TWI584589B - 差動式開關電路 - Google Patents

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Description

差動式開關電路
本發明有關開關電路，尤指一種兼具輸入損耗(insertion loss)低與信號隔離度(isolation)高兩種優點的差動式開關電路。
差動式開關電路是許多電路裝置中重要的基本電路。理想上，當開關電路處於導通(on)狀態時，信號的輸入損耗(insertion loss)應該愈小愈好；而當開關電路處於關斷(off)狀態時，信號輸入端與信號輸出端之間的信號隔離度則要愈高愈好。
然而，傳統的差動式開關電路難以兼顧低輸入損耗與高信號隔離度兩種要求，經常會影響到整體電路的運作效能。
有鑑於此，如何使差動式開關電路能同時兼具輸入損耗低與信號隔離度高兩種優點，實為業界有待解決的問題。
本說明書提供一種差動式開關電路的實施例，其包含：一對差動式信號輸入端，其包含一第一輸入端和一第二輸入端；一對差動式信號輸出端，其包含一第一輸出端和一第二輸出端；一開關信號接收端，用於接收控制該差動式開關電路的一開關信號；一第一電晶體，其中，該第一電晶體的一第一端耦接於該第一輸入端，該第一電晶體的一第二端耦接於該第一輸出端，且該第一電晶體的一控制端耦接於該開關信號接收端；一第二電晶體，其中，該第二電晶體的一第一端耦接於該第二輸入端，該第二電晶體的一第二端耦接於該第二輸出端，且該第二電晶體的一控制端耦接於該開關信號接收端；一中央開關元件，設置於該第一電晶體與該第二電晶體兩者的控制端之間的信號路徑上；以及一開關元件控制電路，耦接於該開關信號接收端與該中央開關元件的一控制端之間，能夠依據該開關信號產生一控制信號，以控制該中央開關元件；其中，當該開關信號導通該第一電晶體並導通該第二電晶體時，該開關元件控制電路利用該控制信號關斷該中央開關元件，而當該開關信號關斷該第一電晶體並關斷該第二電晶體時，該開關元件控制電路利用該控制信號導通該中央開關元件。
上述實施例的優點之一，是差動式開關電路能夠在處於導通狀態時將輸入信號的輸入損耗降到最低，並能夠在處於關斷狀態時將信號隔離度有效提高。
本發明的其他優點將搭配以下的說明和圖式進行更詳細的解說。
以下將配合相關圖式來說明本發明的實施例。在圖式中，相同的標號表示相同或類似的元件或方法流程。
圖1為本發明一實施例的差動式開關電路100簡化後的功能方塊圖。
如圖1所示，差動式開關電路100包含由一第一輸入端112和一第二輸入端114所組成的一對差動式信號輸入端，以及由一第一輸出端122和一第二輸出端124所組成的一對差動式信號輸出端。另外，差動式開關電路100還包含一開關信號接收端130、一第一電晶體140、一第二電晶體150、一中央開關元件160、以及一開關元件控制電路170。
開關信號接收端130用於接收控制差動式開關電路100的一開關信號SW。第一電晶體140的一第一端耦接於第一輸入端112，第一電晶體140的一第二端耦接於第一輸出端122，且第一電晶體140的一控制端耦接於開關信號接收端130。第二電晶體150的一第一端耦接於第二輸入端114，第二電晶體150的一第二端耦接於第二輸出端124，且第二電晶體150的一控制端耦接於開關信號接收端130。中央開關元件160設置於第一電晶體140與第二電晶體150兩者的控制端之間的信號路徑上，並受控於一控制信號CTL。開關元件控制電路170耦接於開關信號接收端130與中央開關元件160的一控制端之間，能夠依據開關信號SW產生控制信號CTL，以控制中央開關元件160。
在運作時，第一輸入端112和第二輸入端114分別用來接收一對差動式輸入信號中的一第一輸入信號SIN和一第二輸入信號SIP。當差動式開關電路100被導通時，第一輸出端122和第二輸出端124分別用來輸出一第一輸出信號SON和一第二輸出信號SOP，以形成一對差動式輸出信號。
