CN112290174A - 一种开关矩阵及在所述开关矩阵中信号传输的四种方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一个实施例公开了一种开关矩阵及在所述开关矩阵中信号传输的四种方法，所述开关矩阵包括威尔金森功分器模块、1/4的波长传输线模块、单刀双掷开关模块，威尔金森功分器模块通过开关的闭合使得威尔金森功分器负载保持50欧姆，实现输入信号高隔离度的功率分配；1/4的波长传输线模块实现输入端和输出端的隔离；单刀双掷开关模块可以对信号通路进行选择；本发明解决了硅基电路隔离度差的问题，可有效提高电路的隔离度，输入端口和输出端口均实现了很好的隔离。

Description

一种开关矩阵及在所述开关矩阵中信号传输的四种方法

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，更具体地，涉及一种开关矩阵及在所述开关矩阵中信号传输的四种方法。

背景技术

开关矩阵如图1所示，输出可根据控制信号选择不同的输入信号，广泛应用在相控阵收发机中，开关矩阵的隔离度直接影响信号的纯度，而硅基开关的隔离度普遍不高。如何提高硅基电路中开关矩阵的隔离度，是一个难点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种开关矩阵，解决硅基电路隔离度差的问题。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明一方面公开了一种开关矩阵，包括威尔金森功分器模块、1/4的波长传输线模块、单刀双掷开关模块；

其中：

所述威尔金森功分器模块，包括第一输入端、第二输入端、与所述第一输入端连接的第一威尔金森功分器、与所述第二输入端连接的第二威尔金森功分器、第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件、第四开关元件、第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器和第四电阻器，其中第一威尔金森功分器包括第一特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线和第五电阻器，第二威尔金森功分器包括第二特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线和第六电阻器，所述第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器和第四电阻器为50欧姆电阻器，第五电阻器和第六电阻器为100欧姆电阻器；

所述1/4的波长传输线模块，包括第一波长传输线、第二波长传输线、第三波长传输线和第四波长传输线；

所述单刀双掷开关模块，包括第五波长传输线、第六波长传输线、第七波长传输线、第八波长传输线、第五开关元件、第六开关元件、第七开关元件、第八开关元件、第一电感器、第二电感器、第三电感器、第四电感器、第一输出端和第二输出端；

所述第一波长传输线、第二波长传输线、第三波长传输线、第四波长传输线、第五波长传输线、第六波长传输线、第七波长传输线和第八波长传输线为特征阻抗为50欧姆的1/4波长传输线；

其中，第一输入端连接第一威尔金森功分器的第一特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线，第一特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线的第一端连接第五电阻器的第一端，第一特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线的第二端连接第五电阻器的第二端，第一电阻器的第一端接地，第二端连接第一开关元件的第一端，第一开关元件的第二端连接第一特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线的第一端，第二电阻器的第一端接地，第二端连接第二开关元件的第一端，第二开关元件的第二端连接第一特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线的第二端，第一波长传输线的第一端连接第五电阻器的第一端，第一波长传输线的第二端连接第五波长传输线的第一端，第二波长传输线的第一端连接第五电阻器的第二端，第二波长传输线的第二端连接第七波长传输线的第一端，第五波长传输线的第一端连接第一电感器的第一端和第五开关元件的第一端，第一电感器的第二端和第五开关元件的第二端接地，第五波长传输线的第二端连接第一输出端，第七波长传输线的第一端连接第三电感器的第一端和第七开关元件的第一端，第三电感器的第二端和第七开关元件的第二端接地，第七波长传输线的第二端连接第二输出端；

第二输入端连接第二威尔金森功分器的第二特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线，第二特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线的第一端连接第六电阻器的第一端，第二特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线的第二端连接第六电阻器的第二端，第三电阻器的第一端接地，第二端连接第三开关元件的第一端，第三开关元件的第二端连接第二特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线的第一端，第四电阻器的第一端接地，第二端连接第四开关元件的第一端，第四开关元件的第二端连接第二特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线的第二端，第三波长传输线的第一端连接第六电阻器的第一端，第三波长传输线的第二端连接第六波长传输线的第一端，第四波长传输线的第一端连接第六电阻器的第二端，第四波长传输线的第二端连接第八波长传输线的第一端，第六波长传输线的第一端连接第二电感器的第一端和第六开关元件的第一端，第二电感器的第二端和第六开关元件的第二端接地，第六波长传输线的第二端连接第一输出端，第八波长传输线的第一端连接第四电感器的第一端和第八开关元件的第一端，第四电感器的第二端和第八开关元件的第二端接地，第八波长传输线的第二端连接第二输出端。

