專利名稱：無(wú)線接收—發(fā)射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種象TDMA(時(shí)分多址存取)通信信裝置這樣的無(wú)線接收-發(fā)射裝置，該裝置裝有象SPDT(單極雙通)開(kāi)關(guān)這樣的信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，這種開(kāi)關(guān)被用來(lái)在裝置和天線之間選擇地轉(zhuǎn)換輸入和輸出信號(hào)。
在TDMA通信裝置中，利用SPDT開(kāi)關(guān)來(lái)有選擇地把射頻信號(hào)輸出給天線或從天線輸入這樣的信號(hào)。

圖1是例舉的SPDT開(kāi)關(guān)的理論上的電路圖。如科所示，該SPDT開(kāi)關(guān)由四個(gè)場(chǎng)效應(yīng)三極管FET單元組成，并且具有一信號(hào)輸入端IN，一信號(hào)輸出端OUT和一信號(hào)輸入-輸出端I0。
第一FET單元5的一端連接到信號(hào)輸入端IN2，而其另一端連接到信號(hào)輸入-輸出端I01。第二FET單元6的一端連接到信號(hào)輸入端IN2，而其另一端接地。第三FET單元9的一端連接到信號(hào)輸出端OUT3，而其另一端連接到信號(hào)輸入-輸出端I01。第四FET單元8的一端連接到信號(hào)輸出端OUT3，而其另一端接地。這些FET單元相互等同的場(chǎng)效應(yīng)三極管組成。在該說(shuō)明書(shū)中，每個(gè)FET單元意味著由一級(jí)或多級(jí)的場(chǎng)效應(yīng)三極管構(gòu)成的配置。信號(hào)輸入端IN2連接到該通信裝置的發(fā)射機(jī)上，信號(hào)輸出端OUT3連接到該通信裝置的接收機(jī)上，而信號(hào)輸入-輸出端I01連接到天線上。
當(dāng)SPDT開(kāi)關(guān)處于發(fā)送模式，用來(lái)把射頻信號(hào)從該通信裝置的發(fā)射機(jī)輸出到天線時(shí)，SPDT開(kāi)關(guān)上的第一FET單元5和第四FET單元8導(dǎo)通，而第2FET單元6和第三FET單元9截止。因此在信號(hào)輸入端IN2上收到的射頻信號(hào)經(jīng)第一FET單元5傳遞到信號(hào)輸入-輸出端IO1。同時(shí)，當(dāng)SPDT處于接收模式，用來(lái)把從天線來(lái)的射頻信號(hào)輸入到該通信裝置的接收機(jī)時(shí)，SPDT開(kāi)關(guān)上的第三FET單元9和第二FET單元6導(dǎo)通，而第四FET單元8和第一FET單元5截止，所以在信號(hào)輸入-輸出端IO1上接收到的射頻信號(hào)經(jīng)第三FET9傳遞到信號(hào)輸出端OUT3。
在DC信號(hào)情況下，如果SPDT開(kāi)關(guān)僅由第一FET單元5和第三FET單元9組成可達(dá)到令人滿意的隔離。即在SPDT開(kāi)關(guān)處于發(fā)送模式時(shí)，在處于截止?fàn)顟B(tài)的第三FET單元9上不導(dǎo)致漏電流。同樣當(dāng)SPDT開(kāi)關(guān)處于接收模式時(shí)，在也是處于截止?fàn)顟B(tài)的第一FET單元5上不導(dǎo)致漏電流。但是，因?yàn)槊恐粓?chǎng)效應(yīng)三極管具有一個(gè)容性成份，如果SPDT開(kāi)關(guān)是如上述構(gòu)成的話，對(duì)于發(fā)送或接收一個(gè)AC信號(hào)的情況則會(huì)引起問(wèn)題。即正是在第一FET單元5或第三FET單元g處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，AC信號(hào)從第一FET單元5或第三FET單元9泄漏出，因此在獲得完全隔離方面招致失敗。從而，在AC信號(hào)的發(fā)送或接收中，必須通過(guò)結(jié)合第二FET單元6和第四FET單元8，如上所述構(gòu)成SPDT開(kāi)關(guān)，導(dǎo)致AC信號(hào)的對(duì)地泄漏。
一般，場(chǎng)效應(yīng)三極管的柵極偏壓決定于輸入AC信號(hào)的電壓幅值而變化。當(dāng)AC信號(hào)在這種條件下流在該場(chǎng)效應(yīng)三極管的源區(qū)和漏區(qū)之間的溝道中時(shí)，上述條件是DC柵極電壓VgDC被加到三極管的柵極上，柵極偏壓Vg被加在三極管的柵極和溝道之間，上述柵極偏壓由DC柵極電壓VgDC和迭加在上的最大電壓幅值VRF。因此，施加到柵極的柵極偏壓Vg由相對(duì)柵極電壓VgDc的±△Vg的最大值在與AC信號(hào)同一頻率上變化。在上述討論中，△Vg表示柵極電壓變化，該變化由AC信號(hào)的最大電壓幅值VRF來(lái)確定，并大約等于KXVRF(在此K是比1小的常數(shù))。常數(shù)K單一地從時(shí)間常數(shù)中算出，該時(shí)間常數(shù)由場(chǎng)效應(yīng)三極管的柵極和溝道之間的電容以及AC信號(hào)的頻率來(lái)確定。
