辨率(resolution)，故而导致应用该切换开关组件的射频电路效果变差。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种射频应用电路，利用一对双极结型晶体管(BJT)所组成的开关组，来取代现有技术中所使用的N沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管，从而不但可以达到现有的NMOS晶体管所能达到的功效，且可以降低切换开关的组件大小、导通时的导通阻值、截止时的寄生电容值及应用该开关组的射频电路的功率消耗。

基于上述及其它目的，本发明所提供的射频应用电路包括共振电路与有源电路，而此共振电路由电感单元与电容单元，即电容库组成。其中，电容单元是依据N个(N为正整数)开关组导通与否而确定其电容总值，且每一个开关组是具有K对(K为正整数)基极(base)相接的双极结型晶体管所组成，该K对双极结型晶体管中每对双极结型晶体管的第一双极结型晶体管的集极(collector)连接第二双极结型晶体管的射极(emitter)，所述第一双极结型晶体管的射极连接所述第二双极结型晶体管的集极，所述K对双极结型晶体管中各对双极结型晶体管的第一双极结型晶体管的集极互相连接，所述各对双极结型晶体管的第一双极结型晶体管的射极互相连接，并工作在反向有源区(reverseactive region)，且由上述有源电路的电路特性可以确定本发明的射频应用电路的功能。

本发明较佳实施例所述的射频应用电路，进一步包括控制单元，用于输出多个控制信号，进而分别控制所述的每一个开关组导通。其中，当每一个开关组内每一对相接在一起的双极结型晶体管的基极电压高于其对接在一起的双极结型晶体管的集极与射极电压时即导通，否则，则截止。

本发明较佳实施例所述的射频应用电路，当所述有源电路的电路特性具负阻特性时，本发明的射频应用电路为振荡器。

本发明较佳实施例所述的射频应用电路，当所述有源电路的电路特性具放大器特性时，本发明的射频应用电路为带通放大器。

本发明所提供的射频应用电路，利用至少一对工作在反向有源区(reverseactive region)的双极结型晶体管所组成的开关组，来取代现有技术中所使用的N沟道金属氧化物半导体晶体管，接着再依据有源电路的电路特性，即为负阻特性或放大器特性，以确定本发明所提供的射频应用电路的功能为带通放大器或振荡器。从而，不但可以达到现有的NMOS晶体管所能达成的功效，且可以降低切换开关组的大小、导通时的导通阻值、截止时的寄生电容值及应用该开关组的射频应用电路的功率消耗，并且可以提升电感电容共振电路的电容库的分辨率，且应用该开关组的射频应用电路的功效也随之提升。

附图说明

图1为依照本发明较佳实施例的射频应用电路的电路结构图。

图2为本发明另一实施例中电容单元内的每一个开关组由两对双极结型晶体管所组成的电路示意图。

图3为运用本发明的开关组与现有的运用NMOS晶体管的开关在具有相近截止时的寄生电容条件下的模拟比较图。

具体实施方式

为让本发明的目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明的较佳实施例，并配合附图，进行详细说明。

图1为依照本发明较佳实施例的射频应用电路100的电路结构图。请参照图1，本实施例的射频应用电路100包括共振电路101、有源电路103，以及控制单元105。其中，共振电路101是由电感单元103a与电容单元103b所组成，共振电路101为电感电容共振电路(LC tank)。

本实施例的射频应用电路100会依据有源电路103的电路特性而确定其功能。也就是说，当有源电路103的电路特性具放大器特性时，射频应用电路100的功能就为带通放大器(band pass amplifier)；而当有源电路103的电路特性具负阻特性时，射频应用电路100的功能就为振荡器(oscillator)，故依据射频应用电路100在不同功能的状态下，上述电感单元103a的电感L1与L2会与电容单元103b中的电容C1与C2产生对应的共振频率。

