用于向RF开关提供偏置的控制单元的制作方法

本发明涉及一种针对高功率rf开关的偏置（bias）控制电路，并且更特别地涉及一种用于向诸如pin二极管rf开关之类的高功率rf开关提供正向或反向偏置的控制电路。

背景技术：

在各种rf系统（tract）和应用中，存在调节在系统的各种地点处的rf信号的需求。调节rf信号的方式中的一个是通过使用rf开关模块，该rf开关模块可以是机械开关、机电开关或者最近开发的和正在普遍使用的开关——诸如pin二极管、晶体管等的基于固态技术的开关。

例如，当多个rf放大器用于输入rf功率组合器时，需要调整和优化rf功率组合器的输出功率以获得期望的输出rf信号。输出rf功率的调整和/或优化的一个方式是通过控制从rf功率放大器馈入rf功率组合器的rf信号。例如，如果存在降低rf功率组合器的rf输出的功率的需求，则可以阻止rf功率放大器中的一个或多个向rf功率组合器提供输入。替代地，例如，如果存在增加rf功率组合器的rf输出的功率的需求，则可能需要开启rf功率放大器中的一个或多个以用于向rf功率组合器提供输入。为了实现对rf功率放大器的该控制，即为了控制rf功率放大器使得仅来自期望的rf放大器的rf信号被馈入rf功率组合器中，将给定的rf放大器连接到rf功率组合器的每个传输线被装备rf开关或rf开关模块，通常位于rf功率组合器的rf功率输入的每个处。每个rf开关模块通过其切换动作而允许或不允许给定的rf功率放大器向rf功率组合器提供其rf信号。通常每个rf开关模块由单独的控制单元控制。控制单元诱导（induce）切换动作，即“接通”或“断开”rf开关。控制单元由单独的电连接器连接到rf开关模块。到控制单元的用以诱导rf开关模块的信息可能来自外部系统，诸如中央控制系统。

特别地，诸如高功率rf放大器/发生器系统之类的高功率rf应用可包括多个rf功率放大器，每个具有其单独的rf开关模块，并且每个rf开关模块具有与rf开关模块连接的其控制单元。因此在给定的rf应用中可能需要许多切换动作。此外，诸如基于pin二极管的rf开关之类的基于固态技术的rf开关可以将rf信号切换到高达若干千瓦，然而为了精确和高效的切换，这样的rf开关需要高达1000伏特及以上作为反向偏置电压，并且需要1安培及更多作为正向偏置电流。因此，对rf开关而言存在具有利用合适的偏置应用的精确切换动作的需求，并且这在常规的控制单元中缺乏。

发明目的

本技术的目的是提出一种具有偏置控制电路的控制单元，用于rf开关模块的有效切换动作，特别用于高功率rf应用。

上面的目的由根据权利要求1的用于向rf开关模块提供反向或正向偏置信号的控制单元以及根据本技术的权利要求15的用于从这样的控制单元向rf开关模块提供反向或正向偏置信号的方法来实现。

根据本公开的一个方面，提出一种用于向rf开关模块提供反向或正向偏置信号的控制单元。该控制单元包括反向偏置源、正向偏置源、内部开关和本地控制模块。反向偏置源被适配成在反向偏置源的第一输出处提供反向偏置信号。正向偏置源被适配成在正向偏置源的第二输出处提供正向偏置信号。内部开关至少包括第一输入、第二输入和输出。内部开关的第一输入被适配成从反向偏置源的第一输出接收反向偏置信号。内部开关的第二输入被适配成从正向偏置源的第二输出接收正向偏置信号。内部开关的输出被配置成连接到rf开关模块，以将或者反向偏置信号或者正向偏置信号传输到rf开关模块。内部开关被配置成通过切换动作控制反向偏置信号和正向偏置信号朝着rf开关模块的传输。本地控制模块电连接到内部开关以控制内部开关的切换动作。本地控制模块进一步电连接到反向偏置源以控制在反向偏置源的第一输出处的反向偏置信号的提供。因此对内部开关进行切换以向rf开关模块提供正向或反向偏置被精确且准确地控制。

在控制单元的一个实施例中，本地控制模块被配置成与外部系统通信并从外部系统接收输入信号。输入信号被适配成诱导本地控制模块向反向偏置源提供第一控制信号以控制在反向偏置源的第一输出处的反向偏置信号的提供，和/或输入信号诱导本地控制模块向内部开关提供第二控制信号以控制内部开关的切换动作。因此来自外部地点或代理的指令可用于控制内部开关向rf开关模块提供正向或反向偏置。

在控制单元的另一个实施例中，本地控制模块与反向偏置源通信，以确定在反向偏置源的第一输出处提供反向偏置信号时反向偏置源的运行。因此在本地控制模块处接收反向偏置源的适当运行或故障运行的反馈。

