CN116470933A - 基于单刀三掷开关的射频微波电路及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例提供了一种基于单刀三掷开关的射频微波电路及其工作方法。应用于集成电路领域，所述电路包括：COM1端、COM2端、由单刀三掷开关控制的发射支路、直通支路及接收支路、位于直通支路与接收支路之间的第二电感；其中，所述发射支路包括：发射支路输入端、第一放大器和发射支路输出端；所述接收支路包括：接收支路输入端、第二放大器和接收支路输出端；所述直通支路包括：第一电感。以此方式，可以简化电路，提高信号质量，满足收发分时工作系统的需求。

Description

基于单刀三掷开关的射频微波电路及其工作方法

技术领域

本公开涉及集成电路技术领域，进一步地涉及射频微波电路技术领域，尤其涉及基于单刀三掷开关的射频微波电路及其工作方法。

背景技术

在现有技术中，接收信号经过了多通道功合器的功率合成后进入接收支路，因此接收支路输入信号功率较大，很容易因为过载而导致信号饱和失真。在现有技术中，应用于多通道相控阵收发芯片公共通道的射频微波电路有以下缺点：

1.工作状态固定，无法提供直通支路和旁路功能。

2.由于接收信号经过了多通道功合器的功率合成，导致接收支路输入信号较大，当支路中的输入信号功率较大时，放大器很容易出现饱和，导致信号失真。

发明内容

本公开提供了一种基于单刀三掷开关的射频微波电路及其工作方法。

根据本公开的第一方面，提供了一种基于单刀三掷开关的射频微波电路。该电路包括：

COM1端、COM2端、由单刀三掷开关控制的发射支路、直通支路及接收支路、位于直通支路与接收支路之间的第二电感；其中，

发射支路包括：发射支路输入端、第一放大器和发射支路输出端；

接收支路包括：接收支路输入端、第二放大器和接收支路输出端；

直通支路包括：第一电感；

单刀三掷开关的主接线点与COM1端电连接，三个动接线点分别与发射支路输入端、直通支路中的第一电感的一端、接收支路输出端电连接；

发射支路输入端同时还与第一放大器的输入端电连接，第一放大器的输出端与发射支路输出端电连接；发射支路输出端同时还与COM2端电连接；

直通支路中的第一电感的另一端与COM2端电连接；

第二电感的一端与COM2端电连接，另一端与接收支路输入端电连接；接收支路输入端同时还与第二放大器的输入端电连接，第二放大器的输出端与接收支路输出端电连接。

在第一方面的一些可实现方式中，该电路还包括：

第一开关元件，第一开关元件一端与接收支路输入端电连接，另一端接地。

在第一方面的一些可实现方式中，该电路还包括：

第一放大器电源，用于为发射支路中的第一放大器供电；

第二放大器电源，用于为接收支路中的第二放大器供电。

在第一方面的一些可实现方式中，该电路还包括：

第二开关元件，第二开关元件一端与第一放大器的电源引脚电连接，另一端与第一放大器电源电连接。

在第一方面的一些可实现方式中，当单刀三掷开关与发射支路输入端的动接线节点电连接时，第一放大器接电，发射信号从COM1端输入发射支路，经第一放大器处理后输出至COM2端，此时电路处于发射态。

在第一方面的一些可实现方式中，当单刀三掷开关与发射支路输入端的动接线节点电连接时，接收支路和直通支路并联组成λ/4传输线。

在第一方面的一些可实现方式中，当单刀三掷开关与直通支路中的第一电感的动接线节点电连接时，直通信号从COM2端输入直通支路，经第一电感传输至COM1端，此时电路处于直通态。

