CN1545215B - 组合切换电路 - Google Patents

Abstract

一种组合切换电路用于交替地电连接发射电路到天线或电连接接收电路到天线。该组合切换电路可在切换电路部分内嵌入低通滤波电路，以产生电路结构上的高度对称性。组合切换电路布置在多层集成体的一系列介质基片上，使组合切换装置小型化。由于具有对称的电路结构的组合切换装置在宽的频率范围内表现出低插入损耗和高性能，组合切换装置尤适用于构成诸如蜂窝无线电话的无线收发器中的一部分。

Description

组合切换电路

本申请是1998年7月20日提交的申请号为98116326.2的发明专利申请“组合切换电路和组合切换装置”的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种切换电路，特别涉及这样一种组合切换电路(compositeswitch circuit)，由嵌入了低通滤波电路的二极管切换电路组成，用作数字蜂窝无线电话等的高频切换电路，以交替地切换接收或发射通信信号的传输通道。本发明也涉及一种包含组合切换电路的多层集成体(integral multi-layerbody)的组合切换装置。

背景技术

数字蜂窝无线电话等的切换电路用于交替地连接接收电路到天线或发射电路到天线。在使用分集接收系统的无线电话中，切换电路也交替地连接接收电路到第一天线或者连接接收电路到第二天线。相似地，在使用分集发射系统的无线通信系统的基站中，切换电路也用于交替地连接发射电路到第一天线或者连接发射电路到第二天线。

在有外接口用于连接自动增压器(booster)等的无线电话中，切换电路也用于切换一条通路到内部电路和一条通路到外接口。另外，切换电路用于切换无线通信系统的基站的一系列信道。

图11是示出在日本专利公报No.6-197040中公开的传统切换电路的示意电路图。在图11中，切换电路交替地连接发射电路Tx到天线ANT或接收电路Rx到天线ANT。发射电路Tx通过第一电容C101连接到第一二极管D101的阳极。第一二极管D101的阴极通过第三电容C103连接到天线ANT。天线ANT也通过串联的第三电容C103，第二传输线SL2和第四电容C104连接到接收电路Rx。第一二极管D101的阳极通过串联的第一传输线SL1和第二电容C102接地。另外，控制电路T1通过电阻R101连接到第一传输线SL1和第二电容C102之间的节点上。第二二极管D102的阳极连接到第二传输线SL2和第四电容C104之间的节点上，其阴极接地。传输线和一些电容设置在多层介质体的一系列基片上，二极管、电阻和另外一些电容安装在介质层体的顶面上。

当滤波电路和切换电路一起使用时，切换电路和滤波电路分别地组成，然后连在一起。因而，需要一大片安装面积，要求附加电路用于阻抗匹配。

为了解决上述问题，日本专利公报No.8-97743公开了一种包括切换电路和滤波电路的组合装置。该组合装置的等效电路如图12所示。在图12中，滤波电路部分由虚线所示方框表示。滤波电路位于互连发射电路Tx和切换电路的地方。当发射电路与天线ANT电连接时的等效电路如图13所示。在等效电路中，二极管D201和D202未示出，因为它们工作在DC电流通过的位置，且处于低阻抗状态形成短路。

从图13可以看出，简单地将滤波电路和切换电路连接而成的传统电路缺乏在电路结构上的对称性而仅在窄的频带内表现出足够的频率特性。以充分利用分配给通信系统的频带的观点看，窄带的切换电路性能差，且由于产品变化而生产率低。

