专利名称：射频双极单掷开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及射频开关，具体涉及微波/微米波段开关。
背景技术：
许多应用需要双极单掷(DPST)开关，它在施加特定控制信号时将两个输入之一引导到单个输出。图1示出了单脉冲型雷达接收器10，它是需要DPST开关的一个应用的一个示例。雷达接收器10包括第一和第二接收天线20、30，它们通过低噪音放大器(LNA)40、45而耦接到DPST开关50的两个输入。DPST开关50用于选择两个接收天线20、30之一，因此选择两个所接收信号之一。DPST开关50的输出耦接到混合器60、65，它们将所接收的信号分离为同相(I)和正交相位(Q)分量。
传统上，工作在微波和微米波频率的DPST开关包括基于会是大和昂贵的二极管和传输线的复杂网络。
因此，现在需要一种工作在微波和微米波频率、但是尺寸小并且便宜的DPST开关。
发明内容
本发明的一个例证实施例包括一种开关电路，包括对应于第一输入端口的第一电路部分、对应于第二输入端口的第二电路部分和输出端口，其中，第一和第二电路部分的每个包括至少一个第一晶体管，用于提供分离信道的一部分；至少一个第二晶体管，用于提供传输信道的一部分；以及至少一个第三晶体管，用于提供用于选择传输信道或分离信道的控制偏压。
本发明的一个例证实施例也包括一种用于提供在一个开关电路的至少两个输入和一个输出之间的分离的方法，包括步骤提供用于包括至少一个第一差动放大器对的所述至少两个输入的每个的第一信道，所述第一信道提供在所述开关电路的所述至少两个输入和所述输出之间的分离；提供用于包括至少一个第二差动放大器对的所述至少两个输入的每个的第二信道，所述第二信道提供在所述电路的所述输入和输出之间的耦接；并且，提供控制偏压，所述控制偏压选择相应的第一信道或第二信道的所述至少两个输入之一。
图1示出了传统的单脉冲型雷达接收器。
图2(a)示出了按照本发明的第一例证实施例的双极单掷开关。
图2(b)更详细地示出了图2(a)的双极单掷开关。
图3示出了被实现为集成电路的图2的开关电路。
图4示出了图3中所示的集成电路的放大视图。
图5(a)-5(i)是示出了对于在各种状态中的图2的开关电路的频率对分贝(dB)响应的图。
图6示出了传统的吉伯单元的示意图。
具体实施例方式
本发明的实施例包括双极单掷开关(DPST)开关，它可以被制造为集成电路(IC)。
用于在IC中将两个信号相乘的一种传统技术是通过使用吉伯单元。如本领域内所公知，吉伯单元通常被实现为交叉耦合差动放大器。图6示出了一种例证的吉伯单元100，它包括第一差动放大器对110(包括晶体管111，112)和第二差动放大器对120(包括晶体管121，122)。晶体管111和121的集电极彼此耦接，并且耦接到吉伯单元100的引线“5”。类似地，晶体管112和122的集电极彼此耦接，并且耦接到吉伯单元100的引线“6”。而且，晶体管111和122的基极彼此耦接，并且耦接到吉伯单元100的引线“8”，并且晶体管112和121的基极彼此耦接，并且耦接到吉伯单元的引线“7”。最后，第一差动放大器对110的晶体管111、112的发射极耦接到第一偏置晶体管130的集电极，并且第二差动放大器对120的晶体管121、122的发射极耦接到第二偏置晶体管140的集电极。在操作中，被施加到第一和第二偏置晶体管130、140(通过吉伯单元的引线“1”和“4”)的差分交流电偏置电压控制被施加到吉伯单元的引线“6”和“7”之间的输入射频(RF)信号的幅度。如下面的附图中所示和所述，本发明提出了吉伯单元的各种修改方式，以便它可以被用作DPST开关，这与它传统上被用作放大器相反。
图2(a)示出了按照本发明的第一例证实施例的DPST开关电路200。DPST开关电路200包括第一输入端口201、第二输入端口202和第一输出端口203。开关电路200也包括对应于第一输入端口201的第一开关部分205和对应于第二输入端口202的第二开关部分206。控制输入端口207提供一个电压信号，用于控制开关部分205、206的哪个是有效的(即向输出端口203发送它们的信号)。
第一开关部分205包括晶体管240、241’、245、247、250、252、254和256，第二开关部分206包括晶体管241、240’、246、248、251、253、255和257。在操作中，向控制输入端口207施加到控制电压，以便被施加到晶体管240和240’(Q8，Q16)或晶体管241和241’(Q7，Q15)的基极的电压大于由晶体管的热击穿电压施加到另一组晶体管的电压(例如0.7伏特)。例如，如果被施加到晶体管240、240’的电压大于被施加到晶体管241、241’的电压，则晶体管240、240’被偏置在“导通”，第一输入端口201“看见”高输入阻抗，因此，在第二输入端口202的信号被发送到输出端口203。类似地，如果被施加到晶体管241、241’的电压大于被施加到晶体管240、240’的电压，则晶体管241、241’被偏置在“导通”，并且第二输入端口202“看见”高输入阻抗，因此在第一输入端口201的信号被发送到输出端口203。
在第一输入端口201耦接到输出端口203(例如晶体管240、240’被偏置在“接通”)的情况下，晶体管251和257(Q11，Q12)也被偏置在“导通”，并且晶体管246、248、253和255(Q9，Q10，Q13，Q14)被偏置在“截止”，以便第二部分206根本不安装第一开关部分205的输出，并且从第一输入端口201发送的所有信号将出现在输出端口203。或者，在第二输入端口202耦接到输出端口203(例如晶体管241、241’被偏置在“导通”)的情况下，晶体管250和256(Q1，Q2)也被偏置在“导通”，并且晶体管245、247、252和254(Q3，Q4，Q5，Q6)被偏置在“截止”，以便第一部分205根本不安装第二开关部分206的输出，并且从第二输入端口202发送的所有信号将出现在输出端口203。下面参照图2(b)来说明开关电路200的操作的进一步细节。
图2(b)更详细地示出了按照本发明的第一例证实施例的DPST开关电路200。图2(b)中示出的许多元件也被示出在图2(a)中，并且相同的附图标号表示相同元件。如上所述，DPST开关电路200包括第一输入端口201、第二输入端口202和第一输出端口203。向在输入201、202和输出203之间耦接的晶体管开关208的网络(包括第一部分205和第二部分206)提供电源电压Vdc。电感器210、211在输入端口201、202和输出端口203的直流电源电压Vdc和交流电压之间进行隔离。类似地，电容器215、216隔离来自输出端口203的直流电压。
按照本发明的第一例证实施例，将晶体管开关208的网络的一部分与上述吉伯单元类似地布置。具体上，所述网络包括偏置晶体管240、240’、241、241’(对应于图14所示的吉伯单元的偏置晶体管130、140)、内部晶体管245、246(对应于图14所示的吉伯单元的晶体管112、121)和外部晶体管247、248(对应于图14所示的吉伯单元的晶体管111、122)。但是，不是将内部晶体管245、246的基极彼此耦接，而是它们不耦接。而且，在“修改”的吉伯单元周围提供另外的晶体管250-257。为了容易说明，在图2(b)中未示出用于晶体管240、240’、241、241’、245-248和250-257的每个的偏置电路。
偏置晶体管240和241’、241和240’将它们的发射极耦接在一起，并且耦接到电流源Idc。偏置晶体管240、240’的基极被馈送第一电压源Vdc1，并且偏置晶体管241、241’的基极被馈送第二电压源Vdc2。
可以注意到，开关电路200的晶体管对250/256、245/247、246/248和251/257全部以“射地基地放大器”配置耦接(即发射极耦接)。晶体管的这种射地基地放大器耦接向输入端口201和202的每个提供了高输入阻抗。具体上，当输入端口201被施加到输出端口203时，输入端口202提供了高输入阻抗，并且当输入端口202被应用到输出端口203时，输入端口201提供了高输入阻抗。所述高输入阻抗防止任何一个不需要的端口(例如输入端口201或202)安装期望的信号路径。晶体管对250/256、245/247、246/248和251/257的射地基地放大器配置对于在需要和不需要的信号之间的隔离有很小的影响或没有影响。但是，它保证了所需要的信号被引导到输出端口203，而不是到其他的输入端口。
所述高输入阻抗防止来自未选择的输入端口的外部信号被施加到开关电路200。
两个输入端口201、202的每个耦接到网络晶体管208的独立部分。例如，输入端口201耦接到包括晶体管240、241’、245、250、252、254和256的第一部分205，输入端口202耦接到包括240’、241、246、248、251、253、255和257的第二部分206。这些第一和第二端口205、206的每个还包括“传输”信道和“隔离”信道。例如，第一部分205(对应于输入端口201)的“传输”信道包括晶体管245、247、252和254，并且“隔离”信道包括晶体管250和256。类似地，第二部分206(对应于输入端口202)的“传输”信道包括晶体管246、248、253和255，并且“隔离”信道包括晶体管251和257。
在操作中，向输入端口201和202施加信号，并且在端口201的输入信号或在端口202的输入信号在任何给定时间被发送到输出端口203。选择哪个输入端口(例如201或202)来施加到输出端口203伴随向偏置晶体管240、240’、241和241’的基极施加不同的电压。本领域内的技术人员明白，电压源Vdc1和Vdc2直接地控制被施加到偏置晶体管240、240’、241和241’各自的基极的电压。例如，如果偏置晶体管240和240’比偏置晶体管241和241’具有被施加到其的更大的电压(比晶体管241和241’的大至少大约0.7伏特，它是偏置晶体管的热击穿电压)，输入端口201将耦接加到输出端口203。类似地，如果偏置晶体管241和241’比偏置晶体管241和241’具有被施加到其的更大的电压(比晶体管241和241’的大至少大约0.7伏特)，则输入端口202将耦接到输出端口203。
图3示出了单片实现的图2的开关电路200。图4是更详细地示出了输入端口201、202和输出端口203的单片实现的开关电路200的一部分的放大视图。
图5(a)-5(i)是示出图2的开关电路200的以千兆赫(GHz)的频率对分贝(dB)响应的图。具体上，图5(a)、(e)和(i)分别示出了输入端口201(端口1)、202(端口2)和输出端口203(端口3)的输入阻抗匹配曲线。剩余的附图示出了在不同端口之间的开关电路200的隔离曲线(例如图5(b)示出了在输入端口之一(端口2)和另一个输入端口(端口1)之间的隔离曲线)。本领域内的技术人员可以认识到，在开关电路200的端口201-203之间的隔离在工作频率范围中较为均匀。本领域内的技术人员可以注意到，所述开关电路200总是匹配的(即，每个端口201-203的返回损耗与开关的状态无关地保持不变)。
虽然已经以例证实施例说明了本发明，但是本发明不限于此。而是，应当广义地理解所附的权利要求包括本领域内的技术人员在不脱离本发明的等同者的范围的情况下建立的所述本发明的其他变化形式和实施例。
权利要求
1.一种开关电路，包括对应于第一输入端口的第一电路部分；对应于第二输入端口的第二电路部分；以及输出端口，其中，第一和第二电路部分的每个包括至少一个第一晶体管，用于提供分离信道的一部分；至少一个第二晶体管，用于提供传输信道的一部分；以及，至少一个第三晶体管，用于提供用于选择传输信道或分离信道的控制偏压。
2.按照权利要求1的开关电路，其中，所述电路被形成为一个集成电路。
3.按照权利要求1的开关电路，其中，第一和第二电路部分的每个的至少一个第三晶体管提供控制偏压，用于选择第一和第二输入端口的哪个耦接到输出端口。
4.按照权利要求1的开关电路，其中，所述至少一个第一晶体管包括两个晶体管，并且所述至少一个第二晶体管包括两个晶体管。
5.按照权利要求1的开关电路，其中，所述至少一个第一晶体管包括三个晶体管，并且所述至少一个第二晶体管包括三个晶体管。
6.按照权利要求1的开关电路，其中，所述至少一个第三晶体管包括两个晶体管。
7.按照权利要求1的开关电路，其中，所述至少一个第一晶体管和所述至少一个第二晶体管的相应发射极彼此耦接。
8.按照权利要求7的开关电路，其中，所述至少一个第一晶体管和所述至少一个第二晶体管的相应发射极另外耦接到所述至少一个第三晶体管的集电极。
9.一种用于提供在开关电路的至少两个输入和一个输出之间的隔离的方法，包括步骤提供用于包括至少一个第一差动放大器对的至少两个输入的每个的第一信道，所述第一信道提供了在所述开关电路的所述至少两个输入和所述输出之间的隔离；提供用于包括至少一个第二差动放大器对的至少两个输入的每个的第二信道，所述第二信道提供了在所述电路的所述输入和所述输出之间的耦接；提供了控制偏压，它用于选择所述至少两个输入之一和相应的第一信道或第二信道。
10.一种接收器装置，包括至少一个天线；以及至少一个开关，它耦接到所述天线，所述开关包括对应于第一输入端口的第一电路部分、对应于第二输入端口的第二电路部分、和输出端口，其中，第一和第二电路部分的每个包括至少一个第一晶体管，用于提供分离信道的一部分；至少一个第二晶体管，用于提供传输信道的一部分；以及，至少一个第三晶体管，用于提供用于选择传输信道或分离信道的控制偏压。
11.按照权利要求10的接收器装置，其中，所述第一和第二电路部分的每个的至少一个第三晶体管提供了控制偏压，用于选择第一和第二输入端口的哪个耦接到输出端口。
全文摘要
一种双极单掷(DPST)开关电路，包括对应于第一输入端口的第一电路部分、对应于第二输入端口的第二电路部分和输出端口，其中，第一和第二电路部分的每个包括至少一个第一晶体管，用于提供分离信道的一部分；至少一个第二晶体管，用于提供传输信道的一部分；以及至少一个第三晶体管，用于提供用于选择传输信道或分离信道的控制偏压。
文档编号H01P1/10GK1853346SQ200480026431
公开日2006年10月25日 申请日期2004年6月23日 优先权日2003年7月16日
发明者罗伯特·I·格雷沙姆 申请人:M/A-Com公司