CN1998151A - 高效多频带天线开关电路 - Google Patents

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D·E·埃文斯
D·M·詹森
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Abstract

一种示范性天线开关电路，包括第一、第二、第三和第四开关。第一开关由第一控制信号激活，以便在第一发射端口和天线之间建立连接；第二开关由第二控制信号激活，以便在第二发射端口和天线之间建立连接；第三开关由第三控制信号激活，以便在第一接收端口和天线之间建立连接；以及第四开关由第三控制信号激活，以便在第二接收端口和天线之间建立连接。利用该设置，当第三开关和第四开关被第三控制信号激活时，第一接收端口和第二接收端口同时连接到天线。

Description

高效多频带天线开关电路
技术领域
本发明一般涉及半导体领域。具体地，本发明涉及半导体电路领域。
背景技术
采用全球移动通信系统(GSM)标准的移动电话典型地能够在多个频带内工作。例如，三频带和四频带GSM移动电话能够分别在三个频带和四个频带内工作，由此允许移动电话和各自采用不同频带的多种服务供应商一起使用。
当前的三频带和四频带GSM移动电话分别具有连接到公共天线上的五个或六个发射和接收端口。对于这些端口的每一个，典型地每端口有至少一条，有时有两条控制线。例如，在三频带GSM移动电话的情况下，典型地需要五条或六条控制线，以便为其五个发射和接收端口提供天线开关功能。对于四频带GSM移动电话，典型地需要六条或七条控制线，以便为其六个发射和接收端口提供天线开关功能。
然而，目前GSM移动电话芯片只为天线开关功能提供三条或四条控制线。传统上，周知的天线开关电路利用解码器将控制线数从六条或七条线减少到三条或四条线，以便和GSM移动电话芯片连接。然而，这种解码器占据大设备区域，并且不合需要地增加了设备尺寸和制造成本。而且，将信号路由到解码器以及从解码器路由信号的线路进一步耗费了附加设备区域，并进一步增加了设备尺寸和制造成本。
与周知天线开关电路相关的另一个缺点是，即使在待机或“全关”模式期间，也由于通过偏压电阻器连接到电池的周知的开关电路所引出的电流而耗费大直流(电池)电流。例如，即使在待机模式期间，周知的天线开关电路也一直耗费大约10至100微安的电流，这是所不希望的。
因此，在本技术领域中强烈需要一种高效的多频带天线开关电路。
发明内容
本发明涉及一种高效的多频带天线开关电路。在一个示范性实施例中，天线开关电路能够将多个端口连接到天线，并且该天线开关电路包括第一、第二、第三和第四开关。第一开关由第一控制信号激活，以便在第一发射端口和天线之间建立连接；第二开关由第二控制信号激活，以便在第二发射端口和天线之间建立连接；第三开关由第三控制信号激活，以便在第一接收端口和天线之间建立连接；以及第四开关由第三控制信号激活，以便在第二接收端口和天线之间建立连接。利用该设置，当第三开关和第四开关被第三控制信号激活时，第一接收端口和第二接收端口同时连接到天线。
根据本发明另一实施例，该天线开关电路进一步包括第五开关和第六开关，使得第五开关由第四控制信号激活，以便在第三接收端口和天线之间建立连接，并且第六开关由第四控制信号激活，以便在第四接收端口和天线之间建立连接。根据该特定实施例，当第五开关和第六开关被第四控制信号激活时，第三接收端口和第四接收端口同时连接到天线。
根据本发明另一实施例，该天线开关电路进一步包括跨接第一发射端口和第二发射端口的偏压电阻器。根据该特定实施例，该偏压电阻器向第一开关和第二开关中的无效开关提供上拉偏压。
根据本发明另一实施例，第一接收端口接收低频带信号，并且第二接收端口接收高频带信号。根据本发明又一实施例，第一发射端口发射高频带信号，并且第二发射端口发射低频带信号。例如，可以按照850兆赫GSM频带和900兆赫GSM频带之一来配置低频带信号，并且可以按照1800兆赫GSM频带和1900兆赫GSM频带之一来配置高频带信号。根据本发明各种实施例，通过本发明的天线开关电路来为多频带应用如三频带和四频带应用提供天线开关，而无需解码器，由此导致了设备区域消耗和制造成本的大大节约，同时另外减小了直流(电池)电流消耗。
