本發(fā)明涉及一種針對高功率rf開關(guān)的偏置（bias）控制電路，并且更特別地涉及一種用于向諸如pin二極管rf開關(guān)之類的高功率rf開關(guān)提供正向或反向偏置的控制電路。

背景技術(shù)：

在各種rf系統(tǒng)（tract）和應(yīng)用中，存在調(diào)節(jié)在系統(tǒng)的各種地點處的rf信號的需求。調(diào)節(jié)rf信號的方式中的一個是通過使用rf開關(guān)模塊，該rf開關(guān)模塊可以是機械開關(guān)、機電開關(guān)或者最近開發(fā)的和正在普遍使用的開關(guān)——諸如pin二極管、晶體管等的基于固態(tài)技術(shù)的開關(guān)。

例如，當(dāng)多個rf放大器用于輸入rf功率組合器時，需要調(diào)整和優(yōu)化rf功率組合器的輸出功率以獲得期望的輸出rf信號。輸出rf功率的調(diào)整和/或優(yōu)化的一個方式是通過控制從rf功率放大器饋入rf功率組合器的rf信號。例如，如果存在降低rf功率組合器的rf輸出的功率的需求，則可以阻止rf功率放大器中的一個或多個向rf功率組合器提供輸入。替代地，例如，如果存在增加rf功率組合器的rf輸出的功率的需求，則可能需要開啟rf功率放大器中的一個或多個以用于向rf功率組合器提供輸入。為了實現(xiàn)對rf功率放大器的該控制，即為了控制rf功率放大器使得僅來自期望的rf放大器的rf信號被饋入rf功率組合器中，將給定的rf放大器連接到rf功率組合器的每個傳輸線被裝備rf開關(guān)或rf開關(guān)模塊，通常位于rf功率組合器的rf功率輸入的每個處。每個rf開關(guān)模塊通過其切換動作而允許或不允許給定的rf功率放大器向rf功率組合器提供其rf信號。通常每個rf開關(guān)模塊由單獨的控制單元控制。控制單元誘導(dǎo)（induce）切換動作，即“接通”或“斷開”rf開關(guān)?？刂茊卧蓡为毜碾娺B接器連接到rf開關(guān)模塊。到控制單元的用以誘導(dǎo)rf開關(guān)模塊的信息可能來自外部系統(tǒng)，諸如中央控制系統(tǒng)。

特別地，諸如高功率rf放大器/發(fā)生器系統(tǒng)之類的高功率rf應(yīng)用可包括多個rf功率放大器，每個具有其單獨的rf開關(guān)模塊，并且每個rf開關(guān)模塊具有與rf開關(guān)模塊連接的其控制單元。因此在給定的rf應(yīng)用中可能需要許多切換動作。此外，諸如基于pin二極管的rf開關(guān)之類的基于固態(tài)技術(shù)的rf開關(guān)可以將rf信號切換到高達(dá)若干千瓦，然而為了精確和高效的切換，這樣的rf開關(guān)需要高達(dá)1000伏特及以上作為反向偏置電壓，并且需要1安培及更多作為正向偏置電流。因此，對rf開關(guān)而言存在具有利用合適的偏置應(yīng)用的精確切換動作的需求，并且這在常規(guī)的控制單元中缺乏。

發(fā)明目的

本技術(shù)的目的是提出一種具有偏置控制電路的控制單元，用于rf開關(guān)模塊的有效切換動作，特別用于高功率rf應(yīng)用。

上面的目的由根據(jù)權(quán)利要求1的用于向rf開關(guān)模塊提供反向或正向偏置信號的控制單元以及根據(jù)本技術(shù)的權(quán)利要求15的用于從這樣的控制單元向rf開關(guān)模塊提供反向或正向偏置信號的方法來實現(xiàn)。

