CN103888119B - 射频开关电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于减小开关控制信号的偏差电压的影响的射频开关电路，包括：第一开关电路单元，连接在第一节点和公共节点之间并根据具有低或高电平的第一控制信号操作，第一节点连接至第一信号端口，公共节点连接至公共端口；第二开关电路单元，连接在第二节点和公共节点之间并根据具有与第一控制信号相反的相位的第二控制信号操作，第二节点连接至第二信号端口；第一分流电路单元，连接在第二节点和公共源极节点之间并根据第一控制信号操作；第二分流电路单元，连接在第一节点和公共源极节点之间；及源极电压产生单元，产生源极电压，源极电压具有的电压电平等于在第一控制信号和第二控制信号中具有低电平的控制信号的电压电平并且高于地电位。

Description

射频开关电路

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年12月21日向韩国专利局提交的韩国专利申请第10-2012-0151457号的优先权，将公开通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及用于减小开关控制信号的偏差电压的影响的射频开关电路。

背景技术

通常，安装在诸如蜂窝电话的无线通信装置内的半导体集成电路包括用于控制在天线和发送/接收电路之间的高频信号的传输路径的射频半导体开关（在本文中称为射频半导体开关电路）。

该射频开关电路即使在输入大信号的情况下也需要低损耗、高隔离和高开关速度，并且还需要低谐波失真，即，高线性度。

在基本无线通信装置中，射频开关电路包括分别连接至多个发送/接收电路的多个射频端口以及连接至天线的公共端口。

射频开关电路控制在射频端口和公共端口之间的高频信号的传输路径，使得一个路径从连接至射频开关电路的发送/接收电路中选出并且电连接至天线。

为了在各个射频端口和公共端口之间转换高频信号的传输路径，这样的现有射频开关电路包括连接在各个射频端口和公共端口之间的开关晶体管和连接在射频端口和地之间的分流晶体管。

在这种情况下，各个开关晶体管和分流晶体管可以是在绝缘体上硅（SOI）衬底上的开关器件并且可以是金属氧化物硅场效应管（MOSFET）。

在这样的现有射频开关电路中，用于控制导通状态或截止状态的开关控制信号提供至多个开关和各个分流晶体管的栅极。可以从基带芯片组提供开关控制信号。

此外，提供到包括在射频开关电路中的开关和分流晶体管的开关控制信号可能不具有需要的电压电平并且可能具有与需要的电压电平不同的偏差电压。当开关控制信号具有偏差电压时，该偏差电压可能不被补偿，从而使开关性劣化。

例如，当分流晶体管的导通电压是0.45V时，在具有非0V的偏差电压的控制信号作为用于截止的低电平提供至分流晶体管的栅极的情况下，分流晶体管需要被截止。然而，当低于导通电压并且等于或高于亚阈值（sub_threshold）电压的电压（例如，0.3V）提供至栅极时，分流晶体管可能轻微地导通。

因此，射频信号的损耗来自分流晶体管，从而使射频开关电路的回波损耗（returnloss）或谐波特性恶化。

以下相关技术文献公开了射频开关电路和半导体装置但是没有公开涉及减少开关控制信号的偏差电压的影响的技术特征。

[相关技术文献]

日本专利公开第2007-259112号

发明内容

本发明的一个方面提供了一种减少开关控制信号的偏差电压的影响从而执行正确的开关操作的射频开关电路。

根据本发明的一个方面，提供了一种射频开关电路，该射频开关电路包括连接在第一节点（连接至第一信号端口）和公共节点（连接至公共端口）之间并且根据具有低电平或高电平的第一控制信号来操作的第一开关电路单元、连接在第二节点（连接至第二信号端口）和公共节点之间并且根据具有与第一控制信号相反的相位的第二控制信号来操作的第二开关电路单元、连接在第二节点和公共源极节点之间并且根据第一控制信号来操作的第一分流电路单元、连接在第一节点和公共源极节点之间并且根据第二控制信号来操作的第二分流电路单元以及产生施加至公共源极节点的源极电压的源极电压产生单元，其中源极电压低于第一控制信号的高电平并且高于地电压。