在阅读以下详细说明和附图之后，本发明的其它特征和优点对于本领域普通技术人员将变得更加明显。
附图说明
图1A示出了根据本发明一个实施例的示范性多频带天线开关电路的电路图。
图1B示出了根据本发明另一实施例的示范性多频带天线开关电路的电路图。
具体实施方式
本发明涉及高效的多频带天线开关电路。以下说明包含关于本发明实施的具体信息。本领域技术人员将要认识到，可以用不同于本申请中所具体讨论的方式来实施本发明。而且，没有讨论本发明的某些具体细节，以免使本发明不清楚。本申请中没有描述的细节在本领域普通技术人员的知识范围内。
本申请的附图以及它们附随的详细说明仅仅针对本发明的示范性实施例。为了保持简洁，在本申请中没有具体描述、并且也没有用附图具体示出使用本发明原理的本发明其它实施例。
参考图1A，图1A示出了描述根据本发明一个实施例的示范性天线开关电路100的电路图。例如，可以将天线开关电路100集成到单个半导体压模中，以用于移动电话中。在某些实施例中，例如可以将天线开关电路100集成到发射模块中，该发射模块自身可以包括附加功能如功率放大器。而且如下所讨论的，由于天线开关电路100的特殊设置，通过天线开关电路100来提供多频带应用如三频带和四频带应用的天线开关，而无需解码器，由此导致了设备区域消耗和制造成本的大大节约。此外，天线开关电路100在大大降低电流消耗的同时实现了这些优点，由此导致了工作效率的提高。
如图1A所示，天线开关电路100通过双工器116连接到天线114。天线开关电路100被配置成，根据通过控制端口144、146、148和150收到的控制信号将多个端口连接到天线114和从天线114断开，如以下更全面描述的。
在图1A所示的特定实施例中，开关电路100被配置成支持四频带操作，并包括四个接收端口和两个发射端口。例如，接收端口152能够传递第一接收高频带信号(“RXH1”)102；接收端口154能够传递第二接收高频带信号(“RXH2”)104；发射端口156能够传递第一发射高频带信号(“TXH1”)106和第二发射高频带信号(“TXH2”)107；发射端口158能够传递第一发射低频带信号(“TXL1”)109和第二发射低频带信号(“TXL2”)108；接收端口162能够传递第一接收低频带信号(“RXL1”)112；以及接收端口160能够传递第二接收低频带信号(“RXL2”)110。举例说明，RXH1 102和TXH1 106可以是按照1800兆赫(“MHz”)GSM频带配置的信号；RXH2104和TXH2 107可以是按照1900MHz GSM频带配置的信号；RXL2 110和TXL2 108可以是按照850MHz GSM频带配置的信号；以及RXL1 112和TXL1109可以是按照900MHz GSM频带配置的信号。
继续图1A，天线开关电路100包括场效应晶体管(“FET”)130、132、134、136、138和140以及电阻器164、166、168、170、172、174和142。天线开关电路100还包括控制端口144、146、148和150。控制端口144被配置成接收第一接收控制信号(“VRX1”)118，并且通过电阻器164连接到FET130的栅极、以及通过电阻器170连接到FET136的栅极。FET130的第一源极或漏极(“S/D”)端子连接到接收端口152，并且FET130的第二S/D端子连接到第一双工器线路126。类似地，FET136的第一S/D端子连接到接收端口162，并且FET136的第二S/D端子连接到第二双工器线路128。
控制端口146被配置成接收第二接收控制信号(“VRX2”)120，并通过电阻器166连接到FET132的栅极、以及通过电阻器172连接到FET138的栅极。FET132的第一S/D端子连接到接收端口154，并且FET132的第二S/D端子连接到第一双工器线路126。FET138的第一S/D端子连接到接收端口160，并且FET138的第二S/D端子连接到第二双工器线路128。
