TW200406967A - Circuit arrangement - Google Patents

Description

200406967 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種電路配置，其開關單元是與高頻信號用 之終端相連。此外，該開關單元又與其它信號線相連。該 電路配置之終端是與一防止靜電放電用之保護裝置相連。 上述形式之電路配置通常作爲行動電話用之多頻帶_前端 模組。這些電路配置用在天線輸入端時是與行動電話之天 線相連。天線經由已充電之使用者所造成之接觸作用會造 成靜電放電，其簡稱爲” ESD (Electrostatic Discharge)，，。此 種靜電放電會產生電壓尖峰，其會使電路受損。因此，須 使上述形式之電路配置設有一種針對ESD之保護裝置。 在行動電話之高頻組件中另外使用其它組件，其對靜電 放電是敏感的。這些組件例如可爲聲頻表面波濾波器，砷 化鎵開關，PIN-二極體，放大器或其它類似物，其會由於 高頻之高壓脈波（其例如藉由ESD而產生）之作用而不可逆 地受到損壞。此種問題對分離式之砷化鎵開關和具有積體 式砷化鎵開關之前端模組而言就像該具有PIN-開關技術和 積體式表面波濾波器之前端模組中已存在者一樣。該問題 同樣涉及一些對ESD敏感之組件，其用在高頻組件之發送 -和接收路徑中。這樣會使其應用在行動話中更困難，靜電 放電可經由可接近之外部天線（例如，汽車中之外部天線） 而直接作用在砷化鎵開關或前端模組之天線輸入端上。依 據規章（Norm) IEC6 1 000-4-2，多家行動電話製造商要求前 端模組或砷化鎵開關之ESD強度在系統位準時須達 8 kv 200406967 之大小。 【先前技術】 由文件W〇00/5 75 1 5中已知上述形式之電路配置’其設 有針對E S D之保護裝置。該保護裝置由高通濾波器所形 成，高通濾波器中一電容串聯至天線輸入路徑且一電感並 聯至該天線輸入路徑。 習知之電路配置中所使用之保護用之高通濾波器之缺點 是：該保護元件操作時與頻率有關。因此’由一特定之極 限頻率開始，一種信號之全部之頻率成份幾乎可無阻礙地 導通。其它所有之頻率都被抑制。此種與頻率有關之操作 方式所造成之結果是··行動電話中很多不期望之頻率仍會 通過。例如，依據GSM·, PCN -或PCS -標準之fr動電g舌中 使用1至2 G h z之間之頻率。其它由天線所接收之全部頻 率具有干擾性而必須濾除。 【發明內容】 本發明之目的是提供一種電路配置，其中靜電保護用之 裝置已改良。 該目的以申請專利範圍第1項之電路配置來達成。其它 有利之形式描述在申請專利範圍各附屬項中。 提供一種電路配置，其具有高頻信號用之終端，此外， 其具有至少另二條信號線。又，其設有一種開關單兀以用 來使該終端可與信號線之一相連接。又，設有一種主 (pnmary)保護裝置，其連接在該終端和開關單元之間。該 保護裝置包含一種電壓限制元件，其使電壓脈衝（其較一種 200406967 切換電壓還大）排除至一種參考電位。 該電路配置之優點是：由於ESD所造成之干擾性信號之 排除不再與頻率有關。反之，該干擾性信號由於其電壓上 -

