CN101789777B - 一种射频接收和发射的转换开关 - Google Patents

一种射频接收和发射的转换开关 Download PDF

Info

Publication number
CN101789777B
CN101789777B CN2009103126161A CN200910312616A CN101789777B CN 101789777 B CN101789777 B CN 101789777B CN 2009103126161 A CN2009103126161 A CN 2009103126161A CN 200910312616 A CN200910312616 A CN 200910312616A CN 101789777 B CN101789777 B CN 101789777B
Authority
CN
China
Prior art keywords
resistive device
resistance
inductance
resistive
variable resistance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2009103126161A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101789777A (zh
Inventor
张丽杰
黄如
王川
石淙寅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Original Assignee
Peking University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Peking University filed Critical Peking University
Priority to CN2009103126161A priority Critical patent/CN101789777B/zh
Publication of CN101789777A publication Critical patent/CN101789777A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101789777B publication Critical patent/CN101789777B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Electronic Switches (AREA)
  • Transceivers (AREA)

Abstract

本发明提供了一种射频接收和发射(T/R)转换开关，属于CMOS超大规模集成电路(ULSI)技术领域。该T/R转换开关包括两个相互连接的阻变器件，这两个阻变器件在一控制电压的作用下电阻特性相反，即阻变器件R1和阻变器件R2连接同一控制电压端，阻变器件R1的电阻处于高阻态，阻变器件R2的电阻处于低阻态，或阻变器件R1的电阻处于低阻态，阻变器件R2的电阻处于高阻态。本发明利用了阻变器件的双极特性，通过电压控制端的电压极性改变，使开关中两个阻变器件的电阻状态改变，从而实现了射频接收和发射(T/R)转换。本发明T/R转换开关电路可以完全做在信号处理元器件的上方，实现了三维集成。

