CN1463502A - 用于射频收发信机的发射/接收开关 - Google Patents

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Abstract

一种用于射频信号的收发信机，具有一个发射分支和耦合到天线馈电点的接收分支。接收分支具有一个包括一个输入节点和一个输出节点的网络。所述输入节点耦合到天线馈电点并且输出节点耦合到接收分支中的低噪声放大器。所述网络被配置使得在收发信机的发射模式中，通过将输出节点切换为短路而将所述输入节点切换为开路。

Description

用于射频收发信机的发射/接收开关
本发明涉及用于射频信号的收发信机，更具体而言，本发明涉及接收分支或者发射分支对于天线的各自切换。这种收发信机能够被用于无线局域网或者任何其它合适的无线系统中。
用于诸如无线LAN、蜂窝或者无绳电话系统的无线系统的收发信机在本领域是众所周知的。在一种类型的收发信机中，当收发信机分别在发射模式或者在接收模式中时，一个发射分支和一个接收分支分别被切换到一个天线。接收或者发射可以在相同的频段或者在分开的频段。在已知的收发信机中，对于发射分支或者接收分支到天线的各自切换，一个第一开关被提供在包括在发射分支中的功率放大器的输出级和一个天线馈电点之间，一个第二开关被提供在所述天线馈电点和包括在接收分支中的一个低噪声放大器的输入级之间。
本发明的一个目的是提供在收发信机中的发射分支到一个也在由一个发射功率输出级发出的高压输出信号之下的天线馈电点的切换促使没有部件击穿或者其它问题。
为此，所述收发信机包括一个耦合到一个天线馈电点的发射分支、包括具有一个输出节点和耦合到所述天线馈电点的一个输入节点的第一网络的接收分支，所述第一网络被配置使得在所述收发信机的发射模式中，通过将所述输出节点切换为短路而将所述输入节点切换为开路。
发明人认识到，尽管原理上现有技术的包括诸如NMOS器件的MOS器件的发射/接收开关网络在发射功能放大器的输出级需要产生高电压时能够无故障地工作，但是可能有这种NMOS器件仍然会击穿的情况。一种这样的情况是由于严重的天线阻抗的不匹配而导致的天线的中断会使得在天线的馈电点一个急剧的电压提高。发明人还认识到尽管可能有对于这种击穿问题的解决方案，但是对于诸如本地网络的低成本应用来说，非常希望提供一种允许通过对于外部部件的最小使用来允许将发射/接收天线开关完全集成的解决方案。本发明提供这样一个解决方案，即至少对于接收天线开关，通过在耦合到天线馈电点的网络侧建立一个从天线馈电点看到的开路，而使得当收发信机在发射模式中时，这种开路被利用在网络另一侧的开关通过阻抗变换而建立，不会在开关本身施加任何问题，即使当使用一个非理想变换网络时。或者否则，本发明的从一个低电压节点到一个高电压节点的阻抗变换允许利用低的击穿电压来在网络的输出节点使用诸如NMOS器件的开关部件。在这方面，发射输出级可以产生一个大约5-10伏的高电压，它通常不会在输出节点引起比大约1伏的更高的最坏情况电压。因此，天线接收开关能够被非常容易地集成在一个集成电路中。
在一个实施例中，第一个网络可以是LC网络。在另一个实施例中，第一个网络可以是1/4拉姆达(Lamda)传输网络。
在一些实施例中，在发射模式中，输出节点可以被耦合在输出节点和地之间的NMOS器件或者笛簧继电器切换到低或者零电压。
在另一个实施例中，在发射模式中，输出节点可以被一个耦合在接收分支中的低噪声放大器的反馈通道中的诸如MOS器件的晶体管切换到低或者零电压。在这样一个实施例中，反馈会阻止在低噪声放大器的输入端的输入电压的变化，以便当低噪声放大器仍然吸收电流的时候，输入电压被有效地保持在零电压电平。因此，当收发信机在发射模式中时，低噪声放大器的输出端有效地作为一个短路。
