TW201637365A - 切換開關及包含其之多工器 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種切換開關及包含其之多工器，適用於選擇性將高頻訊號從輸入端傳送到輸出端，切換開關包含開關裝置及可變電阻。開關裝置連接在輸入端與輸出端之間且包含控制端，根據供應至控制端之開關控制訊號，在導通狀態及關斷狀態之間切換。可變電阻連接於控制端，可變電阻根據電阻控制訊號在開關裝置之導通狀態下改變為第一電阻值，且在開關裝置之關斷狀態下改變為第二電阻值，其中第一電阻值高於第二電阻值，且電阻控制訊號係對應開關控制訊號產生變化。

Description

切換開關及包含其之多工器
本發明係關於一種切換開關及包含其之多工器，更精確的說，係關於一種藉由在開關裝置上設置可變電阻以降低干擾及損失的切換開關及包含其之多工器。
多工器用以在多個輸入訊號中切換選擇其中之一以作為輸出訊號。多工器的用途十分廣泛；舉例而言，在現代電子系統中，多個並列訊號會被轉換為一串列訊號以降低訊號傳輸的硬體成本。在將多個並列訊號轉換為串列訊號時，就是以多工器週期性地依序逐一選擇各個並列訊號，使這些並列訊號中的各筆資料依序串列於多工器輸出的串列訊號中。
習知的多工器，在一般在高速應用上，會希望訊號可以完整的通過傳送閘，訊號不要有多餘的損失，也不要被其它訊號干擾，如第1A圖所示，在多工器1的設計中，經常存在寄生電容（Parasitic capacitance），其係為電路中電子元件之間或電路模塊之間，由於相互靠近，形成的不可避免的電容。這些電容將使多工器的性能與理想情況有所不同，這種電容在高頻情況中體現得尤為突出。
多工器可由多個開關組成，傳統的開關是串列在第一輸入端In1及第二輸入端In2與輸出端Out的訊號路徑上，但是開關本身的寄生電路會產生訊號衰減和干擾，但是在實際電路上，由於寄生效應，一定會產生多餘的損失和干擾，而造成訊號的衰減和失真，如第1B圖所示。因此，急需一種能降低衰減及干擾的切換開關及多工器。
為了解決上述問題，本發明的一個態樣係提供一種切換開關，適用於將高頻訊號從輸入端傳送到輸出端，切換開關包含開關裝置及可變電阻。開關裝置連接在輸入端與輸出端之間且包含控制端，根據供應至控制端之開關控制訊號，在導通狀態及關斷狀態之間切換。可變電阻連接於控制端，可變電阻根據電阻控制訊號在開關裝置之導通狀態下改變為第一電阻值，且在開關裝置之關斷狀態下改變為第二電阻值，其中第一電阻值高於第二電阻值，且電阻控制訊號係對應開關控制訊號產生變化。
較佳者，高頻訊號之頻率，係可足以在開關裝置之導通狀態下，視通過輸入端及控制端之間之寄生電容為導通路徑者，且亦足以在開關裝置至關斷狀態下，視通過輸入端及輸出端之間之寄生電容為導通路徑者。
較佳者，高頻訊號之頻率可為約240MHz。
較佳者，可變電阻在開關裝置之導通狀態下之第一電阻值可大於輸入端及控制端之間之寄生電容之阻抗。
較佳者，可變電阻在開關裝置之關斷狀態下之第二電阻值可小於輸入端及輸出端之間之寄生電容之阻抗。
較佳者，開關裝置可為由N型金氧半場效電晶體及P型金氧半場效電晶體構成之傳輸閘，且控制端可包含N型金氧半場效電晶體之閘極及P型金氧半場效電晶體之閘極。
較佳者，可變電阻可包含分別連接N型金氧半場效電晶體之閘極及P型金氧半場效電晶體之閘極之第一可變電阻及第二可變電阻。
較佳者，電阻控制訊號可為開關控制訊號。
較佳者，電阻控制訊號可包含分別控制第一可變電阻及第二可變電阻之第一電阻控制訊號及第二電阻控制訊號。
根據本發明的另一個態樣，提供一種多工器，適用於將高頻訊號從第一輸入端及第二輸入端之其中之一傳送到輸出端，多工器包含第一開關裝置、第二開關裝置、第一可變電阻及第二可變電阻。第一開關裝置連接在第一輸入端與輸出端之間，且包含一第一控制端，其根據供應至第一控制端之第一開關控制訊號，在導通狀態及關斷狀態之間切換。第二開關裝置連接在第二輸入端與輸出端之間，且包含第二控制端，其根據供應至第一控制端之第二開關控制訊號，在導通狀態及關斷狀態之間切換，且第一開關裝置及第二開關裝置之導通狀態及關斷狀態係為彼此互斥的。第一可變電阻連接於第一控制端，其根據第一電阻控制訊號在第一開關裝置之導通狀態下改變為第一電阻值，且在第一開關裝置之關斷狀態下改變為第二電阻值，其中第一電阻值高於第二電阻值，且第一電阻控制訊號對應第一開關控制訊號產生變化。第二可變電阻連接於第二控制端，第二可變電阻根據第二電阻控制訊號在第二開關裝置之導通狀態下改變為第三電阻值，且在第二開關裝置之關斷狀態下改變為第四電阻值，其中第三電阻值高於第四電阻值，且第二電阻控制訊號係對應第二開關控制訊號產生變化。
較佳者，高頻訊號之頻率係可足以在第一及第二開關裝置之導通狀態下，視通過第一輸入端及第一控制端之間之第一寄生電容及視通過第二輸入端及第二控制端之間之第二寄生電容為導通路徑者，且亦足以在第一及第二開關裝置之關斷狀態下，視通過第一輸入端及輸出端之間之第三寄生電容及視通過第二輸入端及輸出端之間之第四寄生電容為導通路徑者。
較佳者，高頻訊號之頻率可為約240MHz。
較佳者，第一電阻值可大於第一寄生電容之阻抗，且第三電阻值可大於第三寄生電容之阻抗。
較佳者，第二電阻值可小於第二寄生電容之阻抗，且第二電阻值可小於第二寄生電容之阻抗。