控制端口148被配置成接收发射低频带控制信号(“VTXL”)122，并通过电阻器174连接到FET140的栅极。FET140的第一S/D端子连接到发射端口158，并且FET140的第二S/D端子连接到第二双工器线路128。控制端口150被配置成接收发射高频带控制信号(“VTXH”)124，并通过电阻器168连接到FET134的栅极。FET134的第一S/D端子连接到发射端口156，并且FET134的第二S/D端子连接到第一双工器线路126。电阻器142跨接发射端口156和158。
在图1A所示的示范性实施例中，控制信号VRX1 118、VRX2 120、VTXL122和VTXH 124可以由用于控制FET 130、132、134、136、138和140，并且尤其用于控制端口152、154、156、158、160及162和天线114之间的通过双工器116的连接的处理器如移动电话芯片来产生。如图1A所示，天线开关电路100只需要四个控制端口144、146、148和150。天线开关电路100尤其利用单个控制端口如控制端口144，来使能同时在天线114和至少一个高频带信号接收端口如接收端口152及至少一个低频带信号接收端口如接收端口162之间进行连接，从而实现这种设置。因为双工器能够分离和隔离高频带和低频带信号，所以将高频带信号接收端口152和低频带信号接收端口162分别通过第一双工器线路126和第二双工器线路128连接到双工器116并不对接收性能产生不利影响。以类似的方式，控制端口146同时使能在天线114和第二高频带信号接收端口如接收端口154及第二低频带信号接收端口如接收端口160之间的连接。因而，天线开关电路100只需要两个控制端口144和146来选择四个接收频带之一。本发明减少控制线数的思想也可应用于双频带和三频带GSM以及包括通用移动电信系统(“UMTS”)频带的五频带结构。
为了说明根据本发明一个实施例的天线开关电路100的操作，现在参考表1，表1示出了天线开关电路100的、基于分别通过控制端口144、146、148和150收到的控制信号VRX1 118、VRX2 120、VTXL 122和VTXH 124的示范性功能模式。
表1
  功能    VRX1    VRX2    VTXL   VTXH
 待机     0     0     0     0
 GSM1800或1900发射     0     0     0     1
 GSM850或900发射     0     0     1     0
 GSM850或1900接收     0     1     0     0
 GSM900或1800接收     1     0     0     0
如表1所示，当VRX1 118、VRX2 120、VTXL122和VTXH124全部为0或“低”时，启动待机模式。在该模式下，天线开关电路100不引出电流。在该模式下，移动电话不工作，所以电耗是唯一相关操作参数。
在GSM1800或1900发射模式下，天线开关电路100使能通过发射端口156来发射高频带信号TXH1 106和TXH2 107。在该模式下，VTXH124为1或“高”，由此激活FET134并将发射端口156连接到第一双工器线路126并连接到天线114。同样，在GSM1800或1900发射模式下，VRX1 118、VRX2 120和VTXL122为低，由此切断FET130和132并将接收端口152和154从天线114断开。此外，因为电阻器142跨接发射端口156和158，所以电阻器142作为上拉偏压电阻器和逻辑低信号VRX1 118、VRX2 120和VTXL122一起操作，以使FET136、138和140失活并将接收端口160和162及发射端口158从天线114断开。这防止了在GSM1800或1900发射模式期间存在于发射端口158的任何寄生信号到达天线。电阻器142例如可以为20-30千欧(kΩ)。
