CN115932349B - 用于射频信号的切换电路、芯片及测试装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于射频信号的切换电路、芯片及测试装置。切换电路包括：第一信号通路，用于接收输入的信号并将输入的信号经第一信号通路中元件处理后输出；第二信号通路，用于接收输入的信号并将输入的信号经第二信号通路中元件处理后输出；以及耦合器，包括输入端、直通端和耦合端，所述直通端连接所述第一信号通路的输出端，所述耦合端连接所述第二信号通路的输出端，所述输入端作为所述切换电路的信号输出端。本申请的用于射频信号的切换电路、芯片及测试装置能够解决射频开关矩阵中的开关选型问题。

Description

用于射频信号的切换电路、芯片及测试装置

技术领域

本申请涉及微电子技术领域，尤其涉及了一种用于射频信号的切换电路、芯片及测试装置。

背景技术

现有射频技术中，对于射频器件通常需要测试这些射频器件（比如射频开关）的小信号插损、隔离度、驻波、大信号的谐波功率等。

在测试过程中，需要输入测试信号，输入的测试信号经过大信号通路输出大信号之后，对被测器件进行大信号谐波功率测试；输入的测试信号经过小信号通路输出小信号之后，对被测器件进行小信号插损、隔离度、驻波等测试。

输入的测试信号需要在大信号通路和小信号通路之间切换，一般通过程控完成机箱内部各个射频通道的切换，大信号测试通路和小信号测试通路能够灵活切换，避免多端口测试来回切换端口带来的效率低下，同时能对测试系统中的功率进行实时监测，完成小信号插损、隔离度、驻波等测试，以及大功率谐波测试。

其中，大信号测试通路和小信号测试通路的切换主要靠电子开关来完成，考虑到机箱小型化和产能问题，选用寿命更长的电子开关。现有技术中选用射频开关矩阵作为程控机箱的电子开关进行大信号测试通路和小信号测试通路之间的切换。射频开关矩阵是半导体产品测试中常用的辅助测试设备，可以用于射频链路切换、电平控制等。射频开关矩阵中开关的寿命以及承受的最大功率等均会影响射频信号的切换电路的性能。在涉及大信号测试通路进行大信号相关性能测试时，大信号通路最大的输出功率会受到机箱内部该电子开关自身性能的限制。

参考图1，来自RF in1的第一射频信号和来自RF in2的第二射频信号经由开关控制来实现切换或电平控制。开关的寿命以及开关能够承受的最大功率等均会影响射频信号的切换电路的性能。例如，当第一射频信号、第二射频信号的功率不同时，开关既要满足被测器件的功率输入要求，同时还需要兼顾自身线性工作范围。

因此，在对射频器件进行测试中，负责大小信号通路切换的开关既要满足被测器件的功率输入要求，同时还需要兼顾被测器件的线性工作范围，因此，存在切换开关选型困难的问题。

发明内容

为了解决上述缺陷，本申请提出了一种用于射频信号的切换电路、芯片及测试装置，可以解决开关选型困难的问题。

本申请的第一方面公开了一种用于射频信号的切换电路，包括：第一信号通路，用于接收输入的信号并将输入的信号经第一信号通路中元件处理后输出；第二信号通路，用于接收输入的信号并将输入的信号经第二信号通路中元件处理后输出；以及耦合器，包括输入端、直通端和耦合端，所述直通端连接所述第一信号通路的输出端，所述耦合端连接所述第二信号通路的输出端，所述输入端作为所述切换电路的信号输出端。

在上述第一方面的一种可能的实现中，所述耦合器为定向耦合器、双向耦合器或波导耦合器。

在上述第一方面的一种可能的实现中，所述第一信号通路为大信号通路，所述第二信号通路为小信号通路，大信号和小信号均为射频信号。

在上述第一方面的一种可能的实现中，还包括：第一开关，分别与所述第一信号通路、第二信号通路连接，使输入的信号通过所述第一信号通路或者通过第二信号通路。

在上述第一方面的一种可能的实现中，还包括：第一负载和第二开关；所述第二开关与所述第一负载、所述第一信号通路连接，使输入第一信号通路的输入信号通过第一负载输出或者通过所述第一信号通路输出。

在上述第一方面的一种可能的实现中，还包括：第二负载和第三开关；所述第三开关与所述第二负载、所述第二信号通路连接，使输入第二信号通路的输入信号通过第二负载输出或者通过所述第二信号通路输出。

