Переключатель с высокой изоляцией



Переключатель с высокой изоляцией
Переключатель с высокой изоляцией
Переключатель с высокой изоляцией
Переключатель с высокой изоляцией
Переключатель с высокой изоляцией

 

H03K3/021 - Импульсная техника (измерение импульсных характеристик G01R; механические счетчики с электрическим входом G06M; устройства для накопления /хранения/ информации вообще G11; устройства хранения и выборки информации в электрических аналоговых запоминающих устройствах G11C 27/02; конструкция переключателей для генерации импульсов путем замыкания и размыкания контактов, например с использованием подвижных магнитов, H01H; статическое преобразование электрической энергии H02M;генерирование колебаний с помощью схем, содержащих активные элементы, работающие в некоммутационном режиме, H03B; импульсная модуляция колебаний синусоидальной формы H03C;H04L ; схемы дискриминаторов с подсчетом импульсов H03D;

Владельцы патента RU 2601172:

АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МИКРОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ "ПРОГРЕСС" (RU)

Изобретение относится к электронной технике. Технический результат - уменьшение и подавление на выходе паразитного сигнала, значительное увеличение уровня изоляции переключателя в выключенном состоянии при сохранении малых потерь во включенном состоянии за счет вариантов подключения коммутирующих и компенсирующих МОП транзисторов. Переключатель с высокой изоляцией по первому варианту содержит генератор дифференциального сигнала, выходные порты, две пары МОП транзисторов, коммутирующих сигнал (2-5), и одну пару МОП транзисторов, компенсирующих сигнал 7, 6, причем все МОП транзисторы выполнены с одинаковой шириной канала. Переключатель с высокой изоляцией по второму варианту содержит генератор дифференциального сигнала, выходные порты, две пары МОП транзисторов, коммутирующих сигнал (2-5), при этом они выполнены с одинаковой шириной канала, два МОП транзистора, компенсирующих сигнал (6, 7), причем МОП транзисторы, коммутирующие и компенсирующие сигналы, выполнены с различной между собой шириной канала. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к электронной технике и может использоваться при разработке микросхем, выполненных по комплементарной метал-окисел-полупроводник (КМОП) технологии, для создания переключающих схем с повышенным уровнем изоляции сигнала.

Предшествующий уровень техники

Из уровня техники известны технические решения, направленные на увеличение уровня изоляции переключателей, выполненных по КМОП технологии.

В зарубежной литературе приводятся способы увеличения изоляции переключателя с помощью следующих методов:

- использование шунтирующих транзисторов;

- включение последовательно нескольких транзисторов (Stacked Transistor Configuration);

- использование параллельной индуктивности для закрытого транзистора с целью получения параллельного контура.

Эти технические решения позволяют обеспечить изоляцию в диапазоне частот свыше 10 ГГц в пределах 20-30 дБ в зависимости от применяемого метода и технологического процесса и часто связаны с увеличением потерь при прямом прохождении сигнала.

Метод использования шунтирующих транзисторов представлен в [1, 2] и приводит к существенному увеличению потерь при попытках улучшить изоляционные свойства переключателя на высоких частотах за счет наличия паразитной емкости шунтирующего транзистора.

Включение нескольких последовательных транзисторов [3] также приводит к ослаблению сигнала в открытом состоянии переключателя за счет увеличения последовательного сопротивления в канале.

Метод использования параллельной индуктивности [4] с целью получения параллельного контура может работать только в узкой полосе частот и требует увеличения площади переключателя.

Раскрытие изобретения

Задачей предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей КМОП переключающих схем.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное изобретение, является уменьшение и подавление на выходе паразитного сигнала, значительное увеличение уровня изоляции переключателя в выключенном состоянии при сохранении малых потерь во включенном состоянии за счет вариантов подключения МОП транзисторов, коммутирующих и компенсирующих сигнал.

Указанный технический результат достигается тем, что переключатель с высокой изоляцией по первому варианту содержит генератор дифференциального сигнала, МОП транзисторы, выходные порты, в котором две пары МОП транзисторов, коммутирующих сигнал (2-5), соединены напрямую с генератором, при этом пара МОП транзисторов 2, 5 соединена напрямую с выходным портом 11, а пара МОП транзисторов 3, 4 соединена напрямую с выходным портом 10, а одна пара МОП транзисторов, компенсирующих сигнал 7, 6, соединена от неинвертирующего вывода генератора к инвертирующим выводам первого 10 и второго 11 выходных портов соответственно, а другая пара МОП транзисторов, компенсирующих сигнал 8, 9, от инвертирующего вывода генератора к неинвертирующим выводам первого 10 и второго 11 выходных портов соответственно, причем все МОП транзисторы выполнены с одинаковой шириной канала; а переключатель с высокой изоляцией по второму варианту содержит также генератор дифференциального сигнала, МОП транзисторы, выходные порты, в котором две пары МОП транзисторов, коммутирующих сигнал (2-5), соединены напрямую с генератором, при этом пара МОП транзисторов 2, 5 соединена напрямую с выходным портом 11, а пара МОП транзисторов 3, 4 соединена напрямую с выходным портом 10, при этом они выполнены с одинаковой шириной канала, первый МОП транзистор, компенсирующий сигнал 6, соединен перекрестно от неинвертирующего вывода первого выходного порта 11 к инвертирующему выводу второго выходного порта 10, второй МОП транзистор, компенсирующий сигнал 7, соединен от инвертирующего вывода первого выходного порта 11 к неинвертирующему выводу второго выходного порта 10, кроме того, коммутирующие и компенсирующие МОП транзисторы выполнены с различной между собой шириной канала.

