CN106612121B - 多频合路开关电路 - Google Patents

Abstract

一种多频合路开关电路，其包括：一多层基板；一电路结构，集成在该多层基板上，该电路结构包括一微波开关电路、与该微波开关电路相连的一滤波电路、与该滤波电路的输出相连的一匹配隔离电路以及与该匹配隔离电路的输出相连的一扼流电路；以及多个引脚，与该电路结构相连并裸露于该多层基板的底部；其中，该滤波电路、匹配隔离电路以及扼流电路均为采用LC集总参数形式的无源电路，这些无源电路全部内埋在该多层基板的内部，集总电感、电容为三维立体结构。本发明集成度高、体积小、相对带外抑制度高、开关速度快、插入损耗小、一致性好。

Description

多频合路开关电路

技术领域

本发明涉及高频信号处理设备，特别是与射频、毫米波信号的传输有关。

背景技术

随着北斗导航系统的快速发展，结合北斗卫星应用产业发展模式，目前，相关的企业已着手从事北斗导航关键组件、器件、芯片的研发，并以应用为牵引，提升关键技术的自主创新能力，从而抢夺市场商机，推动北斗产业发展。

随着高新技术的不断发展，北斗导航对系统的高性能、高可靠、小型化配备的要求和需求越来越迫切。不仅要求系统在性能上满足要求，而且在体积、质量、可靠性方面的要求也非常苛刻。多频合路开关电路就是在此需求下自主创新研制和发明的新产品，它是北斗手持设备、北斗RNSS、RDSS多模接收机等核心器件之一，它对开发和推广北斗导航相关系统具有实际应用价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提出一种多频合路开关电路，集成度高、体积小、相对带外抑制度高、开关速度快、插入损耗小并且一致性好。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括：提供一种多频合路开关电路，其包括：一多层基板；一电路结构，集成在该多层基板上，该电路结构包括一微波开关电路、与该微波开关电路相连的一滤波电路、与该滤波电路的输出相连的一匹配隔离电路以及与该匹配隔离电路的输出相连的一扼流电路；以及多个引脚，与该电路结构相连并裸露于该多层基板的底部；其中，该滤波电路、匹配隔离电路以及扼流电路均为采用LC集总参数形式的无源电路，这些无源电路全部内埋在该多层基板的内部，集总电感、电容为三维立体结构。

在一些实施例中，该滤波电路与该扼流电路设置在该多层基板的底部；该匹配隔离电路设置在该多层基板的中部；该微波开关电路设置在该多层基板的顶侧表面上。

在一些实施例中，由上往下，该多层基板包括一第一介质层、一第二介质层和一第三介质层，其中，该匹配隔离电路设置在第二介质层，该滤波电路与扼流电路设置在第三介质层。

在一些实施例中，这些引脚均呈“工”字形，在该多层基板的底面和侧面均有相应的可焊接区。

在一些实施例中，该多层基板由多层介质堆栈或层压而叠成。

在一些实施例中，这些介质的材质为LTCC、HTCC或者PCB。

在一些实施例中，该微波开关电路包括三个单元，每个单元包括一受控开关；该滤波电路包括一高通滤波子电路、一低通滤波子电路以及一带通滤波子电路，这些滤波子电路分别与这三个受控开关相连。

在一些实施例中，每路受控开关为单刀双掷开关，该单刀双掷开关的一种切换选择与一个对应的滤波子电路相连。

在一些实施例中，该单刀双掷开关的另一种切换选择经由一个输出隔直电容与一个输出引脚相连，该单刀双掷开关与该输出隔直电容设置在该多层基板的顶侧表面上。

在一些实施例中，每个单元还包括串设在该受控开关与一输入引脚之间的一输入隔直电容，该受控开关与该输入隔直电容均设置在该多层基板的顶侧表面上。

与现有技术相比，本发明的多频合路开关电路，通过巧妙地在多层基板上集成电路结构并设置与电路结构相连的引脚，集成度高、体积小、相对带外抑制度高、开关速度快、插入损耗小并且一致性好。

