CN111490764B - 具有静默功能的砷化镓单刀四掷开关及单刀八掷开关 - Google Patents

Abstract

本发明适用于微波单片集成电路技术领域，提供了一种具有静默功能的砷化镓单刀四掷开关及单刀八掷开关，该具有静默功能的砷化镓单刀四掷开关包括：译码单元的两个输入端分别连接第一控制逻辑信号输入端和第二控制逻辑信号输入端，译码单元的输出端连接第一驱动单元的第一输入端；第一驱动单元的第二输入端连接第三控制逻辑信号输入端，第一驱动单元的输出端连接第一开关单元的控制输入端，第一开关单元的第一端连接信号输入端，第一开关单元的四个输出端用于输出五种状态信号。本发明通过增加第三控制逻辑信号输入端，使得可以输出第五种状态，即静默状态，从而可以解决现有技术中GaAs单刀多掷开关不能实现电路处于全部关断的状态的问题。

Description

具有静默功能的砷化镓单刀四掷开关及单刀八掷开关

技术领域

本发明属于微波单片集成电路技术领域，尤其涉及具有静默功能的砷化镓单刀四掷开关及单刀八掷开关。

背景技术

GaAs单刀多掷开关在性能上具有非常明显的优势：偏置电路简单、开或关状态切换时直流功耗几乎为零以及开关速度快。同时，由于GaAs单刀多掷开关尺寸小，可靠性高，被广泛应用于开关滤波器组等微波系统中。GaAs单刀多掷开关一个控制状态对应一个通道的导通，其控制码有两个数字信号组成，共有00、01、10、11四个不同的控制状态，一般对应通道导通分别为RFC-RF1、RFC-RF2、RFC-RF3以及RFC-RF4，一个通道导通其余三个通道关断。

然而，在实际工程应用中，往往需要多个开关芯片并联扩展，为实现较高的信号隔离，现有的GaAs单刀多掷开关不能满足需求。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种具有静默功能的砷化镓单刀四掷开关及单刀八掷开关，旨在解决现有技术中GaAs单刀多掷开关不能实现电路处于全部关断的状态的问题。

为实现上述目的，本发明实施例的第一方面提供了一种具有静默功能的砷化镓单刀四掷开关，包括：第一控制逻辑信号输入端、第二控制逻辑信号输入端、第三控制逻辑信号输入端、信号输入端、译码单元、第一驱动单元以及第一开关单元；

所述译码单元的两个输入端分别连接第一控制逻辑信号输入端和第二控制逻辑信号输入端，所述译码单元的输出端连接所述第一驱动单元的第一输入端；所述第一驱动单元的第二输入端连接第三控制逻辑信号输入端，所述第一驱动单元的输出端连接所述第一开关单元的控制输入端，所述第一开关单元的第一端连接信号输入端，所述第一开关单元的四个输出端用于输出五种状态信号。

作为本申请另一实施例，所述五种状态信号包括第一输出端导通状态、第二输出端导通状态、第三输出端导通状态、第四输出端导通状态以及静默状态，当任一输出端为导通状态时，其它输出端为关断状态。

作为本申请另一实施例，所述第一驱动单元包括：四个与门电路、四个第一驱动器以及第一反向器；

所述四个与门电路的第一输入端均连接所述译码单元的四个输出端，所述四个与门电路的第二输入端均连接所述第一反向器的输出端，所述四个与门电路的四个输出端分别连接对应的第一驱动器的输入端，每个第一驱动器的输出端为所述第一驱动单元的输出端，所述第一反向器的输入端连接所述第三控制逻辑信号输入端。

作为本申请另一实施例，所述第一开关单元包括：四个第一开关元件；

每个第一开关元件的控制输入端连接所述第一驱动器的一个对应输出端，每个第一开关元件的第一端连接信号输入端，每个第一开关元件的输出端作为所述第一开关单元的一个输出端。

