設計與分析

本電路架構參考圖4-7串並式的單刀雙擲(single-pole double-throw, SPDT)開關架 構[18]，優點是架構簡單、高線性度且幾乎不消耗功率，相當適合現今無線通訊元件對 低功耗、低成本、高效能的需求。雖然要得到較好的隔離度可使用多級串接的方式，但 因為超寬頻脈衝通訊為分時多工系統，發射與接收模式不會同時啟動，由脈波產生器發 射之訊號不會對接收機造成漏入干擾之影響，經過模擬結果得知本架構之收發端隔離度 (皆小於20dB)對應用於超寬頻收發機而言應以足夠使用。同時鑒於低插入損耗為開關指

標特性，本電路設計以降低插入損耗為訴求，選擇串並式取代多級串接也是避免因操作 頻率升高，插入損耗也隨之變差的特性。

圖 4-7 SPDT基本架構圖

本電路設計原理參考圖4-7，電晶體M1、M2為series arm，具有切換開關的功能並 決定開關表現的好壞，而M3、M4為shunt arm，提供另一洩漏訊號路徑來提高整體的隔 離度。當處於發射模式時，由控制訊號灌入高電壓(1.8 V)使M1導通，將訊號由天線輸 出，而M4導通則是提供處於關閉的接收端一個洩漏訊號到地的路徑，藉此提高天線-接 收端的隔離度; 同理控制訊號若切到低電壓(0 V)則啟動接收端，M2、M3導通，使訊號 由天線傳到接收機。另外電晶體的閘極連接大電阻為k歐姆等級的，目的是改善直流偏 壓的隔絕度，否則當汲極和源極受到電壓飄動時，電晶體的偏壓會有fluctuation的現象 發生。

由於本開關之後勢必需整合到收發機裡，考量插入損耗對一收發系統的整體雜訊度 和靈敏度有舉足輕重的影響，因此本電路著重低插入損耗的特性，以下將針對各項影響 因子做分析和考量[19]: 導通電阻是影響插入損耗的主要因素，隨著串接電晶體的寬度 增加，導通電阻會越小，插入損耗亦隨之減小，但是當寬度過大時，由於電容耦合基板

(substrate)效應使得插入損耗反而增大，如圖4-8所示。因此在決定電晶體M1、M2的寬度 是由模擬出最小插入損耗而定的。而M3、M4的加入可比原先多增加10dB以上的隔離度，

其寬度約為series arm的一半可得到較好的隔離度。

圖 4-8 電晶體寬度對插入損耗的效應

另外基板阻抗也是一個重要的因素，文獻[20]指出，若減少基板阻抗使得其上的功 率消耗變少，則插入損耗變小;若使基板阻抗變大，則流入的溢漏電流也變小，同樣能 改進插入損耗。因此前人曾用LC諧振偏壓網路來增進效能[21]，但缺點是額外增加晶片 面積（電感），而且限制操作在窄頻段內，並不適用於超寬頻段的應用，基於考量電感 面積大且高頻的Ｑ值不佳，我們選擇使用body-floating技術來做改良[22]，傳統上電 晶體的體極與源極相接，寄生電容會嚴重影響阻抗值，因此在體極連接一k歐姆等級的 大電阻接地，對射頻訊號而言如同開路，從而改進插入損耗，同時也使寄生二極體關閉，

提升Ｐ1dB。

4.4 模擬結果

在這裡會以兩小節分別針對發射器和收發開關的模擬結果進行討論與文獻比較。