CN103066977A - 一种低通高隔离智能射频开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低通高隔离智能射频开关，其通过使用多栅场效应晶体管、功率检测电路和静电保护电路，实现了射频开关在隔离性能和导通性能之间的平衡。同时可以给其它电路提供过压预警信号和静电保护功能。

Description

一种低通高隔离智能射频开关

技术领域

本发明涉及一种低通高隔离智能射频开关，属于射频开关领域。

背景技术

 射频开关要求在“开”和“关”状态下的电阻比率非常高。在实际的RF和微波频率，在与“关”状态下的电阻并联的漏源极电容，是影响其性能的最重要的参数。以单刀双掷开关为例，加上切断偏置电压时，隔离和插入损耗的电路可以用一个线性电路模拟器来计算。随着频率的增加，漏栅电容的容性电抗很大，开关的性能就会下降。目前存在的问题是尺寸小的场效应晶体管隔离度较好，但是导通性能较差，而大尺寸的场效应晶体管导通性能较好但隔离度较差，射频开关的导通性能和隔离性能难以平衡。而在一些大功率应用环境中，射频开关又有着过压失效的问题。

发明内容

发明目的：本发明提出一种低通高隔离智能射频开关，能够兼顾射频开关的隔离性能和导通性能，并且具备过压保护功能和静电保护功能。 

技术方案：本发明采用的技术方案为一种低通高隔离智能射频开关，包括由多栅场效应晶体管组成的自偏置开关电路，自偏置开关电路的输出端连接有功率检测电路，该功率检测电路在输出端的功率超过设定值时，发出报警信号。自偏置开关电路的第一偏置电压源和第二偏置电压源处设有静电保护电路，防止开关由于静电影响而失效。

作为本发明的进一步改进，所述功率检测电路包括与输出端连接的第一电阻，第一电阻的另一端连接到第一三极管的集电极，第一电容并联在第一三极管的集电极和基极之间，第一三极管的基极通过第二十二电阻与直流电压源连接，第一三极管的发射极与第二电容和第二电阻连接，第二电容和第二电阻的另一端接地，第四电阻和第五电阻串联，第四电阻的另一端连接到直流电压源，第三电阻并联在第一三极管的发射极和第四电阻与第五电阻的公共端之间，报警输出端连接在第一三极管的发射极。

所述静电保护电路包括漏极与第一偏置电压源连接的第二MOS管，漏极与第二MOS管的源极相连接的第三MOS管，第三MOS管的源极接地，第六电阻并联在第二MOS管的栅极和源极之间，第七电阻并联在第三MOS管的栅极和漏极之间。

漏极与第二偏置电压源连接的第四MOS管，漏极与第四MOS管的源极相连接的第五MOS管，第五MOS管的源极接地，第八电阻并联在第四MOS管的栅极和源极之间，第九电阻并联在第五MOS管的栅极和漏极之间。

有益效果：本发明通过使用多栅场效应晶体管，实现了射频开关在隔离性能和导通性能之间的平衡。同时可以给其它电路提供过压预警信号。

附图说明

图1为本发明一种低通高隔离智能射频开关的电路结构示意图；

图2为本发明一种低通高隔离智能射频开关的S系数仿真结果图；

图3为本发明一种低通高隔离智能射频开关的报警输出端电压与输出端功率变化关系图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1所示，本发明低通高隔离智能射频开关主要包括自偏置开关电路、静电保护电路和功率检测电路三个模块。

自偏置开关电路在由多栅NMOS管T6～T9所组成的传统射频开关基础上，增加了偏置电路。第一偏置电压源V1的直流电压通过相互串联的第十电阻R10和第十五电阻R15加载到第八多栅NMOS管T8的栅极。同时第一偏置电压源V1的直流电压通过相互串联的第十二电阻R12和第十七电阻R17加载到第七多栅NMOS管T7的栅极。由于第八多栅NMOS管T8和第七多栅NMOS管T7分别有三个栅极，所以第十五电阻R15和第十七电阻R17都分别由三个等值的电阻并联组成，并联的每一个电阻连接一个栅极。第二偏置电压源V2的直流电压通过相互串联的第十一电阻R11和第十六电阻R16加载到第九多栅NMOS管T9的栅极。同时第二偏置电压源V2的直流电压通过相互串联的第十三电阻R13和第十四电阻R14加载到第六多栅NMOS管T6的栅极。由于第九多栅NMOS管T9和第六多栅NMOS管T6分别有三个栅极，所以第十六电阻R16和第十四电阻R14都分别由三个等值的电阻并联组成，并联的每一个电阻连接一个栅极。这种从偏置电压源到栅极之间串联两个电阻，能够起到隔离射频信号和控制信号的作用。输入信号从第一输入端Vin1和第二输入端Vin2分别通过第三电容C3和第四电容C4进入到射频开关。为了让多栅NMOS管的源漏极之间没有压降，多栅NMOS管T6～T9的源极和漏极之间还分别并联有第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20和第二十一电阻R21。这些并联的电阻在直流偏置状态时，能够短接各个多栅NMOS管的源极和漏极。由于电阻值为2万欧姆，因此所述并联的电阻并不会影响开关的隔离性能。第六多栅NMOS管T6和第七多栅NMOS管T7的源极分别通过第五电容C5和第六电容C6接地。自偏置开关电路通过第七电容C7将输入信号输出到输出端Vout。

