JP2008511235A - マルチアンテナ入力のためのrf選択スイッチ - Google Patents
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Abstract
RFスイッチは、複数の入力からRF信号を選択するために技術的に知られている。例えば、TVチューナ及びTVフロントエンドは、二つ以上のアンテナ入力を有することができるが、比較的悪いコストパフォーマンスで実施される。本発明は、RF選択スイッチ回路(200)に関する。スイッチは、RF入力ポート及び共通RF出力ポートの両方を有する第1のスイッチ(202)及び第2のスイッチ(204)と、制御信号回路(206)とを備えている。好ましい実施の形態において、スイッチはピンダイオードを備えている。RF出力ポートは二つのトランジスタ(T1,T2)を備えており、そのうちの一方は、非選択のスイッチを一度に低インピーダンスレベルに設定して共通出力ポートでの信号漏れを最小限に抑制することができる。
Description
本発明は、入力間の絶縁が良好で、感度が良好であるとともに、低コストで提供される、複数の入力と少なくとも一つの出力とを有するRFスイッチが設けられたRF(無線周波数)入力回路に関する。
特に、本発明は、アンテナ入力、例えばケーブルTVや地上波TVのためのアンテナ入力を二つ以上有するTVチューナ及びTVフロントエンドに関する。
RFスイッチは、複数の入力からRF信号を選択するために技術的に知られている。例えば、TVチューナ及びTVフロントエンドは、アンテナ入力、例えばケーブルTVや地上波TVのためのアンテナ入力、又は、二つのケーブルTV入力(A/B)が設けられたアンテナ入力を二つ以上有している。
今日、RFスイッチに関しては、二つの主な解決策、即ち、電気機械スイッチと、電子スイッチとが知られている。電気機械スイッチは、電子的な手段と比べて、大型であり、比較的高価(BOM)であるとともに、高電圧及び高電流である。電子的な解決策において、良好な絶縁が必要とされる場合(例えば、FCC要件)には、絶縁要件を満たすためにカスケード状態の複数のRFスイッチが必要とされる場合がある。
いずれのRFスイッチにおいても、制御回路が必要とされる。図1は、MOSFET SPDT(単極双投)スイッチとカスケードされた2xダイオードRFスイッチを伴う従来の技術の電子スイッチの一例を示している。ICは、切り換え制御回路を実装することができる。
RFスイッチの例は、(ストラメロ(Stramello)により記載され、「マルチコンポーネントビデオシステムコントローラ(Multi−component video system controller)」と名づけられた)米国特許第4,400,735号(特許文献1)、(スノウ(Snow)により記載され、「マルチチャンネル電子スイッチング回路(Multi channel electronic switching circuit)」と名づけられた)米国特許第3,047,741号(特許文献2)、(アルパイワラ(Alpaiwalla)により記載され、「共通素子を共用するダイオードネットワーク及び制御ラッチを有するRFスイッチ(RF switch with diode network and control latch sharing common element)」と名づけられた)米国特許第4,742,249号(特許文献3)、(ドブロヴォルニ(Dobrovolny)により記載され、「実質的絶縁を伴うRF A/Bスイッチ(RF A/B switch with substantial isolation)」と名づけられた)米国特許第6,650,199号(特許文献4)において見出すことができる。
RFモジュールが二つのアンテナ入力、例えばケーブル入力及び地上波入力に接続されている用途においては、装置が電源オン若しくはオフのときに二つの入力信号間の干渉により又は当該干渉と交差して望ましくない信号漏れが生じないようにするために、確実な絶縁が必要とされる。使用適合性に加えて、それは、例えばFCC推奨等の規制要件である。FCCは、以下のように二つの入力間の絶縁を要求している。