优选地，中间段交叠的1/4波长的传输线的交叠点置于偏输出侧，可有效提高输入信号的隔离度，有效降低耦合信号的大小；

本发明另一方面公开了四种利用所述开关矩阵进行信号传输的方法，

当输入信号从第一输入端输入所述开关矩阵，并从第一输出端输出，以及所述输入信号从第二输入端输入并从第二输出段输出时，所述输入信号经过第一波长传输线与第四波长传输线，第一开关元件、第四开关元件、第五开关元件、第八开关元件断开，第二开关元件、第七开关元件、第三开关元件、第六开关元件闭合。

当输入信号从第一输入端输入所述开关矩阵，并从第二输出端输出，以及所述输入信号从第二输入端输入到第一输出端输出时，所述输入信号经过第二波长传输线与第三波长传输线，第二开关元件、第七开关元件、第三开关元件、第六开关元件断开，第一开关元件、第五开关元件、第四开关元件、第八开关元件闭合。

当输入信号从第一输入端输入所述开关矩阵，并从第一输出端输出，以及所述输入信号从第一输入端输入到第二输出端输出时，所述输入信号经过第一波长传输线与第二波长传输线，第一开关元件、第二开关元件、第五开关元件、第七开关元件断开，第三开关元件、第四开关元件、第六开关元件、第八开关元件闭合。

当输入信号从第二输入端输入所述开关矩阵，并从第一输出端输出，以及所述输入信号从第二输入端输入到第二输出端输出时，所述输入信号经过第三波长传输线与第四波长传输线，第三开关元件、第六开关元件、第四开关元件、第八开关元件断开，第一开关元件、第二开关元件、第五开关元件、第七开关元件闭合。

本发明的有益效果如下：

本发明提供的开关矩阵与现有的开关矩阵相比，解决了硅基电路隔离度差的问题，可有效提高电路的隔离度，输入端口和输出端口均实现了很好的隔离。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出现有技术的开关矩阵的示意图。

图2示出根据本发明一个实施例的开关矩阵。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

如图2所示，本优选实施例提供一种开关矩阵，包括威尔金森功分器模块1、1/4的波长传输线模块2、单刀双掷开关模块3；

其中，

所述威尔金森功分器模块1，包括第一输入端IN1、第二输入端IN2、与所述第一输入端连接的第一威尔金森功分器、与所述第二输入端连接的第二威尔金森功分器、第一开关元件SW1、第二开关元件SW2、第三开关元件SW3、第四开关元件SW4、第一电阻器R1、第二电阻器R2、第三电阻器R3和第四电阻器R4，其中第一威尔金森功分器包括第一特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线和第五电阻器R5，第二威尔金森功分器包括第二特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线和第六电阻器R6，所述第一电阻器R1、第二电阻器R2、第三电阻器R3和第四电阻器R4为50欧姆电阻器，第五电阻器R5和第六电阻器R6为100欧姆电阻器；

所述1/4的波长传输线模块2，包括第一波长传输线路径1、第二波长传输线路径2、第三波长传输线路径3和第四波长传输线路径4；

所述单刀双掷开关模块3，包括第五波长传输线路径5、第六波长传输线路径6、第七波长传输线路径7、第八波长传输线路径8、第五开关元件SW5、第六开关元件SW6、第七开关元件SW7、第八开关元件SW8、第一电感器L1、第二电感器L2、第三电感器L3、第四电感器L4、第一输出端OUT1和第二输出端OUT2；

所述第一波长传输线路径1、第二波长传输线路径2、第三波长传输线路径3、第四波长传输线路径4、第五波长传输线路径5、第六波长传输线路径6、第七波长传输线路径7和第八波长传输线路径8为特征阻抗为50欧姆的1/4波长传输线。

