單刀單擲射頻開關(guān)及其構(gòu)成的單刀雙擲射頻開關(guān)和單刀多擲射頻開關(guān)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及集成電路領(lǐng)域，特別是涉及一種單刀單擲射頻開關(guān)。本實(shí)用新型還涉及由所述單刀單擲射頻開關(guān)構(gòu)成的一種單刀雙擲射頻開關(guān)和一種單刀多擲射頻開關(guān)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的深入發(fā)展通信設(shè)備正在向小型化和低能耗發(fā)展，這就要求通信設(shè)備內(nèi)的每個(gè)組件都采用小型化設(shè)計(jì)，盡量控制器其尺寸、重量和厚度，同時(shí)也要盡量減少組件數(shù)量及組件功率消耗。
[0003]射頻信號(hào)輸入輸出模塊主要可實(shí)現(xiàn)對(duì)接收射頻信號(hào)的低噪聲放大和發(fā)射射頻信號(hào)的功率推動(dòng)等功能，是射頻通信設(shè)備中不可或缺的組成部分，其中，單刀單擲開關(guān)和單刀多擲開關(guān)用以實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的信號(hào)流向控制等作用。在目前的微波通訊系統(tǒng)中，功率開關(guān)通常采用幾種形式:(1)采用分立的硅材料的PIN 二極管，采用混合電路的方式實(shí)現(xiàn)，其缺點(diǎn)是體積大，工作頻率窄且控制電路復(fù)雜。(2)采用砷化鎵(GaAs)贗配高電子迀移率晶體管(pHEMT)單片開關(guān)，高電子迀移率晶體管開關(guān)具有體積小、應(yīng)用頻帶寬等特點(diǎn)，但是，不易于和其它的射頻電路做單芯片整合。(3)采用M0S器件的開關(guān)，有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，適于和其它部分通信電路做片上集成，缺點(diǎn)是耐壓和耐大功率的能力有限。除此之外，現(xiàn)有的功率開關(guān)還急需克服插入損耗大、隔離度不理想、輸入輸出駐波比大和開關(guān)響應(yīng)時(shí)間長等缺點(diǎn)，隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的不斷發(fā)展和人們對(duì)通信質(zhì)量要求的日益苛刻，傳統(tǒng)的功率開關(guān)已不能滿足實(shí)際使用的需求。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種與現(xiàn)有單刀單擲射頻開關(guān)相比較，提供更高隔離度，更好線性度，產(chǎn)生更少高次諧波的單刀單擲射頻開關(guān)。
[0005]本實(shí)用新型要解決的另一技術(shù)問題是提供一種具有所述單刀單擲射頻開關(guān)的與現(xiàn)有技術(shù)相比較在發(fā)射模式下能處理更高的通過功率，同時(shí)保持良好的線性性能的單刀雙擲射頻開關(guān)；以及，具有所述單刀雙擲射頻開關(guān)的一種單刀多擲射頻開關(guān)。
[0006]為解決上述技術(shù)問題本實(shí)用新型提供的第一種單刀單擲射頻開關(guān)，包括:
[0007]半導(dǎo)體開關(guān)器件T，其第一端通過第一電容C1連接該單刀單擲射頻開關(guān)第一端口P1并通過第一電阻R1連接第一狀態(tài)控制信號(hào)輸入端S1，其第二端通過第二電阻R2連接第二狀態(tài)控制信號(hào)輸入端S2，其第三端通過第四電阻R4接地，并通過串聯(lián)的第一二極管D1、第二二極管D2和第五電阻R5接地，其第四端通過第二電容C2連接該單刀單擲射頻開關(guān)第二端口 P2并通過第三電阻R3連接第三狀態(tài)控制信號(hào)輸入端S3 ;
[0008]其中，第六電阻R6 —端連接于第一二極管D1和第二二極管D2之間，第六電阻R6另一端接電源電壓VDD，第一二極管D1負(fù)極連接第二二極管(D2)負(fù)極；
[0009]第一電感L1跨接于第一電容C1、半導(dǎo)體開關(guān)器件T和第二電容C2所組成串聯(lián)電路的兩端。
[0010]本實(shí)用新型提供的第二種單刀單擲射頻開關(guān)在第一種單刀單擲射頻開關(guān)的基礎(chǔ)上，還包括跨接于半導(dǎo)體開關(guān)器件T第一端和第二端的二電感L2 ;即第二電感L2 —端跨接在第一電容C1和半導(dǎo)體開關(guān)器件T之間，第二電感L2另一端跨接在半導(dǎo)體開關(guān)器件T和第二電容C2之間。