附图说明

图1是本发明的多频合路开关电路的电原理框图。

图2a、2b和2c是本发明的多频合路开关电路中三个微波开关电路的电路图。

图3a、3b和3c是本发明的多频合路开关电路中低通子滤波电路、带通子滤波电路及高通子滤波电路的电路图。

图4是本发明的多频合路开关电路中匹配隔离电路的电路图。

图5是本发明的多频合路开关电路中扼流电路的电路图。

图6是本发明的多频合路开关电路的结构示意。

其中，附图标记说明如下：1微波开关电路 2滤波电路 3匹配隔离电路 4扼流电路5 引脚 6第一介质层线路 7 第二介质层线路 8 第三介质层线路 9 多层基板 91 第一介质层92 第二介质层93 第三介质层10 电路结构 11、12、13单元 21 低通滤波器 22 带通滤波器 23 高通滤波器 61带通滤波器线路 62 高通滤波器线路 63 低通滤波器线路 64匹配隔离电路线路 71带通滤波器线路 72 高通滤波器线路 73 低通滤波器线路 74 匹配隔离电路线路。

具体实施方式

为了详细说明本发明的构造及特点所在，兹举以下较佳实施例并配合附图说明如下。

本发明提出一种多频合路开关电路，是在一衬底上集成一电路结构，该电路结构包括：微波开关电路，滤波电路，匹配隔离电路以及扼流电路。其可实现多端口的微波信号，各端口输入不同频率的微波信号，同时合路至共用端口输出，或可将多端口的微波信号同时分别从各自相连接的微波开关电路的另外一端口输出。

本发明的多频合路开关电路在北斗导航相关系统的主要功能是实现系统外置天线与内置多模天线间的相互切换，并可为内置有源多模天线提供直流电压通道，其应用同时也可推广于相关的通信设备、系统中。

本发明的多频合路开关电路的衬底是由多层介质，可以是LTCC介质、HTCC介质或多层PCB介质，堆栈或层压而叠成的基板。滤波电路、匹配隔离电路以及扼流电路、开关控制线路等都高密度地集成在多层介质基板内部。微波开关电路和隔直电容放置在衬底顶层。输入、输出以及控制端口的表贴结构设计成“工”字形，便于贴装和集成于系统中。

本发明的多频合路开关电路，通过巧妙地在多层基板上集成电路结构并设置与电路结构相连的引脚，集成度高、体积小、相对带外抑制度高、开关速度快、插入损耗小并且一致性好。

参见图1至图6，图1是本发明的多频合路开关电路的电原理框图。图2a、2b和2c是本发明的多频合路开关电路中三个微波开关电路的电路图。图3a、3b和3c是本发明的多频合路开关电路中低通子滤波电路、带通子滤波电路及高通子滤波电路的电路图。图4是本发明的多频合路开关电路中匹配隔离电路的电路图。图5是本发明的多频合路开关电路中扼流电路的电路图。图6是本发明的多频合路开关电路的结构示意。

本发明的多频合路开关电路大致包括：一多层基板9；一电路结构10，集成在该多层基板9上；以及多个引脚5，与该电路结构10相连并裸露于该多层基板9的底部。

该电路结构10包括一微波开关电路1、与该微波开关电路1相连的一滤波电路2、与该滤波电路2的输出相连的一匹配隔离电路3以及与该匹配隔离电路3的输出相连的一扼流电路4。其中，该滤波电路2、匹配隔离电路3以及扼流电路4均为采用LC集总参数形式的无源电路，这些无源电路全部内埋在该多层基板9的内部，集总电感、电容为三维立体结构。

参见图6，该滤波电路2与扼流电路4设置在该多层基板9的底部，该匹配隔离电路3设置在该多层基板9的中部；该微波开关电路1设置在该多层基板9的顶侧表面上。

由上往下，该多层基板9包括一第一介质层91、一第二介质层92和一第三介质层93。其中，该匹配隔离电路3设置在第二介质层92，该滤波电路2与扼流电路4设置在第三介质层93。

