CN115996046A - 射频切换器 - Google Patents

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CN115996046A CN202111573124.5A CN202111573124A CN115996046A CN 115996046 A CN115996046 A CN 115996046A CN 202111573124 A CN202111573124 A CN 202111573124A CN 115996046 A CN115996046 A CN 115996046A
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Abstract

一种射频切换器包含天线端、用以传递第一射频信号的第一信号端、用以传递第二射频信号的第二信号端、用以传递第三射频信号的第三信号端、具有第一开关的第一串联路径、具有第二开关的第二串联路径、具有第三开关的第三串联路径、耦接于第一信号端与节点之间的第一并联路径、耦接于第二信号端与节点之间的第二并联路径、耦接于节点与第一参考电压端之间的共享路径，以及耦接于第三信号端与第二参考电压端之间的第三并联路径。第一串联路径和第二串联路径通过共享路径连接至共享的接地垫。

Description

射频切换器
技术领域
本发明是有关于一种射频切换器，尤指一种其多个并联路径(shunt paths)共享一个接地垫(ground pad)且具有良好射频隔离度(RF isolation)的射频切换器。
背景技术
在许多有线或是无线通信系统中，射频(RF)切换器是很重要的功能区块，其中射频切换器可见于许多不同的通信装置中，例如移动电话、无线传呼机、和无线基础建设、卫星通信及有线电视等无线通信设备。此外，由于无线通信设备在体积上有日益缩小的趋势，而使得其射频切换器的多个并联路径(shunt paths)常有共享一个接地垫(ground pad)的设计，而如何在共享一个接地垫的情况下，隔离各个并联路径，使其具有良好射频隔离度(RF isolation)，则成为设计射频切换器时的一个重要的课题。
发明内容
本发明一实施例提供一种射频切换器，其包含天线端、第一信号端、第二信号端、第三信号端、第一串联路径、第二串联路径、第三串联路径、第一并联路径(shunt path)、第二并联路径、共享路径及第三并联路径。第一信号端用以传递第一射频信号，第二信号端用以传递第二射频信号，而第三信号端用以传递第三射频信号。第一串联路径包含第一开关，第一开关的第一端耦接于第一信号端，第一开关的第二端耦接于天线端。第二串联路径包含第二开关，第二开关的第一端耦接于第一开关的第二端以及天线端，第二开关的第二端耦接于第二信号端。第三串联路径包含第三开关，第三开关的第一端耦接于天线端、第一开关以及第二开关，第三开关的第二端耦接于第三信号端。第一并联路径耦接于第一信号端与节点之间。第二并联路径耦接于第二信号端与节点之间。共享路径耦接于节点与第一参考电压端之间。第三并联路径耦接于第三信号端与第二参考电压端之间。
附图说明
图1是本发明一实施例的射频切换器的电路图。
图2是本发明另一实施例的射频切换器的电路图。
符号说明
10、20：射频切换器
110、120、130：信号端
140A、140B：共享路径
150：可变电容单元
160：可变电感单元
A1、A2、A3：串联路径
B1、B2、B3：并联路径
C1、C2、C3：电容
GND1、GND2：参考电压端
IA、IB、IC：电流
M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7：开关
N1：节点
P1、P2：接地垫
L1、L2、L3、L4、L5：电感
RF1、RF2、RF3：射频信号
S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7：控制信号
具体实施方式