升而可辨認且可排除至一參考電位。此處有利的是使用一 種電壓限制元件，其在大於一種切換電壓時具有很小之電 阻。該電壓限制元件在小於一種切換電壓時具有很大之電 阻’使大小位於該切換電壓中之各信號能無阻礙地由該終 端到達該開關單元且由該處切換至一條信號線。另一方 面，該電壓脈衝（其電壓上升値大於該切換電壓）能可靠地 被辨認且排除至一參考電位。 因此，有利的是使各電壓脈衝（其不在該電路配置之使用 範圍中且具有一種很高之干擾性電壓上升値）不能無阻礙地 到達該開關單元。 藉由適當地選取該切換電壓，則可使只有上述之較該電 路配置所使用之例如較傳送資訊用之信號還大之信號被排 除至該參考電位。因此，各干擾信號（其電壓上升値超過該 電路配置之可負載値或超過所設定之最大負載）能可靠地受 到防止而不會到達該開關單元。 該參考電位例如是一種接地電位。但須注意：其在行動 電話中並非與先前觀念中之接地有關，反之，其是與局部 性之接地有關，其是一種參考電位之角色，但不能視爲電 荷載體用之無止境之良好之排出處。 在本電路配置之實施形式中設有一種保護裝置，其插入 損耗小於0.3 d B。此種保護裝置之優點是：各有效信號在 200406967 該電路配置中之處理幾乎不受其所影響，因此例如在用作 行動電話時功率較大之放大器即可省略。這樣可使待機 (Stand-By)操作時間和資訊之傳送品質改良。 在本電路配置之實施形式中，該電壓限制元件具有電 容，其小於1 pF。於是可使該電壓限制元件之寄生電容成 爲足夠小，以防止各有效信號受到干擾或受到太強之衰 減。 砷化鎵-雙二極體適合用作電壓限制元件。

此種雙二極體在電路技術上可整合在該電路配置中，使 該主保護裝置具有一條導線，其使該終端可與開關單元相 連接。該導線經由該電壓限制元件而與參考電位相連。由 此可使該電壓限制兀件之並聯電路近似於（quasi)信號線。 在本電路配置之另一實施形式中，第二保護元件並聯至 第一電壓限制元件。在此種情況下在各保護元件之間另有 一電容串聯至該導線時是有利的。

第二保護元件例如可以是一種無線電區段。使用無線電 區段是特別有利的，此乃因其可很容易地整合至一種陶瓷 多層基板中，這樣可使該電路配置之積體密度改良。該無 線電區段特別適合用在該開關單元含有PIN-二極體時。 藉由第一電壓限制元件與第二保護元件之組合，則該保 護裝置之保護作用可劃分成粗保護和細保護。在使用該砷 化鎵-雙二極體作爲第一電壓限制元件時，這可視爲該電路 配置用之細保護。同理，第二保護元件承擔粗保護之功能。 因此，所謂粗保護是指··流經相對應之保護元件之電流可 200406967 達3 0 A。另一方面，較小之電流則流經該電壓限制元件（其 表不一種細保護作用）。 在本電路配置之另一實施形式中，第二保護元件是一種 聚合物抑制器。在此種聚合物抑制器中，另有一種導電之 聚合物埋入至一種無線電區段中，該聚合物利用所施加之 電壓來改變該聚合物抑制器之導電性。

在本電路配置之另一實施形式中，第二保護元件可以是 一種過電壓組件，其寄生電容未超過1 pF。限制此種電容 値是有利的，此乃因可使第二保護元件之最大插入損耗同 時受到限制。 例如，可考慮一種變阻器作爲過電壓組件。 在本電路配置之另一實施形式中，設有一種電感以作爲 第二保護元件。因此，當該電感大於1 8 nH時是有利的。 在此種情況下第二保護元件具有足夠小之插入損耗値。

除了砷化鎵-雙二極體之外，其它每一種過電壓元件都適 合用作第一過電壓元件，其寄生電容小於1 pF且其切換電 壓小於200 V。有利之方式是使用一第一電壓限制元件， 其切換電壓小於1 00 V。該第一電壓限制元件之切換電壓 越小，則該電路配置之敏感之組件可更有效地受到保護而 不會受到太大之電壓脈衝。但須考慮：各有效信號（其由該 電路配置所使用以傳送資訊或語音）具有某種程度之信號最 小上升値，其當然未必可由第一電壓限制元件之切換電壓 所測得，以便使各信號或語音之傳送不會由於第二保護元 件而劣化。 200406967 此外，可考慮一種插入損耗値小於0.3 dB之過電壓組件 作爲第一電壓限制元件。 在本電路配置之另一實施形式中設有一條或多條控制線 以控制該開關單元之開關狀態。每一條控制線可有利地與 對抗各種高電壓用之第二保護裝置相連（但亦可不相連）。

