TWI604692B - 可切換信號路由電路、用於操作可切換信號路由電路之方法、及相關電腦程式 - Google Patents

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TWI604692B
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喬凡尼 畢安琪
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Description

可切換信號路由電路、用於操作可切換信號路由電路之方法、及相關 電腦程式 發明領域
本發明之實施例係關於一種用於在至少一輸入埠與至少一輸出埠之間投送信號之可切換信號路由電路。其他實施例係關於一種用於操作可切換信號路由電路之方法。一些實施例係關於一種組合式RF可變分裂器+開關(RF=射頻)。
發明背景
將需要具有分配網路，該分配網路經設計以同時將一輸入埠之信號發送至N個輸出埠，其中具有以下額外要求(或約束)：
1.分配網路應為寬頻帶，理想地為自DC至無限頻率(DC=直流電)。
2.分配網路之N個輸出埠中的各者應可個別地選擇為傳輸埠或非傳輸埠。
3.作為最低要求，分配網路之經選擇以進行傳輸之輸入埠及所有M(1MN)個輸出埠應為阻抗匹配型。
4.作為額外要求，不僅M個傳輸埠應為阻抗匹配型，而且剩餘傳輸埠亦應為阻抗匹配型，亦即，分配網路之所有N+1個埠應為阻抗匹配型，而獨立於哪個(哪些)埠正傳輸。
5.應減少(或甚至最小化)分配網路之插入損失。
6.應減少(或甚至最小化)分配網路之溫度相依性。
7.應增加(或甚至最大化)分配網路之線性。
8.應減少(或甚至最小化)分配網路對製造程序變化的敏感性及後期生產對準的要求。
對上文所列出之要求中之一些要求但並非所有要求成立的一個可能結構為單刀N擲(SPNT)開關，其中在此上下文內，N為整數倍數且代表「多個」。SPNT開關之詳細描述可見於以下文件中：Roberto Sorrentino、Giovanni Bianchi：Microwave and RF Engineering，第10章，第363至389頁。SPNT開關之主要缺點在於：當時可在可用的N個輸出埠當中選擇僅一個輸出埠。
因此，至少陳述N個輸出埠中之各者應可個別地選擇為傳輸埠或非傳輸埠的要求2未得到滿足。
滿足上文所列出之要求中之一些要求但再次並非所有要求的一個其他電路為N-輸出分裂器10，其示意性地表示於圖1中。其由N+1個等值電阻器(在圖1中指示為R1至RN+1)及N+1個埠(在圖1中指示為P1至PN+1)組成。N+1 個等值R1至RN+1電阻器將N+1個埠P1至PN+1連接至一共同節點12。由此，等值電阻器R1至RN+1包含固定或恆定電阻值。
用於同時匹配所有N+1個埠P1至PN+1(亦即，用於實現陳述經選擇以進行傳輸之輸入埠及所有M個輸出埠應為阻抗匹配型的要求3及陳述不僅M個傳輸埠應為阻抗匹配型而且剩餘傳輸埠亦應為阻抗匹配型的要求4)的條件為：
其中R0為參考阻抗，其通常等於50Ω。
在藉由等式(1)描述之條件下，圖1中之網路的散射參數為
此係因為所有埠全部等效。
等式(3)確認結構之阻抗匹配且不需要其他註釋。等式(2)陳述：分裂器10將輸入功率傳輸至其N個輸出埠P2至PN+1中之各者，其中線性單位衰減等於輸出埠P2至PN+1自身之數目N的倒數。根據等式(2)，亦遵循：輸入功率PIN(輸入埠P1處呈現的)與全域傳輸至輸出埠P2至PN+1的輸出功率POUT之間的比率為
換言之，可用輸入功率PIN中之僅1/N在輸出埠P2至PN+1之間共用，其中可用輸入功率PIN中之剩餘(N-1)/N耗散於結構10內部。此情形可與陳述應減少(或甚至最小化)分配網路之插入損失的要求5形成對比。另一方面，實現非耗散型N-路功率分割器(power divider)結構之僅有方式係藉由使用無功元件而非電阻器。此等可能性中之一者係基於所謂的Wilkinson功率分割器，如以下文件中所描述：Giovanni Bianchi：Microwave and RF Engineering，第7章，第205至209頁。不幸地，無功元件固有地相依於頻率。因此，非耗散型分散式網路僅可藉由具有相對較少倍頻帶之相對頻寬來實現。
表2以表格列出N-路功率分裂器之電阻值及傳輸係數。換言之，圖2以表格列出固定等值電阻器之電阻值(假定R0=50Ω)及具有數目為1至16之輸出埠的功率分裂器之輸入-輸出傳輸係數(1-輸出功率分裂器為由直接輸入-輸出連接組成之簡單結構)。
圖1中所展示之結構未實現的額外要求為陳述N個輸出埠P2至PN+1中的各者應可個別地選擇為傳輸埠或非傳輸埠的要求2。
發明概要
因此，本發明之目標係減少或甚至避免上文所提 及之缺點。
此目標係藉由根據技術方案1之可切換信號路由電路、根據技術方案15之用於操作可切換信號路由電路之方法及根據技術方案17之電腦程式來解決。
