两级并联SPDT开关电路的制作方法

本发明涉及开关芯片，尤其涉及一种可以提高单刀双掷开关隔离度和功率耐受能力的两级并联spdt开关电路。

背景技术：

1、单刀双掷开关（spdt）芯片是一种通过电压控制两个支路的导通或关断的控制电路，是射频收发（transmitter-receiver，简写为tr）组件中的核心芯片。现代雷达技术和无线通信技术的不断进步，使tr组件技术得到了快速发展和应用，尤其是在相控阵雷达、毫米波无线通讯等新兴技术领域中会用到大量的spdt芯片。spdt芯片自身的性能指标对于tr组件的整体指标十分关键，例如，tr组件的发射功率及功率耐受能力就由发射端开关的功率耐受能力决定；tr组件的收发隔离度取决于spdt的隔离度。此外，有级联系统的噪声系数公式：

2、

3、其中， nf cas为系统总噪声， f n（n=1,2,3…）为每一级器件的噪声系数， g n（n=1,2,3…）为每一级器件的增益或损耗的倒数。根据该公式可知，tr组件中接收机噪声系数很大程度上取决于接收链路第一级器件的噪声系数，通常就是spdt的插入损耗。因此，对于tr组件来说，需要使用的spdt具有低插入损耗、高隔离度和高功率耐受等特点。

4、雷达和通信技术的工作频率在持续提高，已从传统的微波频段上升到毫米波甚至太赫兹频段。相应的，半导体器件工艺和微组装工艺的进步也促使tr组件向着小型化、低成本、单片集成的方向发展。在早期相控阵雷达中使用分立元件或微波混合集成电路（hmic）组成的tr组件，具有体积庞大、成本高（元器件种类多，装配工序复杂）、可靠性低、一致性差（元器件和装配工艺离散大）等缺点，不再适用于毫米波及更高频段的tr组件需求。当前tr组件的发展趋势是基于多功能微波单片集成电路（mmic）实现设计功能。多功能mmic是将多种单一功能的芯片（单元），如放大器、开关、数控衰减器、数控移相器等，按照系统的特殊功能和性能要求进行综合设计，并集成实现在同一半导体基片上，如硅（si）、砷化镓（gaas）、氮化镓（gan）等。基于多功能mmic实现的tr组件具有体积小、成本低、可靠性高、一致性好等优点，是当前tr组件发展的主要方向。

5、由于多功能mmic上的各种单一功能芯片是集成在同一种半导体基片上，因此这些单一功能芯片的性能很大程度上受限于半导体基片材料和器件工艺。对于其中的spdt来说，如何基于选定的半导体材料和器件来实现更高的隔离度和功率耐受具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是如何提供一种能够提高spdt开关隔离度和功率耐受性的两级并联spdt开关电路。

2、为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种两级并联spdt开关电路，包括公共端电路，所述公共端电路的输入端为开关公共端口in，所述公共端电路的输出端分为两路，第一路与第一开关支路的输入端连接，第二路与第二开关支路的输入端连接；第一开关支路与第二开关支路之间连接有支路间谐振电路，所述第一开关支路的控制端vc1和第二开关支路的控制端vc2用于输入控制信号，第一开关支路的输出端out1以及第二开关支路的输出端out2为所述开关电路的两个信号输出端；所述支路间谐振电路用于使得第一开关支路的输出端out1和第二开关支路输出端out2之间在工作频带范围内产生谐振，并对输入的射频信号进行进一步的抵消和抑制。

3、进一步的技术方案在于：所述公共端电路包括隔直电容c1和匹配电感l1，所述开关公共端口in与所述隔直电容c1的一端连接，所述隔直电容c1的另一端与所述匹配电感l1的一端连接，所述匹配电感l1的另一端为所述公共端电路的输出端。

4、进一步的技术方案在于：所述第一开关支路与第二开关支路的电路结构相同，第一开关支路包括匹配电感l2，所述匹配电感l2的一端为所述第一开关支路的输入端，该输入端与所述公共端电路的一个输出端连接，匹配电感l2的另一端依次经匹配电感l3、匹配电感l4后与隔直电容c2的一端连接，所述隔直电容c2的另一端为所述第一开关支路的输出端out1，所述第一开关支路的控制端vc1分为两路，第一路经偏置电阻r1与开关晶体管m1的栅极连接，第二路经偏置电阻r2与开关晶体管m2的栅极连接；所述开关晶体管m1的源极以及开关晶体管m2的源极接地；所述开关晶体管m1的漏极接匹配电感l2与匹配电感l3之间的结点，所述开关晶体管m2的漏极接匹配电感l3与匹配电感l4之间的结点。

5、进一步的技术方案在于：所述支路间谐振电路包括谐振电感l5，所述谐振电感l5的一端接第一开关支路中所述匹配电感l3与匹配电感l4之间的结点，所述谐振电感l5的一端分为两路，第一路经谐振电感l6接地，第二路与谐振电感l7的一端连接，谐振电感l7的另一端接第二开关支路中所述匹配电感l3与匹配电感l4之间的结点。