在信號(hào)發(fā)送的這種時(shí)候，即第一FET單元5和第四FET單元8處于導(dǎo)通狀態(tài)，而第二FET單元6和第二FET單元9處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，大功率的射頻信號(hào)正常地在SPDT開(kāi)關(guān)中流動(dòng)。在這種情況中，第一FET單元5上的場(chǎng)效應(yīng)三極管的柵極偏壓由于受流在第一FET單元5中的射頻信號(hào)的影響變以成Vg(＝VON-△Vg)。VON代表的是施加給導(dǎo)通狀態(tài)下的場(chǎng)效應(yīng)三極管柵極的DC柵極電壓。結(jié)果，該場(chǎng)效應(yīng)三極管的源極-漏極飽和電流Idss被減小。如果在第一FET單元5中流過(guò)的射頻信號(hào)電流超過(guò)源極-漏極飽和電流Idss的話，第一FET單元5不能使信號(hào)的全部電流在其上流動(dòng)，由此產(chǎn)生射頻信號(hào)上的失真，該信號(hào)是從SPDT開(kāi)關(guān)向天線輸出的，或在SPDT開(kāi)關(guān)上導(dǎo)致接入損耗。這種現(xiàn)象以圖形表示在圖2上。在該圖上，VBI代表內(nèi)建電壓，VBR代表?yè)舸╇妷骸?br> 在信號(hào)發(fā)送時(shí)，如果具有最大電壓幅值VRF的高電壓施加到處于截止?fàn)顟B(tài)的第二FET單元6和第三FET單元9的源-漏區(qū)的話，在第二FET單元6和第三FET單元9上的場(chǎng)效應(yīng)管的柵極偏壓Vg(＝VOFF+△Vg)超過(guò)夾斷電壓Vps，使第二FET單元6或第三FET單元9導(dǎo)通，所以產(chǎn)生射頻信號(hào)上的失真，該射頻信號(hào)是從SPDT開(kāi)關(guān)輸出到天線上的，或?qū)е耂PDT開(kāi)關(guān)隔離特性上的某些惡化。這種現(xiàn)象以圖示形式也表示在圖2上。由VOFF代表的是施加給處于截止?fàn)顟B(tài)的場(chǎng)效應(yīng)三極管柵極上的DC柵極電壓。
在信號(hào)接收時(shí)，即第三FET單元9和第二FET單元6處于導(dǎo)通狀態(tài)，而第4FET單元8和第一FET單元5處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，如果大功率的射頻信號(hào)在SPDT流動(dòng)時(shí)，類似于信號(hào)發(fā)送期間第一FET單元5的現(xiàn)象，相應(yīng)在第三FET單元9中的場(chǎng)效應(yīng)三極管上出現(xiàn)。因此，第三FET單元9不能使信號(hào)的完整電流流過(guò)，借此，在射頻信號(hào)上產(chǎn)生失真，該射頻信號(hào)是從SPDT開(kāi)關(guān)輸出到該通信裝置上的，或在SPDT開(kāi)關(guān)上引起接入損耗。
在信號(hào)接收時(shí)，如果具有最大幅值VRF的高壓被加到處于截止?fàn)顟B(tài)上的第四FET單元8和第一FET單元5的源-漏區(qū)，則出現(xiàn)類似于信號(hào)傳輸期間第二FET單元6或第三FET單元9的現(xiàn)象。結(jié)果，在射頻信號(hào)上產(chǎn)生失真，該射頻信號(hào)是從SPDT開(kāi)關(guān)向通信裝置輸出的，或在SPDT開(kāi)關(guān)的隔離特性上導(dǎo)致某些惡化。
在已公知的普通SPDT開(kāi)關(guān)上，第一、第二、第三和第四FET單元由相互等同的如圖一所示的場(chǎng)效應(yīng)管組成。在SPDT開(kāi)關(guān)的發(fā)送段(第一FET單元5和第二FET單元6)和其接收段(第三FET單元9和第四FET單元8)在結(jié)構(gòu)上相互一致。根本未準(zhǔn)備足夠的措施來(lái)防止在傳輸大的率射頻信號(hào)時(shí)導(dǎo)致的上述故障，使得在SPDT開(kāi)上易發(fā)生某些缺陷，這些缺陷包括射頻信號(hào)的失真、接入損耗的產(chǎn)生(功率損耗)和隔離特性的惡化。
一種改進(jìn)的SPDT由M.J.Schindler等人揭示在第一篇參考文獻(xiàn)中，即“大功率2-18 GHZT/R開(kāi)關(guān)”，IEEE MTT-S摘要，1990，第453～456頁(yè)。在這篇引證文獻(xiàn)中，描述一些改進(jìn)，這些改進(jìn)包括考慮發(fā)送功率和接收功率之間級(jí)差來(lái)優(yōu)化每個(gè)場(chǎng)效應(yīng)三極管的柵極寬度(即，對(duì)于通過(guò)大功率射頻信號(hào)的每只三極管柵極寬度被加寬，從而防止射頻信號(hào)的失真或接入損耗的增加)，而且為了增強(qiáng)截止?fàn)顟B(tài)下的耐壓特性和隔離特性使用雙柵極場(chǎng)效應(yīng)三極管。
但是，在上述引證參考文獻(xiàn)中所獲得的改進(jìn)未包括有關(guān)這種情況的設(shè)計(jì)方案，即在發(fā)送時(shí)較大功率被輸入到該SPDT的情況，特別尤其是，存在這樣的問(wèn)題，在第二FET單元6上隔離特性易被惡化。此外，雙柵極FET的耐壓至多為單柵極FET的兩倍，這種雙柵極FET處理任何較大功率的射頻信號(hào)是不可能的。除了上述問(wèn)題，在隔離特性上獲得的改進(jìn)至多兩倍左右。此外，必須準(zhǔn)備具有不同柵極寬度的各種場(chǎng)效應(yīng)三極管。