Предлагается два варианта переключателя типа «один в два» (Single Port Duble Throu - SPDT). Первый вариант - фиг. 1, позволяет осуществить максимальное подавление сигнала в выключенном состоянии, используя одинаковые структуры МОП ключей, второй вариант - фиг. 2, предполагает меньшие потери во включенном состоянии, но при этом используются структуры МОП ключей с различной геометрией, что в реальном исполнении приводит к неполной компенсации сигналов, а следовательно, меньшей изоляции.

Краткое описание чертежей

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема первого варианта заявляемого переключателя, выполненного на МОП структурах одинаковых размеров и конструкции, где:

1 - генератор дифференциального сигнала;

2, 3, 4, 5 - МОП транзисторы, коммутирующие сигнал;

6, 7, 8, 9 - МОП транзисторы, компенсирующие сигнал;

10 - первый выходной порт;

11 - второй выходной порт.

Переключатель содержит две пары МОП транзисторов, коммутирующих сигнал 2, 5 и 3, 4. Транзисторы в каждой паре находятся в одинаковом состоянии, т.е. каждая пара может находиться в открытом (низкоомном) или закрытом (высокоомном) состоянии. Обе пары транзисторов подключены к генератору дифференциального сигнала. МОП транзисторы, компенсирующие сигнал 6, 9 и 7, 8, всегда находятся в закрытом состоянии и имеют такую же структуру, как и МОП транзисторы, коммутирующие сигнал, а следовательно, и такую же паразитную проходную емкость в закрытом состоянии, поэтому паразитный сигнал на закрытом выходе полностью компенсируется сигналом противоположной полярности.

На фиг. 2 представлена принципиальная схема второго варианта заявляемого переключателя, выполненного на МОП структурах разных размеров и конструкции, где:

1 - генератор дифференциального сигнала;

2, 3, 4, 5 - МОП транзисторы, коммутирующие сигнал;

6, 7 - МОП транзисторы, компенсирующие сигнал;

10 - первый выходной порт;

11 - второй выходной порт.

Переключатель содержит две пары МОП транзисторов, коммутирующих сигнал 2, 5 и 3, 4. Транзисторы в каждой паре находятся в одинаковом состоянии, т.е. каждая пара может находиться в открытом (низкоомном) или закрытом (высокоомном) состоянии. Обе пары транзисторов подключены к генератору дифференциального сигнала. МОП транзисторы, компенсирующие сигнал 6 и 7, всегда находятся в закрытом состоянии и имеют ширину канала, отличающуюся от ширины канала транзисторов 2, 5, ширина каналов в транзисторах 6, 7 выбрана оптимально для достижения максимального уровня изоляции.

Осуществление изобретения

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Схема, представленная на фиг. 1, работает таким образом, что сигнал от дифференциального генератора 1 поступает на две пары МОП транзисторов, коммутирующих сигнал (2-5), при этом пара МОП транзисторов 2, 5 находится в открытом состоянии, а пара МОП транзисторов 3, 4 в закрытом состоянии. Полезный сигнал через открытую пару МОП транзисторов, коммутирующих сигнал 2, 5 будет поступать на выходной порт 11. Паразитный сигнал через пару МОП транзисторов, коммутирующих сигнал 3, 4, которые находятся в закрытом состоянии, поступает на выходной порт 10. Сигнал, равный по величине паразитному сигналу и противоположный полярности через закрытую пару МОП транзисторов, компенсирующих сигнал 7, 8, также поступает на выходной порт 10. Паразитный и компенсирующий сигналы, поступающие на выходной порт 10, вычитаются и тем самым обеспечивается высокий уровень изоляции. На фиг. 3 представлены результаты расчета коэффициента передачи и изоляции в частотном диапазоне для схемы фиг. 1.