这些引脚5均呈“工”字形，在该多层基板9的底面和侧面均有相应的可焊接区。该多层基板9由多层介质堆栈、层压而叠成。这些介质的材质为LTCC、HTCC或者PCB。该电路结构10还包括设置在第一介质层91上的线路6，设置在第二介质层92上的线路7以及设置在第三介质层93上的线路8。

该微波开关电路1包括三个单元11、12、13，每个单元11、12、13包括一受控开关和串设在该受控开关与一输入引脚之间的一输入隔直电容。该受控开关与该输入隔直电容均设置在该多层基板的顶侧表面上。具体而言，该受控开关为单刀双掷开关，该单刀双掷开关的一种切换选择与一个对应的滤波子电路21、22、23相连。该单刀双掷开关的另一种切换选择经由一个输出隔直电容与一个输出引脚相连。该单刀双掷开关与该输出隔直电容均设置在该多层基板9的顶侧表面上。这三路单刀双掷开关分别经由三个输入隔直电容与三个输入引脚相连，该单刀双掷开关与该输入隔直电容设置在该多层基板的顶侧表面上。

该滤波电路2包括一高通滤波子电路23、一低通滤波子电路21以及一带通滤波子电路22，这些滤波子电路21、22、23分别与这三路受控开关相连。线路6包括带通滤波器线路61、高通滤波器线路62、低通滤波器线路63以及匹配隔离电路线路64。线路7包括带通滤波器线路71、高通滤波器线路72、低通滤波器线路73以及匹配隔离电路线路74。线路8包括匹配隔离电路线路。

参见图1，该微波开关电路1包括三个单元11、12和13。其中，单元11的第一输入端外接微波信号，第二输入端A1外接控制电平CA，第三输入端B1外接控制电平CB，当开关控制信号CA为高电平、CB为低电平时，外接微波信号从第一输出端输出，第一输出端接低通滤波电路21的输入端，当开关控制信号CA为低电平、CB为高电平时，外接微波信号从第二输出端输出，第二输出端外接外置天线接口B32，从第二输出端输出微波信号可通过外置天线接收或发射。

类似地，单元12的第一输入端外接微波信号，第二输入端A2外接控制电平CA，第三输入端B2外接控制电平CB，当开关控制信号CA为高电平、CB为低电平时，外接微波信号从第一输出端输出，第一输出端接带通滤波电路22输入端，当开关控制信号CA为低电平、CB为高电平时，外接微波信号从第二输出端输出，第二输出端外接外置天线接口L2，从第二输出端输出微波信号可通过外置天线接收或发射。

类似地，单元13的第一输入端外接微波信号，第二输入端A3外接控制电平CA，第三输入端B3外接控制电平CB，当开关控制信号CA为高电平、CB为低电平时，外接微波信号从第一输出端输出，第一输出端接高通滤波电路23的输入端，当开关控制信号CA为低电平、CB为高电平时，外接微波信号从第二输出端输出，第二输出端外接外置天线接口S2，从第二输出端输出微波信号可通过外置天线接收或发射。

低通滤波电路21的输入端接单元11的第一输出端，低通滤波电路21主要作用是对单元11的第一输出端输出的微波信号进行选频、滤波。低通滤波电路21的输出端接匹配隔离电路3的第一输入端。

带通滤波电路22输入端接单元12的第一输出端，带通滤波电路22主要作用是对单元12的第一输出端输出的微波信号进行选频、滤波。带通滤波电路22输出端接匹配隔离电路3的第二输入端。

高通滤波电路23输入端接单元13的第一输出端，高通滤波电路23主要作用是对单元13的第一输出端输出的微波信号进行选频、滤波。高通滤波电路23输出端接匹配隔离电路3的第三输入端。

匹配隔离电路3的第一输入端接低通滤波电路21的输出端，第二输入端接带通滤波电路22的输出端，第三输入端接高通滤波电路23的输出端。匹配隔离电路3的输出端接扼流电路4的输出端VCC1和内置多模天线接口BSL。匹配隔离电路3主要作用是将各输入端口输入的微波信号合路成一个端口输出，并且保证输入的微波信号彼此不影响各自通道的滤波电路。

