射频电路选通开关的制作方法

本实用新型涉及开关电路设计，尤其涉及一种射频电路选通开关。

背景技术：

射频电路选通开关（例如单刀多掷开关）在射频系统中有着重要的作用，常用于扩展天线通道、系统热备份、脉冲调制等功能电路。在通信领域，尤其是涉及超高频射频识别的应用中，室外固定式读写器需要通过专用电路来扩展天线的数量，增大其覆盖范围。因为实际的应用场景决定固定式读写器需要发射功率大、精准定位电子标签的位置、防止雷击浪涌，因此射频电路选通开关必须具备高承受功率、端口隔离度大且可靠性高的要求。

现有射频电路选通开关的实现方式包括机械式吸合开关、基于砷化镓材料的集成芯片开关等。其中机械式吸合开关的开关次数受到寿命的限制，需要定期更换。而采用集成芯片开关的方式受其材料特性限制，不能承受较大的功率，且抗静电、浪涌性能较差。另外，还有采用电路设计的方式，但是传统的开关电路中为了增加相互端口之间的隔离度加入了非常多的器件，这样也引入了额外的插入损耗，很难实现端口隔离度与插入损耗两项参数之间的平衡。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种射频电路选通开关，解决了现有技术中射频电路选通开关可靠性不高的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型的一种射频电路选通开关，包括：

输入端、第一输出端，在所述输入端与所述第一输出端之间设置有第一开关控制单元；

第二开关控制单元，所述第二开关控制单元的一端连接所述第一开关控制单元与所述第一输出端之间，所述第二开关控制单元的另一端接地，所述第一开关控制单元、第二开关控制单元根据电平信号输入的电平高低以控制所述第一开关控制单元、第二开关控制单元有且仅有一个导通。

作为本实用新型上述射频电路选通开关的进一步改进，所述射频电路选通开关还包括第二输出端、第三开关控制单元、第四开关控制单元，所述第二输出端通过所述第三开关控制单元连接所述输入端，所述第四开关控制单元的一端连接所述第二输出端与所述第三开关控制单元之间，所述第四开关控制单元的另一端接地，所述第三开关控制单元、第四开关控制单元根据电平信号输入的电平高低以控制所述第三开关控制单元、第四开关控制单元有且仅有一个导通。

作为本实用新型上述射频电路选通开关的进一步改进，所述第一开关控制单元和/或第二开关控制单元包括二极管，所述二极管的负极连接第一电容，所述二极管的正极连接第二电容，在所述二极管的负极和所述第一电容之间连接电源电压输入，在所述二极管的正极和所述第二电容之间连接电平信号输入。

作为本实用新型上述射频电路选通开关的进一步改进，所述第三开关控制单元和/或第四开关控制单元包括二极管，所述二极管的负极连接第一电容，所述二极管的正极连接第二电容，在所述二极管的负极和所述第一电容之间连接电源电压输入，在所述二极管的正极和所述第二电容之间连接电平信号输入。

作为本实用新型上述射频电路选通开关的进一步改进，所述第一开关控制单元包括：所述输入端连接第一电容的一端，所述第一电容的另一端连接第一二极管的负极，所述第一二极管的正极连接第二电容的一端，所述第一输出端连接所述第二电容的另一端；

所述第二开关控制单元包括：在所述第二电容与所述第一输出端之间连接第三电容的一端，所述第三电容的另一端连接第二二极管的正极，所述第二二极管的负极连接第四电容的一端，所述第四电容的另一端接地；

在所述第一电容、第一二极管的负极之间及所述第四电容、第二二极管的负极之间连接电源电压输入，在所述第二电容、第一二极管的正极之间连接第一电平信号输入，在所述第三电容、第二二极管的正极之间连接第二电平信号输入。

作为本实用新型上述射频电路选通开关的进一步改进，所述第一电平信号输入与所述第二电平信号输入的电平相反。

作为本实用新型上述射频电路选通开关的进一步改进，所述射频电路选通开关还包括：第三二极管的负极连接所述第一电容、第一二极管的负极之间，所述第三二极管的正极连接第五电容的一端，所述第五电容的另一端连接第二输出端；