較佳者，第一開關裝置可為由第一N型金氧半場效電晶體及第一P型金氧半場效電晶體構成之第一傳輸閘，且第一控制端可包含第一N型金氧半場效電晶體之閘極及第一P型金氧半場效電晶體之閘極，且第二開關裝置可為由第二N型金氧半場效電晶體及第二P型金氧半場效電晶體構成之第二傳輸閘，且第二控制端可包含第二N型金氧半場效電晶體之閘極及第二P型金氧半場效電晶體之閘極。
較佳者，第一可變電阻可包含分別連接第一N型金氧半場效電晶體之閘極及第一P型金氧半場效電晶體之閘極之第五可變電阻及第六可變電阻，且第二可變電阻可包含分別連接第二N型金氧半場效電晶體之閘極及第二P型金氧半場效電晶體之閘極之第七可變電阻及第八可變電阻。
較佳者，第一電阻控制訊號可為第一開關控制訊號，第二電阻控制訊號可為第二開關控制訊號。
較佳者，第一電阻控制訊號可包含分別控制第三可變電阻及第四可變電阻之第三電阻控制訊號及第四電阻控制訊號，第二電阻控制訊號可包含分別控制第五可變電阻及第六可變電阻之第五電阻控制訊號及第六電阻控制訊號。
綜上所述，依本發明之切換開關及包含其之多工器，係藉由在切換開關電路中設置可變電阻，並藉由電阻控制訊號對應開關控制訊號調整可變電阻之大小，使得開關裝置在導通狀態下能夠降低高頻訊號的衰減，在關斷狀態下可防止不必要的訊號通過輸入端及輸出端的寄生電容從輸出端流出。在包含切換開關之多工器之電路架構中，亦設置有可變電阻，改善訊號傳遞時通過傳送開關時，因為開關本身寄生電路所造成的插入損失和串音。亦即，可同時防止高頻訊號的衰減及干擾。
為利　貴審查員瞭解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係侷限本發明於實際實施上的專利範圍，合先敘明。
在下文中，各種單元、模組、元件或組件可被描述或聲明為「被配置為」執行任務。在這樣的前提下，「被配置為」係用於通過指稱單元/組件包含在操作中執行該等任務的結構，來暗示結構。因此，即便當特定單元/組件並非正在運作（例如，並非開啟/啟動），單元/組件仍可被稱為被配置為執行任務。
以下將參照相關圖式，說明依本發明之切換開關及包含其之多工器之實施例，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。詳細說明如下：
第2A圖係為根據本發明的切換開關的第一實施例繪示的方塊圖。第2B圖係為根據本發明的切換開關的第一實施例繪示的電路架構圖。如第2A圖及第2B圖所示，提供一種切換開關100，適用於將高頻訊號從輸入端In傳送到輸出端Out，其中，開關控制訊號Ctrl_S及電阻控制訊號Ctrl_R提供至切換開關100。切換開關100包含開關裝置S及可變電阻R。開關裝置S連接在輸入端In與輸出端Out之間，此處，高頻訊號之頻率，可足以在開關裝置S之導通狀態下，視通過輸入端In及控制端之間之寄生電容為導通路徑者，且亦足以在開關裝置S之關斷狀態下，視通過輸入端In及輸出端Out之間之寄生電容為導通路徑者，如同第1B圖，通過寄生電容Cp1、Cp2及Cp3之箭頭所表示之導通路徑。
如第2B圖所示，開關裝置S可為由N型金氧半(NMOS)場效電晶體及P型金氧半(PMOS)場效電晶體構成之傳輸閘，此處分別標示為第一開關S1及第二開關S2。開關裝置S之控制端可包含第一開關S1之閘極GS1及第二開關S2之閘極GS2。第一開關S1及第二開關S2根據供應至控制端之開關控制訊號Ctrl_S，使得開關裝置S在導通狀態及關斷狀態之間切換。較佳者，在本發明的特定實施例中，由於第一開關S1及第二開關S2之極性為相反的，第一開關之閘極GS1需要如第2B圖所示連接反相器INV，用於使供應至控制端之開關控制訊號Ctrl_S傳送至閘極GS1及閘極GS2的邏輯電位相反，而能使第一開關S1及第二開關S2能同時導通及關斷，以進一步控制開關裝置S在導通狀態及關斷狀態之間切換。於此，反相器INV可為NMOS反相器、PMOS反相器、電晶體-電晶體邏輯（TTL）反相器、靜態互補式金氧半(CMOS)反相器、飽和負載數位反相器、三極體反相器等。
可變電阻R連接於控制端，如圖所示，可變電阻R包含分別連接第一開關S1之閘極GS1及第二開關S2之閘極GS2之第一可變電阻R1及第二可變電阻R2，第一可變電阻R1及第二可變電阻R2係由電阻控制訊號Ctrl_R控制可變電阻之電阻值。詳細而言，第一可變電阻R1及第二可變電阻R2係根據電阻控制訊號Ctrl_R，在開關裝置S之導通狀態下改變為第一電阻值，且在開關裝置S之關斷狀態下改變為第二電阻值，其中第一電阻值高於第二電阻值，且電阻控制訊號Ctrl_R係對應開關控制訊號Ctrl_S產生變化。
為了在開關裝置S之導通狀態下，使通過切換開關100之高頻訊號不至於視通過輸入端In及控制端之間之寄生電容為導通路徑，為此，控制電阻控制訊號Ctrl_R，使得第一可變電阻R1及第二可變電阻R2在開關裝置S之導通狀態下之第一電阻值，至少需大於輸入端及控制端之間之寄生電容之阻抗。藉由控制第一電阻值的大小，使得高頻訊號在開關裝置S之導通狀態下，將會選擇較低電阻之導通路徑，亦即，輸入端In及輸出端Out之間產生的寄生電容作為導通路徑，如同第1B圖中所示之寄生電容Cp2及Cp3，而使得高頻訊號不易從控制端流出造成損失。