當開關信號SW被用來導通差動式開關電路100時，開關信號SW會導通第一電晶體140並同時導通第二電晶體150，使得第一輸出端122和第二輸出端124分別輸出第一輸出信號SON和第二輸出信號SOP。此時，開關元件控制電路170會利用控制信號CTL關斷中央開關元件160，以使得第一電晶體140與第二電晶體150兩者的控制端之間形成斷路而無法導通。在此情況下，相當於是第一電晶體140與第二電晶體150兩者的控制端之間具有很大的電阻值。
如此一來，第一電晶體140與第二電晶體150兩者的控制端之間就不會形成虛擬接地(virtual ground)，可有效降低第一電晶體140和第二電晶體150的寄生效應，進而降低差動式開關電路100在導通狀態時的輸入損耗。
當開關信號SW被用來關斷差動式開關電路100時，開關信號SW會關斷第一電晶體140並同時關斷第二電晶體150，使得第一輸出端122和第二輸出端124停止輸出前述的差動式輸出信號。此時，開關元件控制電路170會利用控制信號CTL導通中央開關元件160，以使得第一電晶體140與第二電晶體150兩者的控制端之間形成通路。在此情況下，第一電晶體140與第二電晶體150兩者的控制端之間會形成虛擬接地的效果，能夠有效提升第一電晶體140和第二電晶體150的等效對地寄生電容的大小。
如此一來，流經第一電晶體140與第二電晶體150的殘餘信號會流向前述的虛擬接地處而互相抵銷，因此不會流向差動式開關電路100的第一輸出端122和一第二輸出端124，所以能有效提升差動式開關電路100在關斷狀態時的信號隔離度。
實作上，前述的第一電晶體140可用各種類型的電晶體來實現，而第二電晶體150則可用與第一電晶體140相同類型的電晶體來實現。中央開關元件160可以用各種能實現開關功能的電路元件來實現，例如各種類型的電晶體。
例如，第一電晶體140和第二電晶體150可用相同類型的N通道(n-channel)場效電晶體來實現。前述的N通道場效電晶體可以是N通道接面場效電晶體(Junction Field-effect Transistor，JFET)或是N通道金氧半場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)。
如圖2所示，中央開關元件160也可用一N通道場效電晶體來實現，但不侷限中央開關元件160的類型是否與第一電晶體140和第二電晶體150相同。
在圖2的實施例中，開關元件控制電路170可產生極性與開關信號SW相反的信號，以作為控制信號CTL。如此一來，中央開關元件160便能夠在第一電晶體140和第二電晶體150導通時處於關斷狀態，並在第一電晶體140和第二電晶體150關斷時處於導通狀態。實作上，開關元件控制電路170可用一反向器(inverter)或一反閘(NOT gate)來實現。
如圖3所示，中央開關元件160也可改用一P通道(p-channel)場效電晶體來實現。前述的P通道場效電晶體可以是P通道接面場效電晶體或是P通道金氧半場效電晶體。
在圖3的實施例中，開關元件控制電路170可產生極性與開關信號SW相同的信號，以作為控制信號CTL。如此一來，中央開關元件160便能夠在第一電晶體140和第二電晶體150導通時處於關斷狀態，並在第一電晶體140和第二電晶體150關斷時處於導通狀態。實作上，開關元件控制電路170可用一單純的導線、兩個串連的反向器、一緩衝電路、或其他適當的電路來實現。
圖4為本發明另一實施例的差動式開關電路400簡化後的功能方塊圖。差動式開關電路400利用第一電晶體440和第二電晶體450來取代前述的第一電晶體140和第二電晶體150，且第一電晶體440和第二電晶體450都是用P通道場效電晶體來實現。
前述有關圖1中的元件的連接關係、實施方式、運作方式、以及相關優點等說明，亦適用於圖4的實施例。為簡潔起見，在此不重複敘述。
與前述實施例類似，當開關信號SW被用來導通差動式開關電路400時，開關信號SW會導通第一電晶體440並同時導通第二電晶體450，使得第一輸出端122和第二輸出端124分別輸出第一輸出信號SON和第二輸出信號SOP。此時，開關元件控制電路170會利用控制信號CTL關斷中央開關元件160，以使得第一電晶體440與第二電晶體450兩者的控制端之間形成斷路而無法導通。在此情況下，相當於是第一電晶體440與第二電晶體450兩者的控制端之間具有很大的電阻值。
