CN105426804B - 射频信号读写切换电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种射频信号读写切换电路，其包括：输入端；输出端；开关电路，设置在输入端和输出端之间，控制输入端与输出端之间的导通或断开；开关电路包括：PIN二极管，通过控制PIN二极管的导通或断开来控制开关电路的导通或断开；通过控制控制端输入高电平或低电平控制PIN二极管的导通或断开；负压偏置电源，在控制端输入低电平时，负偏置电源与PIN二极管电连接，以使PIN二极管处于断开状态。上述射频信号读写切换电路，通过给开关电路增加负偏置电源，在开关电路的控制端输入低电平，PIN二极管没有正向偏置的情况下，PIN二极管在负压偏置电源的作用下保持截止，降低射频信号对PIN二极管的影响，提高了该切换电路的隔离度并降低谐波失真。

Description

射频信号读写切换电路

技术领域

本发明涉及射频识别领域，特别是涉及一种射频信号读写切换电路。

背景技术

PIN二极管是电流控制的可变电阻，当在PIN二极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二极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。在零偏置时，I层耗尽变宽，PIN二极管表现为高阻值状态。当加在PIN二极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二极管的整流作用逐渐减弱，最后消失。从外特性来看，PIN二极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二极管射频阻抗的大小。在正向偏置(控制信号为高电平)作用下，PIN二极管耗尽层变薄，对射频信号呈现低阻抗；在零偏置下(控制信号为低电平)，PIN二极管对射频信号有高的阻抗，这样通过改变PIN二极管偏置电压，可以起到控制射频信号通断的开关作用。

现在请参考图1，图1为现有技术中射频信号读写切换电路的结构示意图，控制端Control1’与电感L1’串联后接入PIN二极管D1’的正极，输入端RF1’与电容C1’串联后接入PIN二极管D1’的正极，PIN二极管D1’的负极与电容C2’串联后接入输出端RF2’，电感L2’串联在PIN二极管D1’的负极与接地端之间。输入端RF1’为射频信号的输入端口，控制端Control1’可以连接直流偏置电路，输出端RF2’为射频信号的输出端口。

当控制端Control1’输入高电平，使得PIN二极管D1’处于导通状态，D1工作电流处于特定值，此时PIN二极管对于输入端RF1’输入的信号相当于一个阻值很小的电阻，使得输入端RF1’输入的信号几乎完全通过PIN二极管D1’至输出端RF2’输出。当控制端Control1’没有直流偏置时，与PIN二极管D1’处于高阻抗状态，但输入端RF1’输入的信号会由于PIN二极管D1’在HF(High Frequency，高频)频段的隔离度降低，谐波也会落在频带内。

发明内容

基于此，有必要提供一种在HF频段保持良好隔离度、降低谐波失真的射频信号读写切换电路。

一种射频信号读写切换电路，包括：输入端，用以输入射频信号；输出端，用以输出射频信号；开关电路，设置在所述输入端和所述输出端之间，控制所述输入端与所述输出端之间的导通或断开；所述开关电路包括：PIN二极管，通过控制所述PIN二极管的导通或断开来控制开关电路的导通或断开；控制端，与所述PIN二极管连接，通过控制所述控制端输入高电平或低电平控制所述PIN二极管的导通或断开；所述开关电路还包括负压偏置电源，在所述控制端输入低电平时，所述负偏置电源与所述PIN二极管电连接，以使所述PIN二极管处于断开状态。

上述射频信号读写切换电路，通过给开关电路增加负偏置电源，在开关电路的控制端输入低电平，PIN二极管没有正向偏置的情况下，PIN二极管在负压偏置电源的作用下保持截止，降低射频信号对PIN二极管的影响，提高了该切换电路的隔离度并降低谐波失真。

在其中一个实施例中，所述开关电路包括至少两个PIN二极管，所述至少两个PIN二极管并联。该切换电路通过多路并联电路降低该切换电路的电阻进一步减小谐波失真。

在其中一个实施例中，所述开关电路包括第一PIN二极管、第二PIN二极管、第一电容、第二电容、第三电容、第一电感、第二电感、第三电感、第一负偏置电源、第二负偏置电源、，所述输入端同时连接所述第一电容的第一端和所述第二电容的第一端，所述第一电容的第二端同时连接第一电感的第一端和所述第一PIN二极管的正极，所述第二电容的第二端连接所述第二PIN二极管的负极，所述第二PIN二极管的负极同时连接所述第二电感的第一端，所述第二电感的第二端接地，所述第一电感的第二端同时连接所述控制端和所述第一负偏置电源，所述第一PIN二极管的负极和所述第二PIN二极管的正极同时连接所述第三电感的第一端和所述第三电容的第一端，所述第三电感的第二端连接所述第二偏置电源，所述第三电容的第二端连接输出端。