在所述第五电容、第二输出端之间顺次连接第六电容、第四二极管的正极，所述第四二极管的负极连接所述第二二极管的负极、第四电容之间；

在所述第五电容、第三二极管的正极之间连接第三电平信号输入，在所述第六电容、第四二极管的正极之间连接第四电平信号输入。

作为本实用新型上述射频电路选通开关的进一步改进，所述射频电路选通开关还包括：第五二极管的负极连接第一电容、第一二极管的负极之间，所述第五二极管的正极连接第七电容的一端，所述第七电容的另一端连接第三输出端，在所述第七电容、第三输出端之间连接第八电容的一端，所述第八电容的另一端连接第六二极管的正极，所述第六二极管的负极连接第九电容的一端，所述第九电容的另一端接地；

第七二极管的负极连接所述第一电容、第五二极管的负极之间，所述第七二极管的正极连接第十电容的一端，所述第十电容的另一端连接第四输出端，在所述第十电容、第四输出端之间连接第十一电容的一端，所述第十一电容的另一端连接第八二极管的正极，所述第八二极管的负极连接所述第六二极管的负极、第九电容之间；

在所述第六二极管的负极、第九电容之间连接电源电压输入；在所述第五二极管的正极、第七电容之间连接第五电平信号输入，在所述第六二极管的正极、第八电容之间连接第六电平信号输入，在所述第七二极管的正极、第十电容之间连接第七电平信号输入，在所述第八二极管的正极、第十一电容之间连接第八电平信号输入。

作为本实用新型上述射频电路选通开关的进一步改进，所述第三电平信号输入与第四电平信号输入、第五电平信号输入与第六电平信号输入、第七电平信号输入与第八电平信号输入的电平相反。

作为本实用新型上述射频电路选通开关的进一步改进，所述第一电平信号输入、第三电平信号输入、第五电平信号输入、第七电平信号输入通过反相器分别获得第二电平信号输入、第四电平信号输入、第六电平信号输入、第八电平信号输入。

与现有技术相比，本实用新型通过电平信号的高低控制特定开关控制单元的开闭并实现一定的衰减隔离，并结合通过连接接地的特定开关控制单元实现信号的旁路控制。本实用新型的射频电路选通开关具有低损耗、高隔离度、高承受功率等特性。

结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式或现有技术的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一实施方式中射频电路选通开关示意图。

图2为本实用新型一实施方式中反相器连接示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细描述。但这些实施方式并不限制本实用新型，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本实用新型的保护范围内。

需要说明的是，在不同的实施方式中，可能使用相同的标号或标记，但这些并不代表结构或功能上的绝对联系关系。并且，各实施方式中所提到的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等也并不代表结构或功能上的绝对区分关系，这些仅仅是为了描述的方便。

射频电路选通开关包括输入端、第一输出端，需要说明的是，各实施方式中输入端、输出端是以连接信号处理模块的一端为输入，连接天线的一端为输出命名的，当信号对外发射时，信号通过输入端输入，通过输出端输出，当接收外部的信号时，输入端实际为输出端，输出端实际为输入端，输入与输出关系对调，上述端口的连接方式并不仅限于此，端口的命名方式仅仅为了描述的方便，以下依此类推。

在输入端与第一输出端之间设置有第一开关控制单元，在第一开关控制单元与第一输出端之间设置第二开关控制单元，这样第一开关控制单元的一端既连接第一输出端，又连接第二开关控制单元的一端，第二开关控制单元的另一端接地。本实用新型所述的第一开关控制单元、第二开关控制单元之类的开关控制单元，是根据输入的电平信号的高低确定是否导通的一种作为开关的器件，开关控制单元包括电平信号输入，通过电平信号输入施加电平信号，通过控制电平的高低以打开或关闭开关控制单元，当开关控制单元导通时，射频信号可以通过开关控制单元传输经过，当开关控制单元不导通时，对于射频信号处于断路状态，不能直接通过。

