具有旁路拓扑的射频开关制造技术

一种RF信号开关电路，允许在电路内模式下或在旁路模式下将N个射频(RF)输入端子中的任一个连接至开关输出端口。本发明专利技术的实施方式允许单个开关在串联输入路径中同时仍具有将旁路路径与输入匹配网络隔离的能力。在这两种模式下，电路同时呈现低输入插入损耗(并且因此具有低噪声因子)和高旁路模式隔离。

A radio frequency switch with bypass topology

A RF signal switch circuit allows the connection of any N RF (RF) input terminal to the switch output port in the circuit mode or in the bypass mode. The embodiment of the invention allows a single switch to still have the ability to isolate the bypass path from the input matching network at the same time in the series input path. In these two modes, the circuit presents low input insertion loss (and therefore has a low noise factor) and a high bypass mode isolation.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有旁路拓扑的射频开关相关申请的交叉引用本申请要求于2015年7月28日提交的美国申请第14/811,159号的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文中。
本专利技术涉及电子射频(RF)电路，并且更具体地，涉及RF信号切换电路。
技术介绍
射频(RF)信号开关是用于在RF系统的各个部分之间(例如在一个或更多个天线与一个或更多个发射器和/或接收器电路之间)路由RF信号的常见电路。例如，RF信号开关被用于例如包括蜂窝电话的单向和双向无线电的设备以及全球定位系统(GPS)设备中。在对噪声敏感的电子系统例如无线电信号接收器中使用RF信号开关是很常见的。这种接收器经常呈现出非常弱的信号(例如由天线捕获的所发射的无线电波)，并且因此，通常使用低噪声放大器(LNA)来放大这种信号。通常也在LNA的输入端提供匹配的网络，以最大化至LNA的功率转移。低噪声放大器(LNA)的噪声指数(NF)对所呈现的阻抗和LNA的输入端前面的插入损耗(IL)非常敏感。例如，在典型的蜂窝无线电LNA配置中，与RF开关串联的一组带通滤波器存在于LNA的输入端处，并且用于选择要呈现给无线电收发器的特定频带。为了减少NF，需要具有低插入损耗(IL)的RF信号开关。然而，在一些操作模式下，LNA必须是可设旁路的，并且在这种模式下，LNA应与旁路信号路径隔离。例如，图1是现有技术RF信号开关100的示意图，其中，N个RF输入端子RF1-RFN中的一个可以通过匹配网络和LNA块102或通过旁路路径104连接至开关输出端口。RF输入端子RF1-RFN可以连接至相应的天线，如虚线所指示的，匹配网络和LNA块102通常在RF信号开关100的外部。在所示示例中，在“电路内”模式下，输入端子RF1可以通过闭合对应的串联开关S1、断开对应的分路开关Sh1、断开旁路开关、闭合输出连接器开关SC以及断开输出连接器分路开关ShC而连接至匹配网络和LNA块102。在该模式下，对于每个其他RF输入端子RF2-RFN，对应的串联开关S2-SN断开，并且对应的分路开关S2-SN闭合。任何其他RF输入端子RF2-RFN可以以类似的方式在电路内连接至匹配网络和LNA块102。在旁路模式下，输入端子RF1可以通过闭合对应的串联开关S1、断开对应的分路开关Sh1、闭合旁路开关、断开输出连接器开关SC以及闭合输出连接器分路开关ShC而直接连接至开关输出端。在该模式下，对于每个其他RF输入端子RF2-RFN，对应的串联开关S2-SN断开，并且对应的分路开关S2-SN闭合。任何其他RF输入端子RF2-RFN可以以类似的方式被连接，以使匹配网络和LNA块102旁路。图1中示出的电路配置的问题在于，当LNA未激活时，LNA的输入端处的匹配网络不与旁路路径104隔离。