如上所述，普通SPDT開(kāi)關(guān)或在引證參考文獻(xiàn)中，揭示的那種不能令人滿意地處理大功率射頻信號(hào)，不適應(yīng)實(shí)現(xiàn)有關(guān)隔離和接入損耗的所要求的特性。另外的問(wèn)題仍然存在，即由于所要求場(chǎng)效應(yīng)三極管的種類的增加，有關(guān)在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)上的復(fù)雜及繁瑣化。
本發(fā)明的目的是提供一種裝有信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的接收-發(fā)射裝置，它能處理大功率的射頻信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)令人滿意的性能，該性能具有所要求的接入損耗(功率損耗)和優(yōu)異的隔離特性，而不增加所需場(chǎng)效應(yīng)三極管的種類。
為達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)具有一種信號(hào)輸入端，一信號(hào)輸出端和一信號(hào)輸入-輸出端，并且由4個(gè)場(chǎng)效應(yīng)三極管單元組成。第一FET單元的一端連接到信號(hào)輸入端，而其另一端連接到信號(hào)輸入-輸出端。第二FET單元的一端連接到信號(hào)輸入端，而其另一端接地。第二FET單元的一端連接到信號(hào)輸出端，而其另一端連接到信號(hào)輸入-輸出端，第四FET單元的一端連接到信號(hào)輸出端，而其另一端接地，構(gòu)成第一FET單元的每只三極管具有這樣的柵極寬度，使得源極-漏極性和電流大于饋給到信號(hào)輸入端的信號(hào)的最大電流幅值。第二FET單元由一個(gè)或多個(gè)三極管極構(gòu)成，在數(shù)量上等于對(duì)這樣的數(shù)值整數(shù)化的結(jié)果，這個(gè)數(shù)值是用構(gòu)成第二FET單元的三極管的耐壓除從信號(hào)輸入端饋給的信號(hào)的最大電壓幅值獲得的。第三FET單元由一個(gè)或多個(gè)三極管級(jí)構(gòu)成，在數(shù)量上等于對(duì)這樣的數(shù)值整數(shù)化的結(jié)果，這個(gè)數(shù)值是用構(gòu)成第三FET單元的三極管耐壓除從信號(hào)輸入端饋給的信號(hào)的最大的電壓幅值獲得的。
在本發(fā)明的信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)中，最佳的是，在第一FET單元上的三極管級(jí)數(shù)這樣確定，以使在第一FET單元上的接入損耗和隔離值最小，在第二和第三FET單元上的每只三極管的柵極寬度這樣確定，使得在第二FET單元和第三FET單元上的接入損耗和隔離值最小。
也是最佳的是，在第四FET單元上的三極管級(jí)的數(shù)取決于所收信號(hào)的功率而定，在第四FET單元上的每只三極管的柵極寬度這樣確定，使在第四FET單元上的接入損耗和隔離值最小。
在本發(fā)明的信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)中，構(gòu)成第一FET單元的每只三極管有這樣的柵極寬度，使得源極-漏極飽和電流大于從信號(hào)輸入端饋給的輸入信號(hào)的最大電流幅值，借此來(lái)防止輸出信號(hào)中失真的發(fā)生，或接入損耗的增加，甚至在發(fā)射大功率射頻信號(hào)時(shí)把大功率射頻信號(hào)輸入到第一FET單元的時(shí)候。
如果加寬第一FET單元上每只三極管的柵極寬度，則出現(xiàn)這樣的情況，即惡化了三極管的隔離特性，因此不能獲得所要求值，在這一情況下，第一FET單元可由多級(jí)三極管構(gòu)成。在第一FET單元上的三極管級(jí)數(shù)這樣被確定，使得在第一FET單元上的接入損耗和隔離值最小，借此，該三極管的容性成份被減少到級(jí)數(shù)的分倍數(shù)上，從而最終防止隔離特性的惡化。
第二FET單元由一或多級(jí)三級(jí)管構(gòu)成，在數(shù)量上等于對(duì)這樣的數(shù)值整數(shù)化的結(jié)果，該數(shù)值用構(gòu)成第二FET單元的三極管耐壓除輸入信號(hào)的最大電壓幅值來(lái)獲得，該信號(hào)由信號(hào)輸入端饋給。第三FET單元由一或多級(jí)三極管構(gòu)成，在數(shù)量上等于對(duì)這樣的數(shù)值整數(shù)化的結(jié)果，該數(shù)值用構(gòu)成第三FET單元的三極管耐壓除輸入信號(hào)的最大電壓幅值來(lái)獲得，該信號(hào)由信號(hào)輸入端饋給。因此，在第二FET單元和第三FET單元上的每只三極管的容性成份被減少到級(jí)數(shù)的分倍數(shù)，處于截止?fàn)顟B(tài)的場(chǎng)效應(yīng)三極管上引起的柵極偏壓Vg的變化被減小，從而防止甚至有關(guān)大功率射頻信號(hào)的隔離特性的惡化。