根據(jù)本公開的一個方面，提出一種用于向rf開關(guān)模塊提供反向或正向偏置信號的控制單元。該控制單元包括反向偏置源、正向偏置源、內(nèi)部開關(guān)和本地控制模塊。反向偏置源被適配成在反向偏置源的第一輸出處提供反向偏置信號。正向偏置源被適配成在正向偏置源的第二輸出處提供正向偏置信號。內(nèi)部開關(guān)至少包括第一輸入、第二輸入和輸出。內(nèi)部開關(guān)的第一輸入被適配成從反向偏置源的第一輸出接收反向偏置信號。內(nèi)部開關(guān)的第二輸入被適配成從正向偏置源的第二輸出接收正向偏置信號。內(nèi)部開關(guān)的輸出被配置成連接到rf開關(guān)模塊，以將或者反向偏置信號或者正向偏置信號傳輸?shù)絩f開關(guān)模塊。內(nèi)部開關(guān)被配置成通過切換動作控制反向偏置信號和正向偏置信號朝著rf開關(guān)模塊的傳輸。本地控制模塊電連接到內(nèi)部開關(guān)以控制內(nèi)部開關(guān)的切換動作。本地控制模塊進(jìn)一步電連接到反向偏置源以控制在反向偏置源的第一輸出處的反向偏置信號的提供。因此對內(nèi)部開關(guān)進(jìn)行切換以向rf開關(guān)模塊提供正向或反向偏置被精確且準(zhǔn)確地控制。

在控制單元的一個實施例中，本地控制模塊被配置成與外部系統(tǒng)通信并從外部系統(tǒng)接收輸入信號。輸入信號被適配成誘導(dǎo)本地控制模塊向反向偏置源提供第一控制信號以控制在反向偏置源的第一輸出處的反向偏置信號的提供，和/或輸入信號誘導(dǎo)本地控制模塊向內(nèi)部開關(guān)提供第二控制信號以控制內(nèi)部開關(guān)的切換動作。因此來自外部地點或代理的指令可用于控制內(nèi)部開關(guān)向rf開關(guān)模塊提供正向或反向偏置。

在控制單元的另一個實施例中，本地控制模塊與反向偏置源通信，以確定在反向偏置源的第一輸出處提供反向偏置信號時反向偏置源的運行。因此在本地控制模塊處接收反向偏置源的適當(dāng)運行或故障運行的反饋。

在控制單元的另一個實施例中，本地控制模塊與正向偏置源通信，以確定在正向偏置源的第二輸出處提供正向偏置信號時正向偏置源的運行。因此在本地控制模塊處接收正向偏置源的適當(dāng)運行或故障運行的反饋。

在控制單元的另一個實施例中，本地控制模塊被配置成與外部系統(tǒng)通信。本地控制模塊被進(jìn)一步配置成向外部系統(tǒng)提供反饋信號。反饋信號代表在反向偏置源的第一輸出處提供反向偏置信號時反向偏置源的運行和/或在正向偏置源的第二輸出處提供正向偏置信號時正向偏置源的運行。因此在外部系統(tǒng)處獲得反向偏置源和/或正向偏置源的運行的反饋，用于進(jìn)一步分析、進(jìn)一步傳輸或存儲。

在控制單元的另一個實施例中，反向偏置源是dc源。dc源被配置成提供負(fù)dc電壓作為反向偏置信號。這提供控制單元的實現(xiàn)簡單的實施例。

在控制單元的另一個實施例中，dc源包括具有平面變壓器的回掃轉(zhuǎn)換器，該平面變壓器具有初級繞組、間隙和次級繞組，其中次級繞組包括具有倍壓器的整流器。這為rf開關(guān)模塊提供反向偏置的穩(wěn)定且高功率源。

在本技術(shù)的另一個實施例中，控制單元包括連接在反向偏置源的第一輸出與內(nèi)部開關(guān)的第一輸入中間的緩沖器電阻器。因此，當(dāng)反向偏置源未正被提供用以在反向偏置源的第一輸出處提供反向偏置信號的控制信號時，使來自反向偏置源的任何殘余電荷或電流停住（snub）。