请参考图1，图1是本发明一实施例的射频切换器10的电路图。射频切换器10包含天线端100、信号端110、信号端120、信号端130、串联路径A1、串联路径A2、串联路径A3、并联路径(shunt path)B1、并联路径B2、共享路径140A及并联路径B3。天线端100耦接至天线(未显示于图中)，用以从天线接收射频信号及传送射频信号至天线。信号端110用以传递射频信号RF1，信号端120用以传递射频信号RF2，而信号端130用以传递射频信号RF3。串联路径A1包含开关M1，开关M1的第一端耦接于信号端110，开关M1的第二端耦接于天线端100，而开关M1的控制端接收控制信号S1以控制开关M1的开启及关闭。串联路径A2包含开关M2，开关M2的第一端耦接于开关M1的第二端以及天线端100，开关M2的第二端耦接于信号端120，而开关M2的控制端接收控制信号S2以控制开关M2的开启及关闭。串联路径A3包含开关M3，开关M3的第一端耦接于天线端100、开关M1以及开关M2，开关M3的第二端耦接于信号端130，而开关M3的控制端接收控制信号S3以控制开关M3的开启及关闭。并联路径B1耦接于信号端110与节点N1之间。并联路径B2耦接于信号端120与节点N1之间。共享路径140A耦接于节点N1与参考电压端GND1之间。并联路径B3耦接于信号端130与参考电压端GND2之间。其中，参考电压端GND1的电压可等于参考电压端GND2的电压。此外，参考电压端GND1耦接于接地垫(ground pad)P1，而参考电压端GND2耦接于接地垫P2。由于流过并联路径B1的电流IA以及流过并联路径B2的电流IB都会通过接地垫P1，故接地垫P1是并联路径B1及并联路径B2所共享的接地垫，也就是说信号端110以及信号端120共享一个接地垫P1。
在本实施例中，并联路径B1包含彼此串联的电感L1及开关M4，而并联路径B2包含彼此串联的电感L2及开关M5，而并联路径B3包含彼此串联的电感L3及开关M6。开关M4的第一端耦接于开关M1的第一端及信号端110，开关M4的第二端耦接于电感L1的第一端，开关M5的第一端耦接于开关M2的第二端以及信号端120，开关M5的第二端耦接于电感L2的第一端，而电感L2的第二端耦接于电感L1的第二端。开关M6的第一端耦接于开关M3的第二端以及信号端130，开关M6的第二端耦接于电感L3的第一端，电感L3的第二端耦接于电容C3的第一端，而三电容C3的第二端耦接于参考电压端GND2。
电感L1、电感L2和电感L3可以是实际的电感器，也可以是由射频切换器10的导体(如：导线)所形成的等效电感。举例来说，电感L1可以是连接开关M4的第二端与节点N1的导体所形成的等效电感；电感L2可以是连接开关M5的第二端与节点N1的导体所形成的等效电感；而电感L3可以是连接开关M6的第二端与电容C3的导体所形成的等效电感。此外，开关M4用以控制信号端110及节点N1之间的电性连结，开关M5用以控制信号端120及节点N1之间的电性连结，而开关M6用以控制信号端130及参考电压端GND2之间的电性连结。开关M4的控制端接收控制信号S4以控制开关M4的开启及关闭，开关M5的控制端接收控制信号S5以控制开关M5的开启及关闭，而开关M6的控制端接收控制信号S6以控制开关M6的开启及关闭。其中，上述的控制信号S1至S6可由射频切换器10所在的通信装置中的控制电路产生。
共享路径140A包含其电容值可调的谐振电路(resonant circuit)。在本实施例中，共享路径140A包含电容C1及可变电容单元150。电容C1的第一端耦接于节点N1，电容C1的第二端耦接于参考电压端GND1。可变电容单元150与电容C1并联，可变电容单元150的第一端耦接于节点N1，而可变电容单元150的第二端耦接于电容C1的第二端及接地垫P1。在本实施例中，可变电容单元150包含开关M7及电容C2，电容C2耦接于节点N1与开关M7的第一端之间，而开关M7的第二端耦接于电容C1的第二端。开关M7的控制端接收控制信号S7，以控制开关M7的开启及关闭。当开关M7关闭时，共享路径140A的等效电容值等于电容C1电容值。当开关M7开启时，电容C1与电容C2并联，故共享路径140A此时的等效电容值等于电容C1与电容C2的电容值的和(即：C1+C2)。因此，藉由控制开关M7的开启及关闭，即可调整共享路径140A的等效电容值。在本发明一实施例中，可变电容单元150的开关M7及电容C2可由数字式变容二极管(digital type varactor)或模拟式变容二极管(analog type varactor)取代。