在一个具体实施例中，第一输入端IN1连接第一威尔金森功分器的第一特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线，第一特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线的第一端连接第五电阻器R5的第一端，第一特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线的第二端连接第五电阻器R5的第二端，第一电阻器R1的第一端接地，第二端连接第一开关元件SW1的第一端，第一开关元件SW1的第二端连接第一特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线的第一端，第二电阻器R2的第一端接地，第二端连接第二开关元件SW2的第一端，第二开关元件SW2的第二端连接第一特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线的第二端，第一波长传输线路径1的第一端连接第五电阻器R5的第一端，第一波长传输线路径1的第二端连接第五波长传输线路径5的第一端，第二波长传输线路径2的第一端连接第五电阻器R5的第二端，第二波长传输线路径2的第二端连接第七波长传输线路径7的第一端，第五波长传输线路径5的第一端连接第一电感器L1的第一端和第五开关元件SW5的第一端，第一电感器L1的第二端和第五开关元件SW5的第二端接地，第五波长传输线路径5的第二端连接第一输出端OUT1，第七波长传输线路径7的第一端连接第三电感器L3的第一端和第七开关元件SW7的第一端，第三电感L3的第二端和第七开关元件SW7的第二端接地，第七波长传输线路径7的第二端连接第二输出端OUT2；

第二输入端IN2连接第二威尔金森功分器的第二特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线，第二特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线的第一端连接第六电阻器R6的第一端，第二特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线的第二端连接第六电阻器R6的第二端，第三电阻器R3的第一端接地，第二端连接第三开关元件SW3的第一端，第三开关元件SW3的第二端连接第二特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线的第一端，第四电阻器R4的第一端接地，第二端连接第四开关元件SW4的第一端，第四开关元件SW4的第二端连接第二特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线的第二端，第三波长传输线路径3的第一端连接第六电阻器R6的第一端，第三波长传输线路径3的第二端连接第六波长传输线路径6的第一端，第四波长传输线路径4的第一端连接第六电阻器R6的第二端，第四波长传输线路径4的第二端连接第八波长传输线路径8的第一端，第六波长传输线路径6的第一端连接第二电感器L2的第一端和第六开关元件SW6的第一端，第二电感器L2的第二端和第六开关元件SW6的第二端接地，第六波长传输线路径6的第二端连接第一输出端OUT1，第八波长传输线路径8的第一端连接第四电感器L4的第一端和第八开关元件SW8的第一端，第四电感器L4的第二端和第八开关元件SW8的第二端接地，第八波长传输线路径8的第二端连接第二输出端OUT2。

本发明还公开了上述开关矩阵的四种信号传输方法：

当输入信号从第一输入端IN1输入所述开关矩阵，并从第一输出端OUT1输出，以及从第二输入端IN2输入，从第二输出端OUT2输出，输入信号经过第一波长传输线路径1与第四波长传输线路径4，第一开关元件SW1、第五开关元件SW5、第四开关元件SW4、第八开关元件SW8断开，第二开关元件SW2、第七开关元件SW7、第三开关元件SW3、第六开关元件SW6闭合，第二开关元件SW2和第三开关元件SW3的闭合使得50欧姆的第二电阻器R2、第三电阻器R3作为负载分别接入到第一威尔金森功分器和第二威尔金森功分器中，以此来实现输入信号的高隔离度的功率分配，威尔金森功分器的负载是50欧姆才能实现输入信号的高隔离度的功率分配。第六开关元件SW6、第七开关元件SW7的闭合使得该两处为短路到地的状态，输入信号经过第一特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线和第二特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线后，反应到第二开关元件SW2与第三开关元件SW3处为开路状态，从而第一威尔金森功分器和第二威尔金森功分器的输出端口负载保持50欧姆，实现非信号路径的吸收式。对于信号路径，由于第六开关元件SW6、第七开关元件SW7闭合，输入信号经过单刀双掷开关模块的第六波长传输线路径6和第七波长传输线路径7后，体现在输出端的阻抗为高阻状态，而第一开关元件SW1、第四开关元件SW4为断开状态，使得这两处的信号直接输出到相应的输出端。

当输入信号从第一输入端IN1输入到所述开关矩阵，并从第二输出端OUT2输出，以及从第二输入端IN2输入，从第一输出端OUT1输出，输入信号经过第二波长传输线路径2与第三波长传输线路径3，第二开关元件SW2、第七开关元件SW7、第三开关元件SW3、第六开关元件SW6断开，第一开关元件SW1、第五开关元件SW5、第四开关元件SW4、第八开关元件SW8闭合，第一开关元件SW1和第四开关元件SW4的闭合使得50欧姆的第一电阻器R1、第四电阻器R4作为负载分别接入到第一威尔金森功分器和第二威尔金森功分器中，而第五开关元件SW5、第八开关元件SW8的闭合使得该两处为短路到地的状态，输入信号经过第一特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线和第二特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线后，反应到第一开关元件SW1与第四开关元件SW4处为开路状态，从而第一威尔金森功分器和第二威尔金森功分器的输出端口负载保持50欧姆，实现非信号路径的吸收式。对于信号路径，由于第五开关元件SW5、第八开关元件SW8闭合，输入信号经过单刀双掷开关模块的第五波长传输线路径5和第八波长传输线路径8后，体现在输出端的阻抗为高阻状态，而第二开关元件SW2、第三开关元件SW3为断开状态，使得这两处的信号直接输出到相应的输出端。