[0011]其中，第二種單刀單擲射頻開關(guān)工作時(shí)，第一電感L1在該射頻開關(guān)關(guān)斷狀態(tài)時(shí)參與并聯(lián)諧振，第二電感L2在該射頻開關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)參與阻抗變換。
[0012]其中，所述半導(dǎo)體開關(guān)器件T為:PM0S、NMOS, HEMT或LDMOS。以NMOS為例，第一端是源極也可以是漏極，第二端是柵極，第三端是襯底，第四端是漏極也可以是源極。
[0013]本實(shí)用新型提供的單刀雙擲射頻開關(guān)，包括:
[0014]—發(fā)射臂，其第一端連接該單刀雙擲射頻開關(guān)的天線端P4，其第二端連接該單刀雙擲射頻開關(guān)的發(fā)射端P5 ;
[0015]一接收臂，其第一端連接該單刀雙擲射頻開關(guān)的接收端P3，其第二端連接該單刀雙擲射頻開關(guān)的天線端P4 ;
[0016]所述發(fā)射臂包括:本實(shí)用新型提供的第一種單刀單擲射頻開關(guān)，該單刀單擲射頻開關(guān)第一端口 P1作為該發(fā)射臂的第一端，該單刀單擲射頻開關(guān)第二端口 P2作為該發(fā)射臂的第二端；
[0017]所述接收臂包括:本實(shí)用新型提供的第二種單刀單擲射頻開關(guān)，該單刀單擲射頻開關(guān)第一端口 P1通過第三電容C3連接低噪聲放大器B，低噪聲放大器B的輸出端作為接收臂的第一端，該單刀單擲射頻開關(guān)第二端口 P2作為接收臂的第二端；
[0018]其中，接收臂的第三電容C3和單刀單擲射頻開關(guān)之間具有ESD器件接入點(diǎn)E，發(fā)射臂的第二端具有ESD器件接入點(diǎn)E，該單刀雙擲射頻開關(guān)的天線端P4具有ESD器件接入點(diǎn)E，上述各ESD器件接入點(diǎn)E其中任一處連接有ESD保護(hù)器件。
[0019]其中，所述ESD保護(hù)器件是ESD 二極管、ESD三極管或接地電感。
[0020]進(jìn)一步優(yōu)化所述單刀雙擲射頻開關(guān)，還包括并聯(lián)開關(guān)SW，并聯(lián)開關(guān)SW —端連接在接收臂低噪聲放大器B和第三電容C3之間，另一端接地。并聯(lián)開關(guān)SW實(shí)現(xiàn)的可用半導(dǎo)體開關(guān)器件為:PM0S、NMOS、HEMT 或 LDMOS。
[0021]本實(shí)用新型提供的單刀多擲射頻開關(guān)，包括:
[0022]至少兩個(gè)所述接收臂和一個(gè)所述發(fā)射臂；
[0023]每個(gè)接收臂的第一端連接該單刀多擲射頻開關(guān)的接收端P3，每個(gè)接收臂的第二端連接該單刀多擲射頻開關(guān)的天線端P4 ；
[0024]每個(gè)發(fā)射臂的第一端連接該單刀多擲射頻開關(guān)的天線端P4，每個(gè)發(fā)射臂的第二端連接該單刀多擲射頻開關(guān)的發(fā)射端P5。
[0025]其中，任一接收臂的第三電容C3和單刀單擲射頻開關(guān)之間具有ESD器件接入點(diǎn)E，任一發(fā)射臂的第二端具有ESD器件接入點(diǎn)E，該單刀多擲射頻開關(guān)的天線端P4具有ESD器件接入點(diǎn)E，上述各ESD器件接入點(diǎn)E其中任一處連接有ESD保護(hù)器件。
[0026]其中，所述ESD保護(hù)器件是ESD 二極管、ESD三極管或接地電感。
[0027]其中，每個(gè)接收臂還包括并聯(lián)開關(guān)SW，并聯(lián)開關(guān)SW —端連接在低噪聲放大器B和第三電容C3之間，另一端接地，并聯(lián)開關(guān)SW為:PM0S、NMOS, HEMT或LDMOS。
[0028]本實(shí)用新型提供的單刀單擲射頻開關(guān)，第一端口 P1和第二端口 P2是開關(guān)的輸入和輸出端口，半導(dǎo)體開關(guān)器件T作為開關(guān)管，控制射頻開關(guān)的工作狀態(tài)。第一電容C1和第二電容C2是在收發(fā)狀態(tài)時(shí)參與并聯(lián)諧振的耦合電容。第一電感L1是在射頻開關(guān)關(guān)斷狀態(tài)時(shí)參與并聯(lián)諧振的電感，它跨接在兩個(gè)耦合電容與開關(guān)管串聯(lián)電路的兩端。第二電感L2是在射頻開關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)參與阻抗變換的電感，它跨接在開關(guān)管的兩端。R1、R2和R3是開關(guān)管的偏置電阻，由邏輯信號(hào)控制工作狀態(tài)，同時(shí)對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行隔離；R4、R5和R6提供晶體管襯底正確的偏置。