54MHz乃至216MHz−−−−−−−−80dBmin
216MHz乃至550MHz−−−−−−−−60dBmin
550MHz乃至806MHz−−−−−−−−55dBmin
54MHz乃至216MHz−−−−−−−−80dBmin
216MHz乃至550MHz−−−−−−−−60dBmin
550MHz乃至806MHz−−−−−−−−55dBmin
上記要件を満たすため、従来の技術においては、比較的高価で複雑なRFスイッチが配置されてきた。絶縁要件に加えて、良好なRFスイッチは、依然として目に見える良好な感度を確保するため、可能な限り最小の挿入損失を有していなければならない。
米国特許第4,400,735号公報
米国特許第3,047,741号公報
米国特許第4,742,249号公報
米国特許第6,650,199号
本発明は、比較的高価で複雑なスイッチ、例えばフィリップスのTUV1236Dで使用される既存のRFスイッチ解決策、即ち、TUV1236D RFスイッチに代わる手段を提案する。
従って、本発明の目的は、入力間の絶縁が十分に優れ且つ挿入損失が少ないRFスイッチを提供することである。
本発明の他の目的は、プリント回路基板領域をあまり必要としない低コストなRFスイッチを教示して実施することである。
本発明の更なる他の目的は、入力間の絶縁が十分に優れ且つ挿入損失が少ないRFスイッチを備えるチューナ又は同調システムを提供することである。
本発明の更なる他の目的は、入力間の絶縁が十分に優れ且つ挿入損失が少ないRFスイッチを備える複数のソースからRF信号を受け取るための装置を提供することである。
一つの実施の形態において、デュアルダイオードスイッチは、二つの信号入力間を切り換えるために適用されている。オフ状態のスイッチ、従って、選択されない入力信号は、低インピーダンスにされる。これは、低インピーダンスに切り換えられ且つオフ状態のスイッチに接続される出力を有するトランジスタを使用して、スイッチの出力への選択されていない入力信号の漏れを最小限に抑制することにより達成される。関連する実施の形態では、入力間の優れた絶縁を与えるために、ピンダイオードスイッチが適用されている。
本発明のこれらの態様及び他の態様は、以下に説明する実施の形態から明らかであり、当該実施の形態を参照して上記態様について説明する。
ここで、添付図面を参照しながら、本発明を一例として更に詳しく説明する。
図面の全体に亘って、同じ参照符号は、同じ要素又は略同一の機能を果たす要素を示している。
図1は、従来のRFスイッチ回路の回路図を示している。
図1は、制御回路106と巡回(Peregrine)MOSFETスイッチ108とを切り換える2xダイオード102,104を備えるTUV1236D RFスイッチ回路100を示している。RF入力信号はOff−Air及びCableであり、RF出力信号はRF_SW_Outである。
概して、信号絶縁は、2xダイオード及び巡回MOSFETスイッチを縦続接続することによって実現される。巡回MOSFETスイッチ108は、単極双投(SPDT)スイッチ又は一つの出力ポートを有する2入力ポートである。制御信号RFSWの状態に応じて、入力ポート/ピンのうちのいずれか一つにおいて出力ポート/ピンが一度に接続される。MSOP−8−ピンICは、巡回MOSFETスイッチ108を実現することができる。
図1から、動作スイッチは比較的簡単である。ユーザがオフエア信号(放送信号)Off−Airを受信したい場合には、オフエア信号経路の対応する2xダイオード102がオンに切り換えられるとともに、巡回MOSFETスイッチ108が所望の入力ポート/ピンへ切り換えられ、それにより、最小の挿入損失でOff−Air信号経路が出力(RF_SW_Out)に現れることができる。同時に、Cable信号経路は、ユーザがオフエア信号受信モードにあるときに、最大限に減衰/絶縁されなければならない。この場合、ケーブル信号経路における2xダイオード104はオフ状態にあり、また、巡回MOSFETスイッチはケーブル入力ポート/ピン(図1では、下側の入力位置)の接続が切断される。MOPLL IC又は回路は、制御信号RFSWを供給することができる。