在控制单元的另一个实施例中，本地控制模块与正向偏置源通信，以确定在正向偏置源的第二输出处提供正向偏置信号时正向偏置源的运行。因此在本地控制模块处接收正向偏置源的适当运行或故障运行的反馈。

在控制单元的另一个实施例中，本地控制模块被配置成与外部系统通信。本地控制模块被进一步配置成向外部系统提供反馈信号。反馈信号代表在反向偏置源的第一输出处提供反向偏置信号时反向偏置源的运行和/或在正向偏置源的第二输出处提供正向偏置信号时正向偏置源的运行。因此在外部系统处获得反向偏置源和/或正向偏置源的运行的反馈，用于进一步分析、进一步传输或存储。

在控制单元的另一个实施例中，反向偏置源是dc源。dc源被配置成提供负dc电压作为反向偏置信号。这提供控制单元的实现简单的实施例。

在控制单元的另一个实施例中，dc源包括具有平面变压器的回扫转换器，该平面变压器具有初级绕组、间隙和次级绕组，其中次级绕组包括具有倍压器的整流器。这为rf开关模块提供反向偏置的稳定且高功率源。

在本技术的另一个实施例中，控制单元包括连接在反向偏置源的第一输出与内部开关的第一输入中间的缓冲器电阻器。因此，当反向偏置源未正被提供用以在反向偏置源的第一输出处提供反向偏置信号的控制信号时，使来自反向偏置源的任何残余电荷或电流停住（snub）。

在控制单元的另一个实施例中，正向偏置源包括稳定的dc源和/或dc电压源。这提供控制单元的简单布置。

在控制单元的另一个实施例中，内部开关包括连接在内部开关的输出与第二输入之间的切换元件。因此调节正向偏置从内部开关的第二输入和内部开关的输出的传输。

在控制单元的另一个实施例中，切换元件是晶体管。这使得控制单元紧凑。

在控制单元的另一个实施例中，切换元件的栅极端子由本地控制模块电控制，使得正向偏置信号从内部开关的第二输入到内部开关的输出的传输由本地控制模块控制。因此本地控制模块能够控制内部开关的切换元件。

在控制单元的另一个实施例中，晶体管是绝缘栅双极晶体管（igbt）。igbt可容易获得且易于制造和整合在电路中，因此使得控制单元简单、便宜且易于制造。

在控制单元的另一个实施例中，晶体管是金属氧化物半导体场效应晶体管（mosfet）。mosfet可容易获得且易于制造和整合在电路中，因此使得控制单元简单、便宜且易于制造。

根据本技术的另一个方面，提出一种用于从控制单元向rf开关模块提供反向或正向偏置信号的方法。该控制单元包括全部如上文中描述的反向偏置源、正向偏置源、内部开关和本地控制模块。内部开关包括连接在第二输入与输出之间的切换元件。在该方法中，从本地控制模块向反向偏置源提供第一控制信号。同时，从本地控制模块向切换元件的栅极端子提供第二控制信号。因此本地控制模块被准许控制反向偏置源以及内部开关中的切换元件。内部开关中的切换元件进而控制正向偏置信号从内部开关的第二输入到内部开关的输出并且因此随后到rf开关模块的传输。因此，通过本方法，操作者能够控制正向偏置信号以及反向偏置信号。

在该方法的一个实施例中，第一控制信号诱导反向偏置源在反向偏置源的第一输出处提供反向偏置信号，并且第二控制信号诱导切换元件阻止正向偏置信号从内部开关的第二输入到内部开关的输出的传输。这提供该方法的当在rf开关模块处期望反向偏置时的实施例。

在该方法的另一个实施例中，第一控制信号诱导反向偏置源抓住（seize）以在反向偏置源的第一输出处提供反向偏置信号，并且第二控制信号诱导切换元件允许正向偏置信号从内部开关的第二输入到内部开关的输出的传输。这提供该方法的当在rf开关模块处期望正向偏置时的实施例。

附图说明

在下文中参考在附图中示出的图示的实施例来进一步描述本技术，在附图中：

图1图示了从现有技术水平已知的控制单元布局，以及

图2图示了根据本公开的方面的控制单元。

具体实施方式

在下文中，详细地描述了本技术的上面提及的特征和其他特征。参考图描述了各种实施例，其中同样的参考数字自始至终用来指代同样的元件。在以下描述中，出于解释的目的，记载了众多特定细节以便提供对一个或多个实施例的透彻理解。可能注意的是，所图示的实施例意图解释而不非限制本发明。可能明显的是，可以在没有这些特定细节的情况下实践这样的实施例。

