CN108011648A - 用于接收机的开关电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于接收机的开关电路，包括带通滤波器、谐振电容C、发射支路和接收支路，所述发射支路上设置第一天线端口、发射端口TX和控制信号端口Ctrl，所述接收支路上设置第二天线端口、接收端口RX和控制信号端口Ctrl_NOT，第一天线端口和第二天线端口均连接带通滤波电路信号输出端，带通滤波电路信号输入端连接天线ANT，控制信号端口Ctrl和控制信号端口Ctrl_NOT输出相反的控制信号；所述谐振电容C一端接地，另一端连接天线ANT。本发明通过上述电路，具有大功率容量、高隔离度和低损耗的优势，不易受到带外信号的干扰，接收器的接收效果好。
Description
技术领域
本发明涉及一种单刀双掷开关(SPDT)，具体涉及用于接收机的开关电路。
背景技术
在CMOS工艺中，硅基半导体具有低电子迁移率，衬底电阻率小等特点，因此CMOS单刀双掷开关存在着功率容量小，隔离度不够，损耗大等特点，特别是很难同时实现大功率容量与低损耗和高隔离度。BiCMOS(Bipolar CMOS)是CMOS和双极器件同时集成在同一块芯片上的技术，其基本思想是以CMOS器件为主要单元电路，而在要求驱动大电容负载之处加入双极器件或电路。
一个单刀双掷开关的性能要由三个指标来衡量：功率容量(发射时所能传输的最大功率)、损耗(发射与接收时，由单刀双掷开关引起的信号功率的损耗)、隔离度(在发送与接收时，发送端与接收端的隔离程度)。在选定单刀双掷开关的情况下，开关的功率容量决定了整个射频系统最大传输功率，损耗反映了开关在信号链上引起的信号功率损失，隔离度反映了发射端与接收端相互影响程度，隔离度越高，两端的相互影响就越弱。现有的单刀双掷开关存在功率容量低、隔离度低且损耗高的缺陷。另外，现有的接收机接收信号容易受到带外信号的干扰，影响接收器的接收效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是让开关电路具有大功率容量、高隔离度和低损耗的优点，目的在于提供用于接收机的开关电路，该电路具有大功率容量、高隔离度和低损耗的优势，不易受到带外信号的干扰，接收器的接收效果好。
本发明通过下述技术方案实现：
用于接收机的开关电路，包括带通滤波器、谐振电容C、发射支路和接收支路，所述发射支路上设置第一天线端口、发射端口TX和控制信号端口Ctrl，所述接收支路上设置第二天线端口、接收端口RX和控制信号端口Ctrl_NOT，第一天线端口和第二天线端口均连接带通滤波电路信号输出端，带通滤波电路信号输入端连接天线ANT，控制信号端口Ctrl和控制信号端口Ctrl_NOT输出相反的控制信号；所述谐振电容C一端接地，另一端连接天线ANT；所述带通滤波电路包括极性电容C1、极性电容C2、极性电容C3、电感L3和电杆L4，极性电容C1的负极接信号输入端，正极接极性电容C2的负极，极性电容C2的正极接极性电容 C3的负极，极性电容C3的正极接信号输出端Vout，在极性电容C1和极性电容C2的公共连接端还连接下拉电感L3，在极性电容C2和极性电容C3的公共连接端还连接下拉电感L4。
本发明采用电路结构简单，电路面积小，成本低，性能可靠。在电路中采用了谐振电容 C到地，即在天线端口与地端口连接谐振电容C，使得谐振电容C在每种工作状态下都与一个支路的电感并联谐振，从而实现了对工作频段的选择并且降低了损耗。
采用晶体管M1、M2接到地端口，在发射时，M1关闭、M2开启，接收时M1开启、 M2关闭，使得发射端与接收端的隔离度大大增加。
该电路中的发射支路和接收支路之间采用series-shunt结构，即串并结构，电路结构简单，电路面积少，电子元器件少，使得整个单刀双掷开关电路减少了损耗，提高了功率容量。该电路实现高功率容量，低损耗，高隔离度等功能。本方案在天线ANT的接收端连接带通滤波电路，以减少可能干扰接收或降低接收器效果的带外信号，接收器接收效果好。该带通滤波电路结构简单，所用元器件少，滤波效果好。
优选的，所述发射支路包括晶体管M1、电感L1和电阻R1，晶体管M1的基极连接电阻R1一端，电阻R1另一端连接控制信号端口Ctrl，晶体管M1的发射极和body端接地；晶体管M1的集电极连接电感L1一端，电感L1另一端连接天线端口，晶体管M1的集电极还连接发射端口TX。
优选的，所述接收支路包括晶体管M2、电感L2和电阻R2，晶体管M2的基极连接电阻R2一端，电阻R2另一端连接控制信号端口Ctrl_NOT，晶体管M2的发射极和body端直接接地，晶体管M2的集电极连接电感L2一端，电感L2另一端连接天线端口，晶体管M2的集电极还连接接收端口RX。
优选的，当发射信号时，控制信号端口Ctrl为高电平、控制信号端口Ctrl_NOT为低电平，晶体管M1开启，晶体管M2关闭，谐振电容C、晶体管M1上自带的寄生电容与电感 L1，形成并联谐振网络。
优选的，当接收信号时，控制信号端口Ctrl为低电平、控制信号端口Ctrl_NOT为高电平，晶体管M2开启，M1关闭，谐振电容C、晶体管M2上自带的寄生电容与电感L2，形成并联谐振网络。
本发明提出了一种地电容谐振技术，在发射信号时，连接天线端口与地端口的到地谐振电容、晶体管M1的寄生电容与电感L1形成并联谐振网络，呈现高阻抗的特性，减小了发射的射频信号在天线端口向电感L1，晶体管M1的泄露，从而减小了发送损耗；在接收信号时，连接天线端口与地端口的到地谐振电容C，晶体管M2的寄生电容与电感L2，形成并联谐振网络，呈现高阻抗的特性，减小了发射的射频信号在天线端口向电感L2，晶体管M2的泄露，从而减小了接受损耗。如图3-4所示仿真图数据可知，本实施例的单刀双掷开关发送与接收时信号损耗和信号隔离度均优于现有技术。
优选的，改变谐振电容C值的大小，能够改变并联谐振网络的谐振频率。
优选的，改变电感L1和电感L2值的大小，能够改变并联谐振网络的谐振频率。
优选的，改变晶体管M1和晶体管M2的尺寸能够改变并联谐振网络的谐振频率。
BiCMOS(Bipolar CMOS)是CMOS和双极器件同时集成在同一块芯片上的技术，其基本思想是以CMOS器件为主要单元电路，而在要求驱动大电容负载之处加入双极器件或电路。因此 BiCMOS电路既具有CMOS电路高集成度、低功耗的优点，又获得了双极电路高速、强电流驱动能力的优势。该电路采用BiCMOS工艺集成而成。
发射端口TX是信号流入端口，接收端口RX是信号流出端口。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明采用电容谐振技术，将谐振电容C接地，即在天线端口与地端口连接谐振电容C，使得谐振电容C在每种工作状态下都与一个支路的电感并联谐振，从而实现了对工作频段的选择并且降低了损耗，同时在天线ANT的接收端连接带通滤波电路，以减少可能干扰接收或降低接收器效果的带外信号，接收器接收效果好。
2、本发明采用改进型series-shunt结构，用电感L1、L2替代了原有的晶体管，并与到地电容谐振，使得整个单刀双掷开关减少了损耗，实现高功率容量，低损耗，高隔离度等功能。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的电路图；
图2为本发明的单刀双掷开关功率容量仿真结果图；
图3为本发明的单刀双掷开关发送与接收时信号损耗的仿真结果图；
图4为带通滤波电路图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
如图1-4所示，本发明包括用于接收机的开关电路，包括带通滤波器、谐振电容C、发射支路和接收支路，所述发射支路上设置第一天线端口、发射端口TX和控制信号端口Ctrl，所述接收支路上设置第二天线端口、接收端口RX和控制信号端口Ctrl_NOT，第一天线端口和第二天线端口均连接带通滤波电路信号输出端，带通滤波电路信号输入端连接天线ANT，控制信号端口Ctrl和控制信号端口Ctrl_NOT输出相反的控制信号；所述谐振电容C一端接地，另一端连接天线ANT；所述带通滤波电路包括极性电容C1、极性电容C2、极性电容C3、电感L3和电杆L4，极性电容C1的负极接信号输入端，正极接极性电容C2的负极，极性电容C2的正极接极性电容C3的负极，极性电容C3的正极接信号输出端Vout，在极性电容C1 和极性电容C2的公共连接端还连接下拉电感L3，在极性电容C2和极性电容C3的公共连接端还连接下拉电感L4。