在GSM850或900发射模式下，天线开关电路100使能通过发射端口158来发射低频带信号TXL1 109和TXL2 108。在该模式下，VTXL122为高，由此激活FET140并将发射端口158连接到第二双工器线路128并连接到天线114。同样，在GSM850或900发射模式期间，VRX1 118、VRX2 120和VTXH124为低，由此切断FET136和138并将接收端口160和162从天线114断开。在该模式下，电阻器142作为上拉偏压电阻器和逻辑低信号VRX1 118、VRX2 120和VTXH124一起操作，以使FET130、132和135失活并将接收端口152和154及发射端口156从天线114断开。这防止了在GSM850或900发射模式期间存在于发射端口156的任何寄生信号到达天线。
在GSM850或1900接收模式下，天线开关电路100使能分别通过接收端口154和160来接收高频带信号RXH2 104和低频带信号RXL2 110。在该模式下，VRX2 120为高，由此激活FET132和138并将接收端口154连接到第一双工器线路126并连接到天线114，并进一步将接收端口160连接到第二双工器线路128并连接到天线114。同样，在GSM 850或1900接收模式期间，VRX1 118、VTXL122和VTXH124为低，由此切断FET130、134、136和140并将接收端口152和162及发射端口156和158从天线114断开。
在GSM900或1800接收模式下，天线开关电路100使能分别通过接收端口152和162来接收高频带信号RXH1 102和低频带信号RXL1 112。在该模式下，VRX1 118为高，由此激活FET 130和136并将接收端口152连接到第一双工器线路126并连接到天线114，并进一步将接收端口162连接到第二双工器线路128并连接到天线114。同样，在GSM900或1800接收模式期间，VRX2 120、VTXL122和VTXH124为低，由此切断FET132、134、138和140并将接收端口154和160及发射端口156和158从天线114断开。
由于天线开关电路100和双工器116组合的独特设置，所以只需要两个控制端口144和146来选择四个接收频带之一，并且只需要两个控制端口148和150来选择四个发射频带之一。因此，只需要四个控制端口，即控制端口144、146、148和150来为接收端口152、154、160和162及发射端口156和158提供开关。有利的是，天线开关电路100不需要解码器来提供上述开关功能性，因为接收端口的控制线一起配对以使能至少一个高频带和至少一个低频带的接收。此外注意，可以任意选择接收频带的具体分配，只要一个高频带和一个低频带配对，如以上结合表1所描述的。对于奇数频带配置，总是有一条不成对的接收路径，但是仍然保持了减少控制线数的好处。作为不需要解码器及其所关联的路由线路的天线开关电路100的设置的好处，设备区域消耗、设备尺寸和制造成本大大减小了。而且如上所述，与先有技术的天线开关电路相比，天线开关电路100的电流消耗大大减小了。
参考图1B，图1B示出了描述根据本发明另一实施例的示范性天线开关电路190的电路图，其中图1B的天线开关电路190和图1A的天线开关电路100中的相同附图标记表示相似的元件。
图1B的天线开关电路190的操作和如上所述的图1A的天线开关电路100的操作基本上相同；然而，图1B的天线开关电路190中除去了图1A的天线开关电路100中的电阻器142，并添加了偏置电路178。偏置电路178包括电阻器180和182及二极管184和186。电阻器182和二极管186是可选的。在一个实施例中，不使用电阻器182和二极管186。二极管184的阴极通过电阻器180连接到第一双工器线路126，并且二极管184的阳极连接到控制端口148。二极管186的阴极通过电阻器182连接到第二双工器线路128，并且二极管186的阳极连接到控制端口150。在该设置中，偏置电路178提供发射模式期间所需的上拉偏压，其中当FET140和134之一无效时，FET140和134中的另外一个有效。