当输入信号从第一输入端IN1输入所述开关矩阵，并从第一输出端OUT1输出，以及从第一输入端IN1输入，从第二输出端OUT2输出，输入信号经过第一波长传输线路径1与第二波长传输线路径2，第一开关元件SW1、第二开关元件SW2、第五开关元件SW5、第七开关元件SW7断开，第三开关元件SW3、第四开关元件SW4、第六开关元件SW6、第八开关元件SW8闭合，第三开关元件SW3和第四开关元件SW4的闭合使得50欧姆的第三电阻器R3、第四电阻器R4作为负载接入到第二威尔金森功分器中，而第六开关元件SW6、第八开关元件SW8的闭合使得这两处为短路到地的状态，输入信号经过第二威尔金森功分器的第二特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线后，反应到第三开关元件SW3与第四开关元件SW4处为开路状态，从而第二威尔金森功分器的输出端口负载保持50欧姆，实现非信号路径的吸收式。对于信号路径，由于第六开关元件SW6、第八开关元件SW8闭合，输入信号经过单刀双掷开关模块的第六波长传输线路径6和第八波长传输线路径8后，体现在输出端的阻抗为高阻状态，而第一开关元件SW1、第二开关元件SW2为断开状态，使得该两处的信号直接输出到相应的输出端。

当输入信号从第二输入端IN2输入所述开关矩阵，从第一输出端OUT1输出，以及从第二输入端IN2输入，从第二输出端OUT2输出的工作状态，输入信号经过第三波长传输线路径3与第四波长传输线路径4，第三开关元件SW3、第六开关元件SW6、第四开关元件SW4、第八开关元件SW8断开，第一开关元件SW1、第二开关元件SW2、第五开关元件SW5、第七开关元件SW7闭合，第一开关元件SW1和第二开关元件SW2的闭合使得50欧姆的第一电阻器R1、第二电阻器R2作为负载接入到第一威尔金森功分器中，而第五开关元件SW5、第七开关元件SW7的闭合使得该两处为短路到地的状态，输入信号经过第一威尔金森功分器的第一特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线后，反应到第一开关元件SW1与第二开关元件SW2处为开路状态，从而威尔金森功分器的输出端口负载保持50欧姆，实现非信号路径的吸收式。对于信号路径，由于第五开关元件SW5、第七开关元件SW7闭合，输入信号经过单刀双掷开关模块的第五波长传输线路径5和第七波长传输线路径7后，体现在输出端的阻抗为高阻状态，而第三开关元件SW3、第四开关元件SW4为断开状态，使得该两处的信号直接输出到相应的输出端。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (5)

1.一种开关矩阵，其特征在于：包括威尔金森功分器模块(1)、1/4的波长传输线模块(2)、单刀双掷开关模块(3)，

其中，

所述威尔金森功分器模块，包括第一输入端(IN1)、第二输入端(IN2)、与所述第一输入端连接的第一威尔金森功分器、与所述第二输入端连接的第二威尔金森功分器、第一开关元件(SW1)、第二开关元件(SW2)、第三开关元件(SW3)、第四开关元件(SW4)、第一电阻器(R1)、第二电阻器(R2)、第三电阻器(R3)和第四电阻器(R4)，其中第一威尔金森功分器包括第一特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线和第五电阻器(R5)，第二威尔金森功分器包括第二特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线和第六电阻器(R6)，所述第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器和第四电阻器为50欧姆电阻器，第五电阻器和第六电阻器为100欧姆电阻器；

所述1/4的波长传输线模块，包括第一波长传输线(路径1)、第二波长传输线(路径2)、第三波长传输线(路径3)和第四波长传输线(路径4)；

所述单刀双掷开关模块，包括第五波长传输线(路径5)、第六波长传输线(路径6)、第七波长传输线(路径7)、第八波长传输线(路径8)、第五开关元件(SW5)、第六开关元件(SW6)、第七开关元件(SW7)、第八开关元件(SW8)、第一电感器(L1)、第二电感器(L2)、第三电感器(L3)、第四电感器(L4)、第一输出端(OUT1)和第二输出端(OUT2)；

