CN102474246B - 具有可变控制电压的开关 - Google Patents

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Abstract

本发明描述具有可变控制电压且具有改进的可靠性和性能的开关。在一示范性设计中，设备包括开关、峰值电压检测器和控制电压产生器。所述开关可用堆叠式晶体管来实施。所述峰值电压检测器检测提供到所述开关的输入信号的峰值电压。在一示范性设计中，所述控制电压产生器基于所述检测到的峰值电压产生可变控制电压以使所述开关断开。在另一示范性设计中，所述控制电压产生器基于所述检测到的峰值电压产生可变控制电压以使所述开关接通。在又一示范性设计中，所述控制电压产生器在所述峰值电压超过高阈值时产生控制电压以使所述开关接通并使所述输入信号衰减。

Description

具有可变控制电压的开关
根据35U.S.C.§119主张优先权
本专利申请案主张2009年7月29日申请的标题为“开关复用器VSWR活动保护(SWITCHPLEXERVSWRACTIVEPROTECTION)”的第61/229,589号美国临时申请案和2009年7月29日申请的标题为“开关复用器自适应偏压(SWITCHPLEXERADAPTIVEBIAS)”的第61/229,649号美国临时申请案的优先权，所述两个申请案已转让给本案受让人，且以引用的方式明确地并入本文中。
技术领域
本发明大体上涉及电子装置，且更具体来说，涉及开关。
背景技术
开关通常用于各种电子电路(例如，无线通信装置中的发射器)中。开关可用各种类型的晶体管(例如，金属氧化物半导体(MOS)晶体管)来实施。开关可在源极/漏极端子处接收输入信号且在栅极端子处接收控制信号。开关可在其通过控制信号接通时将输入信号传递到另一源极/漏极端子，且可在其通过控制信号断开时阻挡输入信号。可能需要获得开关的良好性能和高可靠性。
发明内容
附图说明
图1展示无线通信装置的方框图。
图2展示功率放大器(PA)模块和开关/双工器。
图3展示用堆叠式MOS晶体管实施的开关。
图4A展示耦合到共同节点的两个开关。
图4B展示断开的开关的电压。
图5展示耦合到共同节点的两个开关，其中一个开关具有可变断开控制电压。
图6展示耦合到共同节点的两个开关，其中一个开关具有可变断开控制电压，且另一开关具有可变接通控制电压。
图7展示基于检测到的峰值电压而断开或接通的开关。
图8展示峰值电压检测器。
图9展示用于控制开关的过程。
具体实施方式
词语“示范性”在本文中用以指“充当实例、例子或说明”。没有必要将本文中描述为“示范性”的任何设计解释为比其它设计优选或有利。
本文中描述具有可变控制电压且具有改进的可靠性和(可能)较佳性能的开关。这些开关可用于各种电子装置，例如无线通信装置、蜂窝式电话、个人数字助理(PDA)、手持式装置、无线调制解调器、膝上型计算机、无线电话、蓝牙装置、消费型电子装置等。为了清楚起见，下文描述开关在无线通信装置中的使用。
图1展示无线通信装置100的示范性设计的方框图。在此示范性设计中，无线装置100包括数据处理器110和收发器120。收发器120包括支持双向通信的发射器130和接收器170。
在发射路径中，数据处理器110可处理(例如，编码和调制)待发射的数据，且将输出基带信号提供到发射器130。在发射器130内，上变频器电路140可处理(例如，放大、滤波和上变频)所述输出基带信号，且提供经上变频的信号。上变频器电路140可包括放大器、滤波器、混频器等。功率放大器(PA)模块150可放大所述经上变频的信号以获得所要输出功率电平，且提供输出射频(RF)信号，所述输出RF信号可经由开关/双工器160路由并经由天线162发射。
在接收路径中，天线162可接收由基站和/或其它发射器站发射的RF信号，且可提供所接收的RF信号，所述所接收的RF信号可经由开关/双工器160路由且可提供到接收器170。在接收器170内，前端模块180可处理(例如，放大和滤波)所接收的RF信号，且提供经放大的RF信号。前端模块180可包括低噪声放大器(LNA)、滤波器等。下变频器电路190可进一步处理(例如，下变频、滤波和放大)所述经放大的RF信号，且将输入基带信号提供到数据处理器110。下变频器电路190可包括混频器、滤波器、放大器等。数据处理器110可进一步处理(例如，数字化、解调和解码)所述输入基带信号以恢复所发射的数据。
图1展示发射器130和接收器170的示范性设计。发射器130的全部或一部分和/或接收器170的全部或一部分可在一个或一个以上模拟IC、RFIC(RFIC)、混合信号IC等上实施。
数据处理器110可产生用于发射器130和接收器170中的电路和模块的控制。所述控制可引导电路和模块的操作以获得所要性能。数据处理器110还可执行无线装置100的其它功能，例如，用于正被发射或接收的数据的处理。存储器112可存储用于数据处理器110的程序代码和数据。数据处理器110可在一个或一个以上专用集成电路(ASIC)和/或其它IC上实施。
图2展示图1中的PA模块150和开关/双工器160的示范性设计的方框图。在图2中所展示的示范性设计中，开关/双工器160包括双工器250a和250b以及开关复用器(switchplexer)260。PA模块150包括图2中的剩余电路。