发明内容

相应地，本发明的目的是提供一种宽带的、在电路结构上具有高度对称性的组合切换电路和包括该组合切换电路的多层集成结构的小型化的组合切换装置。

通过基于上述目的的大量研究，发明人发现，可以通过在切换电路的二极管和传输线之间设置低通滤波电路，代替简单连接低通滤波电路到切换电路来提高电路结构上的对称性，因而与传统已知切换电路相比，降低插入损耗量和确保在更宽的频带内切换电路的高性能。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于交替地电连接发射电路到天线或电连接接收电路到所述天线的组合切换电路，包括：互连所述发射电路和天线的第一通路，所述第一通路包括所述发射电路和所述天线之间的第一二极管、以及以分路结构连接到在所述发射电路和所述第一二极管之间形成的节点的第一传输线；互连所述接收电路和所述天线的第二通路，所述第二通路包括第二传输线和第二二极管，所述第二传输线的第一端部分连接到所述天线，并且，所述第二二极管的第一端部分以分路结构连接到在所述第二传输线的第二端部分和所述接收电路之间形成的节点；以及设置在所述第一通路内的低通滤波电路，以便互连所述第一二极管的第二端部分和分路连接的第一传输线的第一端部分，其中，所述第一二极管的阳极连接至指向天线侧的线路，所述第一二极管的阴极连接至指向所述发射电路侧的线路，并且，所述第二二极管的阴极连接至指向所述接收电路侧的线路，所述第二二极管的阳极通过电容连接至指向地的线路，其特征在于，所述第一二极管和第二二极管以串流方式直接连接，并且，通过从所述第二二极管的阳极侧分别向所述第一和第二二极管施加预定电平的电压，来控制所述第一和第二二极管，并且，执行所述第一通路和所述第二通路之间的切换。

上述切换电路具有更小的插入损耗和好的隔离度。因而，根据本发明的第一实施例，用于交替地电连接发射电路到天线或电连接接收电路到天线的组合切换电路，包含：(1)互连发射电路和天线的第一通路，第一通路包括发射电路和天线之间的第一二极管；和(2)互连接收电路和天线的第二通路，第二通路包括所述接收电路和地之间分路结构的第二二极管：所述第一二极管的阳极连接至指向天线侧的线路，所述第一二极管的阴极连接至指向所述发射电路侧的线路，以及所述第二二极管的阴极连接至指向所述接收电路侧的线路，所述第二二极管的阳极通过电容连接至指向地的线路，其特征在于，所述第一二极管和第二二极管以串流方式直接连接，以及通过从所述第二二极管的阳极侧，分别向所述第一和第二二极管提供预定电平的电压，来控制所述第一和第二二极管。

即，在上述实施例中，第一传输线的第二端通过电容接地，第一控制电路通过电阻分路连接到第一传输线和电容之间的节点上。同样，第二二极管的第二端通过另一个电容接地，第二控制电路通过电阻分路连接到第二二极管和电容之间的节点上。第一和第二控制电路通过切换第一和第二二极管的ON状态(低阻抗)和OFF状态(高阻抗)来控制是发射电路还是接收电路电连接于天线。

因此，本发明的组合切换电路可以是可嵌入低通滤波电路的切换电路，能实现交替地连接发射电路到天线或者连接接收电路到天线。

在本发明的组合切换电路的一个优选实施例中，第一二极管的阴极连接到发射电路，第一二极管的阳极连接到天线。同样，第二二极管的阴极连接到接收电路，第二二极管的阳极接地。因而，低通滤波电路可连接在第一二极管的阴极和分路连接的第一传输线之间。

另外，在上述实施例中，第一二极管和第二二极管以串流方式直接连接，以及通过从所述第二二极管的阳极侧，分别向所述第一和第二二极管提供预定电平的电压，来控制所述第一和第二二极管。

在本发明的组合切换电路的另一个优选实施例中，第一二极管的阳极连接到发射电路，第一二极管的阴极连接到天线。同样，第二二极管的阳极连接到接收电路，第二二极管的阴极接地。因而，低通滤波电路可连接在第一二极管的阳极和分路连接的第一传输线之间。

根据本发明的第二个实施例，组合切换装置包括布置在多层集成体的一系列介质基片上的组合切换电路，该组合切换电路能实现交替地电连接发射电路到天线或电连接接收电路到天线，包括：(1)互连发射电路和天线的第一通路，第一通路包括第一二极管和第一传输线，第一二极管的第一端连接到天线，第一传输线的第一端分路连接到发射电路和第一二极管的第二端之间的节点上；(2)互连接收电路和天线的第二通路，第二通路包括第二传输线和第二二极管，第二传输线的第一端连接到天线，第二二极管的第一端以分路结构连接到第二传输线的第二端和接收电路之间的节点上；以及(3)可设置在第一通路内的低通滤波电路，以便互连第一二极管的第二端和分路连接的第一传输线的第一端；且至少第一传输线、第二传输线和低通滤波电路的一部分最好布置在多层集成体的至少一个内部介质基片层上。