本電路配置之上述實施形式之優點是：各種千擾亦可被 各控制線有效地抑制。除了直接經由該終端而進入至本電 路配置中之干擾脈波之外，一種靜電放電亦可經由接地耦 合或經由一種共同參考電位之耦合而在本電路配置上產生 一種高電壓。這例如能以下述方式來達成：使通常用在開 關中之控制-輸入端處於一種高電位（hlgh)或處於一種低電 位（low)。高電位定義如下：其例如較該電路配置之接地電 位還高2.3 V。由於在行動電話中就像在很多其它以天線 爲主來進行信號傳送之裝置一樣，信號輸入路徑是由天線 至該系統之接地，則在上述形式之電路配置中該靜電放電 亦可直接作用在該電路配置之接地電位上。藉由條件”high” 使一控制線直接耦合至接地處，則由靜電放電所形成之電 壓脈波除了該路徑之外可經由天線或亦可經由該控制線而 作用在本電路配置上。 在本電路配置之一種實施形式中設有該操作電壓用之電 源線。該電源線可有利地與對抗該靜電放電用之第二保護 裝置相連接（但亦可不相連接）。就該電源線上可能之干擾 電位而言，上述情況亦適用於各控制線。 在本電路配置之一特殊實施形式中，在開關單元中設有 -10- 200406967 二個場效電晶體。每一場效電晶體之每一切換區段都使該 終端可與一種信號線相連。每一場效電晶體之每一閘極是 與一控制線相連。此外，每一聞極是與針靜電放電用之 第二保護裝置相連。 每一上述之第二保護裝置可包含一種電壓限制元件，其 是切換電壓小於1 00 V，其例如可以是一種變阻器或一種 齊納二極體。

爲了使干擾脈衝可輕易地排除至一共同之參考電位’第 二保護裝置之各別之電壓限制元件須與一參考電位相連。 本電路配置之特別之實施形式中，該終端是行動電話之 天線輸出端，其特別是使本電路配置可用在行動電話中。 若各信號線形成一種行動電話之發送路徑或接收路徑’ 則亦是有利的。 此外，若該開關單元含有砷化鎵-開關’則是有利的。此 種砷化鎵-開關在電流消耗上特別有利且亦很快速。

在本電路配置之另一實施形式中，該開關單元和第一保 護裝置以及可能時亦包含第二保護裝置都可積體化於一種 多層陶瓷基板中。這樣可使本電路配置之積體密度大大地 提高，這在應用於行動電話時特別有利。 【實施方式】 本發明以下將依據各實施例和圖式來描述。 這些圖式中具有相同功能之元件以相同之參考符號來表 示。 第1圖之電路配置具有一終端1，其適合用作高頻信號 -11 - 200406967 之輸入端或輸出端。此外，設有一開關單元3，其可選擇 性地使終端1與信號線21a，21b，21c，22a, 22b之一相連。