在其中一个实施例中，所述第二负压偏置电源的电压有效值大于输入射频信号的电压峰值，并且所述第一负压偏置电源与所述第二负压偏置电源的电压有效值的差大于输入射频信号的电压峰值。

在其中一个实施例中，包括至少两个所述第一PIN二极管、至少两个第一电容以及至少两个所述第二PIN二极管、至少两个第二电容，所述输入端和所述第三电感的第一端之间并联有串接的所述第一电容和所述第一PIN二极管，所述输入端和所述第三电感的第一端之间并联有串接的所述第二电容和所述第二PIN二极管。

在其中一个实施例中，所述射频信号读写切换电路包括变压器和至少两个开关电路，所述变压器包括至少两组初级绕组以及次级绕组，每个开关电路连接一组初级绕组，所述次级绕组的第一端与输出端连接，所述次级绕组的第二端接地。

在其中一个实施例中，所述至少两个开关电路分时导通。该切换电路通过多个开关电路的导通与断开，从而实现相位分时切换，提升三维标签的读取成功率。

在其中一个实施例中，所述开关电路包括：第一PIN二极管、第二PIN二极管、第一电容、第二电容、第一电感、第二电感、第三电感、第一负偏置电源、第二负偏置电源，所述输入端连接所述第一电容的第一端，所述第一电容的第二端同时连接所述第一电感的第一端和所述第一PIN二极管的正极，所述第一电感的第二端同时连接所述控制端和所述第一负偏置电源，所述第一PIN二极管的负极同时连接所述第三电感的第一端和所述初级绕组的第一端，所述第三电感的第二端与所述第二负偏置电源连接，所述初级绕组的第二端连接所述第二PIN二极管的正极，所述第二PIN二极管的负极同时连接所述第二电容的第一端和所述第二电感的第一端，所述第二电感的第二端和所述第二电容的第二端同时接地。

在其中一个实施例中，包括至少两个所述第一PIN二极管、至少两个第一电容以及至少两个所述第二PIN二极管、至少两个第二电容，所述输入端和所述初级绕组的第一端之间并联有串接的所述第一电容和所述第一PIN二极管，所述初级绕组的第二端和所述接地之间并联有串接的所述第二电容和所述第二PIN二极管。

附图说明

图1为现有技术中射频信号读写切换电路的结构示意图；

图2为实施例一中的射频信号读写切换电路的结构示意图；

图3为实施例二中的射频信号读写切换电路的结构示意图；

图4为实施例三中的射频信号读写切换电路的结构示意图。

具体实施方式

以下来结合具体实施例对本发明实施例的技术方案进一步的详细描述。

实施例一：

请参考图2，在该切换电路中，输入端RF01和输出端RF02连接有开关电路，输入端RF01与第一电容C01的第一端连接，第一电容C01的第二端同时连接电感L01的第一端和PIN二极管D01的正极，电感L01的第二端同时连接控制端Control01和负压偏置电源-V01，PIN二极管D01的负极同时连接第二电感L02的第一端和第二电容C02的第一端，第二电感L02的第二端接地，第二电容C02的第二端连接输出端。当控制端Control01通过外部的直流偏置电路输入高电平，与控制端Control01连接的PIN二极管D01处于导通状态，此时的PIN二极管D01对于输入端RF01输入的射频信号相当于一个阻值很小的电阻，因此输入端RF01输入的射频信号几乎完全通过PIN二极管D01至输出端RF02输出。当控制端Control01输入低电平时，PIN二极管D01在没有正向偏置的情况下，在负压偏置电源-V01的作用下保持截止，降低射频信号对PIN二极管D01的影响提高该切换电路的隔离度降低谐波失真。

在本实施例中，该切换电路还可以包括多个PIN二极管D01和第一电容C01，在输入端RF01、第二电容C02的第一端和第二电感L02的共同节点之间可以设置多个并联支路，每个支路中串联有第一电容C01和PIN二极管D01，并且控制端Control01和负压偏置电源-V01分别与每个并联支路的PIN二极管D01的正极连接。通过多路并联的电路，可以降低该切换电路的电阻，进一步减小谐波失真。