根据本发明的另一方面，提供了一种射频开关电路，该射频开关电路包括第一开关电路单元、第二开关电路单元、第一分流电路单元、第二分流电路单元以及源极电压产生单元，该第一开关电路单元包括连接在第一节点（连接至第一信号端口）和公共节点（连接至公共端口）之间并且根据第一控制信号来操作的至少一个开关晶体管，该第二开关电路单元包括连接在第二节点（连接至第二信号端口）和公共节点之间的用于根据第二控制信号来与第一开关信号单元互补地执行开关操作的至少一个开关晶体管，该第一分流电路单元包括连接在第二节点和公共源极节点之间并且根据第一控制信号来操作的至少一个分流晶体管，该第二分流电路单元包括连接在第一节点和公共源极节点之间的用于根据第二控制信号来与第一分流电路单元互补地执行开关操作的至少一个分流晶体管，该源极电压产生单元产生施加至公共源极节点的源极电压，其中源极电压低于分流晶体管的阈值电压并且等于或高于分流晶体管的亚阈值电压。

源极电压的电压电平可以与在第一控制信号和第二控制信号中具有低电平的控制信号的电压电平相对应。

源极电压产生单元可以对公共源极节点施加源极电压，该源极电压具有在第一控制信号和第二控制信号中具有低电平的控制信号的电压电平。

当第一控制信号处于低电平时，源极电压产生单元可以将具有第一控制信号的电压电平的源极电压施加至公共源极节点，并且当第二控制信号处于低电平时，源极电压产生单元可以将具有第二控制信号的电压电平的源极电压施加至公共源极节点。

源极电压产生单元可以包括第一电压选择单元、第二电压选择单元和电压保持器，该第一电压选择单元在第一控制信号处于高电平时将第一控制信号作为源极电压提供给公共源极节点，该第二电压选择单元在第一控制信号处于高电平时将第二控制信号作为源极电压提供给公共源极节点，并且该电压保持器用于维持公共源极节点的电压。

源极电压产生单元可以包括第一电压选择单元、第二电压选择单元和电压保持器，该第一电压选择单元包括导通使得当第一控制信号处于高电平时将第一控制信号提供给公共源极节点的至少一个晶体管，该第二电压选择单元包括导通使得当第一控制信号处于高电平时将第二控制信号提供给公共源极节点的至少一个晶体管，并且该电压保持器连接在公共源极节点和地之间并且以源极电压来充电。

源极电压产生单元可以包括第一电压选择单元、第二电压选择单元和电压保持器，该第一电压选择单元包括连接在第一控制信号的输入端子和公共源极节点之间的第一晶体管，该第一晶体管在第二控制信号处于高电平时导通，该第二电压选择单元包括连接在第二控制信号的输入端子和公共源极节点之间的第二晶体管，该第二晶体管在第一控制信号处于高电平时导通，该电压保持器包括连接在公共源极节点和地之间的电容，该电容以源极电压来充电。

源极电压产生单元可以包括第一电压选择单元、第二电压选择单元和电压保持器，该第一电压选择单元包括第一晶体管组，该第一晶体管组包括被配置为在第一控制信号的输入端子和公共源极节点之间构成堆叠结构的多个晶体管，该第一晶体管组在第二控制信号处于高电平时导通，该第二电压选择单元包括第二晶体管组，该第二晶体管组包括被配置在第二控制信号的输入端子和公共源极节点之间构成堆叠结构的多个晶体管，该第二晶体管组在第一控制信号处于高电平时导通，该电压保持器包括连接在公共源极节点和地之间的电容，该电容以源极电压来充电。