在本实施例中，射频切换器10是一个单刀三掷(Single pole three throw；简称SP3T)的射频切换器，但本发明并不以此为限。本发明的射频切换器也可适用于四掷(4T)或更多掷的架构。此外，射频切换器10的天线端100同一时间只会与信号端110、信号端120及信号端130当中的一个信号端建立电性连接。当射频信号RF1在天线端110及信号端110之间传递时，开关M1开启，开关M2关闭，开关M3关闭，开关M4关闭，开关M5开启，开关M6开启，而开关M7关闭。当射频信号RF2在天线端110以及信号端120之间传递时，开关M1关闭，开关M2开启，开关M3关闭，开关M4开启，开关M5关闭，开关M6开启，而开关M7关闭。此时，电感L1与共享路径140A具有第一谐振频率(resonance frequency)。倘若上述的第一谐振频率以f1表示，则第一谐振频率f1可以以下列方程式(1)表示：
Figure BDA0003423913280000061
其中L4代表接地垫P1与参考电压端GND1之间的等效电感，其可由接地垫P1与参考电压端GND1之间的导体(如：铜柱或焊球)所形成。
此外，当射频信号RF3在天线端100及信号端130之间传递时，开关M1关闭，开关M2关闭，开关M3开启，开关M4开启，开关M5开启，开关M6关闭，而开关M7开启。电感L1、电感L2与共享路径140A具有第二谐振频率。假设电感L1等于电感L2，且流过电感L1的电流IA等于流过电感L2的电流IB，则流过共享路径140A的电流IC等于电流IA的两倍或电流IB的两倍，即IC＝2IA＝2IB。倘若上述的第二谐振频率以f2表示，则第二谐振频率f2可以以下列方程式(2)表示：
Figure BDA0003423913280000071
依据上述方程式(1)和(2)，藉由电容C2的补偿，第二谐振频率f2可被调整而等于第一谐振频率f1。如此一来，一方面当射频信号RF3在天线端100及信号端130之间传递时，此时开关M3开启，射频切换器10可将信号端130与信号端110及信号端120顺利隔离，以避免信号端110及信号端120受到射频信号RF3的影响。另一方面，当射频信号RF2在天线端100以及信号端120之间传递时，此时开关M2开启，射频切换器10可将信号端120与信号端110顺利隔离，以避免信号端110受到射频信号RF2的影响。
此外，当射频信号RF1在天线端100及信号端110之间传递时，电感L2与共享路径140A具有第三谐振频率。倘若上述的第三谐振频率以f3表示，则第三谐振频率f3可以以下列方程式(3)表示：
Figure BDA0003423913280000072
其中，当电感L2等于电感L1时，第三谐振频率f3即等于第一谐振频率f1。此外，由于第一谐振频率f1可等于第二谐振频率f2，故第三谐振频率f3也可以等于第二谐振频率f2。换句话说，第一谐振频率f1、第二谐振频率f2及第三谐振频率f3可彼此相等。此外，在本发明另一实施例中，电感L2不等于电感L1，然而透过调整可变电容单元150的电容值，也可以使第三谐振频率f3等于谐振频率f1及谐振频率f2。如此一来，射频切换器10即可有良好射频隔离度(RF isolation)。