Схема, представленная на фиг. 2, работает таким образом, что сигнал от дифференциального генератора 1 поступает на пару МОП транзисторов, коммутирующих сигнал 2, 5, которые для определенности, будем полагать, находятся в открытом состоянии, и на пару МОП транзисторов, коммутирующих сигнал 3, 4, которые находятся в закрытом состоянии. Полезный сигнал через открытые МОП транзисторы 2, 5 будет поступать на выходной порт 11. Паразитный сигнал через МОП транзисторы 3, 4, которые находятся в закрытом состоянии, поступает на выходной порт 10. Сигнал, равный по величине паразитному сигналу и противоположный полярности через закрытые МОП транзисторы, компенсирующие сигнал 6, 7, также поступает на выходной порт 10. Паразитный и компенсирующий сигналы, поступающие на выходной порт 10, вычитаются и тем самым обеспечивается высокий уровень изоляции. Ширина затвора МОП транзисторов, компенсирующих сигнал 6, 7, выбирается таким образом, чтобы получить максимальное ослабление паразитного сигнала. На фиг. 4 представлены результаты расчета коэффициента передачи и изоляции в частотном диапазоне для схемы фиг. 2.

Источники информации

1. «А 2.4-GHz-Band 1.8-V Operation Single-Chip Si-CMOS T/R-MMIC Front-End with a Low Insertion Loss Switch», K. Yamamoto, T. Heima, A. Furukawa, M. Ono, et al., IEEE Journal Of Solid-State Circuits, Vol. 36, No. 8, August 2001, pp. 1186-1196.

2. «A 0.5-mk CMOS T/R Switch for 900-MHz Wireless Applications», F-J Huang, and Kenneth O, IEEE Journal Of Solid-State Circuits, Vol. 36, No. 3, March 2001, pp. 486-492.

3 «21.5-dBm Power-Handling 5-GHz Transmit/Receive CMOS Switch Realized by Voltage Division Effect of Stacked Transistor Configuration With Depletion-Layer-Extended Transistors (DETs)», T. Ohnakado, S. Yamakawa, T. Murakami, A. Furukawa, E. Taniguchi, Hiro-omi Ueda, N. Suematsu, and T. Oomori, IEEE Journal Of Solid-Sate Circuits, Vol. 39, no. 4, April 2004, pp. 577-584.

4. «A High-Power CMOS Switch Using A Novel Adaptive Voltage Swing Distribution Method in Multistack FETs» Minsik Ahn, Chang-Ho Lee, Byung Sung Kim and Joy Laskar, IEEE Transactions On Microwave Theory And Techniques, Vol. 56, No. 4, April 2008 pp. 849-857.

1. Переключатель с высокой изоляцией, включающий генератор дифференциального сигнала, МОП транзисторы, выходные порты, отличающийся тем, что две пары МОП транзисторов, коммутирующих сигнал (2-5), соединены напрямую с генератором, при этом пара МОП транзисторов 2, 5 соединена напрямую с выходным портом 11, а пара МОП транзисторов 3, 4 соединена напрямую с выходным портом 10; одна пара МОП транзисторов, компенсирующих сигнал 7, 6, соединена от неинвертирующего вывода генератора к инвертирующим выводам первого 10 и второго 11 выходных портов соответственно, а другая пара МОП транзисторов, компенсирующих сигнал 8, 9, от инвертирующего вывода генератора к неинвертирующим выводам первого 10 и второго 11 выходных портов соответственно, причем все МОП транзисторы выполнены с одинаковой шириной канала.

2. Переключатель с высокой изоляцией, включающий генератор дифференциального сигнала, МОП транзисторы, выходные порты, отличающийся тем, что две пары МОП транзисторов, коммутирующих сигнал (2-5), соединены напрямую с генератором, при этом пара МОП транзисторов 2, 5 соединена напрямую с выходным портом 11, а пара МОП транзисторов 3, 4 соединена напрямую с выходным портом 10, при этом они выполнены с одинаковой шириной канала, первый МОП транзистор компенсирующий сигнал 6, соединен перекрестно от неинвертирующего вывода выходного порта 11 к инвертирующему выводу выходного порта 10, второй МОП транзистор, компенсирующий сигнал 7, соединен от инвертирующего вывода выходного порта 11 к неинвертирующему выводу выходного порта 10, кроме того, МОП транзисторы, коммутирующие и компенсирующие сигналы, выполнены с различной между собой шириной канала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области цифровой техники и может быть использовано для формирования широтно-импульсной последовательности с заданной скважностью с высокой точностью и не зависящей от изменения частоты информационного сигнала. В основу изобретения поставлена задача получения широтно-импульсной последовательности с заданной скважностью с высокой точностью при изменении частоты информационного сигнала.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в импульсных схемах различного назначения, питаемых от низковольтных источников. Достигаемый технический результат - обеспечение самозапуска генератора и возможность использования низковольтных источников питания.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электронных устройствах для формирования импульсов напряжения. Достигаемый технический результат - возможность получения импульсов напряжения с заданными параметрами в широком диапазоне по амплитуде от нуля до максимума амплитуды питающего напряжения и заданной длительности импульса.

Использование: для формирования высоковольтных импульсов. Сущность изобретения заключается в том, что в генератор импульсов введено, по крайней мере, одно LC-звено, состоящее из индуктивного накопителя и конденсатора, при этом индуктивный накопитель LC-звена одним выводом соединен с нагрузкой и к точке их соединения подключен диод, а другим выводом индуктивный накопитель LC-звена соединен со второй индуктивностью и к точке их соединения одним выводом подключен конденсатор LC-звена, соединенный другим выводом с землей.

Изобретение относится к импульсной технике и может использоваться для подачи высоковольтных импульсов на различные приборы и устройства. Техническим результатом является увеличение надежности блока электронных ключей за счет равномерного распределения напряжения, прикладываемого между отдельными ключевыми элементами.

Изобретение относится к управлению энергопотреблением в электронной схеме, в частности к управлению рабочими точками тактовой частоты и источника напряжения в электронной схеме.

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использовано для создания наносекундных компактных генераторов. Достигаемый технический результат - уменьшение искажений выходного импульса генератора путем подавления высокочастотных колебаний переходного процесса.

Группа изобретений относится к импульсной технике и может быть использована для систем питания мощных лазеров. Техническим результатом является формирование импульсов напряжения с высокой частотой повторения импульсов.

Изобретение относится к импульсной высоковольтной технике и может быть использовано в составе высоковольтного оборудования. Сущность изобретения: корпус генератора импульсных напряжений, содержащий аппаратуру генератора импульсных напряжений, заполненный диэлектрической жидкостью, выполнен в виде герметичной емкости, на наружной поверхности которой герметично установлены два снабженных обратными клапанами компенсационных бачка, сопряженных с внутренним объемом корпуса и содержащих герметичные газовые полости и гибкие выпуклые мембраны, отделяющие эти полости от полостей, заполненных диэлектрической жидкостью.

Генератор Аркадьева-Маркса относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использован в ускорителях заряженных частиц или других импульсных сильноточных устройствах. Сущность изобретения заключается в том, что по сравнению с известным генератором Аркадьева-Маркса, содержащим несколько каскадов с конденсаторами и разрядником в каждом каскаде, а также импульсный зарядный трансформатор, все элементы генератора расположены в металлическом герметичном корпусе, новым является то, что разрядник первого каскада выполнен управляемым и снабжен системой запуска, корпус генератора разделен на две секции с фланцами, в одной секции расположен импульсный зарядный трансформатор и система запуска, каскады генератора установлены в другой секции и закреплены на металлической пластине, причем пластина зажата между смежными фланцами секций корпуса до смыкания торцевых прилегающих поверхностей пластины и фланцев и имеет отверстия, в которых с радиальным зазором относительно краев отверстий установлены диэлектрические держатели высоковольтных выводов импульсного трансформатора и системы запуска. Техническим результатом является повышение качества сборки и надежности работы генератора Аркадьева-Маркса при сохранении масс-габаритных характеристик.

Изобретение относится к многовходовой схеме для контрольно-измерительного прибора. Техническим результатом является снижение погрешности измерения, связанной с контактным сопротивлением переключателя входов.

Изобретение относится к организации памяти и соответствующих путей доступа в интегральной микросхеме. .

Изобретение относится к синхронной динамической памяти с произвольным доступом. .

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах для исследованийоднократных сигналов в широком диапазоне длительностей . .

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах контроля и измерения аналоговых сигналов. .

Изобретение относится к электронной коммутационной технике и может быть использовано в устройствах автоматики , электросвязи, в системах 27 сбора и передачи информации.

Изобретение относится к области электронной коммутационной технике. .

Изобретение относится к электронной коммутационной технике, может быть использовано в устройствах и системах автоматики, электросвязи, измерений и контроля . .

Изобретение относится к области электронной коммутационной техники и может быть использовано в системах автоматики, контроля и измерений. .

Изобретение относится к зарядным устройствам емкостных накопителей энергии и может быть использовано в высоковольтных электрофизических установках большой мощности с высоким уровнем накапливаемой энергии. В зарядное устройство емкостного накопителя энергии, содержащее входной трехфазный мостовой выпрямитель, LC-фильтр, зарядный преобразователь с дозирующими конденсаторами, датчик выходного напряжения, введен дополнительный конденсатор фильтра, транзистор, зашунтированный обратным диодом и резистором, драйвер управления транзистором, RS-триггер, логический элемент 2И-НЕ, два компаратора, а также источник задающего напряжения и датчик напряжения обратного диода. Введение этих элементов позволяет повысить надежность работы зарядного устройства и расширить его функциональные возможности. 4 ил.
Наверх