在上述第一方面的一种可能的实现中，所述第一信号通路包括功率放大器。

在上述第一方面的一种可能的实现中，所述第一信号通路还包括低通滤波器。

在上述第一方面的一种可能的实现中，所述开关为单刀双掷开关。

本申请的第二方面公开了一种射频芯片，所述射频芯片包括本申请第一方面的用于射频信号的切换电路。

本申请的第二方面公开了一种射频信号测试装置，所述射频信号测试装置包括本申请的第二方面的射频芯片。

与现有技术相比，本申请中利用耦合器作为第一信号通路、第二信号通路自动切换开关，从耦合器的直通端或者耦合端接收不同的射频信号，从耦合器的输入端输出射频信号。本申请将现有技术的开关替代为无源的耦合器，并将耦合器反接的方法，能够满足被测器件的功率输入要求，并且无需考虑开关中的线性工作范围，解决了开关选型困难的问题。

相较于市面上的高功率电子开关，定向耦合器的高功率处理能力更强，同时是一种无源器件，使用耦合器耦合端口实现大功率下的多路功率读取，选型更加容易，选择功率、频率、耦合度、驻波比及接头形式合适的定向耦合器即可，解决了测试机系统大信号链路原先使用高功率开关芯片时，为了满足DUT的功率测试，选型困难且容易损坏等问题。

附图说明

图1是现有技术中射频信号的切换电路的示意图；

图2是根据本申请的一种定向耦合器的结构示意图；

图3是根据本申请的一种射频信号的切换电路的结构示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。虽然本申请的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本申请的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本申请的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本申请也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本申请的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意的是，在本说明书中，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，默认为同一定义。

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的实施方式作进一步地详细描述。

现有的射频测试系统中，在对射频器件进行测试中，负责大小信号通路切换的开关既要满足被测器件的功率输入要求，同时还需要兼顾被测器件的线性工作范围，因此，存在切换开关选型困难的问题。

如何解决以上问题，寻找一种不需要进行选型的开关是发明人需要进行创造性思维考虑，参考图2，为耦合器中定向耦合器的结构示意图，耦合器本身具有两个通路，分别为耦合端与隔离端之间的通路1，输入端与输出端之间的通路2。耦合器的工作模式为：信号从输入端进，然后分别从耦合端和输出端同时流出。

发明人发现：如果反其道而行之，从输出端和耦合端进，输入端流出；从输出端进信号的时候，耦合端相当于是隔离端，输出的信号很小，不会对另一链路造成损坏，主要的信号是从输入端输出，从耦合端输入信号时，耦合器的输出端信号也很小，信号主要耦合到输入端输出。

基于以上发现，为了解决本申请的技术问题，发明人提出了本申请的技术方案。

本申请的一个实施例提供了一种用于射频信号的切换电路200，参见图3。电路200包括：第一信号通路202、第二信号通路203以及定向耦合器201。定向耦合器201的直通端OUT连接第一信号通路202的输出端，定向耦合器201的耦合端COUP连接第二信号通路203的输出端。来自第一信号通路202的第一射频信号或者来自第二信号通路203的第二射频信号经由定向耦合器201的输入端IN输出。

在图3中，当定向耦合器201接收来自第一信号通路202的信号时，信号从定向耦合器201的直通端OUT输入，从定向耦合器201的输入端IN输出，此时定向耦合器201的耦合端COUP相当于隔离端。当定向耦合器201接收来自第二信号通路203的信号时，信号从定向耦合器201的耦合端COUP输入，从定向耦合器201的输入端IN输出。图2中将现有技术的开关替代为无源的定向耦合器，并将耦合器反接。此处的定向耦合能够满足被测器件的功率输入要求，并且无需考虑开关中的线性工作范围，解决了开关选型困难及在大功率测试环境中易损坏的问题。

本申请中，选用的耦合器不限于定向耦合器，还可以选用双向耦合器、波导耦合器等根据本申请的教导能够适用本申请的其他类型的耦合器。耦合器的实现方式包括：微带线、集总参数、传输线变压器等。

在选用定向耦合器时，输入端、耦合端和输出端作为两个信号通路的输入输出，为了隔离端可以连接负载，吸收从隔离端泄露的能量。负载可以选择电阻。

继续参考图3，本申请的实施例中，第一信号通路和第二信号通路的输入定向耦合器的信号来源于同一个信号源，并通过第一开关S205切换通过第一信号通路和第二信号通路发送至定向耦合器。第一开关205，分别与所述第一信号通路、第二信号通路连接，使输入的信号通过所述第一信号通路或者通过第二信号通路。