在第一方面的一些可实现方式中，当单刀三掷开关与直通支路中的第一电感的动接线节点电连接时：

第一放大器失电，发射支路呈高阻状态；

第二电感导通到地构成λ/4单端接地传输线；

接收支路呈断路状态。

在第一方面的一些可实现方式中，当单刀三掷开关与接收支路输出端的动接线节点电连接时，接收信号从COM2端输入接收支路，经第二放大器处理后传输至COM1端，此时电路处于接收态；第一放大器失电，发射支路整体呈高阻状态；直通支路呈断路状态。

根据本公开的第二方面，提供了一种基于单刀三掷开关的射频微波电路的工作方法，应用如上所述的电路，该方法包括：

若单刀三掷开关接发射支路，则电路进入发射态，发射支路中的第一放大器接电，发射信号从COM1端输入发射支路，经第一放大器处理后传输至COM2端，完成信号发射；

若单刀三掷开关接直通支路，则电路进入直通态，直通信号从COM2端输入直通支路，经直通支路中的第二电感后传输至COM1端，完成直通信号传输；

若单刀三掷开关接接收支路，则电路进入接收态，接收信号从COM2端输入接收支路，经接收支路中的第二放大器处理后传输至COM1端，完成信号接收。

在本公开中，利用单刀三掷开关控制发射支路、直通支路及接收支路的工作状态，解决了多通道相控阵收发芯片公共通道直通支路和旁路功能问题，可以灵活处理多路输入后的合成信号，满足收发分时工作系统需求，且电路结构简单，能够集成到CMOS多模式射频收发芯片中。

应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：

图1示出了本公开实施例提供的一种基于单刀三掷开关的射频微波电路的电路图。

图2示出了本公开实施例提供的一种基于单刀三掷开关的射频微波电路的工作方法的流程图。

图3示出了本公开实施例提供的一种基于单刀三掷开关的射频微波电路处于发射态时接收支路和发射支路隔离度的仿真图；

图4示出了本公开实施例提供的一种基于单刀三掷开关的射频微波电路处于发射态时直通支路和发射支路隔离度的仿真图；

图5示出了本公开实施例提供的一种基于单刀三掷开关的射频微波电路处于直通态时发射支路和直通支路隔离度的仿真图；

图6示出了本公开实施例提供的一种基于单刀三掷开关的射频微波电路处于直通态时接收支路和直通支路隔离度的仿真图；

图7示出了本公开实施例提供的一种基于单刀三掷开关的射频微波电路处于接收态时直通支路和接收支路隔离度的仿真图；

图8示出了本公开实施例提供的一种基于单刀三掷开关的射频微波电路处于接收态时发射支路和接收支路隔离度的仿真图。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本公开保护的范围。

另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

针对背景技术中提到的问题，本公开提供了一种基于单刀三掷开关的射频微波电路及其工作方法。

具体地，利用单刀三掷开关控制发射支路、直通支路及接收支路的工作状态，若单刀三掷开关接发射支路，则电路进入发射态，发射支路中的第一放大器接电，发射信号从COM1端输入发射支路，经第一放大器处理后传输至COM2端，完成信号发射；若单刀三掷开关接直通支路，则电路进入直通态，直通信号从COM2端输入直通支路，经直通支路中的第二电感后传输至COM1端，完成直通信号传输；若单刀三掷开关接接收支路，则电路进入接收态，接收信号从COM2端输入接收支路，经接收支路中的第二放大器处理后传输至COM1端，完成信号接收。

以此方式，可以解决多通道相控阵收发芯片公共通道直通支路和旁路功能问题，灵活处理多路输入后的合成信号，满足收发分时工作系统需求，且电路结构简单，能够集成到CMOS多模式射频收发芯片中。