在終端1和開關單元3之間設有一第一保護裝置41，其 是與該參考電位7相連。爲了控制該開關單元3而設有各 控制線91，92，93。各控制電壓VC1，VC2，VC3施加至各 控制線 91，92，93。每一控制線 91，92，93是與一第二 保護裝置42相連。每一第二保護裝置42是與該參考電位 7相連。第二保護裝置4 2由電壓限制元件5 3 a，5 3 b，5 3 c所 形成，其例如可以是變阻器或齊納二極體。此處特別是可 考慮使用一種多層變阻器，其具有一種小於1 00 V之切換 電壓。此外，亦設有一種電源線100，其對該開關單元3 供應一種操作電壓VCC且其同樣設有一種電壓限制元件54 形式之第二保護裝置42。當該開關單元3含有一種砷化鎵 -開關時，該第二保護裝置42特別需要。當該開關單元3 含有PIN·二極體時，則可省略第二保護裝置42。各信號線 21a，21b，21c例如可配屬於行動電話之信號接收用之Rx-路徑。同理，各信號線22a, 22b可配置在Tx-路徑中以發 送一種行動電話之行動無線電信號。 該開關單元3亦可以是一種陶瓷多層組件，其含有砷化 鎵-開關和形成頻率濾波器用之其它被動元件。 該外部終端1可用作高頻信號輸入端或高頻信號輸出 端。特別是可考慮使典型上用在行動電話中之GSM信號經 由該外部終端1而導引至該開關單元3中或由該開關單元 3經由該終端1而向外發送。 -12- 200406967 第2圖顯示第1圖之第〜保護裝置4丨之圖解。此處舉例 ‘ 說明該第一保護裝置41如何構成。在第2圖之例子中， 』 該第一保遵裝置4 1具有一導線6。該導線6使該終端丨與_ 開關單元3相連。該導線6是與電壓限制元件5丨相連。在· 第2 Η之例子中’該電壓限制元件5 1以砷化鎵-雙二極體 構成或甚至以η ρ ρ η二極體構成。此種二極體之優點是：其 可製造成使其切換電壓小於丨〇 〇 V。此外，亦可製成此種 雙二極體’使其插入損耗値小於〇. i d Β。此外，亦可形成 此種形式之雙二極體，使其寄生電容小於〇.丨pF。第2圖 % 中由於該電壓限制元件5 1位於一種與該導線6並聯之電 路中，則該電壓限制元件5 1之總電容會成爲寄生電容。 該電壓限制元件5 1是與該參考電位7相連。此外，亦可 使用pnnp-雙二極體來取代nppn_雙二極體。 特別是使用一種砷化鎵-雙二極體作爲電壓限制元件4 i， 其切換電壓介於30和100 V之間。 第2a圖顯示第一保護裝置41之另一實施形式。除了該 g 電壓限制元件5 1之外，設有另一保護元件5 2。該保護元 件52現在未必是此種組件（其大於切換電壓時具有一很小 之電阻且在小於切換電壓時具有很高之電阻値）。該保護元 件可達成其保護功能及限流功能。該保護元件52之保護 功能是與其使該導線6能與該參考電位7相連有關。在此 種情況下一種有限之電流在該終端1和該參考電位7之間 流動。由此亦可得知：該保護元件5 2可限制該電壓保護 元件5 1之電流負載。該保護元件5 2例如可以是一種無線 -13- 200406967 電區段，請比較第4圖，但亦可爲聚合物抑制器。此外’ 特別是可考慮一種線圈，其電感大於1 8 nH。在此種情況 下，除了二個保護元件5 1，52之外，在該二個保護元件5 1 ’ 5 2之間使電容8串聯至該導線6亦是有利的。 由此而形成一種LC-組件，其由線圈和電容8所構成。 藉由適當地選取該電容（其應大於22 pF且在本電路配置中 是47 pF)，則可在目前行動式無線電中所用之領域中使該

LC-組件具有一種小於〇.1 dB之插入損耗値。在第2a圖所 示之實施例中，該電感形式之保護元件52所具有之電感 値是56 nH(比較第3圖）。在第2a圖之電路配置和相關之 第1圖中亦可設定一種電路配置，其在頻率介於0至2GHz 時是RF相容的且同時可依據規約IEC 6 1 000-4-2來抑制 ESD-脈波直至8 Kv且至圖中所示之其它組件之錯誤臨限 (threshold)値以下時仍有效。