当然，本领域技术人员可以理解的是，该切换电路中的第一电感L01和第二电感L02可以由磁珠代替。并且输入端RF01和输出端RF02之间可以互换。在该电路中，还可以设置若干电阻，这些电阻可以起到限流作用，在此不再赘述。

实施例二：

现在请参考图3，该切换电路中，输入端RF11和输出端RF12连接有开关电路，输入端RF11与第三电感L13的第一端和第三电容C13的第一端的共同节点之间设置有多路并联支路，在本实施例中共有四路并联支路，这四路并联支路均包括串接的电容和PIN二极管，其中两路，电容的第一端与输入端RF11连接，电容的第二端与PIN二极管的正极连接，PIN二极管的负极同时连接第三电感L13的第一端和第三电容C13的第一端，并且PIN二极管的的正极分别与控制端Control11和第一负压偏置电源-V11连接；另外两路，电容的第一端与输入端RF11连接，电容的第二端与PIN二极管的负极连接，PIN二极管的正极同时连接第三电感L13的第一端和第三电容C13的第一端，PIN二极管的负极分别连接第二电感L12的第一端，并且第二电感L12的第二端接地。当然，本领域技术人员可以理解的是，此处的并联支路的数量可以根据实际情况来设置，并联支路内的电容和PIN二极管的连接方式也可以根据实际情况来设置。

该实施例中，还可以包括若干限流电阻，输入端RF11分别与第一电容C11、第一电容C11’、第二电容C12、第二电容C12’的第一端相连。第一电容C11的第二端与第一PIN二极管D11的正极、第一电阻R11相连，第一PIN二极管D11的负极与第三电容C15、第三电感L13的第一端相连，第三电感L13的第二端与电阻R14相连，电阻R14的另一端连接负压偏置电源-V21，该电源的有效值大于输入端RF11输入的信号的峰值。电阻R11的另一端连接第一电感L11的第一端，第一电感L11的第二端连接控制端Control11、电阻R13，电阻R13的另一端连接负压偏置电源-V1，-V1与-V2的差的有效值大于输入端RF11输入的信号的峰值，第三电容C13的第二端连接输出端RF12。第一电容C11’的第二端与第一PIN二极管D11’的正极、电阻R11’相连，第一PIN二极管D11’的负极与第三电容C13、第三电感L13相连。电阻11’的另一端连接第一电感L11’。第二电容C12的第二端与第二PIN二极管D12的负极、电阻R12相连，第二PIN二极管D12的正极与第三电容C13、第三电感L13相连，电阻R12的另一端连接第二电感L12，第二电感L12的第二端接地。第二电容C12’的第二端与第二PIN二极管D12’的负极、电阻R12’相连，第二PIN二极管D12’的正极与第三电容C13、第三电感L13相连，电阻R12’的另一端连接第二电感L12。

在本实施例红，当控制端Control11输入高电平，第一PIN二极管D11、第一PIN二极管D11’、第二PIN二极管D12、第二PIN二极管D12’处于导通状态，此时，这些PIN二极管对于输入端RF11输入的射频信号相当于一个阻值很小的电阻，使得输入端RF11输入的射频信号几乎完全通过这些PIN二极管至输出端RF12输出。当控制端Control11没有直流偏置时，与控制端Control11相连的第一PIN二极管D11、第一PIN二极管D11’、第二PIN二极管D12、第二PIN二极管D12’在没有正向偏置的情况下在第一负压偏置电源-V11和第二负压偏置电源-V12的作用下保持截止，降低射频信号对这些PIN二极管的影响提高该切换电路的隔离度降低谐波失真。通过多路并联电路结构降低该切换电路的电阻进一步减小谐波失真。并且使用多路并联电路，这些PIN二极管可以采用小功率PIN二极管来取代现有技术中的大功率PIN二极管，虽然器件增多了，但是由于大功率PIN二极管的价格昂贵，该切换电路仍处于较低的成本。

