TWI430315B - 雙極雙投開關裝置 - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種開關裝置，特別是有關於一種雙極雙投的開關裝置。
傳統雙極雙投開關裝置100的架構如第1A圖所示，其包括4個射頻路徑端點(P1,P2,T1,T2)以及8組開關(TSW1-TSW8)。因此需要八組控制信號控制串聯路徑的開關TSW1-TSW4以及並聯路徑的開關TSW5-TSW8。
另外一種傳統雙極雙投開關裝置110的架構如第1B圖所示。第1B圖的雙極雙投開關裝置是第1圖的雙極雙投開關裝置的改良。為了縮小面積以及減少控制訊號數目，把並聯的開關(TSW5-TSW8)移除。然而會有隔離(isolation)度不足的問題。
因此，有需要提供一種具有足夠隔離性且減少控制訊號數目的雙極雙投開關裝置。
本揭露提供一種雙極雙投(double pole double throw)開關裝置，具有一第一埠、一第二埠、一第三埠及一第四埠，包括：一第一路徑電路及一第二路徑電路，各具二端點，其中該第一路徑電路與該第二路徑電路的第一端點耦接到該第一埠，該第一路徑電路及該第二路徑電路的第二端點分別耦接該第二埠與該第三埠；以及一第三路徑電路及一第四路徑電路，各具有二端點，其中該第三路徑電路與該第四路徑電路的第一端點耦接到該第四埠，該第三路徑電路與該第四路徑電路的第二端點分別耦接到該第二埠與該第三埠；其中每一路徑電路各包含一開關模組以及一功能開關；以及其中當該開關模組導通時，對應的該功能開關電路截止，當該開關模組截止時，對應的該功能開關電路導通。
本揭露更提供一種雙極雙投開關裝置，其具有一第一埠、一第二埠、一第三埠及一第四埠且包括一第一路徑電路。第一路徑電路具有二端點，其中第一路徑電路的第一端點耦接到第一埠，第一路徑電路的第二端點耦接到第二埠。第一路徑電路包括一開關模組以及一功能開關。其中當開關模組導通時，功能開關電路截止；當開關模組截止時，功能開關電路導通。
為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：第2圖係顯示發明的雙極雙投開關裝置之示意圖。雙極雙投開關裝置200主要是由四組路徑電路組成，且具有一第一埠P1、一第二埠P2、一第三埠T1及一第四埠T2。詳言之，雙極雙投開關裝置200包括一第一路徑電路210、一第二路徑電路220、一第三路徑電路230及一第四路徑電路240，且每一組路徑電路都包括一開關模組與一功能開關電路以及各自的控制信號(V1-V4)。
第一路徑電路210及第二路徑電路220各具二端點，其中第一路徑電路210與第二路徑電路220的第一端點耦接到第一埠P1，第一路徑電路210及第二路徑電路220的第二端點分別耦接第二埠P2與第三埠T1。第三路徑電路230及第四路徑電路240各具有二端點，其中第三路徑電路230與第四路徑電路240的第一端點耦接到第四埠T2，第三路徑電路230與第四路徑電路240的第二端點分別耦接到第二埠P2與第三埠T1。每一路徑電路210-240藉由各自的控制信號V1-V4使得當開關模組導通時，對應的功能開關電路截止，當開關模組截止時，對應的功能開關電路導通。
開關模組可能包括複數個串聯的第一開關元件，當雙極雙投開關裝置200操作在第一頻帶時(例如是較低頻的頻帶)，藉由調整第一開關的個數或尺寸以提高每個路徑電路210-240的訊號隔離的功能。功能開關電路係設置於開關模組中兩個開關元件的連接點與一接地之間。功能開關模組可能包括一個第二開關元件串聯至少一電容器，用以當雙極雙投開關裝置200操作在第二頻帶時(例如是較高頻的頻帶)將訊號耦接至接地以提高每個路徑電路210-240的訊號隔離的功能。於本實施例中，第二頻帶的頻率高於第一頻帶，例如第二頻帶是5.8GHz以上的頻帶而第一頻帶是2.4G以下的頻帶。此外，第一開關會根據控制信號同時導通或截止。第二開關具有耦接接地的一控制端、耦接控制信號的第一端以及耦接接地的一第二端，且第二開關會根據控制信號執行與第一開關相反的動作。