如果增加在第二FET和第三FET單元上的三極管級(jí)數(shù)，則會(huì)出現(xiàn)不利的情況，在此導(dǎo)致接入損耗比所要求的值大。在這種情況下，在第二和第三FET單元上的每只三極管的柵極寬度可以這樣確定，使得在第二和第三FET單元上的接入損耗和隔離值最小。
本發(fā)明的上述和其他特征及優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)下列描述加以闡明，該說(shuō)明將參照所描繪的相應(yīng)附圖給出。
圖1示意地表示了一種根據(jù)相關(guān)技術(shù)的普通SPDT轉(zhuǎn)換器的示例結(jié)構(gòu);
圖2以圖形表示一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)三極管中的柵極偏壓Vg和源極-漏極飽和電流Ides之間的關(guān)系，該場(chǎng)效應(yīng)的三極管用于信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān);
圖3是代表本發(fā)明信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)第一實(shí)施例的初步設(shè)計(jì)圖;
圖4是在傳輸模式中本發(fā)明信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的等效電路圖;
圖5表示代表本發(fā)明信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的第二實(shí)施例;
圖6表示在本發(fā)明的信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)以及相關(guān)技術(shù)的普通SPDT開(kāi)關(guān)上的模擬接入損耗和隔離特性的結(jié)果。
以下將參照應(yīng)附圖中所示的本發(fā)明的最佳實(shí)施例來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明。
在一般TDMA通信系統(tǒng)中，可認(rèn)為所發(fā)送的功率大于所接收的功率。所以，對(duì)于信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)發(fā)送模式中的功率必須設(shè)法適當(dāng)調(diào)節(jié)，但在開(kāi)關(guān)的接收模式中，沒(méi)有必要作出有關(guān)于功率的任何特殊考慮。并且在接收模式中，沒(méi)有信號(hào)從轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的信號(hào)輸入端饋給。因此，本發(fā)明的信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)適用于在這樣一種通信系統(tǒng)中的使用。
圖3是代表本發(fā)明信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的第一實(shí)施例的初步設(shè)計(jì)圖，該轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)特別是一種SPDT開(kāi)關(guān)。與至此已公知的普通SPDT開(kāi)關(guān)類似，在該圖中所示的開(kāi)關(guān)具有一信號(hào)輸入端IN12，一信號(hào)輸出端OUT14和一個(gè)信號(hào)輸入-輸出端IO11，并且由4個(gè)場(chǎng)效應(yīng)三極管單元組成。
第一FET單元15的一端連接到信號(hào)輸入端IN12，而其另一端連接到信號(hào)輸入-輸出端IO11。第二FET單元11的一端連接到信號(hào)輸入端IN12，而其另一端連接到地13。第三FET單元約的一端連接到信號(hào)輸出端OUT14，而其另一端連接到信號(hào)輸入-輸出端IO11。第4FET單元17的一端連接到信號(hào)輸出端OUT14，而其另一端接地13。在該開(kāi)關(guān)中，每個(gè)FET單元表示由一或多級(jí)場(chǎng)效應(yīng)三級(jí)管組成的結(jié)構(gòu)。信號(hào)輸入端IN12連接到通信裝置的發(fā)射機(jī)上，信號(hào)輸出端OUT14連接到通信裝置的接收機(jī)上，信號(hào)輸入-輸出端IO11連接到天線上。
當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)為從該通信裝置的發(fā)射機(jī)向天線輸出射頻信號(hào)而處于發(fā)送模式時(shí)，第一FET單元15和第四FET單元17在開(kāi)關(guān)中導(dǎo)通，而第二FET單元16和第三FET單元18截止。因此，射頻信號(hào)從信號(hào)輸入端IN12饋給，經(jīng)第一FET單元15該射頻信號(hào)傳給信號(hào)輸入-輸出端IO11。