此外，為了在開關裝置S之關斷狀態下，使通過切換開關100之高頻訊號不至於視通過輸入端In及輸出端之間之寄生電容為導通路徑，為此，控制電阻控制訊號Ctrl_R，使得第一可變電阻R1及第二可變電阻R2在開關裝置S之關斷狀態下之第二電阻值，至少需小於輸入端及輸出端之間之寄生電容之阻抗。藉由控制第一可變電阻R1及第二可變電阻R2改變為第二電阻值，使得高頻訊號在開關裝置S之關斷狀態下，將會選擇較低電阻之導通路徑，亦即，輸入端In及控制端之間產生的寄生電容作為導通路徑，如同第1B圖中所示之寄生電容Cp2及Cp3，使高頻訊號不易在開關裝置S關斷時，對輸出端產生干擾。
再者，在本實施例中，開關控制訊號Ctrl_S及電阻控制訊號Ctrl_R可耦合成為一控制訊號Ctrl，在控制可變電阻大小的同時，亦控制開關的導通與關斷。因此，藉由分別在開關裝置S之導通及關斷狀態下控制可變電阻的大小，可分別在開關裝置S之導通及關斷狀態下降低高頻訊號的衰減及干擾。
第3A圖係為根據本發明的切換開關的第二實施例繪示的方塊圖。第3B圖係為根據本發明的切換開關的第二實施例繪示的電路架構圖。如第3A圖及第3B圖所示，提供另一種態樣之切換開關200，開關控制訊號Ctrl_S及電阻控制訊號Ctrl_R提供至切換開關200。與前一實施例不同的是，切換開關100包含開關裝置S、第一電晶體T1及第二電晶體T2。開關裝置S連接在輸入端In與輸出端Out之間，此處，高頻訊號之頻率，可足以在開關裝置S之導通狀態下，視通過輸入端In及控制端之間之寄生電容為導通路徑者，且亦足以在開關裝置S之關斷狀態下，視通過輸入端In及輸出端Out之間之寄生電容為導通路徑者，如同第1B圖，通過寄生電容Cp1、Cp2及Cp3之箭頭所表示之導通路徑。
如第3B圖所示，開關裝置S亦可由N型金氧半(NMOS)場效電晶體及P型金氧半(PMOS)場效電晶體構成之傳輸閘，此處分別標示為第一開關S1及第二開關S2。開關裝置S之控制端可包含第一開關S1之閘極GS1及第二開關S2之閘極GS2。第一開關S1及第二開關S2根據供應至控制端之開關控制訊號Ctrl_S，使得開關裝置S在導通狀態及關斷狀態之間切換。較佳者，在本發明的特定實施例中，由於第一開關S1及第二開關S2之極性為相反的，第一開關之閘極GS1亦需要連接反相器INV，用於使供應至控制端之開關控制訊號Ctrl_S傳送至閘極GS1及閘極GS2的邏輯電位相反，而能使第一開關S1及第二開關S2能同時導通及關斷，以進一步控制開關裝置S在導通狀態及關斷狀態之間切換。
需要說明的是，如圖所示，第一電晶體T1及第二電晶體T2分別連接第一開關S1之閘極GS1及第二開關S2之閘極GS2，電阻控制訊號Ctrl_R1包含第一電阻控制訊號Ctrl_R1及第二電阻控制訊號Ctrl_R2，第一電晶體T1係由第一電阻控制訊號Ctrl_R1控制第一電晶體T1之工作模式，第二電晶體T2係由第二電阻控制訊號Ctrl_R2控制第二電晶體T2之工作模式。其中，第一電晶體T1及第二電晶體T2可為習知的金氧半場效電晶體，詳細而言，第一電阻控制訊號Ctrl_R1提供至第一電晶體T1之閘極，並且藉由控制閘極端之電壓，以改變第一電晶體T1的汲極與源極之間之阻抗，以達成類似於前一實施例中，第一可變電阻R1之作用。第二電阻控制訊號Ctrl_R2提供至第二電晶體T2之閘極，亦藉由控制閘極端之電壓，以改變第二電晶體T2的汲極與源極之間之阻抗，以達成類似第二可變電阻R2之作用。
舉例而言，第一電晶體T1及第二電晶體T2係分別根據第一電阻控制訊號Ctrl_R1及第二電阻控制訊號Ctrl_R2，在開關裝置S之導通狀態下改變為第一電阻值，且在開關裝置S之關斷狀態下改變為第二電阻值，其中第一電阻值高於第二電阻值，且包含第一電阻控制訊號Ctrl_R1及第二電阻控制訊號Ctrl_R2之電阻控制訊號Ctrl_R係對應開關控制訊號Ctrl_S產生變化。
為了在開關裝置S之導通狀態下，使通過切換開關200之高頻訊號不至於視通過輸入端In及控制端之間之寄生電容為導通路徑，為此，控制電阻控制訊號Ctrl_R，使得第一電晶體T1及第二電晶體T2在開關裝置S之導通狀態下，源極及汲極之間之第一電阻值，至少需大於輸入端及控制端之間之寄生電容之阻抗。藉由控制第一電晶體T1及第二電晶體T2的第一電阻值的大小，使得高頻訊號在開關裝置S之導通狀態下，將會選擇較低電阻之導通路徑，亦即，輸入端In及輸出端Out之間產生的寄生電容作為導通路徑，如同第1B圖中所示之寄生電容Cp2及Cp3，而使得高頻訊號不易從控制端流出造成損失。
此外，為了在開關裝置S之關斷狀態下，使通過切換開關200之高頻訊號不至於視通過輸入端In及輸出端之間之寄生電容為導通路徑，為此，控制耦合有第一電阻控制訊號Ctrl_R1及第二電阻控制訊號Ctrl_R2的電阻控制訊號Ctrl_R，使得第一電晶體T1及第二電晶體T2在開關裝置S之關斷狀態下，源極及汲極之間之第二電阻值，至少需小於輸入端In及輸出端Out之間之寄生電容之阻抗。藉由控制第一電晶體T1及第二電晶體T2改變為第二電阻值，使得高頻訊號在開關裝置S之關斷狀態下，將會選擇較低電阻之導通路徑，亦即，輸入端In及控制端之間產生的寄生電容作為導通路徑，如同第1B圖中所示之寄生電容Cp1，使高頻訊號不易在開關裝置S關斷時，對輸出端產生干擾。