附图说明

通过以下结合附图来进行的详细描述将更加清楚地理解本发明的以上和其他的方面、特征和其他优点，其中：

图1是根据本发明的实施方式的射频开关电路的框图；

图2是根据本发明的实施方式的源极电压产生单元的内部结构的框图；

图3是根据本发明的第一实施方式的源极电压产生单元的电路图；

图4是根据本发明的第二实施方式的源极电压产生单元的电路图；

图5是示出了根据本发明的实施方式的第一和第二控制信号的示例的示图；

图6是示出了根据本发明的实施方式的实际第一或第二控制信号的示例的示图；

图7是用于说明根据本发明的实施方式的来自射频开关电路的泄漏信号的产生的示图；

图8是用于说明根据本发明的实施方式的在射频开关电路中的泄漏信号流的防止的示图；以及

图9是示出了根据本发明的实施方式的射频开关电路的回波损耗的示图。

具体实施方式

在后文中，将参考附图来详细描述根据本发明的实施方式。然而，本发明可以以多种不同的形式来实施并且不应当被解释为受到本文中提出的实施方式的限制。

更确切地，这些实施方式的提供使得本公开将变得全面和完整，并且本发明的范围将完全地传达给本领域的技术人员。

图1是根据本发明的实施方式的射频开关电路的框图。

参见图1，根据本实施方式的射频开关电路可以包括第一开关电路单元110、第二开关电路单元120、第一分流电路单元210、第二分流电路单元220和源极电压产生单元300。

第一开关电路单元110可以连接在第一节点N1（连接至第一信号端口PT1）和公共节点NC（连接至公共端口PTcom）之间并且可以根据具有低电平或高电平的第一控制信号SC10来操作。

第二开关电路单元120可以连接在第二节点N2（连接至第二信号端口PT2）和公共节点NC之间并且可以响应于具有与第一控制信号SC10相反的相位的第二控制信号SC20来操作。

在这种情况下，第一信号端口PT1和第二信号端口PT2是连接至射频（RF）电路单元的端口以发送或接收RF信号的端口。公共端口PTcom是连接至天线的端口。

第一分流电路单元210可以连接在第二节点N2和公共源极节点NS之间并且可以根据第一控制信号SC10来操作。

第二分流电路单元220可以连接在第一节点N1和公共源极节点NS之间并且可以根据第二控制信号SC20来操作。

当根据第一控制信号SC10启动（导通）第一开关电路单元110时，可以启动第一分流电路单元210，并且可以相应地停用（截止）第二开关电路单元120和第二分流电路单元220。

另一方面，当根据第二控制信号SC20启动第二开关电路单元120时，启动第二分流电路单元220，并且相应地停用第一开关电路单元110和第二开关电路单元220。

源极电压产生单元300可以产生要施加至公共源极节点NS的源极电压Vs。在这种情况下，源极电压Vs可以低于第一控制信号SC10的高电平并且可以超过地电位。

如上所述，源极电压Vs施加至公共源极节点NS以在第一和第二控制信号SC10和SC20中的一个处于低电平、但是处于不是地电平并且高于地电平的电压电平时防止第一和第二分流电路单元210和220启动（导通）。

详细地，源极电压产生单元300可以对公共源极节点NS施加在第一控制信号SC10和第二控制信号SC20中具有低电平的控制信号的电压电平的源极电压Vs。

详细地，当第一控制信号SC10处于低电平时，源极电压产生单元300可以将具有第一控制信号SC10的电压电平的源极电压Vs施加至公共源极节点NS。当第二控制信号SC20处于低电平时，可以将具有第二控制信号SC20的电压电平的源极电压Vs施加至公共源极节点NS。

图2是根据本发明的实施方式的由参考数字300表示的源极电压产生单元的内部结构的示图。

参见图2，源极电压产生单元300可以包括第一电压选择单元310、第二电压选择单元320和电压保持器330。

当第二控制信号SC20处于高电平时，第一电压选择单元310可以将第一控制信号SC10作为源极电压Vs提供至公共源极节点NS。

例如，当第一电压选择单元310包括半导体开关时，在第二控制信号SC20处于高电平的情况下，导通第一电压选择单元310使得第一控制信号SC10可以提供至公共源极节点NS。

当第一控制信号SC10处于高电平时，第二电压选择单元320可以将第二控制信号SC20作为源极电压Vs提供至公共源极节点NS。

例如，当第二电压选择单元320由半导体开关构成时，在第一控制信号SC10处于高电平的情况下，第二电压选择单元320导通使得第二控制信号SC20可以提供至公共源极节点NS。

电压保持器330可以维持公共源极节点NS的电压。

图3是根据本发明的第一实施方式的源极电压产生单元的电路图。图4是根据本发明的第二实施方式的源极电压产生单元的电路图。

参考图3和图4，第一电压选择单元310可以包括在第二控制信号SC20处于高电平时导通从而将第一控制信号SC10提供至公共源极节点NS的至少一个晶体管。

第二电压选择单元320可以包括在第一控制信号SC10处于高电平时导通从而将第二控制信号SC20提供至公共源极节点NS的至少一个晶体管。

电压保持器330可以包括连接在公共源极节点NS和地之间的电容。该电容可以以源极电压Vs来充电。

参考图3，第一电压选择单元310可以包括连接在第一控制信号SC10的输入端子和公共源极节点NS之间第一晶体管M11。在这种情况下，第一晶体管M11可以在第二控制信号SC20处于高电平时导通并且可以在第二控制信号SC20处于低电平时截止。

第二电压选择单元320可以包括连接在第二控制信号SC20的输入端子和公共源极节点NS之间第二晶体管M21。在这种情况下，第二晶体管M21可以在第一控制信号SC10处于高电平时导通并且可以在第一控制信号SC10处于低电平时截止。

参见图4，第一电压选择单元310可以包括第一晶体管组TG1，该第一晶体管组TG1包括被配置为具有在第一控制信号SC10的输入端子和公共源极节点NS之间的堆叠结构的多个晶体管M11到M1n。在这种情况下，第一晶体管组TG1可以在第二控制信号SC20处于高电平时导通并且可以在第二控制信号SC20处于低电平时截止。

第二电压选择单元320可以包括第二晶体管组TG2，该第二晶体管组TG2包括被配置为具有在第二控制信号SC20的输入端子和公共源极节点NS之间的堆叠结构的多个晶体管M21到M2n。在这种情况下，第二晶体管组TG2可以在第一控制信号SC10处于高电平时导通并且可以在第一控制信号SC10处于低电平时截止。

参见图1到图4，第一开关电路单元110可以包括连接在第一节点N1（连接至第一信号端口PT1）和公共节点NC（连接至公共端口PTcom）之间的至少一个开关晶体管。在这种情况下，第一开关电路单元110的至少一个开关晶体管可以根据第一控制信号SC10来与第一开关电路单元110互补地执行开关操作。

第二开关电路单元120可以包括连接在第二节点N2（连接至第二信号端口PT2）和公共节点NC之间的至少一个开关晶体管。在这种情况下，第二开关电路单元120的至少一个开关晶体管可以根据第二控制信号SC20来与第一开关电路单元110互补地执行开关操作。

第一分流电路单元210可以包括连接在第二节点N2和公共源极节点NS之间的至少一个分流晶体管。在这种情况下，可以根据第一控制信号SC10来操作第一分流电路单元210的该至少一个分流晶体管。

第二分流电路单元210可以包括连接在第一节点N1和公共源极节点NS之间的至少一个分流晶体管。在这种情况下，第二分流电路单元220的该至少一个分流晶体管可以根据第二控制信号SC20来与第一分流电路单元210互补地执行开关操作。

此外，源极电压产生单元300可以产生预设定的源极电压Vs并且可以将预设定的源极电压Vs施加至公共源极节点NS。在这种情况下，源极电压Vs可以低于分流晶体管的阈值电压并且可以等于或高于分流晶体管的亚阈值电压。

图5是示出了根据本发明的实施方式的第一和第二控制信号SC10和SC20的示例的示图。

参见图5，第一和第二控制信号SC10和SC20是分别具有预设定的高电平和预设定的低电平的预设定的脉冲信号，它们具有适当的死区时间并且具有彼此相反的相位。

具体地，当第一和第二控制信号SC10和SC20的高电平相同并且第一和第二控制信号SC10和SC20的低电平相同时，高电平可以是3.0V而低电平可以是0V。

图6是示出了根据本发明的实施方式的实际第一或第二控制信号的示例。

参见图6，第一控制信号SC10或第二控制信号SC20的实际低电平可以不是0V并且可以高于0V。

如从图6可见，例如，第一控制信号SC10或第二控制信号SC20的低电平是等于或高于普通晶体管的亚阈值电压（即，0.1V）的0.3V。

图7是说明根据本发明的实施方式的来自射频开关电路的泄漏信号的产生的示图。

参见图7，当源极电压产生单元300不施加源极电压Vs并且0V被施加至公共源极节点NS时，在具有等于或高于亚阈值电压（即，0.1V）的电压（例如，0.3V）的第二控制信号SC20被提供至第一分流电路单元210的至少一个分流晶体管的情况下，第一分流电路单元210的该至少一个分流晶体管导通使得泄漏信号可以流过该至少一个分流晶体管。

图8是用于说明根据本发明的实施方式的射频开关电路中的泄漏信号流的防止的示图。

参见图8，当源极电压产生单元300施加源极电压Vs时，在源极电压Vs（例如，0.3V）等于第二控制信号（SC20）的电压电平（例如，0.3V）的情况下，第二分流电路单元220的至少一个分流晶体管可以被维持为完全截止的状态。

因此，信号1的流被截止的第二分流电路单元220阻断并且因此泄漏信号可以不流动。相反地，当第一分流电路单元210截止时，信号2的流被第一分流电路单元210阻断并且因此泄漏信号可以不流动。

图9是示出了根据本发明的实施方式的射频开关电路的回波损耗的示图。

参见图9，G1表示没有源极电压产生单元的现有射频开关电路的回波损耗，而G2表示根据本发明的实施方式的包括源极电压产生单元的射频开关电路的回波损耗。

如从图9的G1和G2看到的，根据本发明的实施方式的回波损耗显著地改善。例如，在4GHz频率的回波损耗在G1约为2.00dB而在G2约为0.60dB。

根据本发明的实施方式，可以减少开关控制信号的偏差电压的影响从而进行正确的开关操作。

本发明关于实施方式而示出并描述，但是对本领域的技术人员显而易见的是，可以在不偏离由所附权利要求限定的本发明的要旨和范围的条件下进行修改和变形。

Claims (12)

1.一种射频开关电路，包括：

第一开关电路单元，连接在第一节点和公共节点之间并且根据具有低电平或高电平的第一控制信号来操作，所述第一节点连接至第一信号端口，所述公共节点连接至公共端口；

第二开关电路单元，连接在第二节点和所述公共节点之间并且根据具有与所述第一控制信号相反的相位的第二控制信号来操作，所述第二节点连接至第二信号端口；

第一分流电路单元，连接在所述第二节点和公共源极节点之间并且根据所述第一控制信号来操作；

第二分流电路单元，连接在所述第一节点和所述公共源极节点之间并且根据所述第二控制信号来操作；以及

源极电压产生单元，产生施加至所述公共源极节点的源极电压，

其中，所述源极电压具有的电压电平等于在所述第一控制信号和所述第二控制信号中具有低电平的控制信号的电压电平并且高于地电位。

2.根据权利要求1所述的射频开关电路，其中，所述源极电压产生单元在所述第一控制信号处于低电平时将具有所述第一控制信号的电压电平的所述源极电压施加至所述公共源极节点，以及

所述源极电压产生单元在所述第二控制信号处于低电平时将具有所述第二控制信号的电压电平的所述源极电压施加至所述公共源极节点。

3.根据权利要求1所述的射频开关电路，其中，所述源极电压产生单元包括：

第一电压选择单元，在所述第二控制信号处于高电平时将所述第一控制信号作为所述源极电压提供至所述公共源极节点；

第二电压选择单元，在所述第一控制信号处于高电平时将所述第二控制信号作为所述源极电压提供至所述公共源极节点；以及

电压保持器，用于维持所述公共源极节点的电压。

4.根据权利要求1所述的射频开关电路，其中，所述源极电压产生单元包括：

第一电压选择单元，包括在所述第二控制信号处于高电平时导通从而对所述公共源极节点提供所述第一控制信号的至少一个晶体管；

第二电压选择单元，包括在所述第一控制信号处于高电平时导通从而对所述公共源极节点提供所述第二控制信号的至少一个晶体管；以及

电压保持器，连接在所述公共源极节点和地之间并且以源极电压来充电。

5.根据权利要求1所述的射频开关电路，其中，所述源极电压产生单元包括：

第一电压选择单元，包括连接在所述第一控制信号的输入端子和所述公共源极节点之间的第一晶体管，所述第一晶体管在所述第二控制信号处于高电平时导通；

第二电压选择单元，包括连接在所述第二控制信号的输入端子和所述公共源极节点之间的第二晶体管，所述第二晶体管在所述第一控制信号处于高电平时导通；以及

电压保持器，包括连接在所述公共源极节点和地之间的电容，所述电容以所述源极电压来充电。

6.根据权利要求1所述的射频开关电路，其中，所述源极电压产生单元包括：

第一电压选择单元，包括第一晶体管组，所述第一晶体管组具有被配置为在所述第一控制信号的输入端子和所述公共源极节点之间构成堆叠结构的多个晶体管，所述第一晶体管组在所述第二控制信号处于高电平时导通；

