一种应用可重构滤波网络的超宽带单刀多掷射频开关制造技术

本发明专利技术的目的在于提供一种应用可重构滤波网络的超宽带单刀多掷射频开关，属于射频开关技术领域。本发明专利技术基于频段划分设计超宽带开关的思想，在单刀多掷开关中引入滤波网络，将开关工作带宽划分为低通和高通两个频带，对应支路为低通支路和高通支路，每条支路后连接若干单刀单掷单元；同时结合可重构的滤波网络，通过开关晶体管切换不同频带工作时接入滤波网络的元件，使每条支路在其工作频带内的插入损耗优于传统的单刀多掷开关，工作频带拓展了两倍。两倍。两倍。

【技术实现步骤摘要】
一种应用可重构滤波网络的超宽带单刀多掷射频开关


[0001]本专利技术属于射频开关
，具体涉及一种应用可重构滤波网络的超宽带单刀多掷射频开关。

技术介绍

[0002]开关是射频集成电路中至关重要的组成部分，由场效应管构成的单刀多掷开关广泛应用于无线通信系统之中。场效应管作为开关的原理十分简单，其栅极接控制电压V
G
，当V
G
大于场效应晶体管的阈值电压时，场效应管导通，这时通路等效于一个小电阻，开关导通；当V
G
小于场效应晶体管的阈值电压时，场效应管截止，这时截止路径等效于一个电容，开关断开。
[0003]单刀多掷开关电路一般由多个单刀单掷单元组成。单刀单掷单元中，应用最广泛的是串
‑
并联结构；即单刀单掷单元由一个串联的场效应晶体管和一个并联到地的场效应晶体管构成，两者栅极所接控制电平相反。当串联的场效应晶体管导通、并联到地的场效应晶体管截止时，单刀单掷单元导通；当串联的场效应晶体管截止、并联到地的场效应晶体管导通时，单刀单掷单元断开，此时，并联到地的场效应晶体管可以减少信号泄露，提升单刀单掷单元之间的隔离度。
[0004]随着通信技术的不断发展，射频前端电路功能越来越复杂，以及多输入多输出技术运用的不断增加，对单刀多掷开关的性能和带宽要求越来越高。但是，由于晶体管并不是理想的开关，存在寄生效应和电阻，因此当掷数多且频率高时，信号会从关断支路晶体管的寄生电容处泄露，从而导致开关的插入损耗和隔离度恶化。
[0005]因此，如何减少多掷数开关在高频处的信号泄露，实现超宽的工作频带是一个研究重点。