逆に、ユーザがケーブルアンテナ入力Cableを受信したい場合には、2xダイオード102がオフに切り換えられるとともに、2xダイオード104がオンに切り換えられ、巡回MOSFETスイッチ108がCable信号経路からの下側入力信号を伝達する一方で、Off−Air信号経路が最大限に減衰される。
図2は、本発明に係るRFスイッチ回路200の回路図を示している。RFスイッチ回路200は、2xダイオード202(ダイオードD1,D2を備える)及び2xダイオード204(ダイオードD3,D4を備える)と、制御信号回路206とを備えている。図2は、RF入力信号ポートOff−Air及びCableと出力信号ポートRF_SW_Outとを示している。制御信号回路206は、選択されない入力と出力RF_SW_Outとの間の絶縁機能の一部を果たす。本発明に係る提案された回路は、縦続接続する二つの従来のRFスイッチと類似する又は当該スイッチと比べて非常に良好な絶縁・挿入損失性能を示す。
動作時、点210(D1のカソード)は、レジスタR1,R2を使用して供給電圧の約半分(図2では、約2.5V)のDCレベルに設定される。点212(D2,D3のカソード),214(D4のカソード)は、同様の方法で供給電圧の約半分のDCレベルに設定される。
一つの動作状態において、制御入力ポートRFSWがハイ(high)状態(典型的には供給電圧レベル)に設定されると、トランジスタT1は、導通し始めるとともに、そのコレクタ出力をロー(low)状態(グランドに近い状態)にし、従って、点216(D1,D2のアノード)がローになる。これにより、2xダイオード202中のダイオードは、非導通状態となり、ポートOff−Airからきて2xダイオード202を通る信号を点212に対して効果的に遮断する。また、点216は、導通状態のトランジスタT1により低インピーダンス点となる。低インピーダンスは、信号ポートOff−Airから出力ポートRF_SW_Outまで良好な絶縁を行う。トランジスタT1のコレクタがローであるため、トランジスタT2のベースもローになり、トランジスタT2が非導通状態になる。その結果、トランジスタT2のコレクタが浮いてレジスタR8によりハイ状態になる。そのため、2xダイオード204中のダイオードは、導通状態となって、信号ポートCableからくるRF信号を点212へと通過させる。信号ポートCableからくる信号は、信号出力ポートRF_SW_Outへと送信される。コンデンサC1,C2,C3は、DCを通さないように遮断するが、RF信号を通すことができる十分な大きさをもっている。
他の動作状態において、RFSWがロー状態(典型的にはグランドレベル)に設定されると、トランジスタT1は、非導通状態になるとともに、そのコレクタ出力が浮いている状態となり、これにより、点216がレジスタR7を介してハイになる。そのため、2xダイオード202中のダイオードは、導通状態となり、ポートOff−Airからきて2xダイオード202を通る信号を点212に対して効果的に通過させる。トランジスタT1のコレクタがハイであるため、トランジスタT2のベースもハイになり、トランジスタT2が導通状態になる。その結果、トランジスタT2のコレクタがロー状態になる。そのため、2xダイオード204中のダイオードは、非導通状態となって、信号ポートCableからくるRF信号を点212には通過させない。また、点218(D3,D4のアノード)は、この時点で導通状態にあるトランジスタT2を介して低インピーダンス点となる。低インピーダンスは、信号ポートケーブルから出力ポートRF_SW_Outまで良好な絶縁を行う。コンデンサC1,C2,C3は、DCを通過させないように遮断するが、RF信号を通過させることができる十分な大きさをもっている。