下面结合附图对本公开所提供的基于单刀三掷开关的射频微波电路及其工作方法进行详细说明。

图1示出了本公开实施例提供的一种基于单刀三掷开关的射频微波电路的电路图；如图1所示，基于单刀三掷开关的射频微波电路可以包括：

COM1端、COM2端、由单刀三掷开关控制的发射支路、直通支路及接收支路、位于直通支路与接收支路之间的第二电感；其中，

发射支路包括：发射支路输入端、第一放大器和发射支路输出端；

接收支路包括：接收支路输入端、第二放大器和接收支路输出端；

直通支路包括：第一电感；

单刀三掷开关的主接线点与COM1端电连接，三个动接线点分别与发射支路输入端、直通支路中的第一电感的一端、接收支路输出端电连接；

发射支路输入端同时还与第一放大器的输入端电连接，第一放大器的输出端与发射支路输出端电连接；发射支路输出端同时还与COM2端电连接；

直通支路中的第一电感的另一端与COM2端电连接；

第二电感的一端与COM2端电连接，另一端与接收支路输入端电连接；接收支路输入端同时还与第二放大器的输入端电连接，第二放大器的输出端与接收支路输出端电连接。

根据本公开的实施例，利用单刀三掷开关控制支路，降低了电路在信号处理方面的损耗，提高了电路的可靠性。

在一些实施例中，基于单刀三掷开关的射频微波电路还可以包括：

第一开关元件，第一开关元件为反射型开关，一端与接收支路输入端电连接，另一端接地。当电路处于直通态时，用于控制第二电感接地。

在一些实施例中，基于单刀三掷开关的射频微波电路还可以包括：第一放大器电源，用于为发射支路中的第一放大器供电；第二放大器电源，用于为接收支路中的第二放大器供电。

在一些实施例中，基于单刀三掷开关的射频微波电路还可以包括：第二开关元件，第二开关元件一端与第一放大器的电源引脚电连接，另一端与第一放大器电源的正极电连接，第一放大器电源的负极接地。即第一放大器为单电源放大器。

需要说明的是，第二放大器也是单电源放大器，第二放大器电源正极与第二放大器电源引脚电连接，负极接地。

可以理解的是，第一放大器和第二放大器也可以是双电源放大器，上述单电源放大器为本公开优选实施例。

根据本公开的实施例，使用单电源放大器简化了电路结构，同时，因其具有高输入阻抗、低输入偏置电流、低输入偏置电压以及高共模抑制比等特点，提高了电路在信号处理方面的精度和稳定性。同时，它还具有较高的增益带宽积和较低的失调电压等特点，提高了电路在高频信号处理方面的性能。

进一步地，当单刀三掷开关与发射支路输入端的动接线节点电连接时，第一开关元件闭合，第一放大器接电，发射信号从COM1端输入发射支路，经第一放大器处理后输出至COM2端，此时电路处于发射态。接收支路和直通支路并联组成λ/4传输线，对发射输出端口呈现射频断路特性，第二开关元件和单刀三掷开关的可靠工作电压满足发射支路输出的电压摆幅。

根据本公开的实施例，上述电路处于发射态时，发射输出线性度高、损耗小，28G发射输出线性度大于17dBm。

进一步地，当单刀三掷开关与直通支路中的第一电感的动接线节点电连接时，直通信号从COM2端输入直通支路，经第一电感传输至COM1端，此时，电路处于直通态；同时，第一开关元件断开，第一放大器失电，发射支路呈高阻状态；第二电感导通到地构成λ/4单端接地传输线；接收支路呈断路状态。

根据本公开的实施例，上述电路处于直通态时，电路线性度较高，损耗小。

进一步地，当单刀三掷开关与接收支路输出端的动接线节点电连接时，接收信号从COM2端输入接收支路，经第二放大器处理后传输至COM1端，此时电路处于接收态；第一放大器失电，发射支路整体呈高阻状态；直通支路呈断路状态。

根据本公开的实施例，上述电路处于接收态时，电路损耗小；直通支路和发射支路并联，为接收端口提供了输入阻抗。

需要说明的是，各支路在工作态时，支路间的隔离度在18～30dB，可以满足收发分时工作系统需求。

下面结合图3-图8对支路间的隔离度数据进行更加详细的说明。

图3示出了本公开实施例提供的一种基于单刀三掷开关的射频微波电路处于发射态时接收支路和发射支路隔离度的仿真图；如图3所示，基于单刀三掷开关的射频微波电路处于发射态，其工作频段在24-30GHz之间时，接收支路和发射支路之间的隔离度在22-23dB。