在上述实施例中，第一二极管和第二二极管可以布置在多层集成体的顶面上。

通过布置至少第一传输线，第二传输线和低通滤波电路一部分在多层集成体的至少一个内部介质基片上和/或布置二极管在多层集成体的顶面上，可以得到单体的组合切换电路。同样，诸如电容、电阻和电感等元件可以布置在多层集成体的顶面上。可以根据布置在多层集成体的内部基片层之上的元件适当地选择布置在多层集成体的顶面上的元件。

组合切换装置可以包含至少两个布置在介质基片上的接地电极。布置在多层集成体内的内部介质基片上的第一和第二传输线可以位于两个接地电极之间。低通滤波电路的每个电容可以由夹持第一和第二传输线的两个接地电极中的上接地电极和相对于上接地电极在其上设置的电极形成。通过在传输线和低通滤波电路之间用上述方式嵌入接地电极，可以抑制在传输线和低通滤波电路之间的不希望的干扰。

在本发明的组合切换装置中，形成低通滤波电路的电容极板的电极可以分别地布置在相对于组合切换装置的安装表面位于第一和第二传输线上面的介质基片上。

第一和第二传输线最好由螺旋形电极图案组成，因为螺旋电极图案使传输线物理尺寸较短。

在本发明的组合切换装置的一个优选实施例中，第一二极管的阴极连接到发射电路，第一二极管的阳极连接到天线。同样，第二二极管的阴极连接到接收电路，第二二极管的阳极接地。在这种情况下，低通滤波电路可连接在第一二极管的阴极和分路连接的第一传输线之间。

在本发明的组合切换装置的另一个优选实施例中，第一二极管的阳极连接到发射电路，第一二极管的阴极连接到天线。同样，第二二极管的阳极连接到接收电路，第二二极管的阴极接地。在这种情况下，低通滤波电路可连接在第一二极管的阳极和分路连接的第一传输线之间。

附图说明

图1是示出本发明的组合切换装置的透视图；

图2是示出构成图1所示组合切换装置的多层集成体的相应的基片层的透视图；

图3是示出包括本发明的组合切换电路的无线收发器电路的等效电路的示意电路图；

图4是示出图3的等效电路中发射电路Tx与天线ANT电连接的示意电路图；

图5是示出包括参考示例的组合切换电路的无线收发器电路的等效电路的示意电路图；

图6A是示出在直至5.5GHz的频率下测量的本发明的组合切换电路的插入损耗的图；

图6B是示出图6A的放大的带宽的图；

图7是示出本发明的组合切换电路的低通滤波部分的等效电路的示意电路图；

图8是示出构成由本发明的另一个组合切换电路布置的多层集成体的相应的基片层的透视图；

图9是示出包括布置在图8的多层集成体上的组合切换电路的收发器电路的等效电路的示意电路图；

图10是示出本发明的又一个组合切换电路的部分等效电路的示意电路图；

图11是示出传统的切换电路的等效电路的示意电路图；

图12是示出另一个传统的切换电路的等效电路的示意电路图；和

图13是示出图12的传统的切换电路的等效电路的示意电路图，其中发射电路Tx电连接到天线ANT。

具体实施方式

如上所总结的，本发明的组合切换电路是一个包括低通滤波电路的切换电路，且可实现交替地将发射电路与天线电连接或者将接收电路与天线电连接。在一个优选实施例中，组合切换电路可以是发射电路、接收电路和天线中的天线切换电路。本发明将针对这样一种天线切换电路进行更详细地描述。然而，应考虑到它只说明本发明不同优选实施例之一。