制御信号回路206は、2xダイオードスイッチ202及び2xダイオードスイッチ204のうちの一方を選択して、それぞれの選択されたRF入力信号をRF信号出力ポートへ通過させるように構成されている。また、制御信号回路206は、2xダイオードスイッチ202及び2xダイオードスイッチ204のうちの選択されなかった方に対して低インピーダンスモードを設定し、選択されていないRF入力信号からのRF信号出力ポートへのクロストークを最小限に抑制する。
要約すると、制御入力ポートRFSWがハイになると、入力ポートCableからの信号を出力ポートRF_SW_Outへ通過させることができ、また、制御入力ポートRFSWがローになると、入力ポートOff−Airからの信号を出力ポートRF_SW_Outへ通過させることができる。切り換えは、入力から出力までの挿入損失が最小限に抑制され且つ二つの入力ポート間の絶縁が高い状態で実行される。
RFスイッチ回路200は、従来のRFスイッチ回路100と比べて明らかに簡単である。それは、例えばSPDT MOSFETスイッチ108及びその関連する構成要素が除去され且つ制御信号回路106が簡略化されたためである。これにより、部品費用(Bill of Materials:BOM)が大きく減少し、信頼性が向上するとともに、PCB面積が節約され、そのため、構成をよりコンパクトにでき、小型化を図ることができる。
本発明者は、2xダイオードスイッチ202及び2xダイオードスイッチ204においてピンダイオードを適用すると、これらのスイッチが例えば入力間で例えば優れた絶縁作用を与えることを見出した。しかしながら、本発明者は、技術改良が進むにつれて優れた切り換え動作を伴う他のタイプのダイオードが現れるとともに、そのようなダイオードが本発明の思想において適用できることを想定している。
図3は、本発明に係るRFスイッチ回路310を備える同調システム300を示している。また、同調システム300は、地上波入力ポート302と、ケーブル入力ポート304と、LNA306と、ハイブリッドチューナ322を備えるチューナ部品320と、アナログIF332及びアナログIF復調器334を備えるアナログ部品330と、デジタルIF342及びデジタルIF復調器(チャンネルデコーダ)344を備えるデジタル部品340と、OOBチューナ350と、出力ポートCVBS/SIF360と、出力ポートTS/POD370とを備えている。RFスイッチ310は、図2のRFスイッチ回路200を備えている。
同調システム300は、複数のソースからRF信号を受信するための装置内において使用することができる。そのようなソースとしては、ケーブルTVソース、オフエアTVソース、自家TV信号分配ソース、RFデータソース、RFオーディオソース等を挙げることができる。そのような装置の例としては、テレビ受信器、マルチメディア受信器、パーソナルコンピュータ等が挙げられる。
図4a及び図4bは、複数の図2のRFスイッチ回路200(及び/又は、当業者であれば想起し得るように、図5,図6,図7の各RFスイッチ回路500,600,700又はそれらの派生物)を備える拡張型スイッチの例を示している。図4aは、3RF入力−2RF出力スイッチを示している。図4bは、3RF入力−1RF出力スイッチを示している。当業者であれば分かるように、他の構成も容易に形成することができる。
図5は、入力信号絶縁性能を向上させる周辺回路を伴う数が拡張した(好ましくはピン)ダイオード(D5,D6,D7,D8)を備えるRFスイッチの回路図を示している。
図6も、入力信号絶縁性能を向上させる周辺回路を伴う数が拡張したトランジスタ(T3及びT3)を備えるRFスイッチの回路図を示している。
最後に、図7は、入力信号絶縁を更に向上させる数が拡張したダイオード(D5,D6,D7,D8)及びトランジスタ(T3及びT4)を備えるRFスイッチの回路図を示している。
当業者であれば分かるように、RFスイッチの設計に関して他の方式を考え出すこともできる。例えば、(ピン)ダイオードの代わりに、(ピン)トランジスタ又は同様の態様で実施する他の装置が使用されてもよい。あるいは、5V以外の電源電圧を使用することもできる。また、本発明は、RF切り換え以外のもの、例えば、TV−IF信号切り換え、オーディオ−及び/又はビデオ−ベースバンド、他の変調信号(オーディオ、ビデオにおけるアナログ、デジタル及び/又はデジタル信号)においても有用である。