在一个实施例中，耦合到一个发射功率输出晶体管的储能电路被直接耦合到天线馈电点。在这个实施例中，当收发信机在接收模式中时，发射功率输出晶体管被简单地断开，以便其输出是高电阻性的。当收发信机在接收模式中时，这可能会引起一些损耗，但是这种损耗通常是低的，如通过模拟所示出的，不会大于约1dB。这个解决方案允许整个发射/接收天线开关被非常容易地集成在一个集成电路中。这是因为发射机、接收机和发射/接收天线开关能够被使用相同的诸如QUBIC3过程的RF硅过程而被集成。
在另一个实施例中，储能电路被通过在储能电路和天线馈电点之间的MOS开关而耦合到天线馈电点。还是在这个实施例中，当收发信机在接收模式中时，发射功率输出晶体管被切断。尽管在这个实施例中，发射天线开关部分不是很容易被集成在一个集成电路中，但是当收发信机在接收模式中时，可以获得减小的损耗。这是因为一个不同的诸如RF GaAs过程的RF硅过程被需要来实现发射天线开关部分，以阻止击穿。
图1是根据本发明的收发信机的图。
图2是包括根据本发明的开关的低噪声放大器的输入级的电路图。
图3是本发明的网络的一个实施例。
图4是在根据本发明的发射/接收开关中的发射天线开关部分。
在各图中，相同的参考编号被用于表示相同的元件。
图1是根据本发明的收发信机1的图。这种收发信机1可以是诸如无线网络设备、小区电话、无绳电话、PDA、具有无线模块的PC等的一个设备。收发信机1还可以被包括在一个射频收发信机模块中以便用于一个设备或者系统或者器件的组合中。收发信机1包括发射分支Tx和接收分支Rx。在发射分支Tx中，发射功率晶体管2被示出耦合到由电感4、电容5和电容6组成的发射储能电路3。储能电路3耦合到天线馈电点7，天线8被连接到或者能够被连接到所述天线馈电点7。在接收分支Rx中，低噪声放大器(LNA)9被示出经由网络10耦合到天线馈电点7。在所示出的实施例中，网络10包括耦合在网络10的输入节点和地之间的电容11、天线馈电点7和网络10的输出节点之间的电感12和输出节点与地之间的NMOS开关13。收发信机1还包括控制装置14用来控制收发信机1分别采取发射模式或者接收模式。在发射模式中，NMOS开关13将输出节点切换到地，即输出节点被短路，从而通过执行阻抗变换的网络10使得输入节点成为开路。LC网络10具有两个用途，第一个是通过在输出端建立一个在输入端被看作是开路的一个短路而将接收分支Rx与天线8绝缘，第二个是通过在输出端将所述短路变成开路而将天线信号传送到低噪声放大器9的输入端。LC的比率可以用于将通常是50欧姆的天线阻抗与LNA 9的输入阻抗匹配。
图2是包括根据本发明的开关21的低噪声放大器的输入级20的电路图。输入级20包括级联晶体管22和23，其中晶体管23是耦合到如图1所示的电感12的输入晶体管，并且其中的晶体管22是输出晶体管。在这个实施例中，通过一个反馈机制，从而当收发信机1在发射模式中时，晶体管21关闭一个反馈通道，低噪声放大器输入级20的输入电压保持为低、零或者接近于零，以便输入级20的输入阻抗是低或者零。因此，有效地获得了一个短路情形。图2还示出了一个DC阻断电容24、负荷电阻器25、电流源26和电容27。
图3是本发明的网络10的实施例。在这个实施例中，网络10包括实现为微带线的1/4拉姆达传输线30和到大地的开关31。开关31可以是RF笛簧继电器。传输线30是将短路变换为开路或者将开路变化为短路的双向元件。网络10具有两个用途，第一个是通过在输出端建立一个在输入端被看作是开路的短路而将接收分支Rx与天线8绝缘，第二个是通过在输出端将短路变成为开路而将天线信号传送到低噪声放大器9的输入端。微带线的阻抗可以被用于将通常是50欧姆的天线阻抗与LNA 9的输入阻抗匹配。
图4表示在根据本发明的包括一个NMOS发射开关40的发射/接收开关中的发射天线部分。利用在接收模式中的发射机1以及晶体管2切断，开关40被打开，从而阻塞接收能量以便进入发射分支Tx。
通过以上描述，对于本领域技术人员来说，在本发明的精神和范围可以进行各种由所附权利要求定义的修改，并且本发明并不局限于所提供的例子。词“包括”并不排除除了一个权利要求中所列出之外的其它元件或者步骤的存在。