第4A圖係為根據本發明的多工器的第一實施例繪示的方塊圖。第4B圖係為根據本發明的多工器的第一實施例繪示的電路架構圖。根據本發明的另一個態樣，在於提供一種多工器300，適用於將高頻訊號從第一輸入端In1及第二輸入端In2的其中之一傳送到輸出端Out。其中，開關控制訊號Ctrl_MS及電阻控制訊號Ctrl_MR提供至多工器300。多工器300包含第一開關裝置MSS1、第二開關裝置MSS2、第一可變電阻MR1、第二可變電阻MR2、第三可變電阻MR3及第四可變電阻MR4。其中，第一開關裝置MSS1連接在第一輸入端In1與輸出端Out之間，第二開關裝置MSS2連接在第二輸入端In2與輸出端Out之間。
此處，高頻訊號之頻率，可足以在第一開關裝置MSS1及第二開關裝置MSS2之導通狀態下，分別視通過第一輸入端In1及控制端之間之寄生電容(此後稱作第一寄生電容)及第二輸入端In2及控制端之間之寄生電容(此後稱作第三寄生電容)為導通路徑者，且亦足以在第一開關裝置MSS1及第二開關裝置MSS2之關斷狀態下，分別視通過第一輸入端In1及輸出端Out之間之寄生電容(此後稱作第二寄生電容)及通過第一輸入端In1及輸出端Out之間之寄生電容(此後稱作第四寄生電容)為導通路徑者，如同第1B圖，通過寄生電容Cp1、Cp2及Cp3之箭頭所表示之導通路徑。
如第4B圖所示，第一開關裝置MSS1連接在第一輸入端In1與輸出端Out之間，且第一開關裝置MSS1可為由N型金氧半場效電晶體及P型金氧半場效電晶體構成之傳輸閘，此處分別標示為第一開關MS1及第二開關MS2。第一開關裝置MSS1之第一控制端可包含第一開關MS1之閘極GMS1及第二開關MS2之閘極GMS2。第一開關MS1及第二開關MS2根據第一開關控制訊號Ctrl_MS12，使得第一開關裝置MSS1在導通狀態及關斷狀態之間切換。較佳者，在本發明的特定實施例中，由於第一開關MS1及第二開關MS2之極性為相反的，第一開關之閘極GMS1需要如第4B圖所示連接第一反相器INV1，用於使供應至控制端之第一開關控制訊號Ctrl_MS12傳送至閘極GMS1及閘極GMS2的邏輯電位相反，而能使第一開關MS1及第二開關MS2能同時導通及關斷，以進一步控制第一開關裝置MSS1在導通狀態及關斷狀態之間切換。於此，第一反相器INV1可為NMOS反相器、PMOS反相器、電晶體-電晶體邏輯（TTL）反相器、靜態互補式金氧半(CMOS)反相器、飽和負載數位反相器、三極體反相器等。
且如同前面實施例所描述的，第一可變電阻MR1連接於閘極GMS1，且第二可變電阻MR2連接於閘極GMS2，且第一電阻控制訊號Ctrl_MR12被配置以根據第一開關控制訊號Ctrl_MS12，控制第一可變電阻MR1及第二可變電阻MR2之電阻值。例如，在第一開關裝置MSS1之導通狀態下，第一電阻控制訊號Ctrl_MR12控制第一可變電阻MR1及第二可變電阻MR2之電阻值為第一電阻值。而在第一開關裝置MSS1之關斷狀態下，第一電阻控制訊號Ctrl_MR12控制第一可變電阻MR1及第二可變電阻MR2之電阻值為第二電阻值。較佳的，第一電阻值可大於第二電阻值。
再者，第二開關裝置MSS2連接在第二輸入端In2與輸出端Out之間，且第二開關裝置MSS2可為由N型金氧半場效電晶體及P型金氧半場效電晶體構成之傳輸閘，此處分別標示為第三開關MS3及第四開關MS4。第二開關裝置MSS2之第二控制端可包含第三開關MS3之閘極GMS3及第四開關MS4之閘極GMS4。第三開關MS3及第四開關MS4根據第二開關控制訊號Ctrl_MS34，使得第二開關裝置MSS2在導通狀態及關斷狀態之間切換。較佳者，在本發明的特定實施例中，由於第三開關MS3及第四開關MS4之極性為相反的，第三開關之閘極GMS3需要第4B圖所示連接第二反相器INV2，用於使供應至控制端之第二開關控制訊號Ctrl_MS34傳送至閘極GMS3及閘極GMS4的邏輯電位相反，而能使第三開關MS3及第四開關MS4能同時導通及關斷，以進一步控制第二開關裝置MSS2在導通狀態及關斷狀態之間切換。於此，第二反相器INV2可為NMOS反相器、PMOS反相器、電晶體-電晶體邏輯（TTL）反相器、靜態互補式金氧半(CMOS)反相器、飽和負載數位反相器、三極體反相器等。
類似的，第三可變電阻MR3連接於閘極GMS3，且第四可變電阻MR4連接於閘極GMS3，且第二電阻控制訊號Ctrl_MR34被配置以根據第二開關控制訊號Ctrl_MS34，控制第三可變電阻MR3及第四可變電阻MR4之電阻值。例如，在第二開關裝置MSS2之導通狀態下，第二電阻控制訊號Ctrl_MR34控制第三可變電阻MR3及第四可變電阻MR4之電阻值為第三電阻值。而在第二開關裝置MSS2之關斷狀態下，第二電阻控制訊號Ctrl_MR34控制第三可變電阻MR3及第四可變電阻MR4之電阻值為第四電阻值。較佳的，第三電阻值可大於第四電阻值。
此處，根據多工器300的操作模式，第一開關裝置MSS1及第二開關裝置MSS2之導通及關斷狀態係為互斥的。亦即，多工器300可根據供應至其之開關控制訊號Ctrl_MS，使第一開關裝置MSS1及第二開關裝置MSS2之其中之一導通，而其餘則關閉。因此，從第一輸入端In1及第二輸入端In2輸入之高頻訊號僅有其中之一能通過至輸出端。然而，這樣的導通模式如第1B圖所示，容易同時造成高頻訊號之衰減及干擾，故需要進一步改善此情形，其細節將在以下說明。