在PA模块150内，开关222耦合于节点N1与驱动器放大器(DA)220的输入之间，且驱动器放大器220的输出耦合到节点N3。将输入RF信号提供到节点N1。开关224耦合于节点N1与节点N2之间，且开关226耦合于节点N2与节点N3之间。开关228a耦合于节点N3与第一功率放大器(PA1)230a的输入之间，且开关228b耦合于节点N3与第二功率放大器(PA2)230b的输入之间。匹配电路240a耦合于功率放大器230a的输出与节点N4之间，且匹配电路240b耦合于功率放大器230b的输出与节点N5之间。开关232a、232b和232c的一端耦合到节点N2，且另一端分别耦合到节点N7、N8和N6。开关242a和244a的一端耦合到节点N4，且另一端分别耦合到节点N6和N7。开关242b和244b的一端耦合到节点N5，且另一端分别耦合到节点N8和N7。匹配电路240c与开关262b串联耦合，且所述组合耦合于节点N7与节点N9之间。
用于频带1的双工器250a的发射端口耦合到节点N6，其接收端口耦合到接收器(例如，图1中的前端模块180)，且其共同端口经由开关262a耦合到节点N9。用于频带2的双工器250b的发射端口耦合到节点N8，其接收端口耦合到接收器，且其共同端口经由开关262c耦合到节点N9。开关262d耦合于节点N9与接收器之间，且可用以支持(例如)用于全球移动通信系统(GSM)的时分双工(TDD)。天线162耦合到节点N9。
可选择/启用驱动器放大器220以提供信号放大或可绕过驱动器放大器220。还可选择每一功率放大器230以提供功率放大或可绕过功率放大器230。匹配电路240a可为功率放大器230a提供输出阻抗匹配，且匹配电路240b可为功率放大器230b提供输出阻抗匹配。匹配电路240a和240b各自可提供目标输入阻抗(例如，4到6欧姆)和目标输出阻抗(例如，50欧姆)。在功率放大器230a与230b两者经启用且开关244a和244b闭合时，匹配电路240c可为匹配电路240a和240b提供阻抗匹配。匹配电路240a、240b和240c还可提供滤波以使谐波频率下的非所要的信号分量衰减。
PA模块150可支持若干操作模式。每一操作模式可与从节点N1经由零个或多个放大器到节点N9的不同信号路径相关联。可在任何给定时刻选择一个操作模式。可通过适当地控制发射器150内的开关来获得用于选定操作模式的信号路径。举例来说，高功率模式可与从节点N1经由开关222、驱动器放大器220、开关228a和228b、功率放大器230a和230b、匹配电路240a和240b、开关244a和244b、匹配电路240c和开关262b到天线162的信号路径相关联。中等功率模式可与从节点N1经由开关222、驱动器放大器220、开关228a、功率放大器230a、匹配电路240a、开关244a、匹配电路240c和开关262b到天线162的信号路径相关联。低功率模式可与从节点N1经由开关222、驱动器放大器220、开关226和232a、匹配电路240c和开关262b到天线162的信号路径相关联。极低功率模式可与从节点N1经由开关224和232a、匹配电路240c和开关262b到天线162的信号路径相关联。还可支持其它操作模式。
在图2中所展示的示范性设计中，开关可用以路由RF信号且支持多个操作模式。开关可用MOS晶体管、其它类型的晶体管和/或其它电路组件来实施。为了清楚起见，下文描述用MOS晶体管实施的开关。
图3展示用堆叠式N沟道MOS(NMOS)晶体管实施的开关310的示意图。在开关310内，K个NMOS晶体管312a到312k以堆叠配置(或串联)耦合，其中K可为大于1的任何整数值。每一NMOS晶体管312(除最后一个NMOS晶体管312k之外)的源极耦合到后一NMOS晶体管的漏极。第一NMOS晶体管312a的漏极接收输入RF信号(VIN)，且最后一个NMOS晶体管312k的源极提供输出RF信号(VOUT)。每一NMOS晶体管312可用对称结构实施，且每一NMOS晶体管的源极与漏极可互换。K个电阻器314a到314k的一端耦合到节点A，且另一端分别耦合到NMOS晶体管312a到312k的栅极。将控制信号(VCONTROL)施加到节点A，以使NMOS晶体管312接通或断开。
理想上，每一NMOS晶体管312应在其接通时传递VIN信号且在其断开时阻挡VIN信号。然而，每一NMOS晶体管312具有寄生栅极-源极电容(CGS)以及寄生栅极-漏极电容(CGD)，如图3中所展示。为简单起见，可假定其它寄生电容是可忽略的。举例来说，可假定源极-块体、源极-衬底、漏极-块体和漏极-衬底的寄生电容是可忽略的，或可减轻其效应。当给定NMOS晶体管312接通时，VIN信号的一部分传递通过经由CGD电容器和Cgs电容器到VCONTROL信号源的泄漏路径，所述VCONTROL信号源可具有低阻抗。为了减少此信号损失，可经由相关联的电阻器314使每一NMOS晶体管312的栅极RF浮动。电阻器314a到314k可具有相同的电阻值，所述电阻值可相对大(例如，在千欧姆(kΩ)范围内)。当给定NMOS晶体管312接通时，泄漏路径是经由寄生CGD电容器和Cgs电容器以及电阻器314到VCONTROL信号源。电阻器314的高电阻可在RF频率下使NMOS晶体管312的栅极实质上浮动，此可接着减少信号损失。尽管图3中未展示，但可将VCONTROL信号施加到额外电阻器的一端，所述额外电阻器的另一端耦合到节点A。此额外电阻器可进一步减少信号损失且改进切换性能。
图3展示用NMOS晶体管实施的开关。开关还可用P沟道MOS(PMOS)晶体管或其它类型的晶体管来实施。为简单起见，下文描述用NMOS晶体管实施的开关。本文中所描述的技术还可应用于用PMOS晶体管和/或其它类型的晶体管实施的开关。