Claims (18)

1.一种用于射频信号的收发信机(1)，该收发信机(1)包括：
耦合到天线馈电点(7)的发射分支(Tx)；
包括具有一个输出节点和耦合到所述天线馈电点(7)的一个输入节点的第一网络(10)的接收分支(Rx)，所述第一网络(10)被配置使得在所述收发信机(1)的发射模式中，所述输入节点被通过将所述输出节点切换为短路而被切换为开路。
2.如权利要求1所述的收发信机(1)，其中所述第一网络(10)包括一个耦合在所述输入节点和大地之间的电容(11)、耦合在所述输入节点和所述输出节点之间的电感(12)和耦合在所述输出节点和所述大地之间的第一开关(13)。
3.如权利要求2所述的收发信机(1)，其中所述第一开关是MOS晶体管。
4.如权利要求1所述的收发信机(1)，其中所述接收分支(Rx)包括一个耦合到所述输出节点的低噪声放大器(9)，并且所述第一网络(10)包括耦合在所述输入节点和大地之间的电容(11)、耦合在所述输入节点和所述输出节点之间的电感(12)和包括在所述低噪声放大器(9)的输入级(20)的反馈通道中的第二开关(21)。
5.如权利要求1所述的收发信机(1)，其中所述第一网络(10)包括耦合在所述输入节点和所述输出节点之间的1/4拉姆达传输线(30)和耦合在所述输出节点和大地之间的第二开关(31)。
6.如权利要求5所述的收发信机(1)，其中所述第二开关(31)是适合于切换射频信号的弹簧开关。
7.如权利要求1所述的收发信机(1)，其中所述发射分支(Tx)包括储能电路(3)和用于当所述收发信机(1)在所述发射模式中时将发射功率信号提供到所述储能电路(3)的功率晶体管(2)，所述储能电路(3)被直接连接到所述馈电点(7)，并且所述收发信机(1)被配置使得当所述收发信机(1)在接收模式中时切断所述功率晶体管(2)。
8.如权利要求1所述的收发信机(1)，其中所述发射分支(Tx)包括储能电路(3)、用于当所述收发信机在所述发射模式中时将发射功率信号提供到所述储能电路(3)的功率晶体管(2)和耦合在所述储能电路(3)和所述天线馈电点(7)之间的第二开关(40)，所述收发信机(1)被配置使得当所述收发信机(1)在接收模式中时打开所述第二开关(40)。
9.一种用于射频信号的收发信机(1)，该收发信机(1)包括：
耦合到天线馈电点(7)的发射分支(Tx)；
包括具有一个输出节点和被耦合到所述天线馈电点(7)的一个输入节点的第一网络装置(10)的接收分支(Rx)，所述第一网络装置(10)被配置使得在所述收发信机(1)的发射模式中时，通过将所述输出节点切换为短路而将所述输入节点切换为开路。
10.如权利要求9所述的收发信机(1)，其中所述第一网络装置(10)包括电容装置(11)和电感装置(12)和用于当所述收发信机(1)在发射模式中时将所述输出节点耦合到大地的第一开关装置(13)，从而通过所述电容装置(11)和所述电感装置(12)，使得所述输入节点成为开路。
11.一种用于收发信机(1)中的射频收发信机模块，所述射频收发信机模块包括：
耦合到天线馈电点(7)的发射分支(Tx)；
包括具有一个输出节点和耦合到所述天线馈电点(7)的一个输入节点的第一网络装置(10)的接收分支(Rx)，所述第一网络装置(10)被配置使得在所述射频收发信机模块的发射模式中，通过将所述输出节点切换为短路而将所述输入节点切换为开路。
12.如权利要求11所述的射频收发信机模块，其中所述第一网络装置(10)包括电容装置(11)和电感装置(12)和用于当所述射频收发信机模块在发射模式中时将所述输出节点耦合到大地的第一开关装置(13)，从而通过所述电容装置和所述电感装置，使得所述输入节点成为开路。
13.如权利要求11所述的射频收发信机模块，其中所述接收分支(Rx)包括耦合到所述输出节点的低噪声放大器装置(9)，并且所述第一网络装置(10)包括电容装置(11)和电感装置(12)和第二开关装置(21)，用于当所述射频收发信机模块在发射模式中时，有效地将所述输出节点耦合到大地，从而通过所述电容装置(11)和所述电感装置(12)，使得所述输入节点成为开路，所述第二开关装置(21)被包括在所述低噪声放大器装置(9)的输入级(20)的反馈通道中。
14.如权利要求11所述的射频收发信机模块，其中所述第一网络装置(10)包括1/4拉姆达传输线装置(30)和第二开关装置(31)，用于当所述射频收发信机模块在发射模式中时，将所述输出节点耦合到大地，从而使得通过1/4拉姆达传输线，所述输入节点成为开路。
15.一种具有用于射频信号的收发信机(1)的设备，该收发信机包括：
耦合到天线馈电点(7)的发射分支(Tx)；
包括具有一个输出节点和耦合到所述天线馈电点(7)的一个输入节点的第一网络(10)的接收分支(Rx)，所述第一网络(10)被配置使得在所述收发信机(1)的发射模式中，通过将所述输出节点切换为短路而将所述输入节点切换为开路。
16.如权利要求15所述的设备，其中所述第一网络(10)包括耦合在所述输入节点和大地之间的电容(11)、耦合在所述输入节点和所述输出节点之间的电感(12)和耦合在所述输出节点和所述大地之间的第一开关(13)。
17.如权利要求15所述的设备，其中所述接收分支(Rx)包括一个耦合到所述输出节点的低噪声放大器(9)，并且所述第一网络(10)包括耦合在所述输入节点和大地之间的电容(11)、耦合在所述输入节点和所述输出节点之间的电感(12)和包括在所述低噪声放大器(9)的输入级(20)的反馈通道中的第二开关(21)。
18.如权利要求15所述的设备，其中所述第一网络(10)包括耦合在所述输入节点和所述输出节点之间的1/4拉姆达传输线(30)和耦合在所述输出节点和大地之间的第二开关(31)。
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