提供一種用於在至少一輸入埠與至少一輸出埠之間投送信號之可切換信號路由電路。該等埠經由可變電阻器而連接至一共同節點，其中該可切換信號路由電路經組配以相依於作用中埠之數目而設定該等可變電阻器之電阻值。
另外，提供一種用於操作可切換信號路由電路之方法，該可切換信號路由電路用於在至少一輸入埠與至少一輸出埠之間投送信號。該等埠借助於可變電阻器而連接至一共同節點。該方法包含相依於作用中埠之數目而設定該等可變電阻器之電阻值。
10‧‧‧N-輸出分裂器
12、23、102‧‧‧共同節點
20‧‧‧被動式可切換功率分裂器
21‧‧‧被動式分裂器
22‧‧‧吸收性SPST開關
222至22N+1‧‧‧單刀單擲(SPST)開關
24‧‧‧參考端子
100‧‧‧可切換信號路由電路
1041至104N-1‧‧‧可切換電阻器單元
P1至PN+1、P1至PL‧‧‧埠
P2至PN+1、Pk‧‧‧輸出埠
Pk'‧‧‧輸入埠
R0‧‧‧參考阻抗
R1至RN+1‧‧‧等值電阻器
SWA、SWB、SWC、SWD、SWE、SWF、SWG、SWH、SW1至SWN‧‧‧開關
本文中參考所附圖式描述本發明之實施例。
圖1展示被動式N-路分裂器之方塊圖。
圖2以表格列出N-路功率分裂器之電阻值及傳輸係數。
圖3展示被動式可切換功率分裂器之方塊圖。
圖4a展示具有串聯元件之吸收性SPST之方塊圖。
圖4b展示具有並聯元件之吸收性SPST之方塊圖。
圖5展示根據本發明之實施例之可切換信號路由電路的方塊圖。
圖6a展示可變電阻器之方塊圖。
圖6b展示圖6a中所展示之可變電阻器的基於PIN二極體之實施。
圖6c展示圖6a中所展示之可變電阻器的基於FET之實施。
圖7a展示可變電阻器之方塊圖。
圖7b展示根據本發明之實施例的圖7a中所展示之可變電阻器的實施的方塊圖。
圖7c展示根據本發明之另一實施例的圖7a中所展示之可變電阻器的實施的方塊圖。
圖7d展示根據本發明之另一實施例的圖7a中所展示之可變電阻器的實施的方塊圖。
圖7e展示根據本發明之另一實施例的圖7a中所展示之可變電阻器的實施的方塊圖。
圖8以表格列出圖7b中所展示之可變電阻器及圖7c中所展示之可變電阻器可提供的不同電阻值。
圖9以表格來比較需要圖7b中所展示之可變電阻器的電阻器單元之數目與需要圖7c中所展示之可變電阻器的電阻器單元之數目以用於提供相同數目個不同電阻值。
較佳實施例之詳細說明
在以下描述中藉由同等或等效參考數字來表示 同等或等效元件或具有同等或等效功能性之元件。
在描述本發明之實施例之前，呈現藉由在輸出處引入額外SPST開關實現要求2(陳述N個輸出埠中的各者應可個別地選擇為傳輸埠或非傳輸埠)之被動式可切換功率分裂器。
圖3展示被動式可切換功率分裂器20之方塊圖。應注意，圖3中所展示之結構係基於圖1中所展示之結構，其中在N個輸出埠(藉由P2至PN+1表示)處添加N個單刀單擲(SPST)開關222至22N+1。由此，SPST開關為在N=1之情況下的SPNT開關之特殊且簡化狀況。
換言之，被動式可切換功率分裂器20包含：被動式分裂器21，其包含N+1個等值電阻器R1至RN+1；及N個單刀單擲(SPST)開關222至22N+1，其連接於等值電阻器R2至RN+1與輸出埠P2至PN+1之間。
圖3中所使用之SPST開關222至22N+1為吸收性的，此係因為：其呈現與其埠中之兩者的理想地完美阻抗匹配，而獨立於各別埠係正傳輸(亦即，作用中)抑或未在傳輸(亦即，非作用中)，或換言之，獨立於設定狀態。因此，圖3中所展示之被動式分裂器20如在正常狀況下般(所有其埠為阻抗匹配型)運作，而所有輸出埠P2至PN+1可經個別地選擇以進行傳輸或不進行傳輸。
圖4a及圖4b展示在非傳輸狀態下阻抗匹配之吸收性SPST開關的兩個替代結構。更精確地，圖4a展示具有串聯元件(具有R0之SWA及具有R0之SWC)的吸收性SPST開 關之實現，其中圖4b展示具有並聯元件(具有R0之SWD及具有R0之SWH)的吸收性SPST開關之實現。
圖4a中所展示之吸收性SPST開關22包含輸入埠Pk'、輸出埠Pk、參考端子24、第一開關SWA、第二開關SWB、第三開關SWC、第一參考阻抗R0及第二參考阻抗R0。
第一開關SWA及第二開關SWB串聯連接於輸入埠Pk'與輸出埠Pk之間。第一開關SWA與第二開關SWB之間的共同節點23經由第三開關SWC連接至參考端子24。參考端子24可經組配以提供參考電位，例如，接地電位。因此，參考端子24可為接地端子。
換言之，第一開關SWA、第二開關SWB及第三開關SWC在輸入埠Pk'、輸出埠Pk與參考端子24之間形成星形連接。
第一參考阻抗R0並聯連接至第一開關SWA，其中第二參考阻抗R0並聯連接至第二開關SWB。
圖4b中所展示之吸收性SPST開關22包含輸入埠Pk'、輸出埠Pk、參考端子24、第四開關SWD、第五開關SWE、第六開關SWF、第七開關SWG、第八開關SWH、第一參考阻抗R0及第二參考阻抗R0。
第五開關SWE及第七開關SWG串聯連接於輸入埠Pk'與輸出埠Pk之間。第五開關SWE與第七開關SWG之間的共同節點23經由第六開關SWF連接至參考端子24(中之一者)。換言之，第五開關SWE、第六開關SWF及第七開關SWG在輸入埠Pk'、輸出埠Pk與參考端子24(中之一者)之間形成星 形連接。
第四開關SWD及第一參考阻抗R0串聯連接於輸入埠Pk'與參考端子24(中之一者)之間。第八開關SWH及第二參考阻抗R0串聯連接於輸出埠Pk與參考端子24(中之一者)之間。
應注意，參考端子24可為提供接地電位之接地端子。
如已經提及，可將圖4a中所展示之吸收性SPST開關22或圖4b中所展示之吸收性SPST開關22添加至圖1中所展示的被動式N-路分裂器10之輸出中之各者，以獲得圖2中所展示之被動式可切換功率分裂器20。
由此，每一SPST開關22具有串聯及並聯開關器件，其可採用極高(理想地為無限)或極低(理想地為零)阻抗值。當開關SWA、SWB、SWE及SWG短路時，SPST開關22將其兩個RF埠Pk'及Pk連接至彼此。當開關SWC、SWD、SWF及SWH短路時，SPST開關22將其兩個RF埠Pk'及Pk彼此隔離。不管是否正傳輸，SPST開關22始終向被動式分裂器21及外部輸出埠P2至PN+1呈現匹配之埠Pk'及Pk。
圖3中所展示之結構的主要不便之處為其插入損失，該插入損失取決於可用輸出埠P2至PN+1之數目N，且並不取決於實際選定的或作用中輸出埠P1至PM+1之數目M(MN)。由於傳輸係數與輸出埠P2至PN+1之數目N成反比，因此當選擇數目小於可用輸出埠之數目時(即，當M<N時)，未實現最小的可能插入損失。以下實例可澄清此情形。
由此，假定網路包含具有R0=50Ω之四個(N=4)輸出埠。根據等式(1)及(3)，獲得圖2中所展示之表格之第四列的值，亦即，針對等值電阻器R1至R5中的各者的30Ω之電阻Rk，及為-12.04dB之輸入-輸出傳輸係數(20．log10(|s k1|))。
若四個輸出埠中僅兩者經選擇作為傳輸，則無論如何獲得為-12.04dB之輸入-輸出傳輸係數(20．log10(|s k1|))，而圖2中所展示之表格之第二列陳述：包含兩個輸出埠之被動式分裂器之傳輸係數應僅為-6,02dB。
因此，在減少數目個作用中輸出埠之狀況下，圖3中所展示之結構並不利用由分裂器提供之機會來實現較低插入損失值。所有此等情形與陳述應減少(或甚至最小化)分配網路之插入損失的要求5形成強烈對比。
隨後，描述本發明之減少或甚至避免上文所提及之缺點的實施例。
在以下描述中，闡述多個細節以提供對本發明之實施例之更透徹解釋。然而，對於熟習此項技術者而言，可在無此等特定細節之情況下實踐本發明之實施例將為顯而易見的。在其他例子中，以方塊圖形式而非詳細地展示熟知之結構及器件，以便避免混淆本發明之實施例。另外，除非另外特別地提到，否則可將下文所描述之不同實施例之特徵彼此組合。
圖5展示根據本發明之實施例之可切換信號路由電路100的方塊圖。可切換信號路由電路100經組配以在至 少一輸入埠與至少一輸出埠之間投送信號，其中埠P1至PN+1經由可變電阻器R1至RN+1連接至一共同節點102。可切換信號路由電路100經組配以相依於作用中埠P1至PL之數目L而設定可變電阻器R1至RN+1之電阻值。
根據本發明之概念，可切換信號路由電路100包含可變電阻器R1至RN+1，而非固定等值電阻器(圖1中係如此狀況)。換言之，用可變電阻器R1至RN+1替換圖1中所展示之被動式N-路分裂器之固定等值電阻器R1至RN+1。此外，可切換信號路由電路100經組配以相依於作用中埠P1至PL之數目L而設定可變電阻器R1至RN+1之電阻值。
由此，N可為大於或等於二(N2)之自然數，其中L可為大於或等於二且小於或等於N+1之自然數(2LN+1)。
舉例而言，可切換信號路由電路100可包含3個、4個、5個、10個、20個、30個、40個、50個、100個或甚至更多埠P1至PN+1。
應注意，可切換信號路由電路100可包含多個輸入/輸出埠P1至PN+1，其中該等多個輸入/輸出埠P1至PN+1中之至少一者用作輸入埠，且其中該等多個輸入/輸出埠P1至PN+1中之至少另一者用作輸出埠。
舉例而言，可切換信號路由電路100可包含一輸入埠P1及多個輸出埠P2至PN+1。在彼狀況下，可切換信號路由電路100可被稱作信號分裂器。
此外，可切換信號路由電路可包含多個輸入埠P2 至PN+1及一輸出埠P1。在彼狀況下，可切換信號路由電路100可被稱作信號組合器。
自然地，可切換信號路由電路100亦可同時包含多個輸入埠及多個輸出埠。或換言之，可切換信號路由電路100亦可同時包含一個以上輸入埠(例如，2個、3個、5個、10個、20個、30個、50個或甚至更多輸入埠)及一個以上輸出埠(例如，2個、3個、5個、10個、20個、30個、50個或甚至更多輸出埠)。
在一些實施例中，可切換信號路由電路100可經組配以接收描述作用中埠P1至PL之數目L之控制資訊且回應於控制資訊而自動地設定可變電阻器R1至RN+1之電阻值。
由此，可切換信號路由電路100可經組配以設定所有可變電阻器R1至RN+1之電阻值。另外，可切換信號路由電路100可經組配以僅設定連接至作用中埠P1至PL之可變電阻器R1至RL之電阻值。
另外，可切換信號路由電路100可經組配以個別地設定各可變電阻器R1至RN+1或連接至作用中埠P1至PL之各可變電阻器R1至RL的電阻值。
此外，可切換信號路由電路100可經組配以將可變電阻器R1至RN+1之電阻值或連接至作用中埠P1至PL之電阻器R1至RL的電阻值設定至相同值。
舉例而言，可切換信號路由電路100可經組配以基於以下公式在±10%(或5%，或3%，或1%)之容許度內設 定可變電阻器R1至RN+1中之各者的電阻值R：
其中M=L-1，其中L為作用中埠之數目，且其中R0為參考阻抗，例如，具有50Ω(或60Ω，或70Ω，或110Ω)之電阻。
另外，可切換信號路由電路100可經組配以藉由端接電阻器(termination resistor)來端接非作用中埠PL+1至PN+1。
端接電阻器可在非作用中埠PL+1至PN+1處提供參考阻抗。舉例而言，端接電阻器可具有50Ω(或60Ω，或70Ω，或110Ω)之參考阻抗R0。
此外，可切換信號路由電路100可經組配以將非作用中埠PL+1至PN+1與共同節點102斷開。
可切換信號路由電路100(N+1埠網路)可用以將一輸入埠處呈現之一輸入信號分配至M個可選擇之輸出埠或將連接至M個可選擇之輸入埠的M個源組合至一共同輸出埠。在第一種狀況下，網路100之埠P1可為輸入埠，且剩餘N個埠P2至PN+1可為輸出埠。在第二種狀況下，網路100之埠P1可為輸出埠，其中剩餘N個埠P2至PN+1可為輸入埠。
可重新組配之分配網路100可為純被動式的且理想地或幾乎線性的。根據此情形，遵循：實務上，網路100亦為可逆的。因此，作為源分配器(或分裂器)或源組合器之使用狀況為全部等效的。因此，關於作為源分配器之使用 狀況的以下考慮事項亦可適用於作為源組合器之使用狀況。
換言之，在下文中，假定：可切換信號路由電路100包含一輸入埠P1及多個輸出埠P2至PN+1。由此，藉由M來表示選定或作用中輸出埠之數目，其中M等於作用中埠(亦即，作用中輸入及輸出埠)之數目L減去一(M=L-1)。
如已經指示，本發明所基於之基本想法係用可變受控電阻器來替換圖1中所展示之被動式分裂器10之固定電阻器Rk(1kN+1)。更精確地，與輸入埠P1及選定輸出埠P2至PL=M+1連接之L=M+1個電阻器將採用值R0．(M-1)/(M+1)，其中M(1MN)為所選定(或作用中)輸出埠之數目。與未選定輸出埠PL+1至PN+1連接之剩餘N-M個電阻器RL+1至RN+1將理想地為開路。
射頻(RF)下之電流(電壓)受控電阻器之經典實施使用正-本徵-負(positive intrinsic negative，PIN)二極體或場效電晶體(FET)，如以下文件中所描述：Giovanni Bianchi：Microwave and RF Engineering，第10章，第389至400頁。
圖6a至圖6c概述所得結構。由此，圖6a展示可變電阻器Rk(1kN+1)之方塊圖，其中圖6b展示圖6a中所展示之可變電阻器Rk的基於PIN二極體(電流受控)之實施，且其中圖6c展示圖6a中所展示之可變電阻器Rk的基於FET(電壓受控)之實施。
以下問題為圖6a至圖6c中所展示之可變電阻實施之主要缺點。
9.所得RF電阻可具有對控制量(電流或電壓)之值的關鍵相依性。
10.所得RF電阻亦隨溫度而改變。
11.針對給定控制量及溫度之所得RF電阻在分段之間改變。
12.所得網路固有地為非線性的，尤其在可變電阻經設定至中間狀態(既不接近於其最低可能阻抗，亦不接近於其最高可能阻抗)時。
問題9至11與要求6(陳述應減少(或甚至最小化)分配網路之溫度相依性)及要求8(陳述應減少(或甚至最小化)分配網路對製造程序變化的敏感性及後期生產對準的要求)形成強烈對比。由此，尤其問題10與要求6形成強烈對比。
此外，問題12傾向於阻止達成要求7(陳述應增加(或甚至最大化)分配網路之線性)。
此等考慮事項建議：使用圖7a至圖7c之方案來實施「數位」受控可變電阻器。圖7a至圖7c之開關元件可分別藉由圖4a或圖4b中所展示之類型之電路解決方案用PIN二極體或FET來實現。圖7b及圖7c之狀況下之特性為：半導體器件(PIN二極體或FET)不在其中間電阻下使用，而僅在極端狀態(亦即，理想地開路或短路)下使用。彼解決方案移除問題9且強烈地減少問題10、11及12。實際上，PIN(FET)需要高於或低於針對最小或最大電阻狀態之給定限制的驅動電流(電壓)。此外，分段之間的非線性、溫度相依性及參 數變化在極端阻抗區中通常比在中間阻抗區中小得多。
圖7a展示根據本發明之實施例之可變電阻器的方塊圖。圖7a中所展示之可變電阻器Rk可用於實施圖5中所展示之可切換信號路由電路100之可變電阻器R1至RN+1，其中k為大於或等於一且小於或等於N+1(1kN+1)之自然數。
圖7b展示根據本發明之實施例的圖7a中所展示之可變電阻器Rk的實施的方塊圖。