Description

一种射频接收和发射的转换开关
技术领域
本发明涉及CMOS超大规模集成电路(ULSI)，具体是一射频接收和发射(T/R)转换开关。
背景技术
近年来，随着无线通讯设备的市场的迅速发展，作为无线通讯系统的重要部件射频接收和发射(T/R)转换开关受到了很高的关注。(T/R)开关作为接收端和发射端的开关得到了广泛的应用。目前(T/R)开关主要有三种类型：PIN二极管开关，MOSFET开关和MEMS开关。PIN二极管开关由于功率损耗大不适于低功耗集成电路的应用，很难用于便携可移动通信设备中；MEMS作为开关由于其较好的隔离特性受到了广泛的关注，但是其操作电压较大，开关速度慢，可靠性比较差，而且兼容性也很差，很难和现有的CMOS工艺兼容，只能作为独立的模块应用于射频的发射和接收端，这就限制了通讯电路的集成度，难于应用于便携式无线通信设备中。基于现有CMOS工艺的MOSFET开关虽然可以提高集成度，但是作为开关的电路比较复杂，而且由于用于开关电路的MOSFET和用于其他信号处理的MOSFET制备在同一个衬底上，器件之间的相互干扰比较厉害，寄生比较大。
因此，能够设计一种寄生小、兼容性好、可靠性高、低电压、低功耗的RF开关对于便携式无线移动通信设备的开发和研究意义重大。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种可以实现三维集成，抗干扰性好的射频接收和发射(T/R)转换开关。
本发明的上述目的是通过如下的技术方案予以实现的：
一种射频接收和发射(T/R)转换开关，其特征在于，包括两个相互连接的阻变器件R1和阻变器件R2，上述阻变器件R1和阻变器件R2在一控制电压的作用下电阻特性相反，即阻变器件R1和阻变器件R2连接同一控制电压端，阻变器件R1的电阻处于高阻态时，阻变器件R2的电阻处于低阻态，或阻变器件R1的电阻处于低阻态时，阻变器件R2的电阻处于高阻态。
进一步，阻变器件R1和阻变器件R2的连接端通过隔离电感L1与控制电压端连接，以及通过交流信号耦合电容C1连接天线，阻变器件R1的另一端连接一隔离电感L2，以及通过交流信号耦合电容C2与发射机端连接，隔离电感L2的另一端接地，阻变器件R2的另一端连接一隔离电感L3，以及通过交流信号耦合电容C3与接收机端连接，隔离电感L3的另一端接地。
进一步，阻变器件R1和阻变器件R2的连接端通过隔离电感L1与控制电压端口连接，以及通过交流信号耦合电容C1连接天线，阻变器件R1的另一端连接一MOS开关，以及通过交流信号耦合电容C2与发射机端连接，阻变器件R2的另一端连接一MOS开关，以及通过交流信号耦合电容C3与接收机端连接。
阻变器件R1和阻变器件R2分别为金属氧化物阻变器件，ZrOx、HfOx、TaOx等或者钙钛类矿类阻变器件如PCMO等以及相变阻变器件如PRAM等。
交流信号耦合电容C1、交流信号耦合电容C2或交流信号耦合电容C3分别为MIM电容。
隔离电感L1、隔离电感L2或隔离电感L3分别采用平面螺旋电感。
本发明的技术优点和效果：
本发明利用了阻变存储器的双极特性，通过电压控制端电压的极性改变可以改变电路中两个阻变元件的电阻状态，从而实现了射频接收和发射(T/R)转换。
本发明射频接收和发射(T/R)转换开关的工作原理：
当阻变器件R1的电阻处于高阻态时，其电阻值大小达到兆欧姆(MΩ)以上，同时阻变器件R2的电阻处于低阻态时，其电阻值大小约为几个欧姆或几十个欧姆，此时天线和接收端口之间的阻抗很小，从天线端接收过来的信号可以传递到接收机端口，通过控制阻变器件R2的电阻，可以做到传输损耗很小。而天线和发射机端口由于存在较大的阻抗，可以认为天线和发射机端口被R1隔离，此过程天线完成了接收功能。
当阻变器件R1的电阻处于低阻态时，其电阻值大小约为几个欧姆或几十个欧姆，同时阻变器件R2的电阻处于高阻态时，其电阻值大小达到兆欧姆(MΩ)以上，此时天线和发射端口之间的阻抗很小，发射机端口的信号可以传递到天线端，通过控制阻变器件R1的电阻，可以做到传输损耗很小。而天线和接收机端口由于存在较大的阻抗，可以认为天线和接收端被R2隔离，此过程天线完成了发射功能。
本发明射频接收和发射(T/R)转换开关电路可以完全做在信号处理元器件的上方，电路涉及到的电容、电感以及阻变器件完全可以利用CMOS后端工艺的改进来实现。
本发明所涉及的电路拓扑结构以及所用的电路元件具有可扩展性，即作为开关组成部分阻变器件并不仅限一种。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步详细地说明：
图1为本发明射频接收和发射(T/R)转换开关示意图；
图2为本发明阻变器件结构示意图；
图3为本发明射频接收和发射(T/R)转换开关所用到的阻变器件的阻变转化过程示意图。
具体实施方式
下面参照本发明的附图，更详细的描述出本发明的最佳实施例。
本发明T/R转换开关包括了两个相互连接的阻变器件。阻变器件可采用阻变存储器件RRAM(电阻可以在控制电压的作用下发生阻值的改变，并且电压撤去后，阻值可以保持)，如金属氧化物阻变器件ZrOx、HfOx、TaOx等以及其它阻变存储器PRAM等。
阻变器件的结构如图2所示，由上电极、功能层、下电极组成。对于阻变器件来说，有以下两种情况：
一种阻变器件是，当器件处于高阻态时，加正向电压于上电极在限流的情况下，电阻由高阻态转换成低阻态，当阻变器件处于低阻态时，加负向电压于下电极上在不限流的情况下，电阻会由低阻态转变成高阻态。
另一种阻变器件是，当器件处于高阻态时，加负向电压于上电极在限流的情况下，电阻由高阻态转换成低阻态，当阻变器件处于低阻态时，加正向电压于下电极上在不限流的情况下，电阻会由低阻态转变成高阻态。
为了叙述方便，凡是加正向电压会发生向低阻态转变的电极统称为阳极，凡是加负向电压会发生向低阻态转变的电极统称为阴极。
参考图1，本发明T/R转换开关电路连接方式如下：
天线端口1连接交流信号耦合电容4(C1)，交流信号耦合电容4(C1)的另一端连接阻变器件7(R1)的阴极端，阻变器件7(R1)的阴极端连接阻变器件8(R2)的阳极端，以及隔离电感9(L1)；隔离电感9(L1)的另一端与控制电压端相连；交流耦合电容5(C2)一端接高频信号发射端2，交流耦合电容5(C2)另一端和阻变器件7(R1)的阳极连接，以及与隔离电感10(L2)相连；隔离电感10(L2)的另一端接地；交流耦合电容6(C3)一端接高频信号接收端3，交流耦合电容6(C3)的另一端和阻变器件8(R2)的阴极连接，以及与隔离电感11(L3)相连；隔离电感11(L3)的另一端接地。图1中，阻变器件7(R1)和阻变器件8(R2)的“+”代表阳极，“-”代表阴极。阻变器件R1和阻变器件R2的阴极、阳极可以互换，但要保证一个阻变器件的阳极和另一个阻变器件的阴极相连。
高频交流隔离电感10(L2)和高频交流隔离电感11(L3)的作用是，为阻变器件阻态改变提供控制电压通路，可以用MOS开关代替。
交流信号耦合电容采用了MIM电容，隔离电感采用平面螺旋电感。
参考图3，T/R转换开关具体工作过程：
当阻变器件控制电压端12加正向直流电压时，阻变器件7(R1)变成了高阻，同时阻变器件8(R2)变成了低阻，天线和接收机端口通路打开，天线与接收机模块相连，天线和发射机端口被阻变器件R1隔断，此时天线可以接收外部的信号。
当阻变器件控制电压端12加负向直流电压时，阻变器件7(R1)变成了低阻，同时阻变器件8(R2)变成了高阻，天线和发射机端口通路打开，天线与发射机模块相连，天线和接收机端口被阻变器件R2隔断，此时天线可以进行信号的发射。
由于阻变器件的电阻的改变只需要电压的激励，其阻态的保持不需要外加电压保持，有利于功耗的降低。所以开关切换时只需要加一个短时间的电压即可。
作为开关的重要组成部分的阻变器件，并不限于一种，任何可以发生电阻改变的器件(比如具有阻变特性的RRAM、PRAM等)都可以用于本发明T/R转换开关。
虽然本说明书通过具体的实施例详细描述了本发明的T/R转换开关电路的拓扑结构以及电路工作的过程，以及阻变存储器件RRAM，但是本领域的技术人员应该理解，本发明的实现方式不限于实施例的描述范围，在不脱离本发明实质和精神范围内，可以对本发明进行各种修改和替换，例如基于此电路拓扑结构的扩展电路的设计。