通过输入的电平信号的高低保证第一开关控制单元、第二开关控制单元有且仅有一个导通，即要么第一开关控制单元导通、第二开关控制单元不导通，要么第一开关控制单元不导通、第二开关控制单元导通。因此，当第一开关控制单元导通、第二开关控制单元不导通时，输入端与第一输出端之间导通，可以正常地收发信号，当第一开关控制单元不导通、第二开关控制单元不导通时，输入端与第一输出端之间完全隔离，即使因为器件的缺陷输入端可能通过第一开关控制单元泄漏一部分射频信号，或者通过第一输出端接收到了其他射频信号，通过第二开关控制单元及时将射频信号传输给地，及时拉低端口的信号值，不会产生干扰。

优选地，应用于单刀多掷的开关电路中的射频电路选通开关，在本实施方式中，以单刀两掷的电路为例，射频电路选通开关在包括上述第一输出端的设置基础上还包括第二输出端，第二输出端的连接方式与第一输出端的连接方式类似，通过第三开关控制单元连接输入端，即第三开关控制单元与第一开关控制单元并联共同连接输入端。在第二输出端与第三开关控制单元之间设置第四开关控制单元的一端，第四开关控制单元的另一端接地。如上所述，第三开关控制单元、第四开关控制单元也是实现开关导通的器件，第三开关控制单元和第四开关控制单元通过电平信号输入的电平高低保证同时只有一个开关控制单元导通。在一个输入端对多个输出端，每次同时只有一路输出端导通的应用场景下，以导通输入端与第一输出端之间的通路为例，即通过电平信号驱动第一开关控制单元导通、第二开关控制单元不导通、第三开关控制单元不导通、第四开关控制单元导通，此时输入端进入的射频信号通过第一开关控制单元传输到第一输出端，或者第一输出端进入的信号通过第一开关控制单元传输到输入端，而第二输出端进入的射频信号会通过第四开关控制单元接地，传输给地，少部分能量会被第三开关控制单元衰减隔离。

在具体的实施方式中，开关控制单元采用二极管设计作为射频开关器件，具有寿命长、损耗低、抗浪涌脉冲等特性，可以广泛地应用于射频识别、微波通信等电路中。优选的PIN二极管在工作频率范围内，表现为一个可变阻抗器，当在二极管两端施加直流正-反偏压的时候，二极管呈现近似导通或断开的阻抗特性，利用这一特性可以基于PIN二极管实现射频电路各种功能的开关。

开关控制单元包括二极管，二极管的负极连接第一电容，二极管的正极连接第二电容，在二极管的负极和第一电容之间连接电源电压输入，在二极管的正极和第二电容之间连接电平信号输入，因为在二极管的两端施加的控制二极管导通的信号是直流信号，所以通过第一电容、第二电容滤除直流信号对整个射频信号传输的影响。需要说明的是，各实施方式中的电容主要功能就是隔直流，即对直流电压、控制信号呈断路特性，对射频信号表现为低阻直通特性。当电平信号输入施加的是高电平时，此时因为二极管的另一端是电源电压，所以二极管两端没有压差，所以二极管处于不导通状态，但电平信号输入施加的是低电平，因为二极管两端产生压差，所以二极管导通，此时射频信号可以通过二极管及二极管两端的电容传输通过。二极管导通后射频信号可以在收发两个方向传输，二极管的两端的连接也可以根据实际的情况进行连接。

如图1所示，本实用新型一实施方式中射频电路选通开关示意图。优选地，射频电路选通开关包括输入端IN、第一输出端OUT1、第二输出端OUT2、第三输出端OUT3、第四输出端OUT4。输入端IN到第一输出端OUT1为第一导通支路IN-OUT1，输入端IN到第二输出端OUT2为第二导通支路IN-OUT2，输入端IN到第三输出端OUT3为第三导通支路IN-OUT3，输入端IN到第四输出端OUT4为第四导通支路IN-OUT4。本实施方式创新性地提出了一种单刀四掷开关，这种开关具备低损耗、高隔离度、高承受功率的特性，尤其可以很好地满足超高频射频识别读写器的使用要求。