當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)為從天線向該通信裝置的接收機(jī)輸入射頻信號(hào)而片于接收模式時(shí)，開(kāi)關(guān)中第三FET單元18和第二FET單元16導(dǎo)通，而第四FET單元17和第一FET單元15截止。因此，從信號(hào)輸入-輸出端IO11饋給射頻信號(hào)，并經(jīng)第三FET單元18傳給信號(hào)輸出OUT14。
在該信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)中要求有關(guān)功率的適當(dāng)調(diào)節(jié)是在發(fā)送模式中。圖3表示了一種在發(fā)送模式中的信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的等效電路。在這種模式中，第一FET單元15和第四FET單元17處于低阻抗?fàn)顟B(tài)，相反第二FET單元16和第三FET單元18處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。因?yàn)閷?shí)質(zhì)上沒(méi)有功率加到圖3中的第四FET單元17，所以在圖4的圖中省去了該FET單元17。如從該圖中顯而易見(jiàn)的，在第一FET單元15上要求適當(dāng)?shù)挠嘘P(guān)電流的調(diào)節(jié)，在第二FET單元16和第三FET單元18上要求適當(dāng)?shù)挠嘘P(guān)電壓的調(diào)節(jié)。
第一FET單元15、第二FET單元16和第三FET單元18的結(jié)構(gòu)以下述方式確定。
首先，構(gòu)成第一FET單元15的每個(gè)場(chǎng)效應(yīng)三極管的柵極寬度基于射頻信號(hào)的最大電流幅值來(lái)確定，該射頻信號(hào)是在發(fā)送模式中饋給信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的信號(hào)輸入端IN12的。更特殊的是，柵極寬度這樣確定，以致于使得每個(gè)三極管的源極-漏極飽和電流Idss大于在發(fā)送模式中從信號(hào)輸入端IN12饋給的信號(hào)的最大電流幅值。
第二FET單元由一或多個(gè)三極管級(jí)組成，在數(shù)量上等于對(duì)這樣的一個(gè)數(shù)值整數(shù)化的結(jié)果，該數(shù)值通過(guò)用構(gòu)成第二FET單元16的三極管的耐壓除輸入信號(hào)的最大電壓幅值來(lái)獲得的，該信號(hào)是在發(fā)送模式中從信號(hào)輸入端IN12饋給的。同樣，第三FET單元18由一或多個(gè)三極管級(jí)構(gòu)成，在數(shù)量上等于對(duì)這樣的一個(gè)數(shù)值整數(shù)化的結(jié)果，該數(shù)值通過(guò)用構(gòu)成第三FET單元18的三極管的耐壓除輸入信號(hào)的最大電壓幅值來(lái)獲得的，該信號(hào)是在發(fā)送模式中從信號(hào)輸入端IN12饋給的。
可以相對(duì)于電流和電壓適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)該信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，以致于在信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)處于發(fā)送模式時(shí)如果輸入給第一FET單元15一個(gè)高功率的射頻信號(hào)的話，可以防止從開(kāi)關(guān)輸出的信號(hào)中失真的發(fā)生以及開(kāi)關(guān)中接入損耗的出現(xiàn)。并進(jìn)一步可以減少處于截止?fàn)顟B(tài)的第二FET單元16和第三FET單元18的每個(gè)三極管上的柵極偏壓Vg的變化，因此甚至當(dāng)輸入射頻信號(hào)為高功率時(shí)防止信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)隔離特性的惡化。
在第一FET單元15中的再個(gè)三極管的柵極寬度加寬情況下，可能出現(xiàn)不到的情況，即截止?fàn)顟B(tài)下的泄漏電流增加，因此導(dǎo)致三極管隔離特性的惡化，所以使要求的隔離特性在信號(hào)接收模式中不能達(dá)到，在該模式中信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)被置于接收狀態(tài)。在這樣一種情況下，第一FET單元15可由多級(jí)場(chǎng)效應(yīng)三極管組成。在第一FET單元15中的級(jí)數(shù)這樣確定，以致于使第一FET單元15中的接入損耗和隔離值最小，由于這樣的構(gòu)造，每個(gè)場(chǎng)效應(yīng)三極管的容性成分被減少到級(jí)數(shù)的次倍數(shù)，借此來(lái)防止隔離特性的惡化。