图4A展示电路400的示意图，电路400包含耦合到共同节点的两个开关410和420。开关410和420可为开关复用器中的耦合到天线的两个开关，如图4A中所展示。开关410和420还可为发射器中的耦合到共同节点的任何两个开关。额外开关还可耦合到所述共同节点，且为简单起见未在图4A中展示。在任何给定时刻，耦合到所述共同节点的一个或一个以上开关可接通，且耦合到所述共同节点的剩余开关可断开。
开关410的一个端子接收输入RF信号(VIN)，且另一端子耦合到共同节点。开关420的一个端子耦合到共同节点，且另一端子耦合到信号源430，信号源430具有低直流(DC)电压，例如，0伏特(V)或某一其它值。
开关410是用K个堆叠式NMOS晶体管412a到412k和K个电阻器414a到414k来实施，所述K个堆叠式NMOS晶体管和所述K个电阻器如上文针对图3中的NMOS晶体管312a到312k和电阻器314a到314k所描述而耦合。开关420用K个堆叠式NMOS晶体管422a到422k和K个电阻器424a到424k来实施，所述K个堆叠式NMOS晶体管和所述K个电阻器如上文针对图3中的NMOS晶体管312a到312k和电阻器314a到314k所描述而耦合。一般来说，开关410和420可包括相同或不同数目个晶体管。
在图4A中，通过将VON控制电压经由电阻器414施加到NMOS晶体管412的栅极而使开关410接通。通过将VOFF控制电压经由电阻器424施加到NMOS晶体管422的栅极而使开关420断开。VON控制电压和VOFF控制电压通常为固定值，其可基于例如插入损失和可靠性等若干因素之间的折衷进行选择。固定VON控制电压和VOFF控制电压可在VIN信号于较宽范围内变化时可遇到的特定情境下提供次最佳性能。
在一方面中，可将可变控制电压施加到开关以改进可靠性且(可能)增强切换性能。可(例如，经由可编程装置)基于各种因素(例如，所支持的无线电技术或标准、由开关观测到的信号的功率电平等)来改变控制电压。可改变控制电压以在插入损失、可靠性、线性、隔离等方面实现良好性能。
图4B展示用于图4A中的断开开关420的VIN信号和DC电压。VIN信号具有峰值正电压VPEAK和峰值负电压-VPEAK。共同节点处的DC电压(VCOMMON)等于开关420的另一端子处的DC电压(VPORT_OFF)，且两个DC电压可处于0伏特(V)或电路接地。开关420中的NMOS晶体管422的栅极与源极/漏极端子上的最大电压差与VDIFF_MAX成比例且在VIN信号处于VPEAK时出现。NMOS晶体管422的栅极与源极/漏极端子上的最小电压差与VDIFF_MIN成比例且在VIN信号处于-VPEAK时出现。VDIFF_MAX为VIN与NMOS晶体管422的栅极处的DC偏置电压(VOFF)之间的最大电压差。VDIFF_MIN为VIN与NMOS晶体管422的栅极处的DC偏置电压(VOFF)之间的最小电压差。
在一示范性设计中，可基于以下等式选择VOFF控制电压以使开关断开：
V PEAK 2 K - V OFF < V BREAKDOWN , 和等式(1)
V PEAK 2 K + V OFF < V TH , 等式(2)
其中VBREAKDOWN为NMOS晶体管的击穿电压，
VTH为NMOS晶体管的阈值电压，且
K为用于开关的堆叠式NMOS晶体管的数目。
等式(1)展示用以避免开关中的NMOS晶体管的击穿的条件。等式(2)展示用以保持NMOS晶体管处于断开状态的条件。在等式(1)和(2)中，假定开关的两个端子上的电压差在开关中的K个NMOS晶体管的寄生CGS电容器和CGD电容器上均匀地分摊/分布，使得在每一寄生电容器上存在电压降VPEAK/2K。如图4B中所展示，VOFF控制电压确定VDIFF_MAX以及VDIFF_MIN。增加VOFF控制电压可导致NMOS晶体管更可能被接通，而减小VOFF控制电压可导致NMOS晶体管更可能超过击穿电压。可选择VOFF控制电压以使得满足等式(1)，从而避免NMOS晶体管的击穿。还可选择VOFF控制电压以使得满足等式(2)，从而确保NMOS晶体管断开。
如等式(1)中所展示，增加VOFF控制电压可改进可靠性。然而，如等式(2)中所展示，增加VOFF控制电压还可导致较弱断开条件。
可在适当时将可变VOFF控制电压施加到开关，以改进可靠性和/或断开条件。峰值电压可与施加到开关的信号的功率有关。可能需要避免NMOS晶体管的击穿，以改进可靠性。击穿的风险可随着功率或峰值电压增加而增加。因此，可针对较高峰值电压增加VOFF控制电压以改进可靠性。举例来说，VOFF控制电压可为负DC电压且可针对较高峰值电压使得较不负以改进可靠性。相反地，在低功率下，可减小VOFF以改进NMOS晶体管的断开条件。
图5展示包含开关410和420的电路402的示范性设计的示意图，其中开关420具有可变VOFF控制电压。开关410和420耦合到共同节点，且用NMOS晶体管和电阻器来实施，如上文关于图4A所描述。通过将VON控制电压经由电阻器414施加到NMOS晶体管412的栅极而使开关410接通。通过将VOFF控制电压经由电阻器424施加到NMOS晶体管422的栅极而使开关420断开。开关410接收VIN信号且将其传递到共同节点。开关420在一个端子处观测到VIN信号，且在另一端子处观测到VPORT_OFF电压。