Claims (4)

1.一种射频接收和发射转换开关，其特征在于，包括两个相互连接的第一阻变器件(R1)和第二阻变器件(R2)，上述第一阻变器件(R1)和第二阻变器件(R2)在一控制电压的作用下电阻特性相反，即第一阻变器件(R1)和第二阻变器件(R2)连接同一控制电压端，第一阻变器件(R1)的电阻处于高阻态，第二阻变器件(R2)的电阻处于低阻态，或第一阻变器件(R1)的电阻处于低阻态，第二阻变器件(R2)的电阻处于高阻态，所述第一阻变器件(R1)和第二阻变器件(R2)分别为阻变存储器或相变存储器，第一阻变器件(R1)和第二阻变器件(R2)的连接端通过第一隔离电感(L1)与控制电压端连接，以及通过交流信号耦合电容C1连接天线，第一阻变器件(R1)的另一端连接第二隔离电感(L2)，以及通过交流信号耦合电容C2与发射机端连接，第二隔离电感(L2)的另一端接地，第二阻变器件(R2)的另一端连接第三隔离电感(L3)，以及通过交流信号耦合电容C3与接收机端连接，第三隔离电感(L3)的另一端接地。
2.如权利要求1所述的转换开关，其特征在于，第二隔离电感(L2)和第三隔离电感(L3)分别用MOS开关代替。
3.如权利要求1或2所述的转换开关，其特征在于，所述交流信号耦合电容C1、交流信号耦合电容C2或交流信号耦合电容C3分别为MIM电容。
4.如权利要求1所述的转换开关，其特征在于，所述第一隔离电感(L1)、第二隔离电感(L2)或第三隔离电感(L3)分别采用平面螺旋电感。
CN2009103126161A 2009-12-29 2009-12-29 一种射频接收和发射的转换开关 Expired - Fee Related CN101789777B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009103126161A CN101789777B (zh) 2009-12-29 2009-12-29 一种射频接收和发射的转换开关