在第二FET單元16和第三FET單元18中的三極管級(jí)增加的情況下，可能出現(xiàn)不利的情況，即導(dǎo)致接入損耗比預(yù)期值大，一般，存在這樣的關(guān)系，即根據(jù)接入損耗的減少，隔離特性更加惡化。鑒于這種觀點(diǎn)，將構(gòu)成第二FET單元16和第三FET單元18的每個(gè)三極管的柵極寬度利用在第二FET單元16和第三FET單元18上的接入損耗和隔離值盡可能最小的方式來(lái)優(yōu)化。
此外，第四FET單元17中的三極管級(jí)數(shù)取決于所接收信號(hào)的功率來(lái)確定，從而防止在接收模式中第四FET單元17的隔離特性惡化。構(gòu)成第4FET單元17的每個(gè)三極管的柵極寬度這樣確定，以致于盡可能地使第四FET單元17上的接入損耗和隔離值最小，借此能使第四FET單元17上的接入損耗最小。
圖5表示了該信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的第二實(shí)施例，它能適當(dāng)?shù)靥幚砭哂?W左右高功率的射頻輸入信號(hào)。以下是從發(fā)送模式中的信號(hào)輸入端接收的輸入信號(hào)和構(gòu)成各個(gè)FET單元的那些場(chǎng)效應(yīng)三極管的詳情。在設(shè)計(jì)通信裝置的時(shí)候，預(yù)設(shè)輸入信號(hào)的最大電壓幅值和最大電流幅值，該開(kāi)關(guān)被用于上述通信裝置。輸入信號(hào)傳輸線用50歐姆匹配系統(tǒng)來(lái)連接。
輸入信號(hào)的最大電壓幅值10V輸入信號(hào)的最大電流幅值0.2A第一FET單元15柵極寬度2mm級(jí)數(shù)2第二FET單元16柵極寬度0.5mm耐壓7V級(jí)數(shù)2第三FET單元18
柵極寬度0.5mm耐壓7V級(jí)數(shù)2第四FET單元17柵極寬度0.5mm耐壓7V級(jí)數(shù)1由于這樣的構(gòu)造，即在第一FET單元15中的每個(gè)場(chǎng)效應(yīng)三極管的柵極寬度被置為2mm，所以在導(dǎo)通狀態(tài)下每個(gè)三極管上的源極-漏極飽和電流Idss大約為0.3A，該值充分大于發(fā)送模式中輸入信號(hào)的最大電流幅值。構(gòu)成第一FET單元15的場(chǎng)效應(yīng)三極管的級(jí)數(shù)根據(jù)所考慮的隔離特性有選擇地確定為2。但是當(dāng)?shù)谝籉ET單元15僅由單只三極管級(jí)組成時(shí)，不能得到令人滿意的隔離特性。
構(gòu)成第二FET單元16和第三FET單元18的場(chǎng)效應(yīng)三極管的耐壓被設(shè)定為7V。(輸入信號(hào)的最大電壓幅值)/(場(chǎng)效應(yīng)三極管的耐壓)＝10/7。因此，根據(jù)上述計(jì)算，確定場(chǎng)效應(yīng)三極管的級(jí)數(shù)為2。由于這樣的結(jié)構(gòu)，即構(gòu)成第三FET18的每個(gè)三極管有0.5mm的柵極寬度，則在導(dǎo)通狀態(tài)下的源極-漏極飽和電流Idss為0.1A左右，該值充分在大于輸入信號(hào)的最大電流幅值，該輸入信號(hào)是從處于開(kāi)關(guān)的接收模式中的信號(hào)輸入-輸出端IO11饋給的。關(guān)于第二FET單元16，相對(duì)于電流的調(diào)節(jié)是不必要的，而僅必須考慮的僅是接入損耗。對(duì)此，在第二FET單元16中的每個(gè)三極管的柵極寬度被設(shè)定為0.5mm。
第四FET單元17中的三極管耐壓為7V，該值充分高于輸入信號(hào)的最大電壓幅值(設(shè)計(jì)值＝0.1V)，該輸入信號(hào)是從接收模式中的輸入-輸出端IO11饋給的。因此，構(gòu)成第四FET單元17的三極管的級(jí)數(shù)被確定為1。出于盡可能地使接入損耗和隔離值最小，在第四FET單元17中的每個(gè)三極管的柵極寬度被設(shè)定為0.5mm。
圖1表示了根據(jù)相關(guān)技術(shù)的一種普通SPDT開(kāi)關(guān)的示范結(jié)構(gòu)。在這種開(kāi)關(guān)中，每個(gè)FET單元由一級(jí)場(chǎng)效應(yīng)管組成，每個(gè)三極管有1mm的柵極寬度，在圖1中的普通SPDT開(kāi)關(guān)中，在開(kāi)關(guān)的傳輸模式中不作有關(guān)電流或電壓的適當(dāng)調(diào)節(jié)。
和圖1所示的相關(guān)技術(shù)的普通SPDT開(kāi)關(guān)相比，圖5中所示的代表本發(fā)明信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的第二實(shí)施例有一些不同之處，這包括在本發(fā)明的開(kāi)關(guān)中的第一FET單元15上，每個(gè)三極管的柵極寬度是普通開(kāi)關(guān)上的柵極寬度的兩倍，以致于在本發(fā)明中所允許流過(guò)的電流被變成兩倍。此外，第一FET單元25、第二FET單元26和第三FET單元的每一個(gè)由二極場(chǎng)效應(yīng)三極管構(gòu)成，借此，耐壓被提高兩倍，隨之確保進(jìn)一步提高的隔離特性。