技术实现思路

[0006]针对
技术介绍
所存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种应用可重构滤波网络的超宽带单刀多掷射频开关。本开关提供了一种全新的结构，使开关的不同支路分别工作在低通和高通两个频段，各支路在所处频段内都可以实现很低的插入损耗。。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种应用可重构滤波网络的超宽带单刀多掷射频开关，包括若干个单刀单掷开关(SPST)单元和可重构滤波网络，所述可重构滤波网络包括一个开关晶体管S
T
、一个电感L和一个电容C；
[0009]开关的公共端口与电感L的一端和电容C的一端连接；电感L的另一端与晶体管S
T
的漏极、若干并联的单刀单掷单元的公共端连接；晶体管S
T
的源极接地，栅极与控制电压相连；电容C的另一端与若干并联的单刀单掷单元连接；所有单刀单掷单元的另一端为单刀多掷开关的输出端口；
[0010]开关的公共端口并联两条支路，电感L所在支路为低通支路，电容C所在支路为高
通支路。
[0011]进一步地，当开关晶体管S
T
的漏极所并联的任一单刀单掷单元导通，开关晶体管S
T
和其余所有单刀单掷单元断开时，此时低通支路工作，开关晶体管S
T
的寄生电容、电容C和电感L构成低通滤波网络；当电容一端并联的任一单刀单掷单元和开关晶体管S
T
导通，其余单刀单掷单元全部断开时，此时高通支路工作，电容C和电感L构成高通滤波网络。
[0012]进一步地，开关晶体管S
T
应该选择大尺寸的开关晶体管，以获得较大的寄生电容，使其关断状态下的寄生电容成为滤波网络的一部分。
[0013]进一步地，所述电容C的容值和电感L的感值，由开关的频带划分范围以及开关晶体管S
T
的寄生电容大小综合确定。
[0014]进一步地，所述单刀单掷单元是由两个晶体管组成的串
‑
并联结构；其中第一晶体管的漏极为单刀单掷开关单元的输入端口，源极分别连接第二晶体管的漏极，同时也为单刀单掷开关单元的输出端口，栅极接第一控制电平；第二晶体管的源极接地，栅极接第二控制电平；第一控制电平和第二控制电平相反，以确保两晶体管分别导通和截止。
[0015]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
[0016]1.本专利技术方案基于频段划分设计超宽带开关的思想，将单刀多掷开关的两条支路工作频带划分为低通和高通两段，同时在单刀多掷开关的支路中引入滤波网络，使每条支路在其工作频带内的插入损耗优于传统的单刀多掷开关，工作频带拓展了两倍。传统的单刀多掷开关只有在DC
‑
9GHz内才能实现小于1dB的插入损耗，本专利技术则拓展到了DC
‑
18GHz。
[0017]2.本专利技术通过一个电感、一个电容、一个开关晶体管，再结合单刀单掷单元的寄生电容，共同设计了可重构的滤波网络。开关晶体管巧妙地将自身以及单刀单掷单元的寄生电容，引入滤波网络之中，从而减少了不同频带支路寄生电容对本工作频带支路的影响。本专利技术单刀多掷开关在DC
‑
18GHz全频段工作频带内，插入损耗小于1dB，回波损耗高于15dB。
附图说明
[0018]图1为传统的串
‑
并联形式单刀多掷开关的结构示意图。
[0019]图2为本专利技术单刀多掷开关的结构示意图。
[0020]图3为本专利技术单刀多掷开关电路的工作原理和等效电路图。
[0021]其中，(a)为低通工作路径及其等效电路图，(b)为高通工作路径及其等效电路图。
[0022]图4为本专利技术实施例1单刀双掷开关的电路结构图。
[0023]图5为对比例1单刀双掷开关的电路结构图。
[0024]图6为对比例1单刀双掷开关的工作原理和等效电路图。
[0025]其中，(a)为低通工作路径及其等效电路图，(b)为高通工作路径及其等效电路图。
[0026]图7为对比例2单刀双掷开关的电路结构图。
[0027]图8为本专利技术实施例1、其对比例1以及对比例2单刀双掷开关的性能对比图；
[0028]其中，(a)为插入损耗，(b)为回波损耗。
具体实施方式
[0029]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合实施方式和附图，对本专利技术作进一步地详细描述。
[0030]图1为传统的单刀多掷开关的结构示意图，每条支路均为串
‑
并联单刀单掷单元，然而目前传统的单刀多掷开关工作带宽窄且高频处关断支路对导通支路会产生影响，使插入损耗增加，且支路越多、频率越高，该泄露越明显；这些缺点大大限制了开关的使用和射频集成电路的发展。
[0031]为了解决这些问题，本专利技术提供了一种应用可重构滤波网络的超宽带单刀多掷射频开关，即可以实现宽频带工作，又可以减少不同频带的支路之间的相互影响，实现低插入损耗；本专利技术单刀多掷射频开关的结构示意图如图2所示，包括若干个单刀单掷开关(SPST)单元和可重构滤波网络，所述可重构滤波网络包括一个开关晶体管S
T
、一个电感L和一个电容C；
[0032]开关的公共端口与电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用可重构滤波网络的超宽带单刀多掷射频开关，其特征在于，包括若干个单刀单掷开关单元和可重构滤波网络；所述可重构滤波网络包括一个开关晶体管S
T
、一个电感L和一个电容C；超宽带单刀多掷射频开关的公共端口与电感L的一端和电容C的一端连接；电感L的另一端与晶体管S
T
的漏极、若干并联的单刀单掷单元的公共端连接；晶体管S
T
的源极接地，栅极与控制电压相连；电容C的另一端与若干并联的单刀单掷单元连接；所有单刀单掷单元的另一端为单刀多掷开关的输出端口；超宽带单刀多掷射频开关的公共端口并联两条支路，电感L所在支路为低通支路，电容C所在支路为高通支路。2.如权利要求1所述的超宽带单刀多掷射频开关，其特征在于，当开关晶体管S
T
的漏极所并联的任一单刀单掷单元导通，开关晶体管S
T
和其余所有单刀单掷单元断开时，此时低通支路工作，开关晶体管S
T
的寄生电容、电容C和电感L构成低通滤...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，王义城，王肇旿，王振宇，杨涛，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：