TWI536738B - 互補式開關的射頻切換器 - Google Patents

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Description

互補式開關的射頻切換器
本發明是有關於一種固態射頻切換器，尤指一種應用主動元件傳導樣態組合選擇的射頻切換器。
在許多有線或是無線通信系統中，射頻(RF)切換器是很重要的功能區塊，其中固態RF切換器可見於許多不同的通信裝置中，例如行動電話、無線傳呼機、和無線基礎建設、衛星通信及有線電視等設備。如眾所周知，RF切換器的效能可利用插入損耗(insertion loss)和開關隔離度(switch isolation)等的效能參數組合來評估。在RF切換器的設計中，效能參數之間常是環環相扣，當著重在任一效能時，常會犧牲其他效能；另外，其他重要的特性包括回波損耗(return loss)、整合的簡單性和程度、複雜度、良率和製造成本。
其他RF切換器的效能包含切換器控制和以製造導向的電路布局的簡單性。
本發明提供一種RF切換器。RF切換器主要包含共同埠、第一、第二射頻路徑，以及第一、第二分流路徑。
在本發明的一實施例中，設置在第一射頻路徑和第二射頻路徑的開關具有第一傳導樣態，以及設置在第一分流路徑和第二分流路徑的開關具 有第二傳導樣態，其中第一傳導樣態和第二傳導樣態不同。
本發明另一實施例，設置在第一射頻路徑和第二射頻路徑的開關具有互補的傳導樣態，設置在第一射頻路徑和第一分流路徑的開關具有互補的傳導樣態，設置在第二射頻路徑和第二分流路徑的開關具有互補的傳導樣態。
本發明又另一實施例，設置在第一射頻路徑和第二射頻路徑的開關具有互補的傳導樣態，設置在第一射頻路徑和第一分流路徑的開關具有第一傳導樣態，設置在第二射頻路徑和第二分流路徑的開關具有第二傳導樣態，其中第一傳導樣態和第二傳導樣態不同。
100、200、300、400‧‧‧射頻切換器
105(1)-105(4)‧‧‧閘極控制端
110(1)-110(4)‧‧‧電阻
120(1)-120(4)‧‧‧阻隔電容
GND‧‧‧地端
M1-M4、M1'-M4'‧‧‧開關
RFC‧‧‧共同埠
RF1-2‧‧‧埠
SW、SWB‧‧‧控制信號
第1圖是本發明一實施例的RF切換器示意圖。
第2圖是本發明另一實施例的RF切換器示意圖。
第3圖是本發明另一實施例的RF切換器示意圖。
第4圖是本發明另一實施例的RF切換器示意圖。
第5圖是本發明開關的堆疊組態示意圖。
第1圖是本發明一實施例的RF切換器100示意圖。RF切換器100包含共同埠RFC、埠RF1和埠RF2。開關M1設置在共同埠RFC和埠RF1之間，開關M2設置在共同埠RFC和埠RF2之間，開關M3設置在埠RF1和地端GND之間，以及開關M4設置在埠RF2和地端GND之間。
第一射頻路徑是定義在共同埠RFC與埠RF1之間且通過開關M1； 第二射頻路徑是定義在共同埠RFC與埠RF2之間且通過開關M2；第一分流路徑是定義在埠RF1與地端GND之間且通過開關M3；第二分流路徑是定義在埠RF2與地端GND之間且通過開關M4。
其中，開關M1-M4可以是金氧半場效電晶體(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)，具有各自的源/汲極區(未特別標明於第1圖)和閘極控制端105(1)-105(4)。開關M1-M4亦可為雙載子電晶體或其他電晶體元件(例如金半場效電晶體或高電子遷移率電晶體)。
第1圖中，RF切換器100亦包含電阻110(1)-110(4)以及阻隔電容120(1)-120(4)，其中電阻110(1)-110(4)是各自分別連接開關M1-M4中相對應的源/汲極區。
雖然在第1圖未繪示，但開關的源/汲極區可被一直流電壓偏壓，以使RF切換器100更能容納交流輸入信號通過第一或第二射頻路徑。
如第1圖所示，開關M1和開關M2具有相同的傳導樣態(例如N型)；而開關M3和開關M4亦具有相同的傳導樣態，但不同於開關M1和開關M2的傳導樣態，亦即開關M3和開關M4是P型傳導樣態。
如第1圖所示，閘極控制端105(1)-105(4)用以接收控制信號SW或SWB，其中控制信號SW可為高電位(例如3.3V)或低電位(例如0V)，而控制信號SWB是為控制信號SW的反相電位。亦即當控制信號SW是高電位時，控制信號SWB為低電位；當控制信號SW是低電位時，控制信號SWB為高電位。控制信號SW與SWB可能互為反相電位，或根據供應電源，而包含負電位值。
當埠RF1開啟及埠RF2關閉時，RF切換器100的操作如下：如果想要一射頻信號通過第一射頻路徑在共同埠RFC和埠RF1之間傳遞，則施加高電位的控制信號SW以開啟開關M1(即可讓交流信號通過)，以及施加低電位的控制信號SWB以關閉開關M2(即可讓交流信號無法通過)。在此MOSFET的例子中，控制信號SW可為3.3V，而控制信號SWB可為0V。
實質上分別施加控制信號SW至開關M1的閘極105(1)和控制信號SWB至開關M2的閘極105(2)時，第一分流路徑和第二分流路徑也同時被控制。具體來說，高電位的控制信號SW施加在開關M3的閘極105(3)，以關閉開關M3和第一分流路徑；低電位的控制信號SWB施加在開關M4的閘極105(4)，以開啟開關M4和導通第二分流路徑。
當埠RF1關閉及埠RF2開啟時，RF切換器100的操作如下：如果想要一射頻信號通過共同埠RFC和埠RF2之間的第二射頻路徑傳遞，則施加低電位的控制信號SW以關閉開關M1(即可讓交流信號無法通過)，以及施加高電位的控制信號SWB以開啟開關M2(即可讓交流信號通過)。
施加控制信號SW至開關M1的閘極和SWB至M2的閘極時，第一分流路徑和第二分流路徑也同時被控制。即低電位的控制信號SW施加在開關M3的閘極105(3)，以開啟開關M3和導通第一分流路徑；高電位的控制信號SWB施加在開關M4的閘極105(4)，以關閉開關M4和第二分流路徑。
第1圖實施例的優點：
值得注意的是在第1圖的RF切換器100中，同樣的控制信號SW是被用以控制第一射頻路徑和第一分流路徑，以及同樣的控制信號的反相電位是被用以控制第二射頻路徑和第二分流路徑。上述特徵可簡化一特定的RF切 換器中的控制信號的繞線。同樣地，因為二射頻路徑上的開關具有相同的傳導樣態(例如N型)，以及二分流路徑上的開關具有相同的傳導樣態(例如P型)，所以RF切換器100的製造可被簡單化。
第2圖是本發明另一實施例的RF切換器200示意圖。如第2圖所示，開關M1和開關M2具有P型傳導樣態，以及開關M3和開關M4具有N型傳導樣態。
當埠RF1開啟及埠RF2關閉時，RF切換器200的操作如下：如果想要一射頻信號通過第一射頻路徑在共同埠RFC和埠RF1之間傳遞，則施加一低電位控制信號SW以開啟開關M1(即可讓交流信號通過)，並施加一高電位控制信號SWB以關閉M2(即可讓交流信號無法通過)。
實質上，分別施加控制信號SW至開關M1的閘極105(1)和控制信號SWB至開關M2的閘極105(2)時，第一分流路徑和第二分流路徑也同時被控制。具體來說，低電位的控制信號SW施加在開關M3的閘極105(3)，以關閉開關M3和第一分流路徑；高電位的控制信號SWB施加在開關M4的閘極105(4)，以開啟開關M4和導通第二分流路徑。
當埠RF1關閉及埠RF2開啟時，RF切換器200的操作如下：如果想要一射頻信號通過共同埠RFC和埠RF2之間的第二射頻路徑傳遞，則施加一高電位控制信號SW以關閉開關M1(即可讓交流信號無法通過)，並施加一低電位控制信號SWB以開啟開關M2(即可讓交流信號通過)。
施加控制信號SW至開關M1的閘極及控制信號SWB至開關M2的閘極時，第一分流路徑和第二分流路徑也同時被控制。即高電位的控制信號 SW施加在M3的閘極105(3)，以開啟開關M3和導通第一分流路徑；低電位的控制信號SWB施加在開關M4的閘極105(4)，以關閉開關M4和第二分流路徑。
第2圖實施例的優點：
第2圖的RF切換器200和第1圖的RF切換器100一樣，利用同樣的控制信號SW控制第一射頻路徑和第一分流路徑，以及同樣的控制信號的反相電位是被用以控制第二射頻路徑和第二分流路徑。上述特徵可簡化一特定的RF切換器中的控制信號的繞線。同樣地，因為二射頻路徑上的開關具有相同的傳導樣態(例如P型)，以及分流路徑上的開關具有相同的傳導樣態(例如N型)，所以RF切換器200的製造可被簡單化。