6、采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述开关电路能够明显提高spdt的功率耐受特性和输出端口间隔离度。支路间谐振结构不会对原有spdt的插入损耗和输入输出驻波产生明显影响，易于设计。所述支路间谐振结构可在并联开关晶体管的spdt设计完成后再进行补充设计，通过选取合适的电路结构参数，可以避免增加的支路间谐振结构对原spdt电路的频率特性产生影响，从而免去了对原电路进行重复调整的过程，易于设计实现。

7、所述开关电路对spdt性能的改善与采用的半导体基片材料和器件无关，应用广泛。所述支路间谐振结构利用的是无源电感性元件和开关晶体管关态的隔离电容产生的工作频带内谐振，不需要基于某种特定半导体材料和器件结构来实现，通用于不同工艺的spdt设计之中。所述支路间谐振结构由无源元件构成，结构简单，不增加spdt开关的复杂度。

技术特征：

1.一种两级并联spdt开关电路，其特征在于：包括公共端电路，所述公共端电路的输入端为开关公共端口in，所述公共端电路的输出端分为两路，第一路与第一开关支路的输入端连接，第二路与第二开关支路的输入端连接；第一开关支路与第二开关支路之间连接有支路间谐振电路，所述第一开关支路的控制端vc1和第二开关支路的控制端vc2用于输入控制信号，第一开关支路的输出端out1以及第二开关支路的输出端out2为所述开关电路的两个信号输出端；所述支路间谐振电路用于使得第一开关支路的输出端out1和第二开关支路输出端out2之间在工作频带范围内产生谐振，并对输入的射频信号进行进一步的抵消和抑制。

2.如权利要求1所述的两级并联spdt开关电路，其特征在于：所述公共端电路包括隔直电容c1和匹配电感l1，所述开关公共端口in与所述隔直电容c1的一端连接，所述隔直电容c1的另一端与所述匹配电感l1的一端连接，所述匹配电感l1的另一端为所述公共端电路的输出端。

3.如权利要求1所述的两级并联spdt开关电路，其特征在于：所述第一开关支路与第二开关支路的电路结构相同，第一开关支路包括匹配电感l2，所述匹配电感l2的一端为所述第一开关支路的输入端，该输入端与所述公共端电路的输出端连接，匹配电感l2的另一端依次经匹配电感l3、匹配电感l4后与隔直电容c2的一端连接，所述隔直电容c2的另一端为所述第一开关支路的输出端out1，所述第一开关支路的控制端vc1分为两路，第一路经偏置电阻r1与开关晶体管m1的栅极连接，第二路经偏置电阻r2与开关晶体管m2的栅极连接；所述开关晶体管m1的源极以及开关晶体管m2的源极接地；所述开关晶体管m1的漏极接匹配电感l2与匹配电感l3之间的结点，所述开关晶体管m2的漏极接匹配电感l3与匹配电感l4之间的结点。

4.如权利要求3所述的两级并联spdt开关电路，其特征在于：所述支路间谐振电路包括谐振电感l5，所述谐振电感l5的一端接第一开关支路中所述匹配电感l3与匹配电感l4之间的结点，所述谐振电感l5的一端分为两路，第一路经谐振电感l6接地，第二路与谐振电感l7的一端连接，谐振电感l7的另一端接第二开关支路中所述匹配电感l3与匹配电感l4之间的结点。

5.如权利要求1所述的两级并联spdt开关电路，其特征在于：所述单刀双掷开关采用硅si、砷化镓gaas、氮化镓gan或磷化铟inp材料的半导体基片实现。

6.如权利要求1所述的两级并联spdt开关电路，其特征在于：所述开关电路用于微波频段、毫米波频段或太赫兹频段。

技术总结
本发明公开了一种两级并联SPDT开关电路，涉及开关芯片技术领域。所述开关电路包括公共端电路，所述公共端电路的输入端为开关公共端口IN，所述公共端电路的输出端分为两路，第一路与第一开关支路的输入端连接，第二路与第二开关支路的输入端连接；第一开关支路与第二开关支路之间连接有支路间谐振电路，所述第一开关支路的控制端VC1和第二开关支路的控制端VC2用于输入控制信号，第一开关支路的输出端OUT1以及第二开关支路的输出端OUT2为所述开关电路的两个信号输出端；所述支路间谐振电路，用于使得开关支路端口OUT1和开关支路端口OUT2之间在工作频带范围内产生谐振，并对射频信号进行进一步的抵消和抑制。所述开关电路具有隔离度高和功率耐受性强等优点。

技术研发人员：胡志富,何锐聪,何美林,王亚冰,刘亚男,柳林,彭志农
受保护的技术使用者：河北雄安太芯电子科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/3/10