在图1中，描绘了针对rf应用的如从现有技术水平已知的控制单元99的布局。rf开关模块90或仅rf开关90用于控制rf信号。rf开关90由控制单元99控制。rf开关90可以是基于pin二极管的rf开关或基于晶体管的rf开关，如rf应用的领域中常规已知的。由于精确的切换和非常短的切换时间，基于pin二极管的rf开关90是特别有利的。这样的基于pin二极管的rf开关90可以将rf信号切换到高达若干千瓦，然而为了精确和高效的切换，这样的rf开关90，例如基于pin二极管的rf开关90，需要高达1000伏特及以上作为反向偏置电压，并且需要1安培及更多作为正向偏置电流，并且这不由图1中所示的常规控制单元99提供。

常规控制单元99包括反向偏置源10、正向偏置源20和内部开关30。反向偏置由反向偏置源10提供给rf开关90，常规控制单元99中的反向偏置源10是连接到rf开关90的（未示出的）触点中的（未示出的）一个的负dc电源11。负dc电源11在反向偏置源10的第一输出18处提供反向偏置信号19。反向偏置信号19以负dc电压的形式。包括稳定的dc源21的正向偏置源20在正向偏置源20的第二输出28处提供正向偏置信号29。正向偏置信号29以正dc电流的形式。此外，内部开关30至少包括第一输入31、第二输入32和输出36。反向偏置信号19被从反向偏置源10传送到内部开关30的触点中的一个，而正向偏置信号29被从正向偏置源20传送到内部开关30的另一个触点。控制单元99向rf开关30馈送控制信号。取决于控制信号，内部开关30在输出36处提供正向或反向偏置。控制单元99将正向或反向偏置信号29、19施加到rf开关90使rf开关90在其切换状态之间变换，即rf开关模块90或者在反向偏置被施加到rf开关90时并且其在没有rf功率传输通过rf开关模块90时是“关闭的”，或者在正向偏置被施加到rf开关90时并且在rf功率被传输通过rf开关模块90时是“打开的”。

电源11、21可以基于线性调节器或切换模式电源。虽然线性调节器具有低噪声，但是效率也低。另一方面，切换模式电源具有高效率，但是需要滤波以降低输出18、28处的噪声。此外，切换动作未被良好地调节。

通过将电流或电压施加到rf开关90，并通过这种方式相应地将其切换到导通和非导通状态，控制单元99控制rf开关90的状态或位置。

图2图示了根据本技术的方面的控制单元100。控制单元100是针对rf开关90的偏置电路，并向rf开关模块90提供或者反向偏置信号19或者正向偏置信号29。控制单元100包括反向偏置源10、正向偏置源20、内部开关30和本地控制模块40（下文中的lcm40）。

反向偏置源10具有在本文中称为第一输出18的输出。反向偏置源10在反向偏置源10的第一输出18处提供反向偏置信号19。在控制单元100的一个实施例中，反向偏置源10是提供负dc电压作为反向偏置信号19的dc源。dc源10包括具有平面变压器14的回扫转换器13。平面变压器14包括初级绕组、间隙和次级绕组。初级绕组从dc电源11接收功率。次级绕组包括具有倍压器17的整流器13，并且进一步包括二极管15和滤波电容器16。由于次级绕组中的具有倍压器17的整流器13，二极管15和滤波电容器16上的反向电压被降低。从控制单元100的反向偏置源11，生成反向偏置信号19，并且在反向偏置源10的第一输出18处提供如此生成的反向偏置信号19。

正向偏置源20具有在本文中称为第二输出28的输出。正向偏置源20在正向偏置源20的第二输出28处提供正向偏置信号29。在控制单元100的一个实施例中，正向偏置源20包括稳定的dc源21和/或dc电压源22。此外，可能存在（未示出的）可选的微处理器以控制从正向偏置源20提供给第二输出28的dc电流或dc电压。dc电源24用于为稳定的dc源21和/或dc电压源22提供功率。

控制单元100进一步包括内部开关30。内部开关30至少具有第一输入31、第二输入32和输出36。内部开关30的第一输入31电连接到反向偏置源10的第一输出18。因此使得内部开关30的第一输入31能够从反向偏置源10的第一输出18接收反向偏置信号19。在控制单元100的一个实施例中，可选地，缓冲器电阻器9连接在反向偏置源10的第一输出18与内部开关30的第一输入31中间。