继续参考图3，本申请的电路还包括：用于输入第一射频信号或第二射频信号的输入端204，输入端204经由第一开关205连接至第一信号通路202的输入端以及第二信号通路203的输入端，基于从输入端204输入的信号，第一开关205切换输入端204和第一信号通路202以及第二信号通路203的连接关系。

输入至输入端204的信号经由开关205切换，可进入第一信号通路202或者第二信号通路203。第一信号通路202和第二信号通路203一路为大信号通路，一路为小信号通路，不会同时工作，互不干扰。第一信号通路202、第二信号通路203中的器件可以对输入信号进行不同的处理，再将经过处理的信号经由定向耦合器输出。电路200可以接收同一信号源，并基于同一信号源得到不同的输出信号。电路200输出的不同信号可以应用于多种测试场景。

在本申请的其他实施例中，也可以是第一信号通路和第二信号通路的输入定向耦合器的信号来源于不同信号源，第一信号通路和第二信号通路分别接收输入其中的信号，则不需要设置开关S205。

继续参考图3，第一信号通路202、第二信号通路203可以对输入端204的输入信号进行处理，以得到和RF输入的信号功率不同的测试信号。例如，第一信号通路或第二信号通路中可以包括功率放大器。功率放大器可以将输入的小功率的射频信号放大，以获得足够大的射频输出功率。

在一些示例中，进入输入端204的信号为-5dB，因第一信号通路或第二信号通路中的功率放大器的存在，所以第一信号通路或第二信号通路的输出信号为40-50 dB。

在一些实施方式中，第一信号通路中或第二信号通路可以包括功率放大器和低通滤波器。低通滤波器可抑制高于限定频率值的信号，滤除干扰噪声。

在一些实施方式中，第一信号通路和第二信号通路可以对输入端204的输入信号进行不同的处理，以得到不同的测试信号。例如，第一信号通路和第二信号通路中的一者为大信号通路，而另一者为小信号通路。这里的“大信号”和“小信号”是根据与用于射频信号的切换电路连接的被测器件（Device Under Test，DUT）的线性工作范围来界定的。具体地，第一信号通路或第二信号通路对输入端204的输入信号进行不同的处理之后，得到的使得DUT超出线性工作范围的测试信号为大信号，而得到的使得DUT工作在线性范围内的测试信号为小信号。

图3所示的实施例中，在电路200中的第一信号通路包括功率放大器（PA）210和低通滤波器（LPF）211。第一信号通路对输入端204的输入信号进行功率放大，而第二信号通路不对输入端204的输入信号进行功率放大处理。在一些示例中，进入输入端204的信号为-5dB，第一信号通路的输出信号为40-50 dB，同时，第二信号通路中因有损耗输出信号为-15--25dB。

同时存在小信号通路和大信号通路，相关技术中使用高功率开关来实现链路切换的情况下，高功率开关的选型对整个切换电路具有较大的影响。在考虑到链路损耗的情况下，高功率开关不但需要满足被测器件的功率输入，还需要兼顾自身线性工作范围内的最大输入功率。因此容易被大功率打坏可靠性差，因而选型困难。

而在图3中，当定向耦合器201接收来自第一信号通路202的信号时，信号从定向耦合器201的直通端OUT输入，从定向耦合器201的输入端IN输出，此时定向耦合器201的耦合端COUP相当于隔离端。当定向耦合器201接收来自第二信号通路203的信号时，信号从定向耦合器201的耦合端COUP输入，从定向耦合器201的输入端IN输出。第一信号通路和第二信号通路不会同时工作，互不干扰。对于定向耦合器201来说，如果信号从输入端口进入能不平均分配得到输出端口的信号和耦合端口的信号。当信号从定向耦合器201的输出口输入时一般就只有输入口有信号，而耦合端口信号较弱，同时链路损耗是不变的。

和现有技术中的高功率电子开关相比，定向耦合器的高功率处理能力更强。同时定向耦合器是一种无源器件，使用耦合器端口可以实现大功率下的多路功率读取。定向耦合器的选型更加容易，只要选择功率、频率、耦合度、驻波比及接头形式合适的定向耦合器即可，可以解决现有技术中测试机系统中大信号链路使用高功率开关芯片时，为了满足被测器件的功率测试，选型困难且容易损坏等问题。

继续参考图3，本发明的切换电路中，第一信号通路202还包括第二开关（S2）206和第一负载207，第二开关206与第一负载207、第一信号通路202连接，使输入第一信号通路202的输入信号通过第一负载207输出或者通过第一信号通路202输出。当第一开关（S1）205切换至第二信号通路203的情况下，第二开关（S2）206切换至第一负载207。