請復參考第4B圖，當多工器300被配置以使高頻訊號通過第一開關裝置MSS1的實施例中，第一開關裝置MSS1及第二開關裝置MSS2接受控制訊號Ctrl_MS之控制，亦即，配置第一開關控制訊號Ctrl_MS12，使第一開關裝置MSS1成為導通狀態，且配置第二開關控制訊號Ctrl_MS34，使第二開關裝置MSS2成為關斷狀態。由於在第一開關裝置MSS1之導通狀態下，通過第一開關裝置MSS1之高頻訊號容易視通過第一輸入端In1及控制端(即閘極GMS1及閘極GMS2)之間之寄生電容為導通路徑，因此，配置第一電阻控制訊號Ctrl_MR12，使第一可變電阻MR1及第二可變電阻MR2成為較第一寄生電容之阻抗高的電阻，為第一電阻值。在第一電阻值存在之情形下，通過第一開關裝置MSS1之高頻訊號將不易通過第一輸入端In1及控制端(即閘極GMS1及閘極GMS2)之間之第一寄生電容而造成高頻訊號之損失。
續言之，在第二開關裝置MSS2的關斷狀態下，來自第二輸入端In2的高頻訊號容易視通過第二輸入端In2及輸出端Out之間之寄生電容為導通路徑，而間接導致原本預定從輸出端Out輸出的高頻訊號受到來自第二輸入端In2的高頻訊號的干擾，從而導致失真的情形。因此，配置第二電阻控制訊號Ctrl_MR34，而使得第三可變電阻MR3及第四可變電阻MR4改變為較第四寄生電容之阻抗低的電阻值，為第四電阻值。在第四電阻值存在之情形下，從第二輸出端In2輸入之高頻訊號將不易通過第二輸入端In2及輸出端Out之間之第四寄生電容，而造成原本預定從輸出端Out輸出的高頻訊號受到來自第二輸入端In2的高頻訊號的干擾。
相反的，當多工器300被配置以使高頻訊號通過第二開關裝置MSS2時，則配置第一電阻控制訊號Ctrl_MR12，使可變電阻MR1及第二可變電阻MR2成為較第二寄生電容之阻抗低的電阻，為第二電阻值。且配置第二電阻控制訊號Ctrl_MR34，而使得第三可變電阻MR3及第四可變電阻MR4改變為較第三寄生電容之阻抗高的電阻值，為第三電阻值。則如同前述，可使從第一輸出端In1輸入之高頻訊號將不易通過第一輸入端In1及輸出端Out之間之第二寄生電容，而造成原本預定從輸出端Out輸出的高頻訊號受到來自第一輸入端In1的高頻訊號的干擾，且通過第二開關裝置MSS2之高頻訊號將不易通過第二輸入端In2及控制端(即閘極GMS3及閘極GMS4)之間之第三寄生電容而造成高頻訊號之損失。在特定實施例中，第一電阻值可與第三電阻值相同，第二電阻值可與第四電阻值相同。
第5A圖係為根據本發明的多工器的第二實施例繪示的方塊圖，第5B圖係為根據本發明的多工器的第二實施例繪示的電路架構圖。根據本發明的另一個態樣，在於提供一種多工器400，適用於將高頻訊號從第一輸入端In1及第二輸入端In2的其中之一傳送到輸出端Out。其中，開關控制訊號Ctrl_MS及電阻控制訊號Ctrl_MR提供至多工器400。多工器400包含第一開關裝置MSS1、第二開關裝置MSS2、第一電晶體T1、第二電晶體T2、第三電晶體T3及第四電晶體T4。其中，第一開關裝置MSS1連接在第一輸入端In1與輸出端Out之間，第二開關裝置MSS2連接在第二輸入端In2與輸出端Out之間，且第一開關裝置MSS1及第二開關裝置MSS2之操作模式係與前一實施例所述的相同，故省略其重複敘述。
與前一實施例不同之處在於，第一可變電阻MR1、第二可變電阻MR2、第三可變電阻MR3及第四可變電阻MR4分別以第一電晶體T1、第二電晶體T2、第三電晶體T3及第四電晶體T4取代，且第一電阻控制訊號Ctrl_MRS1、第二電阻控制訊號Ctrl_MRS2、第三電阻控制訊號Ctrl_MRS3及第四電阻控制訊號Ctrl_MRS4分別提供至第一電晶體T1、第二電晶體T2、第三電晶體T3及第四電晶體T4之閘極，以分別控制第一電晶體T1、第二電晶體T2、第三電晶體T3及第四電晶體T4之導通以及汲極與源極之間的阻抗，達成類似於第一可變電阻MR1、第二可變電阻MR2、第三可變電阻MR3及第四可變電阻MR4之作用。
較佳者，在此特定實施例中，第一反相器INV1及第二反相器INV2的設置類似於前述實施例，不同之處在於，第一反相器INV1係用於使傳送至閘極GMS1的第一開關控制訊號Ctrl_MS1及傳送至閘極GMS2的第二開關控制訊號Ctrl_MS2的邏輯電位相反，第二反相器INV2則是用於使傳送至閘極GMS3的第三開關控制訊號Ctrl_MS3及傳送至閘極GMS4的第四開關控制訊號Ctrl_MRS4的邏輯電位相反，而能分別使第一開關MS1及第二開關MS2能同時導通及關斷，第三開關MS3及第四開關MS4能同時導通及關斷，以進一步控制第一開關裝置MSS1及第二開關裝置MSS2在導通狀態及關斷狀態之間切換。於此，第一反相器INV1及第二反相器INV2可為NMOS反相器、PMOS反相器、電晶體-電晶體邏輯（TTL）反相器、靜態互補式金氧半(CMOS)反相器、飽和負載數位反相器、三極體反相器等。
此處，類似於前一實施例所述，多工器400的第一開關裝置MSS1及第二開關裝置MSS2之導通及關斷狀態係為互斥的。亦即，多工器400可根據供應至第一開關裝置MSS1之第一開關控制訊號Ctrl_MRS1及第二開關控制訊號Ctrl_MRS2，以及供應至第二開關裝置MSS2之第三開關控制訊號Ctrl_MRS3及第四開關控制訊號Ctrl_MRS4，使第一開關裝置MSS1及第二開關裝置MSS2之其中之一導通，而其餘則關閉。因此，從第一輸入端In1及第二輸入端In2輸入之高頻訊號僅有其中之一能通過至輸出端。然而，這樣的導通模式下，容易受到前一實施例所述之第一至第四寄生電容之影響，同時造成高頻訊號之衰減及干擾。