当然，本领域技术人员可以理解的是，该切换电路中的第一电感L11、第二电感L12和第三电感L13可以由磁珠代替。并且输入端RF11和输出端RF012之间可以互换。

实施例三：

请参考图4，该切换电路中，包括两个开关电路，这两个开关电路与输出端RF21和变压器T21中对应的初级绕组连接，变压器T21的次级绕组与输出端RF22连接。这两个开关电路通过自身的控制端独立的控制导通或断开。在本实施例中，可以将这两个开关电路分时导通，从而使得该切换电路输出端RF22输出的射频信号具有相位分时功能，可以大幅度提高三维标签读取的成功率。当然，该切换电路中还可以包括多个开关电路，如三个、四个、五个等等，这些开关电路与变压器T21相应的初级绕组连接，从而来实现相应的相位分时。在本实施例中，优选的，变压器T21为磁环变压器。

请继续参考图4，现在先来介绍第一个开关电路的连接方式，输入端RF21和第一电容C211、第一电容C211’的第一端相连，第一电容C211的第二端与PIN二极管第一PIN二极管D211的正极、电阻R211相连，PIN二极管第一PIN二极管D211的负极与第三电感L213、变压器T21的第一初级绕组的第一端连接，第三电感L213的第二端与电阻R214相连，电阻R214的另一端连接第二负压偏置电源-V212，该电源的电压的有效值大于输入端RF21输入的射频信号的峰值。电阻R211的另一端连接第一电感L211的第一端，第一电感L211的第二端连接第一控制端Control211、电阻R213，电阻R213的另一端连接第一负压偏置电源-V1，第一负压偏置电源和第二负压偏置电源的电压的差的有效值大于输入端RF21输入的射频信号的峰值。第一电容C211’的第二端与第一PIN二极管D211’的正极、电阻R211’相连，第二PIN二极管D211’的负极与第三电感L213的第一端、变压器T1的第一初级绕组的第一端相连，电阻R211’的另一端连接第一电感L211的第一端。第二PIN二极管D212的正极与变压器T21的第一初级绕组的第二端相连，第二PIN二极管D212的负极与电阻R212、第二电容C212的第一端相连，电容C212的第二端接地。电阻R212的另一端与第二电感L212的第一端相连，电感L212的第二端接地。第二PIN二极管D212’的正极与变压器T21的第一初级绕组的第二端连接，第二PIN二极管D212’的负极与电阻R212’、第二电容C212’的第一端相连，第二电容C212’的第二端接地。电阻R212’的另一端与第二电感L212的第一端相连，第二电感L212的第二端接地。

第二个开关电路的连接方式与以上的第一个开关电路的连接方式相似，在此不再赘述。

变压器T21的次级绕组的第一端接地，次级绕组的第二端与第三电容C22的第一端、输出端RF22相连，电容C22的第二端接地。在本实施例中，第一初级绕组的第一端、第二初级绕组的第二端、次级绕组的第二端为同名端。

本实施例中，第一开关电路中的第一控制端Control211输入高电平、第二控制端Control221没有直流偏置时，第一控制端Control211通过外部的直流偏置电路，使得与第一控制端Control211相连的第一PIN二极管D211、第一PIN二极管D211’、第二PIN二极管D212、第二PIN二极管D212’处于导通状态，这些PIN二极管工作电流处于特定值，此时这些PIN二极管对于输入端RF21输入的射频信号相当于一个阻值很小的电阻，使得输入端RF21输入的射频信号几乎完全通过这些PIN二极管之间的变压器T21的第一初级绕组耦合至次级绕组，然后通过输出端RF22输出。第二开关电路中的第一PIN二极管D221、第一PIN二极管D221’、第二PIN二极管D222、第二PIN二极管D222’在没有正向偏置的情况下在第一负压偏置电源和第二负压偏置电源的作用下保持截止，降低HF信号对第二开关电路中的PIN二极管的影响提高该开关电路的隔离度降低谐波失真。

当第一开关电路断开，第二开关电路导通时，其工作过程与上述过程相反，在此不再赘述。由于第一开关电路和第一初级绕组的连接方式与第二开关电路PIN二极管和第二初级绕组的连接方式不同，第一控制端Control211输入高电平时输出端RF22输出的射频信号与第二控制端Control221输入高电平时输出端RF22输出的射频信号相位相差180°，从而实现相位分时切换，大幅度提升三维标签读取成功率。当然，本领域技术人员可以理解的是，可以通过设置多个初级绕组和相应的开关电路，来实现各种不同相位差的射频信号输出。