所述第一波长传输线、第二波长传输线、第三波长传输线、第四波长传输线、第五波长传输线、第六波长传输线、第七波长传输线和第八波长传输线为特征阻抗为50欧姆的1/4波长传输线；

其中，第一输入端连接第一威尔金森功分器的第一特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线，第一特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线的第一端连接第五电阻器的第一端，第一特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线的第二端连接第五电阻器的第二端，第一电阻器的第一端接地，第二端连接第一开关元件的第一端，第一开关元件的第二端连接第一特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线的第一端，第二电阻器的第一端接地，第二端连接第二开关元件的第一端，第二开关元件的第二端连接第一特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线的第二端，第一波长传输线的第一端连接第五电阻器的第一端，第一波长传输线的第二端连接第五波长传输线的第一端，第二波长传输线的第一端连接第五电阻器的第二端，第二波长传输线的第二端连接第七波长传输线的第一端，第五波长传输线的第一端连接第一电感器的第一端和第五开关元件的第一端，第一电感器的第二端和第五开关元件的第二端接地，第五波长传输线的第二端连接第一输出端，第七波长传输线的第一端连接第三电感器的第一端和第七开关元件的第一端，第三电感器的第二端和第七开关元件的第二端接地，第七波长传输线的第二端连接第二输出端；

第二输入端连接第二威尔金森功分器的第二特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线，第二特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线的第一端连接第六电阻器的第一端，第二特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线的第二端连接第六电阻器的第二端，第三电阻器的第一端接地，第二端连接第三开关元件的第一端，第三开关元件的第二端连接第二特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线的第一端，第四电阻器的第一端接地，第二端连接第四开关元件的第一端，第四开关元件的第二端连接第二特征阻抗70欧姆的1/4波长传输线的第二端，第三波长传输线的第一端连接第六电阻器的第一端，第三波长传输线的第二端连接第六波长传输线的第一端，第四波长传输线的第一端连接第六电阻器的第二端，第四波长传输线的第二端连接第八波长传输线的第一端，第六波长传输线的第一端连接第二电感器的第一端和第六开关元件的第一端，第二电感器的第二端和第六开关元件的第二端接地，第六波长传输线的第二端连接第一输出端，第八波长传输线的第一端连接第四电感器的第一端和第八开关元件的第一端，第四电感器的第二端和第八开关元件的第二端接地，第八波长传输线的第二端连接第二输出端。

2.一种利用权利要求1所述开关矩阵进行信号传输的方法，其特征在于，当输入信号从第一输入端输入所述开关矩阵，并从第一输出端输出，以及所述输入信号从第二输入端输入并从第二输出端输出时，所述输入信号经过第一波长传输线与第四波长传输线，第一开关元件、第四开关元件、第五开关元件、第八开关元件断开，第二开关元件、第七开关元件、第三开关元件、第六开关元件闭合。

3.一种利用权利要求1所述开关矩阵进行信号传输的方法，其特征在于，当输入信号从第一输入端输入所述开关矩阵，并从第二输出端输出，以及所述输入信号从第二输入端输入到第一输出端输出时，所述输入信号经过第二波长传输线与第三波长传输线，第二开关元件、第七开关元件、第三开关元件、第六开关元件断开，第一开关元件、第五开关元件、第四开关元件、第八开关元件闭合。

4.一种利用权利要求1所述开关矩阵进行信号传输的方法，其特征在于，当输入信号从第一输入端输入所述开关矩阵，并从第一输出端输出，以及所述输入信号从第一输入端输入到第二输出端输出时，所述输入信号经过第一波长传输线与第二波长传输线，第一开关元件、第二开关元件、第五开关元件、第七开关元件断开，第三开关元件、第四开关元件、第六开关元件、第八开关元件闭合。

5.一种利用权利要求1所述开关矩阵进行信号传输的方法，其特征在于，当输入信号从第二输入端输入所述开关矩阵，并从第一输出端输出，以及所述输入信号从第二输入端输入到第二输出端输出时，所述输入信号经过第三波长传输线与第四波长传输线，第三开关元件、第六开关元件、第四开关元件、第八开关元件断开，第一开关元件、第二开关元件、第五开关元件、第七开关元件闭合。

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