圖7b中所展示之可變電阻器Rk可連接於共同節點102與多個埠P1至PN+1中之一者之間。因此，可切換信號路由電路100可包含連接於多個埠P1至PN+1與共同節點102之間的多個可變電阻器Rk。
可變電阻器Rk中之各者可包含開關SW0以便在各別埠處於非作用中狀態時，將各別埠與共同節點102斷開。應注意，儘管在圖7b中展示為可切換電阻器Rk之部分，但開關SW0亦可在可變電阻器Rk之外部實施。在彼狀況下，開關SW0可與可變電阻器Rk串聯連接於共同節點102與各別埠之間，以便在埠處於非作用中狀態時，將埠與共同節點102斷開(及在埠處於作用中狀態時，將埠連接至共同節點)。
此外，各可變電阻器Rk可包含串聯連接之多個可切換電阻器單元1041至104N-1，其中可切換電阻器單元1041至104N-1可在作用中與非作用中之間切換。
應注意，當電阻器單元之電阻有效時，電阻器單 元可處於其作用中狀態，其中當可切換電阻器單元之電阻無效(例如，繞過)時，可切換電阻器單元可處於其非作用中狀態。
該等多個可切換電阻器單元1041至104N-1可包含不同電阻值，其中可切換信號路由電路100可經組配以藉由選擇性地啟動一或多個各別電阻器單元1041至104N-1而設定各別可變電阻器Rk之電阻值。
該等多個可切換電阻器單元1041至104N-1中之各者可包含電阻器元件與開關之並聯連接。
如圖7b中所指示，該等多個可變電阻器R1至RN+1中之各可變電阻器Rk可包含N個可切換電阻器單元1041至104N-1，其中藉由以下公式在±10%(或5%，或3%，或1%)之容許度內給出N個可切換電阻器單元1041至104N-1中之第j可切換電阻器單元之電阻值Rj：
其中j為可切換電阻器單元1041至104N-1之索引，其中N為可切換信號路由電路100之埠P1至PN+1之數目減去一，且其中R0為參考阻抗，諸如50Ω(或60Ω，或70Ω，或110Ω)。
由此，可切換信號路由電路100可經組配以啟動具有索引j=M=L-1之可切換電阻器單元104j且撤銷啟動其他可切換電阻器單元。
換言之，圖7b之解決方案包含繞過N個電阻器 之N+1個開關元件SW1至SWN。第0開關元件(藉由SW0表示)可用以在對應於電阻自身之輸出埠未在傳輸時，阻止可變電阻結構(其無論如何在各別輸出埠(在處於其非作用中狀態下時)處與R0端接，或在可變電阻器之端子處連接至各別非作用中輸出埠)加載電阻器共同節點102。剩餘N個開關元件除一個開關元件之外始終全部短路，若選擇M個輸出埠(1MN)來傳輸，則該開關元件為SWj=M。在一個單一選定輸出埠(M=1)之特殊狀況下，電阻器相對於彼埠及相對於輸入之所有開關元件短路，而所有其他開關元件開路。
開關SW0之正性副效應為：經選定輸出現在(至少理想地)不與分裂器隔離。因此，對應輸出SPST開關22不再需要在分裂器側上為吸收性的，亦即，可連同相關聯之R0一起移除圖4a或圖4b中之SWA或SWD。此情形將簡化結構，同時改良插入及返回損失。
應注意，圖7b之電阻分配並非獨特的。具有不同開關致動策略之其他可能實施係有可能的，諸如，針對SW1之R0．1/3、針對SW2之R0．(2/4-1/3)、針對SW3之R0．(3/5-2/4-1/3)，等等。在此狀況下，自SW1至SWM之所有M個開關元件將開啟，而自SWM+1至SWN之剩餘N-M個開關元件將短路。
圖7c展示根據本發明之另一實施例的圖7a中所展示之可變電阻器Rk的實施的方塊圖。
各可變電阻器Rk可包含串聯連接之多個可切換 電阻器單元1041至104N-1，其中可切換電阻器單元1041至104N-1可在作用中與非作用中之間切換。
應注意，當電阻器單元之電阻有效時，電阻器單元可處於其作用中狀態，其中當可切換電阻器單元之電阻無效(例如，繞過)時，可切換電阻器單元可處於其非作用中狀態。
該等多個可切換電阻器單元1041至104N-1可包含不同電阻值，其中可切換信號路由電路100可經組配以藉由選擇性地啟動一或多個各別電阻器單元1041至104N-1而設定各別可變電阻器Rk之電阻值。
該等多個可切換電阻器單元1041至104N-1中之各者可包含電阻器元件與開關之並聯連接。
如圖7c中所展示，可變電阻器R1至RN+1中之各電阻器Rk可包含Q個可切換電阻器單元1041至104Q，其中藉由以下公式在±10%(或5%，或7%，或10%)之容許度內給出Q個可切換電阻器1041至104Q單元中之第i可切換電阻器單元之電阻值Ri：
其中i為可切換電阻器單元之索引，其中Q=log2N，其中N為可切換信號路由100電路之埠P1至PN+1之數目減去一，且其中R x 為給定阻抗。
換言之，可藉由圖7c中所展示之二進位結構來近似不同數目個選定輸出埠所需之各種電阻值。此情形簡化結構，但以所實現之電阻值之較低準確度為代價(至少 在理想狀況下)。
實務上，較低數目個開關元件始終給出低得多之RF寄生效應，此情形很可能過度補償準確度之缺乏。
圖7d展示展示根據本發明之另一實施例的圖7a中所展示之可變電阻器Rk的實施的方塊圖的方塊圖。