图4示出了本公开实施例提供的一种基于单刀三掷开关的射频微波电路处于发射态时直通支路和发射支路隔离度的仿真图；如图4所示，基于单刀三掷开关的射频微波电路处于发射态，其工作频段在24-30GHz之间时，直通支路和发射支路之间隔离度在19-19.5dB。

图5示出了本公开实施例提供的一种基于单刀三掷开关的射频微波电路处于直通态时发射支路和直通支路隔离度的仿真图；如图5所示，基于单刀三掷开关的射频微波电路处于直通态，其工作频段在24-30GHz之间时，发射支路和直通支路之间隔离度在18-24dB。

图6示出了本公开实施例提供的一种基于单刀三掷开关的射频微波电路处于直通态时接收支路和直通支路隔离度的仿真图；如图6所示，基于单刀三掷开关的射频微波电路处于直通态，其工作频段在24-30GHz之间时，发射支路和直通支路之间隔离度在20-22dB。

图7示出了本公开实施例提供的一种基于单刀三掷开关的射频微波电路处于接收态时直通支路和接收支路隔离度的仿真图；如图7所示，基于单刀三掷开关的射频微波电路处于接收态，其工作频段在24-30GHz之间时，直通支路和接收支路之间隔离度在18-19.5dB。

图8示出了本公开实施例提供的一种基于单刀三掷开关的射频微波电路处于接收态时发射支路和接收支路隔离度的仿真图。如图8所示，基于单刀三掷开关的射频微波电路处于接收态，其工作频段在24-30GHz之间时，直通支路和接收支路之间隔离度在21-30dB。

可以理解的是，本公开中的第一开关元件、第二开关元件可以是机械开关或电子开关，其中，电子开关可以是：二极管、三极管、光控开关或可以实现相同功能的其他类型开关。

在现有技术中，应用于多通道相控阵收发芯片公共通道的射频微波电路有以下缺点：

1.工作状态固定，无法提供直通支路和旁路功能。

2.由于接收信号经过了多通道功合器的功率合成，导致接收支路输入信号较大，当支路中的输入信号功率较大时，放大器很容易出现饱和，导致信号失真。

根据本公开的实施例，实现了以下技术效果：

在发射支路和接收支路设置单电源放大器，简化了电路结构，提高了电路在信号处理方面的精度和稳定性，提高了电路在高频信号处理方面的性能。

利用单刀三掷开关控制发射支路、直通支路及接收支路的工作状态，解决了多通道相控阵收发芯片公共通道直通支路和旁路功能问题，增强公共通道接收大信号的能力，可以灵活处理多路输入后的合成信号，满足收发分时工作系统需求，且电路结构简单，能够集成到CMOS多模式射频收发芯片中。

以上是关于电路实施例的介绍，以下通过方法实施例，对本公开所述方案进行进一步说明。

图2示出了本公开实施例提供的一种基于单刀三掷开关的射频微波电路的工作方法的流程图。如图2所示，基于单刀三掷开关的射频微波电路的工作方法200可以包括：

S210，若单刀三掷开关接发射支路，则电路进入发射态，发射支路中的第一放大器接电，发射信号从COM1端输入发射支路，经第一放大器处理后传输至COM2端，完成信号发射。

S220，若单刀三掷开关接直通支路，则电路进入直通态，直通信号从COM2端输入直通支路，经直通支路中的第二电感后传输至COM1端，完成直通信号传输。

S230，若单刀三掷开关接接收支路，则电路进入接收态，接收信号从COM2端输入接收支路，经接收支路中的第二放大器处理后传输至COM1端，完成信号接收。

可以理解的是，图2所示的基于单刀三掷开关的射频微波电路的工作方法200中的各个步骤应用本公开实施例提供的基于单刀三掷开关的射频微波电路，并能达到相应的技术效果，具体电路结构，可以参考前述电路实施例中的对应内容，为描述的方便和简洁，在此不再赘述。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本公开并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本公开，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本公开所必须的。