各電壓限制元件53a，53b，53c，54所具有之切換電壓應 小於1 0 0 V，其較佳是小於1 〇 V。各切換電壓可選擇成較 終端1中者還小，此乃因此處所產生之電壓通常不會較一 般之操作電壓5 V大很多。因此，在操作一種行動電話時 該終端1上所產生之電壓可達30 V。 第3圖是本電路配置之另一實施形式，其中設有一種保 護元件5 2作爲第一保護裝置4 1，其是一種線圈。第2 a圖 所示之電感因此能簡單地製成。 又，第3圖是開關單元3之內部構造，其中設有二個場 效電晶體 Π 1，1 1 2。每一場效電晶體1 1 1，1 1 2使用一種 -14- 200406967 切換區段1 2 1，1 2 2，其可藉由相對應之閘極1 3 1，1 3 2而 接通或關閉。該切換區段1 2 1 ’ 1 22使該終端1可與信號線 21a，22a相連。每一'聞極131，132是與一控制電壓VC1，VC2 相連。此外，每一閘極131，132是與第二保護裝置42(其 在第3圖之例子中是一種變阻器以作爲電壓限制元件）相 連。每一變阻器是與該參考電位7相連。由第3圖可知： 亦可在第一保護裝置4 1中使用一種ρ η η ρ -雙二極體以取代 第2圖和第2a圖中之ηρρη-雙二極體。

第3圖中所示之場效電晶體1 1 1，1 1 2例如形成一種砷化 鎵-開關。因此，若各場效電晶體1 1 1，1 1 2以砷化鎵爲主 而製成，則亦是適當的。 此外，在所示之開關單元中亦可含有多於二個之場效電 晶體。在此種情況下，每一電晶體之每一閘極是與第二保 護裝置相連。

在行動電話中所產生之最大信號電壓是30 V且藉由二極 體本身之特性來使用雙二極體時，則所需之切換電壓大約 是3 0至6 0 V。 第4圖是本電路配置之另一實施形式，其中選取一種無 線電區段作爲保護元件5 2。在使用該無線電區段時，有利 的是另外設置一種電容8，其依據第2 a圖和第3圖而連接 至導線6。使用該無線電區段作爲該保護元件5 2時，若該 開關單元3中設有PIN-二極體以使信號由終端1切換至各 信號線21a，21b，21c，22a, 22b時特別有利。 本發明之上述說明不限於行動動話，而是可用在每一電 -15- 200406967 路配置中，其中存在著高頻信號且需要一種針對靜電放電 之保護電路。 【圖式簡單說明】 第1圖一種電路配置之圖解。 第2圖 第一保護裝置之圖解。 第2a圖第一保護裝置之另一實施例。 第3圖 另一電路配置之圖解。

第4圖 又另一電路配置之圖解。 主要元件之符號表：

1 終端 21a, 21b, 21c, 22a，22b 信號線 3 開關單元 41 第一保護裝置 42 第二保護裝置 51 ， 53a ， 53b ， 53c ， 54 電壓限制元件 52 保護元件 6 導線 7 參考電位 8 電容 91 ， 92 ， 93 控制線 100 電源線 VCC 操作電壓 VC1，VC2，VC3 控制電壓 1 1 1，1 1 2 場效電晶體 16 - 200406967 121 J 122 切換區段 1 3 1，1 3 2 閘極

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Claims (1)