另外，值得注意的是，在RF切換器100和200中，開關M1和開關M3具有互補的傳導樣態，以及開關M2和開關M4亦具有互補的傳導樣態。
第3圖是本發明另一實施例的RF切換器300示意圖。如第3圖所示，開關M1和開關M2為互補的傳導樣態，其中開關M1是N型傳導樣態和開關M2是P型傳導樣態。開關M3是P型傳導樣態和開關M4是N型傳導樣態。僅需要單一的控制信號以導通第一(或第二)射頻路徑並關閉第二(或第一)射頻路徑。
當埠RF1開啟及埠RF2關閉時，RF切換器300的操作如下：如果想要一射頻信號通過第一射頻路徑在共同埠RFC和埠RF1之間傳遞，則施加一高電位控制信號SW以開啟開關M1(即可讓交流信號通過)，並施加相同的控制信號SW以關閉開關M2(即可讓交流信號無法通過)，其中開關M2是P型傳導樣態，所以開關M2可根據高電位的控制信號SW而關閉。
實質上施加控制信號SW至開關M1的閘極105(1)及開關M2的閘極105(2)時，第一分流路徑和第二分流路徑也同時被控制。具體來說，施加高電位的控制信號SW至開關M3的閘極105(3)，以關閉開關M3和第一分流路徑；並施加高電位的控制信號SW至開關M4的閘極105(4)，以開啟開關M4和導通第二分流路徑。
當埠RF1關閉及埠RF2開啟時，RF切換器300的操作如下：如果想要一射頻信號通過共同埠RFC和埠RF2之間的第二射頻路徑傳遞，則施加一低電位的控制信號SW以關閉M1(即可讓交流信號無法通過)，並施加相同的控制信號SW以開啟開關M2(即可讓交流信號通過)。
施加控制信號SW至開關M1及開關M2的閘極時，第一分流路徑和第二分流路徑也同時被控制。即同樣的低電位控制信號SW施加在開關M3的閘極105(3)，以開啟開關M3和導通第一分流路徑；以及同樣的控制信號SW是施加在開關M4的閘極105(4)，以關閉M4和第二分流路徑。
第3圖實施例的優點：
值得注意的是，第3圖的RF切換器300僅需一個控制信號控制信號SW，以操作每一個開關。即僅需一個內部或外部來源產生的控制信號，以操作此切換器。
第4圖是本發明另一實施例的RF切換器400示意圖。如第4圖所示，開關M1和開關M2為互補的傳導樣態，其中開關M1是N型傳導樣態和開關M2是P型傳導樣態(如同第3圖的實施例一樣)。而開關M3是N型傳導樣態和開關M4是P型傳導樣態。
當埠RF1開啟及埠RF2關閉時，RF切換器400的操作如下：如果想要一射頻信號通過第一射頻路徑在共同埠RFC和埠RF1之間傳遞，則施加一高電位控制信號SW以開啟開關M1(即可讓交流信號通過)，並施加相同的控制信號SW以關閉開關M2(即可讓交流信號無法通過)，其中因為開關M2具有P型傳導樣態，所以開關M2可根據高電位控制信號SW而關閉。
實質上，分別施加控制信號SW至開關M1的閘極105(1)及控制信號SW至開關M2的閘極105(2)時，第一分流路徑和第二分流路徑也同時被控制。具體來說，施加一低電位控制信號SWB至開關M3的閘極105(3)，以關閉開關M3和第一分流路徑；並施加相同的控制信號SWB至開關M4的閘極105(4)，以開啟開關M4和導通第二分流路徑。
當埠RF1關閉及埠RF2開啟時，RF切換器400的操作如下：如果想要一射頻信號通過共同埠RFC和埠RF2之間的第二射頻路徑傳遞，則施加一低電位控制信號SW以關閉M1(即可讓交流信號無法通過)，並施加相同的控制信號SW以開啟開關M2(即可讓交流信號通過)。
施加控制信號SW至開關M1及開關M2的閘極時，第一分流路徑和第二分流路徑也同時被控制。即一高電位控制信號SWB施加在開關M3的閘極105(3)，以開啟開關M3和導通第一分流路徑；以及同樣的控制信號SWB施加在開關M4的閘極105(4)，以關閉開關M4和第二分流路徑。
第4圖實施例的優點：
值得注意的是，第4圖的切換器400是利用一個相同的控制信號控制第一射頻路徑和第二射頻路徑，而另一個相同的控制信號控制第一分流路徑和第二分流路徑。上述特徵可在一特定的RF切換器設計中用以簡化控制信 號的繞線。
上述實施例中的任何一個開關都可被複數個互相串聯(通常為相同傳導樣態)的開關元件，或可被稱為“堆疊”組態的開關元件，所取代。第5圖是開關M1'-M4'的示意圖，亦即開關M1-M4的堆疊樣貌。