第二信号通路203包括第三开关（S3）208和第二负载209，第三开关208与第二负载209、第二信号通路203连接，使输入第二信号通路203的输入信号通过第二负载209输出或者通过第二信号通路203输出。当第一开关（S1）205切换至第一信号通路202的情况下，第三开关（S3）208切换至第二负载209。第一开关（S1）、第二开关（S2）和第三开关（S3）的联合控制能够在电路200工作时降低损耗。

当第一开关切换至第二信号通路的情况下，第二开关切换至第一负载。当第一开关切换至第一信号通路的情况下，第三开关切换至第二负载。这样，当第一开关切换到一个通路时，另一个通路可以经由该通路中的开关打通到负载，从而将可能耦合到另一通路的信号引到负载吸收，降低信号损耗。

其中，第一负载、第二负载均可以选择电阻。

在一些实施方式中，第一开关（S1）、第二开关（S2）和第三开关（S3）中的一种或多种可以为单刀双掷开关。

本申请的一个实施例还提供了一种射频芯片，射频芯片可以包括图3中的用于射频信号的切换电路。

本申请的一个实施例还提供了一种射频信号测试装置，射频信号测试装置可以包括上述的射频芯片。射频信号测试装置可以是测试机箱的形式，所有模块可以集成在机箱中，形成良好集成的独立测试系统。可以通过程序控制完成机箱内部各个射频通路的切换。当同时存在大信号测试通路和小信号测试通路时能够灵活切换，避免多端口测试来回切换端口带来的效率低下的问题。同时可以对待试系统中的功率进行实时监测，完成小信号插损、隔离度、驻波、DUT、回损等测试，以及大功率谐波测试。

需声明的是，本申请所提供的说明书中提供了大量具体细节。然而，能够理解，本申请的实施例可以在没有部分或全部这些具体细节的情况下实施。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，为了精简本申请并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本申请的示例性实施例的描述中，本申请的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本申请要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本申请的单独实施例。

本领域的技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员应当理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

Claims (13)

1.一种用于射频信号的切换电路，其特征在于，包括：

第一信号通路，用于接收输入的信号并将输入的信号经第一信号通路中元件处理后输出；

第二信号通路，用于接收输入的信号并将输入的信号经第二信号通路中元件处理后输出；以及

耦合器，包括输入端、直通端和耦合端，所述直通端连接所述第一信号通路的输出端，所述耦合端连接所述第二信号通路的输出端，所述输入端作为所述切换电路的信号输出端。

2.如权利要求1所述的用于射频信号的切换电路，其特征在于，所述耦合器为定向耦合器、双向耦合器或波导耦合器。

3.如权利要求1所述的用于射频信号的切换电路，其特征在于，所述第一信号通路为大信号通路，所述第二信号通路为小信号通路，大信号和小信号均为射频信号。

4.如权利要求1所述的用于射频信号的切换电路，其特征在于，还包括：第一开关，分别与所述第一信号通路、第二信号通路连接，使输入的信号通过所述第一信号通路或者通过第二信号通路。

5.如权利要求1所述的用于射频信号的切换电路，其特征在于，还包括：第一负载和第二开关；

所述第二开关与所述第一负载、所述第一信号通路连接，使输入第一信号通路的输入信号通过第一负载输出或者通过所述第一信号通路输出。

6.如权利要求1所述的用于射频信号的切换电路，其特征在于，还包括：第二负载和第三开关；

所述第三开关与所述第二负载、所述第二信号通路连接，使输入第二信号通路的输入信号通过第二负载输出或者通过所述第二信号通路输出。

7.如权利要求1所述的用于射频信号的切换电路，其特征在于，所述第一信号通路包括功率放大器。

8.如权利要求7所述的用于射频信号的切换电路，其特征在于，所述第一信号通路还包括低通滤波器。

9.如权利要求4所述的用于射频信号的切换电路，其特征在于，所述第一开关为单刀双掷开关。

10.如权利要求5所述的用于射频信号的切换电路，其特征在于，所述第二开关为单刀双掷开关。

11.如权利要求6所述的用于射频信号的切换电路，其特征在于，所述第三开关为单刀双掷开关。

12.一种射频芯片，其特征在于，所述射频芯片包括权利要求1至11中任一项所述的用于射频信号的切换电路。

13.一种射频信号测试装置，其特征在于，所述射频信号测试装置包括权利要求12所述的射频芯片。

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