匹配网络会不利地影响RF信号开关100的输出阻抗，并导致旁路路径104的IL劣化，其严重程度取决于LNA输入匹配网络的设计和元件值。旁路路径IL的这种劣化使得模块设计者努力在具有良好的LNA输入匹配和维持低旁路路径IL之间寻找平衡。如果期望将旁路路径与LNA输入匹配网络隔离，则标准实践是在匹配网络之前附加另一个串联/分路开关对。例如，图2是图1的现有技术RF信号开关的示意图，其中，在匹配网络和LNA块102之前连接隔离串联/分路开关对SI/ShI106。在旁路模式下，隔离串联开关SI断开，并且隔离分路开关ShI闭合，从而将匹配网络输入端耦接至电路接地端，并将匹配网络与旁路路径104完全隔离。相反地，在电路内模式下，隔离串联开关SI闭合，并且隔离分路开关ShI断开。然而，与图1中示出的配置相比，图2中示出的电路配置的不利方面在于附加的串联开关SI增加了到LNA的输入IL，并且因此增加了系统NF。这是因为所示的开关在闭合时不是理想导体，而是呈现一定量的阻抗。因此，需要同时呈现低输入IL(并且因此具有低NF)和高隔离度的RF信号开关电路。本专利技术解决了这个需求。
技术实现思路
本专利技术包括RF信号开关电路的实施方式，RF信号开关电路允许N个RF输入端子RF1-RFN中的任一个在电路内模式下或在旁路模式下连接至开关输出端口。本专利技术的实施方式允许单个开关在串联输入路径中同时仍具有将旁路路径与输入匹配网络隔离的能力。在这两种模式下，电路同时呈现低输入IL(并且因此具有低NF)和高旁路模式隔离。在一个实施方式中，RF信号开关电路的电路内路径与可以包括可选的匹配网络的隔离和/或插入损耗敏感目标电路(例如LNA或数字步进衰减器)的输入端耦接。目标电路和可选的匹配网络相对于RF信号开关电路通常是断路，但是整个电路可以被制造成混合结构或单片结构。在一些实施方式中，匹配网络可以与目标电路集成。在一个实施方式中，RF输入端子RF1-RFN中的每一个直接连接至三个对应的开关：路径内连接器开关IC_Sx、分路开关Shx和旁路开关BP_Sx(其中，“x”表示对应的RF输入端子标识符，从1至N，并且其中，N可以是1)。对于RF输入端子RF1-RFN中的每一个，所有的路径内连接器开关IC_Sx和隔离分路开关ShI都连接至电路内路径。在可替选实施方式中，RF输入端子RF1-RFN中的每一个可以具有一组或更多组路径内连接器开关IC_Sx以及连接至并联电路内路径的对应的隔离分路开关ShI。例如，这种配置将在不增加到任何一个目标电路的串联开关的数目的情况下允许多个天线选择性地耦接至多个目标电路。目标电路的输出端连接至开关返回路径，开关返回路径又可以通过输出连接器串联开关SC选择性地连接至RF信号开关电路的开关输出端，或可以通过输出连接器分路开关ShC连接至电路接地端。在操作中，施加到RF输入端子RF1-RFN中的任一个的RF信号可以通过单个开关连接至目标电路(并且然后连接至开关输出端)，或者在完全隔离与开关电路耦接的任何匹配网络的情况下施加到开关输出端的旁路路径。在附图和以下描述中阐述了本专利技术的一个或更多个实施方式的细节。根据说明书和附图并且根据权利要求书，本专利技术的其他特征、目的和优点将是明显的。附图说明图1是现有技术RF信号开关的示意图，其中，N个RF输入端子RF1-RFN中的一个可以通过匹配网络和LNA块或通过旁路路径连接至开关输出端。图2是图1的现有技术RF信号开关的示意图，其中，在匹配网络和LNA块之前连接隔离串联/分路开关对SI/ShI。图3是根据本专利技术的RF信号开关电路的实施方式的示意图。图4A是图3中示出的以电路内模式进行配置的实施方式的示意图。图4B是图3中示出的以旁路模式进行配置的实施方式的示意图。图5是用于图3中示出的旁路开关BP_S1至BP_SN中的每一个的高隔离“T”型串联/分路/串联旁路开关替换电路的示意图。图6A是针对来自图1、图2和图3的三个模拟电路拓扑中的每一个将串联输入路径到LNA的插入损耗与频率进行比较的曲线图。图6B是针对来自图1、图2和图3的三个模拟电路拓扑中的每一个将旁路路径的插入损耗与频率进行比较的曲线图。在各个附图中，相同的附图标记和名称指示相同的元件。具体实施方式图3是根据本专利技术的RF信号开关电路300的实施方式的示意图。