此外，各可變電阻器Rk可包含並聯連接之多個可切換電阻器單元1041至104N-1，其中可切換電阻器單元1041至104N-1可在作用中與非作用中之間切換。
應注意，當電阻器單元之電阻有效時，電阻器單元可處於其作用中狀態，其中當可切換電阻器單元之電阻無效(例如，繞過)時，可切換電阻器單元可處於其非作用中狀態。
該等多個可切換電阻器單元1041至104N-1可包含不同電阻值，其中可切換信號路由電路100可經組配以藉由選擇性地啟動一或多個各別電阻器單元1041至104N-1而設定各別可變電阻器Rk之電阻值。
該等多個可切換電阻器單元1041至104N-1中之各者可包含電阻器元件與開關之串聯連接。
如圖7d中所指示，該等多個可變電阻器R1至RN+1中之各可變電阻器Rk可包含N個可切換電阻器單元1041至104N-1，其中藉由以下公式在±10%(或5%，或3%，或1%)之容許度內給出N個可切換電阻器單元1041至104N-1中之第j可切換電阻器單元之電阻值Rj：
其中j為可切換電阻器單元1041至104N-1之索引，其中N為可切換信號路由電路100之埠P1至PN+1之數目減去一，且其中R0為參考阻抗，諸如50Ω(或60Ω，或70Ω，或110Ω)。
由此，可切換信號路由電路100可經組配以啟動具有索引j=M=L-1之可切換電阻器單元104j且撤銷啟動其他可切換電阻器單元。
圖7e展示根據本發明之另一實施例的圖7a中所展示之可變電阻器Rk的實施的方塊圖。
各可變電阻器Rk可包含並聯連接之多個可切換電阻器單元1041至104N-1，其中可切換電阻器單元1041至104N-1可在作用中與非作用中之間切換。
應注意，當電阻器單元之電阻有效時，電阻器單元可處於其作用中狀態，其中當可切換電阻器單元之電阻無效(例如，繞過)時，可切換電阻器單元可處於其非作用中狀態。
該等多個可切換電阻器單元1041至104N-1可包含不同電阻值，其中可切換信號路由電路100可經組配以藉由選擇性地啟動一或多個各別電阻器單元1041至104N-1而設定各別可變電阻器Rk之電阻值。
該等多個可切換電阻器單元1041至104N-1中之各者可包含電阻器元件與開關之串聯連接。
如圖7e中所展示，可變電阻器R1至RN+1中之各電阻器Rk可包含Q個可切換電阻器單元1041至104Q，其中藉由以下公式在±10%(或5%，或7%，或10%)之容許度內給出Q個可切換電阻器1041至104Q單元中之第i可切換電阻器單元之電阻值Ri：
其中i為可切換電阻器單元之索引，其中Q=log2N，其中N為可切換信號路由100電路之埠P1至PN+1之數目減去一，且其中R x 為給定阻抗。
為了進行概述，圖7b之電路實施使用N+1個串聯胞元，各胞元包含具有一並聯電阻器之一FET(明顯例外為SW0，其不具有並聯電阻器，但彼胞元可被視為具有並聯無限電阻之一FET)。全部(至少根據原則)等效實施展示於圖7d中。圖7d中之網路可僅藉由開關FET之不同致動策略來實現與圖7b中之情形確切相同之電阻值[0,R0/3,...R0．(N-1)/(N+1),∞]。
類似地，圖7c之電路亦可實施為圖7e之情形，亦即，圖7e之情形亦實現2Q個不同電阻值(當然加上開路及短路)。計算策略與圖7c中之網路之狀況相同，僅藉由各種狀態下之不同電阻值(記住：圖7c及圖7d之網路亦不會確切地在各種狀態下實現所需電阻。兩種情形給出近似值，兩個網路之值不相同，但對於兩個網路，可使所得反射係數(9)相同)。
圖8以表格列出圖7b中所展示之可變電阻器Rk及 圖7c中所展示之可變電阻器Rk可提供的電阻值。由此，圖7b中所展示之結構實現圖8中所展示的表格之第一列中所列出的電阻值，其中圖5c中所展示之結構實現圖8中所展示的表格之第二列中所列出的電阻值。
圖9以表格來比較需要圖7b中所展示之可變電阻器Rk的電阻器單元1041至104N之數目N與需要圖7c中所展示之可變電阻器Rk的電阻器單元1041至104Q之數目Q，以用於提供相同數目個不同電阻值。
換言之，圖9以表格分別在第一行及第二行上列出確切(圖7b)實現及二進位(圖7c)實現所需之開關元件之數目。
在下文中，論述藉由圖7c中所展示之二進位數位可變電阻器Rk實現的組件值(或電阻值)。任何電阻器之電阻Rk=R(M)採用2Q個可能值當中之值，亦即，0、RX、2．RX、3．RX、......、(2Q-1)．RX。輸入埠P1處呈現之電阻為：
所得反射係數為：
一種可能的設計方法可包含選擇位電阻RX及二進位階梯可變電阻器Rk之2Q個可用狀態當中之N個狀態， 以便使反射係數(8)之振幅最小化。就彼而言，一個可能的自由度為將考慮之值，亦即，不同數目個選定埠當中之最壞狀況，或值之間的平均值，或不同組合。
舉例而言，若N=4，則用於最好的最壞狀況返回損失之最佳位電阻為RX 12.1Ω，對於M=2，該位電阻給出約22.67dB之最壞狀況返回損失。
在二之整數冪的數目個輸出之特殊(但頻繁)狀況下(N=2N_INTEGER，其中N_INTEGER為整數，例如，N=2、4、8、......)，可用狀態之數目不大於所需數目。在彼狀況下，設計程序限於RX之選擇，除非在二進位階梯可變電阻器中引入更多級，以便得到靈活性及較好阻抗匹配。
