基于rf變壓器的tx/rx集成rf開關(guān)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線射頻(RF)電路領(lǐng)域，并且更具體地涉及基于RF變壓器的發(fā)射/接收(TX/RX)集成RF開關(guān)。
[0002]發(fā)明背景
[0003]目前，無線通信系統(tǒng)在涉及從一點傳送到另一點的信息傳送的許多環(huán)境中獲得應(yīng)用，并且存在適合于滿足每個特定需求的許多形式。這些系統(tǒng)包括用于遠(yuǎn)距離語音通信的移動電話和雙向無線電設(shè)備，以及用于計算機(jī)系統(tǒng)的較短程的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，等等。無線通信總體上涉及被調(diào)制為表示數(shù)據(jù)的射頻(RF)載波信號，并且遵循一套標(biāo)準(zhǔn)的信號調(diào)制、傳輸、接收以及解調(diào)。對于無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，示例標(biāo)準(zhǔn)包括無線局域網(wǎng)(IEEE 802.11)、藍(lán)牙(IEEE802.15.1)和ZigBee(IEEE 802.15.4)，這些通常是在時分通信信道上模擬雙向鏈路的時域雙工系統(tǒng)。
[0004]無線通信系統(tǒng)的基本組件是包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)電路系統(tǒng)的收發(fā)機(jī)。收發(fā)機(jī)使用其數(shù)字基帶子系統(tǒng)將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為基帶信號并且使用RF載波信號調(diào)制基帶信號。用于WLAN的調(diào)制包括正交頻分復(fù)用(OFDM)、正交相移鍵控(QPSK)、正交幅度調(diào)制(16QAM、64QAM);用于藍(lán)牙的調(diào)制包括GFSK和4/8-DQPSK ；以及用于Zigbee的調(diào)制包括BPSK和OQPSK (或 MSK)。
[0005]在從天線接收到信號時，收發(fā)機(jī)下變頻RF信號，解調(diào)基帶信號并解碼由基帶信號表示的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。連接到收發(fā)機(jī)的天線將電信號轉(zhuǎn)化為電磁波，反之亦然。根據(jù)特定的配置，收發(fā)機(jī)可以包括專用的發(fā)射(TX)線路和專用的接收(RX)線路或者收發(fā)機(jī)可以具有組合的發(fā)射/接收線路。在單獨的TX線路和RX線路的情況中，發(fā)射線路和接收線路通常被連接到單個天線，特別是對于低成本和/或小尺寸的應(yīng)用。
[0006]收發(fā)機(jī)和天線之間的電路一般被稱為前端模塊(FEM)。FEM包括RF功率放大器(PA)，RF功率放大器(PA)通過放大無線裝置(如蜂窩電話的電話聽筒)中的較弱的輸入信號來生成輸出發(fā)射信號。這些通信裝置中的許多通信裝置被配置為針對不同操作系統(tǒng)在不同頻帶中操作。例如，第三代(3G)蜂窩通信系統(tǒng)、4G蜂窩(LTE)系統(tǒng)、802.1lWLAN系統(tǒng)，等等。
[0007]信號鏈路中的附加組件是發(fā)射/接收(TX/RX)開關(guān)，該發(fā)射/接收(TX/RX)開關(guān)起到的作用是將高功率的發(fā)射信號引導(dǎo)到天線并且還阻止該信號進(jìn)入本地接收機(jī)的靈敏的前端，同時允許天線和接收機(jī)之間的低損耗連接。TX/RX開關(guān)可以被集成到FEM中，或可以作為獨立的組件。
[0008]因此，期望的是，具有能夠?qū)⒐β室龑?dǎo)到天線并且還阻止信號進(jìn)入接收機(jī)同時提供天線和接收機(jī)之間的低損耗連接的TX/RX開關(guān)。還期望的是，具有滿足現(xiàn)代無線標(biāo)準(zhǔn)的性能需求同時降低制造的復(fù)雜性、尺寸和成本的TX/RX開關(guān)，現(xiàn)代無線標(biāo)準(zhǔn)諸如802.11、3G和4G蜂窩系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明是新穎和有用的基于RF變壓器的發(fā)射/接收(TX/RX)集成RF開關(guān)。功率放大器的輸出功率利用輸出變壓器來饋入到天線負(fù)載。功率放大器的輸出變壓器被直接連接到天線而不需要發(fā)射信號路徑中的任何附加組件，諸如晶體管開關(guān)或附加的諧振電路。
[0010]天線分集通過使多個天線中的每個天線具有連接到輸出變壓器的相關(guān)天線開關(guān)來實現(xiàn)。本發(fā)明的TX/RX開關(guān)將天線分集所需的開關(guān)數(shù)目降到最小。此外，其也將系統(tǒng)中的RF損耗降到最小。