在控制單元的另一個實施例中，正向偏置源包括穩(wěn)定的dc源和/或dc電壓源。這提供控制單元的簡單布置。

在控制單元的另一個實施例中，內(nèi)部開關(guān)包括連接在內(nèi)部開關(guān)的輸出與第二輸入之間的切換元件。因此調(diào)節(jié)正向偏置從內(nèi)部開關(guān)的第二輸入和內(nèi)部開關(guān)的輸出的傳輸。

在控制單元的另一個實施例中，切換元件是晶體管。這使得控制單元緊湊。

在控制單元的另一個實施例中，切換元件的柵極端子由本地控制模塊電控制，使得正向偏置信號從內(nèi)部開關(guān)的第二輸入到內(nèi)部開關(guān)的輸出的傳輸由本地控制模塊控制。因此本地控制模塊能夠控制內(nèi)部開關(guān)的切換元件。

在控制單元的另一個實施例中，晶體管是絕緣柵雙極晶體管（igbt）。igbt可容易獲得且易于制造和整合在電路中，因此使得控制單元簡單、便宜且易于制造。

在控制單元的另一個實施例中，晶體管是金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（mosfet）。mosfet可容易獲得且易于制造和整合在電路中，因此使得控制單元簡單、便宜且易于制造。

根據(jù)本技術(shù)的另一個方面，提出一種用于從控制單元向rf開關(guān)模塊提供反向或正向偏置信號的方法。該控制單元包括全部如上文中描述的反向偏置源、正向偏置源、內(nèi)部開關(guān)和本地控制模塊。內(nèi)部開關(guān)包括連接在第二輸入與輸出之間的切換元件。在該方法中，從本地控制模塊向反向偏置源提供第一控制信號。同時，從本地控制模塊向切換元件的柵極端子提供第二控制信號。因此本地控制模塊被準(zhǔn)許控制反向偏置源以及內(nèi)部開關(guān)中的切換元件。內(nèi)部開關(guān)中的切換元件進(jìn)而控制正向偏置信號從內(nèi)部開關(guān)的第二輸入到內(nèi)部開關(guān)的輸出并且因此隨后到rf開關(guān)模塊的傳輸。因此，通過本方法，操作者能夠控制正向偏置信號以及反向偏置信號。

在該方法的一個實施例中，第一控制信號誘導(dǎo)反向偏置源在反向偏置源的第一輸出處提供反向偏置信號，并且第二控制信號誘導(dǎo)切換元件阻止正向偏置信號從內(nèi)部開關(guān)的第二輸入到內(nèi)部開關(guān)的輸出的傳輸。這提供該方法的當(dāng)在rf開關(guān)模塊處期望反向偏置時的實施例。

在該方法的另一個實施例中，第一控制信號誘導(dǎo)反向偏置源抓住（seize）以在反向偏置源的第一輸出處提供反向偏置信號，并且第二控制信號誘導(dǎo)切換元件允許正向偏置信號從內(nèi)部開關(guān)的第二輸入到內(nèi)部開關(guān)的輸出的傳輸。這提供該方法的當(dāng)在rf開關(guān)模塊處期望正向偏置時的實施例。

附圖說明

在下文中參考在附圖中示出的圖示的實施例來進(jìn)一步描述本技術(shù)，在附圖中：

圖1圖示了從現(xiàn)有技術(shù)水平已知的控制單元布局，以及

圖2圖示了根據(jù)本公開的方面的控制單元。

具體實施方式

在下文中，詳細(xì)地描述了本技術(shù)的上面提及的特征和其他特征。參考圖描述了各種實施例，其中同樣的參考數(shù)字自始至終用來指代同樣的元件。在以下描述中，出于解釋的目的，記載了眾多特定細(xì)節(jié)以便提供對一個或多個實施例的透徹理解?？赡茏⒁獾氖?，所圖示的實施例意圖解釋而不非限制本發(fā)明?？赡苊黠@的是，可以在沒有這些特定細(xì)節(jié)的情況下實踐這樣的實施例。