峰值电压检测器432接收VIN信号，检测VIN信号的峰值电压，且提供指示所述检测到的峰值电压的检测器输出。控制电压产生器450接收所述检测器输出且产生用于开关420的VOFF控制电压。在图5中所展示的示范性设计中，产生器450包括VOFF控制单元452和数/模转换器(DAC)454。控制单元452接收检测器输出以及用于开关420的接通/断开控制，且产生指示用于开关420的选定VOFF控制电压的数字控制。DAC454接收来自单元452的数字控制，且产生VOFF控制电压。
图5展示使用DAC产生可变VOFF控制电压的示范性设计。还可以其它方式产生可变VOFF控制电压，例如，用经由电阻器梯(resistorladder)所获得的可编程电压、用接收VIN信号且提供VOFF控制电压的模拟电路等。
一般来说，可基于任何参数集合的任何函数来产生VOFF控制电压。在一示范性设计中，可如下产生VOFF控制电压。
VOFF＝f(VPEAK，VTH，VBREAKDOWN，K)，等式(3)
其中f()可为用于VOFF控制电压的任何合适函数。(i)可针对越来越高的峰值电压逐渐增加VOFF以改进NMOS晶体管422的可靠性，且(ii)可针对越来越低的峰值电压逐渐减小VOFF以使NMOS晶体管422更充分地断开。还可约束VOFF控制电压以使得满足等式(1)和(2)，从而避免NMOS晶体管422的击穿且确保这些NMOS晶体管断开。
还可基于其它因素产生VOFF控制电压。举例来说，可产生VOFF控制电压以改进开关420的线性。开关420可在其断开时充当非线性电容器。可产生VOFF控制电压以使得在共同节点处的VIN信号的二次谐波、三次谐波和/或其它谐波较低。可经由计算机仿真、经验测量等来特征化谐波的振幅对VOFF控制电压。可基于此特征化来定义函数f()以产生VOFF控制电压，使得谐波得以减少，从而改进线性。
还可将可变VON控制电压施加到开关以改进接通条件。可能需要在峰值电压较高时增加VON控制电压，以减少插入损失。
图6展示包含开关410和420的电路404的示范性设计的示意图，其中开关410具有可变VON控制电压，且开关420具有可变VOFF控制电压。电路404包括峰值电压检测器432以及控制电压产生器450，如上文关于图5所描述。电路404进一步包括用于开关410的控制电压产生器440。产生器440接收来自峰值电压检测器432的检测器输出以及用于开关410的接通/断开控制，且产生用于开关410的VON控制电压。在图6中所展示的示范性设计中，产生器440包括VON控制单元442和DAC444。控制单元442接收检测器输出，且产生指示用于开关410的选定VON控制电压的数字控制。DAC444接收来自单元442的数字控制，且产生VON控制电压。还可以其它方式产生可变VON控制电压，例如，用经由电阻器梯所获得的可编程电压。
一般来说，可基于任何参数集合的任何函数来产生VON控制电压。在一示范性设计中，可如下产生VON控制电压。
VON＝g(VPEAK，VTH，VBREAKDOWN，K)，等式(4)
其中g()可为用于VON控制电压的任何合适函数。可针对越来越高的峰值电压逐渐增加VON控制电压，以经由NMOS晶体管412减少插入损失。还可将VON控制电压约束在值的目标范围内。
还可基于其它因素产生VON控制电压。举例来说，可产生VON控制电压以改进开关410的线性。可产生VON控制电压以使得VIN信号的二次谐波、三次谐波和/或其它谐波较低。可经由计算机仿真、经验测量等来特征化谐波的振幅对VON控制电压。可基于此特征化来定义函数g()以产生VON控制电压，使得谐波得以减少，从而改进线性。
共同节点处的峰值电压可归因于所述共同节点处的电压驻波比(VSWR)的突变而增加较大的量。举例来说，所述共同节点可耦合到天线。干扰可起因于用户基于手、耳和/或其它身体部位接近天线而产生的人为接触。干扰还可由天线变得断开或短路而引起。在任何情况下，干扰可显著改变由功率放大器观测到的负载阻抗且可导致较大电压摆幅。耦合到共同节点且断开的每一开关在不经历长期/短期可靠性问题的情况下将需要承受较大电压摆幅。此可通过用较多的堆叠式MOS晶体管实施每一开关来实现，使得在每一MOS晶体管上出现较小电压降。然而，插入损失和总效率可能由于针对每一开关使用较多MOS晶体管而较差。
在另一方面中，耦合到共同节点且断开的开关可在检测到归因于VSWR的突变而引起的大电压摆幅时接通。开关可接着将共同节点处的信号分流到电路接地，此将接着减小电压摆幅且避免对MOS晶体管的损坏。
图7展示电路700的示范性设计的示意图，所述电路700包含接通的开关710和最初断开的M个开关720a到720m，其中M可为等于或大于1的任何整数值。开关710和开关720a到720m耦合到共同节点。开关710的一个端子接收输入RF信号(VIN)，且另一端子耦合到所述共同节点。每一开关720的一个端子耦合到所述共同节点，且另一端子耦合到不同的RF端口输入RFin，所述RF端口输入RFin可为交流(AC)接地。必要时，断开的开关720可用以将VIN信号分流到AC接地。
开关710用K个NMOS晶体管712a到712k和K个电阻器714a到714k来实施，所述K个NMOS晶体管和所述K个电阻器以与图4A中的NMOS晶体管412a到412k和电阻器414a到414k类似的方式耦合。每一开关720用K个NMOS晶体管722a到722k和K个电阻器724a到724k来实施，所述K个NMOS晶体管和所述K个电阻器以与图4A中的NMOS晶体管422a到422k和电阻器424a到424k类似的方式耦合。