在本发明中，低通滤波电路可合并入切换电路，形成单一的组合切换电路。组合切换电路可以安装在许多介质基底上，形成多层集成体的小型化组合切换电路。

包含本发明的组合切换电路的无线收发器的等效电路如图3所示。在由发射电路Tx、接收电路Rx和天线ANT示出的等效电路中，在虚线所示方框内的组合切换电路30包括连接发射电路Tx与天线ANT的第一通路与和连接接收电路Rx与天线ANT的第二通路。第一通路包括第一二极管D1和第一传输线L1，第一二极管D1的第一端连到天线ANT，第一传输线L1的第一端分路连接到在第一二极管D1的第二端和发射电路Tx之间的节点上。第二通路包括第二传输线L2和第二二极管D2，第二传输线L2的第一端连接到天线ANT，第二二极管D2的第一端以分路结构连接到在第二传输线L2的第二端和接收电路Rx之间的节点上。

在虚线所示方框内的低通滤波电路LPF合并入切换电路以互连第一二极管D1的第二端和分路连接的第一传输线L1的第一端，因而形成本发明的组合切换电路。如图3所示，低通滤波电路LPF通常包括传输线L3，与传输线L3并联的电容器C4，和电容器C2和C3。C2和C3对地形成分流通路。

此外，从图3可以看到，传输线L1的第二端通过电容器C14接地，且第一控制电路CONT1通过电阻R1分路连接在第一传输线L1和电容器C14之间。CONT1可以省略，如果省略的话，第一传输线L1就可直接接地。另外，第二二极管D2的第二端通过电容器C1接地，且第二控制电路CONT2通过电阻R2分路连接在第二二极管D2和电容器C1之间。这些控制电路通过偏置二极管D1和D2控制是发射电路Tx还是接收电路Rx与天线ANT建立电连接。为了仅通过高频信号，隔直流电容器C11，C12或C13被连接到发射电路Tx、接收电路Rx和天线ANT的每个输入/输出端。

在本发明中，低通滤波电路不是简单与切换电路相连，而是被并入了切换电路，更具体地说，在第一二极管D1的第二端和分路连接的第一传输线L1的第一端之间合并入切换电路。当发射电路Tx与天线ANT电连接时，图3的等效电路如图4所示。在图4中，二极管D1和D2没有示出，因为它们处于高导通、低阻抗状态以形成短路。

从图4可以看出，本发明的组合切换电路在电路结构上是高度对称的。也就是，发射电路Tx、电容器C11、传输线L1和电容器C14与天线ANT、电容器C13、传输线L2和电容器C1(C12)关于中间的低通滤波电路对称地放置。具有这样的在电路结构上的对称性，本发明的组合切换电路与传统的切换电路相比，在更宽的频带内表现出很小的插入损耗和足够的性能。

参考示例的组合切换电路50的等效电路如图5所示。图5的等效电路与图3的等效电路是相似的，除了第一和第二二极管D1和D2相对于阴极和阳极的连接方式反向。当发射电路Tx与天线ANT电连接时，图5的电路具有图4所示的同样的等效电路。也就是，图5的组合切换电路也在电路结构上高度对称，与传统的切换电路相比在更宽的频带内表现出很小的插入损耗和足够的性能。

与图5的等效电路相比，用实验方法已证实图3的等效电路具有更小的插入损耗和好的隔离度。

图1是示出本发明的组合切换电路的透视图。构成图1的组合切换装置的多层集成体的基片在图2中透视地示出，安装在图1和图2的组合切换装置的一系列介质基片上的组合切换电路的等效电路如图3所示。

从图1可以看出，本发明的组合切换装置包括由含有两个二极管的半导体部件1和一系列介质基片的多层集成体2。在图1和图2中，表示电极的部分由阴影示出。

在图3中，本发明的组合切换电路包含虚线所示方框30内的元件。在方框30外的电容器C11，C12，C13，C14和电阻器R1和R2是外部元件，可以在组合切换电路安装的电路板上形成，或者可以设置在多层集成体的上表面或介质基片之上。