在圖1中，描繪了針對rf應(yīng)用的如從現(xiàn)有技術(shù)水平已知的控制單元99的布局。rf開關(guān)模塊90或僅rf開關(guān)90用于控制rf信號。rf開關(guān)90由控制單元99控制。rf開關(guān)90可以是基于pin二極管的rf開關(guān)或基于晶體管的rf開關(guān)，如rf應(yīng)用的領(lǐng)域中常規(guī)已知的。由于精確的切換和非常短的切換時間，基于pin二極管的rf開關(guān)90是特別有利的。這樣的基于pin二極管的rf開關(guān)90可以將rf信號切換到高達(dá)若干千瓦，然而為了精確和高效的切換，這樣的rf開關(guān)90，例如基于pin二極管的rf開關(guān)90，需要高達(dá)1000伏特及以上作為反向偏置電壓，并且需要1安培及更多作為正向偏置電流，并且這不由圖1中所示的常規(guī)控制單元99提供。

常規(guī)控制單元99包括反向偏置源10、正向偏置源20和內(nèi)部開關(guān)30。反向偏置由反向偏置源10提供給rf開關(guān)90，常規(guī)控制單元99中的反向偏置源10是連接到rf開關(guān)90的（未示出的）觸點中的（未示出的）一個的負(fù)dc電源11。負(fù)dc電源11在反向偏置源10的第一輸出18處提供反向偏置信號19。反向偏置信號19以負(fù)dc電壓的形式。包括穩(wěn)定的dc源21的正向偏置源20在正向偏置源20的第二輸出28處提供正向偏置信號29。正向偏置信號29以正dc電流的形式。此外，內(nèi)部開關(guān)30至少包括第一輸入31、第二輸入32和輸出36。反向偏置信號19被從反向偏置源10傳送到內(nèi)部開關(guān)30的觸點中的一個，而正向偏置信號29被從正向偏置源20傳送到內(nèi)部開關(guān)30的另一個觸點?？刂茊卧?9向rf開關(guān)30饋送控制信號。取決于控制信號，內(nèi)部開關(guān)30在輸出36處提供正向或反向偏置?？刂茊卧?9將正向或反向偏置信號29、19施加到rf開關(guān)90使rf開關(guān)90在其切換狀態(tài)之間變換，即rf開關(guān)模塊90或者在反向偏置被施加到rf開關(guān)90時并且其在沒有rf功率傳輸通過rf開關(guān)模塊90時是“關(guān)閉的”，或者在正向偏置被施加到rf開關(guān)90時并且在rf功率被傳輸通過rf開關(guān)模塊90時是“打開的”。

電源11、21可以基于線性調(diào)節(jié)器或切換模式電源。雖然線性調(diào)節(jié)器具有低噪聲，但是效率也低。另一方面，切換模式電源具有高效率，但是需要濾波以降低輸出18、28處的噪聲。此外，切換動作未被良好地調(diào)節(jié)。

通過將電流或電壓施加到rf開關(guān)90，并通過這種方式相應(yīng)地將其切換到導(dǎo)通和非導(dǎo)通狀態(tài)，控制單元99控制rf開關(guān)90的狀態(tài)或位置。

圖2圖示了根據(jù)本技術(shù)的方面的控制單元100。控制單元100是針對rf開關(guān)90的偏置電路，并向rf開關(guān)模塊90提供或者反向偏置信號19或者正向偏置信號29。控制單元100包括反向偏置源10、正向偏置源20、內(nèi)部開關(guān)30和本地控制模塊40（下文中的lcm40）。

反向偏置源10具有在本文中稱為第一輸出18的輸出。反向偏置源10在反向偏置源10的第一輸出18處提供反向偏置信號19。在控制單元100的一個實施例中，反向偏置源10是提供負(fù)dc電壓作為反向偏置信號19的dc源。dc源10包括具有平面變壓器14的回掃轉(zhuǎn)換器13。平面變壓器14包括初級繞組、間隙和次級繞組。初級繞組從dc電源11接收功率。次級繞組包括具有倍壓器17的整流器13，并且進(jìn)一步包括二極管15和濾波電容器16。由于次級繞組中的具有倍壓器17的整流器13，二極管15和濾波電容器16上的反向電壓被降低。從控制單元100的反向偏置源11，生成反向偏置信號19，并且在反向偏置源10的第一輸出18處提供如此生成的反向偏置信號19。