通过将VON控制电压经由电阻器714施加到NMOS晶体管712的栅极而使开关710接通。通过将VOFF控制电压经由电阻器724施加到NMOS晶体管722的栅极而使每一开关720断开。开关710接收VIN信号且将VIN信号传递到共同节点。每一开关720在一个端子处观测到VIN信号，且在另一端子处观测到AC接地。
峰值电压检测器732接收VIN信号，检测VIN信号的峰值电压，且提供指示所述检测到的峰值电压的检测器输出。在图7所展示的示范性设计中，每一开关720与控制电压产生器750相关联，控制电压产生器750产生用于所述开关的VON/OFF控制电压。每一产生器750接收来自峰值电压检测器732的检测器输出以及用于相关联的开关720的接通/断开控制，且产生用于相关联的开关720的VON/OFF控制电压。在图7中所展示的示范性设计中，每一产生器750包括VON/OFF控制单元752和DAC754。控制单元752接收检测器输出，且产生指示用于相关联的开关720的选定VON/OFF控制电压的数字控制。DAC754接收来自单元752的数字控制，且产生VON/OFF控制电压。还可以其它方式产生可变VON/OFF控制电压。举例来说，共同控制单元可接收检测器输出以及用于所有M个开关720的接通/断开控制，且可产生用于M个DAC754的数字控制，所述M个DAC754接着可产生用于M个开关720的VON/OFF控制电压。
每一控制单元752可确定检测到的峰值电压是否归因于共同节点处的VSWR的突变而过大。对于给定输出功率电平，VIN信号可归因于VIN信号的峰值对平均功率比(PAPR)而在值的第一范围内变化。VIN信号可归因于共同节点处的VSWR的突变而在值的第二范围内变化。第二范围可比第一范围大得多。因此，如果峰值电压超过高阈值，则可宣告VSWR的突变。作为一实例，对于给定输出功率电平，峰值电压可针对特定PAPR而达到10V。如果峰值电压超过10V，则可宣告VSWR的突变。一般来说，可将高阈值设定为足够高，使得VIN信号归因于PAPR的正常变化将不会导致对VSWR的突变的宣告。可将此高阈值设定为足够低，使得在可宣告VSWR的突变之前峰值电压无需过大。
当峰值电压归因于VSWR的突变而过大(例如，大于高阈值)时，可使开关720a到720m中的一者或一者以上接通，且可将VIN信号经由接通的每一开关720而分流到电路接地。接通的每一开关720可使VIN信号衰减且防止峰值电压变得过大。衰减量可为可变的或可编程的。举例来说，峰值电压可与多个高阈值进行比较。当峰值电压超过越来越高的阈值时，可应用越来越多的衰减。
可以各种方式实现可变衰减。在一示范性设计中，针对越来越大的峰值电压，可通过越来越大的VON/OFF控制电压来使接通的每一开关720越来越稳固地接通。在另一示范性设计中，可依据检测到的峰值电压而使不同数目个开关720或开关720的不同组合接通。举例来说，可针对越来越大的峰值电压而使越来越多的开关720接通。对于两个示范性设计，由于不需要额外块以使VIN信号衰减，因此可能几乎不存在性能影响。此外，由于在不超过指定电压的情况下(甚至在VSWR有突变的情况下)，每一开关可用较少的堆叠式MOS晶体管来设计，因此可实现增强的切换性能。
可定义等式(3)中的函数f()以进行以下操作：(i)针对越来越低的峰值电压提供越来越小的控制电压，以使NMOS晶体管722更完全地断开；(ii)针对越来越高的峰值电压提供越来越大的控制电压，以改进NMOS晶体管的可靠性；以及(iii)针对更大的峰值电压提供更大的控制电压以使NMOS晶体管722接通，从而使VIN信号衰减。函数f()可因此针对越来越高的峰值电压而提供越来越高的控制电压。函数f()可为线性函数。函数f()还可为非线性函数，所述非线性函数可针对用以检测VSWR的突变的每一高阈值而具有不连续性。
图8展示峰值电压检测器800的示范性设计的方框图，峰值电压检测器800可用于图5和图6中的峰值电压检测器432和图7中的峰值电压检测器732。在峰值电压检测器800内，电容器812和814串联耦合，其中电容器812的顶端接收VIN信号，且电容器814的底端耦合到电路接地。电容器812和814作为功率耦合器且还作为可将检测器输入信号(VDET_IN)提供到峰值检测器820的分压器而操作。VDET_IN信号为VIN信号的衰减版本，VIN信号在VSWR的突变期间可较大。分压器保护峰值检测器820以免于在VSWR的突变期间经历高电压。
峰值检测器820检测VDET_IN信号的峰值电压，且提供指示所述检测到的峰值电压的所检测信号。在峰值检测器820内，电阻器822的一个端接收偏置电压(VBIAS)，且另一端耦合到NMOS晶体管824的栅极，NMOS晶体管824的漏极耦合到电力供应(VDD)。NMOS晶体管824还在其栅极处接收VDET_IN信号，且在其源极处提供所检测的信号。VIN信号观测到由电容器812和814以及电阻器822形成的高通滤波器。电容器826和电流源828耦合于NMOS晶体管824的源极与电路接地之间。电流源828提供偏置电流IB。NMOS晶体管824充当整流正向偏置二极管，且将电荷换向到电容器826上以获得正的经整流电压。为了使电荷双向转移到电容器826，电流源828充当恒定电流吸收器，使得峰值检测器820可对时变波形作出响应。