請復參考第4B圖，多工器400被配置以使高頻訊號通過第一開關裝置MSS1的實施例中，第一開關裝置MSS1及第二開關裝置MSS2接受控制訊號Ctrl_MS之控制，亦即，配置第一開關控制訊號Ctrl_MS1及第二開關控制訊號Ctrl_MS2，使第一開關裝置MSS1成為導通狀態，且配置第三開關控制訊號Ctrl_MS3及第四開關控制訊號Ctrl_MS4，使第二開關裝置MSS2成為關斷狀態。此處，第一開關控制訊號Ctrl_MS1及第二開關控制訊號Ctrl_MS2可為同一訊號源，且第三開關控制訊號Ctrl_MS3及第四開關控制訊號Ctrl_MS4可為同一訊號源。由於在第一開關裝置MSS1之導通狀態下，通過第一開關裝置MSS1之高頻訊號容易視通過第一輸入端In1及控制端(即閘極GMS1及閘極GMS2)之間之寄生電容為導通路徑，因此，配置第一電阻控制訊號Ctrl_MRS1及第二電阻控制訊號Ctrl_MRS2，使第一電晶體T1及第二電晶體T2之汲極與源極之間之阻抗成為較第一寄生電容之阻抗高的電阻，為第一電阻值。在第一電阻值存在之情形下，通過第一開關裝置MSS1之高頻訊號將不易通過第一輸入端In1及控制端(即閘極GMS1及閘極GMS2)之間之第一寄生電容而造成高頻訊號之損失。
由於在第二開關裝置MSS2之關斷狀態下，通過第一開關裝置MSS2之高頻訊號容易視通過第二輸入端In2及輸出端Out之間之第四寄生電容為導通路徑，因此，配置第三電阻控制訊號Ctrl_MRS3及第四電阻控制訊號Ctrl_MRS4，使第三電晶體T3及第四電晶體T4之汲極與源極之間之阻抗成為較第四寄生電容之阻抗低的電阻，為第四電阻值。在第四電阻值存在之情形下，通過第二開關裝置MSS2之高頻訊號將不易通過第二輸入端In2及輸出端Out之間之第四寄生電容而造成高頻訊號之失真。換言之，由於第三電晶體T3及第四電晶體T4之汲極與源極之間之阻抗成為較第四寄生電容之阻抗低的電阻，第二輸入端In2之高頻訊號將會選擇較低阻抗之路徑，進而降低對輸出端Out的高頻訊號的干擾。
相反的，當多工器400被配置以使高頻訊號通過第二開關裝置MSS2時，則配置第三電阻控制訊號Ctrl_MRS3及第四電阻控制訊號Ctrl_MRS4，使第三電晶體T3及第四電晶體T4之汲極及源極之間之阻抗成為較第三寄生電容之阻抗高的阻抗，為第三電阻值。且同時配置第一電阻控制訊號Ctrl_MRS1及第二電阻控制訊號Ctrl_MRS2，而使得第一電晶體T1及第二電晶體T2之汲極及源極之間之阻抗改變為較第二寄生電容之阻抗高的電阻值，為第二電阻值。則如同前述，可使從第一輸出端In1輸入之高頻訊號將不易通過第一輸入端In1及輸出端Out之間之第二寄生電容，而造成原本預定從輸出端Out輸出的高頻訊號受到來自第一輸入端In1的高頻訊號的干擾，且通過第二開關裝置MSS2之高頻訊號將不易通過第二輸入端In2及控制端(即閘極GMS3及閘極GMS4)之間之第三寄生電容而造成高頻訊號之損失。在特定實施例中，第一電阻值可與第三電阻值相同，第二電阻值可與第四電阻值相同。
值得一提的是，在本實施例中，第一電晶體T1、第二電晶體T2、第三電晶體T3及第四電晶體T4可為N型或P型的金氧半場效電晶體，且主要係用於類似於可變電阻之設計，其中，在第一電晶體T1與第二電晶體T2之極性與第一開關裝置MSS1中的第一開關MS1與第二開關MS2之極性匹配之特定情形下，第一開關控制訊號Ctrl_MS1、第二開關控制訊號Ctrl_MS2、第一電阻控制訊號Ctrl_MRS1及第二電阻控制訊號Ctrl_MRS2可為同一訊號源，在第三電晶體T3與第四電晶體T4之極性與第二開關裝置MSS2中的第三開關MS3與第四開關MS4之極性匹配之特定情形下，第三開關控制訊號Ctrl_MS3、第四開關控制訊號Ctrl_MS4、第三電阻控制訊號Ctrl_MRS3及第四電阻控制訊號Ctrl_MRS4可為同一訊號源，亦即，可藉由單一訊號控制第一開關裝置MSS1的導通及關斷，並同時控制第一電晶體T1及第二電晶體T2之汲極及源極之間之阻抗大小，亦可藉由單一訊號控制第二開關裝置MSS2的導通及關斷，並同時控制第三電晶體T3及第四電晶體T4之汲極及源極之間之阻抗大小，且該等訊號均包含在控制訊號Ctrl之中，如第5A圖所示。
下表一係為根據分工器400的配置，在第一開關裝置MSS1之導通狀態，且第二開關裝置MSS2之關斷狀態下，對第一電阻值及第四電阻值進行改變時，第一輸入端In1及輸出端Out之間及第二輸入端In2及輸出端Out之間之高頻訊號衰減模擬結果(分別表示為S21及S23)。其中，第一輸入端In1及第二輸入端In2均提供頻率250MHz之高頻訊號。
表一