扼流电路4的输入端VCC外接直流电压通道，输出端VCC1接匹配隔离电路3的输出端和内置多模天线接口BSL。扼流电路4作用主要为内置有源多模天线提供直流电压。

参见图2a，单元11中的单刀双掷开关N1的第1脚接隔直电容C1一端，隔直电容C1另一端为单元11的第一输入端，单刀双掷开关N1的第2脚为单元11的第一输出端，单刀双掷开关N1的第3脚接隔直电容C4一端，隔直电容C4另一端为微波开关电路单元11的第二输出端，单刀双掷开关N1的第4脚为单元11的第二输入端A1，单刀双掷开关N1的第5脚为单元11的第三输入端B1。

参见图2b，单元12中的单刀双掷开关N2的第1脚接隔直电容C2一端，隔直电容C2另一端为单元12的第一输入端，单刀双掷开关N2的第2脚为单元12的第一输出端，单刀双掷开关N2的第3脚接隔直电容C5一端，隔直电容C5另一端为单元12的第二输出端，单刀双掷开关N2的第4脚为单元12的第二输入端A2，单刀双掷开关N2的第5脚为单元12的第三输入端B2。

参见图2c，单元13中的单刀双掷开关N3的第1脚接隔直电容C3一端，隔直电容C3另一端为单元13的第一输入端，单刀双掷开关N3的第2脚为单元13的第一输出端，单刀双掷开关N3的第3脚接隔直电容C6一端，隔直电容C6另一端为单元13的第二输出端，单刀双掷开关N3的第4脚为单元13的第二输入端A3，单刀双掷开关N3的第5脚为单元13的第三输入端B3。

参见图3a，低通滤波电路21由电感、、，电容、、等LC集总元件组成一个三阶滤波电路。电容一端接接地，另一端接电感的一端。电感的另一端与串联电容和电感的一个公共端为低通滤波电路21的第1脚。由于低通滤波电路21的第1脚内埋在多层基板9的内部，无法与顶层的单元11的第一输出端连接，因此需要通过设计一定长度的附加线段将二者连接起来，从而形成了附加电感。附加电感的一端连接低通滤波电路21的第1脚，附加电感的另一端为低通滤波电路21的输入端。电容的一端接接地、另一端接电感的一端，电感的另一端与串联电容和电感的另一个公共端为低通滤波电路21的输出端，输出端接匹配隔离电路3的第一输入端。为了减小附加电感恶化低通滤波电路21的滤波功能，在具体设计时，将匹配隔离电路3的第一输入端中的电感纳入低通滤波电路21中，从而使低通滤波电路21由原来的三阶电路变成了五阶电路，通过调节附加电感和电感能优化低通滤波电路21的电性能。

参见图3b，带通滤波电路22包括电感、，电容、、、等LC集总元件。并联电感和电容的一端接地，另一端接电容、的一端，电容的另一端为带通滤波电路22的第1脚。由于带通滤波电路22的第1脚内埋在多层基板9的内部，无法与顶层的单元12的第一输出端连接，因此需要通过设计一定长度的附加线段将二者连接起来，从而形成了附加电感。附加电感的一端连接带通滤波电路22的第1脚，附加电感的另一端为带通滤波电路22的输入端。并联电感和电容的一端接地，另一端接电容的另一端。此共用端为带通滤波电路22的输出端，输出端接匹配隔离电路3的第二输入端。

参见图3c，高通滤波电路23包括电感、，电容、、、等LC集总元件。并联电感和电容的一端接地，另一端接电容、的一端，电容的另一端为高通滤波电路23的第1脚。由于高通滤波电路23的第1脚内埋在多层基板9的内部，无法与顶层的单元13的第一输出端连接，因此需要通过设计一定长度的附加线段将二者连接起来，从而形成了附加电感。附加电感的一端连接高通滤波电路23的第1脚，附加电感的另一端为高通滤波电路23的输入端，并联电感和电容的一端接地，另一端接电容的另一端，此共用端为高通滤波电路23的输出端，输出端接匹配隔离电路3的第三输入端。值得一提的是，这里所称的高通只是一个称呼而已，因为当高通频率到一定带宽后，其滤波曲线特性与带通滤波器一致，所以该电路在设计时，其实是采用带通滤波器原理进行设计的，为了区分前述的带通滤波电路22，本发明将对应上端频率的滤波器，称为高通滤波器。