缓冲器830缓冲来自峰值检测器820的所检测的信号，且防止来自电容器826的电荷泄漏。DAC840接收数字控制(例如，数字阈值)，且基于所述数字控制产生阈值电压。DAC840可响应于不同的数字控制值而产生不同的阈值电压。比较器850接收来自缓冲器830的输出电压和来自DAC840的阈值电压，比较所述两个电压，且基于比较结果产生检测器输出。
图8展示峰值电压检测器的示范性设计。还可以其它方式实施峰值电压检测器。峰值电压检测器可检测输入信号中的峰值电压，(例如)如图8中所展示。峰值电压检测器还可检测输入信号的均方根(RMS)电压或所述输入信号的峰值电压与RMS电压两者。一般来说，峰值电压检测器可检测输入信号的量值，所述量值可通过峰值电压、RMS电压等给出。峰值电压检测器的输出可用以产生用于开关的可变控制电压。
在图5到图7中所展示的示范性设计中，控制电压产生器可包括控制单元，所述控制单元用以接收来自峰值电压检测器的检测器输出且产生用于相关联的DAC的数字控制。可以各种方式实施所述控制单元。在一示范性设计中，可用一个或一个以上查找表来实施控制单元，所述一个或一个以上查找表可接收检测器输出且提供对应的数字控制。举例来说，当开关接通时可使用一个查找表，且当所述开关断开时可使用另一查找表。在另一设计中，可用数字逻辑实施控制单元。在又一示范性设计中，可由处理器(例如，图1中的数据处理器110)实施控制单元。还可以其它方式实施控制单元。
在一示范性设计中，设备可包含开关、峰值电压检测器和控制电压产生器，(例如)如图5中所展示。开关(例如，开关420)可用堆叠式MOS晶体管和耦合到MOS晶体管的栅极的电阻器来实施。所述开关可在一个端子处接收输入信号且可断开。所述峰值电压检测器可(例如)基于所述输入信号的峰值电压测量和/或RMS测量来检测所述输入信号的峰值电压。所述控制电压产生器可基于所述检测到的峰值电压产生可变控制电压，以使开关断开。在一示范性设计中，控制电压产生器可包含控制单元和DAC，(例如)如图5中所展示。所述控制单元可基于所述检测到的峰值电压产生数字控制。所述DAC可接收所述数字控制且产生用于所述开关的可变控制电压。还可以其它方式实施控制电压产生器。在任何情况下，控制电压产生器可基于至少一个参数的函数产生可变控制电压，所述至少一个参数可包含所述检测到的峰值电压、阈值电压、击穿电压等。可变控制电压可针对越来越大的检测到的峰值电压而具有越来越大的量值。
在另一示范性设计中，设备可包含开关、峰值电压检测器和控制电压产生器，(例如)如图6中所展示。所述开关(例如，开关410)可在一个端子处接收输入信号且可接通。所述峰值电压检测器可检测所述输入信号的峰值电压。所述控制电压产生器可基于所述检测到的峰值电压产生数字控制，且可基于所述数字控制产生可变控制电压，以使所述开关接通。所述可变控制电压可针对越来越大的检测到的峰值电压而具有越来越大的量值，以减少插入损失。
在又一示范性设计中，设备可包含开关、峰值电压检测器和控制电压产生器，(例如)如图7中所展示。所述开关(例如，开关720a)可在一个端子处接收输入信号。所述峰值电压检测器可检测所述输入信号的峰值电压。所述控制电压产生器可基于所述检测到的峰值电压产生控制电压，以使开关断开或接通。所述开关可在其断开时阻挡输入信号，且可在其接通时使输入信号衰减。
控制电压产生器可产生控制电压以进行以下操作：(i)在所述检测到的峰值电压低于第一电平时使开关断开，以及(ii)在所述检测到的峰值电压高于第二电平时使开关接通。所述第二电平可等于或高于所述第一电平。开关可突然地或逐渐地从断开状态变为接通状态。第一电平和第二电平可由用以检测峰值电压的阈值来确定。第一电平和第二电平还可对应于控制电压对检测到的峰值电压的函数中的值。控制电压产生器可(i)产生用于开关的固定断开控制电压，或(ii)基于所述检测到的峰值电压产生可变断开控制电压，以使开关断开。控制电压产生器还可(i)产生用于开关的固定接通控制电压，或(ii)基于所述检测到的峰值电压产生可变接通控制电压，以使开关接通。可变接通控制电压可针对高于第二电平的越来越大的检测到的峰值电压而使开关越来越多地接通，以提供更多衰减。
所述设备可包含至少一个额外开关，其可在一个端子处接收输入信号，(例如)如图7中所展示。当检测到的峰值电压高于第二电平时，可使所述开关中的一者或一者以上接通。举例来说，可针对高于第二电平的越来越大的检测到的峰值电压而使越来越多的开关接通。
在再一示范性设计中，集成电路可包含耦合到共同节点的第一开关和第二开关，(例如)如图5、图6或图7中所展示。所述开关可为开关复用器的部分，或可为发射器内的其它开关。第二开关可通过可变控制电压断开，所述可变控制电压可基于共同节点处的峰值电压而产生。第二开关还可在峰值电压超过特定电平时通过可变控制电压接通。第一开关可(例如)由固定控制电压或基于峰值电压产生的另一可变控制电压来接通。所述集成电路可进一步包含峰值电压检测器和控制电压产生器。所述峰值电压检测器可检测峰值电压。所述控制电压产生器可基于检测到的峰值电压产生用于第二开关的可变控制电压。另一控制电压产生器可基于检测到的峰值电压产生用于第一开关的另一可变控制电压。
图9展示用于控制开关的过程900的示范性设计。可接收使开关断开的指示(方框912)。可检测由开关观测到的峰值电压(方框914)。可基于检测到的峰值电压产生第一可变控制电压以使开关断开(方框916)。在方框916的示范性设计中，可基于检测到的峰值电压产生数字控制。可接着基于所述数字控制产生用于开关的第一可变控制电压。还可以其它方式产生第一可变控制电压。第一可变控制电压可针对越来越大的检测到的峰值电压而具有越来越大的量值。可将第一可变控制电压提供到开关以使开关断开(方框918)。