例如，在如以上结合表1所讨论的GSM1800或1900发射模式期间，VTXH124为高，由此激活FET134，并且VRX1 118、VRX2 120和VTXL122为低，由此切断FET130、132、136、138和140。VTXH124所提供的电压也跨接电阻器182和二极管186，以向无效的FET140提供所需的上拉偏压。此外，在接收模式，如表1所示的GSM900或1800接收模式期间，VRX1118为高，由此激活FET130和136，并且VRX2 120、VTXL122和VTXH124为低，由此切断FET132、134、138和140。在该模式期间，二极管184和186防止了电流流向控制端口148和150处的低压，由此防止接收模式操作期间的过量电流消耗。
根据以上对本发明示范性实施例的描述，显然在不脱离本发明范围的情况下可以利用各种技术来实施本发明的思想。而且，虽然具体参考某些实施例描述了本发明，但是本领域的普通技术人员应该认识到，在不脱离本发明精神和范围的情况下，可以在形式和细节上改变本发明。所描述的示范性实施例在各个方面都应该被认为是说明性而非限制性的。而且，应该理解，本发明不受在此描述的特定示范性实施例的限制，而是能够在不脱离本发明范围的情况下对本发明进行多种重新设置、修改和替代。
因而，描述了一种高效的多频带天线开关电路。

Claims (26)

1.一种用于将多个端口连接到天线的天线开关电路，所述天线开关电路包括：
第一开关，其由第一控制信号激活，用于在第一发射端口和所述天线之间建立连接；
第二开关，其由第二控制信号激活，用于在第二发射端口和所述天线之间建立连接；
第三开关，其由第三控制信号激活，用于在第一接收端口和所述天线之间建立连接；
第四开关，其由所述第三控制信号激活，用于在第二接收端口和所述天线之间建立连接，其中当所述第三开关和所述第四开关被所述第三控制信号激活时，所述第一接收端口和所述第二接收端口同时连接到所述天线。
2.根据权利要求1所述的天线开关电路，进一步包括：
第五开关，其由第四控制信号激活，用于在第三接收端口和所述天线之间建立连接；
第六开关，其由所述第四控制信号激活，用于在第四接收端口和所述天线之间建立连接，其中当所述第五开关和所述第六开关被所述第四控制信号激活时，所述第三接收端口和所述第四接收端口同时连接到所述天线。
3.根据权利要求1所述的天线开关电路，进一步包括跨接所述第一发射端口和所述第二发射端口的偏压电阻器，所述偏压电阻器向所述第一开关和所述第二开关中的无效开关提供上拉偏压。
4.根据权利要求1所述的天线开关电路，其中所述第一接收端口接收低频带信号，并且所述第二接收端口接收高频带信号。
5.根据权利要求4所述的天线开关电路，其中所述低频带信号是按照850兆赫GSM频带和900兆赫GSM频带之一配置的，并且所述高频带信号是按照1800兆赫GSM频带和1900兆赫GSM频带之一配置的。
6.根据权利要求1所述的天线开关电路，其中所述第一发射端口发射高频带信号，并且所述第二发射端口发射低频带信号。
7.根据权利要求6所述的天线开关电路，其中所述低频带信号是按照850兆赫GSM频带和900兆赫GSM频带之一配置的，并且所述高频带信号是按照1800兆赫GSM频带和1900兆赫GSM频带之一配置的。
8.一种用于将多个端口连接到天线的天线开关电路，所述天线开关电路包括：
当收到第一控制信号时将第一发射端口连接到所述天线的装置；
当收到第二控制信号时将第二发射端口连接到所述天线的装置；
当收到第三控制信号时同时将第一接收端口和第二接收端口连接到所述天线的装置。
9.根据权利要求8所述的天线开关电路，进一步包括，当收到第四控制信号时同时将第三接收端口和第四接收端口连接到所述天线的装置。
10.根据权利要求8所述的天线开关电路，进一步包括跨接所述第一发射端口和所述第二发射端口的偏压电阻器，所述偏压电阻器向用于连接所述第一发射端口的所述装置和用于连接所述第二发射端口的所述装置中的无效装置提供上拉偏压。
11.根据权利要求8所述的天线开关电路，其中所述第一接收端口接收低频带信号，并且所述第二接收端口接收高频带信号。
12.根据权利要求11所述的天线开关电路，其中所述低频带信号是按照850兆赫GSM频带和900兆赫GSM频带之一配置的，并且所述高频带信号是按照1800兆赫GSM频带和1900兆赫GSM频带之一配置的。