如表一所示，此模擬分別控制第一電阻值及第四電阻值之阻抗在0.1KΩ至10KΩ之間變化。在第一開關裝置MSS1之導通狀態，且第二開關裝置MSS2之關斷狀態下，當第一電阻值與第四電阻值均為5kΩ之高電阻時，可看到雖然第一輸入端In1及輸出端Out之間的訊號衰減較小，為-0.47dB，然而，在第二輸入端In2及輸出端Out之間的訊號衰減卻僅有-45.8dB，代表此時第二輸入端In2的高頻訊號仍然會對輸出端Out造成干擾之影響。當第一電阻值與第四電阻值均為5KΩ時，第一輸入端In1及輸出端Out之間及第二輸入端In2及輸出端Out之間之高頻訊號衰減模擬結果分別為-0.51dB及-46.1dB，當第一電阻值與第四電阻值均為1KΩ時，第一輸入端In1及輸出端Out之間及第二輸入端In2及輸出端Out之間之高頻訊號衰減模擬結果分別為-0.67dB及-49.5dB。最佳者，控制當第一電阻值與第四電阻值分別1KΩ與0.1KΩ時，可見到第一輸入端In1及輸出端Out之間的訊號衰減最小，為-0.48dB，而在第二輸入端In2及輸出端Out之間之高頻訊號衰減最大，為-63.2dB。亦即，可最大幅度的降低高頻訊號的衰減，以及降低高頻訊號的干擾。
綜上所述，依本發明之切換開關及包含其之多工器，係藉由在切換開關電路中設置可變電阻，並藉由電阻控制訊號對應開關控制訊號調整可變電阻之大小，使得開關裝置在導通狀態下能夠降低高頻訊號的衰減，在關斷狀態下可防止不必要的訊號通過輸入端及輸出端的寄生電容從輸出端流出。在包含切換開關之多工器之電路架構中，亦設置有可變電阻，改善訊號傳遞時通過傳送開關時，因為開關本身寄生電路所造成的插入損失和串音。亦即，可同時防止高頻訊號的衰減及干擾。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
1、300、400‧‧‧多工器
In‧‧‧輸入端
Out‧‧‧輸出端
Cp1、Cp2、Cp3‧‧‧寄生電容
Ctrl‧‧‧控制訊號
Ctrl_S、Ctrl_MS‧‧‧開關控制訊號
Ctrl_R、Ctrl_MR‧‧‧電阻控制訊號
Ctrl_MS12、Ctrl_MS1‧‧‧第一開關控制訊號
Ctrl_MS34、Ctrl_MS2‧‧‧第二開關控制訊號
Ctrl_MS3‧‧‧第三開關控制訊號
Ctrl_MS4‧‧‧第四開關控制訊號
INV‧‧‧反相器
INV1‧‧‧第一反相器
INV2‧‧‧第二反相器
100、200‧‧‧切換開關
S‧‧‧開關裝置
R‧‧‧可變電阻
R1、MR1‧‧‧第一可變電阻
R2、MR2‧‧‧第二可變電阻
MR3‧‧‧第三可變電阻
MR4‧‧‧第四可變電阻
S1、MS1‧‧‧第一開關
S2、MS2‧‧‧第二開關
MS3‧‧‧第三開關
MS4‧‧‧第四開關
GS1、GS2、GMS1、GMS2、GMS3、GMS4‧‧‧閘極
T1‧‧‧第一電晶體
T2‧‧‧第二電晶體
T3‧‧‧第三電晶體
T4‧‧‧第四電晶體
Ctrl_R1、Ctrl_MR12、Ctrl_MRS1‧‧‧第一電阻控制訊號
Ctrl_R2、Ctrl_MR34、Ctrl_MRS2‧‧‧第二電阻控制訊號
Ctrl_MRS3‧‧‧第三電阻控制訊號
Ctrl_MRS4‧‧‧第四電阻控制訊號
In1‧‧‧第一輸入端
In2‧‧‧第二輸入端
MSS1‧‧‧第一開關裝置
MSS2‧‧‧第二開關裝置
第1A圖係為習知多工器之電路架構圖。
第1B圖係為習之多工器使用狀態之示意圖。
第2A圖係為根據本發明的切換開關的第一實施例繪示的方塊圖。
第2B圖係為根據本發明的切換開關的第一實施例繪示的電路架構圖。
第3A圖係為根據本發明的切換開關的第二實施例繪示的方塊圖。
第3B圖係為根據本發明的切換開關的第二實施例繪示的電路架構圖。
第4A圖係為根據本發明的多工器的第一實施例繪示的方塊圖。
第4B圖係為根據本發明的多工器的第一實施例繪示的電路架構圖。
第5A圖係為根據本發明的多工器的第二實施例繪示的方塊圖。
第5B圖係為根據本發明的多工器的第二實施例繪示的電路架構圖。
100‧‧‧切換開關
In‧‧‧輸入端
Out‧‧‧輸出端
S‧‧‧開關裝置
Ctrl_S‧‧‧開關控制訊號
Ctrl_R‧‧‧電阻控制訊號
R‧‧‧可變電阻
R1‧‧‧第一可變電阻
R2‧‧‧第二可變電阻
S1‧‧‧第一開關
S2‧‧‧第二開關
GS1、GS2‧‧‧閘極
INV‧‧‧反相器

Claims (16)

  1. 一種切換開關，適用於將一高頻訊號從一輸入端傳送到一輸出端，該切換開關包含： 一開關裝置，係連接在該輸入端與該輸出端之間，且包含一控制端，係根據供應至該控制端之一開關控制訊號，在導通狀態及關斷狀態之間切換；以及 一可變電阻，係連接於該控制端，該可變電阻係根據一電阻控制訊號在該開關裝置之導通狀態下改變為一第一電阻值，且在該開關裝置之關斷狀態下改變為一第二電阻值，其中該第一電阻值高於該第二電阻值，且該電阻控制訊號係對應該開關控制訊號產生變化。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之切換開關，其中該高頻訊號之頻率，係足以在該開關裝置之導通狀態下，視通過該輸入端及該控制端之間之寄生電容為導通路徑者，且亦足以在該開關裝置至關斷狀態下，視通過該輸入端及該輸出端之間之寄生電容為導通路徑者。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之切換開關，其中該高頻訊號之頻率係為約240MHz。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之切換開關，其中該可變電阻在該開關裝置之導通狀態下之該第一電阻值係大於該輸入端及該控制端之間之該寄生電容之阻抗。