在第一导通支路IN-OUT1中，第一电容C1的一端连接输入端IN，第一二极管D1的负极连接第一电容C1的另一端，第一二极管D1的正极连接第二电容C2的一端，第二电容C2的另一端连接第一输出端OUT1，第一电容C1、第二电容C2为第一二极管D1两端的电容，以下依此类推，如上所述属于第一开关控制单元的具体实施方式。在第二电容C2与第一输出端OUT1之间连接第三电容C3，第三电容C3的另一端连接第二二极管D2的正极，第二二极管D2的负极连接第四电容C4的一端，第四电容C4的另一端连接接地，如上所述属于第二开关控制单元的具体实施方式。在第一电容C1、第一二极管D1的负极之间及第四电容C4、第二二极管D2的负极之间连接电源电压输入VCC，相当于为第一二极管D1、第二二极管D2提供是否导通的基准电平。在第二电容C2、第一二极管D1的正极之间连接第一电平信号输入V1，在第三电容C3、第二二极管D2的正极之间连接第二电平信号输入V2。为了保证第一二极管D1和第二二极管D2有且仅有一个导通，所以第一电平信号输入V1的电平和第二电平信号输入V2的电平相反，具体地，第一电平信号输入V1和第二电平信号输入V2至少一个由控制单元直接输出控制，而另一个可以通过连接一个非门将接收的电平信号进行一次电平转换。上述第一导通支路IN-OUT1也可以单独存在，作为单路输入输出的导通开关电路。

在第二导通支路IN-OUT2中，第三二极管D3的负极连接第一电容C1、第一二极管D1的负极之间，相当于如上所述的第一开关控制单元和第三开关控制单元共用电源电压输入及与二极管的负极连接的电容。第三二极管D3的正极连接第五电容C5的一端，第五电容C5的另一端连接第二输出端OUT2。在第五电容C5、第二输出端OUT2 之间顺次连接第六电容C6、第四二极管D4的正极，第四二极管D4的负极连接第二二极管D2的负极、第四电容C4之间，相当于第一导通支路IN-OUT1和第二导通支路IN-OUT2通过并联共用接地的第四电容C4及电源电压输入VCC。在第五电容C5、第三二极管D3的正极之间连接第三电平信号输入V3，在第六电容C6、第四二极管D4的正极之间连接第四电平信号输入V4，同理，第三电平信号输入V3与第四电平信号输入V4的电平相反。上述第一导通支路IN-OUT1和第二导通支路IN-OUT2单独存在就可以作为单刀双掷电路。

这样的电路设计具有良好的隔离效果，以第一导通支路IN-OUT1导通、第二导通支路IN-OUT2不导通为例，射频信号从第一输出端OUT1流向第二输出端OUT2端有两条路径，第一条路径由第二二极管D2导向地，由于第二二极管D2此时不导通，所以大部分被隔离掉。第二条路径通过第一二极管D1经过第三二极管D3,因为第三二极管D3不导通，所以大部分能量被衰减隔离掉了。射频信号从第二输出端OUT2流向第一输出端OUT1也存在两条路径，因为第三二极管D3不导通、第四二极管D4导通，所以大部分能量通过第四二极管D4导向了地，极少部分的能量通过第三二极管D3的衰减隔离。

在第三导通支路IN-OUT3中，第五二极管D5的负极连接第一电容C1、第一二极管D1的负极之间，第三导通支路IN-OUT3、第四导通支路IN-OUT4与第一导通支路IN-OUT1、第二导通支路IN-OUT2类似，共用电源电压输入及与二极管的负极连接的电容。第五二极管D5的正极连接第七电容C7的一端，第七电容C7的另一端连接第三输出端OUT3，在第七电容C7、第三输出端OUT3之间连接第八电容C8的一端，第八电容C8的另一端连接第六二极管D6的正极，第六二极管D6的负极连接第九电容C9的一端，第九电容C9的另一端接地。