13.根据权利要求8所述的天线开关电路，其中所述第一发射端口发射高频带信号，并且所述第二发射端口发射低频带信号。
14.根据权利要求13所述的天线开关电路，其中所述低频带信号是按照850兆赫GSM频带和900兆赫GSM频带之一配置的，并且所述高频带信号是按照1800兆赫GSM频带和1900兆赫GSM频带之一配置的。
15.一种用于移动电话设备的发射模块，所述发射模块连接到天线，所述发射模块包括天线开关电路，所述天线开关电路包括：
第一开关，其由第一控制信号激活，用于在第一发射端口和所述天线之间建立连接；
第二开关，其由第二控制信号激活，用于在第二发射端口和所述天线之间建立连接；
第三开关，其由第三控制信号激活，用于在第一接收端口和所述天线之间建立连接；
第四开关，其由所述第三控制信号激活，用于在第二接收端口和所述天线之间建立连接，其中当所述第三开关和所述第四开关被所述第三控制信号激活时，所述第一接收端口和所述第二接收端口同时连接到所述天线。
16.根据权利要求15所述的发射模块，进一步包括：
第五开关，其由第四控制信号激活，用于在第三接收端口和所述天线之间建立连接；
第六开关，其由所述第四控制信号激活，用于在第四接收端口和所述天线之间建立连接，其中当所述第五开关和所述第六开关被所述第四控制信号激活时，所述第三接收端口和所述第四接收端口同时连接到所述天线。
17.根据权利要求15所述的发射模块，进一步包括跨接所述第一发射端口和所述第二发射端口的偏压电阻器，所述偏压电阻器向所述第一开关和所述第二开关中的无效开关提供上拉偏压。
18.根据权利要求15所述的发射模块，其中所述第一接收端口接收低频带信号，并且所述第二接收端口接收高频带信号。
19.根据权利要求18所述的发射模块，其中所述低频带信号是按照850兆赫GSM频带和900兆赫GSM频带之一配置的，并且所述高频带信号是按照1800兆赫GSM频带和1900兆赫GSM频带之一配置的。
20.根据权利要求15所述的发射模块，其中所述第一发射端口发射高频带信号，并且所述第二发射端口发射低频带信号。
21.一种用于将多个端口连接到天线的天线开关电路，所述天线开关电路包括：
第一开关，其由第一控制信号激活，用于在第一发射端口和所述天线之间建立连接；
第二开关，其由第二控制信号激活，用于在第二发射端口和所述天线之间建立连接；
第三开关，其由第三控制信号激活，用于在第一接收端口和所述天线之间建立连接；
第四开关，其由所述第三控制信号激活，用于在第二接收端口和所述天线之间建立连接，其中当所述第三开关和所述第四开关被所述第三控制信号激活时，所述第一接收端口和所述第二接收端口同时连接到所述天线；
连接到所述第一开关的栅极的第一控制端口，所述第一控制端口用于接收所述第一控制信号；
连接到所述第二开关的栅极的第二控制端口，所述第二控制端口用于接收所述第二控制信号。
22.根据权利要求21所述的天线开关电路，进一步包括：
第五开关，其由第四控制信号激活，用于在第三接收端口和所述天线之间建立连接；
第六开关，其由所述第四控制信号激活，用于在第四接收端口和所述天线之间建立连接，其中当所述第五开关和所述第六开关被所述第四控制信号激活时，所述第三接收端口和所述第四接收端口同时连接到所述天线。
23.根据权利要求21所述的天线开关电路，进一步包括具有阳极和阴极的二极管，所述二极管的所述阳极连接到所述第一控制端口，以及所述二极管的所述阴极连接到所述天线，当所述天线开关电路在接收模式下操作时，所述二极管防止所述天线开关电路中的过量消耗。
24.根据权利要求21所述的天线开关电路，进一步包括具有阳极和阴极的二极管，所述二极管的所述阳极连接到所述第二控制端口，以及所述二极管的所述阴极连接到所述天线，当所述天线开关电路在接收模式下操作时，所述二极管防止所述天线开关电路中的过量消耗。
25.根据权利要求21所述的天线开关电路，其中所述第一接收端口接收低频带信号，并且所述第二接收端口接收高频带信号。
26.根据权利要求21所述的天线开关电路，其中所述第一发射端口发射高频带信号，并且所述第二发射端口发射低频带信号。
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