如此一來，第一電晶體440與第二電晶體450兩者的控制端之間就不會形成虛擬接地，可有效降低第一電晶體440和第二電晶體450的寄生效應，進而降低差動式開關電路400在導通狀態時的輸入損耗。
當開關信號SW被用來關斷差動式開關電路400時，開關信號SW會關斷第一電晶體440並同時關斷第二電晶體450，使得第一輸出端122和第二輸出端124停止輸出前述的差動式輸出信號。此時，開關元件控制電路170會利用控制信號CTL導通中央開關元件160，以使得第一電晶體440與第二電晶體450兩者的控制端之間形成通路。在此情況下，第一電晶體440與第二電晶體450兩者的控制端之間會形成虛擬接地的效果，能夠有效提升第一電晶體440和第二電晶體450的等效對地寄生電容的大小。
如此一來，流經第一電晶體440與第二電晶體450的殘餘信號會流向前述的虛擬接地處而互相抵銷，因此不會流向差動式開關電路400的第一輸出端122和一第二輸出端124，所以能有效提升差動式開關電路400在關斷狀態時的信號隔離度。
如圖5所示，差動式開關電路400的中央開關元件160也可用一P道場效電晶體來實現，但不侷限中央開關元件160的類型是否與第一電晶體440和第二電晶體450相同。在此情況下，與圖2的實施例相同，開關元件控制電路170可產生極性與開關信號SW相反的信號，以作為控制信號CTL，使得中央開關元件160能夠在第一電晶體440和第二電晶體450導通時處於關斷狀態，並在第一電晶體440和第二電晶體450關斷時處於導通狀態。
如圖6所示，差動式開關電路400的中央開關元件160也可改用一N通道場效電晶體來實現。在此情況下，與圖3的實施例相同，開關元件控制電路170可產生極性與開關信號SW相同的信號，以作為控制信號CTL，使得中央開關元件160能夠在第一電晶體440和第二電晶體450導通時處於關斷狀態，並在第一電晶體440和第二電晶體450關斷時處於導通狀態。
在說明書及申請專利範圍中使用了某些詞彙來指稱特定的元件，而本領域內的技術人員可能會用不同的名詞來稱呼同樣的元件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作爲區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作爲區分的基準。在說明書及申請專利範圍中所提及的「包含」爲開放式的用語，應解釋成「包含但不限定於」。另外，「耦接」一詞在此包含任何直接及間接的連接手段。因此，若文中描述第一元件耦接於第二元件，則代表第一元件可通過電性連接或無線傳輸、光學傳輸等信號連接方式而直接地連接於第二元件，或通過其它元件或連接手段間接地電性或信號連接至第二元件。
以上僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明請求項所做的等效變化與修改，皆應屬本發明的涵蓋範圍。
100、400‧‧‧差動式開關電路(differential switch circuit)
112‧‧‧第一輸入端(first input terminal)
114‧‧‧第二輸入端(second input terminal)
122‧‧‧第一輸出端(first output terminal)
124‧‧‧第二輸出端(second output terminal)
130‧‧‧開關信號接收端(switch signal receiving terminal)
140、440‧‧‧第一電晶體(first transistor)
150、450‧‧‧第二電晶體(second transistor)
160‧‧‧中央開關元件(central switch element)
170‧‧‧開關元件控制電路(switch element control circuit)
CTL‧‧‧控制信號(control circuit)
SIN‧‧‧第一輸入信號(first input signal)
SIP‧‧‧第二輸入信號(second input signal)
SON‧‧‧第一輸出信號(first output signal)