当然，本领域技术人员可以理解的是，该切换电路中的电感可以由磁珠代替。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种射频信号读写切换电路，包括：

输入端，用以输入射频信号；

输出端，用以输出射频信号；

开关电路，设置在所述输入端和所述输出端之间，控制所述输入端与所述输出端之间的导通或断开；

其特征在于，所述开关电路包括：至少两个PIN二极管，通过控制所述PIN二极管的导通或断开来控制开关电路的导通或断开；

控制端，与所述PIN二极管连接，通过控制所述控制端输入高电平或低电平控制所述PIN二极管的导通或断开；

所述开关电路还包括负压偏置电源，在所述控制端输入低电平时，所述负压偏置电源与所述PIN二极管电连接，以使所述PIN二极管处于断开状态；

所述PIN二极管至少包括第一PIN二极管、第二PIN二极管，所述开关电路还包括：

第一电容、第二电容、第三电容、第一电感、第二电感、第三电感、第一负压偏置电源、第二负压偏置电源，所述输入端同时连接所述第一电容的第一端和所述第二电容的第一端，所述第一电容的第二端同时连接第一电感的第一端和所述第一PIN二极管的正极，所述第二电容的第二端连接所述第二PIN二极管的负极，所述第二PIN二极管的负极同时连接所述第二电感的第一端，所述第二电感的第二端接地，所述第一电感的第二端同时连接所述控制端和所述第一负压偏置电源，所述第一PIN二极管的负极和所述第二PIN二极管的正极同时连接所述第三电感的第一端和所述第三电容的第一端，所述第三电感的第二端连接所述第二负压偏置电源，所述第三电容的第二端连接输出端。

2.根据权利要求1所述的射频信号读写切换电路，其特征在于，所述第二负压偏置电源的电压有效值大于输入射频信号的电压峰值，并且所述第一负压偏置电源与所述第二负压偏置电源的电压有效值的差大于输入射频信号的电压峰值。

3.根据权利要求1所述的射频信号读写切换电路，其特征在于，包括至少两个所述第一PIN二极管、至少两个第一电容以及至少两个所述第二PIN二极管、至少两个第二电容，所述输入端和所述第三电感的第一端之间并联有串接的所述第一电容和所述第一PIN二极管，所述输入端和所述第三电感的第一端之间并联有串接的所述第二电容和所述第二PIN二极管。

4.根据权利要求1所述的射频信号读写切换电路，其特征在于，所述射频信号读写切换电路包括变压器和至少两个开关电路，所述变压器包括至少两组初级绕组以及次级绕组，每个开关电路连接一组初级绕组，所述次级绕组的第一端与输出端连接，所述次级绕组的第二端接地。

5.根据权利要求4所述的射频信号读写切换电路，其特征在于，所述至少两个开关电路分时导通。

6.根据权利要求4所述的射频信号读写切换电路，其特征在于，所述开关电路包括：第一PIN二极管、第二PIN二极管、第一电容、第二电容、第一电感、第二电感、第三电感、第一负压偏置电源、第二负压偏置电源，所述输入端连接所述第一电容的第一端，所述第一电容的第二端同时连接所述第一电感的第一端和所述第一PIN二极管的正极，所述第一电感的第二端同时连接所述控制端和所述第一负压偏置电源，所述第一PIN二极管的负极同时连接所述第三电感的第一端和所述初级绕组的第一端，所述第三电感的第二端与所述第二负压偏置电源连接，所述初级绕组的第二端连接所述第二PIN二极管的正极，所述第二PIN二极管的负极同时连接所述第二电容的第一端和所述第二电感的第一端，所述第二电感的第二端和所述第二电容的第二端同时接地。

7.根据权利要求6所述的射频信号读写切换电路，其特征在于，包括至少两个所述第一PIN二极管、至少两个第一电容以及至少两个所述第二PIN二极管、至少两个第二电容，所述输入端和所述初级绕组的第一端之间并联有串接的所述第一电容和所述第一PIN二极管，所述初级绕组的第二端和所述接地之间并联有串接的所述第二电容和所述第二PIN二极管。

8.根据权利要求6所述的射频信号读写切换电路，其特征在于，所述第二负压偏置电源的电压有效值大于输入射频信号的电压峰值，并且所述第一负压偏置电源与所述第二负压偏置电源的电压有效值的差大于输入射频信号的电压峰值。