為了進行概述，上文所描述之可切換信號路由電路100(線性N+1埠網路)可(但不限於)將共同輸入埠處呈現之信號分裂至M個可選擇之輸出埠，或將M個可選擇之輸入埠處呈現之信號組合至共同輸出埠。由此，可切換信號路由電路100實現以下要求(或約束)(中之至少一些)：
1.可切換信號路由電路為寬頻帶，(理想地，自DC至無限頻率)。電路之較低頻率限制可為DC(0Hz)。較高頻率限制可為理想地無限(在理想FET之狀況下)。用於最大可用頻率之實務值係由若干因素之組合產生，亦即，埠之數目(在本文中用N+1表示，N愈高，最大頻率愈低)、關於理想狀況的可接受之效能降級、FET技術(亦即，實際FET並未表現為理想受控開關，而是在接通及切斷狀態下，其呈現有限電阻、寄生電抗)、組裝技術之類 型(該情形亦添加寄生電抗)。典型數目可為N=4，砷化鎵單片微波積體電路(Gallium Arsenide Monolithic Microwave Integrated Circuit，Ga-As MMIC)技術，在最高頻率下之插入損失具有1至2dB降級[與等式(2)之理想狀況相比較而言，該理想狀況給出s21=0.25，亦即，-12dB]，最大頻率=10GHz。
2. N個輸出埠P2至PN+1中之各者可個別地選擇作為傳輸埠或非傳輸埠。
3.經選擇以進行傳輸之輸入埠P1及所有M個輸出埠P2至PM+1可為阻抗匹配型。
4.不僅M個傳輸埠P2至PM+1可為阻抗匹配型，而且剩餘輸出埠PM+2至PN+1亦可為阻抗匹配型，亦即，器件100之所有N+1個埠可為阻抗匹配型，而獨立於哪個埠(哪些埠)正傳輸。
5.減少(或甚至最小化)可切換信號路由電路100之插入損失。
6.減少(或甚至最小化)可切換信號路由電路100之溫度相依性。
7.增加(或甚至最大化)可切換信號路由電路100之線性。
8.減少(或甚至最小化)可切換信號路由電路對製造程序變化之敏感性及後期生產對準之要求。
其他實施例提供一種用於操作可切換信號路由電路之方法，該可切換信號路由電路用於在至少一輸入埠 與至少一輸出埠之間投送信號，其中該等埠借助於可變電阻器連接至一共同節點。該方法包含相依於作用中埠之數目而設定該等可變電阻器之電阻值。
由此，該方法可包含使作用中埠之數目變化，及回應於作用中埠之數目之變化而自動地設定可變電阻器之電阻值。
其他實施例提供一種可變最小插入損失功率組合器結構(可切換信號路由電路)，亦即，圖1或圖2，其中用可變受控電阻器替換固定電阻器R1至RN+1。可如圖7b或圖7c中所展示來實施可變電阻器R1至RN+1。
儘管已在裝置之上下文中描述一些態樣，但應顯而易見，此等態樣亦表示對應方法之描述，其中一區塊或器件對應於一方法步驟或一方法步驟之一特徵。類似地，在方法步驟之上下文中描述之態樣亦表示對應裝置之對應區塊或項目或特徵的描述。方法步驟中之一些方法步驟或全部方法步驟可由硬體裝置(或使用硬體裝置)來執行，硬體裝置類似(例如)微處理器、可規劃電腦或電子電路。在一些實施例中，最重要之方法步驟中之某一或多者可由此裝置來執行。
取決於某些實施要求，本發明之實施例可以硬體或以軟體來實施。可使用數位儲存媒體來執行該實施，數位儲存媒體例如軟碟、DVD、藍光(Blu-Ray)、CD、ROM、PROM、EPROM、EEPROM或快閃記憶體，其具有儲存於其上之電子可讀控制信號，該等電子可讀控制信 號與可規劃電腦系統合作(或能夠與可規劃電腦系統合作)以便執行各別方法。因此，數位儲存媒體可為電腦可讀取的。
根據本發明之一些實施例包含具有電子可讀控制信號之資料載體，該等電子可讀控制信號能夠與可規劃電腦系統合作，以便執行本文中所描述之方法中之一者。
大體而言，本發明之實施例可實施為具有程式碼之電腦程式產品，當電腦程式產品在電腦上執行時，該程式碼可操作以用於執行該等方法中之一者。程式碼可(例如)儲存於機器可讀載體上。
其他實施例包含儲存於機器可讀載體上的用於執行本文中所描述之方法中之一者的電腦程式。
換言之，本發明方法之實施例因此為一種具有程式碼之電腦程式，當電腦程式在電腦上執行時，該程式碼用於執行本文中所描述之方法中之一者。
本發明方法之另一實施例因此為一種資料載體(或數位儲存媒體，或電腦可讀媒體)，其包含記錄於其上的用於執行本文中所描述之方法中之一者的電腦程式。資料載體、數位儲存媒體或記錄媒體通常為有形的及/或非暫時性的。
本發明方法之另一實施例因此為一種資料串流或一信號序列，其表示用於執行本文中所描述之方法中之一者的電腦程式。資料串流或信號序列可(例如)經組配以經由資料通訊連接傳送，例如，經由網際網路。
另一實施例包含處理構件，例如，電腦或可規劃邏輯器件，其經組配或經調適以執行本文中所描述之方法中之一者。
另一實施例包含一種電腦，其具有安裝於其上的用於執行本文中所描述之方法中之一者的電腦程式。