上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于单刀三掷开关的射频微波电路，其特征在于，所述电路包括：

COM1端、COM2端、由单刀三掷开关控制的发射支路、直通支路及接收支路、位于直通支路与接收支路之间的第二电感；其中，

所述发射支路包括：发射支路输入端、第一放大器和发射支路输出端；

所述接收支路包括：接收支路输入端、第二放大器和接收支路输出端；

所述直通支路包括：第一电感；

所述单刀三掷开关的主接线点与所述COM1端电连接，三个动接线点分别与所述发射支路输入端、所述直通支路中的所述第一电感的一端、所述接收支路输出端电连接；

所述发射支路输入端同时还与所述第一放大器的输入端电连接，所述第一放大器的输出端与所述发射支路输出端电连接；所述发射支路输出端同时还与所述COM2端电连接；

所述直通支路中的所述第一电感的另一端与所述COM2端电连接；

所述第二电感的一端与所述COM2端电连接，另一端与所述接收支路输入端电连接；所述接收支路输入端同时还与所述第二放大器的输入端电连接，所述第二放大器的输出端与所述接收支路输出端电连接。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：

第一开关元件，所述第一开关元件一端与所述接收支路输入端电连接，另一端接地。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：

第一放大器电源，用于为所述发射支路中的所述第一放大器供电；

第二放大器电源，用于为所述接收支路中的所述第二放大器供电。

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：

第二开关元件，所述第二开关元件一端与所述第一放大器的电源引脚电连接，另一端与所述第一放大器电源电连接。

5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，

当所述单刀三掷开关与所述发射支路输入端的动接线节点电连接时，所述第一放大器接电，发射信号从所述COM1端输入所述发射支路，经所述第一放大器处理后输出至所述COM2端，此时所述电路处于发射态。

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，

当所述单刀三掷开关与所述发射支路输入端的动接线节点电连接时，所述接收支路和所述直通支路并联组成λ/4传输线。

7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，

当所述单刀三掷开关与所述直通支路中的所述第一电感的动接线节点电连接时，直通信号从COM2端输入所述直通支路，经所述第一电感传输至所述COM1端，此时所述电路处于直通态。

8.根据权利要求7所述的电路，其特征在于，

当所述单刀三掷开关与所述直通支路中的所述第一电感的动接线节点电连接时：

所述第一放大器失电，所述发射支路呈高阻状态；

所述第二电感导通到地构成λ/4单端接地传输线；

所述接收支路呈断路状态。

9.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，

当所述单刀三掷开关与所述接收支路输出端的动接线节点电连接时，接收信号从所述COM2端输入所述接收支路，经所述第二放大器处理后传输至所述COM1端，此时所述电路处于接收态；

所述第一放大器失电，所述发射支路整体呈高阻状态；

所述直通支路呈断路状态。

10.一种基于单刀三掷开关的射频微波电路的工作方法，其特征在于，所述方法应用如权利要求1-9中任一项所述的电路，所述方法包括：

若所述单刀三掷开关接发射支路，则所述电路进入发射态，发射支路中的第一放大器接电，发射信号从COM1端输入所述发射支路，经所述第一放大器处理后传输至COM2端，完成信号发射；

若所述单刀三掷开关接直通支路，则所述电路进入直通态，直通信号从COM2端输入所述直通支路，经所述直通支路中的第二电感后传输至COM1端，完成直通信号传输；

若所述单刀三掷开关接接收支路，则所述电路进入接收态，接收信号从COM2端输入所述接收支路，经所述接收支路中的第二放大器处理后传输至COM1端，完成信号接收。