当检测到的峰值电压超过特定电平时，可产生第一可变控制电压以使开关接通(方框920)。可接着将第一可变控制电压提供到开关以使开关接通且提供衰减(方框922)。
可接收使开关接通的指示(方框924)。可基于检测到的峰值电压产生第二可变控制电压以使开关接通(方框926)。可将所述第二可变控制电压提供到开关以使开关接通(方框928)。
本文中所描述的具有可变控制电压的开关可在IC、模拟IC、RFIC、混合信号IC、ASIC、印刷电路板(PCB)、电子装置等上实施。所述开关还可用各种IC工艺技术来制造，例如，互补金属氧化物半导体(CMOS)、NMOS、PMOS、双极结晶体管(BJT)、双极CMOS(BiCMOS)、硅锗(SiGe)、砷化镓(GaAs)等。所述开关还可用绝缘体上硅(SOI)来制造，所述SOI为薄硅层形成于绝缘体(例如，氧化硅或玻璃)上的IC工艺。用于开关的MOS晶体管可接着建置于此薄硅层上。SOI工艺可减小开关的寄生电容，此可使开关能够更快地操作。
实施本文中所描述的具有可变控制电压的开关的设备可为独立装置或可为较大装置的部分。装置可为(i)独立IC、(ii)可包括用于存储数据和/或指令的存储器IC的一个或一个以上IC的集合、(iii)例如RF接收器(RFR)或RF发射器/接收器(RTR)的RFIC、(iv)例如移动台调制解调器(MSM)的ASIC、(v)可嵌入其它装置内的模块、(vi)接收器、蜂窝式电话、无线装置、手持机或移动单元、(vii)等。
在一个或一个以上示范性设计中，所描述的功能可以硬件、软件、固件或其任何组合来实施。如果以软件实施，则所述功能可作为一个或一个以上指令或代码而存储于计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体进行传输。计算机可读媒体包括计算机存储媒体和通信媒体两者，通信媒体包括促进将计算机程序从一处传递到另一处的任何媒体。存储媒体可为可由计算机存取的任何可用媒体。举例来说且非限制，这些计算机可读媒体可包含RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置，或可用以载运或存储呈指令或数据结构形式的所要程序代码且可由计算机存取的任何其它媒体。而且，适当地将任何连接称作计算机可读媒体。举例来说，如果使用同轴电缆、光纤缆线、双绞线、数字订户线(DSL)或无线技术(例如红外线、无线电和微波)从网站、服务器或其它远程源传输软件，则同轴电缆、光纤缆线、双绞线、DSL或无线技术(例如红外线、无线电和微波)包括于媒体的定义中。如本文中所使用，磁盘和光盘包括压缩光盘(CD)、激光光盘、光盘、数字多功能光盘(DVD)、软盘和蓝光光盘，其中磁盘通常以磁性方式再现数据，而光盘用激光以光学方式再现数据。上述各者的组合也应包括在计算机可读媒体的范围内。
提供本发明的先前描述以使所属领域的任何技术人员能够制作或使用本发明。对本发明的各种修改对于所属领域的技术人员将显而易见，且在不脱离本发明的范围的情况下，可将本文中所界定的一般原理应用于其它变化形式。因此，本发明无意限于本文中所描述的实例和设计，而是将赋予其与本文中所揭示的原理和新颖特征一致的最广范围。

Claims (31)

1.一种用于控制开关的设备，其包含：
第一开关，其导通，并传递在输入端子处接收的输入信号；
第二开关，其用以接收所述输入信号且断开；
峰值电压检测器，其用以检测所述第一开关的所述输入信号的峰值电压，所述峰值电压检测器具有耦合到所述第一开关的输入端子的输入；以及
控制电压产生器，其用以基于所述检测到的峰值电压产生可变控制电压以使所述第二开关断开，所述第一开关的控制电压独立于所述第二开关的所述可变控制电压。
2.根据权利要求1所述的设备，所述控制电压产生器包含
控制单元，其用以基于所述检测到的峰值电压产生数字控制，和
数/模转换器DAC，其用以接收所述数字控制并产生用于所述第二开关的所述可变控制电压。
3.根据权利要求1所述的设备，所述控制电压产生器基于包含所述检测到的峰值电压的至少一个参数的函数产生所述可变控制电压。
4.根据权利要求3所述的设备，所述第二开关包含至少一个金属氧化物半导体MOS晶体管，且所述至少一个参数进一步包含所述至少一个MOS晶体管的阈值电压或击穿电压，或阈值电压与击穿电压两者。
5.根据权利要求1所述的设备，所述可变控制电压针对越来越大的检测到的峰值电压而具有越来越大的量值。
6.根据权利要求1所述的设备，所述第二开关包含
多个金属氧化物半导体MOS晶体管，其以堆叠配置耦合，和
多个电阻器，其耦合到所述多个MOS晶体管的栅极，所述可变控制电压经由所述多个电阻器而被施加到所述多个MOS晶体管的所述栅极。
7.根据权利要求1所述的设备，所述峰值电压检测器基于所述输入信号的峰值电压测量或均方根RMS测量或峰值电压测量与RMS测量两者来检测所述输入信号的所述峰值电压。
8.一种用于控制开关的设备，其包含：
第一开关，其用以在一个端子处接收输入信号且接通；
第二开关，其用以在输入端子处接收第二输入信号且断开；
峰值电压检测器，其用以检测所述第一开关的所述输入信号的峰值电压，所述峰值电压检测器具有耦合到所述第一开关的输入端子的输入；以及
控制电压产生器，其用以基于所述检测到的峰值电压产生数字控制，且基于所述数字控制产生可变控制电压以使所述第一开关接通，所述第二开关的控制电压独立于所述第一开关的所述可变控制电压。