在第四导通支路IN-OUT4中，第七二极管D7的负极连接第一电容C1、第五二极管D5的负极之间，第七二极管D7的正极连接第十电容C10的一端，第十电容C10的另一端连接第四输出端OUT4。在第十电容C10、第四输出端OUT4 之间连接第十一电容C11的一端，第十一电容C11的另一端连接第八二极管D8的正极，第八二极管D8的负极连接第六二极管D6的负极、第九电容C9之间。从以上内容可以看出，在一输入端对四输出端的电路中，第一导通支路IN-OUT1、第二导通支路IN-OUT2为一组，第三导通支路IN-OUT3、第四导通支路IN-OUT4为一组，这样保证整个电路对称，满足实际的阻抗匹配要求。

在第六二极管D6的负极、第九电容C9之间连接电源电压输入VCC。在第五二极管D5的正极、第七电容C7之间连接第五电平信号输入V5，在第六二极管D6的正极、第八电容C8之间连接第六电平信号输入V6，在第七二极管D7的正极、第十电容C10之间连接第七电平信号输入V7，在第八二极管D8的正极、第十一电容C11之间连接第八电平信号输入V8。同理，第五电平信号输入V5与第六电平信号输入V6的电平相反，第七电平信号输入V7与第八电平信号输入V8的电平相反，以保证每一个导通支路中只有一个二极管导通。

上述实施方式中电路通过四组PIN二极管对，实现了单刀四掷开关的功能，利用PIN二极管导通、截止的特性，创新性地采用了二极管自身衰减隔离度与导通接地相结合的方式，最终在采用较少器件的前提下实现了单刀四掷开关极低插入损耗与较高隔离度两项参数的平衡与统一。

在实际的应用中，通过在电平信号输入V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8上施加电平信号到特定二极管的端口以控制特定的导通支路打开或关闭。下表为打开特定导通支路时，电平信号输入V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8的电平状态表。

如上所述，电平信号输入V1、V2的电平相反，电平信号输入V3、V4的电平相反，电平信号输入V5、V6的电平相反，电平信号输入V7、V8的电平相反。优选地，如图2所示，第一电平信号输入V1、第三电平信号输入V3、第五电平信号输入V5、第七电平信号输入V7通过反相器10分别获得第二电平信号输入V2、第四电平信号输入V4、第六电平信号输入V6、第八电平信号输入V8。反相器10包括四输入四输出，具体包括四个非门，每个非门具体负责一路输入输出的电平转换。为了减少连接控制单元的端口数，优选地，还可以采用2-4译码器获得电平信号输入V1、V2、V3、V4，通过两位输入选择任一个电平信号输入为低电平。

以第一导通支路IN-OUT1导通，其他导通支路不导通为例，电平信号输入V1为低电平，电平信号输入V2为高电平，此时，第一二极管D1导通，第二二极管D2不导通，依此类推，第三二极管D3不导通，第四二极管D4导通接地，第五二极管D5不导通，第六二极管D6导通接地，第七二极管D7不导通，第八二极管D8导通接地。如上可以看出，只有第一导通支路IN-OUT1导通，此时射频信号流向的路径包括从输入端IN、第一电容C1、第一二极管D1、第二电容C2到第一输出端OUT1。第二输出端OUT2、第三输出端OUT3、第四输出端OUT4可以很好地与第一输出端OUT1隔离。

综上所述，本实用新型通过电平信号的高低控制特定开关控制单元的开闭并实现一定的衰减隔离，并结合通过连接接地的特定开关控制单元实现信号的旁路控制。本实用新型的射频电路选通开关具有低损耗、高隔离度、高承受功率等特性。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。