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之切換開關，其中該可變電阻在該開關裝置之關斷狀態下之該第二電阻值係小於該輸入端及該輸出端之間之該寄生電容之阻抗。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之切換開關，其中該開關裝置係為由一N型金氧半場效電晶體及一P型金氧半場效電晶體構成之一傳輸閘，且該控制端係包含該N型金氧半場效電晶體之閘極及該P型金氧半場效電晶體之閘極。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之切換開關，其中該可變電阻係包含分別連接該N型金氧半場效電晶體之該閘極及該P型金氧半場效電晶體之該閘極之一第一可變電阻及一第二可變電阻。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之切換開關，其中該電阻控制訊號係為該開關控制訊號，且該電阻控制訊號包含分別控制該第一可變電阻及該第二可變電阻之一第一電阻控制訊號及一第二電阻控制訊號。
  9. 一種多工器，適用於將一高頻訊號從一第一輸入端及第二輸入端之其中之一傳送到一輸出端，該多工器包含： 一第一開關裝置，係連接在該第一輸入端與該輸出端之間，且包含一第一控制端，係根據供應至該第一控制端之一第一開關控制訊號，在導通狀態及關斷狀態之間切換； 一第二開關裝置，係連接在該第二輸入端與該輸出端之間，且包含一第二控制端，係根據供應至該第一控制端之一第二開關控制訊號，在導通狀態及關斷狀態之間切換，且該第一開關裝置及該第二開關裝置之導通狀態及關斷狀態係為彼此互斥的； 一第一可變電阻，係連接於該第一控制端，該第一可變電阻係根據一第一電阻控制訊號在該第一開關裝置之導通狀態下改變為一第一電阻值，且在該第一開關裝置之關斷狀態下改變為一第二電阻值，其中該第一電阻值高於該第二電阻值，且該第一電阻控制訊號係對應該第一開關控制訊號產生變化；以及 一第二可變電阻，係連接於該第二控制端，該第二可變電阻係根據一第二電阻控制訊號在該第二開關裝置之導通狀態下改變為一第三電阻值，且在該第二開關裝置之關斷狀態下改變為一第四電阻值，其中該第三電阻值高於該第四電阻值，且該第二電阻控制訊號係對應該第二開關控制訊號產生變化。
  10. 如申請專利範圍第10項所述之多工器，其中該高頻訊號之頻率，係足以在該第一及該第二開關裝置之導通狀態下，視通過該第一輸入端及該第一控制端之間之一第一寄生電容及視通過該第二輸入端及該第二控制端之間之一第二寄生電容為導通路徑者，且亦足以在該第一及該第二開關裝置之關斷狀態下，視通過該第一輸入端及該輸出端之間之一第三寄生電容及視通過該第二輸入端及該輸出端之間之一第四寄生電容為導通路徑者。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之多工器，其中該高頻訊號之頻率係為約240MHz。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之多工器，其中該第一電阻值係大於該第一寄生電容之阻抗，且該第三電阻值係大於該第三寄生電容之阻抗。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之多工器，該第二電阻值係小於該第二寄生電容之阻抗，且該第二電阻值係小於該第二寄生電容之阻抗。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之多工器，其中該第一開關裝置係為由一第一N型金氧半場效電晶體及一第一P型金氧半場效電晶體構成之一第一傳輸閘，且該第一控制端係包含該第一N型金氧半場效電晶體之閘極及該第一P型金氧半場效電晶體之閘極，且該第二開關裝置係為由一第二N型金氧半場效電晶體及一第二P型金氧半場效電晶體構成之一第二傳輸閘，且該第二控制端係包含該第二N型金氧半場效電晶體之閘極及該第二P型金氧半場效電晶體之閘極。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之多工器，其中該第一可變電阻係包含分別連接該第一N型金氧半場效電晶體之該閘極及該第一P型金氧半場效電晶體之該閘極之一第五可變電阻及一第六可變電阻，且該第二可變電阻係包含分別連接該第二N型金氧半場效電晶體之該閘極及該第二P型金氧半場效電晶體之該閘極之一第七可變電阻及一第八可變電阻。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之多工器，其中該第一電阻控制訊號係為該第一開關控制訊號，該第二電阻控制訊號係為該第二開關控制訊號，且該第一電阻控制訊號包含分別控制該第三可變電阻及該第四可變電阻之一第三電阻控制訊號及一第四電阻控制訊號，該第二電阻控制訊號包含分別控制該第五可變電阻及該第六可變電阻之一第五電阻控制訊號及一第六電阻控制訊號。
TW104111748A 2015-04-13 2015-04-13 切換開關及包含其之多工器 TWI554033B (zh)

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