以上は、本発明の原理を単に示している。従って、当業者であれば、ここでは明示的に説明され又は示されていないが、本発明の原理を具現化し従って本発明の思想及び範囲内に入る様々な装置を考え出すことができることが認識されるであろう。また、当業者であれば理解できるように、スイッチング回路の背後の構成又は特定の構成及び性能基準に応じて、特定の部品、例えば結合コンデンサ又はデカップリングコンデンサを付加することができ又は除去することができる。
Claims (14)
- 第1のRF信号入力ポートに結合された第1のスイッチ入力ポートと、
RF信号出力ポートに結合された第1のスイッチ出力ポートと、
第1のスイッチ制御ポートと、
を備える第1のスイッチと、
第2のRF信号入力ポートに結合された第2のスイッチ入力ポートと、
前記RF信号出力ポートに結合された第2のスイッチ出力ポートと、
第2のスイッチ制御ポートと、
を備える第2のスイッチと、
入力制御ポートにDC結合されたベースと、グランドにDC結合されたエミッタと、第1のダイオードスイッチ制御ポートにDC結合され且つ供給電圧にDC結合されたコレクタDCと、を有する第1のトランジスタと、
前記第1のトランジスタのコレクタにDC結合されたベースと、グランドにDC結合されたエミッタと、第2のダイオードスイッチ制御ポートに結合され且つ供給電圧にDC結合されたコレクタDCと、を有する第2のトランジスタと、
を備える制御信号回路と、
を備え、
前記RF信号出力ポートに結合された前記第1のスイッチ出力ポート及び前記第2のスイッチ出力ポートは、接続されて、グランドと前記供給電圧との間でDCレベルに設定されることを特徴とするRF選択スイッチ回路。 - 前記第1のスイッチはピンダイオードを含み、前記第2のスイッチはピンダイオードを含むことを特徴とする請求項1に記載のRF選択スイッチ回路。
- 前記第1のトランジスタはNPNトランジスタを含み、前記第2のトランジスタはNPNトランジスタを含むことを特徴とする請求項1に記載のRF選択スイッチ回路。
- 第1のRF信号入力ポートに結合された第1のスイッチ入力ポートと、
RF信号出力ポートに結合された第1のスイッチ出力ポートと、
第1のスイッチ制御ポートと、
を備える第1のスイッチと、
第2のRF信号入力ポートに結合された第2のスイッチ入力ポートと、
前記RF信号出力ポートに結合された第2のスイッチ出力ポートと、
第2のスイッチ制御ポートと、
を備える第2のスイッチと、
入力制御ポートにDC結合されたベースと、グランドにDC結合されたエミッタと、第1のダイオードスイッチ制御ポートにDC結合され且つ供給電圧にDC結合されたコレクタDCと、を有する第1のトランジスタと、
前記第1のトランジスタのコレクタにDC結合されたベースと、グランドにDC結合されたエミッタと、第2のダイオードスイッチ制御ポートに結合され且つ供給電圧にDC結合されたコレクタDCと、を有する第2のトランジスタと、
を備える制御信号回路と、
を備え、
前記RF信号出力ポートに結合された前記第1のスイッチ出力ポート及び前記第2のスイッチ出力ポートは、接続されて、グランドと前記供給電圧との間でDCレベルに設定される、RF選択スイッチ回路を備えることを特徴とする同調システム。 - 前記第1のスイッチはピンダイオードを含み、前記第2のスイッチはピンダイオードを含むことを特徴とする請求項4に記載の同調システム。
- 前記第1のトランジスタはNPNトランジスタを含み、前記第2のトランジスタはNPNトランジスタを含むことを特徴とする請求項4に記載の同調システム。
- 第1のRF信号入力ポートに結合された第1のスイッチ入力ポートと、
RF信号出力ポートに結合された第1のスイッチ出力ポートと、
第1のスイッチ制御ポートと、
を備える第1のスイッチと、
第2のRF信号入力ポートに結合された第2のスイッチ入力ポートと、
前記RF信号出力ポートに結合された第2のスイッチ出力ポートと、
第2のスイッチ制御ポートと、
