CN213846648U - 一种射频模块的隔离电路 - Google Patents

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黄堃
王永利
夏剑平
关允超
胡建飞
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Abstract

本实用新型公开了一种射频模块的隔离电路，属于射频微波技术领域。射频模块的隔离电路包括n个开关支路、n‑1个感性元件和一个控制电路，一个开关支路包括m个串联连接的开关管；该隔离电路拓扑结构简单实用，适用于任意射频集成电路，并可根据实际需求调整支路开关数；在直通状态下功耗极低，插入损耗小，可插入在任意两个射频模块之间，对整体系统影响小；在隔离状态下，显著提升了隔离度，解决了现有方案中隔离度不足的问题；版图面积较小，解决了面积浪费的问题。

Description

一种射频模块的隔离电路
技术领域
本实用新型属于射频微波技术领域，更具体地，涉及一种射频模块的隔离电路。
背景技术
随着通信技术的发展，链路结构越来越复杂。链路和模块的增益也越来越高。如果模块和链路的隔离度不够，就会造成噪声，线性度等收发机关键性能的恶化，链路中常用的可变增益放大器，移相器等模块的增益和相位也会受到影响。更有甚者，如果隔离度太差甚至会造成链路自激振荡。而模块的隔离度提高难度较大，因此如何改善射频模块之间的隔离度，成为亟需重点解决的问题。
若提升模块自身的隔离度，会造成该模块的插损、匹配等性能的恶化。会使模块自身结构复杂化，导致版图面积增大。
目前传统的隔离解决方案采用开关管来提高隔离度，其结构如图1所示。当控制信号Vc为高电平时，控制信号Vc相连的两个串联支路开关导通，控制信号
Figure BDA0002833260140000011
相连的并联支路开关关闭，此时电路处于导通状态；当控制信号Vc为低电平时，控制信号Vc相连的两个串联支路开关关闭，控制信号
Figure BDA0002833260140000012
相连的并联支路开关导通，此时电路处于隔离状态。由于传统方案导通状态下输入与输出之间受到开关自身导通阻抗的影响，会导致插入损耗恶化；而隔离状态下输入与输出之间受到开关自身寄生电容的影响，会导致隔离度有限。因此传统方案存在插入损耗恶化与隔离度不足的问题。
实用新型内容
为解决现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于，提供一种射频模块的隔离电路，包括多个并联连接的开关支路和一个控制电路，其中每两个开关支路之间串联连接一个感性元件；该隔离电路在应用与射频链路时，实现在直通状态下功耗极低、插入损耗小的性能，在隔离状态下，显著提升隔离度。
本实用新型采用如下的技术方案。
一种射频模块的隔离电路包括：n个开关支路、n-1个感性元件和一个控制电路；一个开关支路包括m个串联连接的开关管；
第一开关支路的漏极同时与信号输入端和第一感性元件的一端连接；第二开关支路的漏极同时与第一感性元件的另一端和第二感性元件的一端连接；依次类推，第n-1开关支路的漏极同时与第n-2感性元件的另一端和第n-1感性元件的一端连接；第n开关支路的漏极同时与第n-1感性元件和信号输出端连接。
优选地，
开关支路的栅极同时连接m个开关管的栅极。
优选地，
开关支路的漏极连接第一开关管的漏极，第一开关管的源极连接第二开关管的漏极，依次类推，第m-1开关管的源极连接第m开关管的漏极，第m开关管的源极连接开关支路的源极。
优选地，
控制电路的控制信号输出端与开关支路的栅极连接。
优选地，
开关支路的源极连接参考地。
优选地，
隔离电路的拓扑结构包括单端结构、差分结构。
优选地，
开关管包括：MOSFET开关管、MESFET开关管、PHEMT开关管、Bipolar开关管、HBT等场效应管和三极管。
优选地，
隔离电路中的各个感性元件的阻抗值相等。
优选地，
感性元件包括电感、传输线。
本实用新型的有益效果在于，与现有技术相比：
1、拓扑结构简单实用，适用于任意射频集成电路，并可根据实际需求调整支路开关数。
2、在直通状态下功耗极低，插入损耗小，可插入在任意两个射频模块之间，对整体系统影响小。
3、在隔离状态下，显著提升了隔离度，解决了现有方案中隔离度不足的问题。
4、版图面积较小，解决了现有方案中面积浪费的问题。
附图说明
图1是传统开关隔离方案的结构示意图；
图2是本实用新型一种射频模块的隔离电路的原理结构图；
图3是本实用新型一种射频模块的隔离电路中开关支路的原理结构图；
图4是本实用新型一种射频模块的隔离电路在射频链路中的位置示意图；
图5是本实用新型一种射频模块的隔离电路在开关支路直通状态下的等效电路图；
图6是本实用新型一种射频模块的隔离电路在开关支路隔离状态下的等效电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
如图2，一种射频模块的隔离电路包括：n个开关支路、n-1个感性元件和一个控制电路。
第一开关支路M1的漏极同时与信号输入端和第一感性元件L1的一端连接；第二开关支路M2的漏极同时与第一感性元件L1的另一端和第二感性元件L2的一端连接；依次类推，第n-1开关支路Mn-1的漏极同时与第n-2感性元件Ln-2的另一端和第n-1感性元件Ln-1的一端连接；第n开关支路Mn的漏极同时与第n-1感性元件Ln-1和信号输出端连接。
具体地，
如图3，一个开关支路包括m个串联连接的开关管。
具体地，
从图3中可以看出，开关支路的栅极同时连接m个开关管的栅极。
具体地，