相较于图1中的共享路径140A包含了其电容值可调的谐振电路，在本发明的其他实施例中，共享路径可包含其电感值可调的谐振电路。请参考图2，图2是本发明另一实施例的射频切换器20的电路图。射频切换器20与射频切换器10之间主要的不同点在于：射频切换器10的共享路径140A被射频切换器20的共享路径140B所取代。除此之外，射频切换器20的其他部分可与射频切换器10相同，故不再重复说明。共享路径140B包含电容C1及可变电感单元160。电容C1的第一端耦接于节点N1。可变电感单元160用以提供可变的电感值，可变电感单元160的第一端耦接于电容C1的第二端，而可变电感单元160的第二端耦接于参考电压端GND1。可变电感单元160可包含开关M7及电感L5，开关M7的第一端与电感L5的第一端耦接于电容C1的第二端，开关M7的第二端与电感L5的第二端耦接于电感L4的第一端，而电感L4的第二端耦接于参考电压端GND1。藉由控制开关M7的开启及关闭，可使得可变电感单元160的等效电感值在L5与零之间切换，进而对射频切换器20相应的谐振进行调整，而使射频切换器20有良好射频隔离度。
图1的实施例是对共享路径140A的调谐振电路的电容值进行调整，而图2的实施例则是对共享路径140B的调谐振电路的电感值进行调整。此外，在本发明另一实施例中，可对共享路径的调谐振电路的电容值及电感值同时地调整，以调整射频切换器相应的谐振频率，进而使射频切换器有良好射频隔离度。
在本发明一实施例中，上述的射频信号RF1、射频信号RF2及射频信号RF3的频率相等，例如可以都是2.4吉赫(GHz)或都等于某特定频率。在本发明另一实施例中，射频信号RF1与射频信号RF2具有相同的频带，而射频信号RF3的频带与射频信号RF1及射频信号RF2的频带不同。例如：射频信号RF1与射频信号RF2为5G的频带，而射频信号RF3为4G的频带。在本发明另一实施例中，射频信号RF1、射频信号RF2及射频信号RF3的频带彼此相异。
在本发明一实施例中，信号端130与天线端100之间的距离，小于信号端110与天线端100之间的距离，及/或小于信号端120与天线端100之间的距离，而使得信号端130相较于信号端110及/或信号端120有更好的谐波过滤(hormonic filtering)的功效。
根据上述实施例，本发明的射频切换器的两并联路径共享同一个接地垫，而藉由调整共同路径的电容值及/或电感值，即可调整射频切换器相应的谐振频率，进而使射频切换器有良好射频隔离度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的等同变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (20)

1.一种射频切换器，其特征在于，包含：
一天线端；
一第一信号端，用以传递一第一射频信号；
一第二信号端，用以传递一第二射频信号；
一第三信号端，用以传递一第三射频信号；
一第一串联路径，包含一第一开关，该第一开关的一第一端耦接于该第一信号端，该第一开关的一第二端耦接于该天线端；
一第二串联路径，包含一第二开关，该第二开关的一第一端耦接于该第一开关的该第二端以及该天线端，该第二开关的一第二端耦接于该第二信号端；
一第三串联路径，包含一第三开关，该第三开关的一第一端耦接于该天线端、该第一开关以及该第二开关，该第三开关的一第二端耦接于该第三信号端；
一第一并联路径，耦接于该第一信号端与一节点之间；
一第二并联路径，耦接于该第二信号端与该节点之间；
一共享路径，耦接于该节点与一第一参考电压端之间；以及
一第三并联路径，耦接于该第三信号端与一第二参考电压端之间。
2.如权利要求1所述的射频切换器，其特征在于，其中该共享路径包含一可调谐振电路。
3.如权利要求2所述的射频切换器，其特征在于，其中该可调谐振电路具有可调的电容值及/或可调的电感值。
4.如权利要求1所述的射频切换器，其特征在于，其中当该第一射频信号在该天线端及该第一信号端之间传递时，该共享路径具有一第一电容值；
其中当该第二射频信号在该天线端及该第二信号端之间传递时，该共享路径具有一第二电容值；
其中当该第三射频信号在该天线端及该第三信号端之间传递时，该共享路径具有一第三电容值；及
其中该第三电容值相异于该第一电容值及该第二电容值。
5.如权利要求4所述的射频切换器，其特征在于，其中该第一并联路径包含一第一电感，而该第二并联路径包含一第二电感；
其中当该第二信号流经天线端及该第二信号端时，该第一电感与该共享路径具有一第一谐振频率(resonance frequency)；及