参见图4，匹配隔离电路3包括电感、，电容、等LC集总元件。电容一端接地，另一端接电感的一端，此共用端为匹配隔离电路3的第一输入端，第一输入端接低通滤波电路21的输出端。电容一端接地，另一端接电感的另一端和电感的一端，此共用端为匹配隔离电路3的第二输入端，第二输入端接带通滤波电路22的输出端。电感的另一端接高通滤波电路23的输出端和隔直电容C7的一端，此共用端为匹配隔离电路3的第三输入端，第三输入端接高通滤波电路23的输出端，隔直电容C7的另一端为匹配隔离电路3的输出端。其中，隔直电容C7主要是阻止通过扼流电路4的外加直流电压流入匹配隔直电路3内。

参见图5，扼流电路4由扼流电感构成，扼流电感的输入端VCC外接直流电源，输出端VCC1接匹配隔直电路3的输出端和内置多模天线的接口BSL。

本发明的多频合路开关电路，通过巧妙地在多层基板9上集成电路结构10并设置与电路结构10相连的引脚5，集成度高、体积小、相对带外抑制度高、开关速度快、插入损耗小并且一致性好。

以上，仅为本发明之较佳实施例，意在进一步说明本发明，而非对其进行限定。凡根据上述之文字和附图所公开的内容进行的简单的替换，都在本专利的权利保护范围之列。

Claims (8)

1.一种多频合路开关电路，其特征在于，包括：一多层基板；一电路结构，集成在该多层基板上，该电路结构包括一微波开关电路、与该微波开关电路相连的一滤波电路、与该滤波电路的输出相连的一匹配隔离电路以及与该匹配隔离电路的输出相连的一扼流电路；以及多个引脚，与该电路结构相连并裸露于该多层基板的底部；其中，该滤波电路、匹配隔离电路以及扼流电路均为采用LC 集总参数形式的无源电路，这些无源电路全部内埋在该多层基板的内部，集总电感、电容为三维立体结构；该微波开关电路包括三个单元，每个单元包括一受控开关；该滤波电路包括一高通滤波子电路、一低通滤波子电路以及一带通滤波子电路，这些滤波子电路分别与这三个受控开关相连，该受控开关为单刀双掷开关，该单刀双掷开关一种切换选择一个对应的滤波子电路相连，通过内部滤波子电路合路端口输出，另一种切换选择输出至外置天线接口。

2.根据权利要求1 所述的多频合路开关电路，其特征在于：该滤波电路与该扼流电路设置在该多层基板的底部；该匹配隔离电路设置在该多层基板的中部；该微波开关电路设置在该多层基板的顶侧表面上。

3.根据权利要求2 所述的多频合路开关电路，其特征在于：由上往下，该多层基板包括一第一介质层、一第二介质层和一第三介质层，其中，该匹配隔离电路设置在第二介质层，该滤波电路与扼流电路设置在第三介质层。

4.根据权利要求1 所述的多频合路开关电路，其特征在于：这些引脚均呈“工”字形，在该多层基板的底面和侧面均有相应的可焊接区。

5.根据权利要求1 所述的多频合路开关电路，其特征在于：该多层基板由多层介质堆栈或层压而叠成。

6.根据权利要求1 所述的多频合路开关电路，其特征在于：这些介质的材质为LTCC、HTCC 或者PCB。

7.根据权利要求1 所述的多频合路开关电路，其特征在于：该单刀双掷开关的另一种切换选择经由一个输出隔直电容与一个输出引脚相连，该单刀双掷开关与该输出隔直电容设置在该多层基板的顶侧表面上。

8.根据权利要求1 所述的多频合路开关电路，其特征在于：每个单元还包括串设在该受控开关与一输入引脚之间的一输入隔直电容，该受控开关与该输入隔直电容均设置在该多层基板的顶侧表面上。