9.根据权利要求8所述的设备，所述控制电压产生器包含
控制单元，其用以基于所述检测到的峰值电压产生所述数字控制，和
数/模转换器DAC，其用以接收所述数字控制且产生用于所述第一开关的所述可变控制电压。
10.根据权利要求8所述的设备，所述可变控制电压针对越来越大的检测到的峰值电压而具有越来越大的量值。
11.一种用于控制开关的设备，其包含：
第一开关，其用以在一个端子处接收输入信号；
第二开关，其用以在输入端子处接收输入信号且断开；
峰值电压检测器，其用以检测所述第一开关的所述输入信号的峰值电压，所述峰值电压检测器具有耦合到所述第一开关的输入端子的输入；以及
控制电压产生器，其用以基于所述检测到的峰值电压产生控制电压以使所述第二开关断开或接通，所述第一开关的控制电压独立于所述第二开关的所述控制电压。
12.根据权利要求11所述的设备，所述第二开关在断开时阻挡所述输入信号且在接通时使所述输入信号衰减。
13.根据权利要求11所述的设备，所述控制电压产生器产生所述控制电压以在所述检测到的峰值电压低于第一电平时使所述第二开关断开且在所述检测到的峰值电压高于第二电平时使所述第二开关接通，所述第二电平等于或高于所述第一电平。
14.根据权利要求13所述的设备，所述控制电压产生器在所述检测到的峰值电压低于所述第一电平时基于所述检测到的峰值电压产生可变控制电压以使所述第二开关断开。
15.根据权利要求13所述的设备，所述控制电压产生器在所述检测到的峰值电压高于所述第二电平时基于所述检测到的峰值电压产生可变控制电压以使所述第二开关接通。
16.根据权利要求15所述的设备，所述可变控制电压针对高于所述第二电平的越来越大的检测到的峰值电压而使所述第二开关越来越多地接通，以提供更多衰减。
17.根据权利要求11所述的设备，其进一步包含：
至少一个额外开关，其用以在一个端子处接收所述输入信号，所述第二开关和所述至少一个额外开关在所述检测到的峰值电压高于特定电平时接通。
18.根据权利要求17所述的设备，越来越多的开关针对高于所述特定电平的越来越大的检测到的峰值电压而接通。
19.根据权利要求11所述的设备，所述控制电压产生器包含
控制单元，其用以基于所述检测到的峰值电压产生数字控制，和
数/模转换器DAC，其用以接收所述数字控制且产生用于所述第二开关的所述控制电压。
20.一种集成电路，其包含：
第一开关，其耦合到共同节点且接通；以及
第二开关，其耦合到所述共同节点且通过基于所述第一开关的输入信号的峰值电压所产生的可变控制电压而断开，所述第一开关的控制电压独立于所述第二开关的所述可变控制电压。
21.根据权利要求20所述的集成电路，所述第一开关通过基于所述峰值电压所产生的第二可变控制电压而接通。
22.根据权利要求20所述的集成电路，所述第二开关在所述峰值电压超过特定电平时通过所述可变控制电压而接通。
23.根据权利要求20所述的集成电路，其进一步包含：
峰值电压检测器，其用以检测所述峰值电压；以及
控制电压产生器，其用以基于所述检测到的峰值电压产生用于所述第二开关的所述可变控制电压。
24.一种控制第一开关的方法，其包含：
接收使所述第一开关断开的指示；
检测第二开关的输入信号的峰值电压；
基于在所述第二开关的输入处检测到的峰值电压产生第一可变控制电压；以及
将所述第一可变控制电压提供到所述第一开关以使所述第一开关断开，所述第二开关的控制电压独立于所述第一开关的所述第一可变控制电压。
25.根据权利要求24所述的方法，所述产生所述第一可变控制电压包含
基于所述检测到的峰值电压产生数字控制，和
基于所述数字控制产生用于所述第一开关的所述第一可变控制电压。
26.根据权利要求24所述的方法，所述第一可变控制电压针对越来越大的检测到的峰值电压而具有越来越大的量值。
27.根据权利要求24所述的方法，其进一步包含：
当所述检测到的峰值电压超过特定电平时产生所述第一可变控制电压以使所述第一开关接通；以及
当所述检测到的峰值电压超过所述特定电平时将所述第一可变控制电压提供到所述第一开关以使所述第一开关接通。
28.根据权利要求24所述的方法，其进一步包含：
接收使所述第一开关接通的指示；
基于所述检测到的峰值电压产生第二可变控制电压以使所述第一开关接通；以及
将所述第二可变控制电压提供到所第一述开关以使所述开关接通。
29.一种用于控制第一开关的设备，其包含：
用于接收使所述第一开关断开的指示的装置；
用于检测第二开关的输入信号的峰值电压的装置；
用于基于在所述第二开关的输入处检测到的峰值电压产生第一可变控制电压的装置；以及
用于将所述第一可变控制电压提供到所述第一开关以使所述第一开关断开的装置，所述第二开关的控制电压独立于所述第一开关的所述第一可变控制电压。
30.根据权利要求29所述的设备，其进一步包含：
用于在所述检测到的峰值电压超过特定电平时产生所述第一可变控制电压以使所述第一开关接通的装置；以及
用于在所述检测到的峰值电压超过所述特定电平时将所述第一可变控制电压提供到所述第一开关以使所述第一开关接通的装置。
31.根据权利要求29所述的设备，其进一步包含：
用于接收使所述第一开关接通的指示的装置；
用于基于所述检测到的峰值电压产生第二可变控制电压以使所述第一开关接通的装置；以及
用于将所述第二可变控制电压提供到所述第一开关以使所述第一开关接通的装置。
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