作为本申请另一实施例，所述第一反向器为非门元件，所述非门元件的输入端为所述第一反向器的输入端，所述非门元件的输出端为所述第一反向器的输出端。

本发明实施例的第二方面提供了一种具有静默功能的砷化镓单刀八掷开关，包括：两个上述任一实施例所述的具有静默功能的砷化镓单刀四掷开关、单刀双掷开关芯片、第二反向器、第四控制逻辑信号输入端、第五控制逻辑信号输入端、第六控制逻辑信号输入端；

第一砷化镓单刀四掷开关的第一控制逻辑信号输入端与第二砷化镓单刀四掷开关的第一控制逻辑信号输入端连接后接入所述第四控制逻辑信号输入端，所述第一砷化镓单刀四掷开关的第二控制逻辑信号输入端与所述第二砷化镓单刀四掷开关的第二控制逻辑信号输入端连接后接入所述第五控制逻辑信号输入端，所述第一砷化镓单刀四掷开关的第三控制逻辑信号输入端连接所述第二反向器后与所述第二砷化镓单刀四掷开关的第三控制逻辑信号输入端连接后接入所述第六控制逻辑信号输入端，所述第一砷化镓单刀四掷开关的信号输入端与所述第二砷化镓单刀四掷开关的信号输入端分别连接所述单刀双掷开关芯片的两个输出端；

所述单刀双掷开关芯片的第一输入端连接第一信号输入端，所述单刀双掷开关芯片的第二输入端连接所述第三控制逻辑信号输入端。

作为本申请另一实施例，所述单刀双掷开关芯片包括：第二驱动单元和第二开关单元；

所述第二驱动单元的输入端连接所述第三控制逻辑信号输入端，所述第二驱动单元的输出端连接所述第二开关单元的控制输入端；

所述第二开关单元的第一端连接所述第一信号输入端，所述第二开关单元的两个输出端为所述单刀双掷开关芯片的两个输出端。

作为本申请另一实施例，所述第二开关单元包括：两个第二开关元件；

每个第二开关元件的控制输入端连接所述第二驱动单元的一个对应输出端，每个第二开关元件的第一端连接所述信号输入端，每个第二开关元件的输出端作为所述第二开关单元的一个输出端。

本发明实施例的第三方面提供了一种开关滤波器组，所述开关滤波器组中的开关包括上述任一实施例所述的具有静默功能的砷化镓单刀四掷开关。

本发明实施例的第四方面提供了一种开关滤波器组，所述开关滤波器组中的开关包括上述任一实施例所述的具有静默功能的砷化镓单刀八掷开关。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：与现有技术相比，本发明通过增加第三控制逻辑信号输入端，并通过第三控制逻辑信号输入端输入的控制逻辑信号对驱动器进行控制，使得可以输出第五种状态，即静默状态，从而可以解决现有技术中GaAs单刀多掷开关不能实现电路处于全部关断的状态的问题，实现较高的信号隔离，提高砷化镓单刀四掷开关的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的具有静默功能的砷化镓单刀四掷开关的示意图；

图2是本发明实施例提供的第一驱动单元的示意图；

图3是本发明实施例提供的第一开关单元的示意图；

图4是本发明实施例提供的控制方式工作的示例图；

图5是本发明实施例提供的具有静默功能的砷化镓单刀八掷开关的示意图；

图6是本发明实施例提供的单刀双掷开关芯片的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图1为本发明实施例提供的具有静默功能的砷化镓单刀四掷开关的示意图，详述如下。

一种具有静默功能的砷化镓单刀四掷开关，可以包括：第一控制逻辑信号输入端101、第二控制逻辑信号输入端102、第三控制逻辑信号输入端103、信号输入端104、译码单元105、第一驱动单元106以及第一开关单元107。