[0011]可以使用TX/RX開關(guān)并且TX/RX開關(guān)滿足現(xiàn)代無線通信標(biāo)準(zhǔn)(諸如DECT、802.11胃1^隊藍(lán)牙、2188的，等等)的需求。TX/RX電路的配置準(zhǔn)許常見的成本相對低的半導(dǎo)體制造技術(shù)(諸如標(biāo)準(zhǔn)的COMS工藝)的使用。
[0012]在本發(fā)明的一個實施例中，TX/RX RF開關(guān)電路基于RF變壓器的使用，該RF變壓器⑴在TX模式期間充當(dāng)PA輸出變壓器，并且⑵在接收模式期間充當(dāng)LNA匹配網(wǎng)絡(luò)中的串聯(lián)電感。因此，RF變壓器發(fā)揮雙重功能或作用。這樣的TX/RX開關(guān)適用于被集成到前端模塊(FEM)電路、收發(fā)機(jī)模塊以及其他RF相關(guān)的模塊中。
[0013]TX/RX RF開關(guān)電路克服以下問題:⑴發(fā)射和接收的低線性度、⑵RF插入損耗、
(3)PA效率、(4)功率放大器和LNA的匹配、(5)存在于所有TX/RX RF開關(guān)中的ESD保護(hù)和尺寸限制。
[0014]基于RF變壓器的TX/RX RF開關(guān)電路適用于許多無線標(biāo)準(zhǔn)，這些無線標(biāo)準(zhǔn)包括但不受限于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)在時分多址(TDMA)模式中操作的任何標(biāo)準(zhǔn)，并且TX/RX RF開關(guān)電路特別適用于蜂窩多模多頻帶前端電路(例如，將2G到LTE合并進(jìn)單個系統(tǒng)的系統(tǒng)中)。其還適用于并且可以被用于所有半導(dǎo)體處理和合并PA和LNA分立電路的分立電路設(shè)計。
[0015]本發(fā)明的TX/RX開關(guān)的幾個優(yōu)點包括:(1)從信號路徑消除了有源裝置；(2)及ESD保護(hù)裝置(S卩，電容器)可以被添加到單個開關(guān)晶體管的漏極；(3)消除了與信號路徑串聯(lián)的有源裝置上的壓力問題，因為對開關(guān)晶體管的需求降低，改進(jìn)了電路的建模；(4)通過對LNA輸入匹配電路的串聯(lián)電感使用PA輸出變壓器的次級，可以節(jié)省芯片的實際面積(real estate);以及(5)只使用N+1個有源裝置就可以實現(xiàn)天線分集，其中N是天線數(shù)目。
【附圖說明】
[0016]本發(fā)明在此只通過示例的方式參考附圖進(jìn)行描述，其中:
[0017]圖1是說明根據(jù)本發(fā)明的第一實施例構(gòu)造的第一示例性TX/RX開關(guān)的框圖；
[0018]圖2是說明根據(jù)本發(fā)明的第二實施例構(gòu)造的第二示例性TX/RX開關(guān)的框圖；
[0019]圖3是說明根據(jù)本發(fā)明的第三實施例構(gòu)造的第三示例性TX/RX開關(guān)的框圖；
[0020]圖4是說明當(dāng)處于發(fā)射模式時，來自天線側(cè)的TX/RX開關(guān)的回波損耗(returnloss)的曲線圖；
[0021 ]圖5是說明當(dāng)處于接收模式時，來自天線側(cè)的TX/RX開關(guān)的回波損耗的曲線圖；
[0022]圖6是說明包括本發(fā)明的TX/RX開關(guān)的示例性單芯片F(xiàn)EM電路的框圖；以及
[0023]圖7是說明包括本發(fā)明的FEM電路的示例性無線裝置的高層框圖。
【具體實施方式】
[0024]現(xiàn)代無線移動裝置(包含例如DECT、Wi_Fi 802.llb、g、n、ac等)需要功率放大器(PA)和低噪聲放大器(LNA)具有高功率、高效率和高線性度。通常這轉(zhuǎn)換為針對RF開關(guān)的插入損耗、線性和尺寸的嚴(yán)格要求。此外，這些電路的設(shè)計必須考慮靜電放電(ESD)問題。具體地，優(yōu)選地如此設(shè)計這些電路使得ESD的出現(xiàn)將不會損壞這些電路。因此，包含ESD結(jié)構(gòu)將損壞TX/RX開關(guān)的性能。如以下所述，本發(fā)明的TX/RX開關(guān)克服這個ESD問題。
[0025]現(xiàn)今，芯片上集成的RF開關(guān)需要用作RF開關(guān)的兩個定向晶體管(direct1naltransistor)或者額外的諧振電路，以進(jìn)行TX和RX路徑之間的目標(biāo)隔離。所有上述方法影響線性度、匹配、輸出功率、增益或帶寬，或者一起影響以上所有。
[0026]因此，由于RF開關(guān)的現(xiàn)有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的低性能或復(fù)雜的布局設(shè)計，其對于切換能力是不夠的。
[0027]—種新穎的集成RF T/R開關(guān)使高功率、高效率、高帶寬和高線性功率放大器的設(shè)計變?yōu)榭赡?。而且，新的集成RF T/R開關(guān)允許減小前端/收發(fā)器IC的面積，并使設(shè)計更穩(wěn)健。
[0028]圖1示出了說明根據(jù)本發(fā)明的第一實施例構(gòu)造的第一示例性TX/RX開關(guān)的方框圖?？傮w上標(biāo)識為10的TX/RX開關(guān)電路包括:放大發(fā)射信號的功率放大器電路12、具有初