另外，在本發明的實施例中，同一時間僅描述一個射頻路徑被導通。RF切換器中的二個射頻路徑亦可同時被導通或不導通。
100‧‧‧射頻切換器
105(1)-105(4)‧‧‧閘極控制端
110(1)-110(4)‧‧‧電阻
120(1)-120(4)‧‧‧阻隔電容
GND‧‧‧地端
M1-4‧‧‧開關
RFC‧‧‧共同埠
RF1-2‧‧‧埠
SW、SWB‧‧‧控制信號

Claims (7)

  1. 一種射頻切換器，包含：一共同埠；一第一埠；一第二埠；一第一射頻路徑，存在於該共同埠和該第一埠之間；一第二射頻路徑，存在於該共同埠和該第二埠之間；一第一分流路徑，存在於該第一射頻路徑和一地端之間；一第二分流路徑，存在於該第二射頻路徑和該地端之間；及四開關，分別設置在該第一射頻路徑、該第二射頻路徑、該第一分流路徑和該第二分流路徑，用以在一預定時間控制該第一射頻路徑、該第二射頻路徑、該第一分流路徑和該第二分流路徑是否導通或不導通，其中該第一射頻路徑和該第一分流路徑的開關的控制端是用以接收一第一控制信號，該第二射頻路徑和該第二分流路徑的開關的控制端是用以接收一第二控制信號，其中該第二控制信號是不同於該第一控制信號；其中設置在該第一射頻路徑和該第二射頻路徑的開關具有一第一傳導樣態，以及設置在該第一分流路徑和該第二分流路徑的開關具有一第二傳導樣態，其中該第一傳導樣態和該第二傳導樣態不同。
  2. 如請求項1所述的射頻切換器，其中該第一傳導樣態是N型以及該第二傳導樣態是P型。
  3. 如請求項1所述的射頻切換器，其中該第一傳導樣態是P型以及該第二傳導樣態是N型。
  4. 一種射頻切換器，包含：一共同埠；一第一埠；一第二埠；一第一射頻路徑，存在於該共同埠和該第一埠之間；一第二射頻路徑，存在於該共同埠和該第二埠之間；一第一分流路徑，存在於該第一射頻路徑和一地端之間；一第二分流路徑，存在於該第二射頻路徑和該地端之間；及四開關，分別設置在該第一射頻路徑、該第二射頻路徑、該第一分流路徑和該第二分流路徑，用以在一預定時間控制該第一射頻路徑、該第二射頻路徑、該第一分流路徑和該第二分流路徑是否導通或不導通，其中該第一射頻路徑、該第二射頻路徑、該第一分流路徑和該第二分流路徑的開關的控制端是用以接收一相同的控制信號；其中設置在該第一射頻路徑和該第二射頻路徑的開關具有互補的傳導樣態，設置在該第一射頻路徑和該第一分流路徑的開關具有互補的傳導樣態，以及設置在該第二射頻路徑和該第二分流路徑的開關具有互補的傳導樣態。
  5. 如請求項4所述的射頻切換器，其中複數個開關元件用以做為一單一開關，分別設置在該第一射頻路徑、該第二射頻路徑、該第一分流路徑和該第二分流路徑。
  6. 如請求項4所述的射頻切換器，其中在該第一射頻路徑和該第二分流路徑的開關具有一第一傳導樣態，以及在該第二射頻路徑和該第一分流路徑的開關具有一第二傳導樣態，其中該第一傳導樣態和該第二傳導樣態不同。
  7. 一種射頻切換器，包含：一共同埠；一第一埠；一第二埠；一第一射頻路徑，存在於該共同埠和該第一埠之間；一第二射頻路徑，存在於該共同埠和該第二埠之間；一第一分流路徑，存在於該第一射頻路徑和一地端之間；一第二分流路徑，存在於該第二射頻路徑和該地端之間；及四開關，分別設置在該第一射頻路徑、該第二射頻路徑、該第一分流路徑和該第二分流路徑，用以在一預定時間控制該第一射頻路徑、該第二射頻路徑、該第一分流路徑和該第二分流路徑是否導通或不導通，其中在該第一射頻路徑和該第二射頻路徑的開關的控制端是用以接收一相同的第一控制信號，以及在該第一分流路徑和該第二分流路徑的開關的控制端是用以接收一相同的第二控制信號，其中該第一控制信號和該第二控制信號不同；其中設置在該第一射頻路徑和該第二射頻路徑的開關具有互補的傳導樣態，設置在該第一射頻路徑和該第一分流路徑的開關具有一第一傳導樣態，以及設置在該第二射頻路徑和該第二分流路徑的開關具有一第二傳導樣態，其中該第一傳導樣態和該第二傳導樣態不同。
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