第3圖係顯示第2圖的雙極雙投開關裝置的路徑電路的電路圖。舉例來說，第一路徑電路210包括開關模組250及功能開關電路260。於本實施例中，開關模組250包括串聯的二個第一開關元件M1及M2。功能開關電路260則包括二個第一電阻器R1及R2、第二電阻器R3、第三電阻器R4、第一電容器C1、第二電容器C2以及第二開關元件M3。開關元件M1-M3可以是金屬氧化半導體場效電晶體(MOSFET)，但不限於此。控制信號V1透過第一電阻器R1及R2耦接到第一開關元件M1及M2的控制端，且透過第二電阻器R3耦接到第二開關元件M3以提供第二開關元件M3與第一開關元件M1及M2相同的電壓。第三電阻器R4耦接於第二開關元件M3的控制端及接地端之間。第一電容器C1耦接於第二開關元件M3的汲極/源極與第一開關元件M1及M2的連接點之間，且第二電容器C2耦接於第二開關元件M3的源極/汲極與接地之間。
於一實施例中，當P1端(RF_in)與P2端(RF_out)之間的信號需要傳遞時，透過控制信號V1控制開關模組250的第一開關元件M1與M2導通，且同時控制功能開關電路260的第二開關元件M3截止。
當P1端(RF_in)與P2端(RF_out)之間的信號沒有需要傳遞時，若在低頻狀態，透過控制信號V1控制開關元件M1與M2同時截止即可達到P1端與P2端之間的有效隔離。
若在高頻狀態，透過信號控制端V1控制開關模組的第一開關元件M1與M2截止，且同時控制功能開關電路的第二開關元件M3導通達到P1端與P2端之間的有效隔離。在高頻時，第二開關元件M3與串接的電容器C1與C2形成導通路徑，使得假如P1端有漏電流流經第一開關元件M1時，可透過導通路徑導引漏電流到接地端而不會再經由第一開關元件M2流竄到P2端。因為這樣的機制，提升高頻時P1端與P2端之間的隔離度。
第4圖係發明的雙極雙投開關裝置之電路圖。於本實施例中，雙極雙投開關裝置200包括位於第一埠P1與第二埠P2之間的第一路徑電路210、位於第一埠P1與第三埠T1之間的第二路徑電路200、位於第二埠P1與第四埠T2之間的第三路徑電路210，以及位於第三埠T1與第四埠T2之間的第四路徑電路210。每個路徑電路21-240分別具有控制信號V1-V4。藉由控制信號V1-V4可以決定兩個埠之間的導通與截止，以及兩個埠之間在較高頻與較低頻時訊號隔離的功能。於本實施例中，路徑電路200-240的電路架構是相同的，但不限於此。
第5A-5B圖分別是傳統雙極雙投開關裝置的隔離度與頻率之圖表以及發明的雙極雙投開關裝置的隔離度與頻率之圖表。傳統的雙極雙投開關裝置的射頻特性係在高頻時隔離度會有越來越差的結果。在低頻時的-60dB在高頻的5.8G時則是-20dB左右。至於發明的雙極雙投開關裝置，在高頻的5.8G時，隔離度可達到-31dB左右，因此其隔離度明顯優於傳統雙極雙投開關裝置在高頻時的狀況。
最後，熟此技藝者可體認到他們可以輕易地使用揭露的觀念以及特定實施例為基礎而變更及設計可以實施同樣目的之其他結構且不脫離本發明以及申請專利範圍。
100、110．．．雙極雙投開關裝置
TSW1-TSW8．．．開關
200．．．雙極雙投開關裝置
210．．．第一路徑電路
220．．．第二路徑電路
230．．．第三路徑電路
240．．．第四路徑電路
250．．．開關模組
260．．．功能開關電路
M1-M2．．．第一開關元件
M3．．．第二開關元件
R1-R2．．．第一電阻器
R3．．．第二電阻器
R4．．．第三電阻器
C1．．．第一電容器
C2．．．第二電容器
第1A-1B圖顯示傳統雙極雙投開關裝置之電路圖；
第2圖係顯示發明的雙極雙投開關裝置之示意圖；
第3圖係顯示第2圖的雙極雙投開關裝置的路徑電路的電路圖；
第4圖係發明的雙極雙投開關裝置之電路圖；
第5A圖係傳統雙極雙投開關裝置的隔離度與頻率之圖表；以及
第5B圖係發明的雙極雙投開關裝置的隔離度與頻率之圖表。
200．．．雙極雙投開關裝置
210．．．第一路徑電路
220．．．第二路徑電路
230．．．第三路徑電路
240．．．第四路徑電路
250．．．開關模組
260．．．功能開關電路
Claims (16)
- 一種雙極雙投(double pole double throw)開關裝置，具有一第一埠、一第二埠、一第三埠及一第四埠，包括：一第一路徑電路及一第二路徑電路，各具二端點，其中該第一路徑電路與該第二路徑電路的第一端點耦接到該第一埠，該第一路徑電路與該第二路徑電路的第二端點分別耦接到該第二埠與該第三埠；以及一第三路徑電路及一第四路徑電路，各具有二端點，其中該第三路徑電路與該第四路徑電路的第一端點耦接到該第四埠，該第三路徑電路與該第四路徑電路的第二端點分別耦接到該第二埠與該第三埠；其中每一路徑電路各包含一開關模組以及一功能開關；以及其中當該開關模組導通時，對應的該功能開關電路截止；當該開關模組截止時，對應的該功能開關電路導通。