[0029]實(shí)用新型結(jié)構(gòu)工作原理:當(dāng)SW1EN置為高電平，SW1ENB置為低電平，開關(guān)管T關(guān)斷，呈現(xiàn)出較小的關(guān)斷電容Coff。第二電感L2和Coff并聯(lián)，根據(jù)不同情況的取值，在工作頻段內(nèi)呈現(xiàn)為不同電抗值。它們?cè)俸偷谝浑姼蠰1并聯(lián)，可以起到增加或減小總電感值的調(diào)節(jié)作用。此時(shí)單刀單擲射頻開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，等效電路如圖3所示。
[0030]當(dāng)SW1EN置為低電平，SW1ENB置為高電平，開關(guān)管T導(dǎo)通，呈現(xiàn)很小的導(dǎo)通電阻Ron，將第二電感L2短路，使之在當(dāng)前狀態(tài)下不起作用。同時(shí)導(dǎo)通的開關(guān)管T也將耦合電容第一電容C1和第二電容C2短路成為串聯(lián)連接，它們和電感第一電感L1形成并聯(lián)諧振電路，使端口 P1和P2之間被高阻抗隔離。單刀單擲射頻開關(guān)處于高隔離度的關(guān)斷狀態(tài)，等效電路如圖4所示。
[0031]由此可見，在實(shí)用新型結(jié)構(gòu)中，半導(dǎo)體開關(guān)器件T的工作狀態(tài)和控制邏輯，與整個(gè)射頻開關(guān)的工作狀態(tài)是相反的，這有利于收發(fā)射頻開關(guān)的設(shè)計(jì)。
[0032]實(shí)用新型結(jié)構(gòu)在第一電感L1和第二電感L2取值上有了更高的自由度。一般情況，第一電感L1的選取可以傾向于在發(fā)射狀態(tài)時(shí)具有更好的接收臂隔離度；在第一電感L1取定后，根據(jù)低噪聲放大器B需要的阻抗變換電感，由第二電感L2調(diào)整圖3的呈現(xiàn)阻抗，可分為如下三種情況:
[0033]1)根據(jù)隔離度需要，如果第一電感L1選擇了比較大的值，而在接收模式下，低噪聲放大器B并不需要這么大的電感，那么可以將第二電感L2與Coff的諧振頻率設(shè)計(jì)高于工作頻段，這兩者對(duì)于工作頻段等效為一個(gè)較大的電感。和第一電感L1并聯(lián)后，總有效電感值就可以被降低。
[0034]2)如果選取的第一電感L1的電感值比低噪聲放大器B所需的阻抗匹配的電感值小，那么可以將第二電感L2與Coff的諧振頻率設(shè)計(jì)低于工作頻段，它們?cè)诠ぷ黝l段內(nèi)等效為一個(gè)電容。這個(gè)等效電容和第一電感L1并聯(lián)，等效于增加了總電感。
[0035]3)如果選取的第一電感L1的電感值即低噪聲放大器B所需的阻抗匹配的電感值，可以將第二電感L2與Coff的諧振頻率設(shè)計(jì)在工作頻段上，它們等效為一個(gè)開路或較大的漏電電阻，僅使第一電感L1在電路中起作用。
[0036]這樣在各種設(shè)計(jì)情形下，實(shí)用新型結(jié)構(gòu)的單刀單擲射頻開關(guān)既是開關(guān)，也是低噪聲放大器B匹配電路的一部分。第一電感L1和第二電感L2又可以獨(dú)立選取，使射頻開關(guān)分別工作于接收模式和發(fā)射模式的最佳狀態(tài)。
[0037]實(shí)用新型結(jié)構(gòu)中的耦合電容C1和C2被設(shè)計(jì)為開關(guān)管T導(dǎo)通時(shí)與第一電感L1并聯(lián)諧振，因此可以使用比現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的隔直電容更小的電容值，因此進(jìn)一步減少芯片使用面積。
[0038]將本實(shí)用新型的單刀單擲射頻開關(guān)作為單刀多擲射頻開關(guān)的接收臂，可以由m個(gè)接收臂和η個(gè)發(fā)射臂組成(m多2，η多1)。由于單刀多擲射頻開關(guān)中各個(gè)發(fā)射和接收臂都有橫跨開關(guān)管與耦合電容的電感，因此對(duì)于直流和低頻相當(dāng)于多點(diǎn)短路，而這些點(diǎn)正是各自單獨(dú)結(jié)構(gòu)中ESD需要考慮的地方，在本實(shí)用新型的單刀多擲射頻開關(guān)的開關(guān)中只要有一個(gè)ESD器件接入點(diǎn)放置帶有ESD功能的器件，則整個(gè)電路都有ESD防護(hù)功能。
【附圖說明】
[0039]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明:
[0040]圖1是本實(shí)用新型第一種單刀單擲射頻開關(guān)一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)