从图3中可以看出，开关支路的漏极连接第一开关管的漏极，第一开关管的源极连接第二开关管的漏极，依次类推，第m-1开关管的源极连接第m开关管的漏极，第m开关管的源极连接开关支路的源极。
具体地，
控制电路的控制信号输出端与开关支路的栅极连接，即控制电路向每个开关支路的栅极提供控制信号Vc；
具体地，
开关支路的源极连接参考地；
优选地，
隔离电路的拓扑结构包括单端结构、差分结构。
值得注意的是，本优选实施例中射频模块的隔离电路实际采用的是单端结构，所属领域技术人员可以根据电路运行需求，将隔离电路设计为差分结构，即包括2n个开关支路、2n-21个感性元件和一个控制电路；本优选实施例采用的隔离电路结构是一种非限制性的较优选择。
具体地，
开关管包括：MOSFET开关管、MESFET开关管、PHEMT开关管、Bipolar开关管、HBT等场效应管和三极管。
优选地，
隔离电路中的各个感性元件的阻抗值相等。
具体地，
感性元件包括：电感、传输线。
实施例1。
如图4，在需要加强隔离的第一射频模块和第二射频模块之间串联连接隔离电路，该隔离电路是由3个开关支路、2个电感和1个控制电路组成的单端结构隔离电路；其中，开关支路包含1个MOSFET开关管，感性元件采用电感。
值得注意的是，开关支路中多个串联的开关管包含但不仅限于MOSFET开关管、MESFET开关管、PHEMT开关管、Bipolar开关管、HBT等场效应管和三极管，本实用新型优选实施例中采用多个MOSFET开关管串联构成开关支路，是非限制性的较优选择，所属领域技术人员可以根据实际应用需求选择不同类型的开关管。
当控制信号Vc为低电平时，隔离电路处于直通状态，等效电路如图5所示，此时MOSFET晶体管关闭，因此，在关闭状态下的第一开关支路M1、第二开关支路M2和第三开关支路M3分别等效为第一电容Coff1、第二电容Coff2和第三电容Coff3，并且三个等效电容的电容值相等均为C，第一电感L1和第二电感L2的电感值相等均为L，并且L和C满足如下关系式：
Figure BDA0002833260140000051
Figure BDA0002833260140000052
式中，
Z0为特征阻抗，
fh为截止频率，并且远远大于工作频率。
可见，直通状态下，隔离电路的等效电路可模拟成分布式传输线，具备良好的匹配特性，其插入损耗较小。
当控制信号Vc为高电平时，隔离电路处于隔离状态，等效电路如图6所示，此时MOSFET晶体管导通，因此，在导通状态下的第一开关支路M1、第二开关支路M2和第三开关支路M3分别等效为第一电阻Ron1、第二电阻Ron2和第三电阻Ron3，并且三个等效电阻的电阻值相等均为R。此时，射频信号通过第一电阻Ron1、第二电阻Ron2和第三电阻Ron3分别泄放到参考地，因此，当导通的开关支路越多，泄漏到信号输出端的射频信号也越少，即隔离度越高。
本实用新型的有益效果在于，与现有技术相比：
1、拓扑结构简单实用，适用于任意射频集成电路，并可根据实际需求调整支路开关数。
2、在直通状态下功耗极低，插入损耗小，可插入在任意两个射频模块之间，对整体系统影响小。
3、在隔离状态下，显著提升了隔离度，解决了现有方案中隔离度不足的问题。
4、版图面积较小，解决了现有方案中面积浪费的问题。
本实用新型申请人结合说明书附图对本实用新型的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本实用新型的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本实用新型精神，而并非对本实用新型保护范围的限制，相反，任何基于本实用新型的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种射频模块的隔离电路，其特征在于，
所述射频模块的隔离电路包括：n个开关支路、n-1个感性元件和一个控制电路；一个开关支路包括m个串联连接的开关管；
第一开关支路的漏极同时与信号输入端和第一感性元件的一端连接；第二开关支路的漏极同时与第一感性元件的另一端和第二感性元件的一端连接；依次类推，第n-1开关支路的漏极同时与第n-2感性元件的另一端和第n-1感性元件的一端连接；第n开关支路的漏极同时与第n-1感性元件和信号输出端连接。
2.根据权利要求1所述的射频模块的隔离电路，其特征在于，
所述开关支路的栅极同时连接m个开关管的栅极。
3.根据权利要求1所述的射频模块的隔离电路，其特征在于，
所述开关支路的漏极连接第一开关管的漏极，第一开关管的源极连接第二开关管的漏极，依次类推，第m-1开关管的源极连接第m开关管的漏极，第m开关管的源极连接开关支路的源极。
4.根据权利要求1所述的射频模块的隔离电路，其特征在于，
所述控制电路的控制信号输出端与开关支路的栅极连接。
5.根据权利要求1所述的射频模块的隔离电路，其特征在于，
所述开关支路的源极连接参考地。
6.根据权利要求1所述的射频模块的隔离电路，其特征在于，
所述隔离电路的拓扑结构包括单端结构、差分结构。
7.根据权利要求1所述的射频模块的隔离电路，其特征在于，
所述开关管包括：MOSFET开关管、MESFET开关管、PHEMT开关管、Bipolar开关管、HBT等场效应管和三极管。
8.根据权利要求1所述的射频模块的隔离电路，其特征在于，
所述隔离电路中的各个感性元件的阻抗值相等。
9.根据权利要求1所述的射频模块的隔离电路，其特征在于，
所述感性元件包括电感、传输线。
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