SOP‧‧‧第二輸出信號(second output signal)
SW‧‧‧開關信號(switch signal)
圖1至圖6為本發明不同實施例的差動式開關電路簡化後的功能方塊圖。
100‧‧‧差動式開關電路
112‧‧‧第一輸入端
114‧‧‧第二輸入端
122‧‧‧第一輸出端
124‧‧‧第二輸出端
130‧‧‧開關信號接收端
140‧‧‧第一電晶體
150‧‧‧第二電晶體
160‧‧‧中央開關元件
170‧‧‧開關元件控制電路

Claims (9)

  1. 一種差動式開關電路(100；400)，包含： 一對差動式信號輸入端，其包含一第一輸入端(112)和一第二輸入端(114)； 一對差動式信號輸出端，其包含一第一輸出端(122)和一第二輸出端(124)； 一開關信號接收端(130)，用於接收控制該差動式開關電路(100；400)的一開關信號(SW)； 一第一電晶體(140；440)，其中，該第一電晶體(140；440)的一第一端耦接於該第一輸入端(112)，該第一電晶體(140；440)的一第二端耦接於該第一輸出端(122)，且該第一電晶體(140；440)的一控制端耦接於該開關信號接收端(130)； 一第二電晶體(150；450)，其中，該第二電晶體(150；450)的一第一端耦接於該第二輸入端(114)，該第二電晶體(150；450)的一第二端耦接於該第二輸出端(124)，且該第二電晶體(150；450)的一控制端耦接於該開關信號接收端(130)； 一中央開關元件(160)，設置於該第一電晶體(140；440)與該第二電晶體(150；450)兩者的控制端之間的信號路徑上；以及 一開關元件控制電路(170)，耦接於該開關信號接收端(130)與該中央開關元件(160)的一控制端之間，能夠依據該開關信號(SW)產生一控制信號(CTL)，以控制該中央開關元件(160)； 其中，當該開關信號(SW)導通該第一電晶體(140；440)並導通該第二電晶體(150；450)時，該開關元件控制電路(170)利用該控制信號(CTL)關斷該中央開關元件(160)，而當該開關信號(SW)關斷該第一電晶體(140；440)並關斷該第二電晶體(150；450)時，該開關元件控制電路(170)利用該控制信號(CTL)導通該中央開關元件(160)。
  2. 如請求項1所述的差動式開關電路(100；400)，其中，該第一電晶體(140)和該第二電晶體(150)都是N通道場效電晶體，而該中央開關元件(160)也是一N通道場效電晶體。
  3. 如請求項2所述的差動式開關電路(100；400)，其中，該開關元件控制電路(170)能夠產生一極性與該開關信號(SW)相反的信號，以作為該控制信號(CTL)。
  4. 如請求項1所述的差動式開關電路(100；400)，其中，該第一電晶體(140)和該第二電晶體(150)都是N通道場效電晶體，而該中央開關元件(160)是一P通道場效電晶體。
  5. 如請求項4所述的差動式開關電路(100；400)，其中，該開關元件控制電路(170)能夠產生一極性與該開關信號(SW)相同的信號，以作為該控制信號(CTL)。
  6. 如請求項1所述的差動式開關電路(100；400)，其中，該第一電晶體(140)和該第二電晶體(150)都是P通道場效電晶體，而該中央開關元件(160)也是一P通道場效電晶體。
  7. 如請求項6所述的差動式開關電路(100；400)，其中，該開關元件控制電路(170)能夠產生一極性與該開關信號(SW)相反的信號，以作為該控制信號(CTL)。
  8. 如請求項1所述的差動式開關電路(100；400)，其中，該第一電晶體(140)和該第二電晶體(150)都是P通道場效電晶體，而該中央開關元件(160)是一N通道場效電晶體。
  9. 如請求項8所述的差動式開關電路(100；400)，其中，該開關元件控制電路(170)能夠產生一極性與該開關信號(SW)相同的信號，以作為該控制信號(CTL)。
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