一般而言，具有能提供放大器特性及负阻特性的有源电路103，为本领域技术人员的公知技术，因此在此不再赘述。

本实施例中，共振电路101的电感单元103a是由电感L1及L2所组成，其中电感L1与L2彼此串接，且与电容单元103b并接在一起，而电感L1与L2的串接处是用于接收一电源装置(例如可以为电源供应器，图中未给出)所施加的系统电源VDD，以提供给有源电路103使用。共振电路101的电容单元103b是由N个(N为正整数)电容组所组成，且每一个电容组是由电容C1、开关组SW与电容C2的顺序，依序串联而成，并当开关组SW导通时，其所对应的电容C1与C2会串接在一起；而当开关组SW截止时，其所对应的电容C1与C2会断路，由此而决定电容单元103b的总电容值。

一般而言，每一个电容组内的电容C1与C2所设计的电容值变动幅度会比较大，因此，电容单元103b通常会加入一微调电容单元MCU与电容单元103b并接，且由多个压变容二极管串接所组成，并依据一可变电压VR而确定其电容值。本实施例中，微调电容单元MCU是由电容C3、C4及压变容二极管D1、D2所组成，且于压变容二极管D1与D2的串接处接收可变电压VR，由此达到微调电容单元103b的电容值的功效。

本实施例中，开关组SW的导通与否必需依据控制单元105输出多个控制信号CS1、CS2及CS3的状态而确定，且每一个开关组SW具有一对集极(collector)射极(emitter)平行互接且基极(base)相接的双极结型晶体管T1、T2所组成，并工作于反向有源区(reverse active region)。其中，当每一个开关组SW内的相接在一起的双极结型晶体管T1、T2的基极电压高于其对接在一起的双极结型晶体管T1、T2的集极与射极电压时即导通，否则，则截止。

进一步地，电容单元103b内的每一个开关组SW是由K对(K为正整数)双极结型晶体管所组成。以下将先以电容单元103b内的每一个开关组SW具有一对(也即K＝1)双极结型晶体管T1与T2为例来说明，但并不限制于此。其中，晶体管T1与T2的基极(base)彼此耦接在一起，并受控制单元105所输出的控制信号CS3控制、晶体管T1的集极(collector)与晶体管T2的射极(emitter)彼此耦接在一起，并受控制单元105所输出的控制信号CS1控制，而晶体管T1的射极(emitter)与晶体管T2的集极(collector)彼此耦接在一起，并受控制单元105所输出的控制信号CS2控制。故当控制单元105所输出的控制信号CS3的电压准位高于CS1与CS2的电压准位时，开关组SW会导通；反之，开关组SW则截止。

依据上述，使晶体管T1与T2工作在反向有源区，是因为当开关组SW导通(turn on)时会形成一环路电流(circulating current)，也即由晶体管T1与T2的射极流向集极，故可使得射频应用电路100较为省电，以降低其整体的消耗功率。本实施例仅使用两个晶体管T1与T2所组成的开关组SW，其体积大小也比现有技术中所使用的多个NMOS晶体管并接所形成的切换开关体积小。

图2为本发明另一实施例中电容单元103b内的每一个开关组SW由两对(也即K＝2)双极结型晶体管所组成的电路示意图。请合并参照图1及图2，晶体管T1、T2、T3及T4的基极彼此耦接在一起，并受控制单元105所输出的控制信号CS3控制、晶体管T1、T3的集极与晶体管T2、T4的射极彼此耦接在一起，并受控制单元105所输出的控制信号CS1控制，而晶体管T1、T3的射极与晶体管T2、T4的集极彼此耦接在一起，并受控制单元105所输出的控制信号CS2控制。其中，图2所示的开关组SW是由两对双极结型晶体管所组成，但其工作方式与仅一对双极结型晶体管组成的开关组SW的工作方式类似，在此不再赘述。