圖6以圖形表示了模擬圖5中本發(fā)明的信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和圖1中相關(guān)技術(shù)的普通SPDT開(kāi)關(guān)的接入和隔離特性的結(jié)果。圖6中圖形代表的線表示以下特性。接入損耗由S參數(shù)(S21)來(lái)表達(dá)，該參數(shù)意味著射頻功率通過(guò)的程度。
實(shí)線(A)在發(fā)送模式中的本發(fā)明信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)上信號(hào)輸入-輸出端IO21和信號(hào)輸入端IN22之間的接入損耗。
實(shí)線(B)在發(fā)送模式中的本發(fā)明信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)上信號(hào)輸入-輸出端IO21和信號(hào)輸出端OUT24之間的接入損耗。
虛線(C)在接收模式中的本發(fā)明信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)上信號(hào)輸入-輸出端IO21和信號(hào)輸出端OUT24之間的接入損耗。
虛線(D)在接收模式中的本發(fā)明信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)上信號(hào)輸入-輸出端IO21和信號(hào)輸入端IN22之間的接入損耗。
點(diǎn)劃線(E)在發(fā)送模式(或接收模式)中的相關(guān)技術(shù)的普通SPDT開(kāi)關(guān)上信號(hào)輸入-輸出端IO1和信號(hào)輸入端IN2(或信號(hào)輸出端OUT3)之間的接入損耗。
點(diǎn)劃線(F)在發(fā)送模式(或接收模式)中的相關(guān)技術(shù)的普通SPDT開(kāi)關(guān)上信號(hào)輸入-輸出端IO1和信號(hào)輸出端OUT3(或信號(hào)輸入端IN2)之間的接入損耗。
在普通SPDT開(kāi)關(guān)的公知構(gòu)造中，第一和第二FET單元25、26，以及第三和第四FET單元28、27在結(jié)構(gòu)上是一樣的，因此在傳輸和接收模式上具有相同的特性。如從圖6中顯而易見(jiàn)的在本發(fā)明的信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)上的接入損耗和隔離特性在接收模式上略差一些。但是在發(fā)送模式上，本發(fā)明開(kāi)關(guān)上所達(dá)到的接入損耗和隔離特性比在相關(guān)技術(shù)上的那些明顯占有優(yōu)勢(shì)。
上面給出的說(shuō)明僅關(guān)系舉例的情況，在此本發(fā)明的信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)被設(shè)置在通信裝置和天線之間，用來(lái)轉(zhuǎn)換該通信裝置的發(fā)送和接收模式。但是在理解本發(fā)明不僅僅限于這樣的實(shí)施例。例如，可以借助本發(fā)明的信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)相互連接三個(gè)裝置(如，裝置1、裝置2和裝置3)，借助本發(fā)明的開(kāi)關(guān)，一個(gè)信號(hào)可在這樣的裝置之間(如，在裝置1和2之間，或裝置1和3之間)轉(zhuǎn)換。在這種情況下，上述的信號(hào)發(fā)送和接收模式的概念用這些裝置之間的信號(hào)傳送方式的概念來(lái)代替。同樣，信號(hào)輸入端和信號(hào)輸出端分別由第一信號(hào)輸入-輸出端和第二輸入-輸出端代替。此外，從信號(hào)輸入端獲得的最大電流幅值和最大電壓幅值由構(gòu)成FET單元場(chǎng)效應(yīng)三極管中流過(guò)的信號(hào)最大值來(lái)代替。
以上僅僅描繪了與該實(shí)施例相關(guān)描述的場(chǎng)效應(yīng)三極管的各種數(shù)值和級(jí)數(shù)，并且根據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的要求特性可以修改來(lái)優(yōu)化這些數(shù)值和級(jí)數(shù)。在該開(kāi)關(guān)上的所用的場(chǎng)效應(yīng)三極管可以是MESFET，JFET等等中的任一種。例如，JFET的內(nèi)建電壓VBI大約為1.2V，它高于MESFET的內(nèi)建電壓VBI(約0.4V)。因此可獲得較大的源極-漏極飽和電流Idss，所以優(yōu)先采用JFET。