RF信号开关电路300允许N个RF输入端子RF1-RFN中的任一个在电路内模式下或在旁路模式下连接至开关输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种射频(RF)信号开关，包括：(a)至少一个RF输入端口，所述至少一个RF输入端口具有连接至电路接地端的分路开关、连接至开关输出端口的旁路开关以及至少一组路径内连接器开关；(b)至少一个电路内路径，所述至少一个电路内路径各自连接至隔离分路开关并且连接至对应的一组路径内连接器开关，每个电路内路径被配置成与对应的目标电路的输入端耦接；(c)至少一个开关返回路径，所述至少一个开关返回路径被配置成与对应的目标电路的输出端耦接，并且与对应的输出连接器分路耦接；以及(d)至少一个输出连接器开关，所述至少一个输出连接器开关与对应的一个开关返回路径耦接并且与所述开关输出端口耦接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.28 US 14/811,1591.一种射频(RF)信号开关，包括：(a)至少一个RF输入端口，所述至少一个RF输入端口具有连接至电路接地端的分路开关、连接至开关输出端口的旁路开关以及至少一组路径内连接器开关；(b)至少一个电路内路径，所述至少一个电路内路径各自连接至隔离分路开关并且连接至对应的一组路径内连接器开关，每个电路内路径被配置成与对应的目标电路的输入端耦接；(c)至少一个开关返回路径，所述至少一个开关返回路径被配置成与对应的目标电路的输出端耦接，并且与对应的输出连接器分路耦接；以及(d)至少一个输出连接器开关，所述至少一个输出连接器开关与对应的一个开关返回路径耦接并且与所述开关输出端口耦接。2.根据权利要求1所述的射频(RF)信号开关，其中，所述RF信号开关被配置成对于所选择的RF输入端口和所选择的目标电路的电路内模式，使得施加到所选择的RF输入端口的信号仅通过用于所选择的RF输入端口的对应的路径内连接器开关中的一个传输，而不通过其他开关传输。3.根据权利要求1所述的射频(RF)信号开关，其中，所述RF信号开关被配置成对于所选择的RF输入端口的旁路模式，使得施加到所选择的RF输入端口的信号通过用于所选择的RF输入端口的对应的旁路开关传输到所述开关输出端口，并且每个目标电路的输入端与所述开关输出端口隔离。4.根据权利要求1所述的射频(RF)信号开关，其中，所述RF信号开关被配置成对于所选择的RF输入端口和所选择的目标电路的电路内模式，其中：(a)用于所选择的RF输入端口的所述分路开关和所述旁路开关断开，用于所选择的RF输入端口的与一个电路内路径对应的至少一组路径内连接器开关闭合，与这样一个电路内路径对应的所述隔离分路开关断开，用于所选择的目标电路的与所述开关返回路径对应的输出连接器分路开关断开，并且用于所选择的目标电路的与所述开关返回路径对应的输出连接器开关闭合；以及(b)对于每个其他RF输入端口，相应的路径内连接器开关和旁路开关断开，并且相应的分路开关闭合。5.根据权利要求4所述的射频(RF)信号开关，还包括：将每个未选择的目标电路与至少一个RF输入端口的每一个隔离并且与开关输出端隔离。6.根据权利要求1所述的射频(RF)信号开关，其中，所述RF信号开关被配置成对于所选择的RF输入端口的旁路模式，其中：(a)用于所选择的RF输入端口的所述分路开关和每组路径内连接器开关断开，用于所选择的RF输入端口的所述旁路开关闭合，每个隔离分路开关和每个输出连接器分路开关闭合，并且每个输出连接器开关断开；以及(b)对于每个其他RF输入端口，相应的路径内连接器开关和旁路开关断开，并且相应的分路开关闭合。7.根据权利要求1所述的射频(RF)信号开关，其中，每个旁路开关包括“T”型串联/分路/串联旁路开关电路。8.根据权利要求7所述的射频(RF)信号开关，其中，“T”型串联/分路/串联电路包括在连接点处连接至第二串联开关的第一串联开关以及连接至所述连接点并且连接至所述电路接地端的分路开关，其中，(a)对于旁路模式下的激活的RF输入端口，所述第一串联开关和所述第二串联开关闭合，并且所述分路开关断开；以及(b)对于电路内模式下的激活的RF输入端口和对于所述电路内模式下或所述旁路模式下的未激活的RF输入端口，所述第一串联开关和所述第二串联开关断开，并且所述分路开关闭合。9.根据权利要求1所述的射频(RF)信号开关，其中，每个开关是场效应晶体管。10.一种射频(RF)信号开关，包括：(a)至少一个RF输入端口，所述至少一个RF输入端口具有连接至电路接地端的分路开关、连接至开关输出端口的旁路开关以及路径内连接器开关；(b)电路内路径，其连接至隔离分路开关并且连接至所述路径...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊桑·普雷沃斯特，
申请(专利权)人：派瑞格恩半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US