其中当该第三信号流经该天线端以及该第三信号端时，该第一电感、该第二电感与该共享路径具有一第二谐振频率，而该第二谐振频率等于该第一谐振频率。
6.如权利要求5所述的射频切换器，其特征在于，其中该第一并联路径另包含一第四开关，该第二并联路径另包含一第五开关，该第四开关与该第一电感串联，该第五开关与该第二电感串联，该第四开关的一第一端耦接于该第一开关的该第一端以及该第一信号端，该第四开关的一第二端耦接于该第一电感的一第一端，该第五开关的一第一端耦接于该第二开关的该第二端以及该第二信号端，该第五开关的一第二端耦接于该第二电感的一第一端，而该第一电感的一第二端耦接于该第二电感的一第二端。
7.如权利要求5所述的射频切换器，其特征在于，其中当该第一射频信号在该天线端及该第一信号端之间传递时，该第二电感与该共享路径具有一第三谐振频率，而该第三谐振频率等于该第一谐振频率及该第二谐振频率。
8.如权利要求4所述的射频切换器，其特征在于，其中该共享路径包含：
一第一电容，该第一电容的一第一端耦接于该节点，该第一电容的一第二端耦接于该第一参考电压端；以及
一可变电容单元，与该第一电容并联，该可变电容单元的一第一端耦接于该节点，该可变电容单元的一第二端耦接于该第一电容的该第二端。
9.如权利要求8所述的射频切换器，其特征在于，其中该可变电容单元是选自由数字式变容二极管及模拟式变容二极管所组成的群组。
10.如权利要求8所述的射频切换器，其特征在于，其中该可变电容单元包含一开关及一第二电容，该第二电容耦接于该节点与该开关的一第一端之间，而该开关的一第二端耦接于该第一电容的该第二端。
11.如权利要求1所述的射频切换器，其特征在于，其中该第一并联路径包含用以控制该第一信号端及该节点之间的电性连结的一第四开关，该第二并联路径包含用以控制该第二信号端及该节点之间的电性连结的一第五开关，而该第三并联路径包含用以控制该第三信号端及该第二参考电压端之间的电性连结的一第六开关。
12.如权利要求11所述的射频切换器，其特征在于，其中当该第一射频信号在该天线端及该第一信号端之间传递时，该第一开关开启，该第二开关关闭，该第三开关关闭，该第四开关关闭，该第五开关开启，且该第六开关开启。
13.如权利要求11所述的射频切换器，其特征在于，其中当该第二射频信号在该天线端以及该第二信号端之间传递时，该第一开关关闭，该第二开关开启，该第三开关关闭，该第四开关开启，该第五开关关闭，且该第六开关开启。
14.如权利要求11所述的射频切换器，其特征在于，其中当该第三射频信号在该天线端及该第三信号端之间传递时，该第一开关关闭，该第二开关关闭，该第三开关开启，该第四开关开启，该第五开关开启，且该第六开关关闭。
15.如权利要求1所述的射频切换器，其特征在于，其中该第一射频信号、该第二射频信号及该第三射频信号的频率相等。
16.如权利要求1所述的射频切换器，其特征在于，其中该第一射频信号与该第二射频信号具有相同的频带，而该第三射频信号的频带与该第一射频信号及该第二射频信号的频带不同。
17.如权利要求1所述的射频切换器，其特征在于，其中该第一射频信号、该第二射频信号及该第三射频信号的频带彼此相异。
18.如权利要求1所述的射频切换器，其特征在于，其中该共享路径包含：
一第一电容，该第一电容的一第一端耦接于该节点；以及
一可变电感单元，该可变电感单元的一第一端耦接于该第一电容的一第二端，该可变电感单元的一第二端耦接于该第一参考电压端。
19.如权利要求18所述的射频切换器，其特征在于，其中该可变电感单元包含一开关及一第三电感，该开关的一第一端与该第三电感的一第一端耦接于该第一电容的该第二端，该开关的一第二端与该第三电感的一第二端耦接于一第四电感的一第一端，而该第三电感的一第二端耦接于该第一参考电压端。
20.如权利要求1所述的射频切换器，其特征在于，其中该第一参考电压端和该第二参考电压端的电压相同。
CN202111573124.5A 2021-10-20 2021-12-21 射频切换器 Pending CN115996046A (zh)

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