を備える第2のスイッチと、
入力制御ポートにDC結合されたベースと、グランドにDC結合されたエミッタと、第1のダイオードスイッチ制御ポートにDC結合され且つ供給電圧にDC結合されたコレクタDCと、を有する第1のトランジスタと、
前記第1のトランジスタのコレクタにDC結合されたベースと、グランドにDC結合されたエミッタと、第2のダイオードスイッチ制御ポートに結合され且つ供給電圧にDC結合されたコレクタDCと、を有する第2のトランジスタと、
を備える制御信号回路と、
を備え、
前記RF信号出力ポートに結合された前記第1のスイッチ出力ポート及び前記第2のスイッチ出力ポートは、接続されて、グランドと前記供給電圧との間でDCレベルに設定される、RF選択スイッチ回路を備えることを特徴とする、複数のソースからRF信号を受信するための装置。 - 前記第1のスイッチはピンダイオードを含み、前記第2のスイッチはピンダイオードを含むことを特徴とする請求項7に記載の装置。
- 前記第1のトランジスタはNPNトランジスタを含み、前記第2のトランジスタはNPNトランジスタを含むことを特徴とする請求項7に記載の装置。
- 制御信号回路と、
第1のRF信号入力ポートに結合され、RF信号出力ポートに結合されるとともに、前記制御信号回路に結合される第1のダイオードスイッチと、
第2のRF信号入力ポートに結合され、前記RF信号出力ポートに結合されるとともに、前記制御信号回路に結合される第2のダイオードスイッチと、
を備え、
前記制御信号回路は、前記第1のダイオードスイッチ及び前記第2のダイオードスイッチのうちの一方を選択して、それぞれの選択されたRF入力信号を前記RF信号出力ポートへ通過させるように構成されており、
前記制御信号回路は、前記第1のダイオードスイッチ及び前記第2のダイオードスイッチのうちの非選択の一方に対して低インピーダンスモードを設定し、非選択のRF入力信号からの前記RF信号出力ポートへのクロストークを最小限に抑制するように構成されている、ことを特徴とするRF選択スイッチ回路。 - 前記第1のダイオードスイッチは、アノード同士が接続された二つのピンダイオードを備え、前記第2のピンダイオードスイッチは、アノード同士が接続された二つのピンダイオードを備えていることを特徴とする請求項10に記載のRF選択スイッチ。
- 前記第1のピンダイオードスイッチは、アノードが前記二つのピンダイオードのカソードのうちの一方と直列である第3のダイオードを備えていることを特徴とする請求項11に記載のRF選択スイッチ。
- RF入力ポート1、RF入力ポート2及びRF入力ポート3と、
RF出力ポート1及びRF出力ポート2と、
前記RF入力ポート1に接続された第1の入力と、前記RF入力ポート2に接続された第2の入力と、前記RF出力ポート1に接続された第1の出力とを有する請求項10に記載の第1のRF選択スイッチ回路と、
前記RF入力ポート2に接続された第1の入力と、前記RF入力ポート3に接続された第2の入力と、前記RF出力ポート2に接続された第1の出力とを有する請求項10に記載の第2のRF選択スイッチ回路と、
を備えることを特徴とする3−2RF選択スイッチ回路。 - RF入力ポート1、RF入力ポート2及びRF入力ポート3と、
RF出力ポートと、
前記RF入力ポート1に接続された第1の入力と、前記RF入力ポート2に接続された第2の入力と、中間RF出力ポート1に接続された第1の出力とを有する請求項10に記載の第1のRF選択スイッチ回路と、
前記RF入力ポート2に接続された第1の入力と、前記RF入力ポート3に接続された第2の入力と、中間RF出力ポート2に接続された第1の出力とを有する請求項10に記載の第2のRF選択スイッチ回路と、
前記中間RF出力ポート1に接続された第1の入力と、前記中間RF出力ポート2に接続された第2の入力と、前記RF出力ポートに接続された出力とを有する請求項10に記載の第3のRF選択スイッチ回路と、
を備えることを特徴とする3−1RF選択スイッチ回路。
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