1. 200406967 拾、申請專利範圍： 1. 一種電路配置，其包含： _一高頻信號用之終端（1)， -至少另二條信號線（21a，21b，21c，22a, 22b)，其形成該 發送和接收路徑， -一開關單元（3)，其使該終端（1)可與信號線（21a，21b，21c, 2 2 a，2 2 b)相連， -一種針對靜電放電之第一保護裝置（4 1)，其連接在該終 端（1)和該開關單元（3)之間，其特徵爲： -第一保護裝置（41)含有第一保護元件（51)，其使高度大 於20 0 V之全部之電壓脈衝可針對一參考電壓（7)而被排 除， -第一保護元件（51)具有一電容（8)，其小於1 pF。 -第一保護元件（51)所具有之插入損耗値小於0.3 dB， -該開關單元（3)和該保護裝置（41)積體化於一種多層基板 中〇 2·如申請專利範圍第1項之電路配置，其中第一保護元件（51) 是砷化鎵-雙二極體。 3 .如申請專利範圍第1或2項之電路配置，其中該第一保 護裝置（41)含有一種導線（6)，其使該終端（1)可與該開關 單元（3)相連且第一保護元件（51)使該導線（6)可與該參考 電位（7)相連。 4 ·如申請專利範圍第1至3項中任一項之電路配置，其中 第二保護元件（5 2)是與第一保護元件（51)並聯。 -18- 200406967 5 .如申請專利範圍第4項之電路配置，其中在第一保護元 * 件（51)和第二保護元件（52)之間有一電容（8)串聯至該導 v、 線（6) 。 ^ 6 ·如申請專利範圍第4或5項之電路配置，其中第二保護 ^ 元件（52)是一種無線電區段。 7 .如申請專利範圍第4或5項之電路配置，其中該第二保 護元件（52)是聚合物抑制器。 8. 如申請專利範圍第4或5項之電路配置，其中該第二保 護元件（52)是一種過電壓組件，其電容小於1 PF。 % 9. 如申請專利範圍第4或5項之電路配置，其中該第二保 護元件（5 2)是一種大於18 nH之電感。 10.如申請專利範圍第1至9項中任一項之電路配置，其中 -設有一條或多條控制線（91，92，93)以控制該開關單元（3)， •每一條控制線（91，92，93)是與針對靜電放電之第二保 護裝置（42)相連。 i !.如申請專利範圍第1至10項中任一項之電路配置，其中 設有一種操作電壓（VCC)用之電源線（100)，其是與針對 ® 靜電放電之第二保護裝置（42)相連。 12.如申請專利範圍第1至11項中任一項之電路配置，其中 -該開關單元（3)含有二個場效電晶體（111，1 12)，其中各 場效電晶體（111，112)之切換區段（121，122)使該終端（1) 可與信號線（21a，21b，21c, 22a，22b)相連， -每一場效電晶體（111，112)之每一閘極（131，132)是與控 制線（91，92)相連， -19- 200406967 -每一閘極（131，132)是與針對靜電放電之第二保護裝置 (42)相連。 1 3 ·如申請專利範圍第1 〇至1 2項中任一項之電路配置，其 中第二保護裝置（42)含有各保護元件（53a，53b, 53c，54)， 其切換電壓小於100 V。 1 4 .如申請專利範圍第1 〇至1 3項中任一項之電路配置，其 中第二保護裝置（42)含有各保護元件（53a，53b，53c, 54)， 其是一種變阻器。 1 5 .如申請專利範圍第1 〇至1 3項中任一項之電路配置，其 中第二保護裝置（4 2)含有各保護元件（53a，53b，53c, 54)， 其是一種齊納二極體。 16.如申請專利範圍第丨〇至15項中任一項之電路配置，其 中一個或多個第二保護裝置（4 2)是與該參考電位（7)相 連。 1 7 ·如申請專利範圍第1至1 6項中任一項之電路配置，其中 該開關單元（3)含有PIN-二極體。 1 8 ·如申請專利範圍第1至1 6項中任一項之電路配置，其中 該開關單元（3)含有砷化鎵·開關。 1 9.如申請專利範圍第1至1 8項中任一項之電路配置，其中 該終端（1)是行動電話之天線輸入端。 2 0.如申請專利範圍第1至19項中任一項之電路配置，其中 各信號線（21a，21b，21c，22a，22b)形成一種行動電話之發 送-和接收路徑。 2 1 ·如申請專利範圍第1至20項中任一項之電路配置，其中 該開關單元（3)和第一保護裝置（41)積體化於一多層-陶瓷 基板中。 -20-