根據本發明之另一實施例包含一種裝置或一系統，其經組配以將用於執行本文中所描述之方法中之一者的電腦程式傳送(例如，以電子或光學方式)至接收器。接收器可(例如)為電腦、行動器件、記憶體器件或其類似者。裝置或系統可(例如)包含用於將電腦程式傳送至接收器之檔案伺服器。
在一些實施例中，可規劃邏輯器件(例如，場可規劃閘陣列)可用以執行本文中所描述之方法之功能性中的一些功能性或全部功能性。在一些實施例中，場可規劃閘陣列可與微處理器合作以便執行本文中所描述之方法中之一者。大體而言，方法較佳地藉由任何硬體裝置來執行。
上文所描述之實施例僅說明本發明之原理。應理解，熟習此項技術者將顯而易見本文中所描述之配置及細節之修改及變化。因此，本發明僅意欲受即將來臨之專利申請專利範圍之範疇限制，而不受借助於對本文中之實施例之描述及解釋呈現的特定細節限制。
100‧‧‧可切換信號路由電路
102‧‧‧共同節點
P1至PN+1‧‧‧埠
R1至RN+1‧‧‧等值電阻器

Claims (19)

  1. 一種可切換信號路由電路，其用於在至少一輸入埠與至少一輸出埠之間投送一信號，其中該等埠經由可變電阻器連接至一共同節點，其中該可切換信號路由電路經組配以相依於作用中埠之一數目而設定該等可變電阻器之電阻值。
  2. 如請求項1之可切換信號路由電路，其中該可切換信號路由電路經組配以接收描述作用中埠之該數目之一控制資訊且回應於該控制資訊而自動地設定該等可變電阻器之該等電阻值。
  3. 如請求項1之可切換信號路由電路，其中該可切換信號路由電路經組配以將非作用中埠與一端接電阻器端接。
  4. 如請求項1之可切換信號路由電路，其中該可切換信號路由電路經組配以將非作用中埠與該共同節點斷開。
  5. 如請求項4之可切換信號路由電路，其中該可切換信號路由電路包含與該等可變電阻器串聯連接於該共同節點與該等埠之間的開關，以便將該等非作用中埠與該共同節點斷開。
  6. 如請求項1之可切換信號路由電路，其中該等可變電阻器中之各者包含串聯連接之多個可切換電阻器單元，其中該等可切換電阻器單元可在作用中與非作用中之間切換。
  7. 如請求項6之可切換信號路由電路，其中該等多個可切 換電阻器單元中之各者包含一電阻器元件與一開關之一並聯連接。
  8. 如請求項1之可切換信號路由電路，其中該等可變電阻器中之各者包含並聯連接之多個可切換電阻器單元，其中該等可切換電阻器單元可在作用中與非作用中之間切換。
  9. 如請求項8之可切換信號路由電路，其中該等多個可切換電阻器單元中之各者包含一電阻器元件與一開關之一串聯連接。
  10. 如請求項6之可切換信號路由電路，其中該等多個可切換電阻器單元包含不同電阻值，其中該可切換信號路由電路經組配以藉由選擇性地啟動一或多個各別電阻器單元而設定該等多個可變電阻器中之該各別可變電阻器之該電阻值。
  11. 如請求項1之可切換信號路由電路，其中該可切換信號路由電路經組配以基於以下公式在±10%之一容許度內設定該等可變電阻器中之各者之該電阻值： 其中M=L-1，其中L為作用中埠之該數目，且其中R0為一參考阻抗。
  12. 如請求項6之可切換信號路由電路，其中該等可變電阻器中之各者包含N個可切換電阻器單元，其中藉由以下公式在±10%之一容許度內給出該等N個可切換電阻器 單元中之第j可切換電阻器單元之該電阻值：(1 j N)其中j為該可切換電阻器單元之一索引，其中N為該可切換信號路由電路之埠之一數目減去一，且其中R0為一參考阻抗。
  13. 如請求項12之可切換信號路由電路，其中該可切換信號路由電路經組配以啟動具有該索引j=L-1之該可切換電阻器單元且撤銷啟動該等其他可切換電阻器單元，其中L為作用中埠之該數目。
  14. 如請求項6之可切換信號路由電路，其中該等可變電阻器中之各者包含Q個可切換電阻器單元，其中藉由以下公式在±10%之一容許度內給出該等Q個可切換電阻器單元中之第i可切換電阻器單元之該電阻值：R i =2 I-1 R X (1 I Q)其中i為該可切換電阻器單元之一索引，其中Q=log2N，其中N為該可切換信號路由電路之埠之一數目減去一，且其中Rx為一給定阻抗。
  15. 如請求項1之可切換信號路由電路，其中該可切換信號路由電路包含一輸入埠及多個輸出埠。
  16. 如請求項1之可切換信號路由電路，其中該可切換信號路由電路包含多個輸入埠及一輸出埠。
  17. 一種用於操作一可切換信號路由電路之方法，該可切換 信號路由電路用於在至少一輸入埠與至少一輸出埠之間投送一信號，其中該等埠借助於可變電阻器連接至一共同節點，其中該方法包含：相依於作用中埠之一數目而設定該等可變電阻器之電阻值。
  18. 如請求項17之方法，其中該方法包含：使作用中埠之該數目變化；以及回應於作用中埠之該數目之該變化而自動地設定該等可變電阻器之該等電阻值。
  19. 一種具有一程式碼之電腦程式，當該電腦程式在一電腦或微處理器上執行時，該程式碼用於執行如請求項17或18之方法。
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