摘要：为了改善开关矩阵的性能，设计了一种应用于中频4×4开关矩阵的开关模块电路。优选性能良好，低功耗的开关芯片，辅以Cadence软件进行优化设计，优化版图布局，方便系统集成，同时采用上位机控制加手动控制两套控制方案，成功研制出应用于中频4×4开关矩阵系统的开关模块，性能稳定，达到实用水平。
关键词：吸收式开关；开关矩阵；隔离度
1概述
开关矩阵中开关模块电路的设计难点是保证驻波比很低的情况下，尽可能的降低插损，实现高隔离度和整体低功耗[1]。随着开关矩阵在通信接收系统的大量普及和发展，应用于开关矩阵系统的核心控制单元开关模块需求越来越大，同时对于开关模块的设计也提出了越来越高的要求[2]。表1给出了国内外常规开关模块指标。本文着重介绍了一款应用于中频4×4开关矩阵的开关模块电路。中频是指频率范围在50MHz~180MHz[3]。实现的技术指标优于国内外常规开关模块，其具有插损小，驻波性能好，低功耗，隔离度优异的特点，十分契合开关矩阵对于核心控制单元开关模块的需求。本设计中的一个突出特点是除了DB9（一种常用数控接头）控制接口，还预留了一个手动控制接口，当上位机控制实效时，可以采用手动控制进行应急处理。优化的版图布局为开关模块的使用和系统安装提供了便利；整个开关模块性能良好，稳定性优异，已达到实用水平[4]。
2设计方案与原理图
本文设计的开关模块是应用于中频4×4矩阵的核心控制部分，由开关部分，电源供电部分，接口部分三大部分组成[5]。本设计的开关模块原理图如1所示。图1所示为开关部分原理图，芯片选型：选择的开关核心芯片采用的是ADI（AnalogDevicesInc）公司的ADG904SP4T开关。ADG904开关芯片的插损1dB以下，隔离度40dB以上，供电电压范围为：1.65V~2.75V，低功耗设计电流在1uA以下。SP4T是指四选一开关。ADI和Hittite在开关芯片技术方面都比较成熟，其中Hittite的HMC344LC3芯片是一款与ADG904类似的芯片，两款芯片基本上都能满足在中频频段（50MHz~180MHz）开关设计开发的性能，但是ADI公司的ADG904是吸收式开关，该芯片的任意一个端口，当不被选通的时候，内部自动添加上一个50ohm的负载，能够吸收不需要的反射波，能够进一步优化驻波比指标。这个功能Hittite的HMC344LC3不具备。同时ADG904的插损比HMC344LC3的插损要更小，隔离度方面两者类似，所以综合来看，ADI公司的ADG904在该设计中更具优势。图2所示为供电部分原理图，电源芯片选用ADI公司的低噪声LDO芯片，LDO是指低压差线性电源。型号为ADP7104，实现对整板的供电。芯片选型，选择ADP7104电源芯片的主要原因是：该芯片输出电源纹波小（小于15uV），效率高，功耗小，电压精度高（±0.8%）带过流过温保护以及反向电流保护，同时芯片封装面积小，节省PCB（印制电路板）板面积。降低成本。图3所示为接口部分原理图，本开关模块设计的一个突出特点是通过DB9接头可以实现上位机对开关的控制，同时在上位机不能正常工作的情况下，通过预留的2×5插针接口，只需要简单的添加跳线帽就可以实现手动控制。附加的手动控制2×5插针接口方便了对开关模块的调试以及提供了上位机控制失效时的应急处理方案。
3PCB布局
本设计的PCB布局图如下所示：从图4和图5的PCB布局图可以看出本设计布局图的特点：保证任意两路射频信号间有接地面进行隔离；射频信号与DC直流信号有接地面或者介质层进行隔离。同时将四路射频输入信号都规划在了整版的左侧，输出射频信号和控制信号都规划在整版的右侧，这样的PCB布局设计可以方便该模块的外部结构件的设计，矩阵系统由于内部涉及模块较多，安装难度很高，该开关模块设计时优化的版图布局为开关模块应用于矩阵系统时的安装提供了便利。
4测试结果
完成电装、调试后，对该开关模块整个进行测试，测试结果如表2所示。RF1，RF2，RF3，RF4分别为四路射频输入端，RFC为开关输出端；RF1-RFC对应表示开关选通RF1到RFC的通路，其他3个通路为断路。该模块是应用于中频4×4矩阵的开关模块，所以对开关模块的插损、隔离度以及端口驻波要求较高，本模块实测结果插损都在0.5dB以下，各端口驻波比都在1.2以下，同时隔离度都在45dB以上，功耗2.5mW（电压2.5V，电流1mA），符合矩阵对于上述指标的需求。
5结论
文中设计了一种应用于中频4×4矩阵的四选一开关模块，该开关模块具有插损小，驻波性能好，低功耗，隔离度优异的特点，十分适用于中频4×4开关矩阵的设计需求，提高了矩国民经济论文阵系统的稳定性，经过测试，该四选一开关模块性能良好，稳定性优异，已达到实用水平。
作者：杨松楠 于洋 单位：天津光电通信技术有限公司
相关专题：创新5.1接口pci 职称论文代发