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009103126161A CN101789777B (zh) 2009-12-29 2009-12-29 一种射频接收和发射的转换开关

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101789777A CN101789777A (zh) 2010-07-28
CN101789777B true CN101789777B (zh) 2011-08-10

Family

ID=42532858

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2009103126161A Expired - Fee Related CN101789777B (zh) 2009-12-29 2009-12-29 一种射频接收和发射的转换开关

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101789777B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2400972Y (zh) * 1999-05-17 2000-10-11 陈仲钱 有线电视射频信号控制开关
US6522201B1 (en) * 2000-09-28 2003-02-18 Eic Corporation RF amplifier having switched load impedance for back-off power efficiency
CN1607738A (zh) * 2003-10-14 2005-04-20 富士通媒体部品株式会社 高频开关模块

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2400972Y (zh) * 1999-05-17 2000-10-11 陈仲钱 有线电视射频信号控制开关
US6522201B1 (en) * 2000-09-28 2003-02-18 Eic Corporation RF amplifier having switched load impedance for back-off power efficiency
CN1607738A (zh) * 2003-10-14 2005-04-20 富士通媒体部品株式会社 高频开关模块

Also Published As

Publication number Publication date
CN101789777A (zh) 2010-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105049015B (zh) 单刀单掷射频开关及其构成的单刀双掷射频开关和单刀多掷射频开关
CN101711458B (zh) 用于无线电频率接收器的数字受控天线调谐电路
CN101958703A (zh) Soi cmos射频开关及包含该射频开关的射频发射前端模块
CN108063627A (zh) 射频收发开关
CN102098072A (zh) 收发机与方法
CN102075207B (zh) 一种蓝牙和Wi-Fi单天线的实现装置及方法
CN103634016A (zh) 可调式阻抗匹配电路
CN101128985A (zh) 高频开关
CN106341091B (zh) 放大器电路及相关升阻抗网络和操作放大器电路的方法
CN201438689U (zh) 射频功率放大器高低功率合成电路
CN105322302A (zh) 天线匹配电路及其方法
CN105049016A (zh) 单刀单掷射频开关及其构成的单刀双掷射频开关和单刀多掷射频开关
CN109274358A (zh) 一种soi cmos射频开关以及射频收发前端、移动终端
CN206353863U (zh) NB‑IoT无线通信装置
CN101789778B (zh) 一种低功耗高抗干扰性的射频开关
CN105634532A (zh) 信号收发装置
CN206180116U (zh) 天线匹配电路和无线通信终端
CN101552614B (zh) 近场通信设备的单天线调谐电路
CN205017288U (zh) 单刀单掷射频开关及其构成的单刀双掷射频开关和单刀多掷射频开关
CN101789777B (zh) 一种射频接收和发射的转换开关
CN106027077B (zh) 集成载波聚合的射频前端装置及包含其的移动终端
CN105871408B (zh) 一种射频芯片的前端电路和信号传输的方法
US10348358B1 (en) Transceivers with dual power amplifiers for wireless communications
US20200186199A1 (en) Emc inductor-free rf front-end method and topology with power by field function for an inductively coupled communication system
CN102694238A (zh) 一种多频天线

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: BEIJING UNIV.

Effective date: 20130528

Owner name: SEMICONDUCTOR MANUFACTURING INTERNATIONAL (BEIJING

Free format text: FORMER OWNER: BEIJING UNIV.

Effective date: 20130528

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 100871 HAIDIAN, BEIJING TO: 100176 DAXING, BEIJING

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20130528

Address after: 100176 No. 18, Wenchang Avenue, Beijing economic and Technological Development Zone

Patentee after: Semiconductor Manufacturing International (Beijing) Corporation

Patentee after: Peking University

Address before: 100871 Beijing the Summer Palace Road, Haidian District, No. 5

Patentee before: Peking University

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20110810

Termination date: 20191229

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee