芯耀
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射頻開(kāi)關(guān)在射頻前端電路中扮演著至關(guān)重要的角色，是射頻信號(hào)與天線之間不可或缺的橋梁。一個(gè)SPxT（單刀多擲）開(kāi)關(guān)在常規(guī)應(yīng)用中，通常只有一個(gè)RF端口導(dǎo)通將射頻信號(hào)與天線相連。然而，射頻開(kāi)關(guān)的靈活性遠(yuǎn)不止于此，在某些特定的應(yīng)用場(chǎng)景中，也可以讓兩條甚至更多通路同時(shí)導(dǎo)通。
以B1+B3+B7的載波聚合（CA）組合（如下圖）為例，開(kāi)關(guān)雙開(kāi)模式相比單開(kāi)模式在設(shè)計(jì)上能夠節(jié)省至少一顆Diplexer（分頻器）的使用，不僅降低了硬件成本，還簡(jiǎn)化了系統(tǒng)架構(gòu)，從而有可能提升信號(hào)傳輸的效率和質(zhì)量，減少失真和衰減。艾為電子推出的AW13508TQNR、 AW13510TQNR、 AW13512TQNR等系列產(chǎn)品均支持雙開(kāi)多開(kāi)功能。
圖1 B1+B3+B7 CA組合設(shè)計(jì)示意圖
開(kāi)關(guān)雙開(kāi)應(yīng)用注意點(diǎn)
將一路射頻信號(hào)分成兩路射頻信號(hào)的措施有：二功分、 Diplexer、Dual Saw、Duplexer，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，雙工器不是將信號(hào)一分為二。
二功分的原理
能量是守恒的，對(duì)于任何一個(gè)3端口器件來(lái)說(shuō)，1端口輸入的能量等于2端口和3端口輸出的能量以及器件自身消耗掉的能量之和。假設(shè)器件是無(wú)耗的，那1端口輸入的能量等于2端口和3端口輸出的能量之和。通過(guò)設(shè)計(jì)使兩路輸出相等，那么每路輸出都對(duì)應(yīng)輸入能量的一半，即3dB插損，這就是二功分的原理。
對(duì)于射頻應(yīng)用，尤其是接收鏈路設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，3dB插損是不可接受的。那是不是意味著開(kāi)關(guān)雙開(kāi)不適合實(shí)際應(yīng)用？并不是，雖然能量是守恒的，但前提是同一頻率的能量是守恒的。把不同頻率的能量從不同的輸出端口輸出，這就實(shí)現(xiàn)了射頻前端電路中所謂的分路，如Diplexer和Dual Saw。所以開(kāi)關(guān)雙開(kāi)應(yīng)用的關(guān)鍵在于賦予兩個(gè)輸出端口的頻率選擇特性，如Diplexer和Dual Saw一樣，不同端口輸出不同頻率的能量。
Diplexer和Duplexer的區(qū)別
Diplexer用于區(qū)分兩個(gè)跨度較大的頻率，兩個(gè)頻率距離越遠(yuǎn)越好設(shè)計(jì)，兩個(gè)輸出端口就是兩個(gè)Filter，可以是低通，高通和帶通。Duplexer用于區(qū)分同一FDD頻段的Tx和Rx，Tx和Rx的頻率間隔很小。如下右圖，可以把Duplexer認(rèn)為是一個(gè)環(huán)形器，即端口1的信號(hào)被傳輸?shù)蕉丝?，端口2的信號(hào)被傳輸?shù)蕉丝?，端口1和3則是隔離狀態(tài)。
圖2 Diplexer和Duplexer示意圖
開(kāi)關(guān)雙開(kāi)應(yīng)用舉例
分析開(kāi)關(guān)雙開(kāi)的應(yīng)用場(chǎng)景，主要是觀察開(kāi)關(guān)雙開(kāi)后加上匹配網(wǎng)絡(luò)的頻率選擇特性。以B1+B3+B7載波聚合（CA）組合為例，B1+B3的頻率在1710-2170MHz之間，B7的頻率在2500-2690MHz之間。為了簡(jiǎn)化分析，沒(méi)有將B1+B3的Quadruplexer（四工器）以及B7的Duplexer添加到仿真鏈路中。參考Diplexer的設(shè)計(jì)，兩個(gè)輸出端口分別設(shè)計(jì)一個(gè)低通和一個(gè)高通濾波器。
圖3 B1+B3+B7 CA組合設(shè)計(jì)示意圖
- 具體步驟 -
1、設(shè)計(jì)LC Diplexer
最簡(jiǎn)單的方式就是在低通和高通通路上分別加一個(gè)LC諧振，如下圖所示。
圖4 LC Diplexer示意圖
2、將LC Diplexer在仿真軟件上進(jìn)行建模及仿真
3、將設(shè)計(jì)好的LC Diplexer的低通和高通支路分別加在開(kāi)關(guān)雙開(kāi)后的兩個(gè)RF Port上。
此處仿真采用的是AW13508TQNR ANT-RF1和ANT-RF2同時(shí)導(dǎo)通的SNP文件。
圖5 AW13508TQNR雙開(kāi)示意圖
4、對(duì)增加AW13508TQNR雙開(kāi)SNP的模型進(jìn)行仿真
這一步即使沒(méi)有對(duì)LC diplexer設(shè)計(jì)好的值進(jìn)行修改，直接仿真下來(lái)的結(jié)果也不錯(cuò)，這主要得益于AW13508TQNR開(kāi)關(guān)優(yōu)秀的回?fù)p。
開(kāi)關(guān)雙開(kāi)后如果沒(méi)有加低通和高通濾波器，此時(shí)開(kāi)關(guān)類似于一個(gè)二功分，插損在3dB以上，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用來(lái)說(shuō)是不可接受的。所以開(kāi)關(guān)雙開(kāi)應(yīng)用的關(guān)鍵在于賦予兩個(gè)輸出端口的頻率選擇特性。
5、對(duì)匹配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行微調(diào)優(yōu)化性能
注：本文只是簡(jiǎn)單展示頻率選擇特性，在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于主集來(lái)說(shuō)，B1+B3的Quadruplexer和B7的Duplexer本身就包含了頻率選擇特性，匹配網(wǎng)絡(luò)只需調(diào)到50歐姆即可。對(duì)于分集來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)此設(shè)計(jì)來(lái)節(jié)約一個(gè)SAW。
總結(jié)
開(kāi)關(guān)雙開(kāi)的應(yīng)用本質(zhì)通過(guò)賦予輸出端口頻率選擇特性，將不同頻率的能量分開(kāi)。如上文舉例AW13508TQNR RF1和RF2雙開(kāi)時(shí)在RF2后面接低通濾波器，RF1后面接高通濾波器。在分配能量的時(shí)候，低頻能量大部分通往RF2口，高頻能量大部分通往RF1口，從而實(shí)現(xiàn)雙開(kāi)應(yīng)用。
艾為電子推出的AW13508TQNR、AW13510TQNR、AW13512TQNR等射頻開(kāi)關(guān)均支持雙開(kāi)功能。以AW13508TQNR為例，各端口控制邏輯如下圖所示，每條通路的通斷均有獨(dú)立的寄存器比特位控制，通過(guò)寄存器屏蔽寫(xiě)功能可以實(shí)現(xiàn)不同通路的通斷互不影響，因此可以實(shí)現(xiàn)雙開(kāi)功能。
圖6 Register Detailed Description
- 產(chǎn)品選型表 -
表1??艾為電子支持雙開(kāi)多開(kāi)功能的RF switches產(chǎn)品選型表
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