本实施例中将中心工作频率调整为35GHz。由图2可知，实施例的单刀双掷开关功率容量大于12dBm，远大于现有单刀双掷开关功率容量。
本发明采用电路结构简单，电路面积小，成本低，性能可靠。在电路中采用了谐振电容 C到地，即在天线端口与地端口连接谐振电容C，使得谐振电容C在每种工作状态下都与一个支路的电感并联谐振，从而实现了对工作频段的选择并且降低了损耗。
采用晶体管M1、M2接到地端口，在发射时，M1关闭、M2开启，接收时M1开启、M2关闭，使得发射端与接收端的隔离度大大增加。
该电路中的发射支路和接收支路之间采用series-shunt结构，即串并结构，电路结构简单，电路面积少，电子元器件少，使得整个单刀双掷开关电路减少了损耗，提高了功率容量。该电路实现高功率容量，低损耗，高隔离度等功能。本方案在天线ANT的接收端连接带通滤波电路，以减少可能干扰接收或降低接收器效果的带外信号，接收器接收效果好。该带通滤波电路结构简单，所用元器件少，滤波效果好。
实施例2：
如图3-4所示，本实施例在实施例1的基础上优选如下：发射支路包括晶体管M1、电感 L1和电阻R1，晶体管M1的基极连接电阻R1一端，电阻R1另一端连接控制信号端口Ctrl，晶体管M1的发射极和body端接地；晶体管M1的集电极连接电感L1一端，电感L1另一端连接天线端口，晶体管M1的集电极还连接发射端口TX。其中的body端即为半导体端。
接收支路包括晶体管M2、电感L2和电阻R2，晶体管M2的基极连接电阻R2一端，电阻R2另一端连接控制信号端口Ctrl_NOT，晶体管M2的发射极和body端直接接地，晶体管M2 的集电极连接电感L2一端，电感L2另一端连接天线端口，晶体管M2的集电极还连接接收端口RX。本发明采用改进型series-shunt结构，用电感L1、L2替代了原有的晶体管，并与到地谐振电容C谐振，使得整个单刀双掷开关电路减少了损耗，实现高功率容量，低损耗，高隔离度等功能。
当发射信号时，控制信号端口Ctrl为高电平、控制信号端口Ctrl_NOT为低电平，晶体管M1开启，晶体管M2关闭，谐振电容C、晶体管M1上自带的寄生电容与电感L1，形成并联谐振网络,呈现高阻抗的特性，减小了发射信号在天线端口向晶体管M1的泄露，从而减小了发送支路发送信号时的损耗。
当接收信号时，控制信号端口Ctrl为低电平、控制信号端口Ctrl_NOT为高电平，晶体管M2开启，M1关闭，谐振电容C、晶体管M2上自带的寄生电容与电感L2，形成并联谐振网络,呈现高阻抗的特性，减小了发射的射频信号在天线端口向晶体管M2的泄露，从而减小了接收损耗。
当控制信号端口Ctrl为低电平、控制信号端口Ctrl_NOT为高电平时，晶体管M2开启， M1关闭，开关处于发送状态，信号从发射端口传输到天线端口，此时要求单刀双掷开关尽可能地传输功率信号。晶体管M1关闭以阻止射频信号泄露。晶体管M2开启，其基极被偏置到高电平，使得发射端通过M2接地，使得发射端到接收端的隔离度增大。在发送信号时，谐振电容与发送支路的电感形成并联谐振网络，减少射频信号向接收支路的泄露，从而减小了发送支路发送信号时的损耗。
当Ctrl为高电平、Ctrl_NOT为低电平时，晶体管M1开启，M2关闭，开关处于接收状态，信号从传输天线端口到接收端口，此时要求单刀双掷开关尽可能地隔离功率信号。晶体管M2 关闭以阻止射频信号泄露。晶体管M1开启，其基极被偏置到高电平，使得发射端口通过M1 接地，以阻止天线端口想发射支路泄露。在接收信号时，谐振电容与发送支路的电感形成并联谐振网络，减少射频信号向发送支路的泄露，从而减小了接收支路接收信号时的损耗。
本发明提出了一种地电容谐振技术，在发射信号时，连接天线端口与地端口的到地谐振电容、晶体管M1的寄生电容与电感L1形成并联谐振网络，呈现高阻抗的特性，减小了发射的射频信号在天线端口向电感L1，晶体管M1的泄露，从而减小了发送损耗；在接收信号时，连接天线端口与地端口的到地谐振电容C，晶体管M2的寄生电容与电感L2，形成并联谐振网络，呈现高阻抗的特性，减小了发射的射频信号在天线端口向电感L2，晶体管M2的泄露，从而减小了接受损耗。如图3-4所示仿真图数据可知，本实施例的单刀双掷开关发送与接收时信号损耗底且信号隔离度高，均优于现有技术。