第二电压选择单元，包括第二晶体管组，所述第二晶体管组具有被配置为在所述第二控制信号的输入端子和所述公共源极节点之间构成堆叠结构的多个晶体管，所述第二晶体管组在所述第一控制信号处于高电平时导通；以及

电压保持器，包括连接在所述公共源极节点和地之间的电容，所述电容以所述源极电压来充电。

7.一种射频开关电路，包括：

第一开关电路单元，包括连接在第一节点和公共节点之间并且根据第一控制信号来操作的至少一个开关晶体管，所述第一节点连接至第一信号端口，所述公共节点连接至公共端口；

第二开关电路单元，包括连接在第二节点和所述公共节点之间的用于根据第二信号来与所述第一开关电路单元互补地进行开关操作的至少一个开关晶体管，所述第二节点连接至第二信号端口；

第一分流电路单元，包括连接在所述第二节点和公共源极节点之间并且根据所述第一控制信号来操作的至少一个分流晶体管；

第二分流电路单元，包括连接在所述第一节点和所述公共源极节点之间的用于根据第二控制信号来与所述第一分流电路单元互补地进行开关操作的至少一个分流晶体管；

源极电压产生单元，产生施加至所述公共源极节点的源极电压，

其中，所述源极电压具有的电压电平等于在所述第一控制信号和所述第二控制信号中具有低电平的控制信号的电压电平并且所述源极电压等于或高于所述分流晶体管的亚阈值电压。

8.根据权利要求7所述的射频开关电路，其中，所述源极电压产生单元在所述第一控制信号处于低电平时将具有所述第一控制信号的电压电平的所述源极电压施加至所述公共源极节点，以及

所述源极电压产生单元在所述第二控制信号处于低电平时将具有所述第二控制信号的电压电平的所述源极电压施加至所述公共源极节点。

9.根据权利要求7所述的射频开关电路，其中，所述源极电压产生单元包括：

第一电压选择单元，在所述第二控制信号处于高电平时将所述第一控制信号作为所述源极电压提供至所述公共源极节点；

第二电压选择单元，在所述第一控制信号处于高电平时将所述第二控制信号作为所述源极电压提供至所述公共源极节点；以及

电压保持器，用于维持所述公共源极节点的电压。

10.根据权利要求7所述的射频开关电路，其中，所述源极电压产生单元包括：

第一电压选择单元，包括在所述第二控制信号处于高电平时导通从而对所述公共源极节点提供所述第一控制信号的至少一个晶体管；

第二电压选择单元，包括在所述第一控制信号处于高电平时导通从而对所述公共源极节点提供所述第二控制信号的至少一个晶体管；以及

电压保持器，连接在所述公共源极节点和地之间并且以源极电压来充电。

11.根据权利要求7所述的射频开关电路，其中，所述源极电压产生单元包括：

第一电压选择单元，包括连接在所述第一控制信号的输入端子和所述公共源极节点之间的第一晶体管，所述第一晶体管在所述第二控制信号处于高电平时导通；

第二电压选择单元，包括连接在所述第二控制信号的输入端子和所述公共源极节点之间的第二晶体管，所述第二晶体管在所述第一控制信号处于高电平时导通；以及

电压保持器，包括连接在所述公共源极节点和地之间的电容，所述电容以所述源极电压来充电。

12.根据权利要求7所述的射频开关电路，其中，所述源极电压产生单元包括：

第一电压选择单元，包括第一晶体管组，所述第一晶体管组具有被配置为在所述第一控制信号的输入端子和所述公共源极节点之间构成堆叠结构的多个晶体管，所述第一晶体管组在所述第二控制信号处于高电平时导通；

第二电压选择单元，包括第二晶体管组，所述第二晶体管组具有被配置为在所述第二控制信号的输入端子和所述公共源极节点之间构成堆叠结构的多个晶体管，所述第二晶体管组在所述第一控制信号处于高电平时导通；以及

电压保持器，包括连接在所述公共源极节点和地之间的电容，所述电容以所述源极电压来充电。