而值得一提的是，在此另一实施例的开关组SW因由两对双极结型晶体管所组成，因此其组件体积、截止时的寄生电容与应用该开关组的射频应用电路的功率消耗都会变大，但其导通时的导通阻值会变更小。然而，因其同样地工作在反向有源区，故当其导通时也会形成环路电流，所以设计者可依实际需求而选择所需的如图1或图2的开关组SW，甚至可将每一开关组SW内提升至两对以上的双极结型晶体管，如此均可达到本发明所欲达到的功效。

图3为运用本发明的开关组SW与现有技术中运用NMOS晶体管的开关在具有相近截止时的寄生电容条件下的模拟比较图，其横轴代表频率，而纵轴分别代表电阻值与电容值。请参照图3，由图3的模拟比较图300中可明显看出，导通阻值分别为7Ω与11.6Ω，而其寄生电容值分别为59fF(也即59×10^-15F)与63fF(也即63×10^-15F)，故依据上述数据可明显知道，本实施例所运用的开关组SW可以有效地改善现有的采用NMOS晶体管所产生的问题。

综上所述，本发明是提供一种射频应用电路。依据本发明的精神，其利用一对工作在反向有源区(reverse active region)的双极结型晶体管所组成的开关组，取代现有技术中所使用的NMOS晶体管，接着再依据有源电路的电路特性(也即为负阻特性或放大器特性)，以确定本发明所提供的射频应用电路的功能为带通放大器或振荡器。由此，本发明的开关组不但可以达到现有的NMOS晶体管所能达成的功效，且更可以降低运用在电感电容共振电路的电容单元的切换开关组件大小、导通时的导通阻值、截止时的寄生电容值及应用该开关组的射频应用电路的功率消耗，如此而使得电感电容共振电路的电容单元的分辨率提升，且其射频应用电路的功效也随之提升。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的改动与润饰，因此本发明的保护范围应当以权利要求书所述的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种射频应用电路，其特征在于，包括：

一共振电路，具有一电感单元与一电容单元，该电容单元耦接该电感单元，该电容单元依据N个开关组的导通状态去确定该电容单元的一总电容值，所述N个开关组中的每一个包括K对双极结型晶体管，该K对双极结型晶体管的基极相接，且该K对双极结型晶体管中每对双极结型晶体管的第一双极结型晶体管的集极连接第二双极结型晶体管的射极，所述第一双极结型晶体管的射极连接所述第二双极结型晶体管的集极，所述K对双极结型晶体管中各对双极结型晶体管的第一双极结型晶体管的集极互相连接，所述各对双极结型晶体管的第一双极结型晶体管的射极互相连接，且该K对双极结型晶体管是工作在一反向有源区，N、K为正整数；以及

一有源电路，耦接该共振电路，依据其电路特性，进而确定该射频应用电路的功能；当该有源电路的该电路特性为负阻特性时，该射频应用电路的功能为一振荡器；当该有源电路的该电路特性为放大器特性时，该射频应用电路的功能为一带通放大器。

2.如权利要求1所述的射频应用电路，其特征在于，所述射频应用电路进一步包括一控制单元，用于输出多个控制信号以控制所述开关组导通，当所述N个开关组中每一个的基极电压高于其它对接的集极与射极电压时，所述开关组导通，反之则截止。

3.如权利要求2所述的射频应用电路，其特征在于，所述电容单元进一步包括：

N个电容组，每一个所述电容组是由一第一电容、相对应的所述开关组与一第二电容依序串联而成，当该开关组导通时，该开关组所对应的该第一电容与该第二电容串接在一起，否则，该开关组断路，进而确定该电容单元的总电容值。

4.如权利要求3所述的射频应用电路，其特征在于，该电容单元进一步包括一微调电容单元，其与所有所述电容组并接，该微调电容单元是由多个压变容二极管串接所组成，并依据一可变电压而确定其电容值。

5.如权利要求1所述的射频应用电路，其特征在于，该电感单元包括：

一第一电感；以及

一第二电感，该第一电感与该第二电感串接，并由串接处加一系统电源以供所述有源电路使用。

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