实施例3：
本实施例在上述实施例的基础上优选如下：改变谐振电容C值的大小，能够改变并联谐振网络的谐振频率。
改变电感L1和电感L2值的大小，能够改变并联谐振网络的谐振频率。
改变晶体管M1和晶体管M2的尺寸能够改变并联谐振网络的谐振频率。
可以通过调节连接天线和到地的谐振电容C与电感L1、L2的大小，晶体管M1、M2的尺寸来来改变并联谐振网络的谐振频率，从而实现选频功能。
该电路采用BiCMOS工艺集成而成。BiCMOS(Bipolar CMOS)是CMOS和双极器件同时集成在同一块芯片上的技术，其基本思想是以CMOS器件为主要单元电路，而在要求驱动大电容负载之处加入双极器件或电路。因此BiCMOS电路既具有CMOS电路高集成度、低功耗的优点，又获得了双极电路高速、强电流驱动能力的优势。
发射端口TX是信号流入端口，接收端口RX是信号流出端口。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.用于接收机的开关电路，其特征在于，包括带通滤波器、谐振电容C、发射支路和接收支路，所述发射支路上设置第一天线端口、发射端口TX和控制信号端口Ctrl，所述接收支路上设置第二天线端口、接收端口RX和控制信号端口Ctrl_NOT，第一天线端口和第二天线端口均连接带通滤波电路信号输出端，带通滤波电路信号输入端连接天线ANT，控制信号端口Ctrl和控制信号端口Ctrl_NOT输出相反的控制信号；所述谐振电容C一端接地，另一端连接天线ANT；所述带通滤波电路包括极性电容C1、极性电容C2、极性电容C3、电感L3和电杆L4，极性电容C1的负极接信号输入端，正极接极性电容C2的负极，极性电容C2的正极接极性电容C3的负极，极性电容C3的正极接信号输出端Vout，在极性电容C1和极性电容C2的公共连接端还连接下拉电感L3，在极性电容C2和极性电容C3的公共连接端还连接下拉电感L4。
2.根据权利要求1所述的用于接收机的开关电路，其特征在于，所述发射支路包括晶体管M1、电感L1和电阻R1，晶体管M1的基极连接电阻R1一端，电阻R1另一端连接控制信号端口Ctrl，晶体管M1的发射极和body端接地；晶体管M1的集电极连接电感L1一端，电感L1另一端连接天线端口，晶体管M1的集电极还连接发射端口TX。
3.根据权利要求2所述的用于接收机的开关电路，其特征在于，所述接收支路包括晶体管M2、电感L2和电阻R2，晶体管M2的基极连接电阻R2一端，电阻R2另一端连接控制信号端口Ctrl_NOT，晶体管M2的发射极和body端直接接地，晶体管M2的集电极连接电感L2一端，电感L2另一端连接天线端口，晶体管M2的集电极还连接接收端口RX。
4.根据权利要求3所述的用于接收机的开关电路，其特征在于，当发射信号时，控制信号端口Ctrl为高电平、控制信号端口Ctrl_NOT为低电平，晶体管M1开启，晶体管M2关闭，谐振电容C、晶体管M1上自带的寄生电容与电感L1，形成并联谐振网络。
5.根据权利要求3所述的用于接收机的开关电路，其特征在于，当接收信号时，控制信号端口Ctrl为低电平、控制信号端口Ctrl_NOT为高电平，晶体管M2开启，M1关闭，谐振电容C、晶体管M2上自带的寄生电容与电感L2，形成并联谐振网络。
6.根据权利要求4或5所述的用于接收机的开关电路，其特征在于，改变谐振电容C值的大小，能够改变并联谐振网络的谐振频率。
7.根据权利要求4或5所述的用于接收机的开关电路，其特征在于，改变电感L1和电感L2值的大小，能够改变并联谐振网络的谐振频率。
8.根据权利要求4或5所述的用于接收机的开关电路，其特征在于，改变晶体管M1和晶体管M2的尺寸能够改变并联谐振网络的谐振频率。
9.根据权利要求1所述的用于接收机的开关电路，其特征在于，该电路采用BiCMOS工艺集成而成。
10.根据权利要求1所述的用于接收机的开关电路，其特征在于，发射端口TX是信号流入端口，接收端口RX是信号流出端口。
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