从图2可以看出，此实施例的组合切换装置包括底介质基片21，内部基片22-28和顶介质基片29。

在底介质基片21的上表面上，形成第一接地电极31，几个引线电极从接地电极伸出到多层集成体2的侧表面，以与外部电极T2、T7和T8相连。

在底介质基片21上层叠的介质基片22的上表面上，形成相对第一接地电极31的电容电极41，以构成电容器C1。从电容电极41伸出的引线电极与外部电极T4相连。尽管在本实例中，电容器C1在多层集成体内部形成，它也可以在外部形成，例如在顶介质基片29的上表面上或在安装组合切换电路的电路板上形成。

在介质基片22之上层叠的介质基片23和24有形成传输线的电极。在介质基片23之上的螺旋线电极11通过通孔电极51连接到在介质基片24之上的螺旋线电极12形成传输线L1。两条引线电极分别从螺旋线电极11和12伸出连接到外部电极T3和T6。在介质基片23之上的螺旋线电极13通过通孔52连接到介质基片24之上的螺旋线电极14形成传输线L2。两条引线电极分别从螺旋线电极13和14伸出连接到外部电极T5和T1。

在层叠于介质基片24之上的介质基片25上表面上，形成第二接地电极32。三个引线电极从第二接地电极32伸出分别连接到外部电极T2，T7和T8。

介质基片26层叠于介质基片25之上。在介质基片26的上表面之上，形成相对于第二接地电极32的电容电极42，以构成低通滤波电路电容器C2。也在介质基片26的上表面之上形成相对于第二接地电极32的电容电极43，以形成低通滤波电路的电容器C3。从电容电极42伸出的引线电极连接到外部电极T3。

相对于介质基片26的电容电极42的电容电极44形成于介质基片27的上表面上，以构成低通滤波器电路的电容器C4。电容电极44通过通孔53连接到介质基片26上的电容电极43。

在介质基片28的上表面之上，形成螺旋线电极15，构成低通滤波器电路的传输线L3。螺旋线电极的一端连接到外部电极T3，另一端通过通孔54和53连接到电容电极44和43。

在顶介质基片29的上表面上，形成图案电极(pattern electrode)16和17。图案电极16通过通孔55连接到介质基片28上的通孔54。图案电极17用作记号(marker)，在顶介质基片29的上表面之上，进一步形成连接到外部电极T1，T4，T5和76的图案电极。

具有上述结构的组合切换装置用介电常数大约是8的介质材料制造。介质材料用刮刀制成层状(介质基片)，且通过网板印刷诸如Ag的导电材料，在介质基片上形成各个的图案电极。在其上有印制的图案电极的这些介质基片层叠，紧压和烤制(fire)成一个多层集成体。在烤制之后，外部电极T1到T8和图案电极在多层集成体的侧面和顶面形成。最后，包括第一和第二二极管D1和D2的半导体部件1，安装在多层集成体的顶面，使第一二极管D1连接到图案电极16和外部电极T5，且第二二极管D2连接到外部电极T1和T4，以得到大小为长/宽为4.5mm/3.2mm，厚2mm的本发明的组合切换装置。

在这样得到的组合切换装置中，由电容器C2，C3和C4和传输线L3组成的低通滤波电路插入第一二极管D1的阳极端和分路连接的传输线L1的第一端之间。

图3的无线收发电路的得到是通过电容器C11连接发射电路Tx到外部电极T3，通过电容器C13连接天线ANT到外部电极T5，通过电容器C12连接接收电路Rx到外部电极T1，通过电阻R1连接第一控制电路CONT1到外部电极T6，连接电容C14到外部电极T6对地形成通路，通过电阻R2连接第二控制电路CONT2到外部电极T4。

上述得到的组合切换电路，在直至5.5GHz频率的插入损耗经测量如图6A所示。图6A的0.5到1.5GHz通带的放大图像如图6B所示。从图6B可以更好地看出，组合切换装置在900±250MHz的频率范围内显示出象1dB一样低或更少的插入损耗。因而，本发明的优选实施例的组合切换电路在减少插入损耗方面是出色的。另外，由于几何尺寸可以减小，在电路板上安装本发明的组合切换装置时只需一小块空间，因而减小了诸如蜂窝无线电话的无线收发器的尺寸。本发明的组合切换装置的适用频率范围约为800MHz至几个千兆赫。