静电保护电路包括两个相同的静电泄放电路。其中一个泄放电路包括源极漏极相互串联的第二MOS管T2和第三MOS管T3，以及并联在第二MOS管T2栅极源极之间的第六电阻R6，并联在第三MOS管T3栅极漏极之间的第七电阻R7。第三MOS管T3的源极接地，第二MOS管T2的漏极连接到第一偏置电压源V1。另一个泄放电路包括源极漏极相互串联的第四MOS管T4和第五MOS管T5，以及并联在第四MOS管T4栅极源极之间的第八电阻R8，并联在第五MOS管T5栅极漏极之间的第九电阻R9。第五MOS管T5的源极接地，第四MOS管T4的漏极连接到第二偏置电压源V2。

功率检测电路中的第一三极管T1的集电极通过第一电阻R1连接到输出端Vout。直流电压源Vcc通过第二十二电阻R22连接到第一三极管T1的基极，为第一三极管提供偏置电压。在第一三极管T1的基极和集电极之间并联有第一电容C1，其将直流电压源Vcc与进入发射极的输出端Vout信号隔离开。第一电容C1和第一电阻R1组成串联的RC电路，可以根据实际电路的工作频率选择性的通过输出端Vout的信号。第二电阻R2和第二电容C2并联在第一三极管T1的发射极和地之间。第四电阻R4的一端连接到直流电压源Vcc，第五电阻R5的一端接地。相互串联的第四电阻R4和第五电阻R5构成一个分压网络，将直流电压源Vcc的电压值按照其电阻比例分压，两电阻的公共端为参考电压。第三电阻R3并联在第四电阻R4与第五电阻R5的公共端，和第一三极管T1的发射极之间。报警输出端Pdet连接在第一三极管T1的发射极上。输出端Vout的输出信号经过第一三极管T1所形成的共基极放大器后在其集电极处形成一个输出电压。该输出电压与所述参考电压之间的电压差会引起通过第三电阻R3的电流发生变化，从而导致报警输出端Pdet处的电压发生变化，给后续电路提供一个与输出端Vout功率相关的一个电压信号。根据实际电路的需要，所述参考电压可通过改变第四电阻R4和第五电阻R5进行调整，以此改变所述通过第三电阻R3的电流大小。这样报警输出端Pdet处电压可以根据后续电路的需要进行调整。

如图3所示，在ADS软件中对功率检测电路进行仿真，可以看到同样的输出端Vout的功率30dB条件下，通过设置不同的参考电压，报警输出端Pdet可以输出不同的电压，以适应后续电路的要求。

如图2所示，在ADS软件中进行S系数的仿真，设置输出端Vout为Term1，第一输入端Vin1为Term2，第二输入端Vin2为Term3。如图2所示，可以看到S(2,1)1与S（3,1）2之间相差大约35至40dB。在5GHz以内都可以实现较好的隔离性能。S(2,1)1在1.5GHz以上时接近0dB，表明其实现了较好的导通性能。

Claims (3)

1.一种低通高隔离智能射频开关，其特征在于，包括由多栅场效应晶体管组成的自偏置开关电路，

自偏置开关电路的输出端（Vout）连接有功率检测电路，该功率检测电路在输出端（Vout）的功率超过设定值时，发出报警信号；

自偏置开关电路的第一偏置电压源和第二偏置电压源处设有静电保护电路，防止开关由于静电影响而失效。

2.根据权利要求1所述的低通高隔离智能射频开关，其特征在于，所述功率检测电路包括与输出端（Vout）连接的第一电阻（R1），第一电阻（R1）的另一端连接到第一三极管（T1）的集电极，第一电容（C1）并联在第一三极管（T1）的集电极和基极之间，第一三极管（T1）的基极通过第二十二电阻（R22）与直流电压源（Vcc）连接，第一三极管（T1）的发射极与第二电容（C2）和第二电阻（R2）连接，第二电容（C2）和第二电阻（R2）的另一端接地，第四电阻（R4）和第五电阻（R5）串联，第四电阻（R4）的另一端连接到直流电压源（Vcc），第三电阻（R3）并联在第一三极管（T1）的发射极和第四电阻（R4）与第五电阻（R5）的公共端之间，报警输出端（Pdet）连接在第一三极管（T1）的发射极。

3.根据权利要求1或2所述的低通高隔离智能射频开关，其特征在于，所述静电保护电路包括漏极与第一偏置电压源（V1）连接的第二MOS管（T2），漏极与第二MOS管（T2）的源极相连接的第三MOS管（T3），第三MOS管（T3）的源极接地，第六电阻（R6）并联在第二MOS管（T2）的栅极和源极之间，第七电阻（R7）并联在第三MOS管（T3）的栅极和漏极之间；

漏极与第二偏置电压源（V2）连接的第四MOS管（T4），漏极与第四MOS管（T4）的源极相连接的第五MOS管（T5），第五MOS管（T5）的源极接地，第八电阻（R8）并联在第四MOS管（T4）的栅极和源极之间，第九电阻（R9）并联在第五MOS管（T5）的栅极和漏极之间。

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