所述译码单元105的两个输入端分别连接第一控制逻辑信号输入端101和第二控制逻辑信号输入端102，所述译码单元105的输出端连接所述第一驱动单元106的第一输入端；所述第一驱动单元106的第二输入端连接第三控制逻辑信号输入端103，所述第一驱动单元106的输出端连接所述第一开关单元107的控制输入端，所述第一开关单元107的第一端连接信号输入端104，所述第一开关单元107的四个输出端用于输出五种状态信号。

可选的，所述五种状态信号包括第一输出端导通状态、第二输出端导通状态、第三输出端导通状态、第四输出端导通状态以及静默状态，当任一输出端为导通状态时，其它输出端为关断状态。

可选的，静默状态为全部关断状态。

可选的，译码单元105可以包括译码器，所述译码器可以为现有单刀四掷开关芯片中的译码器。

可选的，如图2所示，所述第一驱动单元106可以包括：四个与门电路1061、四个第一驱动器1062以及第一反向器1063；

所述四个与门电路1061的第一输入端均连接所述译码单元105的四个输出端，所述四个与门电路1061的第二输入端均连接所述第一反向器1063的输出端，所述四个与门电路1061的四个输出端分别连接对应的第一驱动器1062的输入端，每个第一驱动器1062的输出端为所述第一驱动单元106的输出端，所述第一反向器1063的输入端连接所述第三控制逻辑信号输入端103。

可选的，如图3所示，所述第一开关单元107可以包括：四个第一开关元件1071；

每个第一开关元件1071的控制输入端连接所述第一驱动器1062的一个对应输出端，每个第一开关元件1071的第一端连接信号输入端，每个第一开关元件1071的输出端作为所述第一开关单元107的一个输出端。

可选的，如图3所示，所述第一反向器1063可以为非门元件，所述非门元件的输入端为所述第一反向器的输入端，所述非门元件的输出端为所述第一反向器的输出端。

如图3中，其中信号输入端可以采用RFC表示，第一输出端可以采用RF1表示，第二输出端可以采用RF2表示，第三输出端可以采用RF3表示，第四输出端可以采用RF4表示。当第三控制逻辑信号输入端103、第二控制逻辑信号输入端102和第一控制逻辑信号输入端101分别输入控制逻辑信号“000”时，信号通路为信号输入端到第一输出端，即信号通路为RFC至RF1；当第三控制逻辑信号输入端103、第二控制逻辑信号输入端102和第一控制逻辑信号输入端101分别输入控制逻辑信号“001”时，信号通路为RFC至RF2；当第三控制逻辑信号输入端103、第二控制逻辑信号输入端102和第一控制逻辑信号输入端101分别输入控制逻辑信号“010”时，信号通路为RFC至RF3；当第三控制逻辑信号输入端103、第二控制逻辑信号输入端102和第一控制逻辑信号输入端101分别输入控制逻辑信号“011”时，信号通路为RFC至RF4；当第三控制逻辑信号输入端103、第二控制逻辑信号输入端102和第一控制逻辑信号输入端101分别输入控制逻辑信号“100”时，信号通路全部关断。

当第三控制逻辑信号输入端103输入控制逻辑信号“0”时，通过第一反向器后，控制逻辑信号转为“1”，第三控制逻辑信号输入端103输入控制逻辑信号控制功能全部无效；当第三控制逻辑信号输入端103输入控制逻辑信号“1”时，通过第一反向器后，控制逻辑信号转为“0”，第三控制逻辑信号输入端103输入控制逻辑信号控制功能全部有效，全部驱动器将被关闭，此时RF1至RF4的四个通道全部关断，电路处于静默状态。

可选的，第三控制逻辑信号输入端输入的控制逻辑信号，还可以称为静默使能控制信号，其有效时对应的电路状态为静默状态。

具有静默功能的砷化镓单刀四掷开关的测量可以使用矢量网络分析仪探针台在片测试射频特性，包括回波损耗、插入损耗、隔离度等，信号输入端直接由电源提供，并按照如图4所示的控制方式工作。在常温下测得具有静默功能的砷化镓单刀四掷开关电路的回波损耗和插入损耗，在0.1GHz～4GHz的工作范围内，具有静默功能的砷化镓单刀四掷开关的回波损耗小于-20dB，各通道的插入损耗小于1dB。而当EN控制位有效时，RFC至RF1～RF4四个通道都为隔离态，整个芯片处于静默状态。

上述具有静默功能的砷化镓单刀四掷开关，通过增加第三控制逻辑信号输入端，并通过第三控制逻辑信号输入端输入的控制逻辑信号对驱动器进行控制，使得可以输出第五种状态，即静默状态，从而可以解决现有技术中GaAs单刀多掷开关不能实现电路处于全部关断的状态的问题，实现较高的信号隔离，提高具有静默功能的砷化镓单刀四掷开关的稳定性。

如图5所示，本发明实施例还提供一种具有静默功能的砷化镓单刀八掷开关，可以包括：两个具有静默功能的砷化镓单刀四掷开关(包括第一砷化镓单刀四掷开关501和第二砷化镓单刀四掷开关502)、单刀双掷开关芯片503、第二反向器504、第四控制逻辑信号输入端505、第五控制逻辑信号输入端506、第六控制逻辑信号输入端507；其中，第一砷化镓单刀四掷开关501和第二砷化镓单刀四掷开关502为上述任一实施例提供的具有静默功能的砷化镓单刀四掷开关，即增加第三控制逻辑信号输入端的砷化镓单刀四掷开关。

第一砷化镓单刀四掷开关501的第一控制逻辑信号输入端5011与第二砷化镓单刀四掷开关502的第一控制逻辑信号输入端5021连接接入所述第四控制逻辑信号输入端505，所述第一砷化镓单刀四掷开关501的第二控制逻辑信号输入端5012与所述第二砷化镓单刀四掷开关502的第二控制逻辑信号输入端5022连接后接入所述第五控制逻辑信号输入端506，所述第一砷化镓单刀四掷开关501的第三控制逻辑信号输入端连接所述第二反向器504后与所述第二砷化镓单刀四掷开关502的第三控制逻辑信号输入端连接后接入所述第六控制逻辑信号输入端507，所述第一砷化镓单刀四掷开关501的信号输入端5014与所述第二砷化镓单刀四掷开关502的信号输入端5024分别连接所述单刀双掷开关芯片503的两个输出端；

所述单刀双掷开关芯片503的第一输入端连接第一信号输入端，所述单刀双掷开关芯片503的第二输入端连接所述第三控制逻辑信号输入端。

可选的，如图6所示，所述单刀双掷开关芯片503包括：第二驱动单元5031和第二开关单元5032；

所述第二驱动单元5031的输入端连接所述第三控制逻辑信号输入端，所述第二驱动单元5031的输出端连接所述第二开关单元5032的控制输入端；

所述第二开关单元5032的第一端连接所述第一信号输入端，所述第二开关单元5032的两个输出端为所述单刀双掷开关芯片503的两个输出端。

可选的，如图6所示，所述第二开关单元5032包括：两个第二开关元件；

每个第二开关元件的控制输入端连接所述第二驱动单元的一个对应输出端，每个第二开关元件的第一端连接所述信号输入端，每个第二开关元件的输出端作为所述第二开关单元的一个输出端。

如图5所示，当第六控制逻辑信号输入端输入控制逻辑信号“0”时，由于第一砷化镓单刀四掷开关501与第六控制逻辑信号输入端之间设置第二反向器504，控制逻辑信号“0”经过第二反向器504反向处理后，得到控制逻辑信号“1”，然后输入进第一砷化镓单刀四掷开关501中，根据对具有静默功能的砷化镓单刀四掷开关的描述，第一砷化镓单刀四掷开关501的驱动器将被全部关闭；而第二砷化镓单刀四掷开关502与第六控制逻辑信号输入端之间没设置第二反向器504，控制逻辑信号“0”输入进第二砷化镓单刀四掷开关502，则第二砷化镓单刀四掷开关502的驱动器的输出端RF5至RF6正常输出，即根据输入的第一控制逻辑信号和第二控制逻辑信号进行逻辑控制输出。

需要说明的是，可以通过设置单刀双掷开关芯片503内的第二驱动单元的输出，控制第一砷化镓单刀四掷开关501或者第二砷化镓单刀四掷开关502的无效状态。例如，单刀双掷开关芯片503的输入端可以为控制逻辑信号“0”，则输出可以为“01”或者“10”，即第一砷化镓单刀四掷开关501无效或者第二砷化镓单刀四掷开关502无效。可以理解的，根据单刀双掷开关芯片503的输出设计第二反向器504的位置。

例如，第六控制逻辑信号输入端507、第五控制逻辑信号输入端506、第四控制逻辑信号输入端505分别输入控制逻辑信号“001”时，单刀双掷开关芯片503输出为“01”，则第一砷化镓单刀四掷开关501无效，第二砷化镓单刀四掷开关502有效，第一砷化镓单刀四掷开关501输入控制逻辑信号“001”，则信号通路为RFC至RF6。

图5中，若单刀双掷开关芯片开关的插入损耗为IL1，隔离度为ISO1，砷化镓单刀四掷开关的插入损耗为IL2，隔离度为ISO2，则RFC至RF6的总插入损耗为IL1+IL2。由于砷化镓单刀四掷开关处于所有通道都关闭的静默状态，RFC至RF1～RF4的隔离度都为ISO1+ISO2。如果砷化镓单刀四掷开关采用现有技术中的开关电路(即不增加第三控制逻辑信号输入端)，则此时RFC至RF4的隔离度仅为ISO1，对于第四控制逻辑信号输入端505、第五控制逻辑信号输入端506、第六控制逻辑信号输入端507控制其他七个状态原理相同。通常情况下ISO2比ISO1大得多，因此具有静默功能的开关芯片提升了此种应用时的隔离度，同时也会增强系统的稳定性。

上述实施例中的电路采用GaAs E/D pHEMT集成电路制造工艺实现，其中射频E-pHEMT器件用于信号通路的开关器件，而数字E-pHEMT和D-pHEMT器件用于逻辑控制和驱动电路的实现。此种工艺可以将微波电路与数字电路集成与同一芯片，提高集成度和降低应用系统的复杂性。

上述具有静默功能的砷化镓单刀八掷开关，通过采用两个增加静默状态的砷化镓单刀四掷开关、单刀双掷开关芯片和一个第二反向器构成具有静默功能的砷化镓单刀八掷开关，使得可以输出静默状态，实现静默功能，提高应用时的隔离度，增强系统的稳定性。

本发明实施例还提供一种开关滤波器组，所述开关滤波器组中的开关包括上述任一实施例所述的具有静默功能的砷化镓单刀四掷开关，并且具有上述任一实施例所述的具有静默功能的砷化镓单刀四掷开关具有的有益效果。

本发明实施例还提供一种开关滤波器组，所述开关滤波器组中的开关包括上述任一实施例所述的具有静默功能的砷化镓单刀八掷开关，并且具有上述任一实施例所述的具有静默功能的砷化镓单刀八掷开关具有的有益效果。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种具有静默功能的砷化镓单刀八掷开关，其特征在于，包括：两个具有静默功能的砷化镓单刀四掷开关、单刀双掷开关芯片、第二反向器、第四控制逻辑信号输入端、第五控制逻辑信号输入端、第六控制逻辑信号输入端；

第一砷化镓单刀四掷开关的第一控制逻辑信号输入端与第二砷化镓单刀四掷开关的第一控制逻辑信号输入端连接后接入所述第四控制逻辑信号输入端，所述第一砷化镓单刀四掷开关的第二控制逻辑信号输入端与所述第二砷化镓单刀四掷开关的第二控制逻辑信号输入端连接后接入所述第五控制逻辑信号输入端，所述第一砷化镓单刀四掷开关的第三控制逻辑信号输入端连接所述第二反向器的输出端；所述第二砷化镓单刀四掷开关的第三控制逻辑信号输入端连接所述第二反向器的输入端与所述第六控制逻辑信号输入端；所述第一砷化镓单刀四掷开关的第三控制逻辑信号输入端通过所述第二反向器接入所述第六控制逻辑信号输入端，所述第一砷化镓单刀四掷开关的信号输入端与所述第二砷化镓单刀四掷开关的信号输入端分别连接所述单刀双掷开关芯片的两个输出端；

所述单刀双掷开关芯片的第一输入端连接第一信号输入端，所述单刀双掷开关芯片的第二输入端连接所述第六控制逻辑信号输入端；

其中，所述具有静默功能的砷化镓单刀四掷开关包括：第一控制逻辑信号输入端、第二控制逻辑信号输入端、第三控制逻辑信号输入端、信号输入端、译码单元、第一驱动单元以及第一开关单元；

所述译码单元的两个输入端分别连接第一控制逻辑信号输入端和第二控制逻辑信号输入端，所述译码单元的输出端连接所述第一驱动单元的第一输入端；所述第一驱动单元的第二输入端连接第三控制逻辑信号输入端，所述第一驱动单元的输出端连接所述第一开关单元的控制输入端，所述第一开关单元的第一端连接信号输入端，所述第一开关单元的四个输出端用于输出五种状态信号。

2.如权利要求1所述的具有静默功能的砷化镓单刀八掷开关，其特征在于，所述五种状态信号包括第一输出端导通状态、第二输出端导通状态、第三输出端导通状态、第四输出端导通状态以及静默状态，当任一输出端为导通状态时，其它输出端为关断状态。

3.如权利要求1或2所述的具有静默功能的砷化镓单刀八掷开关，其特征在于，所述第一驱动单元包括：四个与门电路、四个第一驱动器以及第一反向器；

所述四个与门电路的第一输入端均连接所述译码单元的四个输出端，所述四个与门电路的第二输入端均连接所述第一反向器的输出端，所述四个与门电路的四个输出端分别连接对应的第一驱动器的输入端，每个第一驱动器的输出端为所述第一驱动单元的输出端，所述第一反向器的输入端连接所述第三控制逻辑信号输入端。

4.如权利要求3所述的具有静默功能的砷化镓单刀八掷开关，其特征在于，所述第一开关单元包括：四个第一开关元件；

每个第一开关元件的控制输入端连接所述第一驱动器的一个对应输出端，每个第一开关元件的第一端连接信号输入端，每个第一开关元件的输出端作为所述第一开关单元的一个输出端。

5.如权利要求3所述的具有静默功能的砷化镓单刀八掷开关，其特征在于，所述第一反向器为非门元件，所述非门元件的输入端为所述第一反向器的输入端，所述非门元件的输出端为所述第一反向器的输出端。

6.如权利要求1所述的具有静默功能的砷化镓单刀八掷开关，其特征在于，所述单刀双掷开关芯片包括：第二驱动单元和第二开关单元；

所述第二驱动单元的输入端连接所述第六控制逻辑信号输入端，所述第二驱动单元的输出端连接所述第二开关单元的控制输入端；

所述第二开关单元的第一端连接所述第一信号输入端，所述第二开关单元的两个输出端为所述单刀双掷开关芯片的两个输出端。

7.如权利要求6所述的具有静默功能的砷化镓单刀八掷开关，其特征在于，所述第二开关单元包括：两个第二开关元件；

每个第二开关元件的控制输入端连接所述第二驱动单元的一个对应输出端，每个第二开关元件的第一端连接所述信号输入端，每个第二开关元件的输出端作为所述第二开关单元的一个输出端。

8.一种开关滤波器组，其特征在于，所述开关滤波器组中的开关包括上述权利要求1至7中任一项所述的具有静默功能的砷化镓单刀八掷开关。