- 如申請專利範圍第1項所述之雙極雙投開關裝置，其中每一開關模組包括複數個串聯的第一開關元件，當該雙極雙投開關裝置運作在第一頻帶時，藉由調整該等第一開關的個數或尺寸提高每一路徑電路的訊號隔離的功能。
- 如申請專利範圍第2項所述之雙極雙投開關裝置，其中該功能開關電路設置於該開關模組中兩個開關元件的連接點與一接地之間；該功能開關模組包括一第二開關元件串聯至少一電容器，用以當該雙極雙投開關裝置運作在第二頻帶時，將訊號耦接至該接地以提高每一路徑電路的訊號隔離的功能，其中該第二頻帶的頻率範圍高於該第一頻帶的頻率範圍。
- 如申請專利範圍第3項所述之雙極雙投開關裝置，其中該等第一開關根據一控制信號同時導通或截止；該第二開關具有耦接該接地的一控制端、耦接該控制信號的一第一端以及耦接該接地的一第二端，且該第二開關根據該控制信號執行與該第一開關相反的動作。
- 如申請專利範圍第4項所述之雙極雙投開關裝置，其中該第一及該第二開關元件是金屬氧化半導體電晶體。
- 如申請專利範圍第4項所述之雙極雙投開關裝置，更包括一第一電容耦接於該開關模組中兩個開關的連接點與該第二開關的該第一端之間，以及一第二電容耦接於該第二開關的該第二端與該接地之間。
- 如申請專利範圍第6項所述之雙極雙投開關裝置，其中該信號控制透過複數個第一電阻器分別耦接到該等第一開關元件的控制端，且透過一第二電阻器耦接到該第二開關元件的該第一端以提供該第二開關元件與該第一開關元件相同的一電壓。
- 如申請專利範圍第7項所述之雙極雙投開關裝置，更包括一第三電阻耦接於該第二開關元件的控制端以及該接地之間。
- 一種雙極雙投開關裝置，具有一第一埠、一第二埠、一第三埠及一第四埠，包括：一第一路徑電路，具二端點，其中該第一路徑電路的第一端點耦接到該第一埠，該第一路徑電路的第二端點耦接到該第二埠；該第一路徑電路包括：一開關模組以及一功能開關；其中當該開關模組導通時，該功能開關電路截止；當該開關模組截止時，該功能開關電路導通。
- 如申請專利範圍第9項所述之雙極雙投開關裝置，其中該開關模組包括複數個串聯的第一開關元件，當該電路模組運作在一第一頻帶時，藉由調整該第一開關的個數或尺寸提高電路模組的訊號隔離的功能。
- 如申請專利範圍第10項所述之雙極雙投開關裝置，其中該功能開關電路設置於該開關模組中兩個開關元件的連接點與一接地之間；該功能開關模組包括一第二開關元件串聯至少一電容器，用以當該電路模組運作在一第二頻帶時，將訊號耦接至該接地以提高開關模組的訊號隔離的功能，其中該第二頻帶的頻率範圍高於該第一頻帶的頻率範圍。
- 如申請專利範圍第11項所述之雙極雙投開關裝置，其中該等第一開關根據一控制信號同時導通或截止；該第二開關具有耦接該接地的一控制端、耦接該控制信號的一第一端以及耦接該接地的一第二端，且該第二開關根據該控制信號執行與該第一開關相反的動作。
- 如申請專利範圍第12項所述之雙極雙投開關裝置，更包括一第一電容耦接於該開關模組中兩個開關的連接點與該第二開關的該第一端之間，以及一第二電容耦接於該第二開關的該第二端與該接地之間。
- 如申請專利範圍第13項所述之雙極雙投開關裝置，其中該信號控制透過複數個第一電阻器分別耦接到該等第一開關元件的控制端，且透過一第二電阻器耦接到該第二開關元件的該第一端以提供該第二開關元件與該第一開關元件相同的一電壓。
- 如申請專利範圍第14項所述之雙極雙投開關裝置，更包括一第三電阻耦接於該第二開關元件的控制端以及該接地之間。
- 如申請專利範圍第15項所述之雙極雙投開關裝置，更包括：一第二路徑電路，具二端點，其中該第二路徑電路的第一端點耦接到該第一埠，該第二路徑電路的第二端點耦接到該第三埠；一第三路徑電路及一第四路徑電路，各具有二端點，其中該第三路徑電路與該第四路徑電路的第一端點耦接到該第四埠，該第三路徑電路與該第四路徑電路的第二端點分別耦接到該第二埠與該第三埠。
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