正向偏置源20具有在本文中稱為第二輸出28的輸出。正向偏置源20在正向偏置源20的第二輸出28處提供正向偏置信號29。在控制單元100的一個實施例中，正向偏置源20包括穩(wěn)定的dc源21和/或dc電壓源22。此外，可能存在（未示出的）可選的微處理器以控制從正向偏置源20提供給第二輸出28的dc電流或dc電壓。dc電源24用于為穩(wěn)定的dc源21和/或dc電壓源22提供功率。

控制單元100進(jìn)一步包括內(nèi)部開關(guān)30。內(nèi)部開關(guān)30至少具有第一輸入31、第二輸入32和輸出36。內(nèi)部開關(guān)30的第一輸入31電連接到反向偏置源10的第一輸出18。因此使得內(nèi)部開關(guān)30的第一輸入31能夠從反向偏置源10的第一輸出18接收反向偏置信號19。在控制單元100的一個實施例中，可選地，緩沖器電阻器9連接在反向偏置源10的第一輸出18與內(nèi)部開關(guān)30的第一輸入31中間。

內(nèi)部開關(guān)30的第二輸入32電連接到正向偏置源20的第二輸出28。因此使得內(nèi)部開關(guān)30的第二輸入32能夠從正向偏置源20的第二輸出28接收正向偏置信號29。內(nèi)部開關(guān)30的輸出36連接到rf開關(guān)模塊90。通過輸出36，或者反向偏置信號19或者正向偏置信號29被傳輸?shù)絩f切換模塊90。內(nèi)部開關(guān)30包括至少一個切換元件33。切換元件33可以是但不限于晶體管，特別是igbt（絕緣柵雙極晶體管），特別是mosfet（金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管），等等。切換元件33連接在內(nèi)部開關(guān)30的輸出36與第二輸入32之間。切換元件33通過其切換動作或者允許或者不允許正向偏置信號29從內(nèi)部開關(guān)30的第二輸入32到內(nèi)部開關(guān)30的輸出36的傳輸。

lcm40電連接到內(nèi)部開關(guān)30，并且lcm40控制內(nèi)部開關(guān)30的切換動作，即將切換元件33的切換動作控制得更精確。在一個實施例中，通過向位于內(nèi)部開關(guān)30內(nèi)部的開關(guān)控制34發(fā)送第二控制信號56，lcm40控制內(nèi)部開關(guān)30的切換動作。例如，假定切換元件33是mosfet，則開關(guān)控制34可以是但不限于電導(dǎo)體繞組，其在切換元件33（在該情況下是mosfet33）的柵極端子35處誘導(dǎo)柵極電壓或柵極電流。因此，lcm40控制或調(diào)節(jié)是否允許正向偏置信號29從第二輸入32穿過切換元件33并且到內(nèi)部開關(guān)30的輸出36。

此外，在控制單元100中，lcm40電連接到反向偏置源10。lcm40控制反向偏置源10，用于在反向偏置源10的第一輸出18處提供或不提供反向偏置信號19。由lcm40對反向偏置源10的控制可通過各種方式來實現(xiàn)，例如通過經(jīng)由開關(guān)連接器12向lcm40發(fā)送第一控制信號53，該開關(guān)連接器12然后誘導(dǎo)或阻止反向偏置源10生成反向偏置信號19，并且隨后反向偏置信號19在反向偏置源10的第一輸出18處分別或者存在或者缺少。