因此，根據(jù)本發(fā)明，在信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)上的場(chǎng)效應(yīng)三極管的柵極寬度和級(jí)數(shù)考慮在發(fā)送模式中射頻信號(hào)的功率來(lái)有選擇地確定。從而，設(shè)計(jì)一優(yōu)良的開(kāi)關(guān)成為可能，在此合理地作為有關(guān)電流和電壓的適當(dāng)調(diào)節(jié)。本發(fā)明的開(kāi)關(guān)被用于處理大功率的射頻信號(hào)，并確保優(yōu)異的性能，該性能包括最小的接入損耗和增強(qiáng)的隔離特性。除上述內(nèi)容之外，對(duì)該開(kāi)關(guān)的制造，沒(méi)有必要預(yù)備種種場(chǎng)效應(yīng)三極管，因此在設(shè)計(jì)效率和生產(chǎn)率上可獲得顯著的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)線接收-發(fā)射裝置，包括一個(gè)用于發(fā)射或接收射頻信號(hào)的天線裝置；一個(gè)與所述天線裝置連接的開(kāi)關(guān)裝置，它至少包括一個(gè)FET單元，在此多個(gè)場(chǎng)效應(yīng)三極管相互串接，用于借助一控制裝置來(lái)有選擇地轉(zhuǎn)換輸入和輸出信號(hào)，每個(gè)FET單元由一個(gè)或多個(gè)場(chǎng)效應(yīng)三極管構(gòu)成；一個(gè)接收放大器，所述開(kāi)關(guān)裝置的輸出端與接收放大器連接；和一個(gè)發(fā)射放大器，該發(fā)射放大器連接到所述開(kāi)關(guān)裝置的輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的無(wú)線接收-發(fā)射裝置，其中所述裝置是一個(gè)TDMA通信裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的無(wú)線接收-發(fā)射裝置，其中每個(gè)所述場(chǎng)效應(yīng)三極管是GaAs FET。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的無(wú)線接收-發(fā)射裝置，其中構(gòu)成所述開(kāi)關(guān)裝置的場(chǎng)效應(yīng)三極管相互串聯(lián)連接。
5.一種信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，它具有一信號(hào)輸入端，一信號(hào)輸出端和一信號(hào)輸入-輸出端，并包括場(chǎng)效應(yīng)三極管的第一、第二、第三和第四單元;其中所述第一FET單元的一端連接到信號(hào)輸入端，而其另一端連接到信號(hào)輸入-輸出端;第二FET單元的一端連接到信號(hào)輸入端，而其另一端連接到地;第三FET單元的一端連接到信號(hào)輸出端，而其另一端連接到信號(hào)輸入-輸出端;第四FET單元的一端連接到信號(hào)輸出端，而其另一端接地;構(gòu)成所述第一FET單元的每只三極管有這樣確定的柵極寬度，使得源極一漏極飽和電流大于從信號(hào)輸入端饋給的輸入信號(hào)的最大電流幅值;所述的第二FET單元由一或多個(gè)三極管級(jí)構(gòu)成，在數(shù)量上等于對(duì)這樣的數(shù)值整數(shù)化的結(jié)果，該數(shù)值通過(guò)用在所述第二FET單元中的三極管耐壓除從信號(hào)輸入端饋給的輸入信號(hào)的最大電壓幅值來(lái)獲得;以及所述第三FET單元由一或多個(gè)三極管級(jí)構(gòu)成，在數(shù)量上等于這樣的數(shù)值整數(shù)化的結(jié)果，該數(shù)值通過(guò)用在第三FET單元中的三極管的耐壓除從信號(hào)輸入端饋給的輸入信號(hào)的最大電壓幅值來(lái)獲得。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的開(kāi)關(guān)，其中在所述第一FET單元中的三極管級(jí)數(shù)這樣確定，使得在所述第一FET單元上接入損耗和隔離值最小;以及構(gòu)成所述第二和第三FET單元的每只三極管的柵極寬度這樣確定，便得在所述第二FET單元和第三FET單元上接入損耗和隔離值最小。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的開(kāi)關(guān)，其中在所述第四FET單元中的三極管級(jí)數(shù)這樣確定，即決定于所收信號(hào)的功率，構(gòu)成所述第四FET單元的每只三極管的柵極寬度這樣確定，使得在所述第四FET單元上接入損耗和隔離值最小。
全文摘要
一種裝有信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的無(wú)線接收—發(fā)射裝置，它能適當(dāng)?shù)靥幚泶蠊β噬漕l信號(hào)并確保要求的接入損耗和優(yōu)異的隔離特性。該開(kāi)關(guān)具有一信號(hào)輸入端，一信號(hào)輸出端和一信號(hào)輸入—輸出端，并且包括連接到該輸入端和該輸入—輸出端的第一FET單元，連接到該輸入端并接地的第二FET單元，連接到該輸出端和輸入—輸出端的第三FET單元，和連接到該輸出端并接地的第四FET單元。
文檔編號(hào)H04B1/44GK1097910SQ94106968
公開(kāi)日1995年1月25日 申請(qǐng)日期1994年5月21日 優(yōu)先權(quán)日1993年5月21日
發(fā)明者小濱一正 申請(qǐng)人:索尼公司