内部开关30的第二输入32电连接到正向偏置源20的第二输出28。因此使得内部开关30的第二输入32能够从正向偏置源20的第二输出28接收正向偏置信号29。内部开关30的输出36连接到rf开关模块90。通过输出36，或者反向偏置信号19或者正向偏置信号29被传输到rf切换模块90。内部开关30包括至少一个切换元件33。切换元件33可以是但不限于晶体管，特别是igbt（绝缘栅双极晶体管），特别是mosfet（金属氧化物半导体场效应晶体管），等等。切换元件33连接在内部开关30的输出36与第二输入32之间。切换元件33通过其切换动作或者允许或者不允许正向偏置信号29从内部开关30的第二输入32到内部开关30的输出36的传输。

lcm40电连接到内部开关30，并且lcm40控制内部开关30的切换动作，即将切换元件33的切换动作控制得更精确。在一个实施例中，通过向位于内部开关30内部的开关控制34发送第二控制信号56，lcm40控制内部开关30的切换动作。例如，假定切换元件33是mosfet，则开关控制34可以是但不限于电导体绕组，其在切换元件33（在该情况下是mosfet33）的栅极端子35处诱导栅极电压或栅极电流。因此，lcm40控制或调节是否允许正向偏置信号29从第二输入32穿过切换元件33并且到内部开关30的输出36。

此外，在控制单元100中，lcm40电连接到反向偏置源10。lcm40控制反向偏置源10，用于在反向偏置源10的第一输出18处提供或不提供反向偏置信号19。由lcm40对反向偏置源10的控制可通过各种方式来实现，例如通过经由开关连接器12向lcm40发送第一控制信号53，该开关连接器12然后诱导或阻止反向偏置源10生成反向偏置信号19，并且随后反向偏置信号19在反向偏置源10的第一输出18处分别或者存在或者缺少。

lcm40可包括但不限于模拟电压或电流信号发生器、处理器、存储器等等。lcm40能够与外部系统50通信。外部系统50可以是主控制单元50，从该主控制单元50向lcm40发送命令或指令以控制反向偏置源10和/或内部开关30。lcm40可以例如通过数据线缆或传输线连接到外部系统50，并且因此能够从外部系统50接收输入信号51。输入信号51诱导lcm40向反向偏置源10提供第一控制信号53和/或向内部开关30提供第二控制信号56。

lcm40可进一步与反向偏置源10实时通信，并且能够确定在反向偏置源10的第一输出18处提供反向偏置信号19时反向偏置源10的运行。这意味着当反向偏置源10正在生成反向偏置信号19时，可以从反向偏置源10向lcm40提供指示或信息或反馈信号54，以将该信息传送给lcm40。反馈信号54不仅可以指示在生成反向偏置电压19时反向偏置源10的正常预期运行，而且可以提供故障情况。故障情况的示例可以在虽然第一控制信号53携带用以诱导反向偏置信号19的生成的命令但反向偏置源10没有生成反向偏置信号19时。

lcm40可进一步与正向偏置源20实时通信，并且能够确定在正向偏置源20的第二输出28处提供正向偏置信号29时正向偏置源20的运行。这意味着当正向偏置源20正在生成正向偏置信号29时，可以从正向偏置源20向lcm40提供指示或信息或反馈信号55，以将该信息传送给lcm40。反馈信号55不仅可以指示在生成正向偏置电压29时正向偏置源20的正常预期运行，而且可以提供故障情况。故障情况的示例可以在正向偏置源20没有生成正向偏置信号29时。

lcm40可进一步与外部系统50通信，以便向外部系统50提供反馈信号52。反馈信号52代表反馈信号54和/或反馈信号55。

对于控制单元100，当期望或需要在内部开关30的输出36处具有反向偏置信号19时，lcm40向反向偏置源10发送第一控制信号53，以诱导反向偏置源10生成反向偏置信号19，并且同时lcm40向内部开关30发送第二控制信号56，并且从而关闭内部开关30，即不允许正向偏置信号29从内部开关30的第二输入32到输出36的传输。因此，反向偏置信号19离开内部开关30的输出36，并且向rf开关模块90（即pin二极管90）提供反向偏置。替代地，当期望或需要在内部开关30的输出36处具有正向偏置信号29时，lcm40向反向偏置源10发送第一控制信号53，以诱导反向偏置源20不生成反向偏置信号19，并且同时lcm40向内部开关30发送第二控制信号56，并且从而打开内部开关30，即允许正向偏置信号29从内部开关30的第二输入32到输出36的传输。滤波电容器16可通过缓冲器电阻器9放电。因此，正向偏置信号29离开内部开关30的输出36，并且向rf开关模块90（即pin二极管90）提供正向偏置。

虽然已经参考某些实施例详细地描述了本技术，但是应领会到本技术不限于那些精确实施例。相反，鉴于描述用于实践本发明的示例性模式的本公开，对本领域技术人员而言将出现许多修改和变化而不脱离本发明的范围和精神。因此，本发明的范围由以下权利要求而不是由前述描述来指示。进入权利要求的等同的含义和范围内的所有改变、修改和变化都被认为在其范围内。