lcm40可包括但不限于模擬電壓或電流信號發(fā)生器、處理器、存儲器等等。lcm40能夠與外部系統(tǒng)50通信。外部系統(tǒng)50可以是主控制單元50，從該主控制單元50向lcm40發(fā)送命令或指令以控制反向偏置源10和/或內(nèi)部開關(guān)30。lcm40可以例如通過數(shù)據(jù)線纜或傳輸線連接到外部系統(tǒng)50，并且因此能夠從外部系統(tǒng)50接收輸入信號51。輸入信號51誘導(dǎo)lcm40向反向偏置源10提供第一控制信號53和/或向內(nèi)部開關(guān)30提供第二控制信號56。

lcm40可進(jìn)一步與反向偏置源10實時通信，并且能夠確定在反向偏置源10的第一輸出18處提供反向偏置信號19時反向偏置源10的運行。這意味著當(dāng)反向偏置源10正在生成反向偏置信號19時，可以從反向偏置源10向lcm40提供指示或信息或反饋信號54，以將該信息傳送給lcm40。反饋信號54不僅可以指示在生成反向偏置電壓19時反向偏置源10的正常預(yù)期運行，而且可以提供故障情況。故障情況的示例可以在雖然第一控制信號53攜帶用以誘導(dǎo)反向偏置信號19的生成的命令但反向偏置源10沒有生成反向偏置信號19時。

lcm40可進(jìn)一步與正向偏置源20實時通信，并且能夠確定在正向偏置源20的第二輸出28處提供正向偏置信號29時正向偏置源20的運行。這意味著當(dāng)正向偏置源20正在生成正向偏置信號29時，可以從正向偏置源20向lcm40提供指示或信息或反饋信號55，以將該信息傳送給lcm40。反饋信號55不僅可以指示在生成正向偏置電壓29時正向偏置源20的正常預(yù)期運行，而且可以提供故障情況。故障情況的示例可以在正向偏置源20沒有生成正向偏置信號29時。

lcm40可進(jìn)一步與外部系統(tǒng)50通信，以便向外部系統(tǒng)50提供反饋信號52。反饋信號52代表反饋信號54和/或反饋信號55。

對于控制單元100，當(dāng)期望或需要在內(nèi)部開關(guān)30的輸出36處具有反向偏置信號19時，lcm40向反向偏置源10發(fā)送第一控制信號53，以誘導(dǎo)反向偏置源10生成反向偏置信號19，并且同時lcm40向內(nèi)部開關(guān)30發(fā)送第二控制信號56，并且從而關(guān)閉內(nèi)部開關(guān)30，即不允許正向偏置信號29從內(nèi)部開關(guān)30的第二輸入32到輸出36的傳輸。因此，反向偏置信號19離開內(nèi)部開關(guān)30的輸出36，并且向rf開關(guān)模塊90（即pin二極管90）提供反向偏置。替代地，當(dāng)期望或需要在內(nèi)部開關(guān)30的輸出36處具有正向偏置信號29時，lcm40向反向偏置源10發(fā)送第一控制信號53，以誘導(dǎo)反向偏置源20不生成反向偏置信號19，并且同時lcm40向內(nèi)部開關(guān)30發(fā)送第二控制信號56，并且從而打開內(nèi)部開關(guān)30，即允許正向偏置信號29從內(nèi)部開關(guān)30的第二輸入32到輸出36的傳輸。濾波電容器16可通過緩沖器電阻器9放電。因此，正向偏置信號29離開內(nèi)部開關(guān)30的輸出36，并且向rf開關(guān)模塊90（即pin二極管90）提供正向偏置。

雖然已經(jīng)參考某些實施例詳細(xì)地描述了本技術(shù)，但是應(yīng)領(lǐng)會到本技術(shù)不限于那些精確實施例。相反，鑒于描述用于實踐本發(fā)明的示例性模式的本公開，對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將出現(xiàn)許多修改和變化而不脫離本發(fā)明的范圍和精神。因此，本發(fā)明的范圍由以下權(quán)利要求而不是由前述描述來指示。進(jìn)入權(quán)利要求的等同的含義和范圍內(nèi)的所有改變、修改和變化都被認(rèn)為在其范圍內(nèi)。