在上述的实施例中，第一和第二传输线L1和L2布置在第一接地电极31和第二接地电极32之间，切换电路的主要部分比低通滤波电路部分更靠近安装表面。在这种结构下，第二接地电极32和相对的电容电极42和43形成接地的电容C2和C3，第二接地电极32可能有引线部分，也就是，上述实施例中的外部电极T2，以连接到安装组合切换装置电路板的接地端点。外部电极T2的用处是作为线电极，可以看作电感L4和L5，如图7的等效电路所示，与电容C2和C3串联连接。在这个等效电路中，通过在电容C2与电感L4之间和在电容C3和电感L5之间的串联诸振，可以有效地减少谐波。

因而，在本发明中，最好第一和第二传输线L1和L2布置在两个接地电极之间，低通滤波电路的电容由传输线L1和L2之上的接地电极和相对于该接地电极且在其之上的电容电极形成。在这样的结构下，可以得到具有高性能的小型化组合切换电路。

在上述实施例中，传输线L1和L2由印制在连续地相邻两层介质基片上的螺旋线电极形成。通过使线电极螺旋和在两层介质基片上部分交叠线电极，线电极的长度变得较短。

图8是示出构成本发明的另一个组合切换电路90的多层集成体的相应基层的透视图。包括组合切换电路90的等效电路如图9所示。图9的等效电路与图3的等效电路相似，但是其中附加电容C5连接于低通滤波电路和分路连接的第一传输线L1之间形成对地的分路通道。电容器C5由在介质基片21上的第一接地电极31和在介质基片22上的电容电极45形成，电容电极45连接到外部电极T3。由于图8从下面起的第三到第九层的基片层分别与图2中的介质基片23至29一样，这些基片层的描述在此和图8中省略。

包括上述组合切换电路的组合切换装置用如上所述的同样方式生产，并已被证实与上述实施例有同样的性能。

在电容C5的位置，附加电容C6可以如图10所示连接。通过嵌入图9所示的电容C5或图10所示电容C6，可以有效地变短第一传输线L1的线长。

如上所述，根据本发明，可以得到一个小的嵌入低通滤波电路的、具有高性能的组合切换电路。另外，通过在一系列介质基片上布置组合切换电路，可以得到具有多层集成体形式的包括组合切换电路的小型化组合切换装置。本发明的组合切换电路和组合切换装置在宽的频率范围表现出足够的性能，插入损耗很小和谐波抑制效果好。

虽然本发明参照能实现交替地连接发射电路到天线和接收电路到天线的组合切换电路进行描述，但可以理解本发明的组合切换电路可切换的电路并不仅局限于以上电路。

Claims (1)

1.一种用于交替地电连接发射电路到天线或电连接接收电路到所述天线的组合切换电路，包括：

互连所述发射电路和天线的第一通路，所述第一通路包括所述发射电路和所述天线之间的第一二极管、以及以分路结构连接到在所述发射电路和所述第一二极管之间形成的节点的第一传输线；

互连所述接收电路和所述天线的第二通路，所述第二通路包括第二传输线和第二二极管，所述第二传输线的第一端部分连接到所述天线，并且，所述第二二极管的第一端部分以分路结构连接到在所述第二传输线的第二端部分和所述接收电路之间形成的节点；以及

设置在所述第一通路内的低通滤波电路，以便互连所述第一二极管的第二端部分和分路连接的第一传输线的第一端部分，

其中，所述第一二极管的阳极连接至指向天线侧的线路，所述第一二极管的阴极连接至指向所述发射电路侧的线路，并且，所述第二二极管的阴极连接至指向所述接收电路侧的线路，所述第二二极管的阳极通过电容连接至指向地的线路，

其特征在于，所述第一二极管和第二二极管以串流方式直接连接，并且，通过从所述第二二极管的阳极侧分别向所述第一和第二二极管施加预定电平的电压，来控制所述第